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X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 1 DEMONSTRAÇÕES MATEMÁTICAS: UMA EXPERIÊNCIA COM A APLICAÇÃO DE UM MÓDULO DE ENSINO NO CURSO DE MATEMÁTICA Enne Karol Venancio de Sousa Instituto Federal do Rio Grande do Norte - IFRN/Santa Cruz enne.sousa@ifrn.edu.br John Andrew Fossa Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN jfossa@oi.com.br Giselle Costa Sousa Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN giselle@ccet.ufrn.br Resumo: Neste trabalho, apresentamos uma experiência com a aplicação de um módulo de ensino de demonstrações matemáticas, com base em Fossa (2009). Tal módulo foi aplicado na disciplina Teoria dos Números do curso de Matemática de uma universidade do Rio Grande do Norte, com o objetivo de levar os alunos a compreenderem as técnicas de demonstração em nível relacional defendido por Skemp (1980). O percurso metodológico do módulo consistiu nos cinco momentos seguintes: aplicação de um questionário específico para conhecer o perfil dos alunos e o entendimento prévio que eles tinham das técnicas e linguagem matemática; análise de uma série de diálogos que traziam as demonstrações matemáticas dentro de uma linguagem cotidiana; aplicação do módulo de ensino através da investigação da estrutura lógica de algumas técnicas de demonstração; realização de avaliação escrita e por fim, realização de entrevista, para verificar as principais contribuições do módulo de ensino. Palavras-chave: Demonstrações matemáticas; Módulo de ensino; Linguagem matemática. Introdução As demonstrações matemáticas são ferramentas muito utilizadas pelo estudioso em Matemática, quer seja bacharel, licenciado ou ainda graduando de ambos os cursos. Todavia, muitas vezes surgem dificuldades em relação a sua abordagem que podem ser caracterizadas por diversos fatores, dos quais destacamos três: (i) o fato de que existem poucos materiais, voltados para o estudante de Matemática, sobre as técnicas de demonstração, especialmente materiais de cunho alternativo; (ii) a utilização implícita das técnicas por muitos professores na graduação, partindo do princípio que os alunos já as conhecem; (iii) a falta de definição clara do conceito de demonstrar, que muitas vezes X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 2 se confunde com experimentação ou argumentação, limitado somente ao sentido de convencer. Com base nesses pressupostos, podemos afirmar que, para estudar as demonstrações matemáticas, é preciso que estejam claras duas coisas. Primeira, a importância de fazer uma explanação clara e explícita do significado do que seja demonstrar no contexto matemático e como esse conceito difere do de demonstração em outros campos do saber. Segunda, precisa-se de material de instrução adequado que leve o aluno a construir os conceitos e habilidades envolvidos na atividade de fazer demonstrações. O presente trabalho relata o desenvolvimento de um módulo de ensino proposto mediante a realização de atividade didática operacionalizada em sala de aula. Nele, o foco principal foi o ensino-aprendizagem, dando ênfase à leitura, ao desenvolvimento da capacidade de abstração e habilidade de utilizar técnicas de demonstrações matemáticas, tendo como principal referência a obra Introdução às Técnicas de Demonstração em Matemática (Fossa, 2009), no qual o assunto é abordado à luz do construtivismo radical. Primeiramente, apresentaremos os objetivos do módulo de ensino. Em seguida, faremos uma revisão teórica das demonstrações matemáticas abordadas. Então, apresentaremos o desenvolvimento das atividades realizadas. Ao final, apresentaremos as análises preliminares e considerações gerais. Objetivos do módulo de ensino Para melhor conceber o intuito do módulo de ensino, apresentamos a seguir os objetivos do mesmo, explicitando o objetivo geral e, em seguida, os específicos. O objetivo maior da presente proposta é: levar o aluno a uma compreensão relacional de demonstrações matemáticas, através de um módulo de ensino no contexto do construtivismo radical. X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 3 Com base nesse objetivo geral destacamos os três objetivos específicos seguintes: analisar o entendimento que os participantes têm sobre as técnicas de demonstração; levar o aluno, através de uma intervenção didática, à análise informal das técnicas de demonstração matemática; determinar as principais barreiras que dificultam uma compreensão mais profunda da análise das técnicas de demonstração. Na verdade, o primeiro objetivo específico foi um diagnóstico do entendimento dos participantes sobre o conceito de demonstração. O segundo objetivo específico se refere à aplicação do módulo de ensino, enquanto o terceiro se refere à avaliação do mesmo. Como explicitamos no objetivo geral, pretendemos que o participante alcance uma compreensão relacional, no sentido de Skemp (1980), sobre o conceito de demonstração matemática. Dessa forma, houve uma preocupação em se utilizar atividades construtivistas no módulo de ensino para que o aluno não somente recebesse uma instrução sobre as técnicas de demonstração matemática, mas construísse seu conhecimento a partir de atividades que o levassem a abstrair, ser criativo e chegar a um nível de entendimento que o permitisse analisar as mais diversas técnicas em nível relacional. Vale lembrar que o desígnio do ensino construtivista é levar os alunos a construírem por si mesmo sua aprendizagem. Sendo assim, para se tornar uma verdadeira aprendizagem é preciso passar do nível instrumental (aprendizagem através de mecanismos de repetição), que é frequentemente necessário, mas aqui não suficiente, e chegar ao nível relacional, onde o aluno realmente tem autonomia, pois é levado a entender o porquê, não se limitando a fôrma utilizada pelo professor. X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 4 Demonstração Matemática – Fundamentação teórica Tendo em vista possíveis interpretações distintas para o significado de demonstrar em Matemática, faz-se necessária uma descrição do que se entende por demonstração matemática. Neste trabalho, demonstrar tem o sentido de buscar o porquê, pois como afirma Fossa (2009a, p. 47), “uma demonstração matemática é um argumento, cuja conclusão é o teorema demonstrado”. O mesmo autor ainda afirma que: “[...] o caráter da demonstração matemática é a tentativa explícita de determinar o status epistemológico de proposições mediante da relação de conseqüência lógica” (FOSSA, 2009b, p. 7). Assim, demonstrar é dar razões que garantam a verdade do teorema demonstrado. Nesse sentido, é importante também deixar claro que as demonstrações que aparecem no contexto do ensino de Matemática não são, necessariamente, demonstrações formais, no sentido de não serem apresentadas no formalismo da Lógica, mas demonstraçõesque partem de axiomas ou proposições supostas já demonstradas, vistas como um ponto de partida para se começar as deduções. Dessa forma, é necessário entender que a verdade da conclusão é sempre relativa à verdade das premissas. Quanto à importância das demonstrações para o ensino de Matemática, sabemos que o matemático precisa das demonstrações para autenticar a verdade de seus teoremas, tanto quanto os profissionais das áreas de Ciências precisam da experimentação para provar suas leis. Fossa (2009b, p. 45) aponta dois motivos para que o matemático tenha a preocupação de demonstrar todos os seus teoremas: o primeiro se deve ao fato de “que algumas proposições que parecem intuitivamente óbvias são de fato falsas e o segundo é baseado no fato de a Matemática ser um tipo de conhecimento e para se conhecer algo não é o bastante se acreditar nela, se torna necessário ter boas razões para acreditar”. Assim, defendemos neste trabalho que as demonstrações farão parte da vida do matemático por entendermos que “podemos definir a matemática como a área de estudos que usa, exclusivamente, demonstrações, no sentido acima delimitado, para validar as suas proposições” (FOSSA, 2009b, p. 9), pois como afirma ainda o mesmo X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 5 autor: “a definição mediante o método de validação não somente identifica a característica mais notável da matemática, mas também paralela a definição da ciência mediante o seu método de validação, a saber, o de verificação empírica” (FOSSA, 2009b, p. 9). Vale destacar que com essa definição não se está querendo impor que a única coisa que o matemático faz é demonstrar, mas sim ressaltar sua importância como metodologia de validação de verdade para o matemático. Desenvolvimento das atividades O módulo de ensino foi desenvolvido em nove encontros de aproximadamente duas horas/aula cada um, tendo como público alvo trinta alunos do curso de Licenciatura de uma universidade do Rio Grande do Norte, matriculados na disciplina Teoria dos Números, no segundo semestre do ano de 2009. O conteúdo central do módulo foram as técnicas de demonstrações matemáticas, iniciando-se com a leitura e interpretação de uma série de diálogos contendo demonstrações informais. Observamos que trinta alunos fizeram parte desse módulo de ensino, sendo 22 do sexo masculino e 08 do sexo feminino. Quanto à faixa etária dos alunos, constatou- se que 14 deles tinham entre 18 a 26 anos, 06 alunos estavam na faixa de 27 a 35 anos e 05 dos discentes tinham mais de 30 anos; para cinco alunos essa informação não foi determinada. O percurso metodológico consistiu em cinco momentos. O Momento I foi realizado no primeiro encontro, quando aplicamos um questionário que nos serviu como diagnóstico para identificar as idéias prévias dos alunos com relação às demonstrações matemáticas. Também serviu para que pudéssemos adequar o módulo de ensino ao perfil dos alunos, uma vez que todo planejamento precisa ser flexível e, se for necessário, sofrer mudanças para que atinja seus objetivos. Os objetivos do questionário foram: conhecer o perfil dos alunos em relação à faixa etária e curso; X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 6 analisar o entendimento que eles tinham do conceito de demonstração matemática, bem como de sua importância para o ensino de Matemática; verificar o entendimento de conceitos e definições de diversos termos utilizados no ensino de Matemática como, por exemplo, proposição, teorema, lema, entre outros. No questionário foi deixado ainda um espaço para que os alunos dessem sugestões ou comentassem algo que achassem necessário para a aplicação do módulo. O Momento II correspondeu à aplicação da primeira parte do livro Introdução às Técnicas de Demonstração em Matemática (2009), sendo necessários dois encontros para sua realização. Nesse segundo momento, foi realizado um primeiro contato com as demonstrações matemáticas num contexto de diálogos, onde o conteúdo matemático foi colocado dentro de uma conjuntura natural, a partir de uma conversa informal. Os textos/diálogos narram o encontro de dois poetas coreanos e um matemático brasileiro que conversam sobre temas diversos, mas todos relacionados à Matemática, envolvendo, particularmente, as demonstrações matemáticas e paradoxos envolvendo conceitos matemáticos. Nesse momento os diálogos foram discutidos pelos alunos em pequenos grupos, sendo que cada grupo ficou responsável por interpretar, analisar, avaliar e apresentar sua parte do diálogo para os demais. A apresentação dos diálogos foi feita nos dois encontros e discutida coletivamente, gerando assim uma articulação de opiniões. Neste sentido, os alunos puderam expressar suas linhas de raciocínio, defendendo suas posições, questionando as opiniões dos outros e, assim, acostumando-se a uma linguagem matemática mais sofisticada. Ao fim de cada diálogo, os alunos eram ainda submetidos a alguns questionamentos, cuja elaboração das respostas era feita a partir da realização de pesquisas e discussão com outros colegas dos grupos. Essas pesquisas e discussões foram realizadas em tempo extra, fora da classe, e trazidas na aula seguinte. O Momento III consistiu na aplicação didática do módulo referente ao desenvolvimento das técnicas de demonstrações matemáticas: condicional, bicondicional, redução ao absurdo e indução matemática. Todos os conteúdos foram X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 7 abordados seguindo o construtivismo radical 1 . Segundo esta teoria, o professor direciona os alunos a construírem seu conhecimento. Este Momento (terceiro), o qual consistiu no núcleo do nosso módulo de ensino, foi o mais longo, levando cinco encontros. Seu objetivo se assemelha ao objetivo do módulo que é levar os alunos a uma compreensão relacional da estrutura das técnicas de demonstração, destacando, mais uma vez, que essas técnicas são vistas de maneira informal. Fossa (2009a, p. 45), falando sobre a importância do estudo das técnicas de demonstração em matemática, destaca que o propósito de estudá-las é “facilitar a leitura dos textos matemáticos, especialmente na análise e na compreensão das demonstrações aí encontradas, bem como proporcionar ao aluno recursos para demonstrar os teoremas que os textos deixam a seu encargo”. Para se chegar a esse objetivo, foram feitas atividades sobre as técnicas citadas, com base na segunda parte do livro Introdução às Técnicas de Demonstração em Matemática (2009), bem como a resolução de exercícios individuais e em grupos, cuja exposição dos resultados era feita no quadro. Também foi feita a análise de demonstrações encontradas em diversos livros das disciplinas estudadas ao longo do curso. Salientamos que neste tipo de exercício os alunos não precisavam se preocupar em demonstrar, mas em analisar a estrutura de resolução, onde tiveram oportunidade de fazer críticas e avaliarem os passos da demonstração, identificando as técnicas e seu processo de construção. Como nem todos os alunos estavam cursando o mesmo período do curso de Matemáticae assim não tinham requisitos comuns que nos permitissem pedir que demonstrassem proposições de certos conteúdos específicos, preferimos, como fez Fossa (2009a), minimizar, nesse momento, o conteúdo matemático, para que o aluno não encontrasse barreiras com complicações matemáticas. O Momento IV foi o momento da avaliação utilizada não apenas como instrumento de coleta de dados, mas também para atribuir nota aos alunos, haja vista que o módulo de ensino foi aplicado dentro de uma disciplina do curso. Assim, tal avaliação foi realizada para registrar por escrito as respostas dadas pelos alunos e 1 O construtivismo radical é uma teoria sobre a Educação Matemática baseada na epstemologia. Para mais detalhes ver, por exemplo, Glaserfeld (1996) ou Fossa (1998). X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 8 avaliarmos o nível de compreensão que os alunos obtiveram no fim do módulo de ensino. O Momento V foi um momento extra-aula, realizado com alguns alunos que foram escolhidos e entrevistados a respeito da intervenção. Para isso, utilizamos um tipo de entrevista chamada episódica que, segundo Flick (2002), “procura a „contextualização‟ das experiências e acontecimentos a partir do ponto de vista do entrevistado”. A escolha por este tipo de entrevista é consoante com o construtivismo radical que afirma que o único acesso que temos ao pensamento do aluno é através de mecanismos indiretos (ver FOSSA, 1998). Assim, queríamos levar o aluno a externalizar seu pensamento através de um diálogo com o entrevistador que nos permitiria formular hipóteses sobre suas construções mentais e que, ao mesmo tempo, ofereceria validação pelo menos parcial das mesmas através da interação aluno/entrevistador. Principais resultados e sua análise Foi possível perceber que, embora no início do módulo de ensino os alunos tivessem apresentado bastante resistência à nova metodologia, principalmente na arte de leitura, a experiência foi bastante válida. No fim da aplicação do módulo de ensino muitos sugeriram que tal módulo fosse visto logo no início do curso, como uma disciplina ou mini-curso, pois, segundo eles, seria amenizada uma boa parte das dificuldades que eles encontram em disciplinas mais abstratas ou que requerem um maior uso de demonstrações. A partir da realização das primeiras atividades, foi possível fazer os alunos perceberem que a demonstração matemática é elemento fundamental na graduação em Matemática e que se faz necessária uma compreensão de diversos termos e definições, bem como exercitar a leitura e capacidade de abstração, tendo em vista que Matemática não se resume a fazer cálculos. No Momento III, foi perceptível a mudança de postura de alguns alunos em relação às técnicas de demonstração, pois muitos deles trouxeram, espontaneamente, exemplos de teoremas das disciplinas que estavam cursando e questionavam cada vez X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 9 mais no desejo de aprender a lidar com as técnicas sem precisar ficar repetindo o que o professor faz. Notamos ainda que, ao abordarmos a parte de análise das técnicas minimizando o conteúdo matemático, muitas das barreiras encontradas no início do módulo haviam sido superadas. Nessa fase, percebemos um maior nivelamento da turma em relação ao conteúdo, uma vez que saber mais matemática ou ter cursado mais disciplinas não era mais sinônimo de saber mais sobre o que estávamos discutindo. O penúltimo momento, o da avaliação, ainda está em fase de análise para sabermos se a maioria da turma chegou ao objetivo, que era atingir uma compreensão relacional das técnicas de demonstração. Mas, pelas primeiras análises realizadas, é possível verificar que uma grande parte dos alunos adquiriu essa autonomia na análise e resolução das questões propostas. Notou-se ainda um maior grau de maturidade quanto às respostas que eram pessoais. Quanto ao momento final, a entrevista, todos os entrevistados avaliaram de forma bastante positiva o trabalho e deram diversas sugestões para futuras aplicações do módulo de ensino, como: apresentá-lo em forma de mini-curso; abordá-lo em forma de disciplina no primeiro semestre da graduação em Matemática, publicar um livro com o roteiro do módulo, entre outras sugestões. Concluí-se, assim, este relato, afirmando que a experiência com a aplicação do módulo de ensino foi considerada bastante positiva, tendo em vista tanto a evolução dos alunos durante a realização das atividades quanto as diversas sugestões de divulgação do trabalho por parte dos próprios alunos. Referências FLICK, U. Entrevista episódica. Em M. W. Bauer & G. Gaskell, G. (Orgs.), Pesquisa qualitativa com texto, imagem e som: um manual prático (pp. 114-136). (P. A. Guareschi, Trad.). Petrópolis: Vozes, 2002. FOSSA, John. A. Introdução às Técnicas de Demonstração na Matemática. 2. ed. São Paulo: Editora da Física, 2009a. ______. As Consequências da Consequência: Uma Investigação Histórico- Filosófica de Demonstração Matemática. In: VIII Seminário Nacional de História da Matemática, 2009, Belém, PA. Anais do VIII Seminário Nacional de História da Matemática. Belém, PA : SBHMat/Unama, 2009b. v. 1. p. 1-15. X Encontro Nacional de Educação Matemática Educação Matemática, Cultura e Diversidade Salvador – BA, 7 a 9 de Julho de 2010 Anais do X Encontro Nacional de Educação Matemática Relato de Experiência 10 ______. Teoria Intuicionista da Educação Matemática. Trad. Alberta M. R. B. Ladchumananandasivam. Natal: Editora da UFRN, 1998. GLASERFELD, Ernst Von. Construtivismo radical: Uma forma de conhecer e aprender. Coleção Epigénese e desenvolvimento. Lisboa: Instituto Piaget, 1996. SKEMP, R. Psicologia del aprendizaje de las matemáticas. Trad. Gonzalo Gonzalvo Mainar. Madrid: Ediciones Morata, S. A. 1980.
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