「生態盒子 」 國高中模組化科學實作生物實驗 科學教育實作型成品設計製作計畫 (B04) 「生態盒子 」 國高中模組化科學實作生物實驗 計畫主持人：林宗岐 副教授 國立彰化師範大學生物學系

本計畫「生態盒子」 (Eco Box) 國高中模組化生物實驗，藉由模組化生 物科學設備與儀器，進行生命科學與生態學中動植物議題的實驗操 作、觀察與記錄，並配合完善的學習單達到科學實作的效果。 設計內容將配合國高中 (7-12 grade) 生物課程99課綱 (國一自然與生活 科技上下，高一基礎生物上下、高二應用生物、高三選修生物上下) 中 科學實作生物實驗中難懂、抽象、不易理解的科學實作實驗而設計 的，目的讓生物學在實作觀察紀錄中更易學、易懂、更有趣，

本年度計畫所設計的實驗教學模組是全新設計與開發，以三個教學實 驗模組 (experimental teaching modules) 之模組化生物科學實驗單 元：「生態盒子觀察實驗模組」、「生態盒子環境因子控制模組」、 「生態盒子實驗數據記錄模組」 為主體。 三大模組單元規劃設計出四個可依不同學齡與學生特質增減之複合式 實驗，分別為：(1) 生命的特性 (光合作用與呼吸作用)、(2) 生物的構造 與功能 (趨性與向性)、(3) 生命的延續 (生殖與遺傳)、(4) 生物間的交互 作用 (共生行為、領域行為、覓食行為與寄生行為) 。

實作成品的技術呈現 本國高中模組化生物實驗是以朝向商品化「生態盒子」之實作成品為所規劃設計內容，具多元化、可組合、可重複之模組化生物科學設備與儀器，主要可將模組分為三大單元： 生態盒子觀察實驗模組 生態盒子環境因子控制模組 生態盒子實驗數據記錄模組

實作成品的技術呈現 本計劃之實作成品基於商品設計、專利保護及可利用概念元素為基礎 下，將會延續引用本人與計劃共同主持人王瑋龍教授多項發明(1)與新 型(7)專利，於本計畫成品中使用並強化其價值，以保有技轉與實際商 品化之基礎與可能性。另本計劃中具專利性之成果，仍會評估並提出申 請。

生態盒子 (Eco Box) 觀察實驗模組 專利化設計合組化柱狀壓克力盒，所有生態盒子均設計有側孔可以連通管附件進行聯通，並於頂蓋上設計有頂孔可以蓋上有不鏽鋼細網之孔蓋進行通氣。 側孔與頂孔均可依據實驗需求連結生態盒子環境因子控制模組或生態盒子實驗數據記錄模組。 因應實驗課程與商品化多樣化的需求，開發數個水陸域環境的生態盒子條件，以基質條件設計可有適合水域生物的靜水基質、陸域生物的土壤基質與凝膠基質。

生態盒子 Eco Box 盒底基質 上下蓋 基盒 (砂土、多色透明凝膠、水) (三角黑、四角黑、四角多色蓋) (三角柱狀、四角柱狀) 土壤基質 凝膠基質 凝膠基質 + 串連

生態盒子(Eco Box) 環境因子控制模組 環境因子控制模組均以具實驗設計概念，方便學生可操作組裝而成，除可增加實作的成效，更具激發學生的科學思考能力，在成本也相對符合學校需求。 溫溼度控制模組 (升降溫、給水、溼度調控) 氣體濃度控制模組 (CO2、O2、N2) 氣體分子控制模組 (定量、可調控) 光源調控模組 (白光、紅光、綠光、藍光)

生態盒子(Eco Box) 實驗數據記錄模組 生態盒子實驗數據記錄部分將分定性數據的影音記錄模組與定量數據的資料分析收集模組。 影音記錄模組：是以專為生態盒子觀察實驗模組所設計，將超微型攝影機裝置於生態盒子觀察實驗模組盒上側孔與頂孔上，此模組可直接連接螢幕或錄影機，便可記錄觀察實驗生物的動靜態與聲音資料，並且配合實驗需求避免影響實驗進行，此影音記錄模組可於低照度下使用 。 超微型攝影機 (錄影、錄音、0.05 Lux低照度)

生態盒子(Eco Box) 實驗數據記錄模組 資料分析收集模組：以科學數位儀器協助實驗資料收集與分析，目前市面上此類的科學數位儀器有PASCO Scientific、LabQuest等。 本研究是LabQuest為主要資料收集配套模組設計，但其他系統仍可在本生態盒子(Eco Box) 觀察實驗模組與實驗設計下使用。 LabQuest 科學數位儀器有提供不同資料處理平台，可提供不同需求使用；並且 LabQ 有許多實驗用感測器如：氧氣感測器、二氧化碳感測器、光感測器、離子感測器、溫溼度感測器、乙醇感測器等。除使用既有感測器外，本研究將專利設計，可提供生態盒子觀察實驗模組盒上側孔與頂孔上直接連接或連接聯通接收器與固定架，便於資料記錄與事後數據分析 。 DIOXI CARB 多功能固定線圈 感應器連接筒 CARB DIOXI LabQuest 科學數位儀器 (多種感測器、資料收集平台)

生態盒子(Eco Box) 模組資源網站 為使本「生態盒子」：國高中模組化生物實驗計畫，於設計開發、推廣使用過程中更為順暢有效率，使用者能即時解惑與互動，將預計架設生態盒子模組資源網站 。

本計畫將會以問卷對試用計畫中合作夥伴國高中 (精誠中學、陽明國 中、清水高中、苑裡中學、大成國中、北斗國中等) 之師生進行成效、 感受及回饋意見分析，並利用模組資源網站或社群網站進行事後交流 與追蹤，以期作為國高中生物教學改進的參考依據。 科學教育教具的開發與商品化並非一蹴可及，於商品設計、專利保護 及可利用概念元素為基礎下，仍會延續以往各項專利成果，於本計畫 中強化其價值，並執行商品化專利延伸、技術轉移、商品設計與市場 評估，以符合本土題材、簡易材料，具科學學習功能、互動與趣味。 本計畫的教學模組除強調教育性、科學性也著重具市場開發銷售潛力 的全新創意性的設計模組，目前已有廠商接洽商品化與量產中。

謝謝委員您的耐心與指教 懇請委員的支持