🐝 核心問題
- 哪些形狀可以排滿平面？
- 哪一種形狀最省材料、空間利用最好？
- 用積木做出的蜂巢結構，哪一種最穩？
LEGO SPIKE × 仿生 × 蜜蜂
仿蜂巢結構：六角形與穩定結構
讓四、五年級學生從蜂巢觀察出發，透過形狀密鋪、積木建構、材料效率、承重測試與 SPIKE 科技延伸，理解大自然如何啟發工程設計。
適合年級：四～五年級
課程時間：1～2節，每節40分鐘
核心：密鋪、材料效率、結構穩定
成果：蜂巢牆＋測試紀錄＋發表
🎯 學習目標
仿生：說明蜂巢結構如何啟發人類設計。
數學：比較三角形、正方形、六角形的排列特色。
工程：設計並測試穩定的蜂巢結構。
🧱 建議材料
LEGO SPIKE 梁、連接件、底板、馬達、力量感測器、距離感測器、紙片形狀、硬幣或小積木、任務紀錄表。
一、引導圖像：從蜂巢開始觀察
先讓學生觀察蜂巢圖片或示意圖，提出問題：「如果你是一隻蜜蜂，要蓋很多小房間給幼蟲和蜂蜜住，你會選哪一種形狀？」
提醒：不要一開始就宣布六角形最好，而是讓學生透過比較與測試產生自己的證據。
二、活動一：哪些形狀可以密鋪？
學生用紙片或積木排一排，觀察不同形狀能否不留空隙、不重疊地排滿平面。
| 形狀 | 能不能排滿？ | 觀察重點 |
|---|---|---|
| 三角形 | 可以 | 穩定，但每格空間較尖。 |
| 正方形 | 可以 | 好搭建，但容易變形成平行四邊形。 |
| 五角形 | 不容易 | 容易留下空隙，排列不規則。 |
| 六角形 | 可以 | 空隙少，接近蜂巢結構。 |
三、活動二：用積木建造蜂巢牆
每組使用相同數量的梁或連接件，分別嘗試搭出正方形、三角形、六角形蜂巢牆。
正方形蜂巢
三角形蜂巢
六角形蜂巢
觀察提問
- 哪一種最容易搭？
- 哪一種最容易變形？
- 哪一種可以共用最多牆壁？
- 哪一種看起來最接近真正蜂巢？
四、活動三：材料效率挑戰
挑戰規則
每組只能使用固定數量的積木，例如 36 根梁或 40 根梁，嘗試蓋出最多「蜂巢房間」。
| 結構 | 使用材料 | 完成房間數 | 材料效率 |
|---|---|---|---|
| 正方形 | 36 根 | 9 個 | 中 |
| 三角形 | 36 根 | 12 個 | 高 |
| 六角形 | 36 根 | 依設計而定 | 高 |
教學重點：相鄰房間可以共用牆壁，因此好的結構設計不是每格獨立搭建，而是讓材料發揮更高效率。
五、活動四：承重與抗壓測試
讓學生把蜂巢結構平放或直立，逐步增加硬幣、橡皮擦、小積木或書本重量，記錄最大承重與破壞位置。
| 結構 | 最大承重 | 破壞位置 | 改良方法 |
|---|---|---|---|
| 正方形 | 8 枚硬幣 | 中間變形 | 加入斜撐 |
| 三角形 | 15 枚硬幣 | 底部滑動 | 加寬底座 |
| 六角形 | 12 枚硬幣 | 接點鬆脫 | 加強連接 |
提醒學生：三角形通常抗變形很強；六角形的價值在於密鋪、空間利用、材料效率與整體排列的平衡。
六、SPIKE 科技延伸
1. 震動測試台
用馬達加偏心結構製造震動，測試蜂巢牆能撐到第幾級。
程式邏輯：馬達速度 20% → 40% → 60% → 80%，每級震動 5 秒。
2. 壓力警報蜂巢
力量感測器偵測蜂巢受壓，啟動警報聲、燈光矩陣與警示圖案。
程式邏輯：如果力量感測器被按壓，就顯示驚嘆號並播放警報。
3. 自動蜂巢門
距離感測器或顏色感測器判斷工蜂與外敵，控制蜂巢入口開關。
程式邏輯：黃色積木靠近開門；外敵靠近關門並警報。
七、兩節課流程
第1節｜蜂巢形狀與材料效率：觀察蜂巢、紙片密鋪、積木建構、材料數與房間數比較、小組分享。
第2節｜穩定測試與改良：建立測試規則、承重或震動測試、記錄數據、改良結構、發表哪一種最適合蜂巢。
八、學生發表句型
我們的設計模仿蜜蜂蜂巢的＿＿＿＿＿＿＿＿，因為這種結構可以＿＿＿＿＿＿＿＿。
測試時，我們發現＿＿＿＿＿＿＿＿，所以我們把＿＿＿＿＿＿＿＿改成＿＿＿＿＿＿＿＿。
九、總挑戰：蜂巢建築師大挑戰
設計一個蜂巢結構，必須同時符合：可以放很多蜂蜜、不浪費空間、使用材料少、能承受外力、可以保護蜂巢入口。
| 評分項目 | 配分 | 說明 |
|---|---|---|
| 仿生概念 | 25% | 能說明模仿蜂巢的哪個特色。 |
| 結構穩定 | 25% | 承重或震動測試表現。 |
| 材料效率 | 20% | 使用有限材料完成更多空間。 |
| SPIKE 應用 | 20% | 有使用感測器、馬達或燈光。 |
| 發表說明 | 10% | 能清楚說明測試與改良。 |
十、課程圖片範例
這張可作為課程首頁、投影片開場或教案附件。
