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Universidade Federal do Pará Instituto de Ciências Exatas e Naturais Faculdade de Matemática Licenciatura em Matemática Sobre o Papel da História e das Tecnologias no Ensino de Matemática: As Barras de Napier (1550-1617) Ivan Augusto Trindade Macedo Belém – Pará 2019 Ivan Augusto Trindade Macedo Sobre o Papel da História e das Tecnologias no Ensino de Matemática: As Barras de Napier (1550-1617) Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), apresentado ao Curso de Licenciatura em Matemática da Universidade Federal do Pará, como requisito parcial à obtenção do título de Licenciado em Matemática. Orientador: Prof. Dr. João Claudio Brandemberg Quaresma. Belém – Pará 2019 Ivan Augusto Trindade Macedo Sobre o Papel da História e das Tecnologias no Ensino de Matemática: As Barras de Napier (1550-1617) Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), apresentado ao Curso de Licenciatura em Matemática da Universidade Federal do Pará, como requisito parcial à obtenção do título de Licenciado em Matemática. Banca examinadora: __________________________________________________________ Prof. Dr. João Claudio Brandemberg Quaresma Orientador __________________________________________________________ Prof. Dr. Lênio Fernandes Levy FACMAT - UFPA __________________________________________________________ Prof. Dr. Paulo Vilhena FACMAT - UFPA Aprovado em: ____ de________________ 2019. Belém – Pará 2019 Dedico este trabalho à minha mãe, Valdivia Trindade, aos meus irmãos e a toda minha família. AGRADECIMENTOS A Deus, que iluminou e ilumina sempre o meu caminho em toda a minha trajetória; Ao professor Dr. João Claudio Brandemberg Quaresma, pelo apoio como amigo e orientador, pelas sugestões e contribuições em todo o processo; Aos meus pais: Valdivia Trindade Freitas e José Ivan de Macedo, a quem agradeço por acreditarem na realização deste trabalho. Aos meus Padrastos: João Francisco da Cruz Freitas e Maria das Graças Maués. Aos meus avós: Laudicéia Trindade, Antônio Coelho, Augusto Macedo e Maria de Lourdes Macedo. Aos meus irmãos: Luís Felipe Trindade Freitas, Camila Trindade de Miranda, Vitor Hugo Maués Macedo e Paulo Fabrício Maués, pelo apoio e pela confiança no meu crescimento intelectual e profissional. Aos Amigos que me incentivaram nesta Jornada. Aos amigos da graduação, pelo respeito, companheirismo e sugestões; A todos os meus amigos que me apoiaram para a realização deste trabalho. Se você achar que eu estou derrotado Saiba que ainda estão rolando os dados... Porque o tempo, o tempo não pára! Cazuza Resumo O Subsequente trabalho faz um estudo sobre o papel da história e das tecnologias no ensino de Matemática, através de uma pesquisa histórica sobre o desenvolvimento e utilização das Barras de Napier, e sua influência em questões tecnológicas. A necessidade de inovar os métodos de realização de cálculos ao logo do tempo, além do advento das “calculadoras” que é fruto deste processo. A ideia é apresentar neste trabalho alternativas didático-pedagógicas que através do lúdico, possibilitem novas maneiras de pensar, para docentes e discentes. Diante desta nossa constatação, a proposição é apresentar um dispositivo para o ensino das operações aritméticas, chamado de Barras de Napier, desenvolvido por John Napier (1550-1617), o criador dos logaritmos, no século XVII. O objetivo é abordar as Barras de Napier como instrumento pedagógico e entender sua importância e utilização como equipamento tecnológico que pode ser utilizado em sala de aula a serviço do processo de ensino e de aprendizagem. Este trabalho explana um pouco acerca da história de John Napier, em seguida “explica” como foram criadas as Barras e de que forma elas estão relacionadas com a tecnologia na educação atual. Palavras-chave: Inovar. Barras de Napier. Ensino-aprendizagem. Tecnologias. Didático-Pedagógicas. Abstract Subsequent work makes a study on the role of history and technologies in the teaching of mathematics, through a historical research on the development and use of Napier Bars, and their influence on technological issues. The need to innovate the methods of performing calculations over time, in addition to the advent of “calculators” that is the result of this process. The idea is to present in this work didactic-pedagogical alternatives that through playfulness, enable new ways of thinking, for teachers and students. Given this finding, the proposition is to present a device for the teaching of arithmetic operations, called the Napier Bars, developed by John Napier (1550-1617), the creator of logarithms, in the seventeenth century. The objective is to approach Napier Bars as a pedagogical instrument and to understand its importance and use as technological equipment that can be used in the classroom at the service of the teaching and learning process. This paper explains a little about John Napier's story, then “explains” how the Bars were created and how they relate to technology in today's education. Keywords: Innovate. Napier Bars. Teaching-learning. Technologies. Didactic- Pedagogical. Lista de Figuras Figura 1: Composição das Barras de Napier............................................................25 Figura 2: Barra 7.......................................................................................................25 Figura 3: Barras de Napier........................................................................................26 Figura 4: Materiais Simples.......................................................................................27 Figura 5: Primeiro passo da construção....................................................................28 Figura 6: Segundo passo da construção...................................................................28 Figura 7: Terceiro passo da construção....................................................................29 Figura 8: Quarto Passo da construção......................................................................29 Figura 9: Quinto passo da construção.......................................................................30 Figura 10: Construção finalizada...............................................................................30 Figura 11: Operação de multiplicação.......................................................................32 Figura 12: Operação de multiplicação com as barras de Napier..............................33 Figura 13: Operação de soma das diagonais............................................................33 Figura 14: Operação de multiplicação.......................................................................34 Figura 15: Operação de multiplicação com as barras de Napier..............................35 Figura 16: Operação de soma das diagonais...........................................................35 Figura 17: Operação de soma...................................................................................36 Figura 18: Operação de divisão com as Barras de Napier........................................37 SUMÁRIO 1.INTRODUÇÃO........................................................................................................11 1.1. Ojetivo................................................................................................................121.2. Metodologia.......................................................................................................13 2. ESTUDOS PRELIMINARES..................................................................................13 2.1. O que é uma Tecnologia...................................................................................13 2.2. Textos Originados de Pesquisas Históricas Sobre o Desenvolvimento Conceitual do Tema.................................................................................................14 2.3. Um Pouco Sobre John Napier e a Importância do Seu Trabalho....................................................................................................................15 3. FUNDAMENTOS TEÓRICO-METODOLÓGICOS................................................18 3.1. A Investigação em História da Matemática.....................................................21 3.2. Reflexos, na Educação, da Tecnologia e de um Novo Pensar.......................................................................................................................22 4. DESCRIÇÃO DAS BARRAS DE NAPIER............................................................24 4.1. Confecção das Barras de Napier.....................................................................27 4.2. Multiplicação Usando as Barras de Napier.....................................................32 4.3. Divisão Usando as Barras de Napier...............................................................37 4.4. Algumas Aplicações dos Logaritmos na Tecnologia....................................39 5. CONSIDERAÇÕES...............................................................................................40 REFERÊNCIAS..........................................................................................................41 11 1. INTRODUÇÃO A pesquisa sobre a História da Matemática e seu papel na Educação tem concebido interessantes resultados para novos caminhos e focos de abordagem, que visam a aperfeiçoar o processo de formação em Educação Matemática. Conforme Soares (2011) por mais que a Matemática ainda seja considerada por muitas pessoas uma disciplina de difícil assimilação, devido ao fato de que muitos não estão adaptados à linguagem, à formalização, à escrita e aos símbolos usuais que são exigidos por essa disciplina. A Matemática é vista como uma disciplina de entendimento complicado nas escolas dos Ensinos Fundamental e Médio. A maneira como ela é ensinada faz com que muitos alunos busquem outras opções, outras áreas profissionais ou cursos universitários. É como se houvesse uma válvula de escape para seguir outros caminhos acadêmicos com a ideia de não usar a Matemática no seu dia a dia escolar. Esse fato aciona um alerta para os profissionais da rede de ensino e demais pesquisadores da educação Matemática. O que se pretende neste texto é contribuir para uma reflexão sobre tecnologias na Educação e o uso de inovações pedagógicas. Essas tecnologias são parte essencial nos processos de sociabilidade das novas gerações. É importante ressaltar que essas tendências geram novos modos de perceber a realidade, de aprender, de produzir, além de difundir conhecimento e informação. De fato, há uma significativa importância na vida das novas gerações, proporcionando-se um novo método, mais interessante e atrativo, onde crianças e adolescentes não apenas aprendam coisas novas, mas também desenvolvam novas habilidades cognitivas, ou seja, novas maneiras de pensar e aprender. Podemos dizer que a escola do futuro tende a realizar uma promessa moderna no universo de uma cultura pós-moderna. Mas o que isso significa? Talvez uma escola de qualidade, com tecnologia e inovação, que integre novos métodos de abstração, de modo eficiente e fundamentalmente crítico, colocando a tecnologia a serviço dos alunos, para que possam se sentir dentro de um novo conceito de aprendizagem. Diante desse contexto e das investigações obtidas mediante o presente trabalho, centrado nas Barras de Napier, sua história e importância no desenvolvimento das tecnologias que podem ser utilizadas no ensino de Matemática, muitos professores terão a oportunidade de analisar o processo de 12 construção do citado dispositivo didático, de modo que adquiram mais alternativas de ensino. Podendo trabalhar, na sala de aula, com os alunos esses mecanismos de cálculos criados por John Napier. Este trabalho traz muitas informações, que, no decorrer da história, foram desprezadas pelos professores de Matemática, e que hoje podem ser retomadas, não com informações históricas orais na sala de aula, mas com informação que pode ser materializada na forma de materiais didáticos, manipulativos, nos quais, existam fundamentos, propriedades e conceitos relacionados às operações para serem aprendidos pelos alunos de maneira mais concreta. As Barras de Napier são um exemplo básico disso, de como o professor pode mostrar o processo de multiplicação de uma maneira operacional, mecânica, mas associados a ela, estão propriedades e os princípios aditivos e multiplicativos relacionados entre si. O mesmo vai ocorrer com todos os tipos de régua de cálculo também advindos dos conceitos dos logaritmos criados por Napier. Então, se o professor tem uma pluralidade de materiais didáticos, explorando o mesmo conceito, as mesmas propriedades e os mesmos princípios, todos relacionados aos logaritmos, ele abre possibilidades para o aluno ter uma compreensão mais ampla do assunto. No Entanto, para isso, o professor precisa aprender a confeccionar o material, saber a hora certa de utilizá-lo e a hora certa de relacioná-lo com os conceitos matemáticos, que estão estabelecidos nos livros didáticos. Caso contrário, ele não consegue fazer uma conexão entre os conteúdos dos livros didáticos e as informações advindas da História para ampliar a compreensão do aluno. 1.1. Objetivo Este trabalho está fundamentado numa análise história e epistemológica sobre o papel da História e das Tecnologias no ensino de Matemática, com enfoque nas barras ou ossos de John Napier, tendo em vista propiciar uma abordagem histórico-conceitual que possa ampliar e complementar a abordagem dada a esse assunto, além de investigar a formulação e a criação desse dispositivo de extrema importância para o desenvolvimento tecnológico educacional. 13 1.2. Metodologia Realizando uma pesquisa sobre logaritmos e seu desenvolvimento histórico- epistemológico, abordou-se uma conexão que visasse aos aspectos: Aritmético, Geométrico e Algébrico-Funcional, a fim de oferecer uma ampliação significativa aos estudos dos conceitos, das propriedades e das relações, além de um detalhamento histórico dos logaritmos, do seu significado conceitual, das suas aplicações e das atividades que poderão ser usadas em sala de aula, como as Barras de Napier. 2. ESTUDOS PRELIMINARES Neste capítulo, vamos falar sobre a questão-foco da observação, sobre as questões norteadoras, bem como sobre os objetivos gerais, específicos e acerca de alguns estudos a respeito do tema e dos procedimentos teórico-metodológicos. 2.1. O que é uma Tecnologia? Segundo o Site Significados, Tecnologia é um produto da Ciência e da Engenharia que envolve um conjunto de instrumentos, métodos e técnicas que visam à resolução de problemas. É uma aplicação prática do conhecimento científico em diversas áreas de pesquisa. A palavra tecnologia vem do grego “tekhne” que significa “técnica, arte, ofício” juntamente com o sufixo “logia” que significa “estudo”. As tecnologias primitivas ou clássicas envolveram a descoberta do fogo, a invenção da rodae, a escrita, dentre outras. As tecnologias medievais englobaram invenções como a prensa móvel, tecnologias militares com a criação de armas ou as tecnologias das grandes navegações, que permitiram a expansão marítima. As invenções tecnológicas da Revolução Industrial (século XVIII) provocaram profundas transformações no processo produtivo. A partir do século XX, destacaram-se as Tecnologias de Informação e Comunicação, através da evolução das telecomunicações, utilização dos computadores, desenvolvimento da internet, e ainda, as tecnologias avançadas, que englobam a utilização de Energia Nuclear, da Nanotecnologia, da Biotecnologia, etc. Atualmente, a alta tecnologia, ou seja, a tecnologia mais avançada é conhecida como tecnologia de ponta. As novas tecnologias são fruto do desenvolvimento tecnológico alcançado pelo ser humano e têm um papel fundamental no âmbito da inovação. 14 Os avanços da Tecnologia provocam grandes impactos na Sociedade. Pelo lado positivo, a Tecnologia resulta em inovações que proporcionam melhor nível de vida ao homem. Como fatores negativos, surgem questões sociais preocupantes, como o desemprego, devido à substituição do homem pela máquina, ou a poluição ambiental que exige um contínuo e rigoroso controle. 2.2. Textos Originados de Pesquisas Históricas Sobre o Desenvolvimento Conceitual do Tema Nos dois volumes do livro A História dos logaritmos de Napier a Euler, de Charles Naux (1966; 1971), o autor faz uma análise histórico-epistemológica minuciosa sobre a história dos logaritmos no intuito de caracterizar e descrever analiticamente o tema e suas implicações no desenvolvimento da Ciência e das Tecnologias até o século XVIII. Nesses trabalhos, o autor narra como surgiram os logaritmos e como foram recebidos pela comunidade científica, desde a sua criação até a sua formulação algébrica, demonstrada por Euler no Século XVIII. No referido estudo, seu autor menciona a criação dos logaritmos por Napier, Briggs e Burgi, e sua difusão pelos países da Europa, e como os logaritmos se tornaram um dos principais meios de estudos científicos da Matemática. Com os mesmos objetivos, embora com um caráter mais comemorativo e memorialístico, no livro Napier tercentenary memorial volume (Volume memorial do tricentenário de Napier), de Cargill Gilston Knott (1915), o autor retrata um estudo histórico e epistemológico dos logaritmos, no qual inicialmente descreve e comenta sobre a vida de Napier e as principais obras desse matemático, principalmente sobre os modos e condições em que criou os logaritmos. Também comenta os processos de apropriação, adaptação e reinvenção por parte de outros dois matemáticos: Briggs e Burgi, ou seja, sobre os modos como esses dois personagens da história dos logaritmos reinventaram seus processos de contagem e cálculo aritmético logarítmico e como tais estudos foram significantes para a Astronomia e para a Navegação do século XVIII. Diante de seus comentários sobre tais invenções, Knott ressalva como esses estudos foram recebidos pelos principais contemporâneos e cientistas da época e como o referido tema foi importante no progresso da Matemática, principalmente do cálculo diferencial e integral. No mesmo período, em outro livro intitulado Modern instruments and methods of calculation: a handbook of the napier tercentenary exhibition (Modernos 15 instrumentos e métodos de cálculo: um manual de exibição do tricentenário de Napier) de E.M Horsburgh (1914), o autor desenvolve um estudo histórico e epistemológico sobre os logaritmos, no qual inicialmente, também propõe uma biografia sobre a vida e as principais invenções de Napier e dos modos como o Matemático chegou a estabelecer seu processo de contagem e daí se tornar um dos primeiros a criar os logaritmos e seus processos aritméticos operacionais. 2.3. Um pouco sobre John Napier e a importância de seu trabalho Segundo Leitão, Teixeira e Fonseca (2016), John Napier Nasceu em Edimburgo, Escócia, em 1550. Seu pai, Archibald Napier, Barão de Merchiston, era um rico proprietário de Edimburgo, e sua mãe, Janet Bothwell, era irmã de Adam Bothwell – Primeiro bispo de Orkney (Escócia) e amigo do rei Jaime VI. A família Napier possuía grande influência política e financeira na Escócia. Era uma das vinte maiores fortunas da Europa. Napier foi educado até os treze anos em casa, como era comum entre os nobres, com os melhores mestres da Escócia. Desde pequeno, Napier mostrava-se diferente dos demais jovens da sua classe social. Em vez de se dedicar à caça e à guerra, preferia as atividades intelectuais: revelava-se brilhante estudioso, péssimo caçador e desajeitado guerreiro. Em 1563, ingressou na Universidade de Saint Andrews, e ali estudou Teologia. Depois viajou pela Europa e estudou na Universidade de Paris, na Itália e na Holanda. Em 1571, regressou à Escócia já como um teólogo reconhecido e um dos homens mais ricos daquele país. Em 1572, construiu um castelo em Gartness, onde passou a viver com sua esposa. Napier se dedicava a cuidar de suas propriedades e transformou seu castelo em uma residência para cientistas e artistas; utilizava sua fortuna para manter em sua volta inventores, matemáticos, astrônomos, poetas e pintores. Ele era um grande inventor no campo da Agricultura, onde aplicava suas invenções; criava fertilizantes e substâncias que ajudavam a controlar as pragas e melhorar a colheita. Estudava Matemática como um simples passatempo. Seus livros e publicações sobre o tema eram sempre precedidos por uma desculpa por serem pouco profundos, seus argumentos. Ele não tinha tempo suficiente para se dedicar plenamente a essa disciplina, já que as questões políticas e religiosas consumiam suas principais horas. Entrou para a História como um célebre matemático pela invenção dos logaritmos e por várias contribuições em diferentes ramos da 16 Matemática: Geometria, Trigonometria, Álgebra e no que se chamava naquela época “matemáticas comerciais”. Segundo Eves (2011), Napier gastou grande parte do seu tempo em controvérsias políticas e religiosas. Era violentamente Anticatólico e defensor das causas de John Knox e Jaime I. Em 1593, publicou libelo amargo e amplamente lido contra a igreja de Roma com o título “A Plaine Discovery of Whole Revelation os Saint John”, onde se propunha a revelar que o papa era o Anticristo e que o criador tencionava pôr fim ao mundo nos anos entre 1688 e 1700. O livro atingiu 21 edições, pelo menos dez ainda em vida do autor, e Napier acreditava piamente que sua reputação com a posteridade repousaria sobre esse livro. Napier morreu em Edimburgo em 4 de abril de 1617, de ataque cardíaco, aos 67 anos de idade. Segundo Mendes e Machado (2017), o trabalho de Napier teve uma importância muito grande para a Matemática desde o século XVI até os dias atuais, principalmente pela criação de uma capacidade de relacionar duas operações, para facilitar os cálculos matemáticos de grande volume no tempo das grandes navegações, época em que não havia possibilidade de fazer cálculos com operações com números muito grandes. Napier foi influenciado pela matemática mais antiga da Idade Média, principalmente pelo trabalho de Luca Pacioli (1445-1517), um monge franciscano e célebre matemático. É nesse contexto que Napier cria os Números da Razão, hoje conhecidos por Logaritmo, que é um número que indica uma razão (ou quociente), uma vez que a diferença entre dois logaritmos determina o quociente que se trata de uma relação entre a operação de adição e multiplicação, de modo a estabelecer essa correspondência entre essas duas formas de representar os números, a fim de favorecer os grandes cálculos. O trabalho de John Napierinfluenciou muito a História, tanto na Ciência quanto na Tecnologia, principalmente no que diz respeito à criação das calculadoras, e dos computadores, que são instrumentos tecnológicos de extrema importância na atualidade. Nos dias atuais, quem faz uso de um computador está se beneficiando involuntariamente com a mecanização histórica dos cálculos que ocorreram ao longo de muitos séculos. Cerca de 400 a 500 anos atrás, não era bem assim: o cálculo 17 estava centrado na mão de pouquíssimas pessoas, ou seja, de especialistas bem treinados para executá-los. É por isso que pensadores e, principalmente, matemáticos dedicaram-se ao longo do seu tempo, para pesquisar e criar mecanismos de cálculo que facilitassem as operações, que as transformassem em algo mais suave, simples e livre de erros. Foi assim que John Napier, com essa preocupação, em 1617, publicou um livro chamado Rabdologia (método para cálculos elementares, com auxílio de pequenos bastões nos quais se inscrevem números simples.), que apresenta instrumentos de cálculos que facilitam a mecanização desses procedimentos e os tornam mais acessíveis para todas as pessoas (Mais esclarecimentos podem ser encontrados ao longo do trabalho). 18 3. FUNDAMENTOS TEÓRICO-METODOLÓGICOS Para conduzir os caminhos na averiguação de algumas respostas mencionadas neste trabalho, recorremos aos estudos de livros e artigos científicos, de autores que tratam de aspectos ligados à Educação Matemática, bem como da abordagem de livros didáticos relacionados ao tema deste trabalho e sobre as ações do professor em sala de aula. Freire (1996) nos possibilita uma reflexão crítica sobre a prática docente. Por sinal: Por isso, é fundamental, que na prática de formação, o aprendiz de educador assuma que o indispensável pensar certo não é presente dos deuses nem se acha nos guias de professores iluminados, pelo contrário, o pensar certo supera o ingênuo que deve ser produzido pelo aprendiz em comunhão com o professor formador (FREIRE, 1996). O cuidado é chamar atenção no que se refere a conduzir o ensino, colocando o professor como um ser que saiba socializar o aprendizado. É necessária uma reflexão crítica sobre a prática. Consequentemente, ao docente resulta o significado pleno e ético do que seja ensinar e aprender no âmbito pedagógico. De acordo com Ferreira (2006 p.17-20), ainda assim “o professor não é o único detentor do conhecimento, nem o aluno uma página em branco onde se gravam os diversos exercícios repetitivos”. Houve uma mudança quanto ao saber em nossos dias. Assim, o professor deve estar, constantemente, refletindo sobre sua prática, buscando, através de recursos de leitura, em cursos de formação continuada, alternativas para enfrentar os problemas de sala de aula. Nesse Sentido, Fiorentini e Nacarato (2005) afirmam que o professor: [...] constitui-se num agente reflexivo de sua prática pedagógica, passando a buscar, autônoma e/ou colaborativamente, subsídios teóricos e práticos que ajudem a compreender e a enfrentar os problemas e desafios do trabalho docente (FIORENTINI; NACARATO, 2005, p. 9 apud FERREIRA, 2006, p. 17). Tais dados nos levam a perceber que não basta apenas ser consciente do problema de sala de aula. É necessário, também, buscar contribuições teóricas que permitam possíveis soluções além da percepção comum, pois o professor é o personagem central na expansão do conhecimento, cuja tarefa é a de socializar, procurando dar possibilidades para o aluno desenvolver habilidades e atitudes. Afinal de contas, o professor é o principal representante capaz de planejar, organizar 19 e a propor problemas de modo que os alunos reflitam e estimulem a própria capacidade cognitiva na busca de soluções, que servem tanto para o aprendizado quanto para a vida profissional. Segundo Demo (1995, p. 57 apud FERREIRA, 2006, p. 19), “de tempos em tempos o professor deveria suspender suas atividades e passar um semestre estudando, para fazer jus ao processo inovador da educação, baseado na atualização do conhecimento”. Portanto, o desafio consiste em mostrar que os professores precisam acompanhar as mudanças econômico-sociais e tecnológicas sofridas pela sociedade. Para isso, o professor precisa se manter ativo no seu papel de pesquisador. Diante desse contexto, é importante considerar os conteúdos que os professores aprendem na graduação. Os conteúdos abordados seguem um roteiro proposto pela universidade, que tem como meta fornecer subsídios para a atuação do professor no processo de ensino. Libâneo (1994) esclarece o que abrangem esses conteúdos: Conteúdos de ensino superior são conjuntos de conhecimentos, habilidades, hábitos, modos valorativos e atitudinais de atuação social, organizados pedagógica e didaticamente, tendo em vista a assimilação ativa e aplicação pelos alunos na sua prática de vida. Englobam, portanto: conceitos, ideias, fatos, processos, princípios, leis científicas, regras; habilidades cognoscitivas, modos de atividade, métodos de compreensão e aplicação, hábitos de estudo, de trabalho e de convivência social; valores, convicções e atitudes. (LIBÂNEO, 1994, p. 128). Esses conteúdos retratam a experiência social do ser humano no que se refere a conhecimentos e modo de ação, transformando-os em instrumentos que serão úteis para que os alunos assimilem, compreendam e enfrentem as exigências teóricas e práticas da vida social. Entretanto, é necessária, uma reflexão por parte do professor em relação ao seu dever e como esses conteúdos podem ajudar a reelaborar o seu planejamento, de modo que propiciem a construção dos conhecimentos, ou seja, transformem os saberes científicos em saberes escolares, de maneira que estes tenham um significado para os alunos. É uma questão que desafia o professor, pois não é tão fácil superar o modelo de ensino desvinculado dos aspectos sociais. É importante conhecer de fato sua área de atuação, sem formalidades e regras, e utilizar esses 20 conhecimentos para que desperte no aluno o interesse pelo conhecimento e pela sua aprendizagem. Faz-se necessário, então, que os professores se tornem mais aptos no que diz respeito ao ensino, adequando-se às necessidades e aos interesses dos alunos, principalmente daqueles que almejam aprender de forma significativa. Há, então, a necessidade de os professores desenvolverem suas habilidades além daquelas apresentadas no curso de graduação. O objetivo é despertar nos alunos o interesse, não somente para prestarem atenção nas aulas, mas para que eles compreendam o que está sendo trabalhado na sala de aula, dando-se possibilidade para que eles verifiquem a utilidade dos saberes escolares. Conforme argumentam Fiorentini e Nacarato (2005): Do professor têm sido exigidas competências para as quais não está preparado, pois sua formação inicial e continuada, quando existe, não abordam essas questões. Além de ministrar competentemente o conteúdo de sua disciplina, o professor deve exercer funções que deveriam ser de outras áreas: assistente social, psicólogo, orientador sexual... Enfim deve ser capaz de lidar com as questões emocionais, afetivas, sociais e cognitivas de seus alunos (FIORENTINI; NACARATO, 2005, p. 97 apud FERREIRA, 2006, P. 20). Segundo Silva e Miranda (2013), a Matemática é uma ciência de desenvolvimento de estruturas e ideias. Sendo assim, podemos utilizar a investigação histórica para obter um aprofundamento do conhecimento matemático gerado em cada contexto. O percurso histórico permite estabelecer um diálogo entre o conhecimento aprendido e disseminado mecanicamente, a memória da práticamanipulativa que utiliza os objetos matemáticos, os textos, os documentos, os relatos da prática e outros registros, de um modo geral, que os armazenem para torná-los públicos (MENDES, 2006). Esse diálogo tem como propósito estabelecer a produção de novos conhecimentos matemáticos a partir dos conhecimentos produzidos em outras gerações, em uma dinâmica de armazenamento e seleção de informações que permitam ao indivíduo adicionar suas impressões ao conhecimento, que Mendes (2006) chama de “conhecimento experienciado”. O percurso histórico baseado no diálogo entre o passado e o presente torna o conhecimento matemático público, de modo a valorizar não só o produto, mas o processo do conhecimento construído, 21 transpondo as barreiras do que antes era desconhecido, proporcionando maior criatividade ao processo investigativo e aos sujeitos atuantes nele (professores e alunos). 3.1. A Investigação em História da Matemática Segundo Silva e Miranda (2013), o processo investigativo, em qualquer área do conhecimento, possui suas particularidades. Na investigação em História da Matemática, isso não é diferente. A particularidade na investigação histórica reside na sua capacidade de proporcionar a prática reflexiva em Matemática e em Educação Matemática. Em História da Matemática, percebemos que a prática investigativa se desenvolve em diferentes frentes que apresentam como temas principais: o desenvolvimento histórico de um conceito matemático, a biografia de matemáticos, as relações da Matemática com outras áreas do conhecimento e a aplicabilidade da História dentro do contexto de sala de aula. Destacamos que o propósito da investigação em História da matemática é segundo Lima Filho (2011): Obter o máximo de subsídios que contribuam com o processo ensino/aprendizagem. Naturalmente a pesquisa histórica resgatará a essência da problemática vivida na antiguidade, como essa problemática mobilizou aquela sociedade e como essa essência do passado pode ser conectada com o pensamento e as necessidades na atualidade. (LIMA FILHO, 2011). 22 3.2. Reflexos, na Educação, da Tecnologia e de um Novo Pensar Segundo D’Ambrosio (2002), o maior obstáculo à incorporação da Tecnologia e de uma nova matemática à Educação tem sido uma crítica ingênua de certos matemáticos e educadores matemáticos. Particularmente grave é a resistência à incorporação das novas Tecnologias de Informação e Comunicação. Ainda há insistência em se ensinar uma matemática desinteressante, obsoleta, inútil. Propostas como a Modelagem e a Etnomatemática, que incorporam novas maneiras de ver a Matemática, apoiando-se nos avanços mais recentes da Tecnologia e de um novo pensar, e declarando uma reflexão crítica sobre as questões fundamentais da civilização atual, ainda encontram resistência. Há um conservadorismo dominante nos sistemas escolares. Segundo Seymour Papert, um dos grandes discípulos de Jean Piaget, Nas escolas estamos longe de mobilizar o potencial de aprendizagem dos alunos e muito, muito longe de mobilizar o potencial global de aprendizagem do mundo. No meio dessa explosão de mudanças, a instituição ESCOLA continua do mesmo modo em todos os países. Bilhões de dólares são desperdiçados. (S.Papert, 2001, p. 5) . Segundo as recomendações da UNESCO, a incorporação da Tecnologia à Educação pode ser organizada a partir de seis etapas: • adotar uma visão do futuro da aprendizagem aceitando o fato de que todo aluno terá um computador; • comprometer, nos cronogramas das escolas, a preparação para adoção das novas tecnologias; • criar centros regionais equipados com tecnologia de ponta; • estabelecer grupos de pesquisa sobre novos currículos e metodologias de aprendizagem e ensino; • incorporar uma nova visão de educação e a aquisição de fluência tecnológica na formação de professores; • assegurar atenção às dimensões espirituais, cognitivas, sociais e pessoais do crescimento do jovem num contexto de alta tecnologia. 23 A Matemática tem, nesses seis pontos, papel de fundamental importância. O que se necessita é repensar a Educação, na qual a Tecnologia tenha uma importância fundamental. A tecnologia, em si, não é a solução, pois é apenas um instrumento. Mas embora a tecnologia, por si, não implique uma boa educação, a falta de tecnologia automaticamente implica uma má educação. Então, trabalhar novos dispositivos tecnológicos, como as Barras de Napier por exemplo, principalmente, na base da educação escolar, é dar outra visão do ensino de Matemática a professores e alunos, desenvolvendo e motivando o potencial de ambos, no processo de ensino aprendizagem. 24 4. DESCRIÇÃO DAS BARRAS DE NAPIER Segundo Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, P. 4), as Barras de Napier são Barras Retangulares contendo inscrições de números que, dispostas lado a lado e seguindo determinadas regras, tornam possível fazer multiplicações, divisões e extrações de raízes quadradas de modo semi-mecânico. Utilizando essas barras, a multiplicação se reduz a uma adição. As barras de Napier são compostas por um conjunto de onze barras, sendo a primeira a barra base que ficará fixa, enumerada de 1 a 9. Da segunda em diante, temos as barras denominadas de auxiliares. Cada barra é dividida em 10 quadrados, nos quais, exceto no primeiro, é traçada uma diagonal do canto superior direito para o inferior esquerdo. No primeiro quadrado superior, é colocado um dos números de 0 a 9. A distribuição dos números que encabeçava as faces laterais deste modelo era feita de modo que a soma dos números do topo das faces opostas é nove, da seguinte maneira: 0198, 0297, 0396, 0495, 1287, 1386, 1485, 2376, 2475, 3456. Do segundo quadrado em diante, são inscritos em sequência os múltiplos do número colocado no primeiro quadrado; no triângulo inferior de cada quadrado é colocado o algarismo que representa as unidades, e no triângulo superior o algarismo representando as dezenas. Cada barra nada mais é que a tabuada do número do primeiro quadrado. 25 Figura 1: Composição das Barras de Napier Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Para facilitar a identificação da barra à qual estamos nos referindo, chamaremos de “barra n”, 0 ≤ n ≤ 9, a barra em cujo topo há o número n; por exemplo, a barra encabeçada pelo número 7. Vamos olhar a barra 7, a seguir: Figura 2: Barra 7. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 26 No segundo quadrado, referente ao 2º múltiplo do 7, o algarismo 4 corresponde às unidades e o 1 às dezenas de 7 x 2 = 14. Seguindo a sequência, no 10º quadrado temos inscrito o número 63, o 3 representando as unidades e o 6 as dezenas de 7 x 9 = 63. O que acabamos de descrever é na verdade a tabuada do 7. Se olharmos os conjuntos de barras a seguir, podemos observar que na barra 1 está a tabuada do 1, na barra 2 está a tabuada do número 2, e assim sucessivamente até o 9; teremos então a tabuada de todos os algarismos. Observe que o conjunto das dez barras é a tabuada completa de 0 a 9, com os algarismos que representam as unidades inscritas abaixo das diagonais e os das dezenas acima das diagonais. Figura 3: Barras de Napier Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 27 4.1. Confecção das Barras de Napier O nome Ossos de Napier deve-se ao fato de que eram gravadas em pedaços de ossoscom formato de paralelepípedo, nas quatro faces laterais. Porém poderia ser construído com outros materiais como: madeira, ferro e bronze. Hoje já podemos utilizar materiais mais simples para fazer a representação desse instrumento de calcular, utilizando papel, lápis, régua, borracha e tesoura. A partir desses materiais, iremos mostrar como construir os Ossos de Napier de forma simples e fácil. Materiais: Papel A4 peso 60, régua, lápis grafite, borracha e tesoura. Figura 4: Materiais Simples Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Passo 1: De início, vamos utilizar o papel em modo paisagem. Em seguida, faremos pontos na forma de colunas com espaçamento de 2 centímetros de distância entre um ponto e outro. Serão marcados pontos suficientes para fazer 12 colunas. Depois, traçamos linhas nas referidas marcações. 28 Figura 5: Primeiro passo da construção Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Passo 2: Agora faremos marcações na forma de linhas com o mesmo espaçamento das colunas, 2 centímetros de distância entre os pontos, o suficiente para 10 linhas. Em seguida, traçaremos as linhas nas referidas marcações, formando uma espécie de tabuleiro. Figura 6: Segundo passo da construção Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 29 Passo 3: A seguir traçaremos diagonais a partir da segunda linha e segunda coluna, da direita para esquerda e debaixo para cima. Figura 7: Terceiro passo da construção Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Passo 4: Depois de traçar as diagonais, numeramos a primeira coluna que não tem diagonais traçadas de 0 a 9. Em seguida, numeramos a primeira linha que também não tem diagonais traçadas de 1 a 9. Os dois espaços que sobrarem serão um para o zero e uma para a raiz quadrada. Figura 8: Quarto Passo da construção Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 30 Passo 5: Em seguida, preenchemos as colunas numeradas com a tabuada dos respectivos números acima, por exemplo, na coluna que tiver o número 1 iremos preencher os triângulos dessa coluna com a tabuada de 1, para a coluna que tem o número dois iremos preencher os triângulos com a tabuada de 2, e assim sucessivamente, até a coluna 9. Na coluna do zero, devem ser preenchidos os triângulos com zeros e para a coluna que representa raiz quadrada escrevemos o resultado dos quadrados dos algarismos de 1 a 9. Figura 9: Quinto passo da construção. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Passo 6: Para finalizar, cortamos na forma de colunas, e estão prontas suas Barras de Napier; Figura 10: Construção finalizada. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 31 Observação: Aconselha-se fazer em outro papel o mesmo processo. Apenas não será necessário fazer a primeira coluna, que tem a representação numérica de 0 a 9, nem a última, no caso a da raiz quadrada, isso para as operações de números repetidos. 32 4.2. Multiplicação usando as Barras de Napier Exemplo: 378 x 5 Primeiramente vamos fazer a multiplicação usando o algoritmo normal; para efetuá-la, é preciso usar uma tabuada; esse conhecimento não era comum na época de Napier. Figura 11: Operação de multiplicação. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Se houvesse mais algarismos no multiplicando, continuaríamos de forma iterativa, como fazemos normalmente hoje. Voltamos a lembrar: devemos ter uma tabuada; nos séculos XVII e XVIII só os intelectuais detinham esse conhecimento. Agora vamos efetuar a mesma multiplicação, 378 x 5, usando os ossos de Napier. As barras dos algarismos do multiplicando 3, 7 e 8 são colocadas uma ao lado da outra na mesma ordem que formam o número 378. Queremos fazer a multiplicação deste número por 5. Então, vamos à linha 5: temos em cada barra o 5º múltiplo, ou seja, 5 vezes o algarismo que a encabeça. Observe a linha 5 das barras a seguir, 33 Figura 12: Operação de multiplicação com as barras de Napier. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática Olhando a linha 5, a seguir podemos observar que diagonais estão separando os algarismos. Somando os algarismos ao longo de linhas paralelas às diagonais, começando da direita para a esquerda, vamos obter a soma de cada posição. Figura 13: Operação de soma das diagonais. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 34 Comparando com a multiplicação efetuada hoje, descrita no início deste exemplo, veremos que os algarismos de cada linha paralela As diagonais das barras são os mesmos da coluna referente a uma posição (unidades, dezenas, etc.). Olhando da direita para a esquerda temos: Na 1ª linha diagonal 0 unidades Na 2ª linha diagonal 4 + 5 = 9 dezenas Na 3ª linha diagonal 3 + 5 = 8 centenas Na 4ª linha diagonal 1 milhar Usando a notação posicional, escrevemos o resultado 1890. Utilizando as barras, a multiplicação ficou acessível às pessoas que não tinham o conhecimento da tabuada e precisavam fazer esta operação no comércio. Os Ossos de Napier foram amplamente difundidos e usados em toda a Europa nos séculos XVII e XVIII. Exemplo 2: 378 x 25 Usando o algoritmo normal. Figura 14: Operação de Multiplicação Fonte: Autor Agora vamos realizar a mesma multiplicação, 378 x 25, usando as Barras de Napier. Colocamos as Barras 3, 7 e 8 lado a lado, analisamos a linha 5, que corresponde a unidade do número 25, obtendo o resultado 1890. Em seguida analisamos a linha 2 correspondente a dezena no número 25, obtendo o valor 756. Agora vamos Somar os valores obtidos de maneira que o valor corresponde a linha 5, 1890, fique na parte superior do processo de soma usual e o valor da linha 2 na 35 parte inferior da mesma soma. Agora é só somar os resultados obtidos. Chegamos assim ao valor 9450, referente a multiplicação de 378 x 25. Observe: Figura 15: Operação de Multiplicação com as Barras de Napier Fonte: Autor Observando as somas das linhas 2 e 5: Figura 16: Operação de soma das diagonais Fonte: Autor 36 Agora somamos os valores das referidas linhas, colocando o valor da linha 5 na parte superior de uma soma usual e o valor da linha 2 na parte inferior da soma. Observe: Figura 17: Operação de soma Fonte: Autor 37 4.3. Divisão Usando as Barras de Napier Lembremos que, na Matemática, a divisão (a) / b é a multiplicação do numerador a, pelo inverso do denominador (1) / b. Na operação de divisão o numerador é o dividendo e o denominador é o divisor; a / b = a.1 / b No exemplo a seguir mostraremos a praticidade da utilização dos Ossos de Napier para efetuarmos a divisão. As somas em diagonal nos fornecerão os múltiplos do divisor. Exemplo – 978 ÷ 16 Vamos seguir os mesmos passos do exemplo anterior. Primeiramente vamos colocar as barras 1e 6 do divisor uma ao lado da outra formando o número 16, à direita da barra indicadora das linhas. Em seguida somamos em diagonal cada linha e anotamos o resultado à direita das linhas correspondentes. Agora começamos a divisão de 978 por 16. Figura 18: Operação de divisão com as barras de Napier. Fonte: Leitão, Teixeira e Fonseca (2016, p. 5) - IX EPBEEM – Encontro Paraibano de Educação Matemática 38 Montaremos o processo de divisão como hoje. Selecionamos no dividendo o menor número formado pelos primeiros algarismos que seja igual a ou maior que o divisor 16, neste caso 97; Em seguida procuramos nos resultados parciais ao lado das barras o maior número que não ultrapasse 97, localizamos o número 96 na linha 6 referente ao 6º múltiplo. O número 6 será o primeiro algarismo do quociente, ou seja, da solução procurada. Agora fazemos a subtração de 97 – 96 = 01 e anotamos o resto 01 embaixo da linha. Em seguida baixamos o próximo algarismo do dividendo, o 8, colocando-o à direita do resto 01. O novo dividendo parcial é 018. Novamente seguimos o mesmo processo, olhamos para os resultados parciais ao lado direito das barras e procuramos um número que não ultrapasse 18, localizamos o número 16, na linha 1, referente ao múltiplo. O número 1 será o segundo algarismo do quociente. Agora fazemos a subtração de 18 – 16 = 02 e anotamos o resto 02 embaixo da linha. Como não há mais números no dividendo para serem baixados, podemos encerrar a divisão. O resultado da divisão é 61 e o resto é 02. 39 4.4. Algumas Aplicações dos Logaritmos na Tecnologia Segundo o site O Estado de Minas Gerais (Logaritmos e Suas Maravilhas), uma importante aplicação dos logaritmos encontra-se na escala Richter, que mede a magnitude de terremotos. Em 1935, mais de três séculos depois que Napier iniciou a criação dos logaritmos, os sismólogos Charles Richter e Beno Gutenberg desenvolveram a escala Richter, que é uma escala logarítmica. Na ocorrência de terremotos, a energia liberada vem em forma de ondas. A escala Richter está associada ao valor do logaritmo da medida da amplitude máxima de onda, amplitude essa medida usando-se aparelhos denominados sismógrafos. Os logaritmos são usados também na Física. Uma das aplicações está na escala de decibéis, que mede a intensidade de sons suportáveis pelo ouvido humano. Existe um valor mínimo de intensidade de som, abaixo do qual é impossível o ouvido humano percebê-lo, e existe também uma intensidade máxima de som suportável pelos nossos ouvidos. A escala de decibéis também é uma escala logarítmica. Na Química, os logaritmos são utilizados para calcular o pH (potencial hidrogeniônico) de solução aquosa. O pH é uma escala logarítmica que expressa o grau de acidez de uma solução, sendo "0≤ pH ≤ 14". Quando "0≤ pH < 7”, a solução é acida. Se "7< pH ≤ 14" a solução é básica e quando "pH = 7" a solução é neutra. Citamos aqui apenas três exemplos em que logaritmos são usados, mas eles aparecem em outras ciências. Portanto, a função logarítmica e também a sua inversa, que é a função exponencial, descrevem vários fenômenos naturais que são de grande importância. 40 5. CONSIDERAÇÕES Os professores podem ganhar uma nova perspectiva sobre a sua própria prática de sala de aula utilizando o trabalho de recriação de artefatos matemáticos, como as Barras de Napier, o que desenvolve a prática e aprofunda o assunto em si, além de elevar o conhecimento pedagógico. Não se trata de uma tarefa fácil, porém, é emocionante e desafiadora. Tendo os alunos como uma ferramenta que informa e instrui. Além de desenvolver a confiança do professor em sala de aula, o uso de objetos oferece uma grande oportunidade de compreensão do conteúdo matemático e desenvolvimento mental dos alunos. Os dispositivos de Matemática ajudam os alunos a compreender conceitos abstratos através de interações concretas. O uso de mecanismos em sala de aula permite ensinar e avaliar a Matemática de uma forma imaginativa e criativa, além de ampliar a compreensão de um contexto. Sabemos que a escola está inserida em uma sociedade e que esta vive um eterno processo de avanço tecnológico. Diante disso, a escola não pode ficar às margens de tal processo de mudança. Ela deve buscar englobar, no seu contexto, o que os alunos vivenciam fora do ambiente escolar, buscando assim uma sintonia com a sociedade. Trazer novas ideias através de novos equipamentos de ensino para a aprendizagem, nas aulas de Matemática, significa fornecer ao aluno novos mecanismos, com novas possibilidades de abstração e entendimento dos conteúdos ensinados na sala de aula. Concluímos este trabalho com a esperança de que dispositivos como as Barras de Napier estejam cada vez mais inseridos no contexto escolar, pois podem ser ricas ferramentas a professores e alunos em aulas de Matemática, pelo seu considerável potencial motivador, no processo de ensino-aprendizagem. 41 REFERÊNCIAS COSTA FILHO, G. C da; FAVILLI, U. Ossos de Napier: não os dele. Disponívelem:<http://www.ubirajarafavilli.com.br/2014/01/ossos-de-napier-nao- osdele.html>. Acesso em: 24 jan. 2014. DALAKOV, G. 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Dissertação (Mestrado Profissionalizante) – Centro Universitário Francisco de Santa Maria, Santa Maria, 2006, 149p. FIORENTINO, D.; NACARATO, A. M. (Org.). Cultura, formação e desenvolvimento profissional de professores que ensinam matemática: Investigando e teorizando a partir da prática. São Paulo: Musa; Campinas: GEPFPM - PRAPEM – FE/UNICAMP, 2005. FREIRE, P. Pedagogia da Autonomia. Saberes necessários à prática educativa. São Paulo: Paz e Terra, 1996. LEITÃO, L. de C; Texeira, H. D. de P; FONSECA, J. V dos S. O Ensino da Multiplicação e Divisão Utilizando os Ossos de Napier como Recurso Pedagógico. LIBANEO, J. C. Didática. São Paulo: Cortez, 1994. LIMA FILHO, R. R. C. Investigação histórica de práticas de medição: Um estudo sobre o livro Instrumentos Nuevos de Geometria (1606). In: IX SEMINÁRIO NACIONAL DE HISTÓRIA DA MATEMÁTICA, 2011, Aracaju. Anais do IX Seminário Nacional de História da Matemática. Aracaju: UFS, 2011. 42 MENDES, I. A; SOARES, E. C. LogAritmos (Números da Razão) – Enfoques históricos, epistemológicos e escolares. Sociedade Brasileira de História da Matemática. MENDES, I. A; FOSSA, J.A; VALDES, J.E.N. A história como um agente de cognição na educação matemática. Porto Alegre: Sulina, 2006.182 p. MENDES, I. A; MACHADO, B. F. O Matemágico. O'CONNOR, J. J.; ROBERTSON, E. F. John Napier. 1998. Postado por Marcus. Disponível em: <http://matcalc.blogspot.com.br/2010/08/napier.html>. Acesso em: 15 abr. 2015. SOARES, E.C. Uma investigação Histórica sobre os Logaritmos com Sugestões Didáticas para a Sala de Aula. 2011. https://www.em.com.br/app/noticia/especiais/educacao/enem/2015/04/28/noticia-especial-enem,641856/logaritmos-e-suas-maravilhas.shtml. Acesso em: 25 nov 2019. http://www.sbemparana.com.br/arquivos/anais/epremvii/palestras/palestra_de_abert ura.pdf Ubiratan D’Ambrosio - Conferência no VII EPREM, Foz do Iguaçu, 21- 24/11/2002. Acesso em: 26 nov 2019. https://www.significados.com.br/tecnologia-2/. 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