往後的電子報將會分別以國、高中之課程單元為主軸來呈現。指數在高中也是重點概念,因初次介紹,本期將會放在國中單元。本期最後也有活動預告,一年一度的臺灣科技教育展
(EdTech Taiwan)
將在12月初舉行。
CASIO
也將參展,並開辦「計算機配合模擬軟體融入教學」講座,歡迎老師們共同參與。
科學型計算機與普通型計算機相較,除了能符合數學式
先乘除後加減
的運算方式,既名為科學型計算機,
當然能作進階函數的運算。以下配合國中指數的課程單元,將解說計算機相對應的操作及方法。
※先來談談指數,在108數學課綱條目[N-7-6]提到:
指數的意義:指數為非負整數的次方;
a
≠ 0 時,
a
0
= 1;
同底數的大小比較;指數的運算。
例如,求
101的3次方,即101
3
時:
若使用普通型計算機,基本的方法是需要鍵入多次的「 數字」及「乘號」,如計算上式需要鍵入:
*
101
*
101
而使用科學型計算機如
fx
-82 SOLAR Ⅱ
時,只需對計算機依序輸入按鍵
101^3
稱為
乘方鍵(power key)
或次方鍵。
如
x
y
之數學表達式,稱為冪
(exponentiation)
。一般來說,它可讀作
「
x
的
y
次方」或「
x
的
y
次冪」,而
x
為底數
(base)
、
y
為指數
(exponent)
。在數學或物理內涵上,「乘方可視為運算或動作;而冪則可當作數或結果」。
在操作與計算時,使用了此一功能,故台灣卡西歐電子報的編輯,在定義上建議
^
使用「乘方鍵」的名稱。
連乘概念,會延申至高中排列組合單元,如重複排列
(permutation with repetition)
,或許對學子們會更感到困難。在這基本的連乘概念中,如次方、次冪與乘冪等複雜的名詞定義,可能困擾著中學生。
若能從簡單的輸入操作與計算結果觀察,進而引導至艱深的數學觀念,是教學上所樂見的。
【例題一】
試求下列各式計算的數值:
上述之輸入步驟可以看出,其和一般的算式書寫邏輯相近。惟特別注意的是,當指數部份為「負數」時,算式中「−」表示數的性質
(sign of a number)
為負,在數學中,除了0之外的每個實數,都帶有正負的性質。使用計算機時,按一下
符號轉換鍵
(sign change key)
~
,即可改變輸入數字的正負性質。
例如,求
8×(−3)−(−5)×5
[計算機按鍵順序]→
8
*
3
~
5
~
*
5
💡
重點提示
使用
fx
-82 SOLAR Ⅱ 時:
數學式中的運算符號輸入,使用
+-*/
等鍵時,在螢幕上不會顯示出來。
● 數學式中的性質符號切換,對應計算機的
~
鍵,螢幕上則會顯示結果。如本段例題中的−3,負值會顯示。
來看看近年社群或大眾訊息間流行的著名思考問題:若每天進步 1%,則一年後是會多少?即使用普通型計算機的話,也是個棘手問題。若只能使用乘號計算,你會需要在計算機按下:
*
1.01
*
...可能會曠日廢時毫無效率。
而使用科學型計算機,只需輸入按鍵
1.01 ^ 365
約四百年前的17世紀,處於大航海時代或地理大發現
(Age of Discovery)
的中後期,數學家也有新的發現或發明。要在明確經緯度的大海上定位,是件困難的事情,此時的數學家雖已知如何處理球面三角的計算問題外,但為了精確度與效率的要求,需要更好的方法或工具。
在沒有GPS定位的環境下,水手們必須觀測日月星辰的變化以推測船所在汪洋中之位置。用天球
(Celestil Sphere)
的座標,反推出船隻對應到地球上之經緯度。但差之毫釐,失之千里,計算精確度與計算效率變得很重要。對數
(logarithms)
或對數表
(tables of logarithms)
的發明讓其變得簡單多,也為後來諸多科學應用開啟了第一道門。
在繼續講述對數的發展與應用前,先暫且回到高中數學之討論。
※108數學課綱條目[N-10-4]
常用對數:
log
的意義,常用對數與科學記號連結,使用計算機的
10
x
鍵
和
log
鍵。
fx
-82 SOLAR Ⅱ
屬於基本型或初階型的科學型計算機,其鍵入及執行方式為
單步(single-step)
式
或稱
立即執行
(immediate-execution)
式
的
作業模式
(mode of operation)
。
普通型計算機的操作也與此模式相似,差別在於科學型計算機有先乘除後加減的機能,且同時也具備處理其它數學函數之功能。而值得注意的是,在使用
x
2
或
sin
x
等一元運算
(unary operation)
的函數功能鍵時,自變數的數值須先輸入,接著才是函數符號的對應按鍵。
例如,求
log
2
之近似值,請按
2
l
即可,如此之按鍵順序,剛好呼應「2的(常用)對數」念法。
再者,若求
10
8
時,因為
10
x
鍵為
T
上方黃字標記的第二功能,啟動該功能前請先按一下
z
。
故求
10
8
,請按
8
zT
。
一元運算的範例
前一段所說之計算機操作模式,雖然和數學符號中函數與自變數由左而右的書寫不盡一致,但對於數學概念的學習,也能有意外的幫助或優點。其原因在於立即執行式的計算機,可以對螢幕上的數做運算。更確切地說,是對前面計算所得而存放於暫存器中的數值,再進行計算。
【例題一】
在求
(((1.01)
2
)
2
)
2
時,可以如下操作:
【例題二】
蕃茄汁的味道嘗起來是酸的,而食物會帶有酸性,其實是因為水份中氫離子濃度較純水高出許多的緣故。科學家發現
25°C時,純水的氫離子濃度是1×10
−7
mol/L。
定義
pH為−log[H
+
],[H
+
]表示氫離子濃度,故純水的pH為7
。
已知用儀器測得某杯蕃茄汁的
pH
為
4.7
,試回答下列問題:
(1) 求這杯蕃茄汁的氫離子濃度為何?
(2) 請在計算機中鍵入
−4.7
,請按
zT
,接著按
l
,再按
zT
...如此循環操作,可以發現什麼?
(1) 照科學上的定義氫離子濃度為
10
− pH
在計算機輸入
4
.
7
~
,接著鍵入
zT
,可以得到約
1.995×10
-5
的數值。
(2) 使用計算機,可看到一個操作的流程:
如上圖,左邊螢幕框中代表純10的乘冪指數;右方的則是科學記號表示數。
雖者,在108新課綱10年級,不得談及對數律。但由指數律知:
10
−4.7
=10
0.3
×10
−5
。由
−4.7 = −5 + 0.3
,將
0.3
輸入計算機中,再取
zT
。此過程或許可先引導學生去思索對數律的概念。
對數表在108新課綱中,因計算機融入課程的設計,學習目標不列入查表
註2
的練習。學生可以使用計算機快速求得數值,計算機不啻是一本厚厚的函數表,對他們來說是一大福音。
幾個世紀前對數表的出現,其實已減輕不少計算工作,但當時航海家若有計算機,也不需繁瑣的查表程序,當今學子也如此。唐‧韓愈曾有「學海無涯苦作舟」的詩句,或許除了苦作舟,計算工具的運用在當今也更顯得重要。
第一屆的臺灣科技教育展(EdTech Taiwan),於107年首次登場,由台北市電腦公會(TCA)主辦,該公會每年舉辦「資訊月」、「春季電腦展」、「Computex」和「智慧城市展」等資訊相關推廣活動。
今年展期為
12/4(三)至12/8(六),可於每日10:00~18:00,至台北世貿一館免費參觀
。規劃多年的「108新課綱」於8/1上路,新課綱強調「素養導向」及「資訊科技」領域,剛好與本次的展覽呼應。
第二屆臺灣教育科技展,匯聚了70多家國內外EdTech企業。於五天的展期中,配合新課綱為主題,以體驗展示、主題論壇、工作坊、教案沙龍等形式舉辦相關活動,提供相關科技教學工具、使用案例、教學方法,幫助教育工作者輕鬆備課,打造提供上百種教學產品及服務的平台。
臺灣卡西歐除了計算機、手錶、投影機或樂器等產品之提供,我們也積極參與各種活動,期望能提供更多的服務與創造更多的價值。今年卡西歐的攤位號碼是
DP829
,位於教案沙龍旁(
展場平面圖
)。能躬逢其盛參與今年臺灣科技教育展,是我們的榮幸。
以下相關連結,供各位讀者參考:
EdTech Taiwan官網
2019展覽相關資訊
CASIO今年展出產品主題
演講訊息
:12/7(六) 下午1:10至2:00 未來教室演講主題「計算機配合模擬軟體融入教學」