czwartek, 28 marca 2019

To nie jest matematyka - czyli o błędach jakich popełniać nie wolno (1)

Pojawia się nowa seria, które będzie poświęcona temu czego być nie powinno. Mam na myśli poważne błędy, złe podejście, nieprawidłowe spojrzenie czy też krzywe (błędne) rozumowanie.

Tematów niestety jest co najmniej kilkanaście, a będzie na pewno kilkadziesiąt. Różnica jakościowa między tematami będzie widoczna, ale na pewno problemy i zagadnienia, które będę poruszał są istotne. Czy tylko dla mnie? Nie. Przede wszystkim dla dzieci. Których? Tych, które same nie mogą się obronić oraz tych, których głos nie zostanie usłyszany, nawet jeśli mają rację. Można powiedzieć, że będę próbował zajmować rolę Rzecznika Rozwoju Dziecka w ujęciu matematycznym. I od razu dodam, że nikt mi za to nie płaci, nie jest to również moja praca w ujęciu powszechnym, ale uważam to za pewnego rodzaju moralny obowiązek (a raczej przywilej). Niestety często ktoś musi powiedzieć to co jest niewdzięczne, a bywa tak, że niewiele osób ma na to ochotę. I mam na myśli osoby, które wiedzą co mówią i potrafią podać słuszne argumenty na poparcie swoich poglądów. Natomiast niewiele jest ogólnodostępnych i bezpłatnych artykułów w których wyraźnie opisuje się problemy i podaje możliwe rozwiązania.

Pierwszym z problemów, który nagminnie się powtarza jest podważanie prawa przemienności mnożenia. Otóż każdy szanujący się nauczyciel doskonale wie, że w mnożeniu możemy dowolnie zmieniać czynniki, a wynik nadal nie ulegnie zmianie. Inaczej mówiąc, jeśli mnożymy 3x5, to jest to samo co mnożenie 5x3.

I nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie fakt, że duża część nauczycieli edukacji wczesnoszkolnej (od razu zaznaczam, że nie wszyscy, ale i tak zdecydowanie zbyt dużo osób) podważa ten fakt. Konsekwencją tego jest to, że uczeń ma skreślane prawidłowe rozwiązanie (zapis), na rzecz tego samego, tyle że w zmienionej kolejności. Co się dzieje w takim wypadku? Pozwolę sobie wymienić w punktach szkody jakie są wyrządzane dziecku:

1) zostaje zaburzony matematyczny sens prawa przemienności mnożenia. Na dalszym etapie dziecko nie wie kiedy może zamieniać czynniki a kiedy tego nie może zrobić.

2) zostaje zaburzone poczucie pewności dziecka. Dziecko zaczyna wierzyć w to, że jest głupie, że nic nie potrafi i wmawia sobie, że nawet najprostszych rzeczy nie potrafi wykonać poprawnie i ich nie rozumie.

3) zostaje zaburzone poczucie sprawstwa. Jeden z kluczowych elementów w procesie nauki i rozwoju. Jeśli dziecko samodzielnie potrafi coś zrobić, to będzie miało ochotę i odwagę do tego, aby robić kolejne rzeczy. I często takie, które są uznawane za trudne lub wymagające więcej wysiłku, sprytu, innego podejścia czy też po prostu wytrwałości w dążeniu do celu.

4) zostaje zaburzony sens nauki matematyki na dalszych etapach. Skoro na początku nie wolno zamieniać czynników w mnożeniu (klasa 2-3 edukacji wczesnoszkolnej), a potem pani w klasie 4-8 wymaga tego, aby dziecko płynnie nie tylko mnożyło, ale przede wszystkim rozumiało zasadę przemienności. No i wtedy nasze dziecko kompletnie głupieje.

I teraz pokażę jakie są argumenty zwolenników, którzy twierdzą, że dzieci najpierw muszą być kompletnie źle uczone, po to, aby potem mogły być uczone poprawnie?! Przy okazji dodam, że będę je obalał jeden po drugim, tak aby nikt nie zarzucił mi, że argumenty są słuszne, a ja się czepiam.

Osoby, które źle nauczają dzieci na poziomie edukacji wczesnoszkolnej nie uznają tego, że oba poniższe zdania oznaczają dokładnie to samo:

1) Jasiu miał pięć banknotów dziesięciozłotowych,
2) Jasiu miał dziesięciozłotowych banknotów pięć sztuk.

1) Kasia kupiła trzy książki po dziesięć złotych za sztukę
2) Dziesięć złotych za każdą sztukę książki, a takich Kasia zakupiła trzy.

Druga wersja powyższych zdań jest trudniejsza w zrozumieniu (napisaniu), ponieważ brzmi znacznie mniej naturalnie. Wynika to ze struktury naszego języka, więc pretensje można mieć do tych, którzy tworzyli bądź tworzą język. Niemniej logicznie obie są poprawne i nie można im nic zarzucić. Tak samo jak "Janek poszedł wczoraj do sklepu" w porównaniu do zdania: "Do sklepu poszedł Janek wczoraj".

Teraz najcięższe działo, którym posługują się nauczyciele edukacji wczesnoszkolnej, ale niestety naboje są słabej mocy, nawet jeśli wyglądają groźnie.

A) Mama dała po 3 cukierki każdemu z sześciorga swoich dzieci.
B) Mama dała po 6 cukierków każdemu z trojga swoich dzieci.

Tutaj działania są oczywiste: 3x6 oraz odpowiednio 6x3. Wynikiem będzie to, że w obu wypadkach mama musiała dać wszystkim dzieciom łącznie 18 cukierków.

A) Każde z pięciorga dzieci ma na swojej bluzce po 8 guzików.
B) Każde z ośmiorga dzieci ma na swojej bluzce po 5 guzików.

I znowu działania są oczywiste: 5x8 oraz odpowiednio 8x5. Wynikiem będzie to, że w obu wypadkach wszystkie dzieci mają łącznie 40 guzików.

No i nauczyciele, którzy uważają, że znają się na matematyce (w domyśle lepiej niż bardziej wykwalifikowani i doświadczeni matematycy) twierdzą, że w powyższych przypadkach zapis 3x6 nie będzie oznaczał 6x3, zaś 5x8 nie będzie równy 8x5. I teraz gwóźdź programu. Nauczyciele edukacji wczesnoszkolnej twierdzą, że gdyby uczyli prawidłowo, wówczas dzieci nie byłyby w stanie odróżnić tego, że trzeba przynieść i wręczyć po 3 cukierki dla każdej z sześciu osób. Ba! Nie mogłyby odróżnić tego, że mają dać po 6 cukierków dla każdego z trojga dzieci! To ja się grzecznie i mało spokojnie pytam - ILE CUKIERKÓW za każdym razem musiało przynieść dziecko, by je prawidłowo rozdzielić między dzieci? Czy przypadkiem w obu przykładach nie było to 18 cukierków? A co z argumentem dotyczącym tego, że dzieci zamiast dać trojgu dzieciom po 6 cukierków... nagle zgłupieją i dadzą sześciu dzieciom po trzy cukierki?! Oznajmiam wszem i wobec, że jeśli nie mamy do czynienia dziećmi upośledzonymi bądź głuchymi albo złośliwymi... to takie przypadki nie będą miały miejsca. Jeśli polecenie jest: "Daj trojgu dzieciom", to można napisać "Trojgu, czyli Kasi, Tomkowi i Agatce". Natomiast w przypadku, gdy trzeba rozdać cukierki dla sześciorga dzieci, wtedy wypisujemy, żeby dać "Kasi, Tomkowi i Agatce, Kamilowi, Marlenie oraz Wioli".

A teraz proste argumenty za tym, że mnożenie jest przemienne:

1) Weźmy dla przykładu osiem kwadratów (obiektów)
2) Narysujmy je najpierw poziomo - jako 2 rzędy i 4 kolumny
3) Odwróćmy obrazek o 90 stopni (czyli postawmy go pionowo) - teraz widnieje jako 4 rzędy i 2 kolumny

I teraz wniosek. Czy obrócenie dało inny wynik? Czy jest to 4x2 czy 2x4? Czy istota została zachowana? Jak ktoś nadal ma trudności ze zrozumieniem. Weźmy pięciozłotową monetę. Która ze stron mówi o tym, że moneta, którą chcemy zapłacić ma wartość 5 złotych? Wtedy gdy płacimy za pomocą reszki czy orła? Nauczyciele edukacji wczesnoszkolnej niestety uważają, że tylko wtedy, gdy "jak widać cyferkę". A prawda jest taka, że to nie ma znaczenia - płacąc z dowolnej strony (kładąc monetę orłem bądź reszką) nadal posługujemy się tą samą monetą - o nominale pięciu złotych. I to nawet wtedy, jeśli pani w sklepie powie nam, że można płacić tylko "z góry" (wtedy, gdy widać reszkę i symbol cyfry pięć). Jak dalej ktoś nie czuje i nie rozumie sensu, to proszę zrobić eksperyment z banknotem (50-złotowym lub 100-złotowym). Proszę udać się do sklepu i przy kasie zapytać panią czy zgodzi się przyjąć jako rozliczenie banknot 50 (albo 100) złotowy, ale odwrócony "do góry nogami". Mina pani przy kasie może być bezcenna. Przy okazji wspomnę, że nie biorę odpowiedzialności w przypadku, gdy zostanie wezwana osoby z ochrony. Niemniej lekcja zapewne będzie na długo w pamięci (i wierzę, że również w umyśle).

Jak nadal ktoś chce sprawdzić czy dzieci rozumieją o co chodzi, to proszę położyć na prostokątnej tacy 12 cukierków rozłożonych jako 2 rzędy po 6 cukierków. Proszę poprosić o przeliczenie cukierków i zapisanie na karteczce obok. Następnie dziecko samodzielnie obraca tacę o 90 stopni i kolejny raz zapisuje liczbę cukierków. Dalej robi to samo (obrót w jedną stronę o 90 stopni) i znowu zapisuje wynik. Po dwukrotnym obrocie pytamy dziecko czy taca już tak samo wyglądała (ułożenie cukierków). I ostatnia część doświadczenia polega na tym samym, ale obrót w przeciwną stronę. Pytanie czy za każdym razem będzie 12 cukierków czy też po obrocie będzie ich liczba ulegała zwiększeniu lub zmniejszeniu? Warto patrzeć na minę dziecka, które odkrywa fakt, iż obrót nie wpływa na wynik oraz tego, które doskonale o tym wie i będzie patrzeć na nas jak na wariata...

Podsumowanie: mnożenie jest przemienne i to już wiadomo od setek lat. Uparte uczenie tego, że nie jest, podając argument o tym, że dziecko nie umie rozpoznać trzech osób od sześciu (podobnie jak cukierków) jest mówiąc delikatnie "bardzo słaby" (na myśli ciśnie się wulgarny wyraz i tutaj solidni matematyce na pewno doskonale to czują). Jeśli dziecko ma problemy ze wzrokiem to trzeba udać się do okulisty, ze słuchem - do laryngologa, ale jeśli nauczyciel ma problemy ze zrozumieniem istoty przemienności... to błagam, aby przesłać odnośnik (link) do tego artykułu. Można także wydrukować i pokazywać tym, którzy podważają święte prawo matematyki. I nawet można pokazać eksperymenty oraz argumenty, które powyżej opisuję. Tylko na litość boską i nadludzką - nigdy, przenigdy nie krzywdźmy dzieci tym, że niszczymy jego potencjał i w ten sposób zniechęcamy do matematyki. No i na koniec, warto być krytycznym wobec ekspertów. Niestety jeden z bardzo znanych ekspertów (kobieta, która wydała książkę o nauczaniu matematyki) właśnie w taki sposób naucza, a jeśli nauczyciele nie dotrą do tego o czym piszę (inni nie mają czasu albo ręce im opadają, gdy widzą takie cuda). I moje argumenty w żaden sposób nie ruszyły panią ekspert. Dlatego dziś tak trudno o to, aby nauka była solidna oraz rozwojowa - nie bardzo wiadomo na czym się oprzeć i kogo słuchać. Na pewno jednak warto czytać, myśleć oraz samodzielnie oceniać poziom argumentów i wyciągać wnioski. Jeśli wnioski są silniejsze niż zdanie eksperta, to coś ważnego w tym może się kryć.

Przy okazji bardzo dziękuję za pomoc i konsultację polonistyczną pani Katarzynie F-S. oraz zachętę ze strony pasjonatów matematyki... do napisania o tym czego nie chce pisać nikt z zawodowych matematyków. Dlaczego? Otóż mają oni poczucie, że i tak nic nie zmienią albo też nie chcą pisać o podważaniu świętego prawa, aby inni nie patrzyli na nich jak na wariatów. Ja na szczęście nie jestem zawodowym matematykiem, więc biorę na siebie wszelkie gromy z jasnego nieba. Dodam, że odpowiedzialni i krytyczny nauczyciele edukacji wczesnoszkolnej doskonale zdają sobie sprawę z tego co wyprawiają ich koledzy lub koleżanki "po fachu". Warto jednak o tym mówić, bo chodzi o dobro dzieci, a nie tylko to czyja prawda jest najprawdziwsza.

ZAŁĄCZNIK, który sprawił, że napisanie tego artykułu było więcej niż absolutnie konieczne

niedziela, 24 marca 2019

Wysokość w figurach rewelacyjnie opisana - to matematyka świetnie zrozumiana i solidnie opanowana - cz.5

Tym razem powiemy sobie co nieco na temat specjalnych trójkątów równoramiennych. Wbrew pozorom jest kilka elementów, które albo nie są ujawniane albo nie są oczywiste. Uważam, że powinniśmy te tajemnice odkrywać, zwłaszcza iż mogą one być wykorzystywane do lepszego zrozumienia zagadnienia figur płaskich i istotnych relacji w nich oraz między nimi.

Trójkąty równoramienne to te, które mają dwa ramiona tej samej długości. Trzeci bok nie ma znaczenia - jego długość może być różna, ale może być także identyczna jak oba ramiona.

W obecnej odsłonie pominiemy trójkąt równoboczny, pomimo że jest także rodzajem trójkąta równoramiennego (bo można znaleźć w nim dwa ramiona tej samej długości). Jeszcze będziemy mieli kiedyś okazję przyjrzeć mu się z bliska.

Zastanówmy się co by się stało, gdybyśmy wzięli dwie figury - kwadrat i romb, a następnie rozcięli je wzdłuż przekątnych? Otóż wtedy powstałyby: półkwadratus i półrombus. Co takiego??! Zobaczmy.


PÓŁKWADRATUS powstały w wyniku przecięcia rombu wzdłuż dowolnej przekątnej

W przypadku rozcięcia kwadratu, powstaje tylko jeden rodzaj trójkąta równoramiennego. Jest to trójkąt prostokątny, który ma oba kąty ostre równej miary (po 45 stopni).

PÓŁROMBUS powstały w wyniku przecięcia rombu wzdłuż dłuższej przekątnej
PÓŁROMBUS powstały w wyniku przecięcia rombu wzdłuż krótszej przekątnej

Natomiast gdybyśmy rozcięli romb (nie będącym kwadratem) wzdłuż dowolnej przekątnej (raz jednej, raz drugiej), wtedy w wyniku rozcięcia mogą powstać dwa rodzaje trójkątów. Jeden trójkąt będzie rozwartokątny, natomiast drugi - ostrokątny. I łatwo zauważyć, że ten pierwszy powstanie wówczas, gdy przetniemy romb dłuższą przekątną, zaś ten drugi - krótszą.


ROZPOZNAWANIE TRÓJKĄTA RÓWNORAMIENNEGO

Po czym można poznać, że mamy przed sobą trójkąt równoramienny? Mam kilka propozycji związanych z tym, aby to szybko zapamiętać.

1) Jeśli rozcinamy kwadrat wzdłuż (dowolnej) przekątnej

2) Jeśli rozcinamy romb wzdłuż (dowolnej) przekątnej

3) Gdy dwa boki trójkąta mają tą samą długość

4) Gdy dwa kąty trójkąta mają tą samą miarę

5) Gdy wszystkie boki trójkąta mają tą samą długość

6) Gdy wszystkie kąty trójkąta mają tą samą miarę

W przypadku punktu 5 i 6, gdy trójkąt ma wszystkie kąty tej samej miary lub boki tej samej długości (po 60 stopni każdy), wówczas mamy do czynienia z trójkątem równobocznym. Trójkąt równoboczny jest szczególnym (wyjątkowym) przykładem trójkąta równoramiennego, ponieważ w pełni spełnia jego definicję. Inaczej mówiąc każdy trójkąt równoboczny jest trójkątem równoramiennym, ale nie każdy trójkąt równoramienny jest równobocznym.


ROZPOZNAWANIE TRÓJKĄTA PÓŁKWADRATUSA

Półkwadratus, to trójkąt mający kąt prosty i równe ramiona. Powstaje z przecięcia kwadratu dowolną przekątną.

Po czym natomiast rozpoznać półkwadratusa? Jest to trójkąt mający kąt prosty oraz:

1) ma dwa boki tej samej długości (np. 4 cm, 4 cm)

2) ma dwa kąty tej samej miary (tylko jedna możliwość: oba kąty po 45 stopni)

3) ma przynajmniej jeden kąt 45 stopni (wówczas drugi też musi być taki sam)

4) ma dwa boki, którego jeden bok ma wartość podstawową (x), a drugi większy od niego prawie 1,5 razy większy (dokładnie pierwiastek z dwóch razy większy/dłuższy od tego {x})


ROZPOZNAWANIE TRÓJKĄTA PÓŁROMBUSA

Półrombus, to trójkąt mający dwa kąty ostre i jeden rozwarty (gdy rozetniemy romb wzdłuż dłuższej przekątnej) lub też wszystkie kąty ostre (gdy rozetniemy romb wzdłuż krótszej przekątnej). Powstaje z przecięcia rombu dowolną przekątną.

Teraz zastanówmy się po czym rozpoznać półrombusa? Jest to trójkąt nie mający kąta prostego, ale mający:

1) kąt rozwarty i dwa identyczne kąty ostre (np. 100, 40, 40)

2) wszystkie kąty ostre, ale tylko dwa tej samej miary (np. 80, 80, 20)

3) kąt rozwarty i dwa boki tej samej długości (np. 100 stopni, 5cm, 5cm)

4) kąt ostry i dwa boki tej samej długości (np. 20 stopni, 5cm, 5cm)

5) dwa kąty ostre tej samej miary, ale inne niż 45 stopni (np. 40, 40)

6) wszystkie boki równe (tylko jedna opcja: trójkąt równoboczny, np. 4, 4, 4)

7) wszystkie kąty ostre tej samej miary (tylko jedna opcja: trójkąt równoboczny: 60, 60, 60)


W przypadku gdy nasz półrombus jest trójkątem równobocznym (przypadek 6 i 7), wówczas masz romb ma następujące właściwości:

a) jego pole składa się z (pola) dwóch trójkątów równobocznych

b) krótsza przekątna jest równa długości dowolnego boku rombu

c) dłuższa przekątna jest równa długości dwóch wysokości trójkąta równobocznego

d) kąty ostre w rombie mają po 60 stopni, zaś rozwarte po 120.

e) dołożenie (doklejenie) identycznego trójkąta do dowolnego boku rombu, sprawi, że powstanie specyficzny trapez równoramienny, w którym dłuższa podstawa jest 3 razy dłuższa od krótszej (lub ramienia), zaś każde z ramion trapezu jest równe krótszej podstawie


ZESTAW PROPOZYCJI TWÓRCZYCH ĆWICZEŃ DLA DZIECI - RYSOWANIE, UKŁADANIE, ROZCINANIE, ŁĄCZENIE i WNIOSKI

Na bazie tych właściwości można zaprojektować bardzo ciekawe i rozwijające twórczość ćwiczenia. Możliwości jest dość dużo i każdy samodzielnie bez trudu może sobie je stworzyć. Ja podaję przykładowe pytania, które pomogą ukierunkować nasze poszukiwania.

1) Narysuj dowolny romb i rozetnij go wzdłuż krótszej przekątnej

2) Narysuj dowolny romb i rozetnij go wzdłuż dłuższej przekątnej

3) Narysuj dowolny kwadrat i rozetnij go wzdłuż krótszej przekątnej

4) Narysuj dowolny kwadrat i rozetnij go wzdłuż dłuższej przekątnej

5) Ułóż obok siebie przylegające półrombusy i opisz to co zauważasz

a) jakie figury tworzą gdy przykładamy je najkrótszym, a jakie najdłuższym bokiem?

b) czy są różnice w przypadku układania rombusów ostrokątnych i rozwartokątnych?

c) ile co najmniej półrombusów muszą mieć kolejne (coraz większe) trójkąty, kwadraty, prostokąty, romby i trapezy?

6) Ułóż obok siebie przylegające półkwadratusy i opisz to co zauważasz

a) jakie figury tworzą gdy przykładamy je najkrótszym, a jakie najdłuższym bokiem?

b) ile co najmniej półkwadratusów muszą mieć kolejne (coraz większe) trójkąty, kwadraty, prostokąty, romby i trapezy?

7) Narysuj bardzo duży kwadrat. Następne wytnij go i rysuj przekątną, a potem rozcinaj go wzdłuż niej, zrób tak za każdy razem z figurą, która pozostała po obcięciu. Co zauważasz?

8) Narysuj bardzo duży romb mający dwa kąty rozwarte (inne niż 120 stopni). Następne wytnij go i rysuj dłuższą przekątną, a potem rozetnij go wzdłuż niej. Następnie w powstałym trójkącie narysuj wysokość i rozetnij ten trójkąt wzdłuż niej. Zrób tak za każdy razem z figurą, która pozostała po obcięciu. Co zauważasz?

9) Narysuj bardzo duży romb mający dwa kąty rozwarty (każdy po 120 stopni, czyli figura składająca się z dwóch trójkątów równobocznych). Następne wytnij go i rysuj krótszą przekątną, a potem rozetnij go wzdłuż niej. Następnie w powstałym trójkącie narysuj wysokość i rozetnij ten trójkąt wzdłuż niej. Zrób tak za każdy razem z figurą, która pozostała po obcięciu. Co zauważasz?

10) Narysuj bardzo duży trójkąt równoboczny i wytnij go (np. z kartki papieru). Następnie w powstałym trójkącie narysuj punkt, który jest połową długości każdego boku (aby go znaleźć wystarczy, że z dowolnego wierzchołka poprowadzisz wysokość do danego boku). Teraz połącz te punkty ze sobą za pomocą odcinków. Następnie wzdłuż tych narysowanych odcinków rozetnij ten trójkąt. Weź dowolną (jedną) z powstałych w ten sposób figur i postępuj tak samo. Co zauważasz?

11) Narysuj bardzo duży kwadrat i wytnij go (np. z kartki papieru). Następnie w powstałym kwadracie narysuj punkt, który jest połową długości każdego boku. Teraz połącz te punkty ze sobą za pomocą odcinków. Następnie wzdłuż tych narysowanych odcinków rozetnij ten kwadrat. Weź największą w ten sposób figur i dalej postępuj tak samo. Co zauważasz?


Podsumowanie: zagadnienie i omawianie własności trójkątów równoramiennych, rombów i kwadratów wcale nie musi być nudne. Ba! Nie musi również opierać się wyłącznie o liczenie, liczenie i obliczanie w nieskończoność. Chodzi bowiem o wyciąganie wniosków, tworzenie i odkrywanie istotnych relacji w figurach oraz pobudzanie i zaspokajanie ciekawości. Dzięki takim ćwiczeniom i zabawie, możliwe jest doświadczanie piękna matematyki bez konieczności wykonywania jakichkolwiek obliczeń!

Cyferki są ważne tylko do tego, aby dawać nam pojęcie o otaczającej nas rzeczywistości. Jeśli bowiem odkryjemy, że pola kwadratów w kwadracie mają się do siebie tak samo lub inaczej niż trójkątów w trójkącie, wówczas naturalną koleją rzeczy jest sprawdzenie jak to będzie w przypadku gdy dodamy koła.

Czy koła w trójkątach będą się szybciej zwiększać bądź zmniejszać niż w kwadratach? Co się dzieje w przypadku, gdy łączymy ze sobą trójkąty, kwadraty czy nawet trapezy? Czy możemy w ten sposób wyłożyć płytki w naszym pokoju? Tak, to właśnie dzięki takim ćwiczeniom umysł zostaje pobudzony w kierunku architektury, wystroju wnętrz, sprawdzania wytrzymałości konstrukcji, projektowaniu pomieszczeń czy innych specjalizacji.

Jeśli damy dzieciom odpowiednie warunki do rozwoju, wówczas ich ciekawość samodzielnie będzie je prowadzić w kierunku tego co ich pociąga. Wystarczy tylko stworzyć odpowiednie warunki i zachęcać do tworzenia, sprawdzania, opisywania, odkrywania i wnioskowania. Liczenie zapewnią nam maszyny, a w najgorszym wypadku programiści, którzy napiszą program, który będzie za nas wykonywał obliczenia.

sobota, 23 marca 2019

Wysokość w figurach rewelacyjnie opisana - to matematyka świetnie zrozumiana i solidnie opanowana - cz.4

W dzisiejszej odsłonie zobaczymy co się wiąże z tymi figurami i dlaczego ich podział oraz wysokości będą nam bardzo pomocne, gdy będziemy odkrywali wzory pozwalające obliczać ich pola. Mam nadzieję, że powoli staje się jasne to, że przy dobrych i ciekawych sposobach nauki, matematyka może być nie tylko ciekawa, ale również piękna i odkrywana za pomocą dobrej zabawy!...

Skąd się biorą wzory na trójkąty i czworokąty?

Na początek trzeba wyjaśnić dlaczego pole wyrażamy w jednostkach kwadratowych. Często bowiem dzieci nie wiedzą czy mają zapisać na końcu obliczeń - "centymetr", "centymetr kwadratowy" czy być może jeszcze inne oznaczenie? Pole to pewien obszar, którym możemy pokryć daną figurę... identycznymi kwadratami! Tak! Stąd właśnie nazwa "jednostki kwadratowe" (a nie chociażby jednostki trójkątne). Warto zaznaczyć, że w przypadku pola, które nie wyraża się liczbą całkowitą, dany obszar figury może zawierać też pewną część kwadratu. Inaczej mówiąc pole nie każdej z figury można za pomocą całych identycznych kwadratów. To jednak mało istotny szczegół.

Można zatem powiedzieć, że pole danej figury, to liczba identycznych kwadratów, które zmieszczą się w danej figurze. Inaczej mówiąc, pole wyrażamy w jednostkach kwadratowych. Dlaczego? Ponieważ kwadraty są najbardziej pasującymi figurami, które można łatwo dopasowywać i kroić na mniejsze części. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, aby spróbować pobawić się w to, żeby zmierzyć obszar (pole) figury za pomocą trójkątów prostokątnych (połówka kwadratu) lub nawet równobocznych. Jedyny warunek jest taki, że figury za pomocą których mierzymy pole innej figury, muszą być jednakowe.


POLA FIGUR JAKO ODNIESIENIE DO PROSTOKĄTA

Jak obliczamy pole w trójkącie? Otóż najprościej biorąc w przypadku trójkąta mamy do czynienia tak naprawdę z połową prostokąta.

I teraz gdybyśmy chcieli dowiedzieć się ile małych kwadratów mieści się w takim prostokącie, wówczas wystarczyłoby podstawę pomnożyć przez wysokość. Nieco ściślej mówiąc - długość podstawy mnożymy przez długość wysokości - obie z nich muszą być nam znane.

Przykładowo jeśli długość podstawy wynosi 8 kwadratów, a wysokość to 4 kwadraty, wtedy pole całej figury wynosi 8x4=32 kwadraty. I jeśli każdy taki kwadrat ma bok o długości jednego centymetra, wtedy pole będzie wyrażane w centymetrach kwadratowych. Oczywiście gdybyśmy mierzyli kwadratami o długości jednego metra, wtedy otrzymany wynik byłby w metrach kwadratowych. Prawda, że proste? Inaczej mówiąc, mierzymy kwadratami większymi lub mniejszymi, ale za każdym razem tej samej wielkości.

No dobrze. Wiemy już jak obliczać pole prostokąta, ale co z naszym trójkątem? Jeśli podzielimy nasz prostokąt wzdłuż przekątnej, wtedy otrzymamy dwa identyczne trójkąty. Czyli pole trójkąta jest połową pola prostokąta, który powstał z przekrojenia prostokąta za pomocą przekątnej. W takim układzie pole trójkąta będzie miało wartość: 32/2=16.

Wniosek z naszej analizy jest następujący: pole trójkąta jest połową pola prostokąta. I właśnie dlatego we wzorze będziemy mieli albo "podzielić przez 2", albo "pomnożyć przez 1/2".

Wzory na pole trójkąta zapisujemy w taki sposób: P = (a*h)/2 lub P = 1/2 *a*h.


Zapamiętajmy, że wzór na pole trójkąta obowiązuje dla dowolnego trójkąta. Musimy tylko wiedzieć jaka jest wysokość oraz ile wynosi podstawa. Przypominam, że wysokość zawsze musi być prostopadła do podstawy.


Teraz przyjrzyjmy się uważnie powyższym trójkątom. Pole każdego z trójkątów jest identyczne! Dlaczego? Otóż zarówno podstawa jak i wysokość w każdym z nich są takie same. Dobrze jest to pokazać na przykładach w których od pola "pełnego trójkąta" odejmujemy pole dorysowanego trójkąta... i otrzymujemy potwierdzenie tego, że pola trójkątów o tych samych podstawach i wysokościach są sobie równe.

Wniosek: przy trójkątach, które mają taką samą podstawę i wysokość, nie ma znaczenia ich rodzaj (ostrokątne, prostokątne czy rozwartokątne) - pole każdego z nich będzie takie samo.


POLE PROSTOKĄTA

Jak już wspomnieliśmy przy okazji tematu pola trójkąta, pole prostokąta otrzymujemy poprzez pomnożenie podstawy przez daną wysokość. Inaczej mówiąc, mnożymy przez siebie długości dwóch sąsiednich boków, które są do siebie prostopadłe. I bez znaczenia jest to, który jest wysokością, a który podstawą - wynik i tak będzie taki sam (wynika to z cechy przemienności mnożenia).

Pole = Podstawa x wysokość (P = a*h)


POLE KWADRATU

Wiemy już, że kwadrat to prostokąt o równych bokach. Jego wzór jest taki sam jak wzór na pole prostokąta.

Pole = Podstawa x wysokość (P = a*h)

Jednak z uwagi na to, że każdy bok w kwadracie jest równy, zatem łatwiej jest zapisać ten wzór jako: P = a*a lub w skrócie P = a^2


POLE RÓWNOLEGŁOBOKU

W przypadku pola równoległoboku, obliczenia są takie same jak przy polu prostokąta. Również potrzebujemy znać podstawę oraz wysokość, która jest prostopadła do obu podstaw. Pamiętajmy, że jeśli ramiona nie są prostopadłe do podstaw (są tylko wtedy, gdy równoległobok jest prostokątem albo kwadratem), wówczas nie są one wysokościami. Zatem znając tylko podstawę i długość ramienia... nie możemy obliczyć pola.

Pole = Podstawa x wysokość (P = a*h)


POLE ROMBU

Z uwagi na to, że romb jest szczególnym przypadkiem równoległoboku (o wszystkich bokach równych), więc jego wzór jest taki sam jak wzór na pole równoległoboku.

Pole = Podstawa x wysokość (P = a*h)

Warto jednak podkreślić, że romb ma jeszcze jedną ciekawą właściwość - podobnie jak w kwadracie, przekątne w rombie zawsze przecinają się (w połowie) pod kątem prostym. Ta właśnie cecha sprawia, że można jego wzór zapisać jeszcze innym sposobem. Jakim? Za pomocą wykorzystania właściwości przekątnych, które dzielą romb na 4 identyczne trójkąty prostokątne. Stąd właśnie powstaje wzór: P = (e*f)/2

W tym wypadku jeśli podstawą jest wartość e, wtedy wysokość jest dwukrotnie krótsza (f/2). I odwrotnie działa to na tej samej zasadzie. Jeśli za podstawę weźmiemy f, wtedy wysokość jest również dwukrotnie krótsza (e/2). W ten sposób możemy (powinniśmy) rozciąć nasz romb wzdłuż przekątnej i sprawdzić, że możemy tak złożyć pozostałe dwa trójkąty, aby powstał prostokąt. I to bez względu na to którą przekątną weźmiemy jako podstawę. Bardzo dobrym pomysłem jest właśnie to, aby pobawić się w rozcinanie i doświadczalnie (samodzielnie) sprawdzić skąd powstaje wzór (każdej z figur, nie tylko rombu!).


POLE TRAPEZU

Na koniec powiedzmy sobie skąd się bierze wzór na pole trapezu. Zwykle sprawia on najwięcej problemów - przede wszystkim w przypadku zrozumienia jak i łatwego (trwałego) zapamiętania.

Spróbujmy narysować klasyczny trapez różnoramienny (nie mający kątów prostych). Co by się stało gdybyśmy identyczny trapez (obrócony do góry nogami) dokleili obok tego już narysowanego? Wówczas powstałby równoległobok. I zobaczmy, że podstawą naszego nowej figury jest suma długości obu podstaw trapezu (a+b). Wysokość jest taka sama jak w każdej figurze (h), bo biegnie prostopadle od jednej ku drugiej podstawie. I teraz gdybyśmy zapisali wzór naszego równoległoboku to byłby on taki: P=(a+b)*h. Natomiast nas interesuje pole jednego trapezu, który jest połową powyższej figury. Co zrobić? Otóż trzeba całość podzielić na dwie równe części. Zatem końcowa postać wzoru na trapez to: P=[(a+b)*h]/2. Prawda, że jest to znacznie łatwiejsze, gdy wiemy skąd to się bierze?

Pole deltoidu (popularnie zwanego latawcem) można już samodzielnie opracować. Z uwagi na to, że jest on bardzo rzadko wykorzystywany w praktyce, więc pozwolę sobie go pominąć.

To co powyżej zaprezentowałem to tylko pewien pomysł na to jak można pokazać i wyjaśnić sens powstawania wzorów na obliczanie pól figur. Wiemy już w jaki sposób powstają figury, teraz dowiedzieliśmy jak obliczać ich pole, a w kolejnym odcinku dowiemy się jak można twórczo podejść do tematu tworzenia figur i ich przekształcania. Pokażę w jaki sposób można poświęcić co najmniej godzinę zajęć na to, aby bawić się figurami, a przy okazji poznawać ich właściwości i doświadczać ich zmian. Tak więc niebawem będzie dobra zabawa, bo już wiemy co się dzieje z naszymi trójkątami i czworokątami.


Podsumowanie: Pola figur powinny zostać sprawdzone za pomocą różnych pomysłów. Najważniejsze jest to, aby dzieci mogły doświadczać tego czego się uczą i samodzielnie poszukiwać, tworzyć i oceniać różne pomysły i koncepcje. Rola nauczyciela nie sprowadza się do podawania wiedzy, lecz do tworzenia warunków w których to dzieci ją tworzą i przy okazji odkrywają tajemniczy świat obiektów i relacji między nimi. Każde dziecko uwielbia doświadczać poczucia sukcesu, odkrywania tajemnic i tworzenia ważnych oraz ciekawych pomysłów, które mają szanse przenieść do miękkiej rzeczywistości. Stąd potrzeba zapewnienia kartki, nożyczek, plasteliny, linijki czy innych narzędzi. Dzięki rozcinaniu, odwracaniu oraz łączeniu, dziecko doświadcza fizycznie tego, co potem w jego umyśle zostaje zapisane. Stąd niezbędne są różnorodne, wartościowe ćwiczenia, które pomogą w zrozumieniu istoty doświadczanego świata.


Dodatkowa literatura, która może być wykorzystana w pracy z dziećmi. Obie z nich mogą stanowić ciekawą propozycję, która pokazuje to w jaki sposób lekcja może wyglądać ciekawiej, zaś uczniowie mogą z niej wynieść znacznie więcej.

1) Katarzyna Makowska. Praca z uczniem zdolnym i słabym na matematyce (2010, ZNP, 68 stron)
2) Katarzyna Makowska. Jak inspirować myślenie matematyczne ucznia w szkole podstawowej (2009, ZNP, 80 stron)

Obie książki mają bardzo ładnie wyjaśnione w jaki sposób twórczo i ciekawie opracować i przeprowadzić lekcje matematyki. Są w nich także scenariusze zadań oraz załączniki, które na pewno pomogą zainspirować się do tego, na czym polega zrealizowanie bardzo dobrej, ciekawej, twórczej i rozwojowej lekcji.