Criteriul psihologic al intuiţiei în selectarea teoremelor de demonstrat – (III)

În partea a treia a eseului de faţă continuu seria de gânduri despre predarea intuitivă a lecţiilor de geometrie din clasele a VI-a şi a VII-a, pornind de la o recomandare din noua programă de geometrie (de aplicat la clasa a VI-a începând din anul şcolar 2018-2019): La tema Triunghiul caracteristicile şi proprietăţile configuraţilor geometrice se vor evidenţia prin observare directă, în sensul unei abordări căt mai naturale şi intuitive. Voi încerca în această a treia parte să aduc câteva aspecte suplimentare care să ofere profesorului doritor o primă “schelă” de susţinere în procesul de construire a unei noi abordări a predării geometriei la clasele gimnaziale, abordare sugerată în noua programă de matematică gimnazială. Voi face aceasta bazându-mă pe propria experienţă de predare din ultimii 20 de ani (experienţa personală în cadrul Liceului Waldorf şi experienţa reconfirmată de soţia mea în cadrul Liceului Eugen Pora din Cluj-Napoca), dar şi pe baza unor noi citate din lucrarea profesorului Eugen Rusu, De la Tales la Einstein (Lyceum, ed. Albatros,1971).

În finalul primei părţi a acestui eseu am propus o listă cu 9 teoreme ce merită supuse atenţiei elevilor spre demonstrare, acestea fiind destul de surprinzătoare încăt să nu poată fi clasificate ca uşor observabile prin inuiţia naturală a elevului. În partea a doua a eseului am observat că acestea sunt în cea mai mare parte teoreme din capitolul despre triunghiuri. Chiar şi suma unghiurilor în patrulatere reprezintă o aplicaţie a triunghiurilor, astfel că în “meciul” dintre cele două capitole, prima teoremă de la patrulatere este de fapt un “autogol” al triunghiurilor.

La momentul respectiv nu am explicat foarte clar cum am alcătuit această listă: este vorba de strădania mea de a empatiza cu elevii de-a lungul anilor, de a le înţelege bucuriile şi fricile în legătură cu matematica. Totuşi, dacă ne gândim bine putem “inventa” o scară cu trepte de evidenţă a diferitelor proprietăţi ale figurilor geometrice, scară folosibilă ca un fel de instrument atât la selectarea teoremelor (care să fie bazate pe simpla observare intuitivă, respectiv care merită a fi supuse verificării printr-o demonstraţie), cât şi la selectarea problemelor din clasă sau ca temă.

Această scară cu trepte ale evidenţei ar porni de jos de la treapta cu nivelul de evidenţă cel mai slab (nivelul 1) şi ar urca până în vârf la treapta cu cel mai ridicat nivel de evidenţă (nivelul 10). În acest sens, la primul contact cu geometria, adică în clasa a VI-a, se vor alege doar demonstraţiile teoremelor situate pe treptele inferioare de evidenţă. Dimpotrivă, cele din jumătatea de sus a scării evidenţei, cele caracterizate printr-un  grad mare de evidenţă susţinută de intuiţia naturală a elevilor merită doar observate oral (“se vede” că …) şi contabilizate ca atare în caiet. Cele mai multe nici măcar nu trebuie spuse de către profesor, ci pot fi obţinute de la elevi prin întrebări de tipul “ce observaţi aici în legătură cu …?”. Să luăm câteva exemple de teoreme şi să studiem unde se situează acestea pe scara evidenţei.

Nivelul 10 de evidenţă: faptul că dreptunghiul are unghiurile drepte; unghiurile opuse la vârf sunt congruente; triunghiul isoscel are două unghiuri congruente;

Nivelul 9 de evidenţă: faptul că triunghiul echilateral are toate unghiurile congruente; faptul că dreptunghiul are diagonalele congruente;

Nivelul 8 de evidenţă: faptul că triunghiul echilateral are unghiurile de 60o; faptul că diagonalele pătratului sunt perpendiculare;

Nivelul 7 de evidenţă: faptul că un patrulater cu două laturi opuse paralele şi congruente este paralelogram; un triunghi isoscel cu un unghi de 60o este echilateral;

Nu mi-am propus să fac o clasificare exhaustivă a teoremelor pe treptele acestei scări, dar este evident că toate acele teoreme despre liniile importante în triunghiul isoscel sunt clasificabile undeva între nivelele 8-9, cel mai jos la nivelul 7 de evidenţă, şi asta indiferent de nivelul de dificultate al demonstraţiei. Tot pe la nivelul 8 cred că se situează pentru intuiţia copiilor şi concurenţa liniilor importante în triunghi, cele trei de un anumit fel. Dimpotrivă, suma unghiurilor în triunghi este o proprietate de nivelul 1, cel mult 2 de evidenţă. Dar totul depinde mult şi de context. De pildă, după ce a învăţat şi a aplicat destul suma unghiurilor în triunghi, acomodându-se cu aceasta, suma unghiurilor în patrulater urcă undeva la nivelul 4 de evidenţă, singurul aspect ce creează dificultăţi legat de aceasta fiind forma de redactare. Mai mult chiar, odată pricepută ideea existenţei unei legităţi de tipul “toate triunghiurile au aceeaşi sumă a unghiurilor”, elevilor le este uşor să răspundă la întrebarea profesorului despre suma unghiurilor în patrulater: “Aha, şi aici există deci o astfel de legitate (altfel, de unde această întrebare?), oare cât o fi? Păi, dacă ne uităm la dreptunghi (e evident un patrulater, deşi încă n-am învăţat despre el) sau la pătrat vedem că este de 4 ori 90o, adică 360o”. Un astfel de raţionament ridică această teoremă în partea de sus a scării evidenţei din punct de vedere al elevului, dar totuşi merită să o demonstrăm chiar şi numai din motivul de a exemplifica forţa demonstraţiei ce se debarasează de intuiţie şi ne poate da certitudini, adică 100% că la orice patrulater suma unghiurilor este de 360o. Aceleaşi comentarii se potrivesc şi la suma unghiurilor în pentagon şi hexagon, lucrurile căpătând note de bucurie pentru decagon sau dodecagon.

Nici nu are o relevanţă decisivă unde se situează exact fiecare dintre toeremele geometriei pe această scară. Cum am arătat deja, poziţionarea lor este oricum încărcată de un subiectivism specific psihologiei: depinde de foarte mulţi factori şi trebuie văzută doar ca un îndrumător orientativ la îndemâna profesorului în procesul de selectare a teoremelor de demonstrat.

Mai există însă un aspect de discutat legat de această scară. Este vorba de faptul că o astfel de scară a evidenţei există la orice teorie, indiferent de vârsta la care este adusă această teorie. Cei care au făcut adevărată cercetare (deci nu cercetare în sensul compilării noi a unor fapte deja cunoscute), aceştia ştiu cât de importantă este intuiţia în prima fază şi cum gândirea trece în viteză peste toate aspectele evidente, căutând doar aspectele neevidente cu scopul de a le lămuri cât mai repede. De multe ori ordonarea şi demonstrarea riguroasă a întregii teorii o face chiar altcineva, nu autorul descoperirii iniţiale a elementelor respective. La fel se întâmplă şi în cazul elevilor, după cum a precizat în câteva rânduri şi Eugen Rusu, care vorbea despre geometria în prima etapă de studiu, adică în gimnaziu, şi geometria în etapa a doua de studiu, adică în reluarea acesteia în liceu (aşa cum era cuprinsă în programa de clasele IX-X valabilă până la reforma din 1997). Geometria în prima etapă de studiu era pe vremuri o geometrie destul de intuitivă, pe când geometria din a doua etapă de studiu avea un mult mai profund caracter riguros axiomatic, cu demonstrarea tuturor aspectelor nevralgice ale acestei ştiinţe. A doua fază de parcurgere a geometriei prin reluarea acesteia la un nivel superior (predarea în spirală) a fost abandonată la reforma din 1997 pentru că profesorii coborîseră în gimnaziu marea parte a elementelor specifice unei a doua faze de parcurgere a geometriei. Datorită olimpiadelor a fost coborât în gimnaziu de-a lungul anilor tot ceea ce se făcea în anii ’70 în liceu, aşa că s-a considerat că nu mai avea sens repetarea materiei în clasele de liceu.

Aici este de remarcat şi o altă atitudine dăunătoare observabilă atât la profesori de rând, cât şi la cei din vârf, la autorii de programe şi manuale. Mulţi din itemii parcurşi în matematică pot fi abordaţi pe diverse căi, unele aflate pe scara evidenţei mai sus, altele mai jos. Este dureros când vezi că au fost alese prin programă şi manuale căi cu o evidenţă cât mai scăzută pentru elevi. Cu alte cuvinte, deseori se încearcă prezentarea lecţiilor într-o formă cât mai de neînţeles pentru elevi. Un exemplu în acest sens este prezentarea însumării vectorilor prin regula triunghiului şi omiterea totală a regulii paralelogramului. Ştiu că matematicienii se simt înjosiţi când trebuie să recunoască faptul că teoria lor a fost inspirată de o altă ştiinţă şi că “el, profesorul” nu este un mic Dumnezeu care creează tot capitolul respectiv din nimic, numai pe baza unor definiţii şi reguli date de el. Mai ştiu şi că regula triunghiului generează regula poligoanelor pentru însumarea mai multor vectori. Dar nici un argument nu poate convinge că la început nu e bine să pornim de la forma intuitivă a însumării a două forţe reprezentând cei doi vectori. Pentru orgoliul personal, de obicei al celor care au stabilit ordinea lecţiilor din programă sau a autorilor de manuale care visează să se ridice la nivelul de rigurozitate şi abstractizare al cursurilor universitare, sau chiar sunt universitari şi nu se pot coborî la nivelul celor cărora se adresează manualul respectiv, pentru orgoliul acestora este sacrificată înţelegerea temelor de studiu pentru mii de elevi care sunt puşi în situaţia de a învăţa ceva fără a înţelege despre ce este vorba. Pentru orice persoană capabilă de a empatiza cu elevii săi este evident că teoria stabilirii demonstraţiilor în funcţie de poziţionarea pe scara evidenţei ar trebui respectată de către cei care stabilesc ordinea şi linia lecţiilor şi a conţinutului acestora în programa şcolară.

Pe finalul acestui eseu mi-am propus să analizez din acest punct de vedere situaţia celei mai importante teoreme din matematica şcolară, teorema lui Pitagora. Legat de aceasta şi de prezentarea ei avem următoarele “date ale problemei” (facts pe engleză):

1) Teorema lui Pitagora se demonstrează în România  prin teorema catetei, aceasta la rândul ei fiind demonstrată prin asemănarea triunghiurilor. Aceasta se poate face undeva în semestrul al II-lea din clasa a VII-a, după studiul proporţionalităţii în geometrie. Se merge pe această cale “de când lumea şi pământul” şi cei mai mulţi profesori nici nu prea cunosc alte căi, deşi există sute de demonstraţii mai mult sau mai puţin diferite ale teoremei lui Pitagora.

2) Majoritatea demonstraţiilor teoremei sunt pe bază de arii, unele doar cu arii, altele pe bază de arii în combinaţie cu formulele de calcul prescurtat (şi acestea, cele de gradul II, cu interpretare de arii), iarăşi altele pe bază de arii şi transformări echivalente, multe pe bază de arii cu tapetări. Pe lângă acestea mai există şi altele, mai ciudate, de pildă cu trigonometrie, sau cu puterea punctului faţă de cerc (o interesantă camuflare a asemănării triunghiurilor); există chiar şi una cu vectori.

3) Există o presiune mare din partea colegilor de fizică de a parcurge teorema lui Pitagora mai repede, pentru că ei au nevoie de această teoremă la aplicaţii deja în semestrul I al clasei a VII-a în procesul de pregătire a olimpiadelor.

4) În programa nouă s-a introdus la sfârşitul clasei a VI-a teorema lui Pitagora (fără demonstraţie, verificări de triplete de numere pitagoreice, determinarea de lungimi folosind pătrate perfecte), (vezi pag. 16) chiar din acest motiv.

Să analizăm însă puţin cum stau lucrurile din punct de vedere al echilibrului de care am vorbit în partea a doua a eseului, triunghiul ROP cu cele trei componente ale predării matematicii şcolare. Acolo mă plângeam de dezechilibrarea situaţiei prin neglijarea aspectelor psihologice. Tot în partea a doua a eseului mi-am exprimat părerea că nu ar fi sănătos să încălcăm principiile elementare de ordonare a lecţiilor de geometrie demonstrând suma unghiurilor în triunghi prin folosirea unghiurilor dreptunghiului, figură încă neparcursă în această primă etapă cât de cât riguros ordonată. În acelaşi mod ne putem însă exprima nedumerirea şi indignarea legate de introducerea teoremei lui Pitagora în clasa a VI-a fără nici un fundament justificativ, la un nivel de matematică babilonian, şi asta doar pentru a face pe plac colegilor de la fizică. Nu există nici o legătură, intuitivă sau nu, între unghiul drept al unui triunghi şi egalitatea adusă de tripletele pitagoreice.

În echilibrul din triunghiul ROP al celor trei componente ale predării matematicii şcolare, neglijarea oricărei părţi este la fel de dăunătoare: învăţământul din vest neglijează masiv performanţa rezolvitorilor şi vedem cum suferă matematica lor în acest sens; în România au fost neglijate aproape 40 de ani aspectele de natură psihologică şi vedem la ce nivel de refuz al matematicii s-a ajuns la copii; acum urmează să mai experimentăm neglijarea aspectelor ce ţin de o cât de cât elementară rigoare a matematicii? Eu sigur nu-mi doresc aşa ceva!

Ce rezolvare există pentru această situaţie în care s-a ajuns? Nu am pretenţia că deţin un răspuns perfect la această întrebare, dar pot prezenta forma în care predau eu teorema lui Pitagora cu convingerea că oferă o soluţie de compromis, ce împacă “şi capra şi varza”. Soluţia de care vorbesc pleacă de la un nou aspect ce se adaugă celor patru “date ale problemei” (facts) prezentate mai sus:

5) Demonstraţiile cu arie la teorema lui Pitagora sunt situate pe scara evidenţei mai sus decât demonstraţia pe bază de teoorema catetei + asemănarea triunghiurilor (a nu se considera demonstraţia doar drumul de la teorema catetei până la teorema lui Pitagora; până în acest moment oricum cea mai mare parte a elevilor au fost “pierduţi pe drum”, victime ale capitolului întortocheat cu proporţionalitate şi asemănare a triunghiurilor, drum care în sine este trasat cât mai anti-intuitiv). Această afirmaţie este urmare a unei observaţii foarte evidente: noţiunea de arie este o noţiune clar mai vizibilă decât noţiunea de raport implicată în studiul proporţionalităţilor. Altfel spus, noţiunea de arie este mult mai uşor de cuprins prin gândirea intuitivă a elevilor decât noţiunile de raport şi proporţie. Chiar dacă proporţionalitatea a fost deja învăţată în clasa a VI-a, în a VII-a la geometrie puţini sunt cei care o pot cuprinde şi pătrunde cu adevărat, ieşind îmbogăţiţi din drumul în sine până la teorema lui Pitagora, aşa încât cei mai mulţi ajung speriaţi la cea mai importantă teoremă din matematica şcolară. Dimpotrivă, figura cu pătratele construite în exterior pe laturile unui triunghi dreptunghic este extrem de intuitivă, având un grad foarte mare de evidenţă: “Aha, dacă triunghiul este dreptunghic, atunci cele două pătrate mici construite pe catete fac exact cât pătratul cel mare construit pe ipotenuză”. Chiar şi această observaţie pe exemplul demonstraţiei teoremei lui Pitagora susţine din plin afirmaţia de mai sus în care am criticat înclinaţia unor profesori decidenţi de a alege căile pentru parcurgerea unor itemi sau a unor demonstraţii cât mai departe de evidenţa naturală.

În acest moment îmi permit să-l chem din nou în ajutor pe Eugen Rusu: Fiind dat un triunghi cu un unghi drept, aria pătratului construit pe ipotenuză este egală cu suma ariilor celor două pătrate construite pe catete. Pe scurt, noi spunem azi din A = 90o rezultă a2 = b2 + c2 şi reciproc. Întrucât grecii nu erau familiarizaţi cu calculul algebric, ei vedeau în a2 nu atât un număr-măsură ridicat la pătrat, ci o arie. De altfel, şi demonstraţia dată tot cu ajutorul ariilor, ne trimite la enunţul în prima formă. (pag. 38) Se bănuieşte că demonstraţia dată de şcoala lui Pitagora este cea din (…, pag. 40). Aici Eugen Rusu dă demonstraţia dorită, apoi încă două, amintind însă că sunt peste 500.

Revenind în lumea noastră, noi avem în semestrul I din clasa a VII-a un set de lecţii despre arii. Este evident că teorema lui Pitagora poate fi lesne integrată în cadrul acestui studiu despre arii, alegând una din multele demonstraţii cu arii ce le avem la dispoziţie (una mai uşoară, dacă nu-i cu supărare!!!). Ca urmare, nimic nu ne împiedică să parcurgem teorema lui Pitagora la jumătatea semestrului I.

Se poate face aşa ceva? De ce nu? Noi predăm din 1998 în această formă şi singurele impedimente întâlnite sunt comentariile mirate ale celor din jur şi nepotrivirea cu manualele şi cu culegerile avizate şi realizate conform programei. La o mare inspecţie (“brigadă”) de la începutul anilor 2000, în momentul când inspectorul de matematică a întrebat cum de face aşa ceva şi nu respectă programa, soţia mea i-a răspuns că nu-i normal ca cea mai importantă teoremă din şcoală să i-o facă înainte profesorul de fizică, mai ales că o face de mântuială, că ea nu-i de acord cu aşa ceva, iar asta este soluţia de remediere găsită ca aplicabilă.

CTG 30.01.2018 Straja, Lupeni, Hd

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *