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Metodologia do Ensino de Matemática: Tratamento da Informação Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profa. Dra. Luzinete de Oliveira Mendonça Revisão Textual: Profa. Ms. Selma Aparecida Cesarin Resolução de Problemas na Educação Estatística • A Resolução de problemas na educação matemática • A resolução de problemas na educação estatística • Sugestão de atividade Promover condições para: · A compreensão da Resolução de problemas como metodologia de ensino; · A percepção da convergência da didática da Estatística e a Resolução de problemas; · A compreensão da análise exploratória de dados na perspectiva de resolução de problemas. · Ao final da unidade os alunos devem: · Identificar as ideias fundamentais da Estatística, da Combinatória e da Probabilidade; · Perceber a adequação das representações gráficas e tabulares, as estatísticas e as associações entre variáveis como ferramentas importantes para a análise de dados; · Desenvolver a capacidade de criar situações que requerem conhecimento de Estatística, de Probabilidade e de Combinatória a partir de um contexto real. OBJETIVO DE APRENDIZADO Olá aluno(a) Nesta Unidade, abordaremos alguns tópicos sobre a Resolução de Problemas na Educação Estatística na Educação Básica. A discussão se inicia com uma reflexão acerca da Resolução de Problemas na Educação Matemática e a convergência desta com a didática da Estatística e Probabilidade e com a proposta dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) para os currículos dessas áreas. Em meio às discussões teóricas serão apresentadas situações problematizadas a partir do contexto real envolvendo a Estatística, a Combinatória e a Probabilidade. A resolução e a análise dessas situações devem levar à reflexão sobre sua aplicação na perspectiva da Resolução de Problemas na Educação Básica. As leituras sugeridas, assim como as visitas a sites da web para a ampliação de ideias ou aprofundamentos darão suporte à compreensão de como a Resolução de Problemas pode ser usada na escola, em todos os níveis de ensino da Educação Básica para a inserção da Educação Estatística. Resolva as atividades propostas, assista à videoaula e ouça a apresentação narrada com atenção. Não deixe de visitar os links indicados no texto teórico e não se esqueça de conferir as datas das avaliações. Bons estudos e sucesso! ORIENTAÇÕES Resolução de Problemas na Educação Estatística UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Contextualização E aí, você já fez uma “fezinha” na Mega Sena essa semana? O prêmio da Mega Sena tem sido cada vez maior! No dia 25 de novembro de 2015, ele chegou a R$ 200 milhões! É muito dinheiro, não? Cada vez que o prêmio chega a valores altos como esse, os brasileiros planejam como gastar tanto dinheiro! Mesmo as chances de acertar, apostando apenas uma cartela simples, sendo de 1 em 50 063 860! Desanimou? Calma! Você pode aumentar suas chances fazendo mais de um jogo! Será que vale a pena? Para o cálculo das chances é preciso calcular as combinações possíveis com as dezenas escolhidas. A fórmula a seguir pode ajudar. P i = C XC C a-k,b-i k,i a,b ( ) Onde: a é o número de dezenas do volante (na Mega Sena, a = 60) b é o número de dezenas sorteadas (na Mega Sena, b = 6) k é o número de dezenas por volante (se o volante tem 6 dezenas, k = 6) i é o número de dezenas que configura um jogo premiado (para a sena, i = 6, para a quina, i = 5 e para a quadra, i = 4) E então, suas chances aumentaram muito? E se você fizesse 3 apostas e 10 apostas? Será que compensa fazer tantas apostas? Que outros questionamentos o professor pode fazer para estimular os alunos a refletirem sobre o jogo e a importância do conhecimento da probabilidade de ganhar? O site da Caixa Econômica Federal mostra essas e outras informações sobre apostas em suas loterias. Visite o site para ficar por dentro de como esse jogo é feito, o custo dos jogos e a destinação do dinheiro das apostas: http://loterias.caixa.gov.br/wps/portal/loterias/landing/megasena/ Ex pl or 6 7 Importante! O contexto das loterias é propício para despertar uma discussão sobre Probabilidade e Combinatória. Também favorece a reflexão sobre a importância de conhecer as bases de cálculo das chances de ganhar esses jogos para evitar expectativas exageradas de ganhar. Link sobre jogadores patológicos: http://goo.gl/xxnasm Importante! Figura 1 Fonte: iStock/Getty Images Explorar jogos de azar na sala de aula é uma forma de conscientizar os sujeitos sobre os perigos de descontrole e vícios em jogos. Esse contexto pode proporcionar situações problemáticas a serem investigadas pelos estudantes, oportunizando o desenvolvimento de conceitos de Probabilidade, Combinatória e Estatística na perspectiva da Resolução de Problemas. Veja a proposta de atividade a partir contexto de loterias contida. Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=1328Ex pl or 7 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística A Resolução de problemas na educação matemática A resolução de problema como metodologia de ensino de Matemática começou a ser foco de pesquisa de George Polya em 1968, com sua obra A arte de resolver problemas, na qual, segundo Onuchic e Alevatto (2011), Polya preocupou-se em organizar o processo de resolução de problemas e a forma de ensinar essas estratégias para os estudantes construírem caminhos para resolver problemas de Matemática. A arte de resolver problemas: http://www.mat.ufrgs.br/~portosil/resu2.html Ex pl or As autoras consideram que essa ideia ficou de lado por um tempo, mas, na década de 1980, após o fracasso do movimento da Matemática Moderna, a proposta de um ensino da Matemática baseada na Resolução de Problemas é retomada, particularmente com as publicações e incentivo do Conselho Nacional de Professores de Matemática (NCTM), apoiado nos fundamentos do construtivismo e na teoria sociocultural. Conforme, Onuchic e Alevatto (2011, p. 78): “O foco, nessa fase, foi colocado sobre os processos de pensamento matemático e de aprendizagem por descoberta, no contexto da resolução de problemas”. Entretanto, as autoras ponderam que naquela ocasião não havia clareza sobre a forma de atingir o objetivo da proposta. Desse modo, as diferentes concepções de resolução de problemas davam origem a diversas formas de ação na sala de aula. Essas formas de ação foram agrupadas em três formas de abordar a resolução de problemas, conforme Schroeder e Lester (1989) apud Onuchic e Alevatto (2011, p. 79): “(1) ensinar sobre resolução de problemas; (2) ensinar Matemática para resolver problemas; e (3) ensinar matemática através da resolução de problemas”. Interessa-nos aqui o aprofundamento sobre a última forma de abordagem da resolução de problemas. Ensinar Matemática através da resolução de problemas consiste em tomar um problema como ponto de partida para a construção de novos conceitos e novos conteúdos. Nessa perspectiva, o aluno assume papel ativo na construção do conhecimento em uma dinâmica na qual o professor é orientador e copartícipe. Na tentativa de reforçar a simultaneidade do ensino e da aprendizagem, Onuchic e Alevatto (2011) usaram o termo “ensino-aprendizagem” por algum tempo. Atualmente, elas acrescentaram o termo “avaliação”, por considerar que essa deve acontecer no decorrer do processo e por ambos os sujeitos envolvidos, o professor e o aluno. 8 9 Nesse caso, as autoras assumem a perspectiva de resolução de problemas como uma “metodologia de Ensino-Aprendizagem-Avaliação de Matemática através da Resolução de Problemas”. Nessa perspectiva, a dinâmica da sala de aula ocorre em algumas fases, que demandam ações específicas dos alunos e do professor. Existem diversas formas de conceber o processo de Resolução de Problemas. Na impossibilidade de relatar todos eles, explicito aqui apenas a proposta de Onuchic e Alevatto (2011), que está embasada em resultados de pesquisasdas autoras há mais de 20 anos. Essa perspectiva é convergente com as recomendações das orientações curriculares nacionais (BRASIL, 1997, 1998, 2002, 2006). Quadro 1. Fases de uma aula na perspectiva da metodologia de ensino-aprendizagem-avaliação de Matemática através da Resolução de Problemas. Preparação do problema Nessa fase, seleciona-se o problema a ser desenvolvido de acordo com os objetivos. O conteúdo matemático necessário para a resolução do problema não deve ter sido estudado ainda em sala de aula. Leitura individual Os alunos devem ter um tempo para ter contato com o problema com uma leitura individual e uma reflexão sobre ele. Leitura coletiva Uma segunda leitura do problema deve ser feita coletivamente, no grupo; · Se houver dificuldade na compreensão do texto, o professor pode auxiliar os alunos, inclusive fazendo a leitura do problema; · Se houver palavras desconhecidas para os alunos, o professor pode esclarecer as dúvidas ou sugerir a consulta a um dicionário. Resolução do problema A resolução do problema pelos grupos deve ocorrer de forma cooperativa e colaborativa. Considerando os alunos como co-construtores do novo conhecimento matemático. O papel do professor nessa fase: observar e incentivar. O professor observa, analisa o comportamento dos alunos e estimula o trabalho colaborativo, buscando fazê-los refletir, incentivando-os e tirando suas dúvidas. Além disso, o professor deve estimular os alunos a escolher diferentes caminhos (métodos) tendo como base seus conhecimentos atuais, mas os auxiliando na construção do conhecimento esperado. Ele deve, ainda, estar atento para dar o tempo necessário para os alunos refletirem e para troca de ideias entre si. Registro das soluções na lousa Nessa fase, os representantes de cada grupo são convidados a registrar, na lousa, suas resoluções, (certas ou erradas). Essas e os diferentes processos apresentadas serão objetos de análise e discussão. Plenária Na plenária, os estudantes são convidados a discutir as diferentes resoluções registradas na lousa pelos colegas. Estes, por sua vez, defenderão seus pontos de vista e esclarecerão possíveis dúvidas. O papel do professor nesse momento é o de mediar as discussões, incentivando a participação de todos os alunos. Busca de consenso Após as discussões dos alunos sobre as diferentes resoluções e soluções obtidas para o problema, o professor deve promover o consenso sobre o resultado correto. Formalização do conteúdo Este é um momento de formalização, no qual o professor registra na lousa uma apresentação formal organizada e estruturada em linguagem matemática. É quando os conceitos, os princípios e os procedimentos construídos através da resolução do problema são sistematizados. Nesse processo, as diferentes técnicas operatórias e as demonstrações das propriedades qualificadas devem ser evidenciadas. Fonte: Adaptado de Onuchic e Alevatto (2011). 9 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Qual o papel do professor no trabalho da perspectiva da Resolução de Problemas? Como você acha que os alunos reagiriam ao serem convidados a participar de um ambiente de aprendizagem com essa abordagem? Ex pl or É importante destacar que no decorrer do processo de resolução do problema, os estudantes devem ser estimulados a avaliar as próprias ações e a do grupo, e o professor avalia o processo como um todo e a participação de cada estudante em particular. O trabalho em grupo, como se observa, é um aspecto relevante desse processo, que está ligado à influência da perspectiva sociocultural da aprendizagem, que embasa a metodologia de resolução de problemas. Essa organização dos alunos pode favorecer a construção do conhecimento em função de as trocas entre os sujeitos permitirem a construção de novos significados para o mesmo objeto, o desenvolvimento da capacidade de negociação de suas ideias ou das diferentes resoluções e o compartilhamento de dúvidas e dificuldades. Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) sugerem a resolução de problema como um ponto de partida para o trabalho nas aulas de Matemática, assumindo o desenvolvimento da capacidade de resolver e explorar problemas e generalizá-los como objetivos do ensino de Matemática na Educação Básica. Link: https://www.youtube.com/watch?v=eZr1wOpaiOg. Ex pl or A resolução de problemas na educação estatística O processo de ensino e aprendizagem, na perspectiva de resolução de problema, no âmbito da Educação Estatística, centra-se na promoção de um ambiente de investigação sobre situações do cotidiano e das ciências em geral. Essa perspectiva está de acordo com a didática da Estatística, a qual está centrada na análise exploratória de dados de situações reais (BATANERO, 2001). Primeira etapa do processo de Resolução de Problemas: elaboração da Tarefa (ou problema) Os problemas a serem desenvolvidos pelos alunos podem se originar de situações ou arquivos de dados previamente preparados pelo professor, desde que pertençam a contextos de relevância para os alunos. Esses problemas devem motivar e desafiar os estudantes a se envolverem na sua resolução. 10 11 Onde buscar inspiração para elaborar problemas desafiadores e atrativos para os alunos? Ex pl or As reportagens de jornais, revistas e a web são fontes importantes para o forne- cimento de situações motivadoras e de dados relevantes para o estudo da Estatística. A consulta aos estudantes sobre as temáticas de sua preferência também pode ser uma estratégia promissora para gerar problemas que despertem o interesse dos estudantes. Entretanto, é preciso salientar que por mais atraente que a tarefa seja, o ambiente de aprendizagem proposto é determinante para que a metodologia de Resolução de Problemas contribua para a aprendizagem de conceitos, ideias ou procedimentos. O processo de Resolução de Problema na Educação Estatística Na etapa de resolução dos problemas, os alunos devem ser estimulados a desenvol- ver algumas ideias fundamentais relativas à Estatística, Probabilidade e Combinatória: 1 A classificação é o primeiro passo na organização de dados. Exemplo: coleção de objetos – Animais Org. simplesOrg. simples Animais vertebrados Conjunto 1 Organização complexa Conjunto 2 Animais que voam Conjunto 3 Vertebrados que voam A compreensão da organização mais complexa exige o raciocínio inclusivo, ou seja, que um objeto pode pertencer a mais de uma classe. 2 Os dados são coletados e organizados a fim de responder a perguntas sobre as populações, fenômenos ou objetos. Essa ideia está relacionada à compreensão de que no processo de ensino e aprendizagem é importante que os alunos compreendam porque determinados dados foram recolhidos e porque estes dados foram coletados e não outros. Além 11 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística disso, é relevante que ao final da investigação eles reflitam sobre validade dos dados recolhidos (ou apresentados) para responder à pergunta que os gerou, assim como do processo empreendido e dos modelos usados e das relações estabelecidas. 3 As representações gráficas servem para visualizar o comportamento dos dados e comunicar os resultados: Figura 2 O gráfico é um recurso visual importante para observar o comportamento dos dados e comunicar resultados. Entretanto, é preciso estar atento à adequação do modelo à variável em estudo. 4 A escolha da representação gráfica pode influenciar a compreensão das informações contidas nos dados, pois uma representação dos dados pode evidenciar melhor uma informação que outra. Observe as duas representações a seguir, que apresentam a quantidade de alunos que possuem alguns tipos de animais de estimação. Figura 3 Fonte: elaborado pela autora Qual dos dois modelos representa melhor os dados? Nessa situação, se o objetivo for quantificar os alunos que tem cada tipo de animal de estimação, a Tabela mostra melhor essa informação que o Gráfico de Linhas. 12 13 Entretanto, emmeio ao processo de investigação, o apoio em diversas formas de representações gráficas pode ser de muita utilidade. “A ideia fundamental da análise Exploratória de dados é a utilização de múltiplas representações de dados, o que se torna um meio de desenvolver novas habilidades e perspectivas” (BATANERO, 2001, p. 30). Essa ideia é convergente com a proposta de Wild e Pfannkush (1999) acerca da transnumeração, conforme foi discutido na Unidade I. É preciso, no entanto, ficar atento ao fato de que “análise de dados é muito mais que construir gráficos e calcular estatísticas. Inclui levantar e responder questões sobre o nosso mundo” (VAN DE WALLE, p. 486). Desse ponto de vista, essas situações devem ser problematizadas de modo que, no processo empreendido no decorrer da resolução do problema, os alunos possam construir elementos capazes de contribuir para a construção dos conceitos almejados em uma dinâmica reflexiva e crítica. Um processo de ensino e aprendizagem centrado no cálculo de índices com dados fictícios favorece o desenvolvimento de uma visão abrangente sobre a Estatística como explicitado anteriormente?Ex pl or As sugestões metodológicas para o ensino de Estatística, atualmente, são no sentido de aproveitar os interesses reais dos alunos para coletar e organizar os dados que servirão de base ao trabalho que virá a ser realizado ao longo da Unidade (projetos). Essa metodologia será discutida na Unidade III. No entanto, situações elaboradas pelo professor ou sugeridas pelos alunos, tendo como referência contextos reais relevantes para os estudantes, podem ser geradoras de um ambiente desafiador e produtivo na sala de aula (LESH; AMIT; SHOR, 1999; GARFIELD, DELMAS & ZIEFFLER, 2010, MENDONÇA, 2015). Nessa perspectiva, as situações advindas do contexto real são potenciais para a atribuição de significados aos conceitos envolvidos na Educação Estatística. No processo de análise de dados, alguns elementos e ideias possibilitam a compreensão dos fenômenos aleatórios. No processo de ensino e aprendizagem da Estatística na Educação Básica, destacam-se: as representações gráficas e tabulares, a associação entre variáveis, as medidas de tendência central e de dispersão. Esses elementos são fundamentais para o desenvolvimento das ideias fundamentais da Estatística. Representações gráficas e tabulares Em concordância com as perspectivas atuais da didática da Estatística, em todos os ciclos do Ensino Básico, os PCNs enfatizam a construção, leitura e interpretação de representações tabulares e gráficas. 13 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Essa ênfase é atribuída ao forte apelo visual desses modelos, que podem mostrar padrões dos dados e apresentar resultados. Sua presença na mídia, em geral, também é destacada pelo documento. É prudente salientar que a adequação da representação gráfica não é elementar, pois ela está ligada tanto à característica dos dados (qualitativos ou quantitativos) quanto da natureza da variável (contínua ou discreta). Outros aspectos também influenciam essa adequação, por exemplo, quanto aos objetivos da investigação. Vale apresentar uma síntese das características dos principais modelos matemáticos usados na Estatística para observamos a adequação de cada um aos diversos tipos de dados e aos objetivos da investigação. Tabela simples A Tabela é uma forma de organizar os dados e é adequada para apresentar tanto variáveis qualitativas quanto quantitativas. Ela possibilita a organização dos dados de forma simples usando a frequência absoluta ou acumulada e pode ter quantas colunas se queira. No exemplo, é um recurso suficiente para mostrar a população das dez cidades brasileiras mais povoadas. Tabela 1 As dez cidades mais populosas do Brasil em 2014 Município População São Paulo 11.895.893 RIo de Janeiro 6.453.682 Salvador 2.902.927 Brasília 2.852.372 Fortaleza 2.571.896 Belo Horizonte 2.491.109 Manaus 2.020.301 Curitiba 1.864.416 Recife 1.608.488 Porto Alegre 1.472.402 Fonte: elaborada pela autora com dados do IBGE. Tabela de dupla entrada Esse tipo de Tabela é adequado para organizar os dados de duas variáveis qualitativas ou ainda de uma quantitativa e uma qualitativa. Nesse caso, ela é construída com as frequências absolutas. Ela também é usada para observar a relação de dependência entre essas variáveis. Nesse caso, ela é chamada de “tabela de contingência” e usa-se a frequência percentual. Medidas de associação para variáveis categóricas em tabelas de dupla entrada: http://www.ufscar.br/jcfogo/EACH/Arquivos/Associacao_Tabelas_2entradas.pdf Ex pl or 14 15 A Tabela de contingência também é indicada para fazer comparações de amostras de tamanhos diferentes ou para observar a associação entre as duas variáveis. É prudente ressaltar a necessidade de uma grande quantidade de dados para se observar associação entre variáveis, sejam elas qualitativas ou quantitativas. Tabela 2. Preferência dos estudantes sobre filmes de acordo com o sexo. Tipos de filme Feminino Masculino Total Comédia 20 16 36 Ficção 31 25 56 Ação 5 26 31 Romance 25 14 39 Total 81 81 162 Fonte: Elaborado pela autora. Gráfico de barras (horizontais e verticais) Os Gráficos de barras são adequados para comparar grandezas. Eles podem apresentar barras horizontais ou verticais (colunas). Nos dois casos, as barras são separadas e da mesma largura; cada retângulo (barra) representa a intensidade de um atributo. Os Gráficos de barras podem apresentar variáveis qualitativas (nominal e ordinal) e quantitativa discreta. Além disso, é possível apresentar uma ou mais variáveis em um mesmo gráfico. Entretanto, a apresentação de um número grande de categorias pode inflacionar o gráfico, dificultando o entendimento do leitor. Figura 4 Fonte: Elaborado pela autora com dados do IBGE. Gráfico de setores Esse tipo de representação é adequado para representar variáveis qualitativas, nominal e ordinal. Pode também ser usado para variáveis quantitativas discretas, mas não é usual em função de não ser possível apresentar uma escala. A principal 15 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística contribuição do Gráfico de setores (também chamado de “Gráfico de pizza”) é o fato de ele favorecer a observação de partes de um todo. As áreas dos setores são proporcionais às frequências das suas categorias, por isso a soma das frequências percentuais (cada setor) é igual a 100% (todo). Essa representação não é adequada para apresentar um número grande de categorias ou quando alguma categoria tiver frequência igual a zero, pois ela não aparecerá no gráfico. Nesse caso, o Gráfico de barras é mais eficiente. Figura 5 Fonte: Elaborado pela autora com dados do IBGE. Gráfico de linhas (Diagrama linear) O Gráfico de linhas é adequado para representar a evolução dos valores de uma ou mais variáveis no decorrer do tempo. Ele favorece a visualização da estabilidade, do crescimento ou do decrescimento dos dados. Além disso, ele permite a observação de uma ou mais variáveis, como no exemplo a seguir, no qual se observa a possibilidade de comparar duas categorias. Figura 6 Fonte: http://www.portaldaindustria.com.br. Acesso em nov. 2015. 16 17 Histograma O Histograma é adequado para representar distribuição de frequências de variáveis quantitativas contínuas ou variável discreta quando esta está organizada em intervalos, o que ocorre quanto se tem muitos valores distintos para uma categoria. Distribuição de Frequência e Histograma para Dados Agrupados em Classes: http://www.uff.br/cdme/distfreq/distfreq-html/dfreqcont.htmlEx pl or Esse gráfico é composto de retângulos justapostos cujas bases são apoiadas em um eixo horizontal que contém os dados agrupados em intervalos. Suas classes são exaustivas, isto é, todos os dados devem pertencer a alguma classe, as quais são mutuamente exclusivas, ou seja, cada dado só pode pertencer a uma única classe. Um Histograma pode ter uma formasimétrica, apresentando uma frequência mais alta no centro, e ir reduzindo à medida que se aproxima das bordas. Mas o histograma também pode ser assimétrico, ou seja, apresentar um ponto mais alto lateralmente e apresentar redução de altura para uma das laterais. Histograma, locação, variabilidade e capacidade: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAeqP8AI/histograma-locacao-variabilidade-capacidadeExp lo r A construção do Histograma manualmente é relativamente fácil, entretanto, nas planilhas eletrônicas, ela demanda conhecimentos específicos do manuseio das ferramentas da planilha. O Histograma: http://www.alea.pt/Html/statofic/html/dossier/doc/ActivAlea25.pdfExp lo r No exemplo a seguir, observa-se um Histograma com 6 classes de amplitude 5, que mostra uma relativa simetria em torno do intervalo central. Figura 7 Fonte: wikia.com. Acesso em nov. 2015. 17 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Polígono de frequências O Polígono de frequências é adequado para representar uma distribuição de frequências, assim como o Histograma. Sua construção ocorre a partir da união dos pontos centrais (ponto médio) das bases superiores dos retângulos de um Histograma. Assim, as alturas dos pontos que estão ligados para formar o polígono representam as frequências das classes e não dos valores individuais. Observe o exemplo a seguir: Figura 8 Fonte: http://www.vitutor.net/2/11/poligonos_frecuencia.html. Acesso em nov. 2015. Diagrama de dispersão Esse modelo matemático é usado quando se quer visualizar ou apresentar a relação/ associação entre duas variáveis quantitativas. Ele apresenta uma “nuvem” de pontos, que representam o cruzamento das duas variáveis e mostra a tendência da relação entre elas, podendo apresentar uma associação positiva (as duas variáveis crescem) ou negativa (uma variável cresce e a outra decresce). Observe o exemplo a seguir: Figura 9 Fonte: Elaborado pela autora. A construção de um Diagrama de dispersão só se justifica com uma quantidade razoável de dados, para que algum padrão se evidencie no modelo. 18 19 Diagrama de ramo e folhas Essa representação gráfica é adequada para variáveis quantitativas discretas e contínuas. Ele mostra a distribuição dos dados, destacando: simetria, dispersão, agrupamento e amplitude, possibilitando a observação da variabilidade dos dados. Esse Diagrama pode substituir o Histograma quando o número de dados não for muito grande, com a vantagem de que todos os dados e possíveis lacunas e valores atípicos no conjunto de dados (valores insignificantes podem ser desconsiderados) podem ser visualizados. Em função de sua simplicidade, tanto de construção como de análise, ele pode ser usado na resolução de problemas nos diversos níveis do Ensino básico. Observe o exemplo a seguir, no qual são apresentadas as idades, em anos, de um grupo de pessoas participantes de uma pesquisa. Figura 10 Fonte: Elaborado pela autora. Pictograma O Pictograma é adequado quando se quer valorizar uma determinada temática, em função do alto apelo visual que ele apresenta. Ele pode assumir várias formas (ramo e folhas, barras, setor circular etc.), com o diferencial de apresentar ilustrações com imagens relacionadas ao contexto do qual as informações fazem parte. Sua construção é facilitada com o uso de tecnologia. Observe o exemplo a seguir, que mostra a distribuição dos 60 alunos do curso de Administração, por idade de acordo com o sexo. Figura 11 Fonte: Elaborado pela autora. 19 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Como é possível observar, os diversos modelos podem ser usados para a redução dos dados, de acordo com suas características e os interesses da investigação. Diversos aspectos podem ser explorados a partir das diferentes representações gráficas, como visto anteriormente. Saiba qual tipo de gráfico representa melhor os seus dados no Excel 2007. http://goo.gl/Ujj17YEx pl or A seguir, veremos uma situação em que a representação gráfica tem papel importante. Você atribui importância à abordagem dos diferentes tipos de representações gráficas na Educação Básica? Por quê? Os recursos disponibilizados pela escola possibilitam essa abordagem? Ex pl or Associação entre variáveis Em um processo investigativo, coletamos informação sobre as características, que são obtidas por meio de variáveis quantitativas ou qualitativas, obtendo, assim, um conjunto de dados sobre as variáveis observadas. Nesse processo, observar a relação entre as duas variáveis, que se suspeita estarem relacionadas, pode contribuir para descrever o comportamento e a natureza dessa relação. Assim, pode-se valer de uma Tabela de contingência (variáveis qualitativas) ou de um Diagrama de pontos ou Diagrama de dispersão (variáveis quantitativas). A partir do Diagrama de dispersão, é possível obter a reta de regressão e sua equação. Uma representação deste tipo mostra a forma, a direção e o grau de associação entre as variáveis. Esse processo pode ser explorado no Ensino Básico a partir do uso de planilhas que fornecem o gráfico de dispersão, a equação da reta de regressão. Nesse caso, foca-se a exploração do modelo, observando sua adequação e a compreensão da implicação da relação observada, ou da falta dela. As planilhas eletrônicas também fornecem o coeficiente de correlação (R2), que varia entre -1 e 1, ou seja, R2 Fraca Forte -1 1 Nesse caso, quanto mais perto de 1, maior o grau de associação entre as variáveis. 20 21 Atividades em que os estudantes investigam a associação entre variáveis podem ser desenvolvidas no Ensino Básico, fazendo uso de planilhas eletrônicas para construção do gráfico de dispersão. O recurso multimídia “Ação, reação e correlação” é um meio interessante para o aprofundamento desse tema. Sua exploração na Educação Básica pode ser feita de acordo com o nível de ensino dos alunos. Disponível em: http://m3.ime.unicamp.br/recursos/1043 Ex pl or Quanto aos dados de natureza qualitativa, a associação das variáveis pode ser observada por meio da Tabela de dupla entrada. Sobre esse aspecto, Bussab e Moretin (2003, p. 74) salientam: Um dos principais objetivos de se construir uma distribuição conjunta de duas variáveis qualitativas é descrever a associação entre elas, isto é, queremos conhecer o grau de dependência entre elas, de modo que possamos prever melhor o resultado de uma delas quando conhecemos a realização da outra. Desse ponto de vista, a observação da associação de duas variáveis pode fornecer elementos para a tomada de decisão. Esse conceito pode ser explorado em diversos níveis de ensino, com maior ou menor nível de aprofundamento. Observemos o exemplo a seguir, que foi adaptado de uma Tabela feita por alunos de um 5º ano do Ensino Fundamental, que pesquisavam a brincadeira favorita de sua turma. Tabela 3. Quantidade de vezes que se brinca de cada brincadeira. Brincadeiras QUANTIDADE DE VEZES QUE SE BRINCA Total Uma Duas Três Quatro Rouba bandeira 3 3 4 1 11 Chute a gol 0 1 2 1 4 Paredão 0 0 0 1 1 Total 3 4 6 3 16 Fonte: Adaptada de Mendonça (2015). A elaboração do modelo pelos alunos teve como intenção a organização dos dados coletados. Ou seja, eles não tinham a intenção de observar o grau de associação entre as variáveis “quantas vezes se brinca” e os “tipos de brincadeiras”. Nesse caso, a elaboração da Tabela de dupla entrada foi feita de forma intuitiva. Tabela de contingência A construção da Tabela de contingência é feita a partir da Tabela de dupla entrada, na qual se faz a comparação entre os totais marginais da Tabela. A elaboração da Tabela de contingência só se justifica se eles forem diferentes, pois se forem iguais o comportamento das variáveis fica evidente. 21 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Aqui, observa-se diferenças entre os totais marginais, o que dificulta a observação de associação entre as variáveis. Sendo assim, procede-se à elaboração de uma Tabela com as proporçõessegundo as linhas ou as colunas. Nesse caso, optei por fixar os totais das colunas, mas poderia ser os das linhas. Assim, o valor de cada célula é dividido pelo total da coluna e a soma desses valores deve ser igual a 100%. Quanto aos valores marginais da coluna eles são comparados ao total da amostra, nesse caso, 16 sujeitos. O resultado desse processo é o que está a seguir: Tabela 4. Tabela de contingência: quantidade de vezes que se brinca x brincadeiras Brincadeiras Quantidade de vezes que se brinca Total Uma Duas Três Quatro Rouba bandeira 100% 75% 66,67% 33,33% 69% Chute a gol 25% 33,33% 33,33% 25% Paredão 33,33% 6,25% Total 100% 100% 100% 100,00% 100% Fonte: Elaborada pela autora. Observando os totais marginais da coluna, podemos observar que independente da quantidade de vezes que se brinca de cada brincadeira, tem-se que 69% dos alunos escolheram “rouba bandeira”, 25% “chute a gol” e 6,25% escolheram “paredão”. Nesse caso, é possível considerar que há alguma relação de dependência entre as variáveis, já que as porcentagens das células da linha são diferentes da porcentagem marginal. Caso contrário, esperaríamos que nas células da primeira linha houvesse porcentagem próxima ou igual a 60%, na segunda linha, 25% e por fim 6, 25% na terceira linha. A quantificação do grau de associação entre as duas variáveis pode ser feita pelo coeficiente de associação. Entretanto, esse aprofundamento não é feito no Ensino Básico. Nesse nível, basta a compreensão de que: Quanto maior a diferença entre as porcentagens de cada célula e o total marginal, maior será o grau de associação! É preciso ressaltar, no entanto, o fato de que duas variáveis se associarem não significa que uma causa a outra. Em Bussab e Moretin (2003), há elementos para esse aprofundamento. Alguns recursos multimídia da Unicamp tratam da correlação e podem ser explorados na Educação Básica. Disponível em: http://m3.ime.unicamp.br/recursos/1043 http://m3.ime.unicamp.br/recursos/1084 Ex pl or 22 23 Medidas de tendência central e de dispersão Além das representações gráficas e da associação entre variáveis, o cálculo de algumas medidas, conhecidas também como estatísticas, são usadas no processo de descrição e análise dos dados. Entre estas, destacam-se as medidas de localização, a média, a mediana e a moda; além das medidas de dispersão, o desvio padrão e a amplitude, que medem a variabilidade dos dados. Estas medidas, também chamada de estatísticas, juntamente com as diversas formas de descrição de dados discutidas anteriormente, são ferramentas importantes no processo de análise dos dados e tratamento da informação. A multiplicidade de elementos de análise no processo de investigação com dados é relevante em função de cada um deles terem limitações e adequações. No que se refere às medidas de localização e dispersão, é preciso levar em conta que, ao reduzir a informação contida nos dados em alguns números, fazemos redução drástica desses dados, por isso a escolha de uma ou outra dessas estatísticas para representar os dados deve ocorrer de modo que esta os representem da melhor possível. E, por essas serem usadas rotineiramente nos meios de comunicação, o entendimento de sua adequação é fundamental para avaliar as informações neles veiculadas. Uma discussão aprofundada sobre essas medidas será feita na Unidade III. Importante! A resolução de problemas no que tange à Combinatória envolve a resolução de situações que contenham quatro tipos de problemas: o produto cartesiano, os arranjos, as combinações e as permutações. Esses tipos de problemas exigem o raciocínio combinatório e podem ser tratados a partir do princípio multiplicativo e aditivo. Link sobre raciocínio combinatório: http://goo.gl/vvZCSU Importante! Segundo princípio multiplicativo: se um evento A pode ocorrer de p maneiras distintas e um evento b pode ocorrer de q maneiras distintas, então o evento A seguido do, ou simultâneo ao evento B pode ocorrer de p . q maneiras distintas. De acordo com o princípio aditivo: se A e B forem conjuntos disjuntos (com intersecção vazia) e o número de elementos de A é p e o número de elementos de B é q, então o conjunto C tem p + q elementos. Além dessas, a ideia de correspondência biunívoca também é base da Combinatória, já que essa lida com a associação de elementos de dois ou mais conjuntos. Assim, constituem-se ideias fundamentais da combinatória: Os princípios aditivos e multiplicativos e a correspondência biunívoca, que dão suporte ao raciocínio combinatório. 23 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística O estudo da Combinatória pode ter nas representações gráficas um forte aliado, particularmente em função da especificidade do raciocínio lógico que caracteriza essa área. Os diagramas de Ven amparam esse tipo de raciocínio quando da combinação de elementos de conjuntos distintos. Uma explicitação dessa ideia foi feita na Unidade I. A construção desses diagramas é facilmente feita manualmente e por meio de planilhas eletrônicas. Aprenda melhor com diagramas de Venn: https://www.youtube.com/watch?v=26v5IOZKfHQ Planilhas eletrônicas - Diagramas de Ven: http://www.pucsp.br/tecmem/OAs/VennGame.htmlEx pl or As Orientações Curriculares Nacionais (BRASIL, 2006) destacam um aspecto fundamental da Combinatória no Ensino Médio. O documento ressalta que nesse nível de ensino ela “tem inter-relação estreita entre as ideias de experimento composto a partir de um espaço amostral discreto e as operações combinatórias (BRASIL, 2006, p. 79)”. Nesse sentido, as orientações recomendam: “A utilização do diagrama de árvore é importante para clarear a conexão entre os experimentos compostos e a combinatória, pois permite que visualizemos a estrutura dos múltiplos passos do experimento” (BRASIL, 2006). Diagrama de árvore: https://pt.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_%C3%A1rvore Ex pl or Essa forma de organização dos resultados de uma experiência aleatória pode ser usada nos diversos níveis de ensino, de acordo com o nível cognitivo dos Estudantes. Ela é particularmente útil na determinação das probabilidades, como se observa no exemplo a seguir, que é útil na resolução de problemas que envolvem duas possibilidades, como é o caso do lançamento de moedas. Fonte: http://daquepensar.com/2012/05/exame-nacional-do-9o-ano-parte-2-estatistica-e-probabilidades. Acesso em nov. 2015. 24 25 Os resultados do caso de lançamento de uma moeda três vezes se constitui no espaço amostral, que dá suporte para responder questionamentos acerca dos eventos presentes em situações com essa mesma característica. Analisemos o exemplo em que poderíamos querer saber a probabilidade do evento ocorrer 1 ou 2 vezes, tendo três chances de ocorrências, o que seria análogo à probabilidade de sair Co no máximo 2 vezes, ou seja: (Ca, Co, Ca - Ca, Co, Co – Co, Ca, Ca – Co, Ca, Co – Co, Co, Ca – Co, Co, Ca). Assim: seriam 6 possibilidades do total de 8. Ou seja: 6 8 . A probabilidade seria de 3 4 . Importante! Van de Wale (2009) considera as seguintes ideias como fundamentais na probabilidade: · a probabilidade é uma medida de chance; · A chance não tem memória, ou seja, em uma experiência simples, a ocorrência de um resultado não tem efeito em uma próxima experiência; · A probabilidade é uma quantidade contínua, que vai de 0 (impossível) a 1 (certo); · A frequência relativa (probabilidade experimental) pode ser usada como uma estimativa de probabilidade. Quanto maior o número de experiências, maior a convergência para um determinado número; · A simulação é uma técnica usada para obter probabilidades relativas a situações do mundo real; · Em alguns eventos, a probabilidade exata pode ser determinada a partir do próprio evento (probabilidade teórica). É prudente ressaltar que o desenvolvimento dessas ideias demanda a vivência em situações concretas de experimentação, análise e reflexão sobre dados. Importante! Importante! Nasetapas da Plenária e Formalização do conteúdo, os diversos modelos, ideias e estratégias usadas pelos alunos devem ser explorados de modo que estes sejam usados como base para a sistematização dos conceitos e procedimentos. Nesse processo, os estudantes devem ser estimulados a refletir e discutir, posicionando- se diante das diferentes formas de resolução do problema. O papel do professor, nesse caso, é o de buscar consenso entre as ideias tendo como foco a construção dos conceitos pelos alunos (ONUCHIC E ALEVATTO, 2011). Como podemos concluir, o processo de ensino e aprendizagem da Estatística, da Combinatória e da Probabilidade pode ser favorecido se amparado na perspectiva de resolução de problemas em função da dinâmica investigativa e dialógica do ambiente de aprendizagem característico dessa proposta, ao contribuir para a interdisciplinaridade e para participação ativa e crítica dos estudantes, características que atribuem significado aos conceitos dessas áreas. Em Síntese 25 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Sugestão de atividade A sala de aula pode servir para gerar problemas motivadores para discutir os conceitos da Estatística, Probabilidade e Combinatória. Uma breve sondagem entre os alunos pode fornecer dados para a promoção de um ambiente investigativo, de acordo com a necessidade ou objetivos do curso. As questões podem ser elaboradas em conjunto com os alunos, mas é preciso prestar atenção às variáveis de diversas naturezas – quantitativas (discretas e contínuas) e qualitativas (nominal e ordinal). O quadro a seguir mostra um exemplo dessa proposta. Sujeitos Tempo de estudo fora da escola Número de pessoas na família (morando na mesma casa) Tempo de navegação na internet (horas) Estilo musical preferido Desempenho em matemática (baixo, médio, alto) 1 2 3 4 ... Os dados gerados a partir desse questionário possibilitam a elaboração de questões que podem se constituir em problemas que exigem o uso de conceitos, procedimentos e atitudes específicas e observar relações entre variáveis. 26 27 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: O mundo em que vivemos está repleto de dados que chovem por todos os lados. Sozinhos, esses dados só fazem barulho e confusão. Para dar sentido a eles, achar significados, precisamos de um ramo poderoso da Ciência: a Estatística! Aonde a Estatística pode nos levar? Os nossos olhos podem se abrir para uma visão do mundo baseada em fatos! Agora, não só os experts, mas qualquer um pode entender as histórias contidas nos dados. (Hans Rosling) Vídeos The Joy of Estats (O Prazer da Estatística) - Com o professor Hans Rosling Assista ao documentário. Ele dará uma ideia abrangente do poder e da importância da Estatística! https://www.youtube.com/watch?v=xLr68J2yDJ8 27 UNIDADE Resolução de Problemas na Educação Estatística Referências BATANERO, C. Significado y comprensión de las medidas de posición central. Departamento de Didáctica de la Matemática, Universidad de Granada UNO: 2000, 25, 41-58. Disponível em: <http://www.ugr.es/~batanero/pages/ ARTICULOS/isboa.pdf.>. Acesso em: nov. 2015. ______. Didáctica de la Estadística. Grupo de Educación Estadística. Departamento de Didáctica de la Matemática. Universidade de Granada. 2001. Disponível em: <file:///C:/Users/User/Downloads/Didactica_Estadistica%20(4). pdf.>. Acesso em: nov. 2015 BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais: Matemática (1º e 2º ciclos do ensino fundamental). v. 3. Brasília: MEC, 1997. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais: Matemática. (3º e 4º ciclos do ensino fundamental). Brasília: MEC, 1998. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN + Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - Ciências da Natureza, Matemática e suas tecnologias. Brasília: MEC/SEMTEC, 2002. 144 p. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Básica. Orientações Curriculares para o Ensino Médio: ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília: MEC/ SEMTEC, 2006. v.2. BUSSAB, W.; MORETTIN, P. 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