Το πρόβλημα στα Μαθηματικά

Το πρόβλημα στα Μαθηματικά από το ΣΔΕ Γιαννιτσών Δημήτρης Πολυτίδης (Μαθηματικός) Στα Μαθηματικά το πρόβλημα θα πρέπει να είναι μια κατάσταση η επίλυση της οποίας, από το μαθητή, δεν είναι αυτόματη και δεν βασίζεται στην άμεση και τυφλή εφαρμογή ενός δεδομένου αλγορίθμου. Η διαδικασία λύσης του προβλήματος απαιτεί χρόνο και σκέψη από την πλευρά του μαθητή. Ο μαθητής αφού καταλάβει την εκφώνηση του προβλήματος, εφαρμόζει τις γνώσεις του, δοκιμάζει μεθόδους, κάνει λάθη, κινείται μπρος και πίσω στο πρόβλημα μέχρι να ανακαλύψει τη λύση. Στην αρχή της διαδικασίας επίλυσης ενός προβλήματος πραγματοποιείται η λεγόμενη «μοντελοποίηση» του προβλήματος, δηλαδή τα δεδομένα και οι σχέσεις που περιγράφονται στην εκφώνηση του προβλήματος με πραγματικούς όρους του φυσικού κόσμου μεταφράζονται και μεταφέρονται στον ιδεατό κόσμο των Μαθηματικών. Με τη διαδικασία της «μοντελοποίησης» περνάμε από την περιγραφή των φυσικών γεγονότων, καταστάσεων και σχέσεων στις μαθηματικές πράξεις, σχέσεις, εξισώσεις κλπ. Έτσι, λοιπόν οι μαθητές, όταν λύνουν προβλήματα, καλλιεργούν ικανότητες νοητικής λειτουργίας στο ιδεατό επίπεδο, μεθοδολογίας, έρευνας, ελέγχου της ορθότητας, αποδοχής διαφορετικών λύσεων κ.α. Από διδακτικής και γενικότερα παιδαγωγικής πλευράς είναι πολύ σημαντική η φάση της ανακοίνωσης και της συζήτησης της λύσης ή των λύσεων του προβλήματος από μια κοινότητα ατόμων. Καταρχήν ο μαθητής, όταν παρουσιάζει δημόσια στους άλλους, τη λύση που βρήκε, αναστοχάζεται και περνάει πάλι από τα μονοπάτια της λύσης με αυτό τον τρόπο ελέγχει την ορθότητα της λύσης που προτείνει (σύνηθες φαινόμενο οι μαθητές να διαπιστώνουν τα λάθη τους κατά τη διαδικασίας της εξήγησης της λύσης τους). Στα πλαίσια του διαλόγου με τους άλλους γίνεται καλύτερα κατανοητό το πιθανό λάθος. Αξιολογείται η σωστή λύση και συγκρίνεται με άλλες σωστές λύσεις. Με αυτό τον τρόπο οι μαθητές μαθαίνουν να κρίνουν και να αξιολογούν τον τρόπο σκέψης των άλλων. Δέχονται ότι ένα πρόβλημα μπορεί να εχει πολλές λύσεις κάποιες είναι πιο σύντομες, πιο έξυπνες, πιο κομψές. Η εισαγωγή των παρακάτω προβλημάτων βασίστηκε ακριβώς σ αυτά τα θετικά στοιχεία που πηγάζουν από την αλληλοεπικοινωνία των ατόμων που επιχειρούν τη λύση του προβλήματος. Στo ΣΔΕ Γιαννιτσών, στα πλαίσια των εργαστηρίων οι καθηγητές - Κουλέρδας Κώστας (Αριθμητικός Γραμματισμος) - Ντιλούδης Γιώργος (Επιστημονικός Γραμματισμός) - Πολυτίδης Δημήτρης (Αριθμητικός Γραμματισμός) με συντονιστή τον Πολυτίδη Δημήτρη, υλοποίησαν συνεργαζόμενοι, κάθε Τετάρτη με τους εκπαιδευόμενους του πρώτου κύκλου του σχολείου, ένα πρόγραμμα ενισχυτικής διδασκαλίας για τη λύση του προβλήματος στα μαθηματικά. Οι εκπαιδευόμενοι του πρώτου κύκλου, δώδεκα (12) τον αριθμό, επέλεξαν το εργαστήριο με βάσει το ενδιαφέρον τους για τα μαθηματικά. 1

Πρόβλημα 1. Ο θησαυρός του Νικηφόρου της Δράμας. Ο Νικηφόρος είναι ένα χωριό που βρίσκεται δέκα χιλιόμετρα (10km) ανατολικά της Δράμας. Έχει κλίμα ηπειρωτικό, παράγει γεωργικά και κτηνοτροφικά προϊόντα. Υπάρχουν αναφορές για την ύπαρξη οικισμών στην περιοχή ήδη από την Βυζαντινή εποχή. Κατά την ανταλλαγή των πληθυσμών το 1922 πιθανολογείται ότι οι Τούρκοι κάτοικοι εγκατέλειψαν θαμμένους θησαυρούς. Κάποιος κάτοικος ενώ έκανε γεωργικές εργασίες βρήκε ένα ποσό λιρών. Τις μετρούσε κατά ζεύγη, τριάδες, τετράδες, πεντάδες, εξάδες και έβρισκε υπόλοιπο μία, δύο, τρεις, τέσσερις, και πέντε αντίστοιχα. Όταν όμως τις μέτρησε κατά επτάδες βρήκε υπόλοιπο μηδέν. Με δεδομένο ότι οι λίρες ήταν λιγότερες από διακόσιες, πόσες λίρες βρήκε; Παρέμβαση του διδάσκοντα-καταγραφή των όρων του προβλήματος. στις δύο (2) λίρες υπόλοιπο μια (1). στις τρις (3) λίρες υπόλοιπο δύο (2). στις τέσσερις (4) λίρες υπόλοιπο τρις (3). στις πέντε (5) λίρες υπόλοιπο τέσσερις (4). στις έξη (6) λίρες υπόλοιπο πέντε (5). στις επτά (7) λίρες υπόλοιπο μηδέν (0) συμφωνήσαμε να διαιρέσουμε κάθε αριθμό από το ένα έως το διακόσια με τους αριθμούς 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - εκπαιδευόμενος: να αρχίσουμε από το επτά ενώ δοκιμάζαμε τους αριθμούς 7, 8, 9,10,. - εκπαιδευόμενη: πρότεινε τους 7, 14, 21 συμφωνήσαμε για τα πολλαπλάσια του 7 που είναι 28 και τα γράψαμε στο πίνακα 7,14,21,28,35,42,49,56,63,70,77,84,91,98,105,112,119,126,133,140,147,154,161,168, 175,182,189,196. - εκπαιδευόμενη: παρατήρησε ότι τα ζυγά νούμερα αποκλείονται στο βαθμό που η διαίρεσή τους με το 2 αφήνει υπόλοιπο 0 καταλήξαμε στους 14 αριθμούς 7,21,35,49,63,77,91,105,119,133,147,161,175,189 - εκπαιδευτικός: αναφέρθηκε στα κριτήρια διαιρετότητας με το 5 οι αριθμοί που λήγουν σε 0 και 5 κατά συνέπεια αποκλείονται και οι αριθμοί 35, 105, 175 με το 3 οι αριθμοί που το άθροισμα των ψηφίων τους διαιρείται με το 3 κατά συνέπεια αποκλείονται και οι αριθμοί 21, 63, 147,189 καταλήξαμε στους αριθμούς 7, 49, 77, 91, 119, 133, 161 και στην πέμπτη δοκιμή βρήκαμε το 119 Η γενίκευση αφέθηκε για το σπίτι (τελείωσε το δίωρο) Οι εκπαιδευόμενοι ήξεραν τέσσερις πράξεις και ότι με πειραματικό τρόπο μπορούμε να λύσουμε προβλήματα, όμως πρέπει στην πορεία να τα «μοντελοποιήσουμε» (έγινε, στην αρχή συζήτηση για το μαθηματικό πρόβλημα) 2

Η μοντελοποίηση έγινε με παρέμβαση του εκπαιδευτικού στο βαθμό που κάθε αριθμός αφήνει υπόλοιπο 1 και το ελάχιστο πολλαπλάσιο των αριθμών 2, 3, 4, 5, 6 είναι 120 άρα 120-1=119 Λύση του προβλήματος με EXCEL 81 1 0 1 1 3 4 82 0 1 2 2 4 5 83 1 2 3 3 5 6 84 0 0 0 4 0 0 85 1 1 1 0 1 1 86 0 2 2 1 2 2 87 1 0 3 2 3 3 88 0 1 0 3 4 4 89 1 2 1 4 5 5 90 0 0 2 0 0 6 91 1 1 3 1 1 0 92 0 2 0 2 2 1 93 1 0 1 3 3 2 94 0 1 2 4 4 3 95 1 2 3 0 5 4 96 0 0 0 1 0 5 97 1 1 1 2 1 6 98 0 2 2 3 2 0 99 1 0 3 4 3 1 100 0 1 0 0 4 2 101 1 2 1 1 5 3 102 0 0 2 2 0 4 103 1 1 3 3 1 5 104 0 2 0 4 2 6 105 1 0 1 0 3 0 106 0 1 2 1 4 1 107 1 2 3 2 5 2 108 0 0 0 3 0 3 109 1 1 1 4 1 4 110 0 2 2 0 2 5 111 1 0 3 1 3 6 112 0 1 0 2 4 0 113 1 2 1 3 5 1 114 0 0 2 4 0 2 115 1 1 3 0 1 3 116 0 2 0 1 2 4 117 1 0 1 2 3 5 118 0 1 2 3 4 6 119 1 2 3 4 5 0 120 0 0 0 0 0 1 121 1 1 1 1 1 2 122 0 2 2 2 2 3 123 1 0 3 3 3 4 124 0 1 0 4 4 5 125 1 2 1 0 5 6 126 0 0 2 1 0 0 127 1 1 3 2 1 1 128 0 2 0 3 2 2 129 1 0 1 4 3 3 130 0 1 2 0 4 4 3

Πρόβλημα 2. Οι πάπιες και τα κουνέλια. Ένας κτηνοτρόφος είχε πάπιες και κουνέλια. Τα ζωντανά είχαν 85 κεφάλια και 270 πόδια. Πόσες πάπιες και πόσα κουνέλια είχε; - εκπαιδευόμενος: τα κουνέλια έχουν τέσσερα πόδια και οι πάπιες δύο - άρχισαν οι εκπαιδευόμενοι να πειραματίζονται με τυχαίες τιμές. - με παρέμβαση του εκπαιδευτικού το πείραμα ξεκίνησε οργανωμένα, δηλαδή, αν όλα τα ζώα ήταν πάπιες τότε 85χ2=170, αν οι πάπιες ήταν 84 και τα κουνέλια 1 τότε 84χ2=168 και 1χ4=4 άρα 168+4= 172 αν οι πάπιες ήταν 83 και τα κουνέλια 2 τότε 83χ2=166 και 2χ4=8 άρα 166+8= 174 κλπ. -μία ομάδα εκπαιδευομένων βρήκε την λύση γρήγορα κάνοντας το πείραμα μη οργανωμένα. - μία άλλη ομάδα εκπαιδευομένων παρατήρησε το εξής, στο βαθμό που οι πάπιες μειώνονται κατά μια και τα κουνέλια αυξάνουν κατά ένα, το σύνολο των ποδιών αυξάνει κατά δύο αλλά μέχρι εκεί. Η ομάδα αυτή δοκιμάζοντας αριθμούς που έδιναν τιμές κοντά στο 270 έφθασε στη σωστή λύση. - με παρέμβαση του εκπαιδευτικού έγινε η γενίκευση, αν όλες ήταν πάπιες ήταν 85 τότε τα πόδια είναι 170. 270-170=100 100/2=50 άρα τα κουνέλια είναι 50 και οι πάπιες 35. Το πρόβλημα λύνεται και αλγεβρικά Με εξίσωση Αν τα κεφάλια που έχουν οι πάπιες είναι χ και επειδή έχουν από δύο πόδια τότε συνολικά οι πάπιες έχουν 2χ πόδια τα κεφάλια που έχουν τα κουνέλια είναι 85-χ και επειδή έχουν από τέσσερα πόδια τότε συνολικά τα κουνέλια έχουν 4(85-χ) πόδια, άρα 2χ+4(85-χ)=270 2χ+4. 85 4. χ=270 2χ+340-4χ=270 2χ-4χ=270-340 -2χ= - 70-2χ/-2= -70/ -2 χ=35 πάπιες άρα 85-35=50 κουνέλια η εξίσωση λύνεται στον υπολογιστή με το πρόγραμμα mathematica στο βαθμό που τη γράφουμε στην γλώσσα της μηχανής, με μία εντολή με σύστημα αν χ κεφάλια έχουν οι πάπιες τότε έχουν 2χ πόδια αν ψ κεφάλια έχουν τα κουνέλια τότε έχουν 4ψ πόδια άρα χ+ψ=85 2χ+4ψ=270 ψ=85-χ αντικαθιστώ 2χ+4(85-χ)=270 2.χ+4.85-4.χ=270 2.χ+340-4.χ=270 2.χ-4.χ=270-340 4

-2.χ= -70-2.χ/-2=-70/-2 χ=35 πάπιες και ψ=85-35=50 κουνέλια το σύστημα λύνεται στον υπολογιστή με το πρόγραμμα mathematica στο βαθμό που τη γράφουμε στην γλώσσα της μηχανής, με μία εντολή Λύση του προβλήματος με EXCEL πάπιες κουνέλια κεφάλια πόδια κεφάλια πόδια 0 0 85 340 340 1 2 84 336 338 2 4 83 332 336 3 6 82 328 334 4 8 81 324 332 5 10 80 320 330 6 12 79 316 328 7 14 78 312 326 8 16 77 308 324 9 18 76 304 322 10 20 75 300 320 11 22 74 296 318 12 24 73 292 316 13 26 72 288 314 14 28 71 284 312 15 30 70 280 310 16 32 69 276 308 17 34 68 272 306 18 36 67 268 304 19 38 66 264 302 20 40 65 260 300 21 42 64 256 298 22 44 63 252 296 23 46 62 248 294 24 48 61 244 292 25 50 60 240 290 26 52 59 236 288 27 54 58 232 286 28 56 57 228 284 29 58 56 224 282 30 60 55 220 280 31 62 54 216 278 32 64 53 212 276 33 66 52 208 274 34 68 51 204 272 35 70 50 200 270 5