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EA D A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria 4 1. OBJETIVO • Identificar, selecionar e aplicar atividades de natureza ex- ploratória e investigativa, capazes de incrementar as prá- ticas pedagógicas no ensino da Geometria. 2. CONTEÚDOS • Pensar matematicamente. • O que dizem os PCNs sobre a resolução de problemas? • O que é um problema e como ensinar a resolvê-los? • Problemas geométricos. • Utilização de materiais didáticos. 3. ORIENTAÇÕES PARA O ESTUDO DA UNIDADE Antes de iniciarmos o estudo desta unidade, é importante que você leia as orientações a seguir: © Metodologia do Ensino da Geometria114 1) Leia e analise com atenção os conteúdos e exemplos disponíveis no decorrer da unidade, pois eles facilitam o entendimento dos conceitos e teorias relacionados. 2) Para complementar seus estudos, leia os Parâmetros Curriculares Nacionais disponíveis em: <http://www. mec.gov.br/sef/sef/pcn.shtm>. Acesso em: 15 dez. 2011. 4. INTRODUÇÃO À UNIDADE Por que tenho uma visão sombria da geometria nas faculdades e universidades? A resposta, simplesmente, é que ensinamos muito pouca geometria e o que ensinamos é feito de maneira equivocada (GRUNBAUM, 1981, n. p.). Na unidade anterior, você conheceu a teoria de Van Hiele sobre a compreensão geométrica e os níveis de pensamento geo- métrico. A compreensão dessa teoria servirá para diagnosticar as principais dificuldades dos alunos na aprendizagem da Geometria e escolher intervenções para resolvê-las. Nesta unidade, apresentaremos uma abordagem do ensino da Geometria por meio da resolução de problemas, na qual teremos a oportunidade de realizar atividades que irão incrementar sua prá- tica pedagógica. Iniciaremos nossos estudos procurando esclarecer o que é "pensar matematicamente". 5. PENSAR MATEMATICAMENTE Você sabia que, nos últimos anos, se observa entre os es- tudos e textos dos educadores matemáticos, a disposição em en- fatizar e trazer para um plano de destaque a importância que as atividades, de natureza exploratória e investigativa, podem de- sempenhar durante as práticas pedagógicas no currículo de Mate- mática em todos os níveis de ensino? A importância de atribuir-se ao ensino da Matemática escolar o objetivo central de pensar matematicamente (Figura 1) tem sido 115 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria destacada por diversos autores e investigadores da área da Educa- ção Matemática. Eles sustentam que uma contribuição decisiva à compreensão da Matemática pode surgir da realização de ativida- des que envolvam os alunos em problemas abertos e em explora- ções e investigações deste Caderno Referência de Conteúdo. Figura 1 Charge 1 – Ensino de Matemática. Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs), para a área de Matemática, constituem um referencial para a construção de uma prática que favoreça o acesso ao conhecimento matemático que possibilite, de fato, a inserção dos alunos como cidadãos, no mun- do do trabalho, das relações sociais e da cultura. Os PCNs enfatizam que a Matemática está presente na vida de todas as pessoas, em situações em que é preciso, por exemplo, quantificar, calcular, localizar um objeto no espaço, ler gráficos e mapas, fazer previsões. Esse documento mostra que é fundamental superar a apren- dizagem centrada em procedimentos mecânicos, indicando a reso- lução de problemas (Figura 2) como o ponto de partida da ativida- de matemática a ser desenvolvida em sala de aula. © Metodologia do Ensino da Geometria116 Os PCNs destacam ainda que a Matemática também faz parte da vida das pessoas como criação humana, ao mostrar que ela tem sido desenvolvida para dar respostas às necessidades e preocupa- ções de diferentes culturas, em diferentes momentos históricos. Segundo Polya (1978), um professor de Matemática que uti- liza o tempo que lhe é concedido na sala de aula para exercitar os seus alunos em operações rotineiras e mecânicas compromete o interesse e o desenvolvimento intelectuais dos seus alunos. Mas se os desafia, apresentando-lhes problemas interessantes e os orienta por meio de indagações, orientações e observações, pode- rá despertar-lhes o raciocínio independente e lógico. Figura 2 Charge 2 – Resolução de um problema. 117 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria 6. O QUE DIZEM OS PCNS SOBRE A RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Os educadores matemáticos, segundo os PCNs, apontam a resolução de problemas como ponto de partida da atividade ma- temática. Desse modo, a resolução de problemas, como eixo or- ganizador do processo de ensino e aprendizagem de Matemática, pode ser resumida nos seguintes princípios: 1) a situação-problema é o ponto de partida da atividade matemática e não a definição. No processo de ensino- -aprendizagem, conceitos, ideias e métodos matemáti- cos devem ser abordados mediante a exploração de pro- blemas, ou seja, de situações em que os alunos precisem desenvolver algum tipo de estratégia para resolvê-las; 2) o problema certamente não é um exercício em que o aluno aplica, de forma mecânica, uma fórmula ou um processo operatório. Só há problema se o aluno for leva- do a interpretar o enunciado da questão que lhe é posta e a estruturar a situação que lhe é apresentada; 3) aproximações sucessivas de um conceito são construí- das para resolver um certo tipo de problema; num outro momento, o aluno utiliza o que aprendeu para resolver outros problemas, o que exige transferências, retifica- ções, rupturas, segundo um processo análogo ao que se pode observar na história da Matemática; 4) um conceito matemático se constrói articulado com ou- tros conceitos, por meio de uma série de retificações e generalizações. Assim, pode-se afirmar que o aluno constrói um campo de conceitos que toma sentido em um campo de problemas, e não um conceito isolado em resposta a um problema particular; 5) a resolução de problemas não é uma atividade para ser desenvolvida paralelamente ou como aplicação da apren- dizagem, mas uma orientação para a aprendizagem, pois proporciona o contexto em que é possível aprender con- ceitos, procedimentos e atitudes matemáticas. © Metodologia do Ensino da Geometria118 7. O QUE É UM PROBLEMA E COMO ENSINAR A RE- SOLVÊ-LO? Kantowski (1977) destaca que um indivíduo está perante um problema quando se depara com uma questão que não sabe resol- ver usando os conhecimentos disponíveis. A seguir, são mencionados alguns aspectos da resolução de um "problema": • Um problema deve despertar a curiosidade do aluno, pro- vocar-lhe certa tensão durante a procura de um plano de resolução e fazê-lo sentir a alegria inerente à descoberta da solução. • Um mesmo problema, apresentado a indivíduos com ní- veis de pensamento diferentes, pode ser problemático para um e não ser para o outro. Assim, é necessário ter conhecimento do sujeito a quem se destina a questão para termos certeza de se tratar, ou não, de um problema. • Um problema matemático é uma situação que requer a realização de uma sequência de ações ou operações para se obter um resultado. Assim, a solução não está disponí- vel de imediato, mas é possível construí-la. Entre os educadores matemáticos, parece existir consenso no que se refere à existência de características comuns aos "bons resolvedores" de problemas. Não existe, porém, consenso no que se refere à existência de uma estratégia para ensinar a resolver problemas (Figura 3). No entanto, existem determinados ensinamentos básicos, mencionados a seguir, que podem ajudar os alunos na resolução de problemas: 1) ensinar ao aluno conteúdos matemáticos (se o aluno não possuir conhecimento de conceitos e algoritmos matemáticos, seu campo de resolução deproblemas ficará muito limitado); 119 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria 2) orientar o aluno a trabalhar com instrumentos tecnológicos (permite ao aluno libertar-se de tarefas repetitivas e diversificar estratégias de resolução de problemas); 3) confrontar o aluno com a resolução de problemas (o aluno aprende a resolver problemas, resolvendo-os); 4) indicar ao aluno uma forma sistemática e organizada de resolver problemas (compreender o problema; conceber um plano; executar o plano; segundo Polya, (1978), refletir sobre o que foi feito); 5) ensinar ao aluno estratégias de resolução de problemas. Figura 3 Resolução do problema - complexidade de uma resolução de um problema. Mas, você tem conhecimento de estratégias para resolução de problemas? A seguir, enumeramos algumas: 1) compreender o enunciado e analisar criticamente toda a informação do texto; 2) descobrir subproblemas; 3) desenhar um esquema, traçar um gráfico, fazer uma ta- bela ou simular a situação com material manipulativo, se possível; © Metodologia do Ensino da Geometria120 4) apresentar um problema já resolvido que tenha algo em comum com o que se pretende resolver; 5) procurar uma lei de formação (fórmula); 6) trabalhar do fim para o princípio; 7) verificar as implicações da solução; 8) tentar resolver o problema de uma forma diferente. Com base nessas propostas, você pode estar se perguntan- do: Como organizar melhor as atividades de resolução de proble- mas? Vejamos! A capacidade de resolver problemas desenvolve-se lenta- mente e no decurso de um longo período de tempo, além de re- sultar da combinação de um ensino bem planejado e na resolução de problemas de diferentes tipos. Nesse sentido, cabe ao professor, no planejamento de ensi- no, integrar a resolução de problemas de uma forma sistemática e organizada. A resolução de problemas deverá ser encarada como um tra- balho sistemático, organizado, adaptado aos conteúdos ensinados em sala de aula e não como uma atividade esporádica e desorde- nada. Mas como fazer isso? Vejamos: 1) proporcionar aos alunos experiências motivadoras nas quais experimentem sucesso; 2) propor aos alunos problemas interessantes; 3) sugerir aos alunos problemas adaptados aos conteúdos estudados em sala de aula; 4) apresentar aos alunos problemas variados e adequados ao seu nível de conhecimento. 8. PROBLEMAS GEOMÉTRICOS A tendência de revalorização da Geometria que, nos últimos anos, tem sido marcada pela evolução do ensino e do currículo ma- temático, baseia-se no apelo à intuição e à visualização, recorrendo 121 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria com naturalidade à manipulação de materiais, proporcionando, desse modo, um ensino fortemente baseado na resolução de problemas. Situações-problema A seguir, organizamos algumas situações-problema de Geo- metria que, além de servirem como atividade para esta unidade, podem ser utilizadas na sala de aula. Situação-problema 1 Um triângulo tem lados medindo 17cm, 35cm e 52cm. Qual é sua área? Para resolvermos este problema devemos lembrar que em todo triângulo a medida de seus lados deve satisfazer duas condi- ções: a medida de qualquer um dos lados deve ser menor que a soma das medidas dos outros dois e maior que o valor absoluto da diferença entre essas medidas. Assim, se considerarmos como a, b e c as medidas dos lados de um triângulo e obedecermos as condições de existência, pode- mos escrever matematicamente: • ( )b c a b c− < < + , ou seja, o lado a é maior que a dife- rença em módulo entre os lados b e c e menor que a soma dos lados b e c. • ( )a c b a c− < < + , ou seja, o lado b é maior que a diferença em módulo entre os lados a e c e menor que a soma dos lados a e c. • ( )a b c a b− < < + , ou seja, o lado c é maior que a diferença em módulo entre os lados a e b e menor que a soma dos lados a e b. Assim, de acordo com os conceitos e condições mencionados an- teriormente, é possível constatar que a área do triângulo cujos lados possuem medidas 17cm, 35cm e 52cm é zero, pois as medidas desta- cadas não são lados de um triângulo e não obedecem as condições de existência de um triângulo, como pode ser observado a seguir: © Metodologia do Ensino da Geometria122 • ( )35 52 17 35 52− < < + , o que é falso, pois 17 17 87< < , ou seja, 17 17< . • ( )17 52 35 17 52− < < + o que é falso, pois 35 17 69< < , ou seja, 35 17< . • ( )17 35 52 17 35− < < + o que é falso, pois 18 52 52< < , ou seja, 52 52< . Situação-problema 2 Como podemos cortar um queijo prato em oito pedaços com apenas três cortes de faca? Se imaginarmos o queijo prato como um paralelepípedo, primei- ramente, cortamos horizontalmente o queijo formando duas partes (superior e inferior). Em seguida, cortamos em formato de cruz (verti- calmente), obtendo, assim, as oito partes desejadas. Utilizamos o mes- mo procedimento se considerarmos o queijo em forma de cilindro. Situação-problema 3 Cada um dos dois lados iguais de um triângulo isósceles tem uma unidade de comprimento e sua área é a maior possível nessas condições. Quanto mede o terceiro lado? Se considerarmos dois lados com medidas de uma unidade a, fazendo um deles como base, e o outro formando diferentes ân- gulos em relação ao primeiro, teremos três construções possíveis quanto aos ângulos (obtusângulo, reto e acutângulo), como pode ser observado na Figura 4. Figura 4 Triângulos isósceles. 123 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria Como o enunciado destaca que a área do triângulo deve ser a maior possível e a base é sempre uma unidade, teremos uma maior área para uma maior altura. Assim, a área será máxima quando a altura for máxima (uma unidade), pois a base não se altera. A única situação que satisfaz essa condição é quando o tri- ângulo é retângulo isósceles. Nessas condições, utilizando-se o te- orema de Pitágoras é possível calcular a medida do terceiro lado, que é a hipotenusa desse triângulo retângulo isósceles: 2 2 2 2 22 2a a a a= + ⇒ = ⇒ = Portanto, a área será máxima quando o triângulo for retân- gulo e isósceles e a medida do terceiro lado será 2a . Situação-problema 4 Um triângulo equilátero e um hexágono regular possuem o mesmo perímetro. Se a área do triângulo é 8cm2, qual será a área do hexágono? Observe que se construirmos um triângulo equilátero e um he- xágono regular com o mesmo perímetro 6a como na Figura 5, e subdi- vidirmos o triângulo equilátero e o hexágono regular em quatro e seis triângulos equiláteros congruentes de lado a e mesma área 2 3 4 a , é possível afirmar que a razão entre as áreas do triângulo equilátero e do hexágono é de quatro para seis. Figura 5 Hexágono regular e triângulo equilátero. © Metodologia do Ensino da Geometria124 Assim, considerando-se a proporção entre a quantidade de triângulos equiláteros de lado a do hexágono regular (seis) e do triângulo equilátero (quatro), conclui-se que se a área do triângulo é de 8cm2, a área do hexágono é de 12cm2. Situação-problema 5 Na Figura 6, a seguir, temos um triângulo isósceles AEF (AF = AE) com um caminho de cinco segmentos congruentes AB = BC = CD = DE = EF, determine a medida em graus do ângulo A. A B D F EC Figura 6 Triângulo isósceles. Para solucionar este problema devemos considerar o teore- ma do ângulo externo que enuncia: a medida do ângulo externo de um triângulo é igual à soma das medidas dos ângulos internos não adjacentes. Assim, no triângulo isósceles ABC de base AC, os ângulos A e C são congruentes e denominamos x. Então, o ângulo externo DBC possui medida 2x. No triângulo isósceles BCD de base BD os ângulos B e D são congruentese possuem medidas 2x. Considerando agora o triângulo ACD, podemos afirmar que o ângulo DCE é ângulo externo do triângulo ACD e possui medida 3x, pois sua medida é igual à soma das medidas do ângulo D (2x) e do ângulo A (x) do triângulo ACD. Observe que no triângulo isósceles CDE de base CE os ângu- los C e E são congruentes e possuem medida igual a 3x. Se conside- 125 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria rarmos agora o triângulo ADE, podemos afirmar que o ângulo EDF é ângulo externo a esse triângulo e, portanto, possui medida igual a 4x, pois sendo ele externo, sua medida é igual à soma do ângulo E (3x) com o ângulo A (x) do triângulo ADE. Assim, observe que no triângulo isósceles DEF de base DF os ângulos D e F são congruentes e possuem medida igual a 4x. Observe, agora, que o triângulo AEF é isósceles de base EF e podemos concluir que a medida do ângulo E é, também, 4x, pois a medida do ângulo F, como vimos anteriormente, é igual a 4x. Para finalizar, sabemos que o triângulo AEF é isósceles de base EF e que as medidas dos ângulos são: A = x, E = 4x e F = 4x. Sabemos, também, que a soma das medidas dos ângulos internos de qualquer triângulo resulta 180°. Assim, temos: 4 4 180 9 180 20x x x x x+ + = °⇒ = °∴ = ° Conclui-se, portanto, que a medida do ângulo A do triângulo isósceles AEF é 20°. Situação-problema 6 Observe com atenção a Figura 7, na qual aparece um quadrilátero formado por dois paralelogramos. Em cada um desses paralelogramos foi traçada uma diagonal. Qual das duas diagonais, AB e BC, é a maior? A B C Fonte: Tahan, (1997, p. 52). Figura 7 Triângulos isósceles. © Metodologia do Ensino da Geometria126 Como o enunciado não fornece nenhuma medida devemos medir as diagonais com uma régua e constatar que a medida da dia- gonal BC é igual a da diagonal AB ou, então, de posse de um compas- so fixarmos a ponta seca em B e com a abertura do compasso igual à medida AB (raio) construirmos uma circunferência e constatarmos que a medida BC é, também, raio dessa circunferência de centro B. Podemos realizar uma construção geométrica para melhor compreensão da solução do problema. Para isso, foi construído um paralelogramo a partir de uma circunferência, onde B é cen- tro da circunferência e AB e BC são o raio da circunferência, como pode ser observado na Figura 8. Figura 8 Paralelogramo. Outra solução para o problema é transformarmos o paralelogramo em um retângulo (pontilhado), como mostra a Figura 9. Observe que o ponto B é ponto médio do lado maior do retângulo (pontilhado), portanto, podemos concluir que os segmentos AB e BC são congruentes. 127 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria A B C Figura 9 Paralelogramo. Assim, é possível concluir que as diagonais AB e BC são raios da circunferência de centro B e, portanto, AB = BC. Situação-problema 7 Se partirmos de um cubo e duplicarmos o comprimento da sua aresta, qual a relação entre o volume do cubo obtido e o volu- me do cubo inicial? Para resolver esse problema, vamos inicialmente considerar um cubo com arestas a e um cubo com arestas 2a, como podemos observar na Figura 10. Figura 10 Paralelogramo. O cubo com arestas a possui volume igual a3, enquanto o cubo com arestas 2a possui volume igual (2a)3, o que equivale a 8a 3. Po- demos, então, concluir que o cubo obtido com o dobro das arestas do cubo inicial possui volume oito vezes maior que o cubo original. © Metodologia do Ensino da Geometria128 Situação-problema 8 Em um terreno de forma quadrada um proprietário ergueu uma casa na parte hachurada, conforme aponta a Figura 11. Nesse terreno, existiam plantadas segundo a disposição regular 15 árvores. Como divi- dir o terreno em cinco partes iguais em forma e em grandeza, de modo que cada uma dessas partes contenha o mesmo número de árvores? Fonte: Tahan, (1997, p. 72). Figura 11 Terreno de forma quadrada. Para resolver esse problema devemos ficar atentos ao enun- ciado do problema que descreve que os cinco terrenos devem ser iguais em forma e na quantidade de árvores que contém cada ter- reno. Assim, dividimos o terreno de acordo com a Figura 12. Figura 12 Resolução. Situação-problema 9 Um carpinteiro possui uma prancha de 0,80m de comprimento e 0,30m de largura (observe a Figura 13) e deseja cortá-la em dois pe- 129 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria daços iguais, de modo a obter uma peça retangular que tenha 1,20m de comprimento e 0,20m de largura. Como ele deve proceder? 0,80m 0,30m Fonte: Tahan, (1997, p. 35). Figura 13 Prancha retangular. Para resolver o problema a prancha deve ser cortada como indica a Figura 14, de maneira que obtenhamos duas partes. Figura 14 Resolução. Em seguida, essas partes deverão ser separadas e coladas de acordo com a Figura 15, obtendo-se, assim, uma prancha de 1,20m de comprimento por 0,20m de largura. Figura 15 Resolução. Situação-problema 10 Durante as férias, um professor teve seu peso aumentado de 1/9. Para que esse professor volte ao seu peso anterior, ele deve fazer um regime para perder quanto de seu peso atual? © Metodologia do Ensino da Geometria130 O problema pode ser facilmente resolvido utilizando-se con- ceitos geométricos. Assim, representemos o peso do professor antes das férias por meio de um quadrado dividido em nove qua- dradinhos iguais (observe a Figura 16), cada quadradinho repre- sentando 1/9 do peso total do professor. Figura 16 Representação do peso. Note que, de acordo com o enunciado, durante as férias, o peso do professor foi aumentado de 1/9 e, assim, representamos seu peso por dez quadradinhos iguais, conforme mostra a Figura 17. Figura 17 Resolução. Portanto, para que seu peso volte ao normal, ele deve per- der um desses dez quadradinhos, ou seja, 1/10 do seu peso atual. 9. O LABORATÓRIO DE ENSINO DE MATEMÁTICA E A GEOMETRIA Apesar da reconhecida importância da Matemática no con- texto da formação geral dos cidadãos, as avaliações locais, regio- 131 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria nais, nacionais e internacionais sobre o ensino e a aprendizagem têm mostrado um baixo desempenho de nossos alunos eviden- ciando uma ausência de conexão entre as propostas de ensino ela- boradas pelos órgãos governamentais e os resultados constatados nas instituições de ensino. De acordo com Ponte (1988), a concepção que se tem da Ma- temática e os objetivos perseguidos no seu ensino surgem como os elos fundamentais por onde se pode agir em relação ao proble- ma do insucesso. É possível redirecionar o ensino deste Caderno Referência de Conteúdo de modo a torná-lo uma experiência es- colar de sucesso. Isso pressupõe, naturalmente, uma intervenção nos mais diversos níveis, incluindo as práticas pedagógicas, o cur- rículo, o sistema educativo e a própria sociedade em geral. Assim, Ponte (1988) propõe o enriquecimento das práticas pedagógicas, valorizando-se o trabalho de grupo, a realização de projetos, as atividades exploratórias e de investigação, a resolução de proble- mas, a discussão e a reflexão crítica das ações de ensino. Lorenzato (2006, p. 77) destaca a necessidade de as insti- tuições de ensino superior que oferecem cursos de Licenciatura em Matemática disponibilizarem um espaço para a implantação do Laboratório de Matemática. Se considerarmos que, mais importante do que ter acesso aos ma- teriais é saber utilizá-los corretamente, então não há argumento que justifique a ausência do Laboratório de Matemática nas ins- tituições responsáveis pela formação de professores, pois é nelas que os professores devem aprender a utilizar os materiaisde en- sino. Nesse sentido, é inconcebível um bom curso de formação de professores de matemática sem um Laboratório de Matemática. Assim, o Laboratório de Matemática (LM) constitui um im- portante espaço de experimentação para o aluno e, em especial, para o professor, que tem a oportunidade de avaliar na prática no- vos materiais e metodologias, resultado de pesquisas disponibili- zadas na literatura, ampliando sua formação de modo crítico. O espaço, ainda, incentiva a melhoria da formação inicial e continu- ada de educadores de Matemática, promovendo a integração das ações de ensino, pesquisa e extensão. © Metodologia do Ensino da Geometria132 Uma das linhas de investigação e ação do LM compreende a elaboração de materiais didáticos de Matemática e Geometria, considerando que a função do material didático é auxiliar o profes- sor a tornar o ensino da Matemática mais atraente e acessível. Um recurso didático pode ser reestruturado, compreendendo-se que a aprendizagem não reside em sua estrutura física ou na simples ação sobre ele, mas resulta do aprofundamento de reflexões sobre a ação. As atividades realizadas no Laboratório de Matemática (LM) devem auxiliar os alunos a: 1) Ampliar a linguagem matemática, promover a comuni- cação de ideias, adquirir estratégias de resolução de pro- blemas e de planejamento de ações pedagógicas. 2) Estimular a concentração, perseverança, raciocínio, cria- tividade e a formação de conceitos matemáticos por meio da observação e da experimentação. 3) Criar um ambiente agradável em torno do ensino da Ma- temática, promovendo o sucesso e evitando o fracasso escolar. 4) Buscar o conhecimento teórico-prático, aprender a aprender, cooperar, desenvolver consciência crítica e participação ativa e promover a troca de ideias e experi- ências por meio de atividades de grupo. Segundo Lorenzato (2006), o Laboratório de Matemática deve ser um espaço físico destinado à criação de situações peda- gógicas desafiadoras, uma sala ambiente na qual é possível estru- turar, organizar, planejar e fazer acontecer o pensamento matemá- tico. Ele argumenta que a implantação desse espaço deve ser uma aspiração grupal, uma conquista de professores, administradores e alunos. Nesse sentido, o material didático exerce um importante pa- pel na aprendizagem, pois facilita a observação e a análise, desen- volve o raciocínio lógico, crítico e científico, é fundamental para o ensino experimental, auxiliando o aluno na formação de seus co- 133 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria nhecimentos. Assim, jogos, quebra-cabeças, sólidos geométricos, modelos estáticos ou dinâmicos, materiais didáticos industrializa- dos, instrumentos de medida, transparências, filmes, softwares, calculadoras, computadores, entre outros, deverão fazer parte do Laboratório de Matemática. Lorenzato (2006) destaca, ainda, que talvez a melhor das po- tencialidades do uso do material didático seja revelada no momento de sua construção pelos próprios alunos e professores, pois é du- rante a construção que surgem imprevistos e desafios, os quais con- duzem a refletir, fazer conjecturas e descobrir caminhos e soluções. Nesse sentido, é preciso que, no decorrer das atividades re- alizadas no Laboratório de Matemática, os alunos e professores sejam estimulados na construção e reconstrução do saber mate- mático, utilizando materiais didáticos e instrumentos necessários à sua produção e confecção. 10. UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS DIDÁTICOS NO ENSI- NO DE GEOMETRIA O que é material? Material é um conjunto de objetos que constituem ou formam uma obra, construção. Utensílios de uma escola ou de qualquer outro estabelecimento. Mobiliário. O que é didático? Didático é relativo ao ensino. Próprio para instruir, transmitir conhecimentos, ensinar, habilitar, esclarecer, exercitar, informar. Mas, o que é material didático? Podemos defini-lo como qualquer recurso a ser utilizado num processo que combina aprendizagem e formação. O material didático facilita a observação e a análise, desen- volve o raciocínio lógico, crítico e científico, é fundamental para o ensino experimental e auxilia o aluno na aquisição de seus conhe- cimentos. Sua finalidade é auxiliar o professor na apresentação de © Metodologia do Ensino da Geometria134 um assunto, motivar e ajudar os alunos no aprendizado de concei- tos, além de tornar o ensino da Matemática e da Geometria mais acessível aos alunos. Existem alguns tipos de materiais didáticos que o professor deve conhecer: • Estático: não dá liberdade para fazer modificações em suas formas, permitindo somente a observação (exem- plos: sólidos geométricos construídos em madeiras ou cartolinas, livros didáticos, filmes, etc.). • Dinâmico: permite maior participação dos alunos e trans- formações por continuidade; facilita a realização de re- descobertas e a percepção de propriedades (exemplos: ábaco, material montessoriano, jogos de tabuleiro, Geo- plano, Tangram etc.). É muito difícil caracterizar algo que não tenhamos visto. Quando falamos a palavra cadeira, flui, em nossas mentes, a ideia correspondente ao objeto, sem, no entanto, precisarmos dos atri- butos de tamanho, cor, forma etc. Os conceitos e propriedades geométricas evoluem com o processo de abstração Logo, quando abstraímos, separamos algu- ma propriedade sensorial própria do objeto. Assim, algumas potencialidades de utilização do material di- dático podem ser destacadas: 1) Constatar conceitos que precisam ser revistos ou am- pliados (todo quadrado é um losango, mas nem todo losango é um quadrado, por exemplo). 2) Facilitar a aprendizagem, qualquer que seja o assunto, curso ou idade. 3) Regular o ritmo de ensino para a aula, uma vez que pos- sibilita ao aluno aprender em seu próprio ritmo e não no ritmo pretendido pelo professor. 135 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria 4) Favorecer a alteração da ordem de abordagem do con- teúdo programático, propiciando a antecipação de con- ceitos e conteúdos. 5) Um mesmo material didático pode ser utilizado para um assunto, porém, em diferentes níveis de conhecimento (exemplo: Teorema de Pitágoras). 6) Material didático versus computador: o material didáti- co pode representar um pré-requisito para que se dê a aprendizagem através do computador. 7) É preciso que haja uma atividade mental, e não somen- te atividades de manipulação dos objetos, por parte do aluno. 8) Deve ser constituído de materiais de baixo custo, de fácil utilização e possibilidade de reaproveitamento. 9) Analisar as vantagens e desvantagens dos materiais em- pregados; custo e disponibilidade; tempo de elaboração; riscos de acidentes no processo; durabilidade; resistên- cia; direcionamento para os objetivos cognitivos progra- mados; resultados estéticos. No entanto, possíveis obstáculos surgem ao utilizarmos al- gum tipo de material didático em nossas aulas: 1) As políticas educacionais, emanadas dos governos fede- ral, estadual ou municipal, geralmente não recomendam ou orientam seus educadores a utilizarem esse recurso em suas práticas pedagógicas. 2) Raras são as escolas de Ensino Fundamental ou Médio que possuem ou disponibilizam material didático aos seus alunos e professores. 3) Poucas são as instituições responsáveis pela formação de professores que ensinam seus alunos a utilizarem material didático. 4) Muitos professores não sentem necessidade de utilizar material didático em suas práticas pedagógicas, ou não dispõem dele, ou não acreditam nas influências positi- vas de seu uso na aprendizagem, ou não sabem utilizá-lo corretamente. © Metodologia do Ensino da Geometria136 5) Há aqueles que, por diferentes motivos, resistem às mu-danças didáticas e, pior ainda, opinam contra o uso do material didático sem o conhecerem ou sem o terem ex- perimentado. Cuidados básicos que devem ser observados pelos professo- res ao utilizarem materiais didáticos: 1) Dar tempo para que os alunos conheçam o material (li- vre exploração). 2) Incentivar a comunicação e troca de ideias, além de dis- cutir com os alunos os diferentes processos, resultados e estratégias envolvidas. 3) Verificar, sempre que necessário, o desenvolvimento das atividades por meio de perguntas ou da indicação de materiais de apoio, solicitando aos alunos o registro individual ou coletivo das ações realizadas, das conclu- sões e dúvidas. 4) Realizar uma escolha responsável e criteriosa do mate- rial didático. 5) Planejar com antecedência as atividades, procurando co- nhecer os recursos a serem utilizados, para que possam ser explorados de forma eficiente, usando o bom senso para adequá-los às necessidades dos alunos, sugerindo modificações ao longo do processo quando necessário. 6) Estimular, sempre que possível, a participação do aluno e de outros professores na confecção do material. A seguir, são mencionados alguns critérios de seleção de um material didático que devem ser observados : 1) Proporcionar ao aluno a vivência do conceito matemáti- co ou das ideias a serem exploradas. 2) Apresentar claramente o conceito matemático. 3) Ser motivador. 4) Ser apropriado para utilização em diferentes etapas da vida escolar e em diferentes níveis de formação de con- ceitos. 5) Desenvolver a abstração e a habilidade manual do aluno. 137 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria Após cada atividade, além do registro e da busca de asso- ciação do conhecimento desenvolvido, abre-se um espaço para discutir as habilidades que estão sendo desenvolvidas com a reali- zação e reflexão sobre ela. Diante do que foi exposto sobre a utilização de material di- dático nas aulas de Matemática e Geometria, destacamos, a se- guir, algumas atividades geométricas que utilizam esses recursos. 11. ATIVIDADES GEOMÉTRICAS COM MATERIAIS DI- DÁTICOS Para realizar as atividades siga as instruções, resolva os exercícios e situações-problema sugeridos e responda às perguntas propostas. Para a primeira atividade, corte três tiras de papel com apro- ximadamente 30cm de comprimento e 4cm de largura. Depois de recortadas, cole as tiras formando cada uma um anel comum, como indicado na Figura 18. Fonte: Lorenzato, (2006, p. 45). Figura 18 Anel de papel. Antes de iniciarmos as atividades de experimentação, deve- mos questionar os alunos sobre o que irá acontecer. Tal procedi- mento, gera conjecturas, análise e reflexão sobre a prática realizada. Em seguida, podemos realizar alguns questionamentos aos alunos antes de realizarmos a atividade: O que acontecerá se cortarmos um desses anéis ao meio, ao longo da linha pontilhada? © Metodologia do Ensino da Geometria138 Depois de enunciadas as previsões pelos alunos é preciso fazer o corte da fita e verificar se as conjecturas descritas anterior- mente se verificam na prática. Ao realizar essa experimentação o próprio aluno deverá concluir por escrito suas observações. Vamos, agora, colar dois anéis, com as mesmas medidas do anterior, um perpendicular ao outro, como indicado na Figura 19. Fonte: Lorenzato, (2006, p. 45). Figura 19 Anel de papel. O que acontecerá se cortarmos esses anéis ao meio, ao longo das linhas pontilhadas? Como no procedimento anterior, devemos antes de realizar a atividade, questionar os alunos sobre o que pro- vavelmente irá acontecer. Feitas as previsões e conjecturas, realiza- mos o corte, verificamos os resultados obtidos e confrontamos com as hipóteses e conjecturas realizadas pelos alunos antes do corte. Como destaca Lorenzato (2006 p. 45) [...] quando o primeiro anel é cortado, o conjunto fica semelhante a uma algema (uma tira com duas argolas, uma em cada extremida- de). Em seguida, cortar a tira ao meio, pois esta corresponde a uma das argolas que estavam inicialmente coladas. 139 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria Nessa atividade, podemos aproveitar a oportunidade para explorarmos conceitos e propriedades inerentes a essa figura como, quadrilátero com lados congruentes paralelos dois a dois com quatro ângulos retos, duas diagonais e que recebe o nome especial de quadrado. Em seguida, podemos investigar quais modificações devem ser realizadas (no tamanho dos anéis ou na forma de colá-los) para que o resultado seja um losango (não quadrado). Da mesma for- ma que os procedimentos anteriores, devemos levantar hipóteses, comprová-las na prática e realizar intervenções sobre conceitos os envolvidos. Neste caso, para obtermos um losango não quadrado, devemos colar as duas argolas de maneira tal que não fiquem per- pendiculares entre si. Dando prosseguimento às nossas experimentações, pode- mos questionar quais modificações devem ser realizadas (no ta- manho dos anéis ou na forma de colá-los) para que o resultado seja um retângulo (não quadrado)? Podemos também incentivar os alunos a criarem situações novas para que apresentem e façam desafios aos colegas de classe. Outra atividade com material didático possível de ser realiza- da em sala de aula e que apresenta bons resultados no estudo da Geometria é a utilização de blocos padrão (mosaicos), peças geo- métricas confeccionadas em madeira, EVA, papel ou papelão, que podem ser utilizados no estudo de conceitos geométricos, mate- máticos e de padrões. São constituídos de seis peças distintas, em cores diferentes, sendo: 24 triângulos (verde); 24 losangos (azul); dez quadrados (la- ranja); 20 trapézios (vermelho); dez losangos menores (branco); 12 hexágonos (amarelo) como podem ser observados na Figura 20. Com os blocos lógicos é possível explorar conceitos como diagonais. Assim, temos que o hexágono possui nove diagonais, o trapézio, o losango e o quadrado diagonais e o triângulo não possui diagonais. © Metodologia do Ensino da Geometria140 (1) (2) (3) (4) (5) (6) Figura 20 Peças (mosaicos). Podemos verificar, por exemplo, em quais das peças a seguir (a, b, c e d) se encaixam exatamente duas peças nº 5 da Figura 20? (a) (b) (c) (d) Figura 21 Peças geométricas. Se observarmos as peças a e b, é possível concluir que duas peças nº 5 (losango – Figura 20) se encaixam adequamente nelas. Veja essa solução na Figura 22. (a) (d) Figura 22 Peças a e b. 141 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria Continuando com as investigações e explorações de concei- tos e conteúdos geométricos, podemos indagar em quais das pe- ças da Figura 21 podem se encaixar cinco peças nº 4 (triângulo) da Figura 20? Observe que a resposta é a peça c. (c) Figura 23 Peça c. Se considerarmos um triângulo como uma unidade de área (ua), qual é a área das peças a, b, c e d? Observe a Figura 24 e a respectiva resposta. (a) (b) (c) (d) Figura 24 Área das peças. • Área da peça a = 4ua. • Área da peça b = 3ua. • Área da peça c = 5ua. • Área da peça d = 4ua. © Metodologia do Ensino da Geometria142 Observando as peças a e d, é possível constatar que elas são equivalentes, pois possuem a mesma área. Se considerarmos que o lado do triângulo tem uma unidade de comprimento (uc), qual é o perímetro das peças a, b, c e d da Figura 21? Observando-as, podemos concluir que a peça a possui perí- metro 6uc, b tem 5uc, c tem 7uc e d tem 6uc.Podemos, também, explorar alguns conceitos de fração. As- sim, a fração 2/6 ou 1/3 significa 2 de 1/6, como é mostrado na peça a da Figura 25. Na peça b da Figura 25, a fração é represen- tada por 2/3, enquanto, na peça c, a fração correspondente é re- presentada por 3/2, ou seja, um inteiro mais a metade do inteiro. (a) (b) (c) Figura 25 Peças a, b e c. Para as atividades a seguir, os blocos serão designados como frações e por cores (Figura 26). Assim, o bloco amarelo é um inteiro (1), o bloco vermelho é metade do amarelo (1/2), o bloco azul é um terço do amarelo (1/3) e o bloco verde é um sexto do amarelo (1/6). (1) (2) (3) (4) Figura 26 Mosaicos. 143 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria Que fração, duas peças nº 4 (triângulo) da Figura 26 repre- sentam com relação à peça 1 (hexágono)? A resposta é 2/6 ou 1/3 da peça nº 1. Qual é a quantidade de peças nº 4 (triângulo) da Figura 26 que podemos utilizar para cobrir a parte hachurada do hexágono (Figura 27)? (Observe que o hexágono não está com a mesma proporção.) Figura 27 Hexágono hachurado. Para recobrirmos a parte hachurada da Figura 27 são neces- sárias três peças Nº 4, que representam metade do hexágono. Também podemos explorar conceitos de perímetro e área de uma composição de blocos lógicos como calcular o perímetro e a área da Figura 28, considerando o lado do triângulo (4) da Figura 26 como uma unidade de medida de comprimento e seu interior, como uma unidade de área. Figura 28 Composição de peças. © Metodologia do Ensino da Geometria144 Analisando a Figura 28, observamos que seu perímetro cor- responde a 15 unidades de comprimento (uc) e sua área é 19 uni- dades de área (ua). Outras atividades podem ser desenvolvidas com os blocos lógicos, como por exemplo: determine a medida dos ângulos inter- nos de todas as seis peças dos blocos padrão. (1) (2) (3) (4) (5) (6) Figura 29 Blocos lógicos (mosaicos). A peça nº 1 é um hexágono regular, portanto, a medida dos ângulos internos é 120°. A peça nº 2 é um trapézio isósceles, que é metade do hexágono (peça nº 1), assim, temos dois ângulos de 60° e dois ângulos de 120°. A peça nº 3 é um losango, que corresponde a 1/3 do hexágo- no, portanto, possui dois ângulos de 60° e dois ângulos de 120°. A peça nº 4 é um triângulo equilátero, portanto, possui três ângulos congruentes com medidas de 60°. A peça nº 5 também é um losango. Para determinarmos as medidas de seus ângulos devemos realizar uma composição, como na Figura 30. Observe que no ponto de encontro dos vértices das peças obtemos 360°. Se considerarmos que o ângulo interno do hexágo- no e do trapézio é 120° e do quadrado é 90°, o que faltar para 360° é a medida α do ângulo agudo da peça nº 5. Assim, temos que 120º 120º 90º 360º 360º 330º 30ºα α α+ + + = ⇒ = − ∴ = . Os ângu- los internos da peça nº 5 são 30°, 30°, 150° e 150°, como podem ser comprovados pela construção da Figura 31. 145 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria Figura 30 Composição de blocos padrão. Figura 31 Composição de blocos padrão. Observe que se somarmos 120°, ângulo interno obtuso do trapézio, com o ângulo interno de 90° do quadrado obteremos 210°. Assim, o que falta para completar 360° é 150°, que corres- ponde à medida do ângulo obtuso da peça nº 5. A peça nº 6 é um quadrilátero regular (quadrado), portanto, a medida dos ângulos internos é 90°, pois, a soma das medidas dos ângulos internos de um quadrilátero resulta 360°. Utilizando os blocos padrão, determine a medida dos ângu- los indicados nas imagens da Figura 32. © Metodologia do Ensino da Geometria146 (a) (b) (c) Figura 32 Composição de blocos lógicos. Na peça a (Figura 32), notamos que o ângulo interno do hexágono é 120°, do losango é também 120°, portanto, podemos concluir que o ângulo solicitado é o resultado da operação 120º 120º 360 120ºα α+ + = ∴ = . Na peça b, obtemos α somando o ângulo interno do qua- drado com o ângulo agudo interno do trapézio. Assim, temos: 90º 60º 150ºα = + = . Para obtermos β basta considerarmos que o trapézio está contido no hexágono e o ângulo interno do hexágono é igual ao ângulo obtuso do trapézio, portanto, 120°. Na peça c, obtemos α somando dois ângulos agudos internos do trapézio, o que resulta em 120°. Para obtermos β basta somarmos um ângulo interno agudo com um ângulo interno obtuso do trapézio para obtermos 180°. 12. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS Confira, a seguir, as questões propostas para verificar o seu desempenho no estudo desta unidade: 1) Descreva alguns ensinamentos básicos que podem auxiliar os alunos na re- solução de problemas matemáticos e geométricos. 2) Na Figura 33, você deve mexer em três palitos para formar oito triângulos. Figura 33 Palitos. 147 Claretiano - Centro Universitário © U4 – A Resolução de Problemas e o Uso de Materiais Didáticos no Ensino da Geometria 3) Nas atividades realizadas com os anéis em papel, como devem ser os anéis e como devem ser colados para que o resultado seja um paralelogramo (não quadrado)? 4) Se colarmos três anéis de mesmo tamanho, cada um perpendicular ao se- guinte, e cortar os três ao meio, qual será o resultado obtido? 5) Duas moedas de mesmo tamanho são dispostas lado a lado, tocando-se num ponto, como indicado na Figura 34. A moeda da direita está fixa no lugar. A moeda da esquerda realiza uma volta sobre o contorno da moeda à direita, sem escorregar. Quando a moeda móvel retornar ao seu ponto de partida, quantas voltas terá realizado em torno de seu centro? Figura 34 Representação das moedas. 6) Um fazendeiro deixou como herança para seus quatro filhos um terreno em for- ma de um quadrado, no qual mandou plantar 12 árvores (Figura 35). O terreno deveria ser dividido em quatro partes geometricamente iguais, contendo cada uma delas o mesmo número de árvores. Como deve ser feita essa divisão? Fonte: Tahan (1997, p. 18). Figura 35 Problema da herança. 7) Uma laranja pode ser considerada uma esfera de raio (r). Se for cortada ao meio, qual será a área superficial de um hemisfério? Considere a área da esfera com sendo 2.4 rπ . © Metodologia do Ensino da Geometria148 13. CONSIDERAÇÕES Nesta unidade você teve a oportunidade de conhecer algu- mas abordagens do ensino da Geometria por meio de resolução de problemas e da utilização de material didático que poderão in- crementar sua prática pedagógica. 14. E-REFERÊNCIA Lista de figuras Figura 1 Charge 1. Disponível em: <http://www.apm.pt>. Acesso em: 26 jan. 2006. Figura 2 Charge 2. Disponível em: <http://www.apm.pt>. Acesso em: 26 jan. 2006. Figura 3 Resolução do problema. Disponível em: <http://www.apm.pt>. Acesso em: 26 jan. 2006. Site pesquisado ASSOCIAÇÃO DOS PROFESSORES DE MATEMÁTICA. Portugal. Disponível em: <http:// www.apm.pt>. Acesso em: 27 jan. 2012. 15. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais: introdução aos parâmetros curriculares nacionais. Brasília: MEC / SEF, 1998. ______. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais: Matemática. Brasília: MEC/SEF, 1998. FISCHBEIN, E. The theory of figural concepts. Education Studies in Mathematics. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, n. 24, p. 139-162, 1993. KALEFF, A. M. Como adultos interpretam desenhos e calculam volumes de sólidos construídos por pequenos cubos. Revista Zetetiké, Campinas, v. 4, n. 6, p. 138, jul./dez. 1996. LINDQUIST, M. M.; SHULTE, A. P. (Orgs.). Aprendendo e ensinandogeometria. Tradução de Hygino H. Domingues. São Paulo: Atual, 1994. LORENZATO, S. A. Por que não ensinar geometria? Educação Matemática em Revista. SBEM, n. 4, jan./jun. 1995. LORENZATO, S. A. Para aprender matemática. Campinas, São Paulo: Autores Associados, 2006. LORENZATO, S. A. O laboratório de ensino de Matemática na formação de professores. Campinas, São Paulo: Autores Associados, 2006. POLYA, G. A arte de resolver problemas. Rio de Janeiro: Interciência, 1978. TAHAN, M. Matemática divertida e curiosa. Rio de Janeiro: Record, 1997.