UMA EXPERIÊNCIA COM RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS E AULAS INVESTIGATIVAS NO ENSINO DE GEOMETRIA ESPACIAL Vanessa Michele Boasczik1 [email protected] Michele Regiane Dias Veronez2 [email protected] RESUMO Neste trabalho aborda-se o ensino de Geometria Espacial por meio de aulas investigativas e partindo de um problema. Para tanto, discute-se sobre a inclusão de aulas investigativas no contexto escolar e que tal inclusão proporciona e exige interação entre professor e aluno e entre alunos. Também aponta-se que a investigação e a exploração da atividade podem ser um caminho para possibilitar a aprendizagem significativa, pois o aluno pode utilizar conhecimentos que possui para aprender um “novo conhecimento”, além de ser convidado a assumir uma atitude participativa, podendo confirmar e/ou refletir sobre suas conjecturas a partir de questionamentos propostos pelo professor ou pelos próprios colegas de sala. Para finalizar, relata-se uma atividade desenvolvida com alunos da última série da Educação Básica durante o estágio supervisionado, bem como algumas das discussões geradas durante o envolvimento dos alunos com a atividade. Palavras-chave: Aula Investigativa; Problema; Geometria Espacial. 1. Investigação Matemática: algumas considerações Quando se fala em ensino talvez uma das questões que vem à tona para um professor é: Como proporcionar que o aluno participe efetivamente na condução das atividades sugeridas em sala, podendo inclusive alterar os caminhos previstos pelo professor, na intenção de que o aprendizado ocorra? Concernente ao ensino da Matemática algumas propostas de ensino que possibilitam que haja interação entre professor e aluno e entre alunos, colocando-os como agentes ativos no processo de ensino e aprendizagem e apontando a sala de aula como um ambiente de comunicação de ideias tem sido discutidas, entre elas, a Investigação Matemática. 1 Acadêmica do curso de licenciatura em matemática da FAFIUV - Faculdade Estadual de Filosofia, Ciências e Letras de União da Vitória - PR. 2 Mestre em Educação Matemática, professora da FAFIUV - Faculdade Estadual de Filosofia, Ciências e Letras de União da Vitória - PR. 670 Para Ponte, Brocardo e Oliveira (2006): O conceito de investigação matemática, como atividade de ensino-aprendizagem, ajuda a trazer para a sala de aula o espírito da atividade matemática genuína, constituindo, por isso, uma poderosa metáfora educativa. O aluno é chamado a agir como um matemático, não só na formulação de questões e conjecturas e na realização de provas e refutações, mas também na apresentação de resultados e na discussão e argumentação com os seus colegas e o professor (p.23). Nesse enfoque, as aulas investigativas como estratégia de ensino proporcionam aos alunos um envolvimento com a matemática, possibilitando, assim, uma compreensão dos conceitos envolvidos com o conteúdo abordado. Ponte (2003) considera que “investigar” não é mais do que procurar conhecer, procurar compreender, procurar encontrar soluções para os problemas com que nos deparamos. No entanto, para que os alunos tenham interesse por se envolver com atividades com essas características é importante que o professor valorize, a todo o momento, as suas ideias e procure incentivá-los a refletir sobre suas respostas, principalmente se não estiverem habituados com atividades desse tipo. [...] incentivar os alunos a serem “pequenos exploradores” ou “partirem à descoberta” são metáforas que transmitem o sentido de investigação e que ajudam a marcar a diferença em relação às tarefas a que os alunos estão mais habituados. (PONTE, BROCARDO e OLIVEIRA, 2006, p. 27) Independente da forma como os alunos são organizados, durante a realização da atividade o professor tem de manter um diálogo com os alunos enquanto se envolvem com a atividade proposta. No decorrer da atividade, o professor precisa criar um ambiente propício à aprendizagem, estimular a comunicação entre os alunos e assumir uma variedade de papéis que favoreça a aprendizagem deles. (Ponte et al. 1998). Posteriormente, cabe a ele conduzir a discussão coletiva. Um fato importante é fazer com que os alunos se sintam à vontade para expressar suas ideias. De acordo com Ponte, Brocardo e Oliveira (2006), o aluno deve sentir que suas ideias são valorizadas e que se espera que ele as discuta com os colegas, não sendo necessária a validação constante por parte do professor. Decisivo para o êxito deste tipo de trabalho é o modo como o professor responde às dúvidas dos alunos, dando-lhes atenção e encorajamento sem lhes dar diretamente a resposta, e o modo como se formulam as questões, envolvendo toda a turma e pondo os alunos a argumentar uns com os outros. (PONTE, 2003, p. 9) 671 No início da atividade o professor deve procurar envolver os alunos no trabalho, propondo-lhe a realização dela. Durante o desenvolvimento deve verificar se eles estão trabalhando de forma produtiva, formulando questões, representando as informações dadas, fazendo e testando conjecturas, bem como procurando justificá-las. Na fase final o professor deve procurar saber a quais conclusões os alunos chegaram e como as justificam (Ponte et. al. 1998). De acordo com Tudella et. al. (1999), deve-se incentivar e permitir que os alunos interajam entre eles, aprendendo a discutir e argumentar em defesa de suas opiniões, sendo assim, ao questionarem e compararem os processos e os resultados desenvolvidos pelos colegas, daram passos essenciais para clarificarem o seu pensamento e alcançarem uma compreensão mais profunda de conceitos e princípios matemáticos. A interacção aluno-aluno, tende a ser muito mais forte numa aula com investigações. Esta interacção estimula os alunos a descobrir novas relações entre conceitos, proporcionando-lhes mais segurança nas suas ideias matemáticas. Por outro lado, estimula o raciocínio, a criatividade e o poder de argumentação. (p. 8). Considerando esse contexto de interação, por meio de aulas investigativas, é viabilizado aos alunos que participem mais da aula, que sintam-se interessados pelo conteúdo. Ao professor cabe agir como mediador da turma, instigando, assim, o interesse e o senso crítico dos alunos. As aulas investigativas também podem proporcionar ao aluno uma aprendizagem de conceitos e não apenas uma aprendizagem de dados. Para Pozo (2000), a aprendizagem de fatos, ou dados, consiste em cópia literal, alcançada por repetição (aprendizagem memorística), adquirida de uma só vez e esquecida rapidamente se não houver revisão. Já a aprendizagem de conceitos consiste na relação com conhecimentos anteriores, que proporciona compreensão e é adquirida gradativamente. Uma pessoa adquire um conceito quando é capaz de dotar de significado um material ou uma informação que lhe é apresentada, ou seja, quando “compreende” esse material, em que compreender seria equivalente, mais ou menos, a traduzir algo para as suas próprias palavras. (p. 25) Num contexto onde se prioriza a aprendizagem de conceitos o aluno tem a oportunidade de trabalhar de forma a utilizar o conhecimento que possui para avançar em outros conhecimentos. 672 Nesse sentido, é possível compreender que aulas investigativas podem proporcionar uma aprendizagem significativa, pois, a partir do conhecimento que o aluno possui é que novos conceitos são introduzidos, gerando novos conhecimentos ou conhecimento mais amplo sobre determinado assunto. Ausubel (1978) afirma que: o aprendizado significativo acontece quando uma informação nova é adquirida mediante um esforço deliberado por parte do aprendiz em ligar a informação nova com conceitos ou proposições relevantes preexistentes em sua estrutura cognitiva. (p. 159) Numa mesma ótica, Moreira (1988) enfatiza que: à medida que o conhecimento prévio serve de base para a atribuição de significados à nova informação, ele também se modifica, ou seja, os subsunçores vão adquirindo novos significados, se tornando mais diferenciados, mais estáveis. Novos subsunçores vão se formando; subsunçores vão interagindo entre si. A estrutura cognitiva está constantemente se reestruturando durante a aprendizagem significativa. O processo é dinâmico; o conhecimento vai sendo construído. (p. 7) É nesse sentido que apoiamos as aulas investigativas, pois o aluno vai construindo o conhecimento com base nos que já possui e gradativamente vai aumentando ou aprimorando esse conhecimento. 2. Resolução de Problemas: algumas considerações A Resolução de Problemas como estratégia de ensino tem como objetivo despertar o interesse do aluno pela Matemática, fazendo com que ele possa relacionar os conteúdos que são ensinados na escola com a realidade vivenciada. É uma metodologia caracterizada por investigação e exploração de novos conceitos, onde os problemas envolvem a criação de procedimentos para chegar à solução. Ao emergir o problema, durante a aula investigativa, por parte do aluno ou do professor, é fundamental que na medida em que os alunos vão tentando resolver, o professor assuma a responsabilidade de instigá-los a pensar, proporcionando, assim, o desenvolvimento do senso crítico. Segundo Onuchic (1999), vale destacar a importância da Resolução de Problemas principalmente ao se introduzir um novo conceito dos conteúdos matemáticos trabalhados em sala de aula. 673 Podermos começar um tópico matemático com uma situação-problema que expressa aspectos-chave desse tópico e são desenvolvidas técnicas matemáticas como respostas razoáveis para problemas. [...] O aprendizado, deste modo, pode ser visto como um movimento concreto (um problema do mundo real que serve como exemplo do conceito ou da técnica operatória) para o abstrato (uma representação simbólica de uma classe de problemas e técnicas para operar com esses símbolos) (ONUCHIC, 1999, p. 207). Introduzir um novo conceito por meio de Resolução de Problemas possibilita incentivar o aluno a interagir com o conhecimento matemático, proporcionando relações entre o conhecimento prévio e o novo conhecimento. A busca por estratégias para resolver a situação proposta pode tornar as aulas mais interessantes e desafiadoras. As investigações viabilizadas durante a resolução de um problema favorecem a participação dos alunos, uma vez que eles são incentivados a se envolverem ativamente no processo de aprendizagem. Ao se envolverem, os alunos podem desenvolver seu raciocínio, bem como desenvolver sua capacidade crítica e matemática, o que possibilita aprender a lidar com situações novas e com aplicações matemáticas. O processo de analisar e discutir as respostas dos alunos durante a resolução do problema é entendido como uma possibilidade de proporcionar que a aprendizagem ocorra. Para Onuchic e Allevato (2004) esse processo deve ser realizado no final da atividade, com vistas a formalizar os conceitos envolvidos. A atividade descrita abaixo seguiu as orientações de desenvolvimento de aulas investigativas, partindo de um problema, com vistas a atingir uma aprendizagem de conceitos na visão de Pozo ou na perspectiva de Ausubel, uma aprendizagem significativa. Tal atividade inscreve-se num conjunto de atividades desenvolvidas durante o estágio supervisionado realizado em uma turma da última série da Educação Básica, com vinte e sete alunos. 3. Descrição e análise de uma atividade desenvolvida Durante as aulas de Metodologia e Prática de Ensino, na graduação, tive contato com a Educação Matemática e com algumas estratégias de ensino, muito embora maior ênfase tenha sido dada à Resolução de Problemas e à Investigação Matemática. Ao iniciar o conteúdo de Geometria Espacial numa turma da última série do Ensino Médio, propus um problema que considerei a partir dele ser possível realizar um processo de exploração e investigação. 674 A atividade que selecionei para descrever foi desenvolvida nas primeiras aulas do estágio. Tal escolha justifica-se pelo fato de poder retratar que os alunos sentiam-se inseguros em fazer conjecturas, pois não estavam acostumados a se manifestar de forma a comunicarem suas ideias enquanto se envolviam com as atividades propostas. Talvez isso esteja relacionado com a ideia, imposta pelo ensino durante muitas décadas, de que o professor é quem detém a verdade absoluta e inquestionável, é ele a única pessoa que pode dizer se algo está certo ou errado. Gostaria de salientar que durante as 12 aulas destinadas ao estágio tive a preocupação em propor atividades que exigissem, a cada dia, conhecimentos anteriormente trabalhados. Isso na tentativa de incentivar os alunos a relacionarem esses conhecimentos. Para iniciar então a primeira atividade com os alunos, na qual o meu interesse era introduzir conceitos de Geometria Espacial, disponibilizei a eles vários sólidos geométricos (poliedros, poliedros regulares, prismas retos, prismas oblíquos, pirâmides e também os corpos redondos), todos construídos com papel cartão. Em seguida pedi para os alunos pegarem estes sólidos e analisarem suas formas. Foram trocando os sólidos entre eles (dei um tempo para manusearem os sólidos). Na sequência, expliquei que estes representavam sólidos geométricos e aproveitei para perguntar à turma se eles conseguiriam relacionar esses sólidos com algum objeto do cotidiano. Os alunos os relacionaram com várias coisas, como prédios, caixas, casquinha de sorvete, telhado, casa, bola, latas, pirâmides do Egito, entre outros. Posteriormente, prossegui pedindo para que os alunos, observando os sólidos, tentassem separá-los em dois grupos, seguindo algum critério. A ideia era que eles separassem os poliedros dos corpos redondos. Procurando motivá-los, perguntei se alguém teria alguma sugestão e logo um dos alunos sugeriu que separasse os “pontudos” dos “não pontudos”. Então questionei a turma, para saber se alguém teria mais alguma sugestão ou se concordavam com a separação sugerida pelo aluno A. Alguns alunos concordaram e outros não se manifestaram. Nesse momento, lembrei-me das palavras de Ponte, Brocardo e Oliveira (2006) quando colocam que: no acompanhamento que o professor faz do trabalho dos alunos, ele deve procurar atingir um equilíbrio entre dois pólos. Por um lado, dar-lhes a autonomia que é necessária para compreender a sua autonomia que é necessária para não comprometer a sua autoria da investigação e, por outro lado, garantir que o trabalho dos alunos vá fluindo e seja significativo do ponto de vista da disciplina Matemática. [...] (p. 47). 675 Devido a isso, pedi para que o aluno A fosse até a mesa e separasse os sólidos. Ele separou as pirâmides do restante dos sólidos, e, quando terminou, outro aluno sugeriu que o “preto” (cone) também deveria ficar com as pirâmides, porque segundo ele o cone também é “pontudo” (quando falavam que os sólidos são “pontudos”, estavam se referindo aos vértices). Nesse momento procurei assumir o que Pais (2002) pontua sobre a “linguagem” utilizada pelos alunos. Para a análise dos saberes escolares é necessário que se coloque o problema da linguagem. Se, por um lado, o saber científico é registrado por uma linguagem codificada, o saber escolar não deve ser ensinado nessa forma, tal como se encontram redigidos nos textos e relatórios técnicos. A desconsideração desse aspecto favorece a transformação da linguagem em uma dificuldade adicional. Assim, a linguagem é considerada como um elemento que interfere diretamente no sistema didático, pois guarda uma relação direta com o fenômeno cognitivo. A formalização precipitada do saber escolar, por vezes, através de uma linguagem carregada de símbolos e códigos, se constitui em uma possível fonte de dificuldade para a aprendizagem. (p. 21) Como nessa atividade, nesse primeiro momento, não interessava os nomes dos sólidos, deixei que os alunos se referissem a eles utilizando as cores do papel cartão e o termo “pontudos” para se referirem aos vértices. Procurei fazer com que eles sentissem que podiam fazer conjecturas e que eu não os condenaria se falassem algo errado ou não utilizassem as palavras de cunho matemático para explicarem suas conjecturas. Voltando à sugestão do aluno A e à forma como os alunos reagiram a essa primeira sugestão, coube reportar-me ao que Ponte, Brocardo e Oliveira (2006) evidenciam durante o desenvolvimento de uma atividade investigativa: [...] existe alguma tendência dos alunos para aceitarem as conjecturas depois de as terem verificado apenas num número reduzido de casos. Essa forma de encarar o teste de conjecturas pode ser combatido pelo professor, quer no apoio que concede aos grupos, quer na fase de discussão em que os alunos podem ser estimulados a procurar contra-exemplos. (p. 33-34). Com base nesses dizeres, propus aos alunos que analisassem o que havia sido feito. A ideia era fazer com que percebessem que ao separar os sólidos, em um grupo, onde todos são “pontudos”, característica que todos desse grupo possuíam, o outro grupo formado, ficou composto por sólidos que não possuíam características em comum. 676 Quando os questionei sobre esse fato, ficaram em silêncio por alguns instantes até que alguns alunos disseram que a característica em comum entre eles é que esses sólidos não são “pontudos”. Para Ponte, Brocardo e Oliveira (2006) é importante procurar compreender o pensamento dos alunos, fazendo perguntas e pedindo explicações, evitando ajuizar apressadamente sobre seu trabalho, percebendo, assim, aonde os alunos querem chegar. Sendo assim, procurando fazer com que os alunos realizassem testes e justificassem suas conjecturas, peguei o octaedro na mão e perguntei se este sólido não era “pontudo”, da mesma forma os questionei sobre o paralelepípedo. Alguns admitiam que sim e outros não, mas também tiveram alunos que não se manifestaram. Pedi então que observassem todos os sólidos geométricos, a fim de ver se haveriam mais sólidos que possuem pontas (vértices). Como os alunos ficaram em silêncio, os questionei: Será que teríamos que modificar esses grupos? Ou deixaremos assim mesmo? Logo o aluno B se manifestou dizendo que deveríamos deixar assim. Aqui é adequado mencionar Ponte, Brocardo e Oliveira (2006), pois eles defendem a importância de justificar as conjecturas. “Os alunos devem compreender que o teste, só por si, não confere o estatuto de conclusão aos seus resultados, portanto o professor deve instigar os alunos, a esclarecerem suas conjecturas, baseando-se num raciocínio plausível e nos conhecimentos que já possuem”. Procurando fazer com que o aluno B justificasse sua conjectura, perguntei porque ele acreditava que tinha que deixar assim e isso gerou diferentes opiniões entre a turma: Aluno C: é que é assim professora, ali naquele grupo estão todos os sólidos “pontudos”, mas eles são “pontudos” só em cima e os outros não, são “pontudos” em todos os lugares. Aluno D: nada haver, o preto (cone), ele é o único que é pontudo só em cima, os outros são pontudos em baixo também (pirâmides). Aluno C: é mas esses sólidos são bem mais pontudos do que o resto. Aluno D: mas eu acho que isso não tem nada haver, nós temos que tirar o preto (cone) dali. Após alguns instantes de silêncio, os questionei sobre o que deveríamos fazer: se teríamos que tirar ou não o preto (cone). Os alunos discutiram e resolveram tirar o cone. Aproveitei para lembrá-los, sobre o fato que ainda fica a questão do outro grupo: O que eles possuem em comum? E um dos alunos se manifestou, sugerindo fazer outro grupo, 677 porque, segundo ele, a bola (esfera) não possui nenhuma característica em comum com o restante dos sólidos. Perguntei então à turma se todos concordavam com o aluno E. Os alunos se questionaram e chegaram à conclusão que o aluno E tinha razão e resolveram tirar a esfera do grupo. Foi então que comentei: Lembram que temos que organizar apenas dois grupos, então a bola (esfera) vai para o outro grupo? Os alunos discutiram novamente e chegaram à conclusão de que deveriam dividir novamente todos os sólidos e que esses grupos, da forma que estavam organizados, não satisfaziam o que fora solicitado. Pedi então para os alunos que viessem até a mesa e dividissem novamente os sólidos geométricos. Alguns alunos levantaram, outros ficaram dando sugestões da carteira mesmo, as primeiras sugestões aprovadas pela turma eram que a bola (esfera) deveria ficar em um grupo sozinha e o restante dos sólidos formaria o outro grupo. Após concluírem a separação, tentei provocá-los a refletir sobre o que tinham feito, fazendo o seguinte comentário: então a esfera ficou em um grupo sozinha, tudo bem. Agora vamos analisar o outro grupo. O que eles têm em comum? Após alguns instantes de silêncio: Aluno D: é que assim professora, todos tem pontas. Perguntei para turma toda se concordavam com o aluno D, todos ficaram em silêncio. Foi então que eu peguei o cilindro na mão e questionei os alunos se ele também possuía pontas (vértices). Aluno F: Não professora, ele tem que ficar no mesmo grupo da esfera. Logo, perguntei ao aluno F o porquê disso e ele me respondeu que era porque esse sólido não possui ponta (vértice), assim como a esfera. Tentei provocar os alunos a pensassem sobre a sugestão do colega: Todos concordam? Mesmo alguns não se manifestando, resolveram colocar o cilindro no mesmo grupo que a esfera. Na tentativa de dar uma pista, quando fui colocar o cilindro sobre a mesa, o coloquei de forma que assim como a esfera, ele não parasse na carteira, ou seja, de forma que ele rolasse. Foi quase que imediato que um aluno fez a seguinte observação: esse grupo seria o grupo dos rolantes. Embora o termo utilizado pelo aluno não fosse o mais correto, valorizei o que ele havia dito: muito bem você percebeu uma característica que esses sólidos possuem em comum e o aluno ficou todo contente. Logo aproveitei para discutir sobre o fato de termos 678 então, dois grupos: o grupo dos que rolam e o grupo dos que não rolam. Meus questionamentos agora se referiam sobre a existência ou não de outros sólidos nesse grupo. Não demorou muito para a turma perceber que o cone também rolava e deveria ficar no mesmo grupo que o cilindro e a esfera. Dessa forma, finalizamos o problema. Partimos agora para um processo relevante na aula investigativa, que é a reflexão sobre a atividade realizada, realizar uma atividade e não refletir sobre ela é perder uma das suas grandes potencialidades. (TUDELLA et al, 1999, p. 8) Sendo assim, refleti juntamente com os alunos sobre tudo o que foi feito e formalizamos os conceitos envolvidos, comentando que o grupo ao qual chamamos de grupo dos que rolam, são na verdade denominados de corpos redondos e o outro grupo (dos “pontudos”) são denominados de poliedros. Também aproveitei para comentar sobre os vértices, faces e arestas, elementos de um sólido geométrico. Para finalizar a atividade também pedi aos alunos um registro escrito, sobre as conclusões obtidas após a resolução do problema, a fim de proporcionar um desenvolvimento na escrita matemática. Considerações finais Ao trabalhar Geometria Espacial durante o estágio minha maior preocupação era de que forma poderia introduzir os conceitos envolvidos neste conteúdo, a fim de fazer com que os alunos compreendessem o que estavam fazendo, proporcionando, assim, uma aprendizagem significativa. Sendo assim, fiz a opção de trabalhar atividades, num primeiro momento, com toda a turma. Nos momentos subsequentes realizamos atividades que foram desenvolvidas em grupos menores. As aulas investigativas proporcionaram aos alunos a oportunidade de se comunicarem matematicamente. Isso pode ser notado porque os alunos começaram a melhorar seu desempenho, passaram a ser mais participativos, ficaram mais confiantes e justificavam as coisas sem me perguntar se estava certo ou errado. Também puderam desenvolver algumas capacidades como a formulação de expressões algébricas e a habilidade em lidar com elas. Outro ponto a destacar é que os alunos sempre relacionavam o que estavam aprendendo com as coisas trabalhadas em aulas anteriores. Claro que alguns alunos 679 possuíam uma dificuldade maior em fazer isso, mas uma boa parte deles conseguiu desenvolver a oralidade e a escrita matemática, bem como o senso crítico e a capacidade de relacionar os conceitos abordados. Após a conclusão do estágio, posso afirmar que houve mudanças significativas em relação às atitudes e envolvimento dos alunos nas aulas. Nas duas primeiras a maioria dos alunos se sentiam inseguros com relação a fazer conjecturas, vários momentos de silêncio eram percebidos quando surgia alguma pergunta. Esse quadro se modificou depois da quarta aula, quando eles perceberam que estávamos num ambiente favorável às conjecturas e que era importante que eles se posicionassem a respeito dos questionamentos, mesmo que não tivessem certeza do que comentavam. Por esse motivo, foi possível percorrer os processos de exploração e investigação. Acredita-se também que os alunos tiveram uma aprendizagem significativa, pois passaram a ficar mais confiantes, sentindo-se mais a vontade para discutir o que pensavam com o restante da turma e, em diversas vezes, estabeleciam relações com os conceitos anteriormente abordados. Dessa forma, a Resolução de Problemas e as aulas investigativas viabilizaram que os alunos realmente se envolvessem com a Matemática, compreendendo assim os conceitos envolvidos na Geometria Espacial. Referências. AUSUBEL, D.P., NOVAK, J.D. e HANESIAN, H. Educational Psycology: A cognitive view. New York: Holt, Rinehart & Winston, 1978. MOREIRA, M.A. Mapas Conceituais e Aprendizagem Significativa O Ensino, Revista Galáico Portuguesa de Sócio-Pedagogia e Sócio-Linguística, Pontevedra/Galícia/Espanha e Braga/Portugal, N° 23 5a 28: 87-95, 1988. OIVEIRA, H. M. SEGURADO, M. I. PONTE, J. P. 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