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NÚMERO RACIONAL E SEUS DIFERENTES SIGNIFICADOS Nicole Rodrigues Fernandes nicolerfernandes@yahoo.com.br Colégio Exponente Paula Moreira Baltar Bellemain pmbaltar@ufpe.br Universidade Federal de Pernambuco José Mauricio Figueiredo Lima Colégio de Aplicação de Pernambuco Rosinalda Aurora de Melo Teles rosinaldateles@yahoo.com.br Universidade Federal de Pernambuco RESUMO O presente artigo é parte da monografia de conclusão de curso de graduação (licenciatura em matemática), que teve por objetivo realizar um estudo diagnóstico do conceito de número racional, abordando a multiplicidade de representações simbólicas e significados associados a esse conceito. Inicialmente foi feito um estudo teórico acerca do ensino- aprendizagem dos números racionais. Em seguida foi aplicado um teste diagnóstico para 69 alunos da 6ª Série (7° ano do Ensino Fundamental) de escolas públicas e privadas da Região Metropolitana do Recife. O teste diagnóstico continha 18 itens dispostos em 8 questões, as quais focam o reconhecimento do número racional como número, as formas de representação simbólica de números racionais e a comparação de números racionais nas escritas fracionária e decimal. A análise dos resultados obtidos mostra indícios de que para uma parcela considerável dos sujeitos a idéia de número se restringe aos números naturais. Observou-se também uma forte tendência a associar o conceito de número racional apenas ao significado parte-todo assim como a predominância da representação fracionária em detrimento das representações decimal e percentual. Palavra chave: números racionais; diversidade de significados; fração; decimais. 1 INTRODUÇÃO O conceito de número racional tem seu ensino iniciado, formalmente, a partir do 2º ciclo (3ª e 4ª séries) do Ensino Fundamental, se estendendo, pelo menos, até o final do 3º ciclo (5ª e 6ª séries). O baixo desempenho atingido pelos alunos nas avaliações estaduais e nacionais do sistema educacional (SAEPE – Sistema de Avaliação Educacional de Pernambuco e SAEB – Sistema de Avaliação do Ensino Básico), frente a problemas que envolvam os números racionais, e os resultados encontrados nas pesquisas da Educação Matemática, tais como: NUNES e BRYANT (1997)1, PINTO (2000)2 e BROUSSEAU (1983)3 ; evidenciando dificuldades relacionadas ao ensino-aprendizagem desse importante conceito, motivaram a escolha do tema da pesquisa. Reflexões fundamentadas nesses resultados tornaram-se objetos de investigação, buscando identificar procedimentos relacionados ao conceito de número racional e comparação entre racionais. 2 O PAPEL DO ERRO NO ENSINO DE MATEMÁTICA Tradicionalmente o ensino de matemática tem tratado o erro como reflexo da incompetência dos alunos em compreender os assuntos da disciplina. Poucas vezes, um professor se preocupa em observar o erro cometido por seus alunos. É preciso que os professores quebrem esse paradigma e assumam uma nova postura frente à maneira de avaliar, ou diagnosticar, o resultado de uma atividade matemática. CENTENO (1988)* citada em PINTO (2000), discípula de Brousseau, apóia-se na necessidade de o professor interpretar os erros para orientar o processo de ensino. Pois, aprendizagem se dá contra um conhecimento anterior, a partir da desconstrução deste conhecimento, ou seja, a aprendizagem sempre destrói um conhecimento para construir outro. É importante que o professor facilite essa construção do novo conhecimento considerando os registros escritos e as manifestações orais dos alunos independentemente do resultado, isto é, considerando 1 NUNES, Teresinha, BRYANT, Peter. Crianças fazendo matemática, Porto Alegre: Artes Médicas, 1997. 2 PINTO, Neuza Bertoni. O erro como estratégia didática: Estudo do erro no ensino da matemática elementar. Campinas: Papirus, 2000. 3 BROUSSEAU, Guy. Les obstacles épistémologiques et les problèmes en mathématiques. Recherches en Didactique des Mathématiques, Grenoble, Vol. 4, nº 2, pp. 165-198, 1983 a contribuição que esses registros podem ter na aprendizagem do aluno. Ao observar os “erros” do ponto de vista do processo de aprendizagem, a atitude do professor muda. Quando encara os erros como constitutivos do processo de aprendizagem, sua atitude passa a ser de investigação. “...o educador reflete sobre o significado dos erros e acertos dos alunos preocupando-se em compreender os diferentes processos que os alunos utilizam ao apropriar-se dos conhecimentos, ao inquietar-se frente aos resultados obtidos e buscar sua regulação” (PINTO, 2004, pp.123). Nesse sentido o professor passa a se perguntar, por que o aluno seguiu esse caminho e não outro? Quais foram os conceitos que ele utilizou para resolver a atividade? Se ele tomou um caminho inadequado na resolução, como ajudá-lo a retomar o raciocínio? Quais conceitos precisam ser revistos? Qual a lógica subjacente ao processo escolhido pelo aluno? O "erro" é visto agora como constitutivo do processo de aquisição de novos conhecimentos. Esse olhar diferenciado do professor sobre o erro do aluno torna o erro um observável para o professor e inicia o processo de transformar o estudo do erro em uma estratégia de ensino-aprendizagem para o professor. 3 ENTRAVES E DIFICULDADES RELACIONADAS AOS NÚMEROS RACIONAIS A compreensão dos números racionais exige o enfrentamento de alguns entraves. A identificação e a caracterização desses entraves são essenciais à análise e construção de situações didáticas que favoreçam na superação das dificuldades dos alunos. Alguns conhecimentos relativos aos números naturais se constituem em obstáculos para a aprendizagem dos números racionais. Pesquisas anteriores à nossa discutem esses aspectos e as orientações didáticas dos Parâmetros Curriculares Nacionais de Matemática (Brasil, 1997) os apresentam. Pontuaremos a seguir alguns: − Comparações de racionais ∗ Nos naturais o tamanho da escrita numérica é um bom indicador da ordem de grandeza, ou seja, 1287 é maior que 13 e o aluno pode identificar essa comparação apenas observando a quantidade de dígitos já que cada dígito representa uma ordem e nos naturais quanto mais ordens maior o número. O mesmo não ocorre nos racionais. Um exemplo é a comparação de 1,287 com 1,3 apesar de o primeiro número ser escrito por quatro algarismos o segundo é maior, mesmo sendo escrito por dois algarismos. ∗ Quando a comparação deve ser feita na escrita fracionária ocorre um outro problema, acostumados com ab significar que o número natural a é maior que o número natural b terão que construir que quando a e b são naturais e ab tem- se 1 a 1 b , fato aparentemente contraditório. − Se nos naturais cada número só podia ser representado por uma única combinação de algarismos, nos racionais é possível representar o mesmo número de diferentes formas. − Na multiplicação de naturais uma das propriedades é que o produto de dois números diferentes de zero o resultado será sempre maior que cada um dos fatores, o mesmo não necessariamente acontece quando um dos números é um racional. − Os números racionais não permitem falar em sucessor e antecessor como nos naturais, pois entre quaisquer dois racionais sempre existe outro. A diversidade de significados e as formas de representação associadas ao número racional, é uma característica que merece atenção por parte dos educadores matemáticos e precisa ser considerada no contexto do ensino aprendizagem como geradora de rupturas e continuidades, e também como fonte de dificuldades conceituais. 4 DIVERSIDADE DE SIGNIFICADOS DO NÚMERO RACIONAL A aquisição plena de um dado conceitomatemático exige o seu reconhecimento em diversas situações e em diversos contextos. A construção do conceito de número racional em sua totalidade exige explorá-lo em várias situações e contextos, trabalhando assim, seus diversos significados. Corrobora com essa idéia Kieren (1998) que afirma que a noção completa de fração abrange quatro sub-constructos, medida, quociente, número proporcional e operador multiplicativo. Behr, Lesh, Post e Silver (1983)4 evidenciam sete interpretações para as frações que denominam de sub-constructos: medida, razão, taxa, quociente, coordenadas lineares, decimal e operador. Ohlsson (1989) analisa as frações na perspectiva de quatro interpretações: razão, parte-todo, operador e uma interpretação parâmetro/parâmetro que não é descrita. Nas orientações didáticas do PCN de matemática (Brasil, 1998) para 3º e 4º ciclo encontramos relação parte-todo, divisão, operador e razão como os diferentes significados assumidos pelos números racionais. Assumimos em nosso estudo o número racional com cinco significados: número, parte-todo, razão, quociente e operador. A título de ilustração, apresentaremos sucintamente cada significado, utilizando exemplos nos quais o numero racional em questão será 2/5 . O número racional utilizado nos exemplos é o mesmo, mas o raciocínio empregado para lhe 4 BEHR, M. J., LESH, R., POST, T. R. e SILVER, E. A. A. Rational number concepts aquisition of mathematical concepts and processes. Academic Press. New York: 1983, p. 91-126. dar sentido é diferente. − Número A idéia envolvida nesse significado é a do número racional, em suas representações fracionárias e decimais, expressando um número na reta numérica, ou ainda sua representação na notação decimal. Exemplo: Represente 2 5 na reta numérica. − Parte todo Na relação parte todo, a fração indica a relação que existe entre um número de partes escolhidas e o total de partes em que o todo foi dividido, podendo ser feita com grandezas discretas e contínuas. É importante ressaltar que essas partes em que o todo é dividido precisam ser equivalentes. Behr et al (1983)5, citados em NEPEM/USF (2004) consideram que essa relação constitui a base fundamental para a formação do conceito de número racional. Exemplo 1: Um saco com 10 bolas foi dividido em 5 partes iguais. João ganhou duas dessas partes. Que fração representa o que João ganhou? Exemplo 2: Um agricultor dividiu o seu terreno em cinco lotes de mesma área. No primeiro lote plantou arroz, no segundo milho, no terceiro trigo e nos dois últimos feijão, como ilustrado na figura ao lado. Que fração representa a área do terreno em que o feijão foi plantado? − Razão Razão é considerada como uma relação entre duas quantidades de uma mesma grandeza, ou seja, indica um índice comparativo entre essas duas quantidades da mesma grandeza. Exemplo: Uma indústria fabrica 50 copos plásticos por minuto. Dois em cada cinco copos fabricados saem com defeitos. Qual a fração indica a razão de copos com defeitos? − Quociente Esse significado está presente em situações associadas a idéia de partição. O quociente consiste na representação do racional como uma divisão na forma a b , com b≠ 0 . Exemplo: Duas barras de chocolate foram divididas igualmente para cinco pessoas. Quanto recebeu cada uma? − Operador 5 BEHR, M. J., LESH, R., POST, T. R. e SILVER, E. A. A. Rational number concepts aquisition of mathematical concepts and processes. Academic Press. New York: 1983, p. 91-126. Feijão Feijão T ri g o M ilh o A rr o z Operador está relacionado a idéia de função, com o papel de transformação, atua sobre um número em uma situação e modifica esse número. Exemplo: Maria tinha uma coleção de 50 bonecas de louça e deu a sua amiga 2 5 dessa coleção. Com quantas bonecas de louça Maria ficou? 5 DIVERSIDADE DE REPRESENTAÇÕES DO NÚMERO RACIONAL Segundo Maranhão (2003), ao apresentar o número racional no ensino fundamental utilizam-se três tipos de registros de representações semióticas: a representação por esquemas, por figuras e lingüística. O sujeito precisa estabelecer a coordenação desses três registros de representação semiótica, os quais possibilitam uma apreensão conceitual do objeto matemático: número racional. É necessário ao aluno perceber que é possível trocar de registro a todo momento, um exemplo disso seria uma atividade onde o aluno precise escrever 0,40 como 2 5 , e que isso facilita sua compreensão, pois, “ a compreensão em matemática supõe a coordenação de ao menos dois registros de representação semiótica” (DUVAL, 2003, p. 15). É fundamental que o aluno compreenda mais do que as regras de transformação, como passar uma fração para a representação decimal, por exemplo. É preciso compreender os fenômenos de conversão, ou seja, compreender a transformação da representação em um registro para a representação de outro registro, pois, “do ponto de vista cognitivo, é a atividade de conversão que, conduz aos mecanismos de compreensão” (DUVAL, 2003, pp. 16). Estes três aspectos – dificuldades de aprendizagem, diversidade de significados e diversidade de representações simbólicas dos números racionais motivam este estudo pois para que haja compreensão dos alunos é necessário a explicitação das ligações existentes entre os diversos significados e representações que formam o conceito do número racional. 6 METODOLOGIA DE PESQUISA A nossa pesquisa foi dirigida a alunos de 6ª série / 7º ano do Ensino Fundamental, com o intuito de diagnosticar a compreensão do conceito de número racional, em seus diferentes significados e representações e da comparação entre números racionais em diferentes contextos. Para isso foram escolhidas três escolas, sendo uma escola pública estadual e duas escolas particulares. A escola pública está situada no centro da cidade do Recife e atende as séries finais do ensino fundamental (5ª a 8ª série) e o ensino médio (1º a 3º ano). As escolas particulares disponibilizam da educação infantil ao ensino médio, uma está situada na região das praias da cidade do Paulista e a outra está situada na cidade de Olinda. O procedimento utilizado para coletar os dados foi a aplicação de um instrumento diagnóstico escrito contendo oito questões, elaborado e analisado pela equipe de educadores de uma formação continuada para professores de matemática de 3º e 4º ciclos (5ª a 8ª série) do Ensino Fundamental, da qual participamos no segundo semestre de 2005. A análise dos dados obtidos foi feita com base na confrontação com uma análise teórica das questões propostas, a qual, por sua vez, apoia-se na revisão de literatura e determina os aspectos que deveriam ser focados. 7 TESTE DIAGNÓSTICO Questão 1 Represente de diversas maneiras o número racional “um quarto”. Questão 2 Considere os desenhos abaixo: Desenhe linhas no interior desses retângulos de modo que cada um deles fique dividido em quatro partes de mesma área. Questão 3 O que se pode afirmar sobre o número que multiplicado por quatro resulta sete? Questão 4 Represente de diversas maneiras o número racional “dois décimos”. Questão 5 Em um jogo de bolinhas de gude, Joana perdeu metade de suas bolinhas e Pedro também perdeu metade das bolinhas que tinha. Você acha que Joana e Pedro perderam a mesma quantidade de bolinhas, um deles perdeu mais do que outro ou não podemos saber? Explique sua resposta. Questão 6 Compare os números decimais abaixo: 1,3 ______ 1,24 2,08 ______ 2,8 1,45 ______ 2,3 3,456______ 3,6 1,5 ______ 1,50 0,485 ______ 0,5 Questão 7 Maria tem 4 1 do copo cheio de refrigerante. Bel tem 3 1 . Qual é o copo de Maria? Por quê? Esse problema foi extraídos do livro didático de 5ª série Matemática de Imenes e Lellis em sua versão de 1997, publicado pela editora Scipione. E teve seu enunciado ligeiramente modificado. Questão 8 Juca pediu meio quilo de carne no açougue. O pedaço de carne cortado pelo açougueiro pesou o que indica o visor da balança. Responda em seu caderno: a) O pedaço de carne que o açougueiro cortou pesa mais ou menos que meio quilo? b) Quanto Juca pagará por esse pedaço de carne, se 1kg dessa carne custa 3 reais? Esse problema foi extraídos do livro didático de 5ª série Matemática na Vida e na Escola de Ana Lucia Bordeaux et alli, em sua versão de 1999, publicado pela Editora do Brasil. 8 ANÁLISE DOS RESULTADOS A análise quantitativa dos 69 testes aplicados foi organizada distinguindo inicialmente: os acertos (os alunos respondem corretamente a questão); os acertos parciais (quando há ocorrência de erros, mas a resolução proposta é predominantemente correta); os erros (a estrutura da resposta nos parece predominantemente equivocada); e a ausência de resposta (quando a questão está em branco, o aluno colocou não sei ou iniciou uma palavra para responder, mas não chegou a concluir algo que pudesse ser analisado como erro, acerto ou acerto parcial). A única questão que obteve 0,00% de ausência foi a questão 2, a qual destaca-se também por ter o menor percentual de erros, apenas 4,35%. Já a questão 3 além de tido a maior ocorrência de ausências, 42,03%, teve o menor percentual de acertos, apenas 5,00% dos alunos que resolveram a questão. Destaca-se ainda, a questão 5 com o maior percentual de acertos, 69,35% dos alunos que responderam a questão. E a questão 8 item (b) com o maior percentual de erros, 88,89% dos protocolos com resposta nesse item. Apresentamos em anexo a tabela contendo todos os dados quantitativos do teste, na monografia foram disponibilizadas as tabelas individuais por escola e aluno, permitindo ao leitor observar todas as respostas dos alunos e fazer sua própria análise. Neste trabalho enfatizamos em especial, dois significados associados ao número racional: a relação parte todo, focada nas questões 1, 2 e 4, e o número racional como operador na questão 3. A utilização de representações figurativas nas questões 1 e 4 mostrou que 55,9 % dos alunos associam os números racionais “um quarto” e “um décimo” à idéia parte todo. Os protocolos abaixo ilustram esse aspecto, Dos alunos que utilizam representação figurativa nessas questões 34,8 % cometem erros na representação, dos quais destacamos os mais freqüentes, desconsiderar que as partes em que o todo é dividido precisam ser de mesma área, dividir o todo sem tomar nenhuma de suas partes e fazer a relação parte pintada versos parte não pintada, ressaltamos nesse último que o aluno pode estar compreendendo a fração como uma razão entre a quantidade de partes pintadas e quantidade de partes não pintadas. Já a idéia de número racional como operador parece estar ausente das estratégias dos alunos. Apenas 14,6% dos alunos que responderam a questão demonstraram ter noção do número racional como operador, por exemplo, quando dá uma resposta aproximada ou expressam verbalmente que é um número racional, como ilustrado nos protocolos abaixo, Por outro lado, na questão 3, além da idéia do número racional como operador há também a ruptura com o domínio do número natural, propõe-se uma multiplicação onde o produto não é múltiplo do fator, sendo necessário aceitar a existência de números não inteiros. Com relação à mobilização das diversas formas de representação do número racional, foi possível identificar que nas questões 1 e 4 os alunos mobilizam as formas de representação fracionária, figurativa e decimal. Surgindo a presença da representação percentual em apenas um protocolo. Representação figurativa Representação fracionária Representação decimal Representação percentual Representação na língua natural C E C E C E C E C Questão 1 25 12 45 2 0 9 0 1 3 Questão 4 18 11 42 1 4 11 1 0 3 Em ambas as questões solicitam-se que seja representado de diversas maneiras um número racional, porém é importante observarmos algumas diferenças entre elas: na questão 1 temos uma fração irredutível; na questão 4 a fração é redutível e de denominador 10, fato que facilitaria a sua escrita decimal. Nas questões envolvendo a comparação de números racionais é importante perceber que há três tipos de comparações envolvidas. A questão 5 trata a comparação conceitual que envolve a relação de equivalência, o cerne dos números racionais. Já na questão 6 temos uma comparação entre escritas numéricas decimais, em um contexto estritamente intra- matemática. As questões 7 e 8 tratam da comparação de números racionais no contexto das medidas, sendo a questão 7 uma comparação entre frações através de medidas de capacidade e com auxílio da figura, e a questão 8 na representação decimal dentro do contexto de medida de massa e sem apoio de figuras. Questões 6 8 5 1,3 _____ 1,24 3,456 _____ 3,6 2,08 _____ 2,8 1,5 _____ 1,50 1,45 _____ 2,3 0,485 _____ 0,5 7 a) Acertos 62,32% 37,68% 47,83% 42,03% 24,64% 52,17% 42,03% 30,43% 50,72% Erros 27,54% 44,93% 34,78% 37,68% 56,52% 27,54% 34,78% 59,42% 28,99% Ausência 7,25% 17,39% 17,39% 20,29% 18,84% 20,29% 23,19% 7,25% 17,39% % de acertos dos que resolveram à questão 67,19% 45,61% 57,89% 52,73% 30,36% 65,45% 54,72% 32,81% 61,40% Na tabela acima, podemos observar que os alunos, que responderam, apresentaram maior dificuldade em perceber a igualdade de duas representações decimais e na comparação entre frações. No caso da questão 7, trata-se de uma dificuldade causada pela extensão indevida da propriedade dos números naturais. O aluno compara as duas frações observando exclusivamente o denominador, como 4 é maior que 3 ele julga que 1 4 é maior que 1 3 . 9 CONSIDERAÇÕES FINAIS Foi possível perceber, através das questões 1 e 4, o que Campos et al (1995) citada em Nunes & Brynt (1997), já haviam constatado, a forte tendência de introduzir o conceito de número racional apenas na exploração do significado parte-todo. Ao serem questionados quanto à diversidade de representações dos números racionais, 60,66% dos alunos que responderam a questão 1 e 50,88% dos alunos que responderam a questão 4 apresentaram nos seus procedimentos representações figurativas, associadas ao significado de parte todo. Nas representações figurativas observa-se ainda uma predominância do contexto de quantidades contínuas em detrimento das quantidades discretas e as representações fracionárias são bem mais freqüentes do que a decimal e percentual. Nossos resultados indicam uma forte tendência dos alunos em restringir a idéia de número aos números naturais: 82,5% dos alunos que responderam a questão 3 não reconhecem os números racionais como números. Esse percentual elevado de erros também aponta para a necessidade de trabalhar o número racional com o significado de operador. Em relação à comparação de números racionais, os resultados confirmam a revisão de literatura, em três aspectos: grande parte dos alunos ao comparar 1/3 e 1/4, atribui o maior valor à 1/4. Na questão 6, os critérios do tamanho da escrita e número decimal como par de números também tiveram forte presença. E o contexto parece ter influenciado, uma vez que a comparação de medidas de massa teve índices de acerto nitidamentesuperiores à comparação de números. Concluímos afirmando nossa convicção de que a compreensão do raciocínio empregado pelos alunos, dos entraves enfrentados por eles, das suas dificuldades e dos erros cometidos são fontes importantes para o professor conceber situações de aprendizagem que contribuam efetivamente para uma compreensão mais consistente desse tópico pelos alunos de ensino fundamental. 10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL, Parâmetros Curriculares Nacionais – Matemática. 3º e 4º ciclos do Ensino Fundamental. Ministério da Educação e do Desporto. Secretaria de Educação Fundamental. Brasília, 1998. DUVAL, Raymond. Registros de representações semióticas e funcionamento cognitivo da compreensão em matemática. In: MACHADO, Silvia D. (org.) Aprendizagem em matemática: registros de representações semióticas. São Paulo: Papirus, 2003, p. 11- 33. KIREN, T. E. Personal Knowledge of rational numbers: its intuitive and formal developmente. In: J. Hiebert and M. Behr (eds): Number Concepts and Operations in the Middle Grades. Hillsdale, New Jersey: Erlbaum, 1998. MARANHÃO, M. Cristina; IGLORI, Sônia B. Registros de Representação e números racionais. In: MACHADO, Silvia D. (org.) Aprendizagem em matemática: registros de representações semióticas. São Paulo: Papirus, 2003, p. 57-70. NÚCLEO DE ESTUDOS E PESQUISA EM EDUCAÇÃO MATEMÁTICA. Números racionais no Ensino Fundamental. Subconscrutos, o papel da linguagem e dos materiais manipulativos. In. : Anais do 8º Encontro Nacional de Educação Matemática, Recife, 2004. NUNES, Teresinha, BRYANT, Peter. Crianças fazendo matemática, Porto Alegre: Artes Médicas, 1997. OHLSSON, S. Mathematical Meaning and Applicational Meaning in the Semantics of fractions and Related Concepts. In: HERBERT, J. e BEHR, M. Numbers concepts and operations in the middle grades. Reston, VA: National Council of Teachers of Mathematics, p. 53-92, 1989. PINTO, Neuza Bertoni. O erro como estratégia didática: Estudo do erro no ensino da matemática elementar. Campinas: Papirus, 2000. 11 ANEXO Tabela 1: Dados quantitativos dos 69 protocolos das 3 escolas.
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