生活中的代数学--温度换算

关于代数的引入,以摄氏和华氏温标换算为例

涉及:公式,字母(变量),(等差)数列与比例,负数,差距,方程(一元一次),画图,

科学课(温标等测量的原理,平均值,可视化,定义)


注:这是这两天与小鹅讨论数学题(华氏度与摄氏度互换),以及与孩子妈妈讨论数学教研的一个简单笔记。发现了女儿在讨论中暴露出的盲点,其实并不是坏事,反而是让我和妻子感到很开心的事,既因为与女儿的互动过程是正向、积极的,女儿并没有因为困难或错误而感到丢脸、沮丧、郁闷,也因为其中包含了如此多的认知冲突、如此丰富的数学养分。

(2020年3月24日周二,给八年级问道班出题)

(二)代数式与应用题:

你们可能听说过摄氏温度(℃)和华氏温度(°F)。按照摄氏温标,水的冰点是0℃,沸点是100℃。按照华氏温标,水的冰点规定为32°F,而沸点规定为212°F. 特别地,摄氏度每升高5度(℃),则华氏度相应升高9度(°F)。

3. 记一样东西的摄氏温度为C,华氏温度为F,试写出用C表示F的代数式,以及用F表达C的代数式。(这种表达式,类似于不同长度和重量单位的换算,非常基本而重要。)

4. 小鹅在中国,用烤箱做一种点心,记得当时设置的烤箱温度是250度,而且烤箱的温标是摄氏度。到了加拿大的姨妈家里,想做同一样点心时,妈妈提醒她,烤箱用的是华氏温标,不能设一样的数字噢!

请问:她在姨妈的烤箱上设置的温度数值,应该是多少?(取整十的近似数值即可)

再请问:有没有一个特殊的气温,使得用摄氏或用华氏,求出的数值都是一样的?如果有,请你求出来。

3月27-28日给小鹅出题,问了同样的问题,经过一番波折,导出了正确的公式和答案。

3月30日早上出题:有一种点心,烘焙时需要的温度值,用摄氏度表示出来,恰好是用华氏度表示出来的值的一半。请问,这是多少?

----女儿与其他八年级学生暴露出的弊病+认知冲突

公式:死记公式,而不问公式的由来与含义;当不记得公式时,会瞎背瞎凑。

基点:与八年级问道班的多数孩子一样,会忘记基点,只把C乘以9/5来得到F。八年级许多人以为对应的加拿大烤箱温度值是450华氏度。(在加拿大其实她与妈妈讨论过,但现在又忘记了。)

温标:不理解温标的由来,不能画图理解温度计的含义,摄氏度与华氏度的对应关系。

负数:小鹅推导中,遇到负数,没学过,会茫然一下;有一点直觉,可能把向上增加改为向下减少,但不确定。需要鼓励和引导。

平均值:当推导50摄氏度对应的华氏度时,需要提醒对应就是华氏32度与212度的中间值(122),是两头相加除以二(没有“(算术)平均值”的概念)。而进一步推导10摄氏度对应的华氏度时,相当于找0摄氏度与50摄氏度的5等分点,竟然想把122与32相加除以5。

逆向:推导摄氏度与华氏度互相变换的公式。得到其中一个后,作逆变换,原公式是C先乘(1.8)后加(32)得到F,小鹅和多人以为,反过来就应该是先除、后减。

方程:尚不能自主运用。基本是用推算方法(本身完全OK),每下降10摄氏度则相应下降18华氏度…用这种方法来推算得到-40度的值(-40℃=-40°F)

悖论:从对照两种刻度(温度计)发现:温度值越大,怎么两种“温标”的差距变小了?10:50,往上变成了100:212。从大:小=5:1变到了2:1,似乎差距变小了。而她同时的直觉是:摄氏度加5则华氏度加9,两者差距在变小。

小鹅与妈妈的讨论过程,还要等妈妈的详细回顾和记录。不过妈妈提到的一点颇有价值:公式不需死记,不妨先记一些关键(常识性)的信息——比如人的体温如果接近发烧(相当于摄氏37.2度),则是华氏100度左右。这是与感受连接、让公式变得有意义的方面。好像Fahrenheit本人就是用妻子的体温当作华氏100度的标准,呵呵。

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