一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)方法，包含一只重量可調(diào)的實(shí)驗(yàn)大象模型，一個(gè)裝有水的水槽，兩只以上大小不等的小船，一只稱(chēng)重裝置，若干重量不等的石塊；所述的小船漂浮在水槽內(nèi)，并且所述的大象模型放置在任一只小船上，小船可保持漂浮在水面；所述的稱(chēng)重裝置的最大量程小于所述重量可調(diào)的大象模型的最小重量，所述石塊的總重量大于所述重量可調(diào)的大象模型的最大重量。通過(guò)對(duì)曹沖稱(chēng)象的故事進(jìn)行實(shí)驗(yàn)化，建立學(xué)生的精確思維習(xí)慣，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，并可在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固稱(chēng)量誤差控制、平均吃水線的計(jì)算等數(shù)學(xué)知識(shí)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 曹沖稱(chēng)象是我們每個(gè)中國(guó)人都耳熟能詳?shù)牡涔剩陜H六歲的曹沖，利用漂浮在水 面上的物體的重力等于水對(duì)物體的浮力這一物理原理，解決了一個(gè)連許多有學(xué)問(wèn)的成年人 都一籌莫展的大難題。通過(guò)這個(gè)故事我們知道這個(gè)叫"曹沖"的祖先，非常聰明，這個(gè)故事 還教給了后代一個(gè)重要的數(shù)學(xué)思維方法"化整為零"，成為教育后代良好的精神財(cái)富。不過(guò) 很多人，知道稱(chēng)重一頭大象后，都不會(huì)再往下想，是不是這樣就足夠了？在現(xiàn)代制造業(yè)中， 僅僅知道如何去做一件事還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要知道如何把事情做到最精確，才能把事情做 成功。比如在曹沖稱(chēng)象的故事中，如果把問(wèn)題細(xì)化到如何執(zhí)行每一步，則不是很多人知道如 何才能用船稱(chēng)好一頭大象。如何選擇稱(chēng)象的船，如何稱(chēng)取石塊的重量，如何控制誤差，如何 確定吃水線，這些都是需要進(jìn)一步思考與設(shè)計(jì)的事情，而這些細(xì)節(jié)的考慮與選擇，對(duì)于最終 能否準(zhǔn)確得到大象的重量至關(guān)重要，對(duì)于細(xì)節(jié)考慮較少正是現(xiàn)在很多學(xué)生甚至成年人在做 事情時(shí)比較欠缺的東西，精細(xì)化思維習(xí)慣需要通過(guò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練進(jìn)行建立和加強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)對(duì)曹沖稱(chēng)象的故事進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 化，建立學(xué)生的精確思維習(xí)慣，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，并可在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固稱(chēng)量 誤差控制、平均吃水線的計(jì)算等數(shù)學(xué)知識(shí)。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，包含一只重量可調(diào)的實(shí)驗(yàn)大象模型，一個(gè)裝有水的水槽，兩只 以上大小不等的小船，一只稱(chēng)重裝置，若干重量不等的石塊；所述的小船漂浮在水槽內(nèi)，并 且所述的大象模型放置在任一只小船上，小船可保持漂浮在水面；所述的稱(chēng)重裝置的最大 量程小于所述重量可調(diào)的大象模型的最小重量，所述石塊的總重量大于所述重量可調(diào)的大 象模型的最大重量。
[0006] 進(jìn)一步的，為了使實(shí)驗(yàn)對(duì)比性更強(qiáng)，所述的小船有三只，分別為大號(hào)船，中號(hào)船和 小號(hào)船。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的稱(chēng)重裝置為桿秤，所述桿秤的最小稱(chēng)重量為lg，所述最大石塊的 重量小于桿秤的最大量程。
[0008] 進(jìn)一步的，所述大象模型設(shè)有可拆卸的腿部或者耳朵或者鼻子，所述大象的身體、 可拆卸的腿部或者耳朵或者鼻子內(nèi)填充填料，調(diào)節(jié)填料的重量以調(diào)節(jié)大象模型的重量。
[0009] 進(jìn)一步的，所述大象模型設(shè)有4只可拆卸的腿，并有另外1只以上替換腿，所述的4 只可拆卸腿和1只以上的替換腿的重量各不相同，不同的4只腿的組合形成重量不同的大 象模型。
[0010] 更進(jìn)一步的，所述的替換腿有4只，所述的每只可拆卸腿與替換腿外形相同，重量 不等。 toon] 最后，還包含一電子臺(tái)秤，所述的電子臺(tái)秤的最大量程大于所述大象模型的重量， 所述的電子臺(tái)秤用于精確測(cè)量大象模型的準(zhǔn)確重量。
[0012] 一種基于前述教學(xué)實(shí)驗(yàn)器械的實(shí)驗(yàn)方法，首選選擇一個(gè)小船并放入裝有水的水 槽，將大象模型放在水槽內(nèi)的小船上；然后測(cè)量小船的吃水線并將大象模型取下小船；放 石頭到小船上，直到小船吃水線回到放置大象模型時(shí)吃水線位置；用桿秤測(cè)量小船上所有 石頭的重量；然后用電子臺(tái)秤稱(chēng)量所述大象模型的準(zhǔn)確重量，比較大象模型的重量與石頭 總重量，記錄重量誤差一；換一只不同大小的小船重復(fù)測(cè)量石頭總重量，計(jì)算石頭總重量與 大象模型的重量差，得到重量誤差二；最后比較重量誤差一與重量誤差二的差異。
[0013] 進(jìn)一步的，為了使小船能夠多次試驗(yàn)且不影響后續(xù)試驗(yàn)人員的實(shí)驗(yàn)，在所述的小 船上貼有防水膠紙，當(dāng)小船記錄吃水線時(shí)，用油性筆在膠紙上劃出吃水線標(biāo)記，每次試驗(yàn)結(jié) 束，將所述的劃過(guò)吃水線的膠紙去掉即可保持小船船身干凈。
[0014] 進(jìn)一步的，為了驗(yàn)證小船的大小對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，所述的小船有3只，分別為大 號(hào)船、中號(hào)船、小號(hào)船，分別測(cè)量不同大小的小船的稱(chēng)重誤差，即獲得三個(gè)重量誤差進(jìn)行比 較，可增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比性與說(shuō)服力。
[0015] 進(jìn)一步的，為了減小誤差，在小船上放石頭時(shí)，按照先放大石頭，后放小石頭的順 序依次放置。
[0016] 進(jìn)一步的，為了使學(xué)生在測(cè)量前對(duì)大象體重保持神秘感，且增加實(shí)驗(yàn)的趣味性和 可探索性，所述大象模型設(shè)有可拆卸的腿部或者耳朵或者鼻子，所述大象的身體、及可拆卸 的腿部或者耳朵或者鼻子內(nèi)可填充填料，調(diào)節(jié)添入的填料的重量以調(diào)節(jié)大象模型的重量。
[0017] 進(jìn)一步的，所述大象模型設(shè)有4只可拆卸的腿，并有另外1只以上替換腿，所述的4 只可拆卸腿和1只以上的替換腿的重量各不相同，不同的4只腿的組合形成重量不同的大 象模型。優(yōu)選的，所述的替換腿有4只，所述的每只可拆卸腿與替換腿外形相同，重量不等， 不同的腿與大象身體組合就會(huì)形成一支不同重量的大象模型。
[0018] 以上實(shí)現(xiàn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)方法，可以充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，調(diào)動(dòng)并建 立學(xué)生的精細(xì)思維能力，將理論與所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合，對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)器材對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影 響，分析誤差產(chǎn)生的原因，引起進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)果的思考。
[0019] 設(shè)圖說(shuō)明
[0020] 圖1是水槽的示意圖；
[0021] 圖2是二種大小規(guī)格的小船不意圖；
[0022] 圖3是大象模型示意圖；
[0023] 圖4是可拆卸象腿的大象模型示意圖；
[0024] 圖5是不同重量的大象腿示意圖；
[0025] 圖6是小船稱(chēng)大象的示意圖；
[0026] 圖7是桿秤示意圖；
[0027] 圖8是石頭示意圖；
[0028] 圖9是桿秤稱(chēng)石頭重量的示意圖；
[0029] 圖10是膠紙的示意圖；
[0030] 圖11是膠紙貼在小船的示意圖；
[0031] 圖12電子臺(tái)秤示意圖；
[0032] 圖13是電子臺(tái)秤稱(chēng)大象模型重量的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下將結(jié)合設(shè)圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034] 一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，用于模擬"曹沖稱(chēng)象"的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，包含如圖1所示的水 槽，水槽內(nèi)盛有適量的水，2只以上的小船，本實(shí)施例中，優(yōu)選3只小船，分別為如圖3所示的 大號(hào)船、中號(hào)船、小號(hào)船，重量可調(diào)節(jié)的大象模型，若干石頭及測(cè)量石頭的稱(chēng)重裝置，本實(shí)施 例中選擇桿秤作為稱(chēng)量石頭的稱(chēng)重裝置，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中還可以練習(xí)桿秤的使用方法，弘 揚(yáng)和繼承桿秤這一傳統(tǒng)稱(chēng)重裝置。
[0035] 具體來(lái)說(shuō)，所述的大象模型如圖3所示，大象的部分結(jié)構(gòu)為可拆卸式，比如大象的 鼻子、耳朵以及4條腿可拆卸，通過(guò)在大象的身體以及鼻子、耳朵、腿灌輸沙子等任意部分 添入填料來(lái)改變大象的重量，也可以將大象的4條腿設(shè)置為不同重量，另再設(shè)1條以上外形 相同的替換腿，本實(shí)施例中設(shè)有4條替換腿，形成8條如圖5所示的腿，每條腿內(nèi)填充了不 同重量的填料，使每條腿的重量不同。實(shí)驗(yàn)前，隨機(jī)選擇4條腿安裝到如圖4所示的大象身 體上，就會(huì)形成一只重量不同的大象模型，使每位實(shí)驗(yàn)者都不能事先預(yù)知大象的重量，為實(shí) 驗(yàn)增加神秘感與趣味性。
[0036] 所述的石頭外形不限，如圖8所示，為了使實(shí)驗(yàn)達(dá)到有效的科教目的，石頭的大小 要適當(dāng)，最大石塊的大小不能超過(guò)桿秤的最大量程，也不能小于桿秤的最小精確度，本實(shí)施 例中，如圖7所示本實(shí)施例中桿秤的最大量程為60g，最小精確度為lg。
[0037] 實(shí)驗(yàn)時(shí)，隨機(jī)選擇4只象腿安裝到大象身體，形成一只完整大象模型，然后選擇一 只船作為第一次測(cè)量船，比如選擇大號(hào)船；然后將大號(hào)船放入水槽中，大號(hào)船漂浮在水面， 接著把大象模型放到大號(hào)船上，保持如圖6所示的狀態(tài)，此時(shí)大號(hào)船會(huì)向下沉入水中一定 幅度，等到船穩(wěn)定停止在水面，用油性筆記錄此時(shí)大號(hào)船的吃水線，為了使船能反復(fù)使用， 在船上貼上如圖10所示防水膠紙，可以在船的多處貼上防水膠紙，如圖11所示，以便多點(diǎn) 記錄船的吃水線，平均計(jì)算可以得到更準(zhǔn)確的吃水線，油性筆畫(huà)在防水膠紙上劃出記錄線， 實(shí)驗(yàn)完畢后，撕去膠紙，小船可以干凈的繼續(xù)給后面實(shí)驗(yàn)使用。
[0038] 記錄好吃水線位置后，將大象模型取下，接著在大號(hào)船內(nèi)放置石頭，石頭如圖8所 示，大小各不相同，可以先放大塊石頭，再放小塊石頭，這樣比較容易控制實(shí)驗(yàn)的速度以及 實(shí)驗(yàn)誤差，直到大號(hào)船下沉到水面到達(dá)前面記錄的吃水線位置，停止放置石頭。然后按照?qǐng)D 9所示的方法，用桿秤稱(chēng)量石頭的重量，石頭較多時(shí)，可以分次稱(chēng)量石頭重量，記錄并計(jì)算得 到所有石頭的重量，這些石頭的重量就是所要稱(chēng)的大象的重量。
[0039] 然后將大象模型放在事先準(zhǔn)備好的如圖12所示的電子臺(tái)秤上測(cè)量大象模型的準(zhǔn) 確重量，稱(chēng)量狀態(tài)如圖13所示，將大象模型的準(zhǔn)確重量與桿秤測(cè)得的石頭重量進(jìn)行比較， 計(jì)算誤差，得到重量誤差值一。
[0040] 選擇中號(hào)船按照前面的方法重復(fù)測(cè)量與大象模型相同吃水線時(shí)的石頭總重量，計(jì) 算大象模型精確重量與石頭稱(chēng)得重量之間的誤差，得到重量誤差值二。
[0041] 選擇小號(hào)船再按照前面的方法重復(fù)測(cè)量與大象模型相同吃水線時(shí)石頭總重量，再 計(jì)算大象模型精確重量與石頭重量之間的誤差，得到重量誤差值三。
[0042] 比較誤差一、誤差二、誤差三之間的差異，討論誤差產(chǎn)生的原因。
[0043] 學(xué)生或?qū)嶒?yàn)者可以在這樣的試驗(yàn)中受到如下啟發(fā)：不同的稱(chēng)量工具會(huì)影響稱(chēng)量結(jié) 果的準(zhǔn)確性，不同的石塊添加順序以及桿秤精度掌握、最后石塊的大小選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也 會(huì)有影響，了解實(shí)驗(yàn)方法不等于一定能得到預(yù)期結(jié)果，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)與細(xì)節(jié)的掌控對(duì)實(shí) 驗(yàn)結(jié)果的影響非常大，通過(guò)這些啟發(fā)實(shí)驗(yàn)者建立精確思維的習(xí)慣。
【權(quán)利要求】
1. 一種稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，包含一只重量可調(diào)的實(shí)驗(yàn)大象模型，一個(gè)裝有 水的水槽，兩只以上大小不等的小船，一只稱(chēng)重裝置，若干重量不等的石塊；所述的小船漂 浮在水槽內(nèi)，并且所述的大象模型放置在任一只小船上，小船可保持漂浮在水面；所述的稱(chēng) 重裝置的最大量程小于所述重量可調(diào)的大象模型的最小重量，所述石塊的總重量大于所述 重量可調(diào)的大象模型的最大重量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，所述的小船有三只，分別為 大號(hào)船，中號(hào)船和小號(hào)船。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，所述的稱(chēng)重裝置為桿秤，所 述桿秤的最小稱(chēng)重量為lg，所述最大石塊的重量小于桿秤的最大量程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，所述大象模型設(shè)有可拆卸 的腿部或者耳朵或者鼻子，所述大象的身體、及可拆卸的腿部或者耳朵或者鼻子內(nèi)填充有 填料，調(diào)節(jié)填料的重量以調(diào)節(jié)大象模型的重量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，所述大象模型有4只可拆 卸的腿，并有另外1只以上替換腿，所述的4只可拆卸腿和1只以上的替換腿的重量各不相 同，不同的4只腿的組合形成重量不同的大象模型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，所述的替換腿有4只，所述 的每只可拆卸腿與替換腿外形相同，重量不等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于，還包含一電子臺(tái)秤，所述的電子 臺(tái)秤的最大量程大于所述大象模型的重量。
8. -種基于權(quán)利要求1所述稱(chēng)象教學(xué)實(shí)驗(yàn)器械的實(shí)驗(yàn)方法，包含以下步驟： S1，選擇一個(gè)小船，將小船放入裝有水的水槽，將大象模型放在水槽內(nèi)的小船上； 52, 測(cè)量小船的吃水線并將大象模型取下小船； 53, 放石頭到小船上，直到小船吃水線回到放置大象模型時(shí)吃水線位置； 54, 用桿秤測(cè)量小船上所有石頭的重量； 55, 用電子臺(tái)秤稱(chēng)量所述大象模型的準(zhǔn)確重量，比較大象模型的準(zhǔn)確重量與石頭總重 量，記錄重量誤差一； 56, 換一只不同大小的小船重復(fù)執(zhí)行S1-S5,獲得重量誤差二； 57, 比較重量誤差一與重量誤差二的差異。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述的小船上貼有防水膠紙，當(dāng)記錄 小船吃水線時(shí)，用油性筆在膠紙上劃出吃水線標(biāo)記。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述的小船有3只，分別為大號(hào)船、 中號(hào)船、小號(hào)船，每只小船執(zhí)行所述的步驟S1-S5,獲得三個(gè)重量誤差。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述大象模型設(shè)有可拆卸的腿部或 者耳朵或者鼻子，所述大象的身體、可拆卸的腿部或者耳朵或者鼻子內(nèi)填充填料，調(diào)節(jié)填料 的重量以調(diào)節(jié)大象模型的重量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述大象模型設(shè)有4只可拆卸的 腿，并有另外1只以上替換腿，所述的4只可拆卸腿和1只以上的替換腿的重量各不相同， 不同的4只腿的組合形成重量不同的大象模型。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述的替換腿有4只，所述的每只 可拆卸腿與替換腿外形相同，重量不等。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述的石頭按照先放大石頭，后放 小石頭的順序依次放入小船。
【文檔編號(hào)】G09B23/12GK104143279SQ201410328192
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】王建忠 申請(qǐng)人:王建忠