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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 Projetos na Educação Estatística • Projetos na Educação Estatística • Etapas de um projeto de Investigação Estatística Esta Unidade tem como objetivo promover condições para: · Compreeder a convergência da perspectiva de projetos com o processo de ensino e aprendizagem da Estatística e Probabilidade; · Entender percepção da importância de uma metodologia para coleta, organização e análise dos dados para a compreensão de situações reais; · Promover aprofundamento de conceitos estatísticos como medidas de tendência central e de dispersão para evidenciar informações contidas nos dados. OBJETIVO DE APRENDIZADO Olá aluno(a)! Esta Unidade terá como foco a perspectiva de projetos para a implementação da Educação Estatística na Educação Básica. As discussões teóricas trarão subsídios para a compreensão do processo de implementação de um projeto para a abordagem da Estatística, da Combinatória e da Probabilidade no Ensino Básico. Também darão suporte no que se refere a alguns conceitos dessas áreas, os quais ainda não foram abordados nas Unidades anteriores desse curso, como: população, amostra, medidas de tendência central e de dispersão (variação). Também será aprofundada a discussão sobre o processo de investigação estatística, desde o planejamento, a coleta, a organização e a análise dos dados. As questões éticas relacionadas à pesquisa de modo geral, a coleta de dados e a experimentação também serão abordadas. Já as atividades práticas e as reflexões sugeridas deverão contextualizar a abordagem pedagógica por meio de Projetos no contexto da Educação Básica, além de evidenciar algumas possibilidades de exploração dos conceitos que envolvem a Educação Estatística. Dedique-se à resolução das atividades propostas. Reflita juntamente com seus pares sobre elas. Não deixe de ler o material indicado no texto teórico e não esqueça de conferir as datas das avaliações. Bons estudos! ORIENTAÇÕES Projetos na Educação Estatística UNIDADE Projetos na Educação Estatística Contextualização Os projetos, enquanto perspectiva pedagógica, é uma forma de abordagem de conceitos e procedimentos de forma integrada, abrangente e motivadora. Em Mendonça (2015) está descrito um projeto de investigação estatística em que uma Professora de Matemática convidou uma turma de alunos do primeiro ano do Ensino Médio para participar de um projeto em que eles poderiam escolher um tema e fazer uma investigação sobre ele. O tema foi escolhido após uma negociação entre a professora e os alunos, que optaram por fazer uma pesquisa para saber a opinião das pessoas (aspecto escolhido) da comunidade (inclusive a escola) sobre música. Foram formados 6 grupos com 5 alunos, sendo que cada um elaborou algumas questões para compor o questionário, o qual geraria os dados para a análise exploratória. Cada grupo ficou responsável por entrevistar o maior número de pessoas possível para garantir uma amostra representativa. Entre as questões elaboradas foram escolhidas, coletivamente, as oito a seguir: 1- Como você avalia a proposta da professora quanto: a) à organização do ambiente (amostragem, a formação dos grupos e da sugestão de elaboração das questões pelos grupos); b) ao trabalho desenvolvido pelos estudantes, considerando a perspectiva de projetos para implementação da Educação Estatística (tema, tipo e quantidade de variáveis escolhidas, instrumento de coleta de dados); 2- Assumindo o papel de Professor, há alguma coisa que você faria diferente? Por quê? 6 7 Expectativa de resposta Questão 1: os futuros professores deverão observar a forma como o Professor organizou o ambiente. Apesar de esta ser uma questão pessoal, é esperado que haja uma reflexão sobre o critério de formação dos grupos em relação à produtividade e eficiência, além da forma de escolha do tema. Quanto à questão da amostragem, espera-se que o futuro professor reflita sobre a forma aleatória que a amostra foi determinada, considerado as diversas técnicas de coleta de dados. No que tange à sugestão de os alunos elaborarem as questões, as reflexões deverão ocorrer no sentido de considerar a autonomia dada a eles para escolher as variáveis (as perguntas determinam as variáveis) e a necessidade da disponibilidade de uma boa diversidade de variáveis para o estudo dos conceitos estatísticos e para a compreensão do tema. A alternativa b) instiga a reflexão sobre a relevância das perguntas para o objetivo da pesquisa (as perguntas elaboradas ajudam a compreender o tema?) e para o estudo da Estatística (as variáveis permitem a abordagem dos conceitos estatísticos a serem estudados nesse nível de ensino?). Questão 2: Espera-se que o futuro professor se posicione diante da situação, embasado no texto teórico, e avalie a adequação do ambiente proposto, do papel da professora na orientação aos estudantes para a elaboração das questões e nas possíveis ações desses no grupo, levando em conta os objetivos do projeto. 7 UNIDADE Projetos na Educação Estatística Projetos na Educação Estatística O trabalho com projetos tem sido sugerido nos diversos documentos oficiais de orientação curricular (BRASIL, 1997; 1998; 2002; 2006) como por pesquisadores das mais diversas áreas (HERNANDES, VENTURA, 1998; ABRANTES, 1994; ZABALA, 1998; LOPES, 2003), como metodologia capaz de favorecer o processo de ensino e aprendizagem, promovendo ambientes cooperativos nos quais os estudantes são sujeitos ativos, autônomos e conscientes de sua responsabilidade na construção do próprio conhecimento. Porém, há divergências no que se refere ao sentido que tem sido dado à ideia de trabalho de projeto. Embora o trabalho com projeto seja muitas vezes referido como uma metodologia, parece ser mais frutuoso encará-lo como uma filosofia ou uma perspectiva pedagógica, tanto mais que o seu valor educativo reside essencialmente no caráter aberto, flexível e contextualizado das situações de aprendizagem (ABRANTES, 1994, p.85). Ao adotar a compreensão do trabalho com projetos como uma perspectiva pedagógica, assume-se o processo educativo como abrangente, globalizado e formador dos sujeitos, o que está de acordo com a visão freiriana, que compreende a educação como um processo que se realiza no contato do homem com o mundo. Para Freire (1996), tal processo, por ser dinâmico, está em constante transformação e é permeado pelo diálogo, e esse supõe troca, a qual se dá em vários sentidos: de educando para educando, de professor para educando e vice-versa. Esta perspectiva compreende uma formação na qual os sujeitos são ativos, reflexivos, participantes e capazes de estabelecer relações com os diversos conhecimentos entre si e destes com as situações encontradas em suas vivências, sejam estas pessoais ou de trabalho (HERNÁNDEZ & VENTURA, 1998). O trabalho pedagógico com projetos favorece a integração dos conceitos no que diz respeito tanto ao aspecto disciplinar quanto ao aspecto interdisciplinar, o que representa maiores possibilidades de uma formação mais geral e integrada, conforme destaca Lopes (2003b): [...] para compreender um conceito é necessário estabelecermos relações significativas com outros conceitos, quanto mais entrelaçada a rede de conceitos, maior a capacidade para estabelecer relações e, portanto, para compreender os fatos próprios dessa área (LOPES, 2003b, p.24). Essa idéia se baseia na compreensão de que a interdisciplinaridade que os projetos possibilitam favorece ampla visão dos conceitos e ideias, permitindo o desencadeamento de situações que englobam diversos conceitos. Como escolher temas para a investigação em um projeto? Ex pl or 8 9 O mundo fora da sala de aula pode fornecer dados para a elaboração de problemas motivadores para os alunos investigarem. São muitas as possibilidadesde questões a serem levantadas sobre os diversos contextos no qual os sujeitos estão inseridos, como a comunidade local, notícias de jornais e revistas e discussões científicas relevantes para os alunos. Esses contextos podem gerar diversos problemas a serem pesquisados, por exemplo: como se caracteriza a população do bairro? Muito tempo de uso da internet faz mal à saúde? O uso do celular pode provocar câncer? Entre tantos outros. A investigação de situações reais pode contribuir para o aluno perceber a necessidade que motivou a Humanidade a desenvolver os conceitos que hoje usamos, o que poderá ampliar sua visão acerca da ciência como um conhecimento construído socialmente. Essa visão favorece a desmistificação da ideia de que esta ciência é um conhecimento pré-existente na natureza (visão platônica) e, portanto, é um conhecimento pronto, acabado e acessível apenas a alguns poucos privilegiados intelectualmente. A efetivação da perspectiva de projeto na sala de aula, conforme Boutinet (2002) deve ser concretizada por meio de alguns procedimentos. No início do projeto, o autor recomenda que seja feito um diagnóstico da situação pedagógica. Neste primeiro momento, o professor, utilizando instrumentos apropriados, busca compreender, com objetividade, os diferentes aspectos da situação pedagógica a ser proposta. Em seguida, deve determinar um objetivo de ação tendo como base o diagnóstico feito. A partir daí, deve descrever e hierarquizar as ações necessárias ao desenvolvimento do projeto; determinar os meios que serão utilizados e programar as sequências de suas ações para contribuir com o trabalho dos alunos e atingir os objetivos propostos. Durante o desenvolvimento do projeto, o professor deve fazer o controle para que se efetivem as ações planejadas, sendo que essas podem ser reorganizadas de acordo com os avanços ou necessidades do trabalho. E, na última etapa do projeto, faz-se a avaliação final levando em conta os critérios previamente estabelecidos. Como o trabalho com projetos se relaciona com a Educação Estatística? Ex pl or As recomendações da didática da estatística atualmente passam pelo uso de projetos de investigação, durante o qual os conceitos dessa ciência são desenvolvidos. Essa perspectiva compreende: Em lugar de introduzir os conceitos e técnicas descontextualizadas, ou aplicar unicamente problemas abstratos que não se encontram na vida real, trata-se de apresentar as diferentes fases de uma investigação estatística: Planejamento de um problema, decisão sobre os dados a serem recolhidos, a análise dos dados e obtenção de conclusão sobre o problema apresentados (BATANERO, DIAZ, 2004, p.2). 9 UNIDADE Projetos na Educação Estatística No processo de ensino e aprendizagem da Estatística, essa prática pedagógica tem como pontos positivos, na perspectiva das autoras: • A contextualização da Estatística, considerando que os projetos a tornam relevante, já que os dados surgem de um problema e demandam interpretação; • A possibilidade de os alunos escolherem o tema pode contribuir para despertar o seu interesse; • A interpretação de dados reais possibilita a introdução de ideias que não aparecem com os dados inventados pelo professor, como precisão, variabilidade, confiabilidade, possibilidade de medição; • Esse tipo de investigação evidencia que a Estatística não se reduz a conteúdos matemáticos. Nessa perspectiva, o aluno assume papel ativo e autônomo na busca de compreender um fenômeno ou aprofundar a compreensão sobre um tema. Como é possível concluir, na prática com projetos na Educação Estatística, os dados com os quais os alunos vão desenvolver a investigação devem ser obtidos por meio de objetos concretos (experimentação, entrevistas, questionários, observação de fenômenos etc.). Nessa dinâmica, os alunos poderão “questionar, conjecturar e procurar relações quando têm de resolver problemas no mundo real” (CARVALHO, 2001, p.30). Ou seja, o trabalho com projetos demanda a investigação sobre situações reais. A implementação de um projeto pode ser feita sob diversas perspectivas. Em Mendonça, Lopes e Soares (2013), por exemplo, tem-se uma discussão sobre o desenvolvimento de um projeto na perspectiva de modelagem matemática, no Ensino Médio. Essa discussão pode servir de base para a prática pedagógica com projetos nos diversos níveis do Ensino Básico. Projeto de investigação estatística: um ambiente de modelagem Disponível em: http://www.gente.eti.br/lematec/CDS/XIIICIAEM/artigos/1936.pdfEx pl or Como se dá a implementação de um projeto na Educação Estatística? Ex pl or Diversas configurações são possíveis na implementação de um projeto para a abor- dagem da Estatística, da Probabilidade e da Combinatória. Apresento a seguir uma dessas possibilidades. 10 11 Etapas de um projeto de investigação estatística A implementação de um projeto demanda algumas etapas. No que tange à Educação Estatística, pode-se considerar o que segue: 1. Escolha do tema O tema pode ser escolhido pelos alunos (nos grupos) ou juntamente com o professor. Ele pode ainda ser proposto pelo professor em função de interesses pedagógicos ou pela relevância da discussão para a formação dos estudantes. Nessa etapa, o professor organiza o ambiente com a formação dos grupos de trabalho, de acordo com os critérios que considerar produtivo. As trocas que fazem a turma avançar: Disponível em: http://revistaescola.abril.com.br/formacao/trabalho-grupo-427856.shtmlEx pl or Para o desenvolvimento dessa etapa, busca-se instigar os alunos a pensarem em assuntos, temas ou fenômenos que possam ser estudados à luz dos conceitos da Estatística. Além disso, a interação dos alunos com os colegas deve ser estimulada (para escolha e discussão sobre os temas), promovendo um ambiente no qual os educandos tenham as condições propícias para expor seus interesses, suas crenças e posicionar-se nas discussões; 2. Interação Essa etapa prevê a promoção de condições para a Interação dos alunos com o tema ou fenômeno. É também um período de intercâmbio entre os estudantes, possibilitando as negociações dos interesses envolvidos durante a discussão. A etapa prevê ainda, que os alunos estabeleçam hipóteses sobre o tema escolhido e elaborem questões de pesquisa, capazes de guiar o processo investigativo na busca de dados necessários para a compreensão do assunto. Além disso, os estudantes devem ser estimulados a encontrar estratégias, ferramentas e meios de obter os dados necessários para o aprofundamento do tema; 11 UNIDADE Projetos na Educação Estatística 3. Definição da questão ou problema Para a definição do problema os alunos podem ser instigados a pensarem em questionamentos como:“Qual é o meu problema? Necessito de dados? Quais? Como pode obtê-los? ( BATANERO, DIAZ, 2004, p.9). A partir dessa reflexão algumas orientações podem contribuir para a formulação do problema: • Escolher um ou alguns aspecto(s) do tema para ser investigado(s) (essa limitação é importante em função da complexidade da realidade); • Estabelecer hipóteses acerca do(s) aspecto(s) escolhido(s), (essa ação possibilita delimitar o campo de interesse e o contexto de coleta de dados); • Elaboração da(s) questão(ões) para a verificação da(s) hipótese(s). Essas questões se constituem nas variáveis a serem analisadas. Nessa etapa, os conceitos de população, amostragem e variáveis devem ser abordados. Já que é nesse momento que se define a população e a amostra a ser investigada é definida. Devem ser exploradas também questões relativas aos tipos de instrumentos de coleta de dados (consultas diretas a anuários, sites, formulários, banco de dados, questionários (abertos e fechados),experimentação etc. Além disso, uma discussão sobre as questões éticas e da pesquisa e da abordagem das pessoas em uma pesquisa devem ser postas em destaque; 4. Compreensão do problema Nesta etapa, os alunos devem iniciar o processo de coleta, organização e análise dos dados,dividindo o trabalho em duas fases: • Pesquisa de campo (coleta de dados); • Análise exploratória de dados. A intervenção do professor durante a análise exploratória dos dados (compreende a organização e análise) deve ser feita por meio de questionamentos, os quais objetivam levar os alunos a utilizar os conceitos estatísticos. Alguns questionamentos são base para estimular os alunos: Os dados coletados confirmam suas hipóteses? Que outras conclusões você pode tirar a partir desses dados? Qual a média dos dados e a mediana? Qual dessas medidas representam melhor os dados? Sua amostra é homogênea? Entre outros. Para levar os estudantes a usar conceitos específicos, os questionamentos podem ser mais diretivos. Por exemplo, para estimulá-los a organizar os dados, pode ser feito este tipo de perguntas: Suas hipóteses foram confirmadas? Com que percentual? Como organizar os dados de forma a observar o comportamento de uma variável?Qual modelo representa melhor esses dados? Para levá-los a observar tendências, pode-se questionar: Como se caracterizam as pessoas e sua amostra? Qual a proporção de homens ou mulheres com mais de 18 anos? E com idades entre 16 e 18 anos? O que isso significa? Escolhendo 12 13 uma pessoa ao acaso na sua amostra, qual a probabilidade de escolher uma mulher com 17 anos? E um homem com mais de 18 anos? Para levá-los a fazer relações entre variáveis, os questionamentos devem instigá- los a compará-las: Vocês consideram que o comportamento das pessoas tem relação com a idade ou com o nível de escolaridade? Que outras relações vocês observaram? A fim de instigar os alunos a refletirem sobre os resultados encontrados pode-se questionar: Suas hipóteses foram confirmadas? A que vocês atribuem esse comportamento? Os resultados surpreenderam vocês? Por quê? Para fazer os alunos relacionarem os dados ao contexto gerador dos dados pode-se questionar: O que significa este resultado na prática? Entre outras. Como se observa, nessa fase os alunos são convidados a utilizar os conceitos e modelos matemáticos e conceitos estatísticos para calcular índices e medidas estatísticas, que podem servir para estabelecer relações e tirar conclusões. Nesse processo, eles assumem papel ativo e crítico, observando um fenômeno real sob a ótica de conceitos matemáticos e estatísticos; 5. Deduções, conclusões, inferência e comunicação de resultados Nesta etapa, os alunos devem analisar as relações verificadas no processo investigativo e compará-las às hipóteses estabelecidas inicialmente. Essas análises devem possibilitar a tirada de conclusões e fazer previsões para a população com base nos resultados observados na amostra consultada. Essas análises devem ser feitas de forma crítica, observando a validade e a capacidade de generalização dos modelos construídos para a amostra pesquisada para a população em estudo. Para levar os alunos a refletir sobre o processo investigativo, os procedimentos e as estratégias empreendidas, apresentam questionamentos sobre a eficácia dos instrumentos de coleta de dados usados, das análises empreendidas e a validade dos resultados encontrados. Os alunos devem ser instigados a comunicar a outros os resultados encontrados e as atitudes que estes resultados indicam. Esse é um momento favorável à exploração de vocabulário e dos diversos modelos e índices construídos no processo investigativo. Essa discussão evidencia a importância do papel do professor no trabalho com projetos, pois um ambiente de aprendizagem nessa perspectiva demanda uma intervenção problematizadora para instigar aos alunos a refletirem sobre as situações ou fenômenos, sob a ótica da Estatística, Probabilidade ou Combinatória. Além disso, a perspicácia do professor para sistematizar os conceitos à medida que eles forem necessários a cada grupo de alunos, de modo a lhes atribuir significado é fundamental. 13 UNIDADE Projetos na Educação Estatística No trabalho com projetos, os conceitos são sistematizados no decorrer da investigação à medida que esses são necessários. Assim, cada etapa exige a abordagem de conceitos, ideias e procedimentos, de acordo com a necessidade da investigação. O professor deve estar atento para a contemplação de maior diversidade possível de variáveis, para que os diversos conceitos e modelos sejam abordados e para a compreensão do tema. Distribuições de Frequências e Seus Gráficos: http://goo.gl/1mbxbh Ex pl or Os conceitos de população e de amostragem são importantes no momento em que os alunos planejam a coleta de dados. A compreensão desses conceitos é favorecida pela necessidade deles no contexto do projeto de cada grupo. População ou universo estatístico é o conjunto de todos os elementos que têm pelo menos uma característica em comum (podem ser pessoas, objetos, animais, entre outros). Uma população pode ser finita ou infinita. Os alunos da turma 6ºB, os consumidores de um determinado produto, os moradores do baixo X, por exemplo, são exemplos de populações finitas. Enquanto os resultados obtidos em sucessivos lançamentos de uma moeda (cara ou coroa) ou de um dado (faces), os habitantes do Estado de São Paulo, são exemplos de populações infinitas. Cada elemento da população é chamado de unidade estatística e um subconjunto finito da população, chama-se amostra. Uma pesquisa para obter informações sobre uma população normalmente é feita por amostragem, já que a consulta a toda a população é denominada censo. Fazer um censo é um processo caro, demorado e muito trabalhoso. Entretanto, a determinação da amostra exige alguns critérios para que se possa fornecer informações realistas sobre a população. Censo 2010: http://censo2010.ibge.gov.br Ex pl or Existem várias técnicas de amostragem, cada uma se aplica a situações específicas. Técnincas de amostragem: https://goo.gl/aQeD11 Ex pl or 14 15 Como promover uma discussão sobre população e amostra em uma sala de aula da Educação Básica?Ex pl or O contexto de um projeto em que se objetive fazer uma pesquisa estatística pode ser motivador para introduzir a discussão sobre os conceitos de população e amostra. Entretanto, em situações que os estudantes não estão habituados com esse tipo de pesquisa é prudente tomar como base contextos de pesquisas já desenvolvidas ou situações didáticas específicas para esse fim. O objeto de aprendizagem dando ibope, da Unicamp, pode ser uma forma interessante para fazer essa introdução. Dando IBOPE: http://m3.ime.unicamp.br/recursos/1082 Ex pl or Veja o vídeo e explore o manual do professor. Nele, diversas técnicas de amostragem são apresentadas, o que pode subsidiar o planejamento de uma aula em que os conceitos de população e amostra serão abordados. Pesquisas acadêmicas que têm como objeto de análise projetos de investigação estatística também podem ser fontes de inspiração para fomentar a discussão sobre o processo de escolha de amostras para serem pesquisadas. Em Mendonça (2008), tem-se uma boa diversidade de projetos e o detalhamento do ambiente de aprendizagem promovido. Educação estatística em um ambiente de modelagem matemática nas aulas do ensino médio Disponível em: fi le:///C:/Users/Producao-03/Downloads/3882551035419502%20(1).pdf Ex pl or Que conceitos estatísticos podem contribuir para a análise de dados? Ex pl or Nas Unidades anteriores, vimos que as representações gráficas são ferramentas poderosas para a análise de dados. Nessa Unidade, vamos observar outros conceitos que os alunos podem usar para a análise de dados no decorrer de um projeto. Iniciamos pelas medidas de tendência central. Também chamadas de medidas resumo a média, a moda e a mediana são índices importantes para descrever a distribuição de uma variável quantitativa, elas indicam a localização dos dados. A exploração das propriedades dessas medidas de posição é um aspecto importante a ser considerado no processo de ensino e aprendizagem da Estatística. 15 UNIDADE Projetos na EducaçãoEstatística A média é a medida mais usada pela mídia para resumir um conjunto de dados. Por isso, ela é popular entre os cidadãos. Além disso, a média fornece um indicador que pode ser interpretado como um valor típico e que pode representar, em certas circunstâncias, um conjunto de dados. Além disso, é a base para o cálculo de outras medidas tais como o desvio padrão, coeficiente de variação, de correlação, dentre outras (MAGINA et al, 2010, p. 62). Como se observa, a média é um conceito fundamental para a Estatística e apesar de existirem outros tipos de média a média aritmética é a mais comum. Ela pode ser simples ou ponderada. Médias (aritmética, geométrica, harmônica: http://goo.gl/S64Emw Ex pl or O cálculo da média aritmética simples é feito somando-se os valores de todas as observações e dividindo-se esse total pelo número de observações. Exemplo: A= 2, 2, 2, 3, 5, 5, 8, 9, 9, 9, 9, 9 Média aritmética simples: (2+2+2+3+5+5+8+9+9+9+9+9)/12 = 72/12 = 6 Enquanto na média ponderada, cada número que fará parte da média terá um peso relativo. Nesse caso, no processo de cálculo, este peso (ou quantidade de vezes que um número aparece) será multiplicado pelo número com o qual se relaciona. Esses produtos serão somados e divididos pela soma dos pesos, como no exemplo que segue. Exemplo: A= 2, 2, 2, 3, 5, 5, 8, 9, 9, 9, 9, 9 Média aritmética ponderada: (3.2 + 1.3 + 2.5 + 1.8 + 5.9)/12 = 72/12 = 6 Você acha que o conhecimento do algoritmo da média implica a compreensão desse conceito? Ex pl or O entendimento do conceito de média passa pela apropriação de uma visão ampla sobre suas propriedades, as quais compreendem: a) a média está localizada entre os valores extremos (valor mínimo <média> valor máximo); b) a soma dos desvios a partir da média é zero (∑ (Xi – média) = 0); c) a média é influenciada por cada um e por todos os valores (média = ∑ Xi/n); d) a média não necessariamente coincide com um dos valores que a compõem; e) a média pode ser um número que não tem um correspondente na realidade física (por exemplo, o número médio de filhos por casal é de 2,3); 16 17 f) o cálculo da média leva em consideração todos os valores inclusive os nulos e os negativos; g) a média é um valor representativo dos dados a partir dos quais ela foi calculada. Em termos espaciais, a média é o valor que está mais próximo de todos os valores. (STRAUSS E BICHLER apud MAGINA et al, 2010, p.62) A compreensão dessas propriedades possibilita ter uma visão clara da média enquanto valor representativo do conjunto de dados e de um valor central em uma distribuição simétrica. Além disso, possibilita o entendimento da média como valor equitativo de um grupo de dados. Equitativo 1. Que tem equidade; 2. Reto, justo; 3. Em que há equidade. Fonte: Dicionário Priberam. Ex pl or O conhecimento das propriedades da média favorece a observação da adequação ou inadequação dessa medida a uma dada situação. A principal desvantagem da média é o fato de ela ser afetada por valores discrepantes. Valores discrepantes ou Outliers são aqueles valores muito afastados da maioria dos dados. Considere por exemplo os conjuntos hipotéticos de dados: A=1, 1, 3, 3, 5, 5 B= 1, 1, 3, 3, 5, 17. A média no conjunto A é igual a 3, enquanto no conjunto B ela é aproximadamente 5. Observe que a diferença entre os dois conjuntos é apenas no valor do limite superior. Ou seja, a média é puxada para cima pelo valor discrepante desse limite. Nesse caso, ela não representa bem o conjunto de dados. Que outras medidas podem ser usadas para representar um conjunto de dados? Que outras medidas podem ser usadas para representar um conjunto de dados? Ex pl or Outra medida usada para representar um conjunto de dados é a mediana. A Mediana é o valor que divide o conjunto de dados (ordenados) em duas partes, de modo que abaixo e acima da mediana encontram-se 50% das observações. 17 UNIDADE Projetos na Educação Estatística Para o cálculo da mediana, os dados devem estar ordenados. Se o número de observações for ímpar, a mediana é o valor central. Sendo o número de observações par, a mediana é a média dos dois valores centrais no conjunto. O quadro a seguir ilustra essa ideia. Conjunto com quantidade par de dados Conjunto com quantidade ímpar de dados A= 2, 2, 3, 4, 4, 5, 7. B= 2, 2, 2 3, 4, 5, 5, 9 A mediana é o valor central A mediana é a média aritmética dos dois valores centrais. Mediana = 4 Mediana = (3+4)/2 = 3,5 A mediana é uma medida de posição robusta ou resistente. Medidas resistentes são aquelas que não se alteram na presença de valores discrepantes, por isso, em situações em que o grau de variação é muito grande a mediana pode representar melhor os dados que a média. Observe o conjunto A usado anteriormente (A=2, 2, 3, 4, 4, 5, 7) com o limite superior alterado para um número muito maior, ou seja: C=2, 2, 3, 4, 4, 5, 25. A mediana continua com o mesmo valor (4), independente da mudança de um de seus limites para um valor discrepante dos dados. A moda também é uma medida de tendência central. Ela pode ser usada com dados qualitativos ou quantitativos e não exige o uso de cálculos, por isso, é facilmente encontrada. A moda é o valor que aparece com maior frequência no conjunto de dados. Um conjunto pode não ter dados repetidos. Nesse caso, dizemos que ele é amodal, pois não tem moda. No conjunto D= 2, 3, 3, 6, 7, 9, a moda é 3. Nesse caso, dizemos que o conjunto é unimodal, pois tem uma única moda. No conjunto A= 2, 2, 3, 4, 4, 5, 7, temos duas modas: 2 e 4. Nesse caso, o conjunto é bimodal, com mais modas, multimodal. O site do clube OBMEP tem uma discussão interessante com exemplos e vídeos sobre as medidas de tendência central: Como você pode explorar esse site com os alunos do Ensino Básico, para o estudo das medidas de tendência central? Como avaliar a adequação da média a um grupo de dados? Explore o site e reflita sobre essas questões antes de prosseguir nos estudos: http://goo.gl/68uGxt Ex pl or Como saber a homogeneidade de um grupo de dados? Ex pl or 18 19 Na Estatística, usam-se as medias de dispersão para medir a variação dos dados. Essas medidas são usadas para observar o quanto os dados são homogêneos. Particularmente em situações de comparação de amostras, a observação do grau de variação dos dados é útil. Observe as duas situações hipotéticas que seguem. Qual dos dois é mais homogêneo? Em qual dos dois casos a média é mais adequada? a) 25, 28, 31, 34, 37 b) 17, 23, 30, 39, 46 Homogêneo: Que apresenta grande unidade, adesão entre seus elementos. Ex pl or Para observar o grau de dispersão dos dados em torno da média, usamos o desvio padrão.Um desvio padrão alto indica que a média pode não representar bem o conjunto de dados pois, nesse caso, os dados são muito dispersos em relação à média. Essa medida indica o grau em que todos os valores de uma distribuição se desviam da média. O desvio padrão é sempre expresso por um único valor. O seu cálculo leva em consideração todos os resultados existentes na distribuição. Esse processo compreende alguns passos: 1º passo Calculamos o desvio médio fazendo a subtração da média de cada valor, ou seja: • Para o conjunto A= (25-31); (28-31); (31-31), (34-31); (37-31) -6 ; -3 ; 0 ; +3 ; + 6 • Para o conjunto B= (17-31); (23-31); (30-31); (39-31); (46-31) -14 ; - 8 ; -1 ; 8 ; 15 Observe que a soma dos desvios é igual a zero nos dois casos: A: (-6)+(-3)+0+3+6 = 0 B: (-14)+(-8)+(-1)+8+15 = 0 2º passo Calculamos a variância amostral, fazendo a soma dos desvios, elevada ao quadrado e dividindo esse total pela quantidade de dados menos um. Ou seja: A: [(-6)2+(-3)2+02+32+62]/5-1 = (36+9+0+9+36)/4= 90/4 = 22,5 B: [(-14)2+(-8)2+(-1)2+82+152]/ 5-1= (196+64+1+64+225)/4 = 550/4 = 137,5 19 UNIDADE Projetos na Educação Estatística A variância do conjunto A é igual a 22,5 e a do conjunto B é 137,5. O resultado da variânciaé dado em unidades quadráticas, o que dificulta a sua interpretação. Importante! Existe uma diferença no cálculo da variância quando esta é calculada em uma amostra e em uma população. Importante! Variância populacional Variância amostral ( ) ( ) ( ) ... ( )x x x x x x x x n n1 2 2 2 3 2 2− + − + − + + − ( ) ( ) ( ) ... ( )x x x x x x x x n n1 2 2 2 3 2 2 1 − + − + − + + − − 3º passo Para resolver o problema da unidade de medida quadrada da variância, calculamos o desvio padrão extraindo a raiz quadrada da variância. Ou seja: Dp de A= 22,5 = + 4,74 Dp de B= 137,5 = + 11,72 O desvio padrão, que é a raiz quadrada (positiva) da variância, tem a mesma unidade dos dados, por isso essa medida é mais bem compreendida que a variância. Medidas de dispersão: variância e desvio padrão: http://goo.gl/RDuJzS Ex pl or Como interpretar o desvio padrão? Ex pl or Quanto menor for valor do desvio padrão, menos os resultados se distanciam da média. Um conjunto de dados com um desvio padrão baixo é homogêneo, enquanto outro com um desvio padrão elevado descreve um grupo heterogêneo de dados. Nos exemplos usados, observamos que apesar de os dois conjuntos A e B dados possuírem a mesma média (31), eles apresentam dispersão muito diferentes. Desse modo, podemos dizer que a média representa melhor o conjunto A que o conjunto B. 20 21 Importante! As discussões anteriores mostram que os projetos são estratégias de ensino e aprendizagem abrangentes em que os estudantes assumem papel ativo na busca de compreensões sobre temas relevantes e interdisciplinares. Essa é uma oportunidade importante para a formação científica dos estudantes. No que tange à Educação Estatística, esse pode ser um meio motivador para a construção de conceitos, procedimentos e atitudes em função do caráter transdisciplinar da Estatística, favorecendo a construção de uma visão mais abrangente da área e de sua inserção nas diversas ciências. Em relação aos conceitos específicos, foram postas em destaque nesta Unidade as medidas de posição (média, moda e mediana) e de dispersão (variância e desvio padrão) como ferramentas que dão indicações importantes para a observação da natureza, do comportamento e da distribuição de um conjunto de dados, constituindo-se em conceitos potenciais para a análise de dados em um projeto de investigação estatística. Em Síntese 21 UNIDADE Projetos na Educação Estatística Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: No trabalho a seguir, está descrito o processo de desenvolvimento de diversos projetos de Estatística de estudantes do terceiro ano do ensino médio. É uma boa oportunidade para aprofundamento sobre o uso de projetos na Educação Estatística. Nele você encontra, inclusive, uma amostra do resultado de alguns trabalhos desenvolvidos pelos alunos: Livros A educação estatística em um ambiente de modelagem matemática no ensino médio. MENDONÇA, Luzinete de Oliveira. São Paulo: Universidade Cruzeiro do Sul, 2008. 245p. Disponível na Universidade Cruzeiro do Sul. [D 519.2(043.3) M495e]. 22 23 Referências ABRANTES, P.. O trabalho de projecto e a relação dos alunos com a matemática: a experiência do projecto MAT 789. 1994. 630 f. Tese (Doutorado em Educação)-Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Lisboa, 1994. BATANERO, C. DIAZ, C. El papel de los proyectos en la enseñanza y aprendizaje de la estadística. In: ROYO, J. Patricio (Ed.). Aspectos didácticos de las matemáticas. Zaragoza: ICE, 2004. p.125-63. BOUTINET, J.P. Antropologia do projeto. Tradução de Patrícia Chitonni Ramos. Porto Alegre: Artmed, 2002. CARVALHO, Carolina. Interacção entre pares: contributos para a promoção do desenvolvimento lógico e do desempenho estatístico, no 7º ano de escolaridade. 2001. 533 f. Tese (Doutorado)-Universidade de Lisboa, Lisboa, 2001. FREIRE, P. Pedagogia da autonomia: saberes necessários à prática educativa. 25. ed. 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