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

În eseul de faţă am adunat o serie de gânduri despre predarea intuitivă a lecţiilor de geometrie din clasa a VI-a, prin prisma propriei experienţe, pe baza unor citate ale profesorului Eugen Rusu şi 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.

Acest “citat” este compilat din noua programă de matematică pentru clasele gimnaziale, unde la sugestiile metodologice (pag. 32) găsim următoarele sfaturi: …Caracteristicile şi proprietăţile configuraţiilor geometrice vor fi evidenţiate prin observare directă, experiment, măsurare, în sensul unei abordări căt mai naturale şi intuitive. … La tema Triunghiul caracteristicile şi proprietăţile configuraţiilor geometrice se vor evidenţia prin observare directă, experiment, măsurare, urmând ca după formarea deprinderilor de bază să se utilizeze raţionamente simple şi instrumente geometrice pentru realizarea desenelor specifice. …

Iată, în continuare, care este experienţa mea în acest sens. În vara anului 1996 (adică în urmă cu peste 21 de ani), încercând să înţeleg ce facem greşit în predarea geometriei, am avut o discuţie remarcabilă cu un profesor de la o şcoală de lângă Bremen, Germania. Îl rugasem pentru o “audienţă”, iar dânsul m-a poftit în sală de lectură a bibliotecii. Am luat loc la o masă iar eu am scos hârtie şi creion şi m-am apucat să-i arăt plin de zel un exemlu de demonstraţie geometrică de la noi din România. Ce mi-a trecut prin minte în acel moment? Să-i arăt cum demonstrăm noi că cele două diagonale într-un dreptunghi sunt congruente. Nu ştiu de ce, dar asta m-am gândit atunci. Zis şi făcut: m-am apucat frumos de demonstrat, întrerupându-mă după fiecare pas făcut şi întrebându-l dacă înţelege ce scriu. De fiecare dată el îmi răspundea că da, pricepe ce scriu (tot dialogul era desigur în germană). În final l-am întrebat ce părere are despre ce i-am scris acolo, iar el mi-a răspuns cu o contra-întrebare: de ce trebuie să demonstrezi că diagonalele în dreptunghi sunt congruente?

Am rămas “mască”. Imi simţeam rotiţele învârtindu-se nebuneşte în cap, în timp ce încercam să “traduc” cât de cât coerent răspunsul său. Ce vroia să zică? Veneam dintr-o lume total diferită de a lui. În discuţia respectivă nu am reuşit să obţin lămuriri suplimentare. Eu eram bulversat de răspunsul lui şi total nepregătit cum să cer lămuriri la un astfel de răspuns. De partea cealaltă, el nu pricepea ce vreau eu, desigur necunoscând preocuparea profesorilor români pentru rigurozitate, preocupare aflată la cote de-a dreptul obsesive în acele vremuri.

În anii următori m-am tot gândit la discuţia respectivă şi cu timpul am început să-mi traduc tot mai clar răspunsul acelui profesor. Concluzia la care am ajuns cu timpul este următoarea: trebuie să demonstrăm doar lucrurile neevidente pentru ochiul elevului. Toate afirmaţiile care se văd ca evidente nu trebuie să ajungă subiectul unei cerinţe de demonstrat (teoremă sau problemă, de pildă, situaţiile de simetrie, cum ar fi faptul că medianele duse pe laturile congruente ale unui triunghi sunt congruente).

Activând acest criteriu de selecţie, se elimină însă multe probleme, printre ele şi o mare parte din aplicaţiile metodei triunghiurilor congruente (marile perdante sunt cazurile ULU şi LLL). Un caz interesant de problemă ce rămâne totuşi, deşi deseori uitată, este cerinţa de a demonstra că într-o piramidă patrulateră regulată VABCD cu toate muchiile congruente, două muchii laterale opuse sunt întotdeauna perpendiculare. Demonstraţia la care mă refer se bazează pe congruenţa triunghiurilor VBD şi ABD în virtutea cazului de congruenţă LLL. Cel de-al doilea triunghi fiind dreptunghic în A, rezultă că şi primul este dreptunghic în V. În figura ce se face pentru această problemă cele două triunghiuri nu arată la fel, cerinţa fiind ca atare total neevidentă.

De curând am răsfoit din nou într-una din cărţile unui fost mare profesor metodist al anilor ’60-’70 şi am regăsit câteva citate deosebit de interesante în acest sens. În lucrarea sa  De la Tales la Einstein (Lyceum, ed. Albatros,1971), Eugen Rusu şi-a pus problema despre … mobilul psihologic care l-a împins pe Euclid spre rigurozitate. Dânsul dă imediat şi principalul răspuns: Această tendinţă spre riguros se naşte şi se accentuează din însăşi activitatea geometrică.

Important este să se pună problema de a căuta să descoperi lucruri noi, prin raţionament deductiv. Aceasta este destul ca, în cadrul acestei activităţi, să se pună de la sine, în mod din ce în ce mai acut, şi chestiunea rigurozităţii. Este interesant să ne oprim atenţia asupra acestui fenomen psihologic.

Cînd, pentru prima oară, ne simţim îndemnaţi să aflăm un adevăr nou, altfel decât prin experienţă directă, deci prin deducţie logică, aceasta nu se poate întîmpla pentru ceva care este “evident” prin intuiţie; aceasta se întîmplă cu o chestiune despre care simţurile nu ne dau informaţii precise şi sigure.

Teorema lui Pitagora, de exemplu, este departe de a fi o experienţă senzorială. Atunci cu adevărat ne vom simţi îndemnaţi să o “deducem” din lucruri cunoscute. Ar trebui completat aici Eugen Rusu cu următoarea observaţie: faţă de obişnuita demonstraţie bazată pe proporţionalităţi din asemănare (prin teorema catetei), demonstraţiile prin arii transformă, apropie, dă perceperii teoremei lui Pitagora o clară notă de experienţă senzorială. Acest fapt susţine o primă abordare şi demonstrare a acestei teoreme prin arii.

Declanşarea înclinaţiei spre raţionament deductiv nu poate începe cu chestiuni despre care nu ne îndoim, cum ar fi, de exemplu, că laturile unui dreptunghi sînt egale, fapt pe care însuşi Tales îl considera ca dat. Abia după ce mintea a fost stimulată şi antrenată la raţionament deductiv pentru descoperirea adevărurilor “neevidente”, din ce în ce mai multe enunţuri – considerate la început evidente – sînt puse sub semnul dubiului şi trecute sub proba deducţiilor. Astfel se naşte în interiorul activităţii geometrice înclinaţia spre demonstraţii din ce în ce mai riguroase şi, totodată, posibilitatea de a le aborda.

Din punct de vedere logic, este clar că trebuie început prin stabilirea teoremelor de bază şi apoi clădit, treptat, pe ele. Din punct de vedere psihologic însă, trebuie început “de la mijloc”, de acolo de unde lucrurile nu sînt evidente, ci îndoielnice, efectiv dubioase. Abia după ce s-a trăit experienţa vie a deducţiei şi s-au prins unele obişnuinţe, se va putea face o critică rodnică asupra lucrurilor pe care le-am considerat “evidente”; numai prin prisma acestei experienţe, evidenţele necontrolate pot fi zduncinate şi transformate în probleme propriu-zise. (pag. 65-66)

Un exemplu în acest sens îl dă Eugen Rusu la începutul cărtii, când vorbeşte despre spiritul euristic, luând cazul teoremei care susţine că orice punct de pe un semicerc formează cu capetele diametrului un triunghi dreptunghic. Să vedem cum explică autorul demonstrarea acestei teoreme pe o figură cu B şi C capetele diametrului şi A un punct oarecare pe semicercul centrat în O (în citatul următor am înlocuit desemnarea unghiului cu “acoperiş” cu desemnarea unghiului prin semnul actual obişnuit pentru unghi, din motive tehnice; acolo unde nu este semn pentru unghi înseamnă că nu era nici în textul original).

Să examinăm propoziţia respectivă. Astăzi o demonstrăm imediat cu ajutorul măsurii unghiurilor (Eugen Rusu se referă desigur la teorema ce ne dă măsura unghiurilor înscrise în cerc); cum va fi gîndit Tales, care nu cunoştea această teoremă pregătitoare? Deoarece OA = OB = OC, se formează două triunghiuri isoscele. Ele au unghiurile de la bază egale; deci A1 = B; A2 = C. Suma unghiurilor triunghiului ABC este deci 2A1 + 2A2 = 2BAC; rezultă că BAC este drept. Proprietatea în sine este destul de ascunsă; din definiţia cercului, deci din faptul că OA = OB = OC, se deduce că unghiul BAC este drept.

Descoperirea unei proprietăţi ascunse produce o anumită bucurie specific umană. Se spune că Tales a fost atît de entuziasmat de această descoperire – considerată cea mai frumoasă dintre descoperirile sale – încît, drept mulţumită, a sacrificat pe altarul zeilor un bou. Am menţionat printre teoremele lui Tales şi pe aceea care afirmă că unghiurile de la baza triunghiului isoscel sînt egale (în lucrare la pag.12). Aceasta – sînt sigur – nu l-a entuziasmat, pentru că nu era o proprietate ascunsă, era aproape evidentă. A enunţat-o numai pentru că i-a trebuit, a folosit-o în demonstraţia teoremei principale; probabil, pentru ea, nu a sacrificat zeilor nici măcar o gîscă. (pag. 19-20)

Merită să întrerupem aici şirul citatelor şi să analizăm un pic ce vrea să ne spună Eugen Rusu (şi în citatul de la pag. 66, dar şi în ultimul aliniat), anume faptul că la o primă cunoaştere a materiei, la o primă trecere prin geometrie, cum este cazul materiei gimnaziale, există în principiu două tipuri de proprietăţi:

1) teoremele reprezentând proprietăţi ascunse, neevidente, surprinzătoare (cum spun americanii, cu acel efect de UAU!); aceste teoreme trebuie dovedite pentru a fi crezute, ele meritând cu adevărat demonstrate împreună cu elevii.

2) teoremele reprezentând proprietăţi evidente, conţinând afirmaţii despre care nu ne îndoim, (vulgar spus: “la mintea cocoşului”); aceste proprietăţi sunt de enunţat doar pentru că ne trebuie ulterior la demonstrarea celor din prima categorie; demonstrarea lor este dăunătoare, plictisindu-i pe elevii de gimnaziu, abuzarea în acest sens provocându-le elevilor chiar o repulsie faţă de geometrie.

Trecând la Elementele lui Euclid ca manual didactic, Eugen Rusu continuă, punând “punctul pe i”. Imboldul scrierii Elementelor a fost de ordin pedagogic: a pune în mîna studenţilor un material sistematizat. Din nou, intenţia nu a coincis cu rezultatul. Euclid a devenit un mare creator de ştiinţă, creatorul primului sistem logico-deductiv, dar a rămas un lamentabil pedagog. Prima parte a acestui enunţ este unanim aceptată şi chiar Eugen Rusu se ocupă de această parte pe larg în lucrarea sa. Să vedem însă ce are de spus legat de a doua parte.

Principala critică ce se aduce Elementelor ca manual didactic se referă tocmai la forma de expunere. Deşi fiecare demonstraţie este absolut corectă din punct de vedere logic şi în general este cea mai simplă care se poate da, deşi ordinea în care se aşează propoziţiile este de asemenea cea mai naturală, totuşi, prin faptul că se folosesc demonstraţii sintetice, cititorul nu primeşte nici o indicaţie asupra felului cum s-a descoperit demonstraţia respectivă, el nu e pus în situaţia de a-şi forma o metodă, de a-şi educa gândirea creatoare. Pe de altă parte, un începător în studiul geometriei nu are încă educat simţul rigorii, nu simte încă nevoia unor demonstraţii pentru lucruri care i se par evidente.

Euclid prezintă matematica-rezultat. Pentru un om viu (adică pentru un elev, mai ales de gimnaziu), interesantă este însă matematica-proces. Nu să înveţe geometrie, ci să facă geometrie. Comentaiul de mai sus este cât se poate de natural: abordarea pe criterii riguros-euclidiene impusă în gimnaziu prin programa din 1981 (pe a cărei linie au mers şi programele din ultimul sfert de secol), această abordare este una total nepotrivită elevilor plini de viaţă din ciclul gimnazial forţându-i pe aceştia în cunoaşterea unei geometrii moarte. Felul în care mare parte dintre elevi refuză această disciplină, criticând orele de geometrie, este o consecinţă absolut naturală a prezentării materiei la clasă în acest fel.

Efortul de a învăţa geometrie, după un manual scris în stil euclidic, este penibil. Şi fiindcă 2000 de ani Euclid a servit ca manual, a chinuit şi îndepărtat de geometrie multe generaţii de elevi. Un autor tîrziu care încercase să facă o expunere mai atrăgătoare i-a pus titlul: Euclid, fără lacrimi – titlu semnificativ care arată că Euclidul original era cu lacrimi. (pag. 67-69)

Această idee, faptul că Elementele lui Euclid nu ar trebui să reprezinte un model pentru organizarea manualelor şcolare, implicit şi a programei şcolare, mai ales pentru clasele gimnaziale când elevii trebuie să înveţe primii paşi în gândirea logico-deductivă, această idee este reluată de Eugen Rusu şi în lucrarea Problematizare şi probleme în matematica şcolară (Ed. didactică şi pedagogică, 1978):

Şi aici, Euclid – excelent logician, dar lamentabil pedagog – a greşit spunând: nu există un drum scurt, pentru regi. Nu putem şti toate amănuntele în toate domeniile, trebuie să existe un drum mai scurt dacă ţintim ideile esenţiale. (pag. 25) La ce “amănunte” se poate renunţa însă? Eugen Rusu ne oferă în prima lucrare amintită câteva criterii: este recomandabil să renunţăm la demonstrarea faptelor evidente din punct de vedere a intuiţiei, materia trebuind organizată mai degrabă artistic, ca o poveste, ca o piesă de teatru, centrată pe scoaterea în evidenţă a momentelor de suspans. Cele mai multe din cunoştinţe trebuie enumerate, contabilizate, ele fiind însă tratate mai superficial, doar ca simple unelte, singurul lor scop fiind de a fi pregătite la dispoziţia şi în folosul marilor momente ce urmează, totul fiind organizat şi regizat într-un proces cu veleităţi artistice ce trezeşte sentimente de uimire, în al cărui ductus şi pe ale cărui “valuri” se formează încetul cu încetul gândirea logico-matematică a elevilor. Dar, oare care sunt momentele de uimire ce trebuie susţinute printr-o demonstraţie? Din materia de introducere a principalelor figuri geometrice, pot fi alese ca surprinzătoare următoarele teoreme:

  • suma unghiurilor în triunghi este exact de 180o;
  • unghiul exterior unui triunghi este egal cu suma unghiurilor interioare neadiacente;
  • suma unghiurilor exterioare unui triunghi este de 360o;
  • un triunghi isoscel cu un unghi de 60o este automat echilateral;
  • un triunghi cu vârful pe semicercul cu baza ca diametru este triunghi dreptunghic;
  • mediana pe ipotenuză este jumătate din aceasta;
  • cateta opusă unghiului de 30o este jumătate din ipotenuză;
  • suma unghiurilor în orice patrulater (convex sau concav) este de 360o;
  • suma unghiurilor exterioare unui patrulater convex este tot de 360o.

Între acestea se poate face desigur o posibilă ierarhizare, anume care sunt cu adevărat surprinzătoare şi la care deducerea este totuşi destul de “transparentă”. Pe lângă acestea mai există desigur şi alte momente de uimire ce nu pot fi susţinute de o demonstraţie în prima fază. De pildă, concurenţa liniilor importante de un anumit fel în triunghi nu poate fi demonstrată în prima fază, fiind mult prea dificilă pentru elevii aflaţi în stadiul incipient de formare a artei demonstraţiilor. În aceste situaţii elevii vor accepta fără probleme lipsa unei demonstraţii, văzând cu ochiul liber că, dacă desenul este bine făcut, liniile respective sunt concurente (oricum, obiectivul din clasa aVI-a al lecţiei despre liniile importante în triunghi este cunoaşterea acestora şi nu epuizarea tuturor aspectelor legate de ele).

Observăm că cele mai multe teoreme din lista de mai sus sunt legate de unghiuri. Toate restul proprietăţilor studiate (mai exact, contabilizate), toate acestea nu au rost a fi demonstrate într-o primă fază de cunoaştere a geometriei, scopurile lor fiind doar de a folosi în demonstrarea unor afirmaţii neevidente. Desigur că toate aceste aspecte sunt valabile şi în ceea ce priveşte problemele alese. Vor fi evitate probleme a căror cerinţă este evidentă şi se vede “cu ochiul liber” în figură, căutându-se constant probleme cu cerinţă neevidentă, surprinzătoare. La metoda triunghiurilor congruente, de pildă, se vor evita problemele a căror figură are simetrie axială sau simetrie centrală (acestea merită făcute doar de dragul evidenţierii unor elemente congruente de un anumit tip).

Printre comentariile la citatele lui Eugen Rusu din acest eseu, am folosit uneori expresia “la o primă trecere prin materie”, cu variante alternative de tipul “la o primă cunoaştere” etc., referindu-mă la primul contact al elevilor cu geometria, contact care are loc în clasele 6-8 gimnaziale. În lucrarea despre Problematizare, dânsul scrie (la pag. 23) despre Matematica privită ca obiect de cultură generală, anume că este un sistem logic deductiv, dând ca exemplu geometria în etapa a doua de studiu. Este vorba aici de geometria ce se făcea pe vremuri în clasele 9-10 într-o reluare de sistematizare, ce îi ajuta foarte mult pe elevi să-şi stabilizeze noţiunile şi procesele de gândire deductivă matematică. Din păcate, această materie a fost eliminată din programă la finele anilor ’90, dar acesta este un alt subiect de discuţie. C.Titus Grigorovici 10.01.2018

Leave a Reply

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

Solve : *
29 + 13 =