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與數學對話09.png

(3)最簡單整數比及其應用

a.特例及等價類:

冷飲店的夥計用 2cc 的牛奶加 5cc 的紅茶泡出奶茶嘗味道,可以用「 2cc:5cc 」記錄這次泡出奶茶中牛奶和紅茶體積的比;冷飲店的夥計用 200cc 的牛奶加 500cc的紅茶泡出 1 杯大杯的奶茶賣給顧客,可以用「 200cc:500cc 」記錄這次泡出奶茶中牛奶和紅茶體積的比;冷飲店的夥計用120cc 的牛奶加 300cc 的紅茶泡出 1 杯小杯的奶茶賣給顧客,可以用「 120cc:300cc 」記錄這次泡出奶茶中牛奶和紅茶體積的比;冷飲店夥計用 10000cc 的牛奶加25000cc 的紅茶泡出 1 桶奶茶慢慢的賣,可以用「 10000cc:25000cc 」記錄這次泡出奶茶中牛奶和紅茶的比;這四種泡奶茶的方式都是特例。因為泡出奶茶的味道相同,所以這四個比相等,可以記成 2:5=200:500 = 120:300 = 10000:25000。

冷飲店老闆為了讓奶茶的品質一致,規定夥計一定要按照「牛奶:奶茶= 2:5」的方式泡出奶茶,此時「牛奶:奶茶= 2:5 」是一個等價類,透過「牛奶:奶茶= 2:5 」的方式,我們可以泡出 1 大杯、1 小杯、1 桶的奶茶,而這些奶茶的味道都一樣。

b.最簡單整數比:

學童剛開始所記錄的比都是特例,透過最簡單的整數比,可以將 1 大杯奶茶中牛奶和紅茶體積的比記成「 200:500 = 2:5 」,將 1 小杯奶茶中牛奶和紅茶體積的比記成「 120:300 = 2:5 」,將 1 桶奶茶中牛奶和紅茶體積的比記成「 10000:25000 = 2:5 」,此時最簡單的整數比「2:5 」是等價類,指的是 2 份牛奶要加 5份紅茶。

多數成人在進行最簡單整數比的教學活動時,都偏向如何求出最簡單整數比,例如強調找出比的前項和後項的最大公因數來約分,就能夠算出最簡單整數比,或強調當比的前項和後項互質時,這個比就是最簡單整數比,而忽略最簡單整數比是等價類的意義。

學童剛開始所記錄的「 2:5 」是特例,學完最簡單整數比後的「 2:5 」是等價類,它們的意義是不同的,多數成人心中的比都是等價類,但是學童心中的比可能是特例,家長及教師們教學時應區分學童心中的比是特例或是等價類的概念。

c.最簡單整數比的應用:

問題三
6 枝鉛筆賣 9 元,8 枝鉛筆賣幾元?

「 9÷6=3/2,3/2×8=8X3/2=12」是用單價法解問題三的計算過程,「 8÷6=4/3,9×4/3=9X4/3=12 」是用倍數法解問題三的計算過程,當學童不會「整數除以整數,商數是分數的等分除問題」,以及「分數乘以整數的乘法問題」或「整數乘以分數的乘法問題」時,無法解決問題三,因為它們是解問題三的先備經驗。

但是當學童能將「 6 枝鉛筆賣 9 元」視為一個計數單位,並能將這個單位三等分割為最簡單整數比,也就是將「 6 枝鉛筆賣 9 元」三等分割為「 2 枝鉛筆賣 3 元」,就可以透過複製或累積 4 次「 2 枝鉛筆賣 3 元」,得到「8 枝鉛筆賣 12 元」的答案。

問題四
15 顆紅球和 12 顆藍球合起來重 60 公斤(每顆紅球都一樣重,每顆藍球都一樣重),請問 40 顆紅球和 32 顆藍球合起來重多少公斤?

如果讀者們能將「15 顆紅球和 12 顆藍球合起來重 60 公斤」視為一個單位,透過累積 2 次「 15 顆紅球和 12 顆藍球合起來重 60 公斤」可以得到「30 顆紅球和 24顆藍球合起來重 120 公斤」,透過累積 3 次「15 顆紅球和 12 顆藍球合起來重 60 公斤」可以得到「45 顆紅球和 36 顆藍球合起來重180公斤」,但是無法算出問題四的答案。

如果讀者們能將「15 顆紅球和 12 顆藍球合起來重 60 公斤」視為一個單位,將這個單位三等分割為最簡單的整數比,得到「5 顆紅球和 4 顆藍球合起來重 20 公斤」,再將這個最簡單整數比累積 8 次,就可以得到「40 顆紅球和 32 顆藍球合起來重 160 公斤」的答案。

(4)連比

問題五

a:b=2:5,b:c=3:7,求a:b:c=?

依據國民中小學課程綱要數學學習領域分年細目能力指標「7-n-18:能理解連比和連比例的意義」及「7-n-19:能熟練連比例式的應用,如單位換算、三角形面積與邊長或圓面積與半徑間的變化關係」,連比屬於國中一年級的教材,但是多數國小六年級的試題及公司的教材中都出現連比的問題,而且利用連比解倍的問題很有效率,因此筆者概略的說明如何幫助國小學童學習連比。

問題五是多數學童第一次接觸到的連比問題,透過解問題五引入連比的意義很奇怪,因為學童只學過兩個數的比,突然要求學童算出從來都沒有見過的三個數的連比,沒有成人的解題引導讓學童模仿,學童能算出答案嗎?


問題五中待答的問題是連比,因此學童必須先理解連比的意義,解決問題五才有意義,下面筆者先說明如何幫助學童理解連比的意義,再說明如何幫助學童解決問題五。

兩個數的比及三個數的比都是日常生活中常見的比,當學童學會兩個數的比後,面對問題「媽媽拿了 15 公克的咖啡、35 公克的奶精和 50 公克的糖,調出一壺三合一咖啡,想想看,如何用比與別人溝通三合一咖啡中咖啡、奶精和糖重量的比例?」時,應該有能力使用連比「咖啡:奶精:糖=15:35:50=3:7:10」來溝通咖啡、奶精和糖重量的比。學童面對三個數的連比問題「紅茶:牛奶:糖=80:25:1,請調出一杯奶茶」時,應該也能夠順利的調出奶茶。

當學童理解三個數連比的意義後,建議先引入學童較能掌握意義的文字題後,再引入較抽象的計算問題,以問題『三合一咖啡中,咖啡:糖=3:10,咖啡:奶精=6:13,請問三合一咖啡中「咖啡:奶精:糖=?」』為例,學童透過相等的比的概念,將咖啡的量變成一樣,就能夠解決問題。

咖啡:糖=3:10=6:20,咖啡:奶精=6:13,因為 6 份咖啡要加 20 份的糖、6 份咖啡要加 13 份的奶精,因此得到「咖啡:糖:奶精=6:20:13」的答案。當學童有一些文字題的解題經驗後,再要求學童解問題五這類計算問題,有了情境的支撐,學童較能掌握計算問題的意義。

(5)影響比的教學難度的因素

當學童能掌握整數除以整數,商數是分數的等分除問題、以及整數乘以整數的乘法問題,就能夠利用單價法、倍數法以及視比為單位策略解決比的問題,因此國小二、三年級就可以開始引入比的問題,但是家長與教師們應注意下列三個影響比的問題難度的因素,選擇適當數字的問題讓學童解題。第一個影響難度的因素是比例式中數字的倍數關係、第二個影響難度的因素是比例式中括號的位置、第三個影響難度的因素是比例式中數字的型式。

a.第一個因素:比例式中數字的倍數關係

四項比例式中數字的倍數關係可以區分為整數倍轉換、單位分數倍轉換及分數倍轉換三類,其中整數倍轉換最簡單,分數倍轉換最困難。

整數倍轉換

比的問題都可以記成四項比例式,例如「 3 枝鉛筆賣 12 元,7 枝鉛筆賣幾元?」,可以記成「 3︰12=7︰( )」,為了節省文字描述,筆者利用四項比例式和讀者們溝通問題的類型,如果讀者們無法掌握使用四項比例式溝通題型的意義,可以將四項比例式的問題改寫回文字題。

以問題「 3︰12 =7︰( )」為例,四項比例式中第一項和第二項間有整數倍關係時,學童可以利用單價法解決問題,並用算式「 12÷3=4,4×7=28 」記錄解題活動。再以問題「 3︰7=12︰( )」為例,四項比例式中第一項和第三項間有整數倍關係時,學童可以利用倍數法解決問題,並用算式「 12÷3=4,7×4=28」記錄解題活動。

單位分數倍轉換

以問題「 12︰3=28︰( )」為例,四項比例式中第一、二項間有單位分數倍關係,學童可以利用單價法解決問題,並用算式「 3÷12=3/12=1/4,1/4×28=7」記錄解題活動,如果學童不會「整數除以整數,商數是分數的等分除問題」,學童也可以透過倍數法的想法,利用整數除法解決問題,12 是 3 的 4 倍,所以 28 是( )的 4 倍,並用算式「 12÷3=4,28÷4=7」記錄解題活動。

再以問題「 12︰28=3︰( )」為例,四項比例式中第一項和第三項間有單位分數倍關係,學童可以利用倍數法解決問題,並用算式「 12÷3=4,28÷4=7」記錄解題活動。

分數倍轉換

以問題「 6︰9=21︰( )」為例,四項比例式中第一、三項,第一、二項之間都沒有整數倍與單位分數倍關係時,學童無法利用整數乘法及除解決問題,因為中年級學童無法掌握分數及小數的乘法及除法的意義,筆者建議中年級階段不宜出現此類問題。

b.第二個因素:比例式中括號的位置

四項比例式「 3︰7=( )︰21」及「3︰7=9︰( )」中括號位置在第三、四項時,稱為正向的活動,學童比較容易從等號左邊順向思考,推算出右邊的答案。四項比例式「( )︰7=3︰21」及「 3︰( )=9︰21」中括號位置在第一、二項時,稱為逆向的活動,學童必須由等號右邊逆推算出左邊的答案,對學童而言比較困難。由認知發展的觀點來看,逆向活動能力的發展在正向活動之後,必須先累積足夠正向活動的解題經驗,並掌握正向活動解題的意義,才能發展出逆向活動。

c.第三個因素:比例式中數字的型態

四項比例式中的數字是整數、分數、小數,和解題的難易度有關,家長或教師在命題時應,比須考慮學童分數及小數的運算能力,選擇合適的數字範圍。

當學童學會相等的比或內項乘以內項等於外項乘以外項策略,並掌握分數及小數的運算,以及乘除互逆及等量公理時,所有比的計算問題都能迎刃而解。

 

 

 

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