FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA – UNIR DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E ESTATÍSTICA – DME CAMPUS DE JI-PARANÁ FRANCIELE DALLABRIDA CONCEPÇÕES SOBRE O ENSINO DE GEOMETRIA ANALÍTICA E VETORIAL NO CURSO DE LICENCIATURA EM MATEMÁTICA DA UNIR NO CAMPUS DE JI-PARANÁ. Ji-Paraná 2013 FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA – UNIR DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E ESTATÍSTICA – DME CAMPUS DE JI-PARANÁ FRANCIELE DALLABRIDA CONCEPÇÕES SOBRE O ENSINO DE GEOMETRIA ANALÍTICA E VETORIAL NO CURSO DE LICENCIATURA EM MATEMÁTICA DA UNIR NO CAMPUS DE JI-PARANÁ. Trabalho de Conclusão de Curso submetido ao Departamento de Matemática e Estatística, da Universidade Federal de Rondônia, Campus de Ji-Paraná, como parte dos requisitos para obtenção do título de Licenciada em Matemática, sob a orientação do professor Dr. Ariveltom Cosme da Silva. Ji-Paraná 2013 FRANCIELE DALLABRIDA CONCEPÇÕES SOBRE O ENSINO DE GEOMETRIA ANALÍTICA E VETORIAL NO CURSO DE LICENCIATURA EM MATEMÁTICA DA UNIR NO CAMPUS DE JI-PARANÁ. Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado como parte dos requisitos para obtenção do título de Licenciado (a) em Matemática e teve o parecer final como Aprovado, no dia 01 de Março de 2013, pelo Departamento de Matemática e Estatística, da Universidade Federal de Rondônia, Campus de Ji-Paraná. Banca Examinadora ___________________________________________ Prof. Ms. Cristiane Johann Evangelista – UNIR ___________________________________________ Prof. Ms. Marlos Gomes de Albuquerque – UNIR ___________________________________________ Prof. Dr. Ariveltom Cosme da Silva– UNIR AGRADECIMENTOS Agradeço, primeiramente, a Deus por ter conseguido chegar até aqui; Em seguida, aos meus pais José Luiz Dallabrida e Dilma Prado da Fonseca Dallabrida por todo o apoio aos meus projetos, aos incentivos nos momentos difíceis e por todo o amor dedicado a mim; A meu marido Elihebert Saraiva pelo afeto, paciência, apoio e dedicação em todo o curso e, especialmente, na conclusão deste trabalho, às minhas irmãs Grazielle Dallabrida e Karolay Ketrom Dallabrida pelo estímulo aos meus estudos e ao companheirismo de sempre; A todos os meus professores que instruíram minha formação inicial e, em especial, aos professores coordenadores do programa PIBID Marlos Gomes de Albuquerque, Marcos Leandro Ohse e Emerson da Silva Ribeiro, que me proporcionaram uma proximidade com as práticas e as tendências que norteiam esta honrada profissão; Ao meu professor orientador Ariveltom Cosme da Silva e ao professor Luiz Aberto Nogueira pela paciência e dedicação ao me ajudar neste intento e a todos que contribuíram para esta pesquisa; A todos os meus amigos pelos momentos de convivência, nestes quatro anos, e pela companhia prazerosa e amigável. 5 SUMÁRIO página Resumo........................................................................................................................................6 Introdução...................................................................................................................................7 1- Considerações sobre geometria analítica e o tratamento vetorial...................................9 1.1 Contexto histórico da Geometria Analítica Vetorial..........................................9 1.2 – Teoria dos Registros de Representação Semiótica........................................12 1.2.1- Exemplos de Conversão e de Tratamento.................................15 1.3- A importância da utilização de recursos metodológicos que auxiliam a aprendizagem da Geometria Analítica e Vetorial.....................................................................17 2- Metodologia da pesquisa...............................................................................................23 2.1- Opção metodológica.......................................................................................23 2.2- Procedimentos executados para a análise dos dados......................................25 3- Apresentação e análise dos dados.................................................................................26 3.1-Análise geral........................................ ........................................................................26 3.1.1- Apontamentos relacionados ao período de monitoria..............................26 3.1.2- Aspectos condescendentes à aplicação dos questionários1 e 2................26 3.2- Análise específica.......................................................................................................27 3.2.1- Refletindo sobre as indagações advindas da monitoria.......................27 3.2.2- Análises das concepções obtidas através do questionário 1................28 3.2.3- Análises dos erros e dificuldades apresentadas pelos alunos a partir do questionário 2.....................................................................................................................37 Considerações Finais..............................................................................................................................42 Referências..............................................................................................................................................43 Apêndice.................................................................................................................................................45 6 RESUMO DALLABRIDA, Franciele. Concepções sobre o ensino de Geometria Analítica e Vetorial no curso de licenciatura plena em matemática da UNIR no campus de Ji-Paraná. 2013. 46f. Monografia (Licenciatura em Matemática) – Departamento de Matemática e Estatística, Universidade Federal de Rondônia, Ji-Paraná. Este estudo se enquadra dentre os trabalhos que pesquisam o ensino de Geometria Analítica, tendo como foco o tratamento vetorial aplicado a essa parte da matemática e cujo objetivo de investigação é analisar concepções sobre esta disciplina, tais como: as dificuldades dos alunos em relação ao tratamento vetorial, se há vantagens na utilização deste tratamento, se os discentes encontram aplicabilidade na disciplina e a importância dos recursos didático-metodológicos usados em seu ensino. Para realização desta pesquisa, a fundamentação desse trabalho apoiou-se em autores como Duval (1995), Eves (2004), Castro (2001), Santos (2008), Barros e Karrer (2011), Venturini (2009) e Parâmetros Curriculares Nacionais (2006). No que concerne ao método de investigação, optou-se pela abordagem da pesquisa qualitativo-descritiva, que, segundo Lakatos e Marconi (2010), toma como objeto de análise registros, entrevistas e questionários. À luz desta metodologia, e com o intuito de complementar as reflexões sobre o assunto, utilizam-se quesitos relacionados à metodologia da Análise de erros em matemática explorada por Cury (2008), a qual se caracteriza em uma ferramenta auxiliar a pratica do professor, bem como um direcionamento metodológico para o planejamento de aula visando à superação das dificuldades encontradas pelos alunos em determinados conteúdos. A pesquisa desenvolveu-se pela análise de concepções, observações e reflexões a partir dos registros do período de monitoria e da aplicação de dois questionários. Quanto à análise dos dados, foi possível confirmar a hipótese de que os alunos possuem dificuldades em representações de vetores devido a diversos fatores. Buscou-se verificar, também, se o tratamento vetorial apresenta aspectos vantajosos relacionados à sua interação com os conceitos geométricos. Em relação a esse levantamento, a pesquisa concluiu que a interação dos vetores com a Geometria Analítica se fez necessária como aponta o contexto histórico. Nas opiniões investigadas, alega-se que, apesar da aplicação de vetores na Geometria Analítica ser algo novo ou pouco trabalhado antes da disciplina, seu uso possibilitou a compreensão de vários conceitos, promoveu conexões com outras disciplinas do curso e possibilitou diversas aplicações em contextos reais. Palavras-chave: Geometria Analítica. Tratamento Vetorial. Representações Semióticas. 7 INTRODUÇÃO Este Trabalho de Conclusão de Curso se insere dentro do ramo de pesquisa pertinente ao Ensino da Matemática, em específico ao ensino de Geometria Analítica e Vetorial nos cursos de Licenciatura Plena em Matemática. Sabe-se que a geometria analítica plana é apresentada aos alunos no último ano do ensino médio, quando ela é estudada no plano cartesiano. No Ensino Superior, especificamente nas áreas de exatas, ela ressurge com sua terceira dimensão, apresentando, nesse caso, um tratamento vetorial para o seu estudo. Essa alteração de tratamento no estudo da Geometria Analítica é considerada uma das justificativas para a dificuldade dos alunos em desenvolver a transição - que deveria ser algo espontâneo - das referidas dimensões. Isso provoca inquietações a respeito dessa mudança de tratamento, ou seja, se ela pode ser trabalhada de maneira significativa para os discentes e quais aspectos contribuem para a superação deste fator por parte dos acadêmicos. Nesta ocasião, considerando a Geometria Analítica com tratamento Vetorial como elemento de grande relevância sobre o processo de ensino-aprendizagem da Matemática nos cursos de exatas, um campo cabível de investigação e aberto às discussões no âmbito da Educação Matemática, o presente trabalho apresenta como objetivo de pesquisa analisar concepções sobre esta disciplina, tais como: as dificuldades dos alunos em compreender as representações semióticas1, se há vantagens na utilização do tratamento vetorial, se os discentes encontram aplicabilidade na disciplina e a importância dos recursos didáticometodológicos usados em seu ensino. Deve-se salientar ainda que não existem muitos estudos que discutem essa temática de pesquisa, e neste contexto, este trabalho tem o intuito de promover uma discussão sobre o ensino de Geometria Analítica no ensino superior e colaborar com a formação dos discentes do curso de Licenciatura em Matemática da UNIR, enfocando os aspectos pertinentes ao público alvo, através de análise dos dados obtidos. A escolha dessa temática de pesquisa se deu em função das aulas da disciplina de Geometria Analítica e Vetorial terem proporcionado a mim afinidades como: gosto pela 1 Representações estudadas por R. Duval, semiótica é uma palavra de origem grega, semeiotiké significa a arte dos sinais, sintomas. 8 disciplina, curiosidade e motivação por meio de desafios que estão presentes na possibilidade de visualizar a geometria plana e espacial através de vetores, além dos diversos debates, nos quais foram discutidos temas referentes à importância do seu uso e as suas aplicações. A partir dessas aulas, passei a me interessar pela disciplina, principalmente em relação ao porquê que muitos dos meus colegas haviam desistido da disciplina e a consideravam tão abstrata, enquanto, para mim, era algo bastante natural e instigante. Em outro momento, tive a oportunidade de participar de uma monitoria não subsidiada com os alunos do período seguinte que estavam cursando a disciplina. Durante as aulas de monitoria, percebi que as principais dúvidas estavam relacionadas ao conceito de vetores, à representação gráfica dos exercícios e aos diversos termos algébricos envolvidos na Geometria Analítica. Essas dúvidas dos alunos e algumas minhas ao longo do curso foram decisivas para eu realizar essa pesquisa, pois pretendia me aprofundar no assunto e compreender aspectos envolvidos em seu ensino, principalmente porque em breve serei professora. Nessa perspectiva, retornamos a priori essa pesquisa, tendo como base teórica os estudos de alguns autores ligados às discussões e às propostas voltadas à Geometria Analítica com tratamento Vetorial como campo de investigação. Dessa maneira, a fundamentação desse trabalho apoiou-se em autores como, Duval (1995), Eves (2004), Castro (2001), Santos (2008), Barros e Karrer (2011), Venturini (2009) e Parâmetros Curriculares Nacionais (2006). Utiliza-se como método de investigação a pesquisa qualitativo-descritiva, fundamentada em Lakatos e Marconi (2010), tomando como objeto de análise registros, entrevistas e questionários. Para corresponder ao nosso objetivo de pesquisa, o presente Trabalho de Conclusão de Curso ficou estruturado da seguinte forma: No Capítulo I, apresenta-se a base teórica, onde se discute três temas fundamentais ao estudo: Contexto histórico referente à Geometria Analítica e o tratamento Vetorial, as representações semióticas e a importância de recursos didático-metodológicos no ensino da disciplina. No Capítulo II, relata-se a metodologia de pesquisa utilizada para obtenção dos objetos de estudo, apresentando as opções metodológicas, os procedimentos de coleta de dados. No último capítulo, elucida-se a análise dos dados e dos aspectos sobre o ensino de Geometria Analítica e Vetorial. E nas considerações finais, apresenta-se uma síntese dos resultados principais relativos à análise da pesquisa. 9 CAPÍTULOI – CONSIDERAÇÕES SOBRE A GEOMETRIA ANALÍTICA E O TRATAMENTO VETORIAL 1.1 – Contexto histórico da Geometria Analítica e Vetorial A Matemática, na sua essência, trata da construção de modelos para compreender padrões existentes na natureza como foi considerado um dia por Galileu. Desta maneira, a relação entre o homem e a matemática é apresentada por Fiorentini: “O conhecimento matemático emerge do mundo físico e é extraído pelo homem através dos sentidos (FIORENTINI, 1995, p.9)”. Disto nasce a necessidade de compreender as transformações da natureza e do universo, bem como estudá-las e interpretá-las. Conforme a matemática se propõe, o conhecimento da Geometria Analítica é uma ferramenta fundamental. Em diversos casos, a sistematização do senso comum em relação à matemática surge através de conceitos geométricos que estão subentendidos e relacionados a outros contextos internos ou externos aos conhecimentos Matemáticos. Como afirmam Bishop & Gofree (1986, apud PONTE et al., 1997, p. 88): O significado matemático é obtido através do estabelecimento de conexões entre a idéia matemática particular em discussão e os outros conhecimentos pessoais do indivíduo. Uma nova idéia é significativa na medida em que cada indivíduo é capaz de a ligar com os conhecimentos que já tem. As idéias matemáticas formarão conexões de alguma maneira, não apenas com outras idéias matemáticas como também com outros aspectos do conhecimento pessoal. Professores e alunos possuirão o seu próprio conjunto de significados, únicos para cada indivíduo. Para Santos (2009), foi por cerca de 300 anos a.C. que Euclides2 escreveu “Os elementos”, obras em que reuniu todas as descobertas realizadas por seus antecessores sobre a Geometria. Essas obras, por serem consideradas a melhor conjectura acerca da Geometria até o início do século XX, foram a única referência utilizada pelas escolas secundárias. “Nenhum trabalho, exceto a Bíblia, foi tão ligeiramente usado ou estudado e, provavelmente, nenhum exerceu influência maior no pensamento científico” (EVES, 2004, p. 167). Eves, 2004, afirma também que, diferentemente do que se possa imaginar, Os Elementos de Euclides não tratam apenas de Geometria, tratam também da Teoria dos Números e da Álgebra Elementar. 2 Euclides (c. 330 a. C. – 260 a. C.) foi um dos primeiros geômetras e é reconhecido como um dos matemáticos mais importantes da Grécia Clássica e de todos os tempos. Muito pouco se sabe da sua vida. (WIKIPÉDIA, 2012) 10 Para Domingues (2008, p. 1): A geometria, como ciência dedutiva, foi criada pelos gregos. Mas, apesar do seu brilhantismo, faltava operacionalidade à geometria grega. E isto só iria ser conseguido mediante a Álgebra como princípio unificador. Os gregos, porém, não eram muito bons em álgebra. Mais do que isso, somente no século XVII a álgebra estaria razoavelmente aparelhada para a fusão criativa com a geometria. A geometria analítica, também denominada de coordenadas geométricas, é uma parte dos conhecimentos matemáticos que exerce a função de estabelecer as relações existentes entre a Álgebra e a Geometria através de processos específicos, pois, desta forma, as propriedades presentes nas figuras geométricas, retas, circunferências e outros segmentos podem ser compreendidos através de métodos algébricos. Segundo Eves (1992), ao se estudar a historia da origem da geometria analítica através da Historia da Matemática, percebe-se que não há um direcionamento exato sobre o verdadeiro “inventor” deste campo da Geometria. Porém, alguns autores, assim como Rosa (2003), dizem que a variação da Geometria grega para a Geometria Analítica relaciona-se a Arquimedes3, aproximadamente três séculos antes de Cristo e que seus estudos paralisaram após a destruição da biblioteca de Alexandria. Mas o grande avanço nos estudos relacionados à Geometria analítica se deve a dois grandes matemáticos: Pierre de Fermat (1601-1665) e René Descartes (1596-1650) que, com métodos diferentes, chegaram a resultados comuns. Como afirma VENTURINI (2009, p.7): Considerando os estudos de grandes estudiosos como Pierre de Fermat e René Descartes, podemos destacar a diferença entre seus estudos. Descartes partia de um lugar geométrico para encontrar equação, Fermat partia de uma equação e então buscava o lugar geométrico correspondente. A geometria analítica é um dos muitos casos, em ciência, de descobertas simultâneas e independentes, no qual Descartes teve mais sucesso e destaque porque superou Fermat em publicações e, principalmente, na notação algébrica. Por isso o livro Geometria, contendo os 3 Arquimedes de Siracusa (287 a.C. – 212 a.C.) foi um matemático, físico, engenheiro, inventor, e astrônomo grego. Embora poucos detalhes de sua vida sejam conhecidos, são suficientes para que seja considerado um dos principais cientistas da Antiguidade Clássica. (WIKIPÉDIA, 2013) 11 estudos de Descartes, é considerado por inúmeros historiadores como o precursor da Geometria Analítica, sendo, então, considerado pai da matemática moderna e quem construiu a estruturação da Geometria em um sistema cartesiano. Para Duval (1995), a Geometria Analítica favorece uma aprendizagem com três formas diferentes de processos cognitivos, que são: a visualização, a construção e o raciocínio, todas se interacionando para capacitar o aluno com as habilidades necessárias de formação. Com base nesses estudos, a Geometria Analítica passa a ser vista como uma disciplina moderna, capaz de explicar e demonstrar situações relacionadas ao espaço. As noções intuitivas de vetores começam a ser exploradas de forma contundente, na busca por resultados numéricos que expressem as ideias da união da Geometria com a Álgebra. Os vetores, que constituem a base dos estudos do espaço vetorial4, são componentes que possuem as características relacionadas a tamanho, direção e sentido. Sabe-se que o tratamento vetorial foi incorporado na Geometria Analítica nos séculos XVIII e XIX para uma potencialidade tecnológica dos estudos de eletromagnetismo. Os vetores são muito utilizados na Física como ferramenta auxiliar nos cálculos relacionados à Cinemática Vetorial, Dinâmica, Campo Elétrico, entre outros conteúdos afins. Os cientistas Isaac Newton e Gottfried Wilhelm Leibniz foram alguns dos grandes estudiosos que concentraram parte de seus estudos na Geometria Analítica, concretizando uma base teórica e prática para o surgimento do Cálculo Diferencial e Integral, muito utilizado atualmente na Engenharia. Esse envolvimento dos vetores na Geometria Analítica veio, enfim, a ocasionar infinitas facilidades em sua aplicação e em seu ensino, tornando mais acessíveis as demonstrações de vários teoremas e definições de René Descartes. Esta disciplina desperta interesse e pode ser trabalhada desde o ensino médio, devido ao tratamento vetorial ser uma vertente que pode ajudar os alunos a se sobressaírem em diversas situações cotidianas, visto que, muitas das demonstrações feitas na Geometria Analítica Plana, quando tratada de modo cartesiano, podem ficar mais simples se for dado um 4 Espaço vetorial é o envolvimento de vetores com as operações de adição e multiplicação por números reais, ou seja, é um conjunto de elemento que possuem duas operações definidas sobre os elementos deste conjunto, adição e multiplicação por números reais. (WIKIPÉDIA, 2013) 12 tratamento vetorial. Por exemplo, é mais fácil provar que duas retas são paralelas exibindo seus vetores diretores do que procurando seus coeficientes angulares. Porém, os alunos da educação básica têm um contato restrito ou até mesmo não chegam a trabalhar com a Geometria Analítica através de um tratamento Vetorial por motivos da organização curricular das escolas de nosso estado. E essas complicações presentes nos históricos dos alunos trazem dificuldades durante a formação inicial dos que ingressam nos cursos de exatas e principalmente nos cursos de licenciatura em matemática. Podemos perceber essa consequência pelo baixo rendimento por parte dos acadêmicos, fato este apresentado com muita propriedade por Andrade (2007): [...] escutamos dos alunos, inclusive daqueles que tinham desempenho satisfatório, o comentário de que esta [Geometria Analítica] era a parte da Matemática mais complicada e difícil, ocasionando, como consequência, baixo rendimento por parte destes do ponto de vista da avaliação somativa. (ANDRADE, 2007, p. 22) Nesta perspectiva de conhecer o contexto histórico sobre a disciplina, fica clara a presença de uma evolução positiva em relação ao seu entendimento e seu ensino. Porém, existem algumas dificuldades para o acadêmico devido a diversos fatores relacionados à formação que receberam na escola básica e à formação inicial que estão recebendo na universidade. Ou seja, as complicações se apresentam, sobretudo, por causa da conversão de tratamento durante a graduação. Desta maneira, alguns autores vêm se dedicando a analisar como seu ensino se dá nos cursos de exatas com o intuito de promover uma aproximação destes futuros professores a uma aprendizagem significativa e esclarecedora quanto às inúmeras formas de compreensão dos conceitos analíticos através do tratamento vetorial, contribuindo, assim, com os docentes do ensino superior e com o desenvolvimento de pesquisas na área. 1.2 – Teoria dos Registros de Representação Semiótica Diante das inúmeras complicações apresentadas pela maioria dos alunos na compreensão dos conteúdos matemáticos em todos os níveis de escolaridade, pesquisadores têm buscado desenvolver novas alternativas para solucionar esse problema. Como afirma Machado: 13 “Nas últimas décadas tem havido uma preocupação muito grande entre os pesquisadores em Educação Matemática com relação à aquisição do conhecimento por parte dos estudantes e com a forma como se processa essa aprendizagem (MACHADO, 2010, p. 167). Neste mister, a Teoria dos Registros de Representação Semiótica tem-se mostrado um importante instrumento para os estudos concernentes a esta matéria, bem como quanto à organização de situações de aprendizagens de conhecimentos matemáticos (MACHADO, 2007, p. 8).” Nesse sentido, a Teoria dos Registros de Representação Semiótica desenvolvida pelo filósofo e psicólogo francês Raymond Duval se apresenta como alternativa para o processo de ensino e aprendizagem da Matemática, em especial em virtude da grande diversidade de registros de representações referentes às atividades Matemáticas realizadas pelo homem. E a função das representações no ensino da matemática, investigada por Raymond Duval, trouxe uma contribuição expressiva para o campo da Educação Matemática, que é um dos principais campos de atuação em pesquisas do funcionamento cognitivo da aprendizagem matemática. Para Duval (1995), a aquisição de conhecimentos matemáticos compõe uma área de estudos privilegiada, devido à possibilidade de averiguações das atividades cognitivas primordiais para o saber, pois, na matemática, estão presentes conjecturas como: a contextualização, a conceitualização, o raciocínio, a compreensão e a resolução de problemas, que são processos básicos para o indivíduo obter resultados e respostas para os problemas surgidos a partir de suas realizações cotidianas. Estas atividades cognitivas exigem a utilização de códigos de representação e de expressão que vão além da linguagem natural e das imagens que são as formas mais comuns de representar: a escrita dos números, as operações, as relações, as figuras geométricas, os gráficos, diagramas, etc. Sendo assim, é necessária a interação entre diversos registros no intuito de haver uma compreensão total do objeto em estudo, efetivando, então, o que Barros e Karrer (2011) consideram como representação semiótica: “representação semiótica é uma representação que, além de sua formação no interior de um registro, admite mais duas atividades cognitivas: o tratamento e a conversão”. Duval (1995) compreende o tratamento como a transformação de uma representação em outra representação do mesmo registro. Já a conversão, ele considera a transformação de uma representação em outra representação de um registro diferente. Como ele expõe com suas palavras: 14 “Um tratamento é a transformação de uma representação em uma outra do mesmo registro, isto é, uma transformação estritamente interna a um registro. Existem tratamentos que são específicos a cada registro e que não precisam de nenhuma contribuição externa para serem feitos ou justificados. Uma conversão é a transformação de uma representação de um registro D em uma outra representação de registro A, conservando, pelo menos, a referência ao mesmo objeto ou à mesma situação representada, mas mudando, de fato, o conteúdo da representação (DUVAL, apud ALMOULOUD, 2007, p. 72).” Duval (1995) chama de semiósis a elaboração ou produção de uma representação semiótica, e noésis as ações cognitivas como a apropriação conceitual de um objeto. Para ele, não é possível ter noésis sem semiósis, visto ser esta que determina as condições de possibilidade e de exercício da noésis. Ou seja, o indivíduo precisa distinguir um objeto de sua representação para que não haja confusão e não o leve à perda de compreensão em algum momento. Um mesmo objeto pode apresentar diversas representações e o processo cognitivo mental, após a identificação correta do objeto, relaciona-o com o conjunto de imagens e de concepções que o indivíduo pode ter sobre o objeto, fornecendo os meios de que dispõe para exteriorizar seu raciocínio concluído. Na aplicação de tratamentos na matemática, tem-se a utilização de representações semióticas como eixo central porque os tratamentos matemáticos não podem ser concretizados independentemente, necessitam ser acompanhados pela criação e desenvolvimento de sistemas semióticos específicos. Desta forma, percebe-se que a formação do pensamento científico é inseparável do surgimento de simbolismos específicos para representar os objetos e suas relações. Duval (1995) considera três tipos de Registros de Representação. São eles: registro figural, registro simbólico e registro da língua natural. Essas representações semióticas possuem duas características estruturais: a forma (também chamada representante) e o conteúdo (também conhecido por representado). Percebe-se que um vetor é um conceito matemático que pode ser representado pelos três tipos de registros como aponta Castro (2001, p.13): Um vetor v pode ser representado pelos três tipos de registro, indicados por Duval. No simbólico através de n-uplas, ou combinações lineares de vetores em relação a uma base fixada, no figural, por uma flecha, registro de um representante da classe de eqüipolência de . E na linguagem natural, “vetor”. CASTRO (2001, p.13) Como essas características são muito próximas, os alunos, em diversos momentos de sua vida acadêmica, confundem objetos matemáticos com suas 15 representações. Como exemplos, têm-se: um vetor e o desenho de uma flecha, um gráfico e outra função, um numeral e sua escrita, etc. Para Duval, essas confusões talvez sejam um dos grandes problemas da matemática, conforme descreve: O ponto comum à grande maioria dos bloqueios dos alunos, quaisquer que sejam os domínios de atividade matemática e qualquer que seja o nível do currículo, é a incapacidade de converter a representação de um objeto em uma outra representação do mesmo objeto. Duval (1995, pg. 12). Para que haja esclarecimentos dessas confusões, o indivíduo precisa compreender a total diferença entre conversão e tratamento, realizando cada processo necessário em cada situação de representação de registro. Castro (2001) considera que um vetor do plano ou do espaço pode ser representado por três registros diferentes. São eles: Registro gráfico: Um vetor (não nulo) pode ser representado por um segmento orientado mais comumente relacionado a uma flecha; Registro simbólico: Este registro é representado por duas classes, combinações lineares e n-uplas; Registro da linguagem natural: Esse registro é muito utilizado na matemática por ser responsável pela descrição de um contexto, ou seja, é a parte que define um objeto, enuncia um teorema, entre outras situações. Como exemplo prático, tem-se o “vetor”. Percebe-se que, com uma palavra, existe uma associação a outros elementos que a envolve. 1.2.1. Exemplos de conversão e de tratamento Para compreender os processos de tratamento e conversão, temos exemplos contundentes apresentados por Castro (2001, p. 14), nos quais é possível perceber a diferença entre esses métodos, desmistificando as confusões entre ambos no emprego dos registros de representações: Figura 1: Exemplo de conversão 16 Fonte: Dissertação de mestrado de Samira Choukri de Castro. 2001, p. 14. Em (1) temos uma representação do vetor no registro simbólico. Em (2) temos uma representação do mesmo vetor no registro figural. Ao se passar de (1) para (2), fizemos uma conversão de registros do simbólico para o figural. Figura 2: Exemplo de tratamento Fonte: Dissertação de mestrado de Samira Choukri de Castro. 2001, p. 14. De (3) para (4) efetuamos uma operação que transformou a representação do vetor , permanecendo no interior de um registro simbólico. Fizemos então um tratamento de uma representação do vetor . Figura 3: Exemplos de conversão dos três registros 17 Fonte: Dissertação de mestrado de Samira Choukri de Castro. 2001, p.14. Admite-se, então, que, para haver uma conversão, precisa-se alterar o tipo de registro, ou seja, deve haver uma transferência entre os tipos de registro até o resultado final. Quando se refere ao tratamento de uma representação, ter-se-ão alterações com componentes do registro, porém, não haverá mudança no tipo de registro, sendo, então, apenas uma transformação interna deste registro. Então, em meio às atividades realizadas pelos alunos ao longo da disciplina, devem existir diversas operações de conversão e tratamento para que o aluno, através de seus próprios mecanismos de reconhecimento de um objeto, consiga distinguir estes dois fenômenos e realize com êxito a sua conclusão do exercício que lhe foi apresentado. 1.3 – A importância da utilização de recursos metodológicos que auxiliam a aprendizagem da Geometria Analítica e Vetorial. Ao realizar uma análise referente ao ensino de Geometria Analítica e segundo Miguel (1994) é possível apontar uma tendência de alguns professores em dar prioridade ao 18 acúmulo de conhecimentos geométrico sem considerar determinados aspectos relevantes, tais como as motivações que levaram ao seu desenvolvimento e sua aplicação no cotidiano. Nesse sentido, alguns deles seguem apenas a lógica de conhecimento pré-estabelecida, geralmente iniciando do mais simples para o mais complicado, acentuando as dificuldades por não apresentarem situações e problematizações que contextualizem o conteúdo. Esta é uma prática comum entre uma determinada parte dos professores iniciantes, pois, segundo Gonçalves (2005, p. 68), “os futuros professores tendem a reproduzir os procedimentos didáticopedagógicos de seus formadores”. Partindo desse pressuposto, verificamos a necessidade de uma mudança tanto nas práticas pedagógicas quanto na concepção de ciência exata adotada pelo professor frente ao ensino de Geometria Analítica. Na percepção de Miguel (1994), é possível superar esse paradigma através de uma interação mais crítica entre a pedagogia, a matemática e a história, e desta forma, buscando encontrar melhores maneiras para conduzir o processo de ensinoaprendizagem. Essa reflexão vai também ao encontro do que diz Giesta (2005, p. 19): “O educador que, corajosamente, analisa sua prática e as respostas que dela obtém evita, também, a alienação e a apatia frente às situações emergentes da educação escolarizada e do exercício do magistério”. Então, para que deixe de ser apenas transmissores de conteúdos considerados prontos e acabados, Nobre (1996, p. 31) sugere que seja dado um tratamento diferenciado à transmissão dos conhecimentos, ou seja, que se tente acompanhar o conceito a ser trabalhado a partir de seu desenvolvimento histórico. Desta forma, a educação assume um caminho distinto que, ao invés de ensinar o para quê, ensina-se o porquê das coisas. À medida que o tempo vai passando, as reflexões sobre a prática, as leituras que fazemos no dia a dia e as experiências adquiridas mescladas com reflexões teóricas me apontam falhas e mostram caminhos para o aprimoramento desta prática pedagógica, uma vez que as críticas sobre a tão falada e criticada forma tradicional de se ensinar Matemática são cada vez mais acentuadas; logo, novas formas estão sendo buscadas, trabalhadas e compartilhadas nos meios acadêmicos. (SANTOS, 2011, p. 13) No intuito de promover uma discussão a respeito dos recursos metodológicos que podem motivar e enriquecer a aprendizagem da Geometria Analítica, faz-se necessário averiguar as propostas inovadoras apontadas em estudos recentes, que contribuem significativamente com a matemática por abordar aspectos pedagógicos que fundamentam e humanizam os conteúdos da disciplina. Entre estes estudos destaca-se a utilização da História da Matemática, o uso frequente das TIC’s (Tecnologias de Informação e Comunicação) e a 19 contextualização trabalhada através da Resolução de Problemas. Em relação à história da matemática, pode-se dizer que as discussões sobre suas potencialidades pedagógicas sucedem há algum tempo. Hodiernamente, esse tema está presente em todo congresso que reúne educadores e historiadores matemáticos. As discussões abrangem, entre outras, questões relativas à inserção de componentes históricos no ensino de matemática não só nos níveis fundamental e médio, mas também em cursos de formação para o exercício de diferentes graus de ensino. Andrade mostra que: Contextualizar esses conhecimentos no tempo e no espaço, por intermédio da História da Matemática, parece-nos de grande importância para os alunos que passarão a ter a possibilidade de sentir/viver a humanização da Matemática, bem como a sua importância para a compreensão/alteração do meio físicoeconômico/social da humanidade. Por isso, tem que ser mais bem compreendida por todos para que a sociedade possa ser mais justa e igualitária, melhorando, assim, as relações de poder entre comandantes e comandados. (ANDRADE. 2006, p. 4) Nos cursos de formação de professores e de formação continuada, a história da matemática normalmente é incluída como parte integrante dos conteúdos das disciplinas, assim favorecendo a aprendizagem por meio do ensino dos conceitos envolvidos segundo seu desenvolvimento histórico. Dessa forma, ela auxilia na construção do conhecimento matemático e possibilita a compreensão da matemática como um processo dinâmico, permitindo uma alteração da visão estática que muitas vezes detém-se a respeito dessa ciência. Para a compreensão de diversos fatores presentes na Geometria Analítica, pode-se buscar amparo na história da matemática, pois o entendimento sobre seu surgimento e sua contextualização histórica possibilita um norteamento fundamental para um crescimento contundente da aprendizagem dos acadêmicos. Por exemplo, a própria notação algébrica presente na Geometria Analítica é intrinsecamente relacionada à história de sua origem. Outro recurso metodológico que vem ganhando destaque há algum tempo na área das exatas é uso de tecnologias na educação, que promove um grande avanço por facilitar processos e motivar os estudantes, que, nos dias de hoje, possuem um contato direto e amplo com as ferramentas disponibilizadas pela modernidade. Os PCNs (2006, p.118) afirmam que “a matemática deve acompanhar criticamente o desenvolvimento tecnológico contemporâneo, tomando contato com os 20 avanços das novas tecnologias nas diferentes áreas do conhecimento para se posicionar frente às questões da atualidade.” Esta colocação elucida a necessidade da matemática de se apropriar destes recursos para seu beneficio e para sua aprimoração. A agilidade com que essas tecnologias se aperfeiçoam influencia constantemente nas frequentes mudanças no sistema de ensino, principalmente na postura do professor que, através de sua didática, tem o papel de mediador entre o conhecimento e o aluno. Entretanto, para que os educadores sejam atuantes de tais mudanças, devem obter uma preparação adequada, como assegura Venturini (2009, pg. 4): Para ser o agente de mudanças, os educadores devem estar realmente preparados, principalmente se tratando de algo novo, como por exemplo, utilizar Softwares de Geometria dinâmica em suas aulas de matemática, pois assim como escolher um bom livro texto não é garantia de um bom aprendizado, escolher um software de boa qualidade não é garantia de sucesso e aprendizado em suas aulas. Essa preparação do professor deve ocorrer durante o curso de formação inicial bem como nos cursos de formação continuada, uma vez que as tecnologias são um campo vasto que se inovam constantemente, trazendo informações novas que devem ser disseminadas no meio acadêmico. O professor que sabe utilizar as tecnologias em suas aulas de forma adequada sabe também que um bom recurso didático vai muito além de facilitar ou complementar uma explicação de determinado assunto. Necessita também atender às necessidades de aprendizagem dos educandos. Nesta perspectiva, Almeida (2000) apresenta, como conclusão de seu estudo das características de ambientes de aprendizagem com a inserção da tecnologia da informação à prática pedagógica, um roteiro para o professor, conforme segue abaixo: Aprender a aprender para resolver problemas com que se deparam na vida e na profissão; Assumir uma atitude de abertura para o novo, o inesperado e o imprevisível; Dominar recursos dessa tecnologia, usá-los em sua prática conforme os objetivos pedagógicos e permitir que seus alunos selecionem para uso os recursos mais adequados à atividade em desenvolvimento; Compreender como se aprende e como se ensina com o uso da tecnologia; Criar ambientes de aprendizagem, nos quais a tecnologia é utilizada pelo aluno para a busca, articulação e troca de informações e experiências, para a resolução de problemas e a reconstrução contínua do conhecimento, a reflexão, a interação e a cooperação; Investigar a própria ação e formação, tomar consciência de suas dificuldades e estratégias adotadas para sobrepujá-las; Desenvolver a autonomia para tomar decisões em relação aos recursos a utilizar em sua prática pedagógica e intervir no processo de aprendizagem individual e grupal (ALMEIDA, 2000, p. 453). 21 Quanto à geometria analítica e vetorial, é notável que diversas conceitualizações presentes em seu conteúdo podem ser trabalhadas e discutidas através de softwares geométricos e programas específicos, pelo fato destes instrumentos proporcionarem interpretações variadas para um mesmo problema ou objeto através de visualizações, construções e sistematizações. Ou seja, o campo computacional também possibilita a aprendizagem por meio dos registros e representações. Por esses e outros fatores, a utilização da informática é vista como uma ferramenta eficaz na prática do aluno. Assim expõe Zuchetti (2007, p.86): Como forma de resgate do ensino da parte gráfica da matemática, ou seja, da geometria, propomos a informática como ferramenta essencial para seu ensino, para a visualização, para construção de ambientes que venham a favorecer o aprendizado, não só levando em consideração a geometria, mas também a outras áreas do conhecimento. (ZUCHETTI, 2007, p. 86) Outra vantagem desse recurso é acessibilidade que ele possui, pois a maioria dos softwares, que são criados para explorar a matemática, é gratuita ou disponibilizada facilmente. Associar matemática e informática pode tornar certos conceitos bem mais claros e atrativos. É vasta a variedade de assuntos que podem ser explorados com tal recurso, destacando-se, principalmente, os que envolvem geometria. Além de ser uma atividade prazerosa, criativa e dinâmica, o uso da informática permite ao aluno o desenvolvimento de habilidades indispensáveis para o aprendizado de Matemática e para resolução de problemas. A resolução de problemas é uma das metodologias que estimula o aprender a aprender e promove a contextualização dos conteúdos de matemática. A aprendizagem tornase significativa à medida que os alunos encontram situações de resolução de problemas, porque não se trata apenas de buscar a resolução do problema, mas entender a finalidade e utilidade da situação questionada e quais os objetivos de aprendizagem. Essa metodologia constitui-se de uma atitude de construção do conhecimento em que todos os processos e métodos utilizados são fundamentais e não apenas o resultado final obtido. Os alunos devem identificar a partir da situação, quais são os objetivos e os possíveis caminhos para solucionar o problema. Uma das tarefas que a aprendizagem fundamentada nessa abordagem busca realizar é estimular o aluno a ser um constante pesquisador. A resolução de problemas tem um papel extremamente importante no ensino da Matemática em todos os níveis e isto inclui saber organizar as suas ideias e ter criatividade 22 para fazer novas descobertas. Em Pozo, encontra-se uma justifica para a utilização de resolução de problemas. Em função dos seus valores formadores do desenvolvimento de estratégias de pensamento e raciocínio. ... a Matemática é o idioma das ciências e da tecnologia. Nesse sentido, aprender a resolver problemas matemáticos e a analisar como os especialistas e os não-especialistas resolvem esse tipo de tarefas pode contribuir para um aumento do conhecimento científico e tecnológico de maneira geral. ... a complexidade do mundo atual faz com que esse tipo de conhecimento seja uma ferramenta muito útil para analisar certas tarefas mais ou menos cotidianas como, por exemplo, pedir um empréstimo, analisar os resultados eleitorais, jogar na Loteria Esportiva ou tomar decisões no âmbito do consumo diário.” (POZO, 1998, p.45) Desta forma, a Geometria Analítica e Vetorial pode ter seus conceitos trabalhados a partir desta metodologia com o intuito de ligar seus princípios a atividades cotidianas, para que, através dos problemas elaborados, os alunos investiguem e busquem a melhor forma de aplicar o que aprendeu na disciplina e possam saber que essa aprendizagem é contínua devido à necessidade humana de resolver problemas através da matemática. 23 CAPÍTULO II - METODOLOGIA DA PESQUISA 2.1 – Opção Metodológica No que se refere ao método de investigação, optou-se pela abordagem da pesquisa qualitativo-descritiva, que, segundo Lakatos e Marconi (2010), toma como objeto de análise registros, entrevistas e questionários. Neves (1996) elucida que, para a pesquisa em educação, a obtenção de dados descritivos, mediante contato direto e interativo do pesquisador com a situação do objeto de estudo, é extremamente positiva para o desenvolvimento da pesquisa, pois vai além da busca por enumerar e quantificar eventos com métodos e técnicas estatísticas. À luz desta metodologia e com o intuito de complementar as reflexões sobre o assunto, utilizam-se quesitos relacionados à metodologia da Análise de erros em matemática estudada por Cury (2008), que se caracteriza em uma forma possível do professor admitir as dificuldades dos alunos através de erros cometidos por eles e realizar um planejamento contendo essas reflexões e objetivando um enfrentamento dessas dificuldades. Para Cury (2008, p. 13), “A análise das respostas, além de ser uma metodologia de pesquisa, pode ser, também, enfocada como metodologia de ensino, se for empregada em sala de aula, como “trampolim para a aprendizagem” (BORASI, 1985), partindo dos erros detectados e levando os alunos a questionar suas respostas, para construir o próprio conhecimento. Assim, a análise das produções dos estudantes não é um fato isolado na prática do professor; ela é – ou deveria ser – um dos componentes dos planos pedagógicos das instituições e dos planos de aula dos docentes, levando em conta os objetivos do ensino de cada disciplina.” A análise de erros, neste trabalho, é vista exclusivamente como ferramenta de pesquisa. Então, entende-se por ela como objeto norteador para a forma como foi conduzida parte da pesquisa de modo que alcance os objetivos propostos. Ela foi empregada nesta pesquisa, notoriamente, na busca por uma organização dos dados e pela delimitação das questões que estariam nos questionários, de forma que resgatasse o máximo de elementos pertinentes para a pesquisa, bem como determinar quais seriam os estudantes entrevistados. Na utilização de uma análise de erros as concepções são adquiridas a partir de erros cometidos pelos alunos em determinadas atividades e tem a função de contribuir com as reflexões 24 realizadas pelo professor frente a esses erros. Em função disso, vários trabalhos relacionados ao ensino de Geometria Analítica referem-se à utilização de “análise de erros”. Essa pesquisa também toma como pressuposto o respeito à diversidade das formas distintas de se chegar a uma conceitualização de pesquisa em educação, a forma que D’ Ambrósio (2008, p. 91) discorre: Cada indivíduo tem sua prática. Todo professor ao iniciar sua carreira, vai fazer na sala de aula, basicamente, o que ele viu alguém, que o impressionou, fazendo. E vai deixar de fazer algo que viu e não aprovou. Essa memória de experiências é impregnada de emocional, mas aí entra também o intuitivo... Mas, sem dúvida o racional, isto é, aquilo que se aprendeu nos cursos, incorpora-se à prática docente. E à medida que vamos exercendo, a crítica sobre ela, mesclada com observações e reflexões teóricas, vai-nos dando elementos para aprimorá-la. Essa prática, por sua vez, vai novamente solicitar e alimentar teorizações que vão, por sua vez, refletir em sua modificação. O elo entre teoria e prática é o que chamamos de pesquisa. Com base na metodologia empregada, esta pesquisa discute os problemas enfrentados pelos estudantes de matemática em relação ao ensino de geometria analítica com ênfase vetorial. Para isso, os dados foram obtidos por intermédio de observações, registros e interpretações dos questionários respondidos pelos alunos. Nesta perspectiva, os sujeitos da pesquisa foram alunos de diferentes turmas do curso de matemática que haviam cursado ou estavam cursando (período da monitoria) a disciplina de Geometria Analítica e Vetorial. Esta escolha se deu para atender às características da investigação, pois havia a necessidade de se trabalhar hipóteses com um público que já tivesse adquirido conhecimentos na disciplina, para que fosse observada a relação dos alunos com a disciplina e com os registros de representações. A coleta de dados se iniciou durante a monitoria acadêmica, cujo intuito seria o de realizar as primeiras análises. Ali foram realizados registros sobre as questões em que os alunos tinham mais dificuldades, conceitos que eles consideravam abstratos demais, entre outros fatores. A segunda etapa da coleta de dados foi a aplicação do questionário 1 com características de uma entrevista, contendo oito questões abertas para identificar a opinião dos alunos a respeito de diversos aspectos da disciplina. Por fim, houve a terceira etapa com a aplicação do questionário 2 contendo cinco questões ligadas ao conteúdo para averiguar como os alunos estão relacionando a conversão e o tratamento de vetores. Nesta pesquisa, procedeu-se à análise e descrição dos problemas relacionados ao aprendizado da geometria analítica. Nesse sentido, propõem-se, depois de analisado os dados, 25 algumas sugestões que visem minimizar as reprovações nesta disciplina assim como também maximizar o aprendizado de geometria analítica. 2.2–Procedimentos executados para a Análise dos Dados Para a análise das informações, a investigação procedeu-se em duas etapas a fim de que se buscasse o foco das concepções sobre o aprendizado de Geometria Analítica e Vetorial no curso de licenciatura em Matemática da UNIR. 1ª Etapa – Análise Geral Na análise geral da pesquisa, serão considerados aspectos sobre a coleta de dados, apresentando colocações presentes nos questionários que justifiquem a escolha das perguntas entre outros fatores, procurando refletir sobre a importância e enfoque das observações realizadas. Outros objetivos pertinentes à análise geral são: Verificar os principais apontamentos presentes em um primeiro diagnóstico realizado durante a monitoria; Analisar como questões abertas e subjetivas do primeiro questionário podem contribuir com a pesquisa; Elucidar uma justificativa coerente para o uso de um segundo questionário com questões sobre o conteúdo específico da disciplina aplicado aos alunos. 2ª Etapa – Análise Específica Para a análise específica dos dados, serão apresentadas as indagações quanto à temática, sendo realizadas as análises e as fundamentações necessárias para cada momento da pesquisa. Com o desígnio de promover uma reflexão sistematizada, optou-se pela seguinte sequência de explanação: As indagações advindas da monitoria; As concepções obtidas através do questionário 1; As concepções adquiridas a partir do questionário 2. Deve-se salientar que essa estrutura foi motivada pela possibilidade de descrever com coesão e praticidade os questionamentos que permeiam os quesitos pesquisados. CAPÍTULO III – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS 26 3.1 – Análise Geral 3.1.1 – Apontamentos relacionados ao período de monitoria A monitoria ocorreu durante o primeiro semestre de 2011, com a turma de licenciatura de matemática com ingresso em 2009, contando, inicialmente, com um número considerável da turma. Entretanto, apenas quatro alunos tiveram uma participação assídua nos horários estipulados até a conclusão da disciplina de Geometria Analítica e Vetorial. Através dessa experiência, acredita-se que foi proporcionada uma interação maior dos monitores com a disciplina e com os acadêmicos daquela turma. Além disto, é interessante ressaltar que a monitoria acadêmica contribui com a formação, tanto dos monitores quanto dos discentes participantes. Ela também possibilita ao monitor a pesquisaação, uma vez que ele reflete sobre suas ações e se indaga ao deparar com determinadas situações que o desafiam. Os registros e relatórios elaborados pelo monitor trazem relatos significantes que apontam diversos aspectos relacionados às dificuldades dos acadêmicos e as suas próprias dúvidas. Essa forma de registro tem a competência de agregar também as observações do processo em que se dá a evolução do aluno. Como a monitoria propicia aos monitores uma iniciação à pesquisa, os relatos surgidos a partir dos atendimentos efetivados durante o período ocorrido vêm ao encontro dos objetivos desta pesquisa, complementando a busca por compreensões e interpretações almejadas pela investigação. 3.1.2 – Aspectos condescendentes à aplicação dos questionários 1 e 2 A aplicação dos questionários 1 e 2 condiz com uma averiguação ampla de um determinado objeto de estudo. Através dos questionamentos levantados é possível identificar a visão que o aluno tem sobre a disciplina de geometria analítica e vetorial, possibilitar que ele reconheça a suas dificuldades ou a ausência delas, verificar as opiniões deles sobre o tratamento vetorial, entre outras averiguações. Depois de verificados os estudos preliminares dos dados, o questionário 2 tem o papel de realizar um último reconhecimento das possíveis divergências em relação ao estudo da Geometria Analítica e Vetorial, pois a elaboração destas atividades aplicadas pretende constatar as possíveis dificuldades dos alunos em transitar entre a conversão e o tratamento de 27 vetores. 3.2 – Análise Específica 3.2.1 – Refletindo sobre as indagações advindas da monitoria O período de monitoria trouxe alguns questionamentos postos pelos alunos que puderam evidenciar alguns fatores. As primeiras dúvidas partiram da noção de vetores, pois no primeiro dia, ao perguntar aos alunos o que é um vetor, a maioria respondeu que vetor é um seguimento de reta orientado e outros não conseguiram definir apenas concordando com os demais. Sabe-se que um vetor é compreendido como uma classe de equipolência de seguimentos orientados. Porém, é preciso entendê-lo como uma grandeza com características próprias. Essa primeira evidência de dificuldade dos alunos surge do fato de a imagem estar associada ao desenho de uma flecha, ou simplesmente pelos alunos relacioná-la diretamente ao plano cartesiano. Essa conceituação parcial do vetor concebida pelo aluno, além de criar uma limitação em suas percepções, pode dificultar a visualização das aplicações de vetores em situações reais que envolvam geometria. Outras situações que evidenciaram dificuldades dos alunos foram atividades que envolviam a adição de vetores e seus múltiplos. Como exemplo, temos a fala da aluna A: “Sempre que precisar achar o vetor resultante, a gente tem que usar a regra do paralelogramo?”. Percebe-se que, ao ser indagada, a aluna generalizou o método para todos os exercícios de resultantes, esquecendo que os múltiplos de um vetor também formam os vetores resultantes. Esse tipo de dúvida é bastante comum aos acadêmicos que estão começando a interagir com a disciplina. Um exercício em que se pedia que fosse feito um esboço de um vetor no plano e outro no espaço trouxe uma situação inusitada. Um aluno B pediu que fosse feito no quadro um dos itens que tivesse as coordenadas em três dimensões, afirmando: “Eu preciso entender melhor como se desenha o vetor no espaço, porque eu só sei fazer no plano”. A colocação deste aluno mostra a dificuldade que os alunos têm em realizar a representação gráfica dos vetores. Possivelmente essa problemática se dá porque a conversão do registro das n-uplas para o registro figural nem sempre é uma atividade imediata do pensamento. Outro fator é que a base utilizada é tridimensional e os alunos, normalmente, estão mais habituados a trabalhar 28 com coordenadas bidimensionais. Uma dificuldade percebida que exigiu bastante atenção foi a falta de entendimento dos alunos em relação ao produto escalar, pois eles não compreendiam como o escalar de dois vetores poderia ser um número real, como se apresenta a fala do aluno C: “Se um vetor é dado por coordenadas, o produto dele por outro vetor deveria dar um resultado em coordenadas também.” É notável que os alunos tiveram complicações em compreender que o produto escalar é o resultado do produto do comprimento de um vetor A pela projeção escalar de um vetor B em A. E que sua função é determinar a posição desses vetores no espaço, visto que esse escalar define a inclinação angular em que os vetores ficarão dispostos. Um último questionamento em que cabe apontar uma reflexão foi sobre a dificuldade dos alunos em saber retomar conceitos de geometria plana, espacial e álgebra para resolver os problemas de Geometria Analítica e Vetorial. Pode-se perceber essa complicação a partir da fala da aluna D: “Nossa! Para achar o volume de um prisma hexagonal, além de vetores eu preciso me lembrar de área, reta, plano cartesiano, equações, [...] é muita coisa.” Ela consegue relacionar os conteúdos necessários para a solução, mas conceitua trabalhoso o fato de ter que resgatar conhecimentos anteriores, isso decorre da constante falta de revisão do estudo realizado pelos alunos. Esse hábito de seguir adiante sem retomar o estudo atrapalha a compreensão da geometria, pois ela sempre será trabalhada a partir de seus conceitos primordiais como: ponto, reta, plano, entre outros. 3.2.2 – Análises das concepções obtidas através do questionário 1 O primeiro questionamento realizado a esses acadêmicos foi: Qual a importância da disciplina de Geometria Analítica e Vetorial para sua formação inicial? Com pergunta, esperava-se que os argumentos apresentados por eles fossem positivos, visto que a disciplina faz parte do curso e abrange um conhecimento necessário dentro da matemática. Como era o esperado, as respostas dos alunos apresentaram características semelhantes em suas afirmações positivas em relação à importância dos estudantes de matemática aprender sobre Geometria Analítica e Vetorial. Porém, exploraram pontos diversificados que possibilitaram uma analise individual, como apontam os alunos E, F, J e K. Aluno E: 29 Aluna F: Aluno J: Aluno K: Na colocação do aluno E, nota-se que ele considerou de suma importância o conhecimento da teoria da disciplina. Ele define com suas palavras que o domínio de conteúdo e o que a Geometria Analítica possibilitou a ele de compreensão do mundo irão ajudá-lo em algumas circunstâncias. Para a aluna F, A disciplina de Geometria Analítica e Vetorial é importante para sua formação porque a disciplina compreende à junção da Geometria Plana e Espacial com Física Básica, promovendo-lhe a aprendizagem de conceitos que não possuía anteriormente. Ou seja, percebe-se que esta aluna confirma as hipóteses de que a Geometria Analítica e Vetorial contribui com outras disciplinas do curso. O aluno J considera a disciplina importante porque ela apresenta conteúdos que podem ser ensinados desde o Ensino Médio. Possivelmente ele apontou essa importância porque, como futuro professor, este aluno se preocupa em conhecer bem o que vai ensinar. O posicionamento do aluno K está relacionado ao fato de os conceitos explorados pela disciplina trazerem motivação ao aluno para que ele sinta-se competente a resolver 30 situações-problemas que envolvam o espaço tridimensional e aplique-os também em suas atividades cotidianas. Enfim, este aluno determina a importância da disciplina através do quanto aprendê-la pode colaborar com a praticidade que ela promove. Num segundo questionamento, realizaram-se as seguintes indagações: Teve dificuldades ao cursar esta disciplina? Quais? Esta pergunta tem o intuito de identificar se os alunos apresentam ou não dificuldades durante a disciplina e apontar quais são para verificarmos se eram dúvidas comuns ou distintas. Para essas perguntas, as respostas foram divergentes. Os alunos F, G, J e L afirmaram que não tiveram dificuldades; entretanto, os alunos E, H, I e K responderam que tiveram dificuldades ao cursar a disciplina. Como três das afirmações negativas foram iguais e sucintas, será apresentada apenas a resposta do aluno L por ser a única que apresentou uma justificativa. As respostas afirmativas serão todas expostas, porque cada aluno justificou de forma única, cabível à análise. Aluno L: Pela justificativa apresentada, ficou clara a hipótese de que alguns alunos não encontraram dificuldades ao cursar a disciplina, ou por possuírem as habilidades necessárias de interação com os conceitos geométricos ou porque já se identificavam com características abstratas da matemática, conseguindo trabalhar facilmente com a conversão e o tratamento de vetores. Já os alunos E, H, I e K afirmaram que tiveram algum tipo de dificuldades, como se apresentam abaixo: Aluno E: Aluna H: 31 Aluna I: Aluno K: Através destas respostas, podem-se verificar os diferentes tipos de dificuldades enfrentadas por estes alunos. As respostas da aluna I e do aluno E mostram que as dificuldades enfrentadas por eles ocorreram devido à restrição de conhecimentos anteriores à disciplina. Percebe-se também que a aluna I relaciona a sua dificuldade ao fato de estes conhecimentos só terem sidos trabalhados durante o curso e não no ensino médio. Este último relato pode enfatizar a necessidade de se trabalhar a Geometria Analítica com o tratamento Vetorial desde o ensino básico. A aluna H relatou com exatidão os tópicos em que mais encontrou dificuldades, sendo que estes tópicos são também algumas das dificuldades encontradas pelos alunos da monitoria. Isto evidencia que esses conceitos estão sendo alguns dos quais os alunos estão encontrando complicadores da conversão de registros. Como exemplo, tem-se a dificuldade desta aluna em realizar a representação gráfica, ou seja, ela tinha complicações ao converter o registro simbólico para o registro figural. E o aluno K expressou que sua maior dificuldade está na aplicação dos conceitos da disciplina. Isso provavelmente aconteceu pelo fato de as aulas presenciadas por este acadêmico terem tido um caráter técnico, nas quais as atividades não envolviam situações práticas. Num terceiro e quarto questionamentos, cujo intuito era o de verificar as concepções dos alunos em relação ao tratamento vetorial na disciplina, foi-lhes perguntado: 32 Você já tinha conhecimento do tratamento vetorial aplicado a Geometria Analítica antes do curso? Como foi, para você, relacionar vetores, álgebra e geometria em uma mesma disciplina? Em sua opinião, o tratamento vetorial facilita os conceitos apresentados pela Geometria Analítica? As respostas ao terceiro questionamento apresentaram uma unanimidade. Todos responderam que não tinham conhecimento da aplicação do tratamento vetorial na Geometria Analítica antes do curso. Entretanto, apresentaram opiniões diferentes em relação à interação da Álgebra, Geometria e Vetores. Nas respostas ao quarto questionamento, todos, de alguma forma, concordaram, totalmente ou parcialmente, com o fato de que os Vetores podem facilitar os conceitos apresentados pela Geometria Analítica. Para contemplar as respostas com justificativas mais bem elaboradas do terceiro e quarto questionamentos, apresentam-se, respectivamente, abaixo, as respostas: Respostas do questionamento 3: Aluna F: Aluno L: Respostas da questão 4: Aluna H: 33 Aluna I: Na resposta três, os acadêmicos afirmaram que a Geometria Analítica estudada através de um tratamento vetorial foi uma forma inédita de estudar geometria. Garantem também que a relação existente entre vetores, geometria e álgebra é algo natural, de fácil compreensão e que esses conceitos se completam para sintetizar um contexto. O aluno L afirma também que alguns conceitos são mais complicados, mas não por causa desta relação entre os conteúdos e, sim, apenas pelas dificuldades relacionadas ao próprio conceito de vetor. Na quarta questão, as respostas são bem próximas, porque todos os acadêmicos participantes da pesquisa concordam que o tratamento vetorial pode ser um facilitador no estudo em questão. A aluna H diz, em suas palavras, que, se o entendimento de direção, sentido e módulo de um seguimento orientado estiver bem estabelecido pelo aluno, a visualização de formas geométricas por todas as partes através de vetores contribui significativamente com a aprendizagem. Já a aluna I considera que facilita, porém, depende se, para o caso, é indicada a aplicação de vetores. Com essas duas posições, evidencia-se que, como processo facilitador, os vetores, quando utilizados de forma coerente, são capazes abranger diversas conjecturas da disciplina. No quinto questionamento temos: Para você, esta disciplina possui aplicações em contextos reais? Poderia Citar algumas? Com esta pergunta, deseja-se saber a opinião dos acadêmicos sobre a aplicabilidade da Geometria Analítica e Vetorial. Essa questão foi respondida com a afirmação positiva pela maioria dos alunos, exceto um dos entrevistados que usou a afirmação negativa. Para apresentar a oposição 34 existente de opiniões, foram usadas as respostas dos alunos L e G. Aluno L: Aluno G: O aluno L, assim como os demais alunos da pesquisa, considera que as aplicações são inúmeras devido às possibilidades que as teorias apresentadas pela disciplina fornecem ao indivíduo. E ainda cita como exemplo a modelagem de diversas situações desenvolvidas a partir da Geometria Analítica. O aluno G opõe-se à opinião dos demais, concluindo que a disciplina não dá todo o suporte necessário para que eles possam aplicar. Distinguiu as aplicações apresentadas pelo professor como restritas ao dizer que elas apenas permeavam dentro da matemática e em casos específicos da física. E, por fim, levantou uma crítica à falta de situações-problemas durante a explicação do conteúdo. O termo “infelizmente” utilizado por este aluno deixa evidente que ele acredita ou sabe que existem muitas aplicações. Entretanto, sente que não possui uma sistematização ou bagagem completa para aplicar a teoria em contextos reais. No sexto questionamento, abordamos o seguinte assunto: Em sua opinião, as aulas ministradas foram motivadoras? Os professores utilizaram recursos metodológicos atualizados nas aulas? Esse questionamento foi posto com o intuito de averiguar se o ensino de Geometria Analítica e Vetorial acompanha as novas tendências de ensino e se os alunos veem esse desenvolvimento ocorrer de forma efetiva através da utilização das modernidades que tem o objetivo de promover aulas mais dinâmicas e eficientes. Espera-se deste 35 questionamento afirmações de caráter positivo, pois, atualmente, o curso de licenciatura tem se preocupado bastante em melhorar a qualidade do profissional e isso inclui a inserção de novas técnicas motivacionais para o ensino de matemática, visto que ela precisa deixar de ser considerada maçante e abstrata. Como era o provável, os oito alunos concordaram que as aulas foram motivadoras e que o professor regente buscou alguma forma de utilizar recursos metodológicos para complementar a explicação do conteúdo. Abaixo, apresentamos as opiniões de três alunas para verificar os possíveis levantamentos feitos por todos eles. Aluna F: Aluna H: Aluna I: Para a aluna F, as aulas se tornaram motivadoras porque o professor utilizou de forma proveitosa o tempo da aula. Além dos conceitos, ele conseguiu trabalhar exemplos e aplicar alguns programas específicos para que os alunos tivessem a visualização gráfica das atividades realizadas e cita como exemplo o Winplot, que é um software bastante prático e recomendado para atividades que envolvam geometria. A aluna H se sentiu motivada a partir das situações-problemas que o professor 36 aplicava a eles no inicio de cada aula com intuito de despertar o interesse dos alunos para introduzir o conteúdo. Desta respectiva resposta, é notável que este professor aproveite esse tipo de recurso metodológico como um auxílio didático, inovando sua metodologia. Por sua vez, a aluna I considerou que as aulas despertaram seu interesse em aprender Geometria Analítica através de vetores, mas acredita que a Universidade deveria disponibilizar ao professor uma diversidade maior de recursos porque, normalmente, eles usam os que possuem, o que nem sempre é o suficiente. Se houvesse maiores possibilidades, mais conceitos poderiam ser explorados através de vivências e práticas. O sétimo questionamento foi: Você conheceu o contexto histórico da Geometria Analítica com tratamento Vetorial durante a disciplina? Este questionamento complementa a indagação anterior. Sendo assim, espera-se que este recurso metodológico esteja presente nas aulas para uma fundamentação do contexto a ser estudado. Ao contrário do esperado, todos os alunos pesquisados afirmaram não terem conhecido os fatos históricos referentes à disciplina, como elucida o aluno E: Para este aluno, a possível justificativa foi a quantidade de horas da carga horária da disciplina e a quantidade de conteúdos ser muito grande, desta maneira, não sobrando tempo para o professor tratar da historia da Geometria Analítica com tratamento vetorial. Esse fator interfere bastante na aplicação deste recurso. Entretanto, o professor pode preparar uma aula específica para tratar da história da Geometria na perspectiva de gerar um entendimento do conteúdo, pois, independentemente da carga horária ser pequena, o acadêmico necessita desse conhecimento para compreender diversos aspectos envolvidos em sua aprendizagem. No oitavo e último questionamento, procurou-se analisar as possíveis dificuldades encontradas por estes futuros professores ao trabalhar esta disciplina no Ensino Médio com a seguinte pergunta: Você encontraria dificuldades em ensinar Geometria Analítica através de vetores no Ensino Médio? Quais? Ao responder a esta pergunta, os alunos concordaram que poderiam ter algumas dificuldades devido à realidade de o ensino médio dificultar o ensino desta disciplina, como apontam H e I. 37 Aluna H: Aluna I: As colocações das duas alunas discutem as dificuldades enfrentadas pelo professor de matemática da escola básica ao motivar os seus alunos e transmitir os conhecimentos para eles de forma satisfatória, pois isto não depende somente da bagagem acadêmica que ele possui. Elas afirmam também que um acompanhamento da turma ou um diagnóstico prévio da realidade desses alunos podem contribuir com o ato de lecionar, possibilitando um planejamento tranquilo e direcionado ao resultado esperado. 3.2.3– Análises das concepções adquiridas a partir do questionário 2 O primeiro exercício aplicado para análise das complicações apresentadas pelos alunos em relação aos registros de representação semiótica foi: 1. Sejam tal que: e (0,1) dois vetores do plano. Determine as coordenadas de a) b) Neste primeiro exercício, têm-se dois registros: o das n-uplas sendo vetores e e o das combinações lineares, sendo o vetor . A solução final deverá ser apresentada no registro das n-uplas. Portanto, o aluno realizará a conversão do registro das combinações 38 lineares para o registro das n-uplas, finalizando com o tratamento dentro desse registro chegando à solução. Apenas a aluna H se confundiu ao realizar o tratamento dentro do registro das nuplas presentes neste exercício. Aluna H: No item a), ela conseguiu realizar todos os processos com êxito, chegando à solução correta; entretanto, no item b), ela conseguiu realizar apenas a conversão da combinação linear para a soma das n-uplas. No momento de realizar o tratamento de multiplicação do numero real -2 pelas coordenadas (0, 1), confundiu-se concluindo erroneamente. O segundo exercício aplicado foi: 2. São dados dois vetores e . Trace o vetor Este exercício traz os vetores e tal que: em um registro gráfico e o vetor em um registro simbólico como combinações lineares. Para resolvê-lo, o aluno deverá realizar a conversão do registro das combinações lineares para o registro gráfico, usando conceitos estudados, concluindo-o em uma nova representação gráfica. Dois alunos cometeram erros ao resolver esta atividade. São eles: Aluno E: 39 Este aluno deveria saber que, para realizar a adição de vetores, é necessário usar a regra do paralelogramo e, através dela, representar o vetor nos itens a e b, ou seja, ele se esqueceu de projetar os vetores de forma equivocada. e , representando o vetor Aluno K: Já este aluno deveria saber trabalhar com múltiplos de vetores com o mesmo sentido ou com sentido contrário. Entretanto, ele não conseguiu representar o vetor e ainda expressou dúvida através do ponto de interrogação. O terceiro exercício foi: 3. Escreva as coordenadas dos vetores indicados nas figuras. Nesse exercício, espera-se que os alunos realizem apenas a conversão do registro gráfico para o registro das n-uplas. Quatro alunos erraram as coordenadas indicadas no gráfico. Como exemplo, será usada a resposta do aluno G: 40 Ele, assim como os demais alunos, acertou as coordenadas de , mas cometeu um erro nas coordenadas de porque confundiu a quantidade de unidades que há no eixo Z. Neste caso, a conversão do registro gráfico para o registro das n-uplas não ocorreu com êxito e o resultado final deu uma terna ordenada que representa outro vetor não desejado. O quarto exercício da sequência didática foi: 4. Os seguintes vetores são dados em relação à base ( ) do espaço. Escreva cada vetor como combinação linear de . a) (1,-2,3) b) Este exercício traz a conversão do registro das n-uplas para o registro das combinações lineares. Todos os alunos fizeram corretamente a conversão entre esses registros. Como exemplo, temos o aluno E: Percebe-se que os alunos não tiveram dificuldades em transitar por estes dois registros, provavelmente por não haver complexidade nessa conversão de registros, pois era apenas necessário fazer a passagem de uma simbolização para outra sem operar o tratamento dentro de qualquer um dos registros, tornando, assim, a semioses um processo rápido que resultou em uma noésis simples de fácil ação cognitiva para esse aluno. A última atividade posta para os acadêmicos foi: 5. Dado o vetor . a) Escreva as coordenadas do vetor o mesmo sentido de . que tem o dobro do comprimento do vetor e Este exercício possibilita ao aluno fazer a conversão do registro da linguagem natural para o registro da n-uplas após realizar o tratamento do registro das combinações lineares. Novamente, os alunos tiveram um resultado unânime e positivo, visto que todos conseguiram fazer a questão e acertá-la devido à familiaridade com o registro da linguagem 41 natural que possuem e, possivelmente, já possuíam também uma naturalidade em reconhecer e trabalhar com o registro das combinações lineares, como foi observado na questão anterior. Pode-se observar o desenvolvimento realizado pelos alunos, mediante a solução apresentada pela aluna F: 42 CONSIDERAÇÕES FINAIS Esta pesquisa foi motivada pelo desejo de compreender o ensino de Geometria Analítica sob um tratamento vetorial, além de produzir um material que servisse de base de estudo e, possivelmente, a ser utilizado em aulas de matemática para contribuir com uma aprendizagem significativa. Aprendizagem esta que pode ser alcançada através do relacionamento dos conteúdos matemáticos aos conhecimentos práticos dos alunos. Quanto à análise dos dados, foi possível confirmar a hipótese de que os alunos possuem dificuldades em representações de vetores. Através da monitoria, foi evidenciado que eles apresentam dúvidas em relação a conceitos e conteúdos abordados pela disciplina, por algumas dificuldades de entendimento e até mesmo de transição dos elementos envolvidos nas conversões de registros. A aplicação do questionário 1 trouxe uma série de evidências que apontam a necessidade de complementar o ensino de Geometria Analítica e Vetorial com os recursos metodológicos apresentados no item 1.3 do capítulo I, visto que as opiniões apresentadas abordaram reflexões sobre essa importância e sua contribuição para o aprimoramento da aprendizagem em um contexto geral da formação dos acadêmicos. A sequência didática serviu de referencial para mostrar quais são os momentos em que os alunos se atrapalham ao trabalhar com o tratamento vetorial. Entre os cinco exercícios aplicados, apenas dois foram realizados com sucesso por todos os alunos e isso porque esses exercícios tinham como base o registro da linguagem natural e o registro das combinações lineares, com os quais os alunos possuem maior familiaridade e conseguem transpor um para outro de forma bastante espontânea. Esta pesquisa também verificou se o tratamento vetorial apresenta aspectos vantajosos relacionados à sua interação com os conceitos geométricos. Em relação a esse levantamento, a pesquisa concluiu que essa interação se fez necessária como aponta o contexto histórico. Nas opiniões investigadas, alega-se que, apesar de a aplicação de vetores na Geometria Analítica ser algo novo ou pouco trabalhado antes da disciplina, possibilitou a compreensão de vários conceitos, promoveu conexões com outras disciplinas do curso e possibilitou diversas aplicações em contextos reais. Este trabalho atende à finalidade e expectativa às quais se propôs. Todavia, ressalta-se que este trabalho é apenas uma parcela daquilo que pode ser pesquisado em relação a este assunto, visto que as discussões em relação ao ensino de Geometria Analítica 43 com tratamento vetorial é uma fonte inesgotável de pesquisa. REFERÊNCIAS ALMEIDA, M. E. B. O computador na escola: contextualizando a formação de professores. São Paulo: Tese de doutorado. Programa de Pós-Graduação em Educação: Currículo, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, 2000, p.453. ALMOULOUD, S. A. Fundamentos da Didática da Matemática. Curitiba: Ed. UFPR, 2007, p. 72. ANDRADE, R. C. D. Geometria Analítica Plana: praxeologias matemáticas no ensino médio. Dissertação (Mestrado em Educação em Ciências e Matemáticas). Universidade Federal do Pará. Belém, 2007, p. 22. ANDRADE, R., SILVA, F., GUERRA, R. Aprendizagem Significativa da Geometria Analítica e Vetores. In: Anais do SIPEMAT. 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APÊNDICE UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR CAMPUS DE JI-PARANÁ DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E ESTATÍSTICA - DME Questionário aplicado a8 alunos do curso de Licenciatura Plena em Matemática da UNIR que cursaram a disciplina de Geometria Analítica e Vetorial, em prol do trabalho de conclusão de curso da acadêmica Franciele Dallabrida, com o tema: CONCEPÇÕES SOBRE O ENSINO DE GEOMETRIA ANALÍTICA E VETORIAL NO CURSO DE LICENCIATURA PLENA EM MATEMÁTICA DA UNIR NO CAMPUS DE JI-PARANÁ. Nome:_______________________________________ Período:__________________ QUESTIONÁRIO 1 1. Qual a importância da disciplina de Geometria Analítica e Vetorial para sua formação inicial? 2. Teve dificuldade ao cursar esta disciplina? Quais? 3. Você já tinha conhecimento do tratamento vetorial aplicado a Geometria Analítica antes do curso? Como foi para você relacionar vetores, álgebra e geometria em uma mesma disciplina? 4. Em sua opinião o tratamento vetorial facilita os conceitos apresentados pela Geometria Analítica? 5. Para você esta disciplina possui aplicações em contextos reais? Poderia citar algumas? 6. Em sua opinião as aulas ministradas foram motivadoras? Os professores utilizaram recursos metodológicos atualizados nas aulas? 46 7. Você conheceu o contexto histórico da Geometria Analítica com tratamento Vetorial durante a disciplina? 8. Você encontraria dificuldades em ensinar Geometria Analítica através de vetores no Ensino Médio? Quais? QUESTIONÁRIO 2 1. Sejam tal que: e (0,1) dois vetores do plano. Determine as coordenadas de c) d) 2. São dados dois vetores e . Trace o vetor tal que: 3. Escreva as coordenadas dos vetores indicados nas figuras. 4. Os seguintes vetores são dados em relação à base ( vetor como combinação linear de . ) do espaço. Escreva cada 47 c) (1,-2,3) d) 5. Dado o vetor . b) Escreva as coordenadas do vetor que tem o dobro do comprimento do vetor mesmo sentido de . eo