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本館在蒐藏研究部門依專業學術職能分為動物學組、植物學組、地質學組、人類學組與典藏管理組等五個學組。
動物學組
動物學組分無脊椎動物、昆蟲、兩棲爬蟲、鳥獸四個學門，現階段的工作重點為臺灣及東亞地區的動物標本蒐藏及研究。
角海葵 |
相關資源
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植物學組
植物學組在組織結構上，分為維管束及非維管束二個學門，分別推動本組之蒐藏與研究工作，並支援本館展示與科學教育工作。未來將積極拓展與館外相同學域的接觸與交流，讓外界看到臺灣，也讓臺灣看到科博館。
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相關資源
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野煙樹的花 |
地質學組
黃鐵礦化海百合 |
地質學組內分為岩礦與古生物兩個學門。地質學組主要蒐藏與地球組成、環境變遷及生物演化有關之標本，舉凡礦物、岩石、沉積構造、脊椎動物化石、無脊椎動物化石、微體化石、植物化石、地質鑽探岩心等都是蒐藏的對象。 |
| 相關資源
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人類學組
人類學組包括民族學、考古學、體質人類學等三個分支學門，以區域的整體性與系統化之收藏與研究為職責，掌握當代文化研究(cultural
studies)的知識趨勢及其成就；呈現文化的多樣性及其互動關係，傳遞各種生態適應的獨特方式，保護被威脅之社會遺產，促進並塑造文化保存和進步的環境。
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相關資源
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巴西亞新幾內亞的面具收藏 |
典藏管理組
博物館的重要性不在建築物而是藏品，沒有藏品與知識，等於沒有博物館的存在；因此，蒐藏與研究共構了博物館的核心產能，而標本蒐藏量的快速擴充，即某種程度地反應上述的意義。
佐藤教授捐贈之昆蟲標本 |
相關資源
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參考資料：國立自然科學博物館
99年度業務統計年報、2005-2006年雙年報
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2011/06/18更新
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