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這一堂課,我們要學的是五年級體積單元中的「不規則物體的體積」,要跟著兩千兩百多年前的數學家阿基米德學習。

一開始,我們看的是LIS(情境科學教材)線上學習平台的影片─王冠的秘密。

不過總長度超過十分鐘,時間有點長,所以我略過一些內容,讓看影片控制在十分鐘以內。不過,在選擇略過的內容時,對於「浮力」是否割捨,有過一段掙扎。

阿基米德為了要證明王冠是否純金,其實用了兩個方法,一個是黃金的密度不會改變,因此找來跟王冠相同重量的黃金,測量兩者的體積是否相同,就知道是否純金,阿基米德在這裡遇到的困難,那就是王冠是不規則物體,如何在不破壞王冠的情況下,「量出不規則物體的體積」,是這堂課帶著五年級小朋友一起思考的問題;另一個解決問題的方法是「浮力」,當黃金和王冠一起放入水裡的時候,如果物質相同、浮力也會相同。後者,不在這堂課研究的範疇,而且是國中程度的探討,因此,是否要播放後段方法的影片,以節省課堂時間並聚焦今天的學習重點?讓我猶豫了一段時間。最後,決定讓探討浮力的這段影片也播放,但口頭說明不討論這部分,只討論第一種證明方法,主要是尊重事實全貌,避免學生只看到片段而誤以為是全部。

影片看完後,我們開始跟著阿基米德的想法做實驗,首先拋出來的疑問是:「水面上升的容量,就等於放進去的物體體積嗎?兩者會不會並不相等?」為了知道這個問題的答案,我們先選擇已經知道的物體體積──百格立體積木。

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在量筒裡,先將水加入1000毫升,接著將體積是100立方公分的百格立體積木放入水中,看看水是否真的上升100毫升。

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先確認了,放進水裡的物體體積,就等於水面上升的水量後。下一個疑問:「量筒的刻度是100毫升一格,如果放進去的物體,體積不是剛好100立方公分的話呢?而是介於1000到1100之間,怎麼可以更精確的知道體積?」

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這次,學生忽略量筒上的刻度,而是用橡皮筋綁在外面,那代表水面的原本高度,接著放入物體後,看看水面上升幾公分。

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第二的試驗,每組拿到的是一個正立方體,經由測量知道每邊長都是4公分,可以算出體積是64立方公分。那麼,水面會上升幾公分呢?

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這一組,從體積等於底面積乘以高,覺得正立方體放進去後,水會增加64立方公分的體積,又因為量筒的底面是邊長10公分的正方形,所以底面積是100平方公分,因此計算出來高應該是0.64公分。

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另一組,則是將正方體放入水中,用尺量出水面上升0.6公分,再乘上底面積100,知道水增加了60立方公分,這和正方體的體積64立方公分接近。

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這時,我們有兩種方法藉由水來測量體積了。一種是量筒上有刻度時,知道水量增加多少毫升,就是物體的體積是多少立方公分;另一種則是沒有刻度,可以測量水面上升的高度,再乘上底面積,就是物體的體積。

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第三關,我們要來測量王冠的體積了。每組都會拿一個王冠(其實是套圈圈遊戲的玩具),想辦法測量出王冠的體積是多少。

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讓我們像數學家阿基米德一樣,做著一樣的實驗,找出不規則物體體積的答案。

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因為測量上本來就會有誤差,所以有些組別量出來是上升1公分、有些上升0.8公分,答案就有80立方公分或是100立方公分都有,不過答案不是很重要,過程的學習才是重點。因此,今天的回家作業──數學日記,就是將數學史(或者說是科學史)與數學想法的紀錄。

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