壹、活動目標 Goal
螞蟻是生活中常見的生物，也是大多孩子第一次接觸的昆蟲，他的群體行為可以吸引孩子的助益。在一個螞蟻群體中，螞蟻們之間能夠相互合作各司其職，還能夠利用一種叫做費洛蒙的特殊化學物質來溝通。費洛蒙就像是螞蟻們的一種語言，通過釋放和感知費洛蒙，螞蟻能夠告訴彼此許多事情，包括食物的位置、危險的區域。
這種特別的溝通方式讓螞蟻群體能夠更有效率地尋找食物。當一隻螞蟻找到了食物，它會釋放出特定的費洛蒙，告訴其他螞蟻食物的位置。其他螞蟻會跟隨這股費洛蒙的氣味，迅速找到食物，並將它帶回巢穴分享給其他同伴。
每隻螞蟻每次找尋食物的軌跡上，都會留下費洛蒙，而有時螞蟻跟循軌跡時衝太快了，而稍為偏離軌道，也會造成新的軌跡，在多次嘗試下，螞蟻群體會找尋到新的最短、最快的路徑，這啟發了人們在仿生領域開發導航地圖和路徑規劃技術。
大概念 Big Idea
螞蟻循跡費洛蒙
紅外線感測器
螞蟻演算法
核心問題(探究問題) Essential Question
生物行為與生存策略：通過研究螞蟻使用費洛蒙的方式來找到食物，學生可以探討不同生物的生存策略，並思考這些策略如何幫助它們在自然環境中生存。
團隊溝通的重要性：學生可以理解到溝通對於有效合作的重要性，並且了解到不同生物使用不同方式進行溝通的概念。
教學對象
國中生 1-3年級
教學時間
50分鐘 （約 1 節課）
作者(服務單位)
劉俊佑工程師
(擎壤科技股份有限公司)
黃愛真理事長
(台灣T.H.E.科技人文推廣教育學會)
通訊作者e-mail
劉俊佑
syk0886@gmail.com
黃愛真
clare112.huang@gmail.com
貳、課程綱要對照 Course Outline
※以十二年國教素養導向綱要呈現
【自然科-學習內容】
1Ne-Ⅲ-11動物有覓食、生殖、保 護、訊息傳遞以及社會性的行為。
BLb-Ⅴa-3
群集中族群間的交互作用、群集結構及演替。
【自然科-學習表現】
生物與環境的 交互作用（Lb）
Lb-Ⅳ-1
生態系中的非生物因子會影響生物的分布
與生存，環境調查時常需檢測非生物因子的
變化。
生-A-V-2機電整合與控制的設計與應用。
參、活動原理 Theory
螞蟻透過釋放的費洛蒙實現群體協作。當一隻螞蟻發現資源時，會釋放費洛蒙標記路徑。其他螞蟻感知到費洛蒙後，會跟隨標記的路徑。隨著更多螞蟻行走，費洛蒙濃度增加，引導更多螞蟻加入，形成正向反饋。這種機制使螞蟻能快速群體合作，有效尋找食物或建立通道。
循跡小車透過紅外線（IR）傳感器感知地面，以實現自主行駛。這些傳感器發射紅外線光束，當光束碰觸地面時被反射，根據地面顏色，黑色吸收光而白色反射，使得反射光強度不同。小車持續檢測反射光強度，根據閥值判斷法判定黑白區域，調整車輪轉向。這使得小車能跟隨地面黑色線條，實現自主導航。這項技術廣泛應用於工業領域，如自動化倉儲系統，引導機器人往正確的路徑前進，在仿生領域上，每隻螞蟻將不斷的修正最短最佳路徑，地圖路徑規畫概念由此而來。
此教案以循跡小車模擬螞蟻行為，製作軌道模擬螞蟻留下之費洛蒙訊號，使循跡小車依循前行。
肆、活動材料 Material
循跡小車材料包1包、A4塑膠瓦楞板8張、3號電池4顆、黑色膠布1捲
伍、活動步驟 Step
第一部分
開頭：
在夏日的炎熱午後，當你漫步在郊野公園時，突然間你注意到了地上一小群螞蟻在匆匆忙忙地奔走。你好奇地停下腳步，細心觀察它們的行動，卻驚喜地發現這些小小的生物竟然展現出了驚人的集體智慧。讓我們一起來揭開這群螞蟻背後神秘的溝通方式，以及它們如何合作協調地找到食物的故事吧。
影片
蟻群內的奧秘
蚁群行为分析的启示---蚁群算法人话版
第二部分 組裝實驗教具
一、分組：約3~5位小朋友一組。
二、組裝步驟：
第一步：
將循跡小車材料包拆開，清點材料:
1.雷雕組裝木版*2
2.馬達*2
3.輪胎*2
4.三號電池座
5.雙面膠
6.插棒齒輪*2
7.橡皮圈、白色圓盤、白色螺旋
8.螺絲包(長螺絲+短螺絲+橘色空心塞子)
9.螺絲起子
10.長棒、短棒
11.黑色電火布
*組裝時小心取用材料，零件很小，建議尚未用到之零件收納於自製紙盒中
第二步：依序組裝零件，留意零件方向!
第三步：裝上電池，將小車拿於手上，開機後，以手在紅外線感測器，測試遮擋時車輪是否會滾動。
第四步：製作軌跡卡，將黑色電火布貼於白色瓦楞板上。
第五步：將循跡小車置放於軌道上方並開機測試，觀察小車會不會依循軌跡前進。
第三部分 講解活動原理
遊戲玩法:
本教案以製作軌道來模擬第一隻螞蟻留下之費洛蒙路徑，使用任採用一物品(例如:娃娃)作為食物，引導循跡小車前往食物地點。
依照學生程度定製難度。
難度1:以關主已製好拼路前進
難度2:加入數張現場自製的軌跡卡拼路前進
難度3:拿取少量軌跡卡，當小車通過第一張軌跡圖，學員將第一張軌跡卡取出並拼於最後軌跡圖。
教案學習單
（待調整）
Q：費洛蒙在螞蟻群體中扮演什麼樣的角色？
Ans：費洛蒙在螞蟻群體中是一種重要的溝通媒介，它能夠告訴其他螞蟻食物的位置，並協助整個群體有效地尋找食物資源。
Q：螞蟻演算法生活應用有哪些?
Ans：路徑規劃、交通流量優化、物流配送、電信網絡規劃、排課問題、人工智慧等領域。它模擬了螞蟻尋找食物的行為，通過優化解的搜索方式，幫助解決各種組合優化問題，提高效率和找到最優解。
實作注意事項
實驗安全事項
裁減電火不需用到剪刀，小心使用。
實驗廢棄物處理
無廢棄物
教學心得
參考資料
螞蟻如何認路？我決定做些實驗
https://www.thenewslens.com/article/98018/page2
由混沌到秩序：螞蟻如何找到覓食的最佳路徑？
https://pansci.asia/archives/60344
蟻群內的奧秘
2014台灣競速自走車國際賽第一名
https://www.youtube.com/watch?v=zBu6nEFLTJE
關於大腦、癌症及網路，螞蟻教了我們什麼
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備：合適的空間場地、教案海報、循跡小車、3號電池、電火布、剪刀
★學生準備：3~5人一組
貳、闖關之前
相見歡，介紹關卡名稱(1min)
参、進入關卡
(3~8min)
以電火布設計路徑軌跡卡、抽取關主已製好的軌跡卡。
關主將任意物品放置於適當位置，引導學員鋪路前進。
說明螞蟻會依循費洛蒙軌跡前進的現象。
說明循跡小車前行原理。
肆、闖關結束
(2min)
關主與闖關者互動，總結、問答本關卡學習到的內容。
每人次／每組的材料及預算（*以一組為單位）