GOVERNO DO PARANÁ SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO SUPERINTENDÊNCIA DA EDUCAÇÃO PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL – PDE CLAUDIA MONTEIRO GUILHERME DA SILVA PROPOSTA DE TRABALHO UEL - Londrina 2008 2 CLAUDIA MONTEIRO GUILHERME DA SILVA UMA PROPOSTA DE TRABALHO COM A ESTRATÉGIA DA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Proposta de trabalho apresentado ao Programa de Desenvolvimento Educacional. Orientador: Prof. Dr. Olívio Augusto Weber. UEL - Londrina 2008 3 SUMÁRIO Introdução......................................................................................4 Da Resolução de Problemas...............................................................5 Do Contrato Didático........................................................................6 Do Problema a ser utilizado...............................................................7 Dos Objetivos..................................................................................7 Do Conteúdo...................................................................................7 Da Avaliação...................................................................................7 Dos materiais utilizados....................................................................8 Do Desenvolvimento do Trabalho.......................................................8 Referências...................................................................................20 Bibliografia Indicada.......................................................................20 4 TÍTULO UMA PROPOSTA DE TRABALHO UTILIZANDO COMO ESTRATÉGIA A RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Claudia Monteiro Guilherme da Silva1 Introdução A Resolução de Problemas tem se apresentado como uma estratégia bastante promissora proporcionando situações em que o aluno lida com informações, analisa possíveis encaminhamentos, busca outras informações, trabalha em equipe e desenvolve o chamado ‘espírito crítico’. O problema apresentado será trabalhado com alunos de 8.ª série do Ensino Fundamental de um Colégio Estadual do município de Londrina, devendo ser desenvolvido em forma de oficina com duração de 12 horas-aula e terá por objetivo a abordagem de conteúdos matemáticos por meio da Resolução de Problemas com o intuito de proporcionar experiências diversificadas, baseadas em tarefas que envolvam os alunos em processos relevantes da atividade matemática como a observação, a identificação de questões, a formulação e teste de conjecturas, a justificação, a argumentação; a reflexão; a avaliação, com momentos de descoberta, de retrocessos e de avanços, da elaboração de conjecturas e da procura das suas provas. Tarefas que ao oportunizar a comunicação e uma maior formalização do raciocínio na argumentação dos alunos entre si e com o professor, possibilitam também o desenvolvimento de atitudes e valores como o gosto pela Matemática, a autonomia, a cooperação. 1 Secretaria de Estado da Educação do Paraná - Professora Especialista em Educação Matemática do Ensino Fundamental e Médio – Professora Efetiva do Estado. E-mail: [email protected]. 5 Da Resolução de Problemas Um dos grandes desafios hoje é, não só ajudar o aluno a resolver problemas nas aulas de matemática, mas ajudá-lo a pensar matematicamente para que possa, também, utilizar a matemática no enfrentamento de situações do seu cotidiano. Na perspectiva de Schoenfeld (1996), [...] o pensar matematicamente significa: (a) ver o mundo de um ponto de vista matemático (tendo predileção por matematizar: modelar, simbolizar, abstrair, e aplicar idéias matemáticas a uma larga gama de situações), e (b) ter os instrumentos para tirar proveito para matematizar com sucesso. (p. 8) De forma análoga, as Diretrizes Curriculares apontam que se pretende “[...] a formação de um estudante crítico, capaz de agir com autonomia nas suas relações sociais e, para isso, é preciso que ele se aproprie também de conhecimentos matemáticos” (PARANÁ, 2006, p.24). Com o objetivo de formar esse estudante crítico, também por meio da matemática, a Resolução de Problemas tem se apresentado como um caminho promissor, uma vez que não apresenta respostas prontas nem inegáveis, mas considera o ponto de vista do estudante que, a partir daí, resolve algum problema. Segundo Diniz, [...] o aprendizado da Matemática só está se realizando no momento em que o aluno é capaz de transformar o que é ensinado e de criar a partir do que ele sabe. Caso essa autonomia para transformação e criação não exista, o que se tem é um aluno adestrado, repetindo processos de resolução criados por outros (apud NINA; CURY, 2004, p.2). Segundo Dante, “[...] a metodologia de resolução de problemas deve constituir o eixo principal da Matemática escolar. A capacidade de resolver problemas é desenvolvida ao longo dos anos, como resultado de um ensino pleno de oportunidades variadas” (apud NINA; CURY, 2004, p.2). Sendo assim, 6 [...] o acto de resolver problemas é a amálgama de vários processos cognitivos diferentes orquestrados no sentido de atingirem um certo objectivo que não poderia ser atingido, pelo menos de modo evidente, simplesmente aplicando um procedimento, um processo, uma rotina ou um algoritmo, já conhecido, de uma única área disciplinar. A competência de resolução de problemas pode ser descrita em termos das capacidades que permitem aos estudantes criarem e monitorizarem um certo número de processos no âmbito de uma determinada gama de tarefas e de situações. (LISBOA, OCDE, PISA 2003, p.14) Portanto, o trabalho com a Resolução de Problemas, para mim, configura-se como um desafio, mas ao mesmo tempo me encanta, me seduz por ser diferente da forma como tenho conduzido minhas aulas, e por procurar oportunizar ao aluno o desenvolvimento de seu espírito crítico de modo que ele mesmo seja o agente transformador de sua história. Do Contrato Didático O Contrato Didático, tomado aqui como um conjunto de regras que pode ser estabelecido para reger as aulas durante um ano inteiro ou somente durante uma ou algumas aulas de um determinado conteúdo. No segundo caso, ele pode ser mais detalhado, pois pode e deve conter regras mais pontuais. Por exemplo: numa aula de Resolução de Problemas, uma das regras poderá ser: ‘a leitura dos problemas deverá sempre ser feita pelos alunos’, ou ainda, ‘o trabalho deverá ser realizado formando grupos de n alunos’. Pode-se também incluir no Contrato Didático, regras comportamentais de respeito e disciplina. Segundo Brousseau (1986, 1988), o Contrato Didático diz respeito a “[...]um conjunto de comportamentos do professor esperados pelo aluno e, também, a um conjunto de comportamentos do aluno esperados pelo professor.” (apud MEDEIROS, K.M, 2001). 7 Do Problema a ser utilizado O problema a ser trabalhado, Maçãs, foi utilizado na prova do PISA/2000. O programa PISA2 - Programa Internacional de Avaliação de Estudantes foi criado pela Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico - OCDE, com o objetivo de avaliar o desempenho de estudantes que estão próximos de concluir a escolarização obrigatória definida no seu país de origem. Dos Objetivos Oportunizar situação em que o aluno utilize seus próprios conhecimentos para resolver o problema contribuindo positivamente com sua auto-estima. Apresentar diversas formas de resolução de um problema. Identificar seqüência de números ímpares. Utilizar incógnitas ou variáveis em expressões. Identificar e resolver equações. Do Conteúdo O problema em pauta oportuniza trabalhar com alunos de várias séries, porém, neste caso, será trabalhado com os da 8.ª série do Ensino Fundamental. Para esta turma podemos estudar temas tais como Números Naturais, Quadrado de um Número, Valor Numérico, Seqüências, Expressões Algébricas e Equações. Da Avaliação Segundo as Diretrizes Curriculares do Paraná (2006), uma [...] avaliação que se restringe a quantificar o nível de informação que o aluno domina não é coerente com a 2 Mais informações no site http://www.inep.gov.br/internacional/pisa/Novo/oquee.htm 8 proposta da Educação Matemática. Para ampliar sua eficácia, a avaliação deve incluir a complexa relação do aluno com o conhecimento. Isso significa interrogar em que medida o aluno atribuiu significado ao que aprendeu e consegue materializar situações que exigem raciocínio matemático. (p.47). Em conformidade com essas Diretrizes, a avaliação será realizada por meio da observação da participação e do aproveitamento de cada aluno, para tanto, utilizarei como critérios: • a demonstração de empenho e interesse na resolução das tarefas propostas na aula e/ou em casa; • a participação por iniciativa própria e o interesse em atividades relacionadas com a disciplina; • a correção e a consistência teórica da sua participação; • a participação efetiva nos trabalhos em grupo. Os critérios aqui expostos ainda deverão ser discutidos com os alunos no momento da construção do Contrato Didático procurando desenvolver um processo de negociação. Dos materiais utilizados • folhas impressas com os problemas a serem utilizados • quadro • giz Do Desenvolvimento do Trabalho Iniciarei a aula propondo aos alunos a construção conjunta de regras que deverão nortear nosso trabalho (Contrato Didático). Explicarei a eles que tal construção faz-se necessária para que juntos, utilizando a estratégia da Resolução de Problemas, possamos construir uma aprendizagem consistente. 9 É possível que algumas das regras que poderão compor nosso Contrato Didático sejam: 1. Deverá haver cooperação entre professor e alunos a fim de manter o bom desenvolvimento da aula. 2. Professor e aluno deverão respeitar-se mutuamente. 3. Quando uma pessoa estiver falando, as demais deverão manter silêncio para um melhor entendimento. 4. Quando alguém precisar falar deverá levantar a mão para pedir a palavra. 5. A avaliação será realizada no decorrer da aula de acordo com os critérios abaixo: 6. a demonstração de empenho e interesse na tarefas propostas na aula e/ou em casa; resolução das a participação por iniciativa própria e o interesse em atividades relacionadas com a disciplina; a correção e a consistência teórica da sua participação; a participação efetiva nos trabalhos em grupo. Todos os trabalhos de Resolução de Problemas deverão ser realizados em grupo. 7. A escolha dos grupos deverá ser feita ora pela professora, ora pelos próprios alunos, ora por sorteio. 8. A ajuda do professor será solicitada somente quando nenhum componente do grupo souber encaminhar a questão. Quanto ao item 6, que trata da avaliação, pretendo pormenorizar, em conjunto com os alunos, os critérios já explicitados no tópico correspondente e aqui complementá-lo com as suas sugestões. 10 Após a construção do Contrato Didático, iniciarei a formação dos grupos de acordo com as regras nele estabelecidas. Com os grupos compostos, passarei à distribuição do problema escolhido para este momento. Embora os alunos estejam organizados em grupos, o problema será distribuído individualmente, ou seja, um para cada aluno, de modo que todos possam analisar o problema e compartilhar a sua forma de pensar com os colegas do grupo. Explicarei que a princípio deverão ler, analisar o problema, imaginar de quais formas poderão abordá-lo e resolvê-lo. Que somente após a leitura e análise do problema e em caso de dúvida poderão solicitar minha ajuda, conforme consta no Contrato Didático. A seguir apresento o problema a ser trabalhado nesta oficina. 11 Maçãs Um fazendeiro planta macieiras formando quadrados. Para protegê-las do vento, ele planta pinheiros ao redor do pomar. O Diagrama abaixo mostra essa situação, na qual se podem ver as macieiras e os pinheiros para um número ( n ) de filas de macieiras X X QUESTÃO 1: Complete a tabela abaixo: 12 n Nú me ro de ma ciei ras Nú me ro de pin hei ros 1 1 8 2 4 3 4 5 13 Ao entregar o problema, é possível que, por uma questão de costume, os alunos procurem resolvê-lo sozinhos, ou seja, de forma individual, porém, penso que à medida que forem sentindo dificuldades em resolvê-lo começarão a discuti-lo no grupo. Para completar a tabela da questão 1, uma das formas possíveis e prováveis é que os alunos contem quantas ● (macieiras) e quantos x (pinheiros) há em cada situação, porém, quando tiverem que completar a linha na qual n = 5 é que a dificuldade se apresenta. Nesta etapa, os alunos já poderão ter percebido alguma regularidade na tabela, mas se não perceberem, é provável que construam outro quadro com 5 linhas e 5 colunas para poderem contar e completá-la. Neste momento quero salientar a importância da contagem no ensino da matemática, pois esta “desenvolve a habilidade de raciocínio combinatório e a capacidade de elaborar estratégias para a sua resolução” (ZANIN, 2005, p.5). Alguns alunos poderão questionar se não há outra maneira de se resolver a questão. Neste momento poderei intervir sugerindo que eles analisem a tabela que já completaram. Posso questionar se observam alguma regularidade, alguma coisa que dê entender qual será o próximo número. Há alguma pista de qual será o próximo número? Voltados para a tabela, os alunos poderão observar se há relação de um número com o outro anterior. Neste momento, poderei questionar: será que existe alguma relação com a letra n? Vocês sabem como esta letra n pode ser chamada? Hora de introduzir ou de lembrar os termos variável e incógnita, explicar aos alunos que uma variável é um símbolo (que geralmente é uma letra) utilizado para representar valores diversos em um mesmo problema, ou seja, um valor não fixo, que poderá variar neste problema em função de outro, ao passo que incógnita é um valor a ser descoberto, um valor que está implícito numa equação e que torna uma sentença verdadeira. 14 Quanto à possível regularidade comentada, é provável que os alunos percebam que a coluna dos pinheiros é formada pelos múltiplos de 8, assim, ficará fácil descobrirem os próximos números da tabela. Já na coluna das macieiras possivelmente será um pouco mais trabalhoso até que os alunos cheguem à conclusão de que o número de macieiras, aqui representado por • é igual ao número de fileiras, representado pela variável n , multiplicado por ele mesmo n , ou seja, n ² . Outra forma possível de se completar a tabela é a análise do crescimento do número de macieiras. O aluno pode observar que o número de macieiras é o resultado da soma de uma seqüência de números ímpares no conjunto dos números naturais e que o número n indica a quantidade de números da seqüência a serem utilizados. Se algum deles observar essa regularidade, construirei no quadro a seguinte tabela n = 1 → macieiras = 1 n = 2 → macieiras = 4 = (1+3) n = 3 → macieiras = 9 = (1+3+5) n = 4 → macieiras = 16 = (1+3+5+7) n = 5 → macieiras = 25 = (1+3+5+7+9) Supondo que nenhum deles observe a seqüência, poderei instigá-los perguntando, por exemplo: vocês já observaram que o número de macieiras é dado por n ² . Vocês acham que é possível haver alguma outra regularidade além desta? E qual seria essa regularidade? Se ainda assim não observarem, posso ainda questionar: Vocês se lembram dos números ímpares? É possível formular alguma regularidade utilizando esses números? 15 É bastante provável que demorem um pouco para encontrar a regra, mas quando a observarem, notarão que ficará fácil encontrar os próximos números. Essa oportunidade é adequada para se falar sobre seqüências. Poderei expor que existem várias seqüências como a seqüência de Fibonacci, uma Progressão Aritmética (PA), uma Progressão Geométrica (PG), etc. Poderei mostrar também que o número de pinheiros do problema em questão nada mais é do que uma PA de razão 8 e ainda, fazer uma ligação com a PG dizendo que na PA a razão é somada a cada termo e na PG a razão é multiplicada a cada termo. Terminada as discussões sobre esta questão, passarei a sistematizar o conteúdo no quadro, trabalhando com os comentários realizados por eles até chegarmos à conclusão que: Número de pinheiros = 8n Número de macieiras = n ² Iniciarei a distribuição da questão seguinte, da mesma forma planejada para a questão 1, todos os alunos de cada grupo receberão a questão 2 do problema Maçãs. Questão 2: Existem duas fórmulas que você pode usar para calcular o número de macieiras e o número de pinheiros no padrão descrito acima: Número de macieiras = n ² Número de pinheiros = 8n Onde n é o número de filas de macieiras. Existe um valor n para o qual o número de macieiras é igual ao número de pinheiros. Encontre o valor de n , mostrando o método usado para fazer os cálculos. 16 Entregue a questão a todos os alunos, eles deverão ler e tentar resolvê-la nos grupos. Provavelmente os alunos utilizarão da mesma estratégia e acrescentarão linhas na tabela até chegarem ao número solicitado, ou seja, um número n de filas em que o número de macieiras e de pinheiros será igual. Porém, nesta fase, espero que os alunos não mais utilizem o princípio da contagem e sim, as expressões já descobertas, ou seja, para encontrar o número de macieiras utilizarão a expressão n ² , substituindo os valores 6, 7, 8 à variável n , e paralelamente deverão substituí-los também na expressão 8n , até encontrarem o número 8, quando n ² = 64 e 8n = 64 . Supondo que os alunos não utilizem as expressões n ² e 8n , lembrarei a eles que na 7.ª série, provavelmente eles devem ter estudado um conteúdo chamado Valor Numérico. Poderei instigá-los a calcular o Valor numérico das expressões citadas para cada um dos valores de n . Ou seja, n = 1 , n = 2 , n = 3 , n = 4 , e assim por diante. Dessa forma observarão que por meio da substituição de um número informado em uma expressão que contenha variável ou variáveis, podem resolver ou calcular o Valor Numérico para aquela expressão, chegando à resposta solicitada à questão 2 do problema. Farei um paralelo entre o que descobrimos na 1.ª questão e o que temos na 2.ª questão. Chamarei a atenção para observarem que a coluna que representa o número de pinheiros é formada pelos múltiplos de 8. Assim, 8x1, 8x2, 8x3, 8x4, e assim por diante, representam 8 vezes a variável n , da mesma forma a coluna que representa o número de macieiras é aquilo que descobrimos na questão 1, ou seja, o valor n de fileiras multiplicado por ele mesmo, n ² . É pouco provável que os alunos utilizem de equação para resolver o problema procurando o valor da incógnita, porém, é também uma forma de resolução. Então ele pode pensar: se quero saber se há um valor n para o qual o número de macieiras é igual ao número de pinheiros e sei que o número de macieiras é representado pela expressão n ² e o 17 número de pinheiros é representado pela expressão 8n , então se eu igualar as duas expressões posso calcular esse número. Assim, posso fazer n ² = 8n Como os alunos são da 8.ª série e o projeto será aplicado no início do ano, é provável que os alunos não saibam resolver a equação posta. Se isso acontecer, poderei tratar da resolução de equações incompletas3 do 2° grau e das diversas formas de resolvê-las. Levantarei a discussão sobre quais as vantagens de se utilizar a equação para se resolver o problema. É possível que os alunos percebam que desta forma, qualquer que seja o valor de n , seja ele grande ou pequeno, os passos da resolução são os mesmos, o raciocínio é o mesmo. Após a conclusão da discussão acima passarei a distribuir a terceira questão. QUESTÃO 3: Suponha que o fazendeiro queira fazer um pomar muito maior com muitas fileiras de árvores. A medida que o fazendeiro aumentar o pomar, o que crescerá mais rápido: o número de macieiras ou o número de pinheiros: Explique como você encontrou a sua resposta. Mais uma vez o problema será entregue e deixarei a cargo dos próprios alunos articularem uma forma de resolução. A primeira forma de resolução, provavelmente será o preenchimento de linhas na tabela. Desta forma, poderão observar o crescimento do número de macieiras e de pinheiros. É provável que os alunos pensem crescer mais rápido o número de pinheiros por ser um produto, ou seja, o número é sempre multiplicado por 8. Mas deverão perceber que a partir do número n = 4 , o 3 Equações do 2.º grau chamadas incompletas são equações que se apresentam na forma . ax ² + c = 0 ou ainda ax ² + bx = 0 , 18 número de macieiras crescerá mais rápido, pois é uma potência de expoente 2, ou seja, a representação de um quadrado perfeito. Outra maneira possível é por meio da construção de gráficos. Utilizando esta estratégia, o aluno poderá, após completar a tabela, construir o gráfico correspondente que mostrará que o número de árvores de macieiras crescerá mais rápido que o número de árvores de pinheiros. Ele deverá construir uma tabela como a mostrada abaixo: n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Número de macieiras Número de pinheiros 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 169 196 225 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 Após a construção da tabela, eles deverão construir o gráfico correspondente. Provavelmente precisarão de ajuda e poderei construir no quadro 19 Número de árvores 250 200 150 Número de macieiras Número de pinheiros 100 50 0 0 5 10 15 20 Valores de n É provável que algum aluno pergunte se pode traçar a linha ligando os pontos do gráfico sendo esta, uma boa oportunidade para questionar o que estaríamos representando se traçássemos essa linha. A idéia é que eles percebam que estaremos considerando todos os Números Reais em cada intervalo, o que neste caso não se aplica uma vez que estamos trabalhando com o conjunto dos Números Naturais, então não podemos considerar, por exemplo, 4,5 árvores, ou seja, quatro árvores e meia. Pedirei para que eles me informem uma situação em que pensam ser possível traçar as linhas num gráfico e a partir daí, farei um paralelo entre esta situação posta e a informada, no intuito de esclarecer alguma dúvida que possa vir a surgir. Caso eles não tenham sugestão alguma, pedirei para que, em casa, encontrem alguma situação onde podemos traçar uma linha ligando os pontos num gráfico e tragam na próxima aula. Partindo da interpretação da tabela e do gráfico que construímos, concluirei com eles que o crescimento do número de macieiras é mais rápido porque tem um crescimento exponencial enquanto o crescimento do número de pinheiros é aritmético. 20 Em cada etapa do trabalho será feita a retomada e respectiva sistematização dos conteúdos envolvidos. Referências CARAÇA, Bento de Jesus. Conceitos Fundamentais da Matemática. 3 ed. Tipografia Matemática: Lisboa, 1951. NINA, Clarissa Trojack Della; CURY, Helena Noronha. Criação e resolução de problemas que estão nos gibis. In: ENCONTRO NACIONAL DE EDUCAÇÃO MATEMÁTICA, 8., Recife. Anais...Recife, SBEM, 2004. CDROM. PARANÁ. Secretaria do Estado da Educação. Diretrizes Curriculares de Matemática para a Educação Básica. Curitiba, 2006. 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BURIASCO, Regina Luzia Corio de. Sobre a Resolução de Problemas (II). NOSSO FAZER, Ano 1, n.º6. Secretaria Municipal de Educação, Londrina, 1995. p. 1. CARAÇA, Bento de Jesus. Conceitos Fundamentais da Matemática. 3 ed. Tipografia Matemática: Lisboa, 1951. CASTRO, Monica Rabello de. Educação Algébrica e Resolução de Problemas. Disponível em <http://www.tvebrasil.com.br/salto/boletins2003/eda/>. Acesso em 18/02/2008. FRANT, Janete Bolite. Educação Algébrica e Resolução de Problemas. PGM 5 – As Equações e o conceito de função, Disponível em <http://www.tvebrasil.com.br/SALTO/boletins2003/eda/text5.htm>. Acesso em 20/02/2008. KUNZ, Rosibel. Séries Iniciais do Ensino Fundamental: Vivenciando a Matemática através da Resolução de Problemas. Disponível em http://ccet.ucs.br/eventos/outros/egem/relatos/re33.pdf.> Acesso em 02 de Janeiro de 2008. NINA, Clarissa Trojack Della; CURY, Helena Noronha. Criação e resolução de problemas que estão nos gibis. 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