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O USO DE FUNÇÕES EM FÍSICA E NO COTIDIANO André Luiz dos Santos Messias e-mail alsm192003@yahoo.com.br Escola Estadual Ferreira Pedro Lorena, SP Dezembro de 2006 Série(s) – Público Alvo: alunos da 1ª e 3ª séries do ensino médio. Pré-requisitos: não há. Duração (número de aulas/horas): de 8 a 10 aulas, de forma contínua. Palavras Chaves: funções, cotidiano, contextualização. Interdisciplinaridade: português (leitura), interpretação de textos. Projeto TEIA DO SABER 2006 - Programa de Formação Continuada de Professores Secretaria de Estado da Educação, SP Diretoria de Ensino da Região de Guaratinguetá Metodologias de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias do Ensino Médio: Matemática I (Curso Inicial) Coordenador Prof. Dr. José Ricardo de Rezende Zeni Departamento de Matemática UNESP – Faculdade de Engenharia – Campus de Guaratinguetá Homepage do curso: http://www.feg.unesp.br/extensao/teia/index.php André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 2 Introdução Quando se aborda o conceito de função em matemática muitos professores da área de exatas tratam o assunto de forma muito simplista, pois consideram o tópico de seu programa escolar como “uma troca de variáveis entre x e y”, abordagem que explicada aos alunos pode levá-los à algumas conclusões bem distorcidas da realidade. O estudo de função decorre da necessidade de analisar fenômenos, descrever regularidades, interpretar interdependências e generalizar. O conceito de uma função é uma generalização da noção comum de "fórmula matemática". Quando duas variáveis x e y são tais que a cada valor de x corresponde um valor bem determinado de y, segundo uma lei qualquer, dizemos que y é função de x. [Ávila] Funções descrevem relações matemáticas especiais entre dois objetos. Intuitivamente, uma função é uma maneira de associar a cada valor do argumento x um único valor da função f(x). Uma função pode ser vista como uma “máquina” ou “caixa-preta”, que converte entradas válidas em saídas de forma unívoca, por isso alguns autores chamam funções ou relações unívocas. Devemos ter em mente que o termo função é mais abrangente e complexo do que isso – é necessário mostrar ao aluno que esse tópico usado de forma sistemática em exatas e no seu cotidiano – é de suma importância para o meio social, pois várias relações de mercado e capital, engenharia, economia (micro e macro), saúde, transportes, indústrias, artes, energia, enfim tudo isso depende de uma análise clara e objetiva da funcionalidade de um modelo ou parâmetro a ser adotado. “É importante oferecer à população uma escola pública de qualidade, que receba e mantenha sob seus cuidados todas as crianças e jovens, que favoreça o acesso à cultura, à arte, à ciência, ao mundo do trabalho, que eduque para o convívio social solidário, para o comportamento ético, para o desenvolvimento do sentido da justiça, o aprimoramento pessoal e a valorização da vida. O êxito desse empreendimento requer o preparo intelectual, emocional e afetivo dos profissionais nele envolvidos” (Programa de formação Continuada Teia do Saber). Por essa razão, o Teia do Saber está priorizando, entre suas ações, a formação dos educadores que atuam nas escolas. Textos e referências interdisciplinares podem e devem ser utilizados como auxílio em uma melhor compreensão e construção efetiva do conceito em exatas. Mas de que forma podemos iniciar o trabalho? A análise do termo função. Se o aluno não souber ou não conhece ainda a terminologia, que ele pesquise na internet, ou em dicionários que a escola possui ou até mesmo nas interações sobre o tema com os colegas de classe ou seus familiares, facilitando assim uma melhor compreensão do que se está tratando. O levantamento de hipóteses e suas possíveis estratégias de investigação/solução são uma excelente ferramenta pedagógica a ser trabalhada pelo professor com seus alunos; é necessário deixar que ele (aluno) construa sua rede de observações e interações para que ele mesmo possa normatizar de forma clara e objetiva sua rede de conhecimentos, potencializando e estimulando todas as suas qualidades cognitivas e sensoras; além de estimular sua criatividade e lógica dedutiva. Será que um professor de exatas têm noção da dimensão e importância desse conceito? A integração dessa linguagem nas aulas de Física e Química, do modo como tem sido efetuada pelos seus respectivos professores, ainda deixa muito a desejar, no que diz respeito a auxiliar o aluno a compreender as nuanças dos vários significados envolvidos em notações semelhantes, mas usadas em contextos diversos. Neste sentido, um André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 3 maior intercâmbio entre os responsáveis pelo ensino de Física, Química e Matemática, no Ensino Médio, faz-se necessário para o esclarecimento destes pontos. Por outro lado, este intercâmbio, por si só, não garantirá o aprofundamento dos significados envolvidos nestes enfoques variados, se a formação destes professores, seja ela inicial ou continuada, não promover a adequada reflexão sobre estes fatores. Fica, então, em aberto, este novo desafio: colocar em prática as propostas de interdisciplinaridade dos novos Parâmetros Curriculares para o Ensino Médio (Brasil, 1998), integrando-as na formação dos professores, buscando destacar os significados da linguagem matemática, nas diversas áreas do saber que a utilizam. Ao menos, têm-se uma certeza: se quisermos alunos críticos, plenamente conscientes do que é a escola e seu papel fundamental na vida de todos, é necessário uma reformulação na abordagem não só do conceito função, mas estendendo-se por toda grade escolar nacional. Se não, continuaremos no “função é toda f(x), onde.....” por longa data. Objetivos Estudar realmente o que significa função e seus fatores, conceitos e propriedades fundamentais não só no ensino de Matemática, Física e Química, mas abordando conceitos e contextos ainda pouco explorados pelos professores em sala de aula para dinamizar e mostrar aos alunos que este conceito matemático envolve mais que fórmulas e teorema abstratos. Descrição das Atividades e Metodologia O trabalho desenvolvido com os alunos não teve período fechado de duração. Como os eixos do módulo I e II foram basicamente formalizados e estudados em cima do conceito de função, achei mais do que justo e necessário concluir o relatório final com o mesmo assunto. Em relação aos alunos do 1º ano, ao abordar o tema função em física tive o cuidado de preparar uma revisão, onde o aluno poderia rever tópicos básicos e utilizando a definição formal empregada na maioria dos livros didáticos de matemática. Após a revisão inicial, comecei a abordar o tópico Cinemática, onde temos os conteúdos principais de velocidade média e aceleração média, suas definições, interpretações de expressões (funções) e gráficas dos movimentos estudados (MRU e MRUV). Qual o motivo da revisão? Os alunos têm muita dificuldade (ou já estão totalmente mecanizados em relação à: y(x)). No entendimento da maioria, só há função quando eles observam essa relação. Então, elenquei vários exemplos de função não só da física que logo estudaríamos, mas também em seu cotidiano, como: se o preço do barril de petróleo sobe, os derivados (gasolina, gás de cozinha) também sobem, a relação espaço-tempo, o crescimento de uma determinada cultura, etc... Com isso eles conseguiram visualizar algo além da rigidez do formalismo matemático que conheciam, e a grande maioria desenvolveu bem os conceitos e propriedades relacionadas à física. Um outro assunto bem trabalhado com a turma de 1ºano foi a distinção que existe entre peso e massa, pois ocorre uma fusão desses dois tópicos muito comum no cotidiano: a balança. Mostrei aos alunos que o peso de um corpo depende da aceleração da gravidade onde o mesmo se encontra. P = m g, onde P(g) André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 4 Isso gerou muita discussão em sala de aula, e trabalhamos situações problema para que os alunos observassem que além da definição teórica ser bastante clara o mesmo acontecia com os cálculos. Muitos disseram: “Ah, então quando vou almoçar em restaurante onde a comida é vendida por quilo, a placa onde mostra o “peso” do prato está errada?”. Sim, o que é indicado, na verdade, é a massa do prato. O trabalho realizado com os alunos de 3º ano foi mais prático, pois muitos já haviam estudado o conceito de função. O trabalho inicial foi em relação ao nível de intensidade sonora, cuja unidade é db (decibel), em homenagem a Alexander Graham Bell. Inicialmente distribui um texto falando a respeito do perigo que são hojes as boates e shows de música eletrônica (raves, rock, , etc...) onde, em determinados locais a intensidade sonora chega ao nível alarmante de 140db, nível sonoro que corresponde a um avião de passageiros decolando. A função matemática que descreve o fenômeno físico é uma equação logarítmica. [Gaspar] β = 10 log I/I0 onde I0 corresponde ao menor nível de intensidade que o ouvido humano pode captar. I0 = 10-12 W/m2 (no SI) Alguns alunos também observaram a utilização de logaritmos em outra relação muito comum: o cálculo do pH e do pOH, em química. pH = - log [H+] pOH = - log[OH-] Onde conhecendo-se os valores das concentrações molares de H+ e OH- é determinado se uma solução tem caráter ácido ou básico. Uma análise muito interessante observada por um aluno na aula de eletrodinâmica, envolvendo a determinação da resistência equivalente de um circuito elétrico foi que, quando trabalhamos em um determinado circuito apenas resistores ôhmicos, podemos elaborar uma função, descrita matematicamente como sendo uma progressão aritmética. Um grupo de alunos observou que o cálculo da magnitude de um terremoto é feito através da chamada escala Richter, que é uma escala logarítmica. A magnitude do terremoto pode ser calculada pela equação logarítmica: M = log10 (A . f) + 3.30 A metodologia adotada foi o trabalho sempre em grupo para que cada aluno pudesse socializar suas idéias com os demais após o término das atividades, e uma posterior correção dos exercícios e discussão dos eixos temáticos abordados durante as atividades. Procurei intervir o mínimo possível, a não ser em casos de uma terminologia muito técnica. Nos anexos estão os textos na íntegra trabalhados em sala de aula, assim como os que foram pesquisados por conta própria pelos alunos. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 5 Justificativa das Atividades Em toda atividade que realizo em sala de aula, procuro mostrar aos alunos que além do conhecimento da área de exatas que hoje em dia se mostra cada vez mais imprescindível, é de fundamental importância que sejam estabelecidos laços de cooperação e amizade mútuos, onde cada um deve respeitar e observar seu limite. Por isso sempre o foco em atividades em grupo e que estimulem o debate, a troca de experiências. Avaliação das Atividades Toda a atividade proposta para os alunos onde não se tenha como componentes principais o giz e a lousa se tornam muito agradáveis e dinâmicas. Como as atividades realizadas em sala de aula foram em grupos de no máximo 4 alunos, todos efetivamente tiveram de participar, pois combinei antes das atividades que sortearia dois nomes para representar o grupo com uma pequena descrição oral do trabalho.Com isso, eles cobravam dos menos voluntariosos maior participação, que se caso eles fossem os sorteados, o grupo estaria seguro que teria um bom conceito. Creio que uma boa parte dos objetivos foi alcançado, tanto em relação aos conteúdos apresentados e trabalhados, nas relações entre os alunos e com o próprio professor, pois se o aluno adquire mais confiança em seu potencial de trabalho, ele vai querer expressar seu trabalho de forma direta com o professor. Desde as aulas iniciais as turmas envolveram-se muito com o trabalho proposto e o principal detalhe que me chamou a atenção foi que uma grande maioria pesquisou tópicos referentes aos conteúdos abordados durante as aulas, enriquecendo de forma significativa o trabalho de seu grupo. A maior dificuldade observada foi que mesmo procurando homogenizar os grupos de trabalho, alguns grupos se mostraram pouco a vontade, principalmente na exposição oral dos resultados obtidos o que dificultou um pouco a estratégia elaborada para o trabalho. Contudo, posso assegurar que o resultado final para as partes envolvidas (professor e alunos) foi bem proveitosa. “A aprendizagem é uma estrada de mão dupla.” Referências http://www.deguara.com.br/ - Programa de formação Continuada Teia do Saber. http://pt.wikipedia.org/ http://www.fc.unesp.br/pos/revista/pdf/revista8vol1/a1r8v1.pdf http://ucsnews.ucs.br/ccet/deme/emsoares/inipes/funcquad.html www1.folha.uol.com.br/folha/educacao/ult305u11045.shtml - 25k – novaescola.abril.com.br/noticias/jan_06_13/index.htm - 15k Carvalho, Maria Tereza de Lima. Apostila da aula Teia do Saber: O conceito de função. Gaspar, Alberto. Física: Ondas, Óptica e Termodinâmica. Editora Ática, 2000. 2ª edição Ávila, Geraldo. Cálculo I: funções de uma variável. Editora LTD, 1994, 6ª edição. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 6 Anexos: pesquisa dos alunos e textos trabalhados em sala de aula. Matemática:uma função de cara curiosa JOSÉ LUIZ PASTORE MELLO da Folha de S.Paulo As funções estudadas em detalhes no ensino médio cabem nos dedos de duas mãos. Vejamos quais são elas: afim, quadrática, modular, exponencial, logarítmica e as funções trigonométricas seno e co-seno. O estudo de funções certamente não se limita aos casos mencionados, porém uma das razões que justificam a escolha é o fato de que as sete funções citadas dão conta, razoavelmente bem, de mapear uma série de fenômenos científicos e de situações do cotidiano. Proponho hoje uma breve investigação acerca da curiosa "função parte inteira", também conhecida pelo apelido de "função escada". Dado um número real x, sempre é possível dizer que ou ele será um número inteiro n, ou estará entre um inteiro n e o seu sucessor n+1. Por exemplo, o número real 2,7 está entre os inteiros 2 e 3; o número real -2 está entre os inteiros -2 e -1, o número real pi está entre 3 e 4 e o número real 5 é o próprio número inteiro 5. Usando a linguagem matemática, acabamos de dizer que, para todo número real x, existe um único inteiro n tal que n é menor ou igual que x, que por sua vez é menor que n+1 . Esse número inteiro n é chamado de "parte inteira de x", cuja notação é [x]. Em relação aos exemplos, segue que: [2,7]= 2, [- 2] = 2; [pi] = 3 e [5] = 5. Vamos ver agora uma aplicação da função parte inteira. Se eu corro x quilômetros em t minutos, como posso saber o tempo médio por quilômetro? Se corri 5 km em 30 minutos, faço a divisão de 30 por 5 e concluo que o tempo médio é de 6 minutos/ km, mas, se tivesse corrido os mesmos 5 km em 31 minutos, qual seria o significado de 31/5 que me conduziria ao número 6,2? A parte inteira indica 6 minutos e a parte decimal 1/5 de minuto ou, de outra forma, 20% de 60 segundos. Usando o conceito e o símbolo da função parte inteira, concluímos que o tempo médio por quilômetro corrido será dado por: [x/t] minutos e {(x/ t)- [x/ t]}.60segundos. A função parte inteira, que à primeira vista pode parecer uma simples brincadeira matemática, constitui importante ferramenta para a programação de computadores. Convido agora você a construir o gráfico da função parte inteira no plano cartesiano. Uma dica: o apelido da função. José Luiz Pastore Mello é professor da Faculdade de Educação da USP. E-mail: jlpmello@uol.com.br Com aulas de nutrição, escola paulista torna a Matemática mais saborosa. Conceitos básicos de nutrição e mudanças de hábito alimentar ajudam alunos a compreender álgebra e estatística. Débora Didonê Os alunos de 6ª a 9ª série da Escola Carlitos, em São Paulo, já vão para o hora do recreio sabendo quais alimentos da cantina oferecem os nutrientes necessários para uma refeição equilibrada. Com o cálculo do valor calórico – ou seja, da quantidade de energia – de cada alimento, eles compreendem melhor o próprio desenvolvimento físico. A escola leva em frente o projeto que une álgebra, estatística e nutrição desde o segundo semestre de 2005. O objetivo é facilitar a interpretação de fórmulas matemáticas. “Por isso, explicamos para que serve cada nutriente, o que é carboidrato, proteína e outros conceitos básicos de nutrição”, diz Adriana Martins de Lima, a nutricionista responsável pelo projeto. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 7 Durante um mês, o cardápio da escola passou por uma reformulação, aprovada pelos estudantes. “Eles degustaram cada alimento e votaram no que acharam mais saboroso”, conta Adriana. Palestras sobre alimentação saudável e a energia que o corpo precisa para crescer também fizeram parte do projeto. Além disso, os alunos passaram por uma avaliação que incluiu a medição de peso e altura de cada um. Ao fim de cada trimestre, a avaliação vai se repetir e eles vão aprender a ler e interpretar gráficos antropométricos (isto é, que contêm medidas do corpo humano). O cardápio da álgebra Para o estudo da álgebra, Regina Albanese, professora de Matemática da escola, baseia-se em dados de Índice de Massa Corporal (IMC), que representa a relação entre a massa e a altura de uma pessoa. “Ela pode ser expressa pela fórmula IMC = m/h2 (onde “m” é a massa e “h”, a altura) -, pela equação de segundo grau h2.IMC-m = 0 ou por um número irracional (que pode ser representado pela divisão entre dois números decimais)”, explica. “Os alunos trabalham com os valores coletados na avaliação física.” Assim, as crianças comparam a massa e a altura do próprio corpo. Quando o projeto contar com um extenso banco de dados, estudantes do 9º ano já podem trabalhar com função, conceito geralmente trabalhado apenas no Ensino Médio. “A função é a comparação de duas grandezas que dependem uma da outra, como ocorre no IMC”, explica Regina. “Num determinado período da vida, o jovem pára de crescer, mas sua massa corporal varia”. diz. “Assim, ele percebe a mudança do corpo ao longo do tempo por meio de um gráfico.” Antes disso, os alunos já tinham boas noções de função adquiridas no período de 2º a 5º série, quando participaram de atividades com caderno quadriculado e jogos do tipo batalha naval. Segundo a professora, as brincadeiras dão as primeiras noções do estudo de gráficos cartesianos e funções. Conceitos de estatística A estatística é estudada com a análise dos gráficos das crianças. Por exemplo, os pontos de um gráfico podem representar o IMC de todos os alunos. Se estiverem muito juntos, indicam que o IMC do grupo é parecido. É uma maneira fácil de as crianças entenderem o significado de variância, que se faz representar por uma fórmula complexa. “Estudar estatística não é decorar fórmulas”, diz Regina. “Aqui os alunos não fazem cálculos; aprendem conceitos.” Matemática e cotidiano Segundo Adrilayne dos Reis Araújo, orientadora do projeto, nem sempre as crianças terão uma noção exata dos conceitos de estatística, mas compreenderão o funcionamento. “A matemática se torna fácil quando é associada a algo prático”, diz. Alunos de 2ª a 5ª série, embora já tenham apreendido o que é carboidrato e proteína, absorvem melhor a idéia de variância por meio de brincadeiras. Num jogo de queimada, eles descobrem se é melhor uma equipe ficar dispersa ou amontoada na quadra para não ser atingida pela bola dos adversários. “Quanto antes perceberem esse conceito, melhor”, completa a professora. Quer saber mais? Escola Carlitos Centro de Educação Matemática (CEM) Matemática do Cotidiano & suas Conexões, em 4 volumes, Bigode & Gimenez, Ed. FTD, tel. (11) 3253-5011, São Paulo, 2005. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 8 FUNÇÕES QUADRÁTICAS E REPRESENTAÇÃO DE FENÔMENOS Daiane Ramiro Scopel e Eide Libera Basso Universidade de Caxias do Sul, Licenciatura Plena em Matemática e-mail:drscopel@ucs.Br RESUMO: a função quadrática modela muitos fenômenos físicos e químicos. É importante que a aprendizagem deste tipo de função seja significativa para os alunos. Dessa forma, é fundamental que se relacione o formalismo matemático com suas aplicações no cotidiano dos alunos. Palavras-chaves: aplicações da função quadrática, parábolas e fenômenos. CONSIDERAÇÕES SOBRE A FUNÇÃO QUADRÁTICA Em geral, os livros didáticos ( MARCONDES, Gentil & Sérgio. Matemática para o ensino médio. GUELLI, Oscar. Uma aventura do pensamento, entre outros.) apresentam a função quadrática de maneira bastante formalizada e sem muitas aplicações. Pouca ênfase é dada para a representação de fenômenos que podem ser descritos por esta função. É de fundamental importância, para que a aprendizagem do aluno possa ser significativa, que se relacione o conceito que envolve a função quadrática com suas aplicações práticas. A importância de buscar dados e informações em diferentes fontes, para encontrar aplicações dessa função está no fato de se perceber a grandiosidade de fenômenos que podem ser descritos por uma função matemática como a função quadrática e de relacioná-la com a sua vida, dando sentido ao conceito e ao formalismo matemático envolvido nessa função. Sendo assim foram buscadas informações a respeito da aplicabilidade da função quadrática nos diversos campos, como o da física e o da química. ALGUMAS APLICAÇÕES DA FUNÇÃO QUADRÁTICA Para obter informações sobre aplicações, foram feitas pesquisas bibliográficas em periódicos, consultas em sites e entrevistas com profissionais específicos nas áreas de física e química. Durante a pesquisa bibliográfica, não foram encontradas aplicações da função quadrática na área de química. Uma hipótese então levantada foi que a função quadrática é muito simples para modelar fenômenos químicos em sua totalidade. Na tentativa de buscar mais informações nesta área, foram entrevistados profissionais específicos da área de química. Nesta busca de informações, a hipótese então levantada não foi comprovada pois foram encontrados diversos fenômenos químicos modelados pela função quadrática. Dentre as aplicações encontradas, as mais relevantes foram: lançamento de projéteis, controle de processos (projetos de reatores), faróis de automóveis, antenas parabólicas e radares, na geometria e nos esportes. • Análise e Controle de Processos: Segundo informações de profissionais da área de engenharia um reator é um equipamento utilizado para produzir reações químicas. Um exemplo muito prático é a panela de pressão no sentido de que propicia reações químicas entre os alimentos nela contidos. Outro exemplo são os reatores do Polo Petroquímico que produzem a matéria-prima para algumas empresas, como de plásticos ou de tintas. Neste sentido, para manter a temperatura de um reator constante, modela-se a situação com uma função quadrática expressa da seguinte forma (Equação da funçãode Transferência): André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 9 10s2 + 7s + kc + 1 = 0, onde kc é uma constante do processo, obtida através da construção de gráficos experimentais. • Lançamento de Projéteis: quando se lança um objeto no espaço (pedra, tiro de canhão,...) visando alcançar a maior distância possível, tanto na horizontal como na vertical, a curva descrita pelo objeto é aproximadamente uma parábola, se considerarmos que a resistência do ar não existe ou é pequena. O lançamento de projéteis é modelado por uma função quadrática porque é um movimento acelerado pela ação do campo gravitacional. • Queda Livre: na queda livre dos corpos, o espaço ( s ) percorrido é dado em função do tempo ( t ), por uma função quadrática s(t) = 4,9 t2 em que a constante 4,9 é a metade da gravidade que é 9,8 m/s2 . • Antenas Parabólicas e Radares: quando um satélite artificial é colocado em uma órbita geoestacionária, ele emite um conjunto de ondas eletromagnéticas que poderão ser captadas pela antena parabólica ou radar, uma vez que o feixe de raios atingirá a antena que tem formato parabólico e então ocorrerá a reflexão desses raios exatamente para um único lugar denominado foco da parábola. • Faróis de Automóveis: se colocarmos uma lâmpada no foco de uma parábola e esta emitir um conjunto de raios luminosos que venham a refletir sobre um espelho parabólico de um farol, os raios refletidos sairão todos paralelamente ao eixo que contém o foco e o vértice da parábola. Em anexo, alguns problemas envolvendo funções quadráticas: • Nos esportes: num campeonato de futebol, cada clube vai jogar duas vezes com outro, em turno e returno. Assim, o número p de partidas do campeonato é dado em função do número n de clubes participantes, conforme vemos na tabela seguinte: Número de clubes Número de partidas 2 2(2-1)=2 3 3(3-1)=6 4 4(4-1)=12 5 5(5-1)=20 .... ..... n n(n-1) Pela tabela, vemos que o número p de partidas é dado por: p(n) = n(n-1) = n2-n. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 10 APLICAÇÕES DA FUNÇÃO LOGARÍTMICA - MÚSICA A música é sem dúvida nenhuma a arte mais popular do planeta. Mas, o que pouca gente sabe, é que por trás de um chorinho, ou de uma complexa sinfonia de Bach ou Villa- Lobos, existem relações matemáticas muito simples que ajudam a formar, ao lado do talento dos homens, o edifício sonoro da nossa Música. Bach percebeu, assim como Pitágoras, que separar as notas musicais de determinadas formas promovem sons mais ou menos agradáveis. Veja por exemplo a escala de sete sons mais conhecida: Dó, Ré, Mi, Fá, Sol, Lá, Si. A escolha da separação dos sons nestas 7 partes é agradável, e também matemática! Quer saber mais? Veja a história da descoberta dos sons pelo matemático Pitágoras nas páginas eletrônicas de matemática.com. Prazer! Contudo, CUIDADO: não existem somente estas 7 notas: No tempo de Pitágoras, a quem primeiro credita-se a escolha de uma escala musical, haviam somente 5 sons, que você ainda pode reconhecer ao ouvir uma música chinesa.... Mas não é só isso: os árabes acham agradável separar os sons em 34 partes! A proposta original na época de Bach era dividir a escala musical em 12 partes, doze sons bastante agradáveis ao ouvido e à alma, mas agora não mais através de frações, como havia feito Pitágoras - e sim a partir de logaritmos!Como? Os logaritmos foram descobertos muito antes de Bach. Em 1614 o matemático e banqueiro John Napier, Barão de Merchinston propôs uma nova maneira de contar. Esta nova operação - o logaritmo -imediatamente reduziu complicadas contas, que chegavam a levar anos (!), de astrônomos como Johannes Kepler e Pierre Simon, o Marquês de Laplace. Além de aplicações em Astronomia, localizando as posições dos planetas, facilitou enormemente os trabalhos em navegação (orientação no mar), operações bancárias (como empréstimos), engenharia (construções) e também nas ciências que estavam nascendo. Você certamente conhece uma operação matemática chamada potenciação. Por exemplo, 2³ = 2´2´2, que é igual a 8, isto é, a base 2, elevada ao expoente 3 resulta na potência 8. A potenciação nada mais é que multiplicar um número (chamado de base) tantas vezes quantas for o expoente. Se em potenciação conhecemos a base (2, no caso) e a potência (8), a operação que permite encontrar o expoente que devemos atribuir à base para obtermos a potência é o que denominamos logaritmo. História Joost Bürgi, um relojoeiro suíço a serviço do Duque de Hesse-Kassel, foi o primeiro a formar uma concepção sobre logaritmos. O método dos logaritmos naturais foi proposto pela primeira vez em 1614, em um livro intitulado Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio, escrito por John Napier, Barão de Merchiston na Escócia, quatro anos após a publicação de sua memorável invenção. Este método contribuiu para o avanço da ciência, e especialmente a astronomia, fazendo com que cálculos muito difíceis se tornassem possíveis. Anterior à invenção de calculadoras e computadores, era uma ferramenta constantemente usada em observações, navegação e outros ramos da matemática prática. Além de sua imensa utilidade na realização de cálculos práticos, os logaritmos também têm um papel muito importante em matemática teórica. De início, Napier chamou os logaritmos de "números artificiais" e os antilogaritmos de "números naturais. Mais tarde, Napier formou a palavra logaritmo, para significar um número que indica uma razão: �o�o� (logos) que significa razão, e �����o� (arithmos) significando número. Napier escolheu dessa forma porque a diferença entre dois logaritmos determina a André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 11 razão entre os números dos quais eles são tomados, de forma que uma série aritmética de logaritmos corresponde a uma série geométrica de números. O termo antilogartimo foi introduzido no final do século XVII e, apesar de nunca ter sido usado muito na matemática, persistiu em coleções de tabelas até não ser mais usado. Napier não usou uma base como a concebemos hoje, mas seus logaritmos eram na base 1/e. Para facilitar interpolações e cálculos, é útil fazer a razão r na série geométrica próximo de 1. Napier escolheu r = 1 − 10 − 7 = 0.999999, e Bürgi escolheu r = 1 + 10 − 4 = 1.0001. Os logaritmos originais de Napier não tinham log 1=0, ao invés disso tinham log 107 = 0. Desse modo se N é um número e L é seu logaritmo tal qual calculado por Napier, N = 107(1 − 10 − 7)L. Uma vez que (1 − 10 − 7) é aproximadamente 1 / e, L é aproximadamente 107log1 / eN / 107. O CONCEITO DE FUNÇÃO E SUA LINGUAGEM PARA OS PROFESSORES DE MATEMÁTICA E DE CIÊNCIAS Edna Maura Zuffi1 Jesuína Lopes de Almeida Pacca2 Resumo: Neste artigo, apresentamos alguns dos resultados obtidos com a observação da prática pedagógica de três professores de Matemática do Ensino Médio, ao usarem a linguagem matemática no ensino de “funções”. A partir de uma análise qualitativa dos dados, são propostas algumas categorias representativas das concepções geradas na sala de aula com o tema em questão, a partir das formas de expressão efetivamente articuladas pelos professores, junto aos seus alunos. Algumas considerações também são propostas sobre a relação entre estas concepções e o uso de uma linguagem específica para se tratar as “funções” no ensino de Química e Física. Unitermos: funções, concepções dos professores, linguagem matemática, ensino de Matemática, Física e Química Introdução A construção inicial de um determinado conceito em Ciências Naturais, na grande maioria dos casos, é feita através da criação de uma linguagem para explicar fenômenosda natureza (físicos, químicos ou biológicos), que são visualizáveis, tangíveis ou de alguma forma, perceptíveis aos sujeitos. Dessa maneira, estes mesmos sujeitos podem apresentar, sobre estes fenômenos, concepções ou explicações espontâneas, mesmo que não tenham tido prévio contato com argumentos e teses científicas, elaborados sobre eles. Já em Matemática, ocorre que a criação de uma linguagem própria se dá não apenas para explicar fenômenos da natureza, mas também para resolver toda sorte de problemas, os quais nem sempre são tangíveis, por se originarem na mente humana, e muitos, de uma maneira totalmente abstrata. Parece-nos que muitas explicações levantadas em Matemática surgem num patamar diferenciado, em atividades metacognitivas, quando o homem não apenas percebe um fenômeno natural, mas cria para si um problema relativo à compreensão daquele fenômeno, ou de outros que ele próprio concebe e executa. Aqui, podemos citar as questões e problemas matemáticos gerados na construção de um objeto concreto pelo homem, na idealização de um sistema monetário, ou em estruturas e sistemas gerados dentro da própria Matemática, que nem sempre encontram aplicação na vida prática, em conseqüência do avançado grau de desenvolvimento dessa área do conhecimento humano. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 12 Sendo assim, parece-nos que concepções espontâneas sobre os conceitos matemáticos são cabíveis em poucas situações, geralmente ligadas à vivência sócio-cultural dos indivíduos. Para a maioria dos conceitos atuais e mais complexos da Matemática, entretanto, que foram gerados a partir de evoluções contínuas, realizadas por muitas mentes humanas, e em diferentes períodos históricos, é bastante difícil que se revelem concepções espontâneas, pois estas se mostram muito distantes do conhecimento especializado dos matemáticos e também do conhecimento escolar. Acreditamos que este seja o caso do conceito matemático de função, atualmente ensinado e presente no currículo das escolas do Ensino Médio. Embora se possa ter uma concepção espontânea de variação e de associação entre duas grandezas, a caracterização das propriedades específicas das relações que são também funções matemáticas só foi possível num processo histórico longo e delicado, que culminou com as definições de Dirichlet (1837) e Bourbaki (1939) para funções. Estas possibilitaram um alto nível de abstração desse conceito, ampliando-o para conjuntos de objetos matemáticos antes pouco imagináveis. Isso não significa que o conceito de função não tenha sido associado a fenômenos naturais. Pelo contrário, as motivações para a sua origem surgiram entre os gregos, que já apresentavam um “instinto de funcionalidade” para explicarem fenômenos da Astronomia. (Youschkevitch, 1976). E foi a partir de Newton (1642-1727) e Leibniz (1646-1716), com seus estudos sobre movimentos e “taxas de mudanças” de quantidades variando continuamente, que as primeiras elaborações formais para esse conceito surgiram. Mas a idéia não parou por aí e o conceito de função, em Matemática, localiza-se num patamar que vai além da compreensão dos fenômenos a que se aplica, pois pode generalizá-los e resolver vários problemas fora do mundo tangível, num mundo de abstrações muito próprias da Matemática. Por exemplo, podemos usar uma função linear para descrever o deslocamento de um corpo num sistema massa-mola, tanto quanto para descrever a transformação de um espaço vetorial – conceito matemático altamente abstrato – em outro. Assim, entendemos que a análise das concepções de um sujeito sobre o conceito de função só poderá ocorrer depois que ele apresentar um contato com a idéia matematicamente construída, ou por um livro, ou por um professor. Do contrário, estaremos falando apenas de um “instinto de funcionalidade”, como já evidenciavam os gregos, antes da Era Cristã. É claro que a noção de variação é um dos aspectos essenciais ao desenvolvimento desse conceito e, para ela, poderá existir uma concepção espontânea. Entretanto, ao nosso ver, a idéia de variação não é suficiente para, sozinha, caracterizar por completo o conceito matemático de função. Aí pode estar uma das razões pelas quais este apresenta grandes dificuldades de compreensão entre os sujeitos. Entendemos que, nesse caso, a distinção feita por Vygostsky (1989a, p. 50), entre os conceitos espontâneos e os não-espontâneos ou científicos aplica-se apropriadamente. Para os últimos, o sujeito não é capaz de formular concepções pelas simples observações de fenômenos naturais, se não puder contar com uma instrução culturalmente elaborada e, em geral, coordenada pela escola, para chegar a tais idéias abstratas. Só é possível, então, analisar as concepções sobre este tipo de conceito, através da sua expressão pela linguagem matemática que o sujeito aprendeu a elaborar, seja na escola, seja pela interferência de algum outro sujeito escolarizado. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 13 Considerações teóricas e metodológicas Para tentar responder às questões anteriormente levantadas, fomos a campo e observamos três professores de Matemática do Ensino Médio, em suas salas de aula de duas escolas diferentes, na cidade de São Carlos, SP, no momento em que ensinavam sobre “funções”. As duas primeiras professoras observadas (Meg e Bel) lecionavam em uma escola pública de grande tradição na cidade. Acompanhamos as aulas de Meg, nos meses de maio a junho de 1997. A professora Bel foi observada de maio a julho de 1998. Um terceiro sujeito foi investigado (Mark), de agosto a novembro de 1998. A escola deste último era bastante diferenciada da anterior, por ser relativamente nova e ter gestão cooperativa, com a participação de pais e professores sobre as suas diretrizes pedagógicas e organizacionais. Os três professores citados tinham métodos de ensino bastante tradicionais, com aulas expositivas, em sua maioria, e com pouca participação ativa dos alunos. O professor Mark, porém, costumava coordenar algumas atividades diferenciadas, como a resolução mais freqüente de listas de exercícios em grupo, assim como competições e jogos matemáticos em atividades extra classe. Devemos destacar, ainda, que as posturas de Mark com relação à avaliação dos alunos e sua promoção para a série seguinte eram bastante diferentes das outras professoras observadas. Enquanto Bel e Meg viam-se pressionadas pela escola a aprovar alguns alunos com rendimento muito baixo, Mark costumava ser mais rigoroso nas atribuições de notas, assim como nos aspectos disciplinares dos alunos em aula. A escola de Mark estimulava o rigor disciplinar, a organização e a ordem, tanto fora, quanto dentro das salas de aula, o que não ocorria com a outra escola. Com um tempo total de observação de nove meses em campo, e dentro de uma perspectiva qualitativa de pesquisa (LUDKE e ANDRÉ, 1987; ANDRÉ, 1995), procuramos aproximar-nos daquilo que Geertz (1987) chama de uma “descrição densa” para a linguagem matemática utilizada por estes professores, em sala de aula. Como complementação dos dados, a fim de melhor caracterizarmos os sujeitos investigados, foi respondido um questionário e algumas entrevistas curtas e semi-abertas foram realizadas. Algumas perguntas do questionário4 solicitavam uma definição informal e outra formal para o conceito de função, além de exemplos. Outras procuravam promover uma reflexão sobre os conceitos de domínio, imagem, variável e sobre as propriedades que distinguem uma função de uma relação qualquer. Duas questões tratavam da construção de gráficos e outras quatro procuravam estimular uma reflexão sobre as notações algébricas (expressões analíticas e uso de letras diferentes das canônicas)que representam funções. Em nossos pressupostos teóricos, assumimos a linguagem matemática – em complementação à proposta de Anghileri (1995) – como um sistema de signos (sinais e palavras), associado a um conjunto de regras de manipulação dos mesmos, que tem significados ligados a contextos e a procedimentos para resolver problemas matemáticos ou matematizados. Neste sistema, entendemos que estão incluídas as propostas lógico-formais utilizadas em demonstrações e definições matemáticas, mas também que aí se inserem a utilização de figuras, diagramas, desenhos e esboços informais. Deste modo, concebemos que a linguagem matemática engloba todos os signos utilizados em esforços de se fazer compreender dentro de uma comunidade ampla, de alunos, professores (de vários níveis de ensino) e pesquisadores interessados em Matemática. É claro que, similarmente ao que ocorre com a linguagem natural, nem todos os membros dessa comunidade terão os mesmos níveis de André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 14 aprofundamento no conhecimento e domínio da linguagem matemática. Talvez fosse o caso de se falar também em uma “transposição didática” (Chevallard & Joshua, 1991) da linguagem matemática que expressa o “saber sábio” (erudito, dominado pelos pesquisadores), e a do “saber escolar”, mas uma discussão aprofundada nessa linha não é o objetivo deste trabalho. Apenas destacamos os aspectos mais formais da linguagem como referência para caracterizar o espontâneo e suas limitações, observando que o objetivo do professor do Ensino Médio é construir esse conhecimento em níveis mais elaborados, tentando aproximá-lo do “saber sábio” tanto quanto possível. Dentro desta linguagem, investigamos os significados nos conjuntos de coisas que se dizem ou se escrevem de um objeto; não o que se poderia dizer, mas o que efetivamente se diz. E, nas relações em sala de aula, não acreditamos que o conhecimento seja algo que se “transmite” simplesmente por comunicação, ou que se possa atribuir aos defeitos do uso da linguagem, todos os fracassos na aprendizagem. Entretanto, não se podem negar as relações fundamentais existentes entre os sujeitos que adquirem os conhecimentos e a linguagem que os expressa. E, dentro da realidade escolar, não se pode desprezar a forte influência de elementos mediadores entre o aluno e o objeto de conhecimento, que passam pela linguagem do professor e do livro didático. Concebemos que a aprendizagem está ligada à produção de significados pelos sujeitos das enunciações, produção essa que passa pelas relações interpessoais, manifestadas através da linguagem. E, então, as teorias de Vygotsky (1981, 1989a, 1989b) sobre o aprendizado e desenvolvimento como processo sócio-histórico (ou sociocultural) vêm dar suporte às nossas reflexões. Entretanto, vale ressaltar que estudiosos dessas teorias (Castorina et al., 1995) destacam que o processo pelo qual o indivíduo internaliza as idéias fornecidas pela cultura, e pelos elementos mediadores que o cercam, não é um processo de absorção passiva, mas de transformação e síntese, a partir do qual as atividades externas e as funções interpessoais transformamse em atividades internas, intrapsicológicas. Na questão da formação dos conceitos, Vygotsky propõe a distinção entre os conceitos espontâneos e os científicos, sendo estes últimos sistematizados e tratados intencionalmente, em geral, segundo uma metodologia específica. “São, por excelência, os conceitos que se aprendem na situação escolar” (Vygotsky, 1989a, p. 50). As concepções dos professores sobre “funções” e sua linguagem na sala de aula Em nossa análise dos dados, reunimos 21 unidades de significados, a partir de termos recorrentes na expressão dos professores em sala de aula, ou evidenciadas nas entrevistas e com o questionário. A partir destas unidades, construímos categorias que destacam alguns modos de conceber o conceito de função e seus periféricos, dentro de uma visão mais ampla do que é a linguagem matemática, para os professores do Ensino Médio. A seguir, sintetizamos apenas seis destas categorias construídas, com o intuito de nos auxiliarem em nossas considerações sobre a ausência de uma integração da linguagem matemática entre as diferentes disciplinas escolares que a utilizam. Detalhes dessa análise podem ser encontrados na tese de Zuffi (1999). 1) As definições propostas em aula e as definições históricas Nas salas de aula, embora as definições gerais de função apresentadas por Meg e Bel fossem próximas à de Dirichlet e incorporassem as idéias formais de “conjunto”, “relação”, “domínio”, “contradomínio” e “imagem”, os modelos que predominaram estavam mais próximos da definição histórica de Euler, pois as funções eram sempre dadas por expressões algébricas simples, em conjuntos numéricos reais, e com modelos de cálculos sempre sobre números inteiros. As funções eram apresentadas primeiro na sua notação analítica (expressão André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 15 algébrica), mesmo que o domínio se tratasse de um conjunto discreto e pequeno de pontos, para somente depois se caracterizarem os gráficos, tabelas e manipulações das funções. 2) Imagens do conceito As funções que determinaram as imagens conceituais transmitidas através da expressão dos professores, na sala de aula, também tiveram seus modelos todos em expressões analíticas simples e “bem-comportadas”. Os raros casos que trouxeram funções descontínuas ofereceram dificuldades de tratamento pelo professor e de compreensão, por parte dos alunos (uma única situação constatada na aula de Mark e uma, na aula de Bel). Isso corrobora o fato de que as imagens conceituais evidenciadas nas concepções dos professores, através dasrespostas ao questionário, ficavam realmente restritas aos casos “bem-comportados” e mostra que tais imagens conceituais (ou os modelos e formas visuais evocados em sua memória), para o conceito de função, não correspondem, em grau de profundidade, às definições formais que os professores apresentaram anteriormente aos seus alunos. 3) Concepção evidenciada dentre as de “ação, processo e objeto” A concepção de ação predominou na linguagem de sala de aula e isso era esperado, uma vez que a maior parte dos períodos observados se constituíram de fases em que o conceito de função foi apresentado pela primeira vez aos alunos. Mas o fato tornou-se surpreendente quando, mesmo tratando de idéias mais avançadas, como as funções exponenciais, no final do período observado, estas não eram propostas como processos. Raríssimos indícios da concepção de processo foram evidenciados com Mark, através do estudo de transformações de gráficos de funções afins e modulares, mas que o próprio professor considerou como algo que vai além do que se deve ensinar nessa fase. A grande ênfase dos professores era colocada na atribuição de valores específicos para a variável independente, calculando-se os respectivos valores das imagens, para só então colocá-los nos gráficos. Por outro lado, estes gráficos eram observados através de poucos pontos esparsos, sem se caracterizarem explicitamente as transformações globais que representavam entre dois conjuntos. A idéia de variação, fortalecida na concepção de processo, fica prejudicada no enfoque dado pelos professores, deixando lacunas quanto a este aspecto essencial à conceituação de função. 4) Expressões informais mostraram ter um papel mais significativo do que a definição matemática, no tratamento do conceito Embora a definição formal fosse apresentada aos alunos imediatamente, já na introdução do conceito, na sala de aula houve pouca discussão das condições para o domínio e a unicidade das imagens, contidas na definição geral de função. Casos de não-funcionalidadeapareceram muito raramente no tratamento do assunto. Os casos de funções mais gerais, definidas em conjuntos distintos de R (números reais), ou em conjuntos não numéricos, não foram explorados pelos professores, em sala. Deste modo, a definição formal proposta aos alunos no início do tratamento do assunto, embora bastante ampla, acabava substituída por termos da prática pedagógica dos professores, como o caso do termo “dependência” e pelos exemplos que estes consideravam mais relevantes, mas que não atingiam as várias possibilidades encerradas na definição geral de função apresentada. 5) Alguns dos professores observados parecem “concretizar o abstrato” Não utilizamos, aqui, o termo “concretizar o abstrato” no sentido de usar a realidade, ou fenômenos reais para construir e ilustrar conceitos abstratos da Matemática, mas no sentido de transformar os símbolos, as notações matemáticas, em objetos, em “coisas”, por si só. Na sala de aula, os símbolos, as notações, muitas vezes eram tomadas como coisas, como objetos, sem que os seus significados abstratos fossem atingidos. Em contrapartida, André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 16 faltou o concreto – o uso de fenômenos reais e de resolução de problemas cotidianos – para justificar as operações que eram propostas sobre estas notações, embora se utilizassem de algumas poucas “aplicações” esterilizadas, feitas ao final do tratamento formal, com as quais tentavam justificar o estudo do conceito. Os exemplos “do cotidiano” de Meg e Bel, vinham aos alunos já elaborados numa linguagem muito próxima da notação simbólica e a ênfase da expressão das professoras estava nas “leis” algébricas que descreviam as situações, e nos cálculos a partir delas, sem explorar os significados ligados à situação real, tomando a expressão algébrica abstrata que determinava a função como um fim em si mesma. Nas aulas observadas, as inequações também apareciam como simples manipulações algébricas de variáveis concretizadas nas letras “x” e “y”, sem terem seus significados abstratos explorados. (Os professores observados relutavam em usar outras letras para as variáveis. Somente um caso foi constatado nos nove meses em que estivemos em campo, quando Mark usou a letra “p” como variável independente, mas em seguida voltou a escrever a expressão na variável “x”). Os esquemas gráficos desenhados, com os sinais de ‘+’ e ‘-‘ (figuras abaixo) tornavam- se meros objetos pictóricos, sem qualquer ligação explícita desses sinais com os significados das imagens de funções com valores positivos e negativos, respectivamente. 6) A relação discreto/contínuo é confusa. Os detalhes sobre a passagem do discreto ao contínuo não eram explicitados pelos professores Esta categoria não havia sido detectada com o questionário e foi identificada somente com a observação das aulas. Algumas funções de domínio discreto eram representadas por expressões analíticas usadas para domínios tipicamente contínuos, enquanto que os gráficos contínuos eram sempre determinados por um conjunto muito pequeno de pontos discretizados, sem se discutir o que acontecia com as imagens nos intervalos entre esses pontos. Com esta análise, vimos que muitas idéias a respeito do conceito de função não ficavam explícitas na expressão dos professores através da linguagem matemática, em sala de aula: as noções de correspondência; as propriedades que caracterizam particularidades na relação, para que esta seja considerada uma função; os diferentes papéis dos conjuntos de domínio, contradomínio e imagem; os critérios de escolha e localização de elementos para a identificação desta correspondência no gráfico cartesiano; a observação das “leis” ou “regras” como executando transformações globais entre dois conjuntos, os quais poderiam ser, inclusive, não numéricos; a infinidade de pares que estão representados através de um gráfico, ou de uma expressão algébrica de uma função; a discriminação entre função e equação; a distinção entre a curva do gráfico que representa uma função e eventuais situações físicas de deslocamento que a função representa. Segundo nossas observações, todas estas informações permeiam a sala de aula, mas não através de expressões claras e objetivas do professor. Este, ao apresentar uma considerável quantidade de exemplos e casos similares, parece considerar que o fato garanta, implicitamente, que o aluno compreenda todas estas idéias. Ou, ao contrário, o professor pode nem mesmo estar ciente destas peculiaridades envolvidas no conceito de função. Daí a necessidade de se enfatizar esses fatos, explicitamente, na formação desses professores, pois eles sinalizam para o ensino de um conceito formal e amplo de “funções”, mas acabam por construir noções muito simplificadas do mesmo, introduzindo um formalismo vazio, carente da maior parte dos significados que lhe caberiam. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 17 Algumas considerações sobre a linguagem matemática e seu uso no Ensino Médio Com os resultados citados anteriormente, sobre o modo como os professores de Matemática usam a linguagem própria para o tratamentos das “funções”, podemos tecer algumas considerações a respeito de como se dá, ainda, a transposição dessa linguagem para o Ensino de Física e de Química. Paralelamente ao tratamento desse tema pelo professor de Matemática, na 1ª série do Ensino Médio, o professor de Física introduz as relações funcionais que caracterizam movimentos uniformes e uniformemente variados, com o espaço percorrido variando em relação ao tempo, a velocidade variando, ou não, e nas quais entra o conceito de aceleração constante. Nestas situações, o que se observa, logo de início, é que os professores de Física e de Matemática utilizam-se de notações bem diferentes para tratarem das noções de variáveis. Enquanto vimos, em nossa pesquisa, que os professores de Matemática relutam em usar outras letras, que não “x” e “y”, para as variáveis independente e dependente, respectivamente, os professores de Física usam as notações “s”, para espaço (variável dependente), e “t” (variável independente), para o tempo, para representarem a mesma idéia funcional. Como estes fatos podem não estar sendo explicitados, nem por um, nem por outro professor, alguns alunos poderão ter a impressão de que estão lidando com conceitos estanques, totalmente independentes, não percebendo que a idéia de dependência temporal, nos movimentos, caracteriza o que se chamou de função matemática. Considerações finais Com os resultados apresentados neste artigo, pretendemos chamar a atenção sobre as formas com que tem sido veiculada a linguagem matemática nas escolas do Ensino Médio, principalmente pelos professores de Matemática. Mas salientamos também, que a integração dessa linguagem nas aulas de Física e Química, do modo como tem sido efetuada pelos seus respectivos professores, ainda deixa muito a desejar, no que diz respeito a auxiliar o aluno a compreender as nuanças dos vários significados envolvidos em notações semelhantes, mas usadas em contextos diversos. Neste sentido, um maior intercâmbio entre os responsáveis pelo ensino de Física, Química e Matemática, no Ensino Médio, faz-se necessário para o esclarecimento destes pontos. Por outro lado, este intercâmbio, por si só, não garantirá o aprofundamento dos significados envolvidos nestes enfoques variados, se a formação destes professores, seja ela inicial ou continuada, não promover a adequada reflexão sobre estes fatores. Vimos, em nossa pesquisa junto aos professores de Matemática, que a linguagem utilizada em sala de aula está mais próxima daquela que eles próprios experimentaram quando alunos do nível escolar médio, do que dos significadosque se pretendiam atingir em seus cursos de Licenciatura. Assim, embora saibamos que esta não seja a solução para estes problemas, entendemos que projetos de formação continuada que integrem esses professores com seus colegas de outras áreas do saber, incluindo, aí, a Física e a Química, poderiam auxiliar muito na superação de obstáculos evidenciados em sua linguagem matemática, bem como na conscientização dos mesmos a respeito de futuros obstáculos que poderiam surgir com seus alunos. Fica, então, em aberto, este novo desafio: colocar em prática as propostas de interdisciplinaridade dos novos Parâmetros Curriculares para o Ensino Médio (Brasil, 1998), integrando- as na formação dos professores, buscando destacar os significados da linguagem matemática, nas diversas áreas do saber que a utilizam. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 18 Função Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. Ir para: navegação, pesquisa Nota: Para outros significados de Função, ver Função (desambiguação). O conceito de uma função é uma generalização da noção comum de "fórmula matemática". Funções descrevem relações matemáticas especiais entre dois objetos, x e y=f(x). O objeto x é chamado o argumento da função f e o objeto y que depende de x é chamado imagem de x pela f. Intuitivamente, uma função é uma maneira de associar a cada valor do argumento x um único valor da função f(x). Isto pode ser feito especificando através de uma fórmula, um relacionamento gráfico entre diagramas representando os dois conjuntos, e/ou uma regra de associação, mesmo uma tabela de correspondência pode ser construída; entre conjuntos numéricos é comum representarmos funções por seus gráficos, cada par de elementos relacionados pela função determina um ponto nesta representação, a restrição de unicidade da imagem implica em um único ponto da função em cada linha de chamada do valor independente x. Este conceito é determinístico, sempre produz o mesmo resultado a partir de uma dada entrada (a generalização aos valores aleatórios é chamada de função estocástica). Uma função pode ser vista como uma "máquina" ou "caixa preta" que converte entradas válidas em saídas de forma unívoca, por isso alguns autores chamam as funções de relações unívocas. O tipo de função mais comum é aquele onde o argumento e o valor da função são ambos numéricos, o relacionamento entre os dois é expresso por uma fórmula e o valor da função é obtido através da substituição direta dos argumentos. Considere o exemplo f(x) = x2 que resulta em qualquer valor de x ao quadrado. Uma generalização direta é permitir que funções dependam não só de um único valor, mas de vários. Por exemplo, g(x,y) = xy recebe dois números x e y e resulta no produto deles, xy. De acordo com o modo como uma função é especificada, ela pode ser chamada de função explícita (exemplo acima) ou de função implícita, como em x f(x) = 1 que implicitamente especifica a função f(x) = 1 / x Vimos que a noção intuitiva de funções não se limita a computações usando apenas números e nem mesmo se limita a computações; a noção matemática de funções é mais geral e não se limita a situações envolvendo números. Em vez disso, uma função liga um "domínio" (conjunto de valores de entrada) com um segundo conjunto o "contra-domínio" (ou codomínio) de tal forma que a cada elemento do domínio está associado exactamente um elemento do contra-domínio, o conjunto dos elementos do contra-domínio que são André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 19 relacionados pela f a algum x do domínio, é chamado de "conjunto-imagem" ou "imagem" . As funções são definidas abstractamente por certas relações, como veremos adiante. Por causa de sua generalização, funções aparecem em muitos contextos matemáticos, e muitos campos da matemática baseiam-se no estudo de funções. Pode notar-se que as palavras "função", "mapeamento", "mapear" e "transformar" são geralmente usadas como sinônimos. Além disso, funções podem ocasionalmente ser referidas como funções bem definidas ou função total (Veja a seção "Definição Formal"). História Como um termo matemático, "função" foi introduzido por Leibniz em 1694, para descrever quantidades relacionadas a uma curva; tais como a inclinação da curva ou um ponto específico da dita curva. Funções relacionadas à curvas são atualmente chamadas funções diferenciáveis e são ainda o tipo de funções mais encontrado por não-matemáticos. Para este tipo de funções, pode-se falar em limites e derivadas; ambos sendo medida da mudança nos valores de saída associados à variação dos valores de entrada, formando a base do cálculo infinitesimal. A palavra função foi posterioirmente usada por Euler em meados do século XVIII para descrever uma expressão envolvendo vários argumentos; i.e:y = F(x). Ampliando a definição de funções, os matemáticos foram capazes de estudar "estranhos" objetos matemáticos tais como funções que não são diferenciáveis em qualquer de seus pontos. Tais funções, inicialmente tidas como puramente imaginárias e chamadas genericamente de "monstros", foram já no final do século XX, identificadas como importantes para a construção de modelos físicos de fenômenos tais como o movimento Browniano. Durante o Século XIX, os matemáticos começaram a formalizar todos os diferentes ramos da matemática. Weierstrass defendia que se construisse o cálculo infinitesimal sobre a Aritmética ao invés de sobre a Geometria, o que favorecia a definição de Euler em relação à de Leibniz (veja aritmetização da análise). Mais para o final do século, os matemáticos começaram a tentar formalizar toda a Matemática usando Teoria dos conjuntos, e eles conseguiram obter definições de todos os objetos matemáticos em termos do conceito de conjunto. Foi Dirichlet quem criou a definição "formal" de função moderna. Na definição de Dirichlet, uma função é um caso especial de uma relação. Relação é um conjunto de pares ordenados, onde cada elemento do par pertence a um dos conjuntos relacionados (Nas relações não existem restrições quanto à lei de correspondência entre os elementos dos conjuntos, já para as funções é costume introduzir restrições). Na maioria dos casos de interesse prático, entretanto, as diferenças entre as definições moderna e de Euler são desprezáveis. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 20 Alguns tópicos a respeito de FUNÇÕES (Disponíveis na Internet) DELINEAMENTO EXPERIMENTAL EM ENSAIOS FATORIAIS UTILIZADOS EM PREFERÊNCIA DECLARADA OA DE SOUZA, L DE ANEXOS, LDEAE SIGLAS - eps.ufsc.br ... Aos Professores do Departamento de Matemática da UNICENTRO, que ... estruturação está vinculada com a definição de uma função matemática que deverá ... Citado por 3 - Artigos relacionados - Em cache - Pesquisa na web Procedimento, Função, Objeto ou Lógica? 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No MAC de Niterói podemos observar como o projeto é semelhante à uma parábola e na catedral de Brasília o desenho que simboliza mãos levantadas aos céus verificaremos uma hipérbole. André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 25 ���������� ��������� � �������� ���� ������������������������ ������� ����������� � ������������ � ���������� � ������� ����� �������� � �� ���� �� � ��!������ ������������� "��#����������������� � ��� ����� � � ����������� ��������$����� ���� �������� � ����������� ��� ������� � ��%��� � "���� ������������� � � � ��&���� ��� ������ � '�������� ��(�������� �&���#� ���� ���������� � '�������� ��(����� )�*�� ����� � ��������� � +��� ������������� André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 26 �(,-�.��(�/ ��'0� ������������������� ��� �� �!"�# ����$��� %%��&�����'� � � (���������� ��������� ����� � (���������� ��� ������� � ��%��� � "���������������� � (�' ������ � ���� � � �,�-�(&�+.�-'1��(&'1�&2�.1�+�3'1�� � )�%�������������������� ��� *��������� )�%�������������*����������+,�����+�'� ��+�-��.� � / ���0�� ���"��-1���$��2�)"#��%��������*��������� � � �(&'�4+�0�-'1�1'0'1�&2�.1�+�3'1� � )�%����*������ ���� )�%����*������ ���� )�%����*��� ������� )�%����*������ ���� )�%����*����������� )�%����*����������� )�%����*�� �������� )�%��� *��� ������� )�%��� *�� �������� ��+�-��.� � / �*����������� �3�����������"%�"���*� ������� ;;;;;; André Luiz dos Santos Messias Projeto Teia do Saber 2006 – Metodologias de Ensino de Matemática 27 .0*.� � � ����������� �������������� � ��������%��� � "��1� ����� �� �� ������ �������� � ��������%��� � "��+��������5������� �����6���� ���������� � ����������� ������� �77!89� 8�2�:�� � ��' �����. ;��������� � ���������<� ���������� ��=��>�?� �� ��+<�� ����� �� ����� � &��� ;���@�#�����4 ��%5������� �+ %5���6�3�"��������� "� �#���� ����� ��3� ������%�� ������������������2���� � �� � ��� ������������� ��������#�� ����7%5��������8�������'�� 9" �����%�:����������� �����9"�����+�%�� ��9" ��"�� �������� ���+����������� ��; ��� �����+������������"����������� � ����0��%�"������%<������ �3�"��2�� ��������0��������3� �� � ����� �2�� ���� �������������"����%"� �� �3�"��� � ������������� � � � �,�-�(&�+.�-'1��(&'1�&2�.1�+�3'1�� � )�%1��+�����+�%*�����������2���� '� )�%��� ��������������������=2�� �'*�������� )�%��� ����������������>���'*�������� )�%��� ����������������>���'*�������� )"#��%���?�% ����� �%���-1�*��������� � � �(&'�4+�0�-'1�1'0'1�&2�.1�+�3'1� � ?�% ����� �0� ���� �)"#��%�*�� �������� )�%��� ���������������������=2�� �'*� ������� )�%��� �����������������>���'*� ������� )�%��� �����������������>���'*� ������� )�%1��+�����+�%*����� ������� � � � �������� ���� � ����� http://www.pr.gov.br/mon/areas.htm
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