U NIVERSIDADE F EDERAL DE S ÃO C ARLOS C ENTRO DE C IÊNCIAS E XATAS E T ECNOLOGIA D EPARTAMENTO D E M ATEMÁTICA T RABALHO C ONCLUSÃO DE C URSO B R ELATÓRIO F INAL DE R EFERENCIAIS H ISTÓRICOS E M ETODOLÓGICOS E NSINO DE F RAÇÕES PARA O Autor: Alan Cesar da Costa RA: 282529 Licenciatura em Matemática Professor orientador: João Carlos Vieira Sampaio Departamento de Matemática - UFSCar São Carlos 2010 ii R EFERENCIAIS H ISTÓRICOS E M ETODOLÓGICOS E NSINO DE F RAÇÕES Monografia apresentada na PARA O disciplina Trabalho de Conclusão de Curso B, coordenada pelos Professores do Departamento de Matemática: Vera Lúcia Carbone, Liane Bordignon, Ivo Machado da Costa. _______________________________ ________________________________ Orientando: Alan Cesar da Costa Orientador: R.A.: 282529 Prof. Dr. João C. V. Sampaio São Carlos 2010 iii Sumário Resumo ...........................................................................................................4 Parte I - Referenciais históricos................................................................................5 Capítulo 1 .......................................................................................................... 5 Introdução.......................................................................................................... 5 O surgimento da fração .................................................................................. 5 O papiro de Rhind/Ahmes............................................................................. 6 Capítulo 2........................................................................................................... 9 A evolução do conceito de fração ................................................................. 9 Capítulo 3 ........................................................................................................ 16 As frações decimais........................................................................................ 16 Primeiras conclusões.................................................................................... 24 Parte II - Referenciais metodológicos................................................................... 24 Capítulo 1 ............................................................................................. 24 Introdução.............................................................................................. 24 Os Parâmetros Curriculares Nacionais – 1.ª à 4.ª séries ....................... 24 Algumas ideias para o trabalho com a multiplicação de Frações de 1.ª à 4.ª série ................................................................................................. 29 Capítulo 2 ............................................................................................. 36 Os Parâmetros Curriculares Nacionais – 5.ª à 8.ª séries ....................... 36 Algumas ideias para o trabalho com a multiplicação de Frações de 5.ª à 8.ª série ................................................................................................. 42 Proposta Curricular do Estado de São Paulo - Ensino Fundamental ... 61 Últimas conclusões ........................................................................................62 Referências Bibliográficas .................................................................................... 64 4 Resumo O Ensino de frações tem se caracterizado como uma das grandes dificuldades do atual ensino brasileiro em escolas públicas e motivou o presente trabalho, nesta primeira parte. O objetivo inicial é verificar as potencialidades de se aplicar o contexto histórico no ensino dentro das salas de aulas da educação básica. Para isso, é importante que antes se faça uma análise do surgimento histórico das frações e seu desenvolvimento através dos tempos. Começaremos com sua utilização no antigo Egito em relação às frações unitárias. Na Mesopotâmia, analisaremos como os babilônios escreviam frações utilizando o sistema sexagesimal. Apreciaremos também algumas descobertas recentes, uma delas relacionada ao povo russo e também qual era a utilização que os chineses faziam das frações, que remonta a uma data de antes do início da era cristã. Estudaremos sobre como estes realizavam as operações de soma, multiplicação e divisão de frações. Perceberemos como o costume da escrita de frações pelos hindus, e posteriormente pelos árabes, afetou a escrita moderna. Pesquisaremos o surgimento de frações com denominador 100, e como o uso de números e frações decimais foi introduzido na Europa e trouxe uma nova visão do que antes não eram considerados números, como o número histórico 2 . Posteriormente, na segunda parte, discorre-se uma análise de todas as ideias oferecidas pelos currículos federais e estaduais em relação ao ensino de frações, o que inclui o significado e as operações. Verifica-se também como a História da Matemática, aos poucos, vai se inserindo no ensino da educação básica. Com isso, a intenção é que se façam sugestões para o ensino de frações através de ideias e atividades a serem desenvolvidas em sala de aula em alguns tópicos específicos. A intenção é que se tenha mais clareza em relação a como os currículos escolares devem abordar o assunto no ensino de alunos da educação básica. 5 Parte I – Referenciais históricos Capítulo 1 Introdução Neste capítulo, buscamos elucidar por meio de conjecturas, o surgimento da fração e seu contexto geométrico no antigo Egito. Assim, analisaremos em que situações do cotidiano dos egípcios era necessário buscar uma representação de partes menores que a unidade. Estudaremos também o Papiro de Rhind e como este explicita o uso de frações unitárias dentro de operações de adição, já que toda fração que não fosse unitária era então decomposta numa soma de frações unitárias. O surgimento da fração Os registros históricos que fazem referência à origem da fração remetem a cerca de 3000 a.C., e um historiador chamado Heródoto em seus registros menciona o seguinte a respeito de certo faraó chamado Sesóstris: “Esse rei realizou a partilha das terras, concedendo a cada egípcio uma porção igual, com a condição de lhe ser pago todos os anos um certo tributo; se o rio carregava alguma parte do lote de alguém, o prejudicado ia procurar o rei e expor-lhe o acontecido. O soberano enviava agrimensores ao local para determinar a redução sofrida pelo lote, passando o dono a pagar um tributo proporcional à porção restante. 6 Eis, segundo me parece, a origem da geometria, que teria passado desse país para a Grécia.” [3] O texto menciona o fato de o rio carregar partes de um determinado lote por causa do aumento do nível das águas que ocorre anualmente com o rio Nilo. Quando as águas baixam, as terras estão férteis para o cultivo. Os mencionados agrimensores faziam a medição para determinar a redução do lote através de cordas que continham uma unidade de medida. No entanto, por mais adequada que fosse tal unidade, dificilmente cabia um número inteiro, ou exato de vezes nos limites do lote. Estava motivado então o surgimento de um novo tipo de número: os números fracionários. Estes eram representados pelas frações. O papiro de Rhind/Ahmes A data de escrita deste papiro remete a cerca de 1650 a.C., contendo problemas matemáticos copiados de um trabalho mais antigo pelo escriba Ahmes. Foi no inverno de 1858 que o egiptólogo escocês A. Henry Rhind, adquiriu o papiro que tem cerca de 30 cm de altura por 5 m de comprimento. Mais tarde, este papiro foi adquirido pelo Museu Britânico e junto com o papiro de Moscou são as principais fontes de informações matemáticas do Egito antigo. No papiro de Rhind, aparece uma tabela de decomposição de frações do tipo 2 p ( p ímpar) em frações unitárias, isto é, do tipo 1 x . Observa-se, por exemplo, uma tabela contendo 2 3 , 2 5 , ⋯ , 2 101 representadas como soma de frações unitárias. Assim, 2/5 está escrita como 2 / 5 = 1 / 3 + 1 / 15 e 2 / 11 = 1 / 6 + 1 / 66 . Embora não exista nenhuma indicação sobre o processo, é possível perceber que há a possibilidade de que uma regra adotada seja a seguinte: a 1 1 = + , em que s = (b + c) / a . bc bs cs 7 Podemos verificar considerando 1/ bs e 1/ cs onde s é dado. Nesse caso: 1 1 a a + = + = (b + c ) (b + c ) b(b + c) c(b + c) b c a a = ac ab ac + ab a(b + c ) a + = = = . bc(b + c) bc(b + c) bc(b + c ) bc(b + c) bc Esta é uma regra encontrada em um papiro egípcio de entre os anos 500 e 800 d.C.. Se levássemos em conta essa regra na decomposição de alguns múltiplos de parte egípcia “duodécimo” como soma de partes diferentes, com os denominadores os menores possíveis, então teríamos: (4 + 3) 1 1 1 1 1 1 = = + = + , com s = = 7. 12 3 ⋅ 4 4 ⋅ 7 3 ⋅ 7 28 21 1 2 1 1 1 1 1 1 = = = + = + , com s = 5 . 12 6 2 ⋅ 3 2 ⋅ 5 3 ⋅ 5 10 15 Podemos também utilizar o moderno método do matemático inglês J. J. Sylvester (1814 – 1817) que consiste em encontrar primeiro a maior fração unitária, ou com menor denominador, menor que a fração dada. Depois subtrair a fração unitária da fração dada e em seguida, achar a fração unitária menor que a diferença resultante. Por fim, deve-se subtrair de novo, e continuar o processo até chegar a uma fração unitária como resultado da subtração. Aplicando esse processo ainda para um múltiplo de parte egípcia “duodécimo” teríamos: 1 11 11 1 11 − 6 5 1 5 < , então − = = ; como < então 2 12 12 2 12 12 3 12 5 1 1 11 1 1 1 − = . Logo, = + + . 12 3 12 12 2 3 12 8 Como 1 2 possuía um símbolo próprio, então usando a notação hieroglífica egípcia, a decomposição de 11 12 ficaria algo como e e . O papiro Rhind mostra que os egípcios possuíam símbolos para mais e menos. Sendo o primeiro um par de pernas caminhando da esquerda para a direita, que era o sentido da escrita, e o segundo um par de pernas caminhando da direita para esquerda. 9 Capítulo 2 A evolução do conceito de fração Anteriormente, quando não estava ainda formalizado o conceito de fração e era necessário considerar-se partes de um objeto, as pessoas o quebravam literalmente e depois contavam os pedaços de tal objeto. A própria palavra “fração” tem como raiz palavras como “fratura” e “fragmento”. Ao mesmo tempo, novos sistemas de pesos e medidas foram surgindo de acordo com tal necessidade, ou seja, unidades básicas de medida menores para maior precisão. Por analogia, seria como contar centavos ao invés de reais, milímetros ao invés de centímetros etc. Nota-se, com isso, que o conceito de fração até por alguns fatos analisados que ocorriam no antigo Egito, estava limitado a partes de algum comprimento, objeto ou quantidade. As frações com numerador 1 eram as mais utilizadas em decomposições de outras frações mais gerais. Significavam uma certa vantagem em relação à escrita, já que bastava marcar de alguma forma o denominador escolhido para mostrar que significava a parte, em vez de um número inteiro de coisas. Por exemplo: doze: um duodécimo: Pensando na aritmética egípcia, quando se tratava de trabalhar com frações unitárias, havia certas dificuldades. No caso de se escrever o dobro de determinadas frações, não bastava apenas escrever algo do tipo 2/b. Era necessário expressar tal fração como soma de partes, ou de frações unitárias. Os egípcios produziram extensas tabelas mostrando resultados prontos com transformações de dobros de frações unitárias, como comentado anteriormente a respeito do Papiro de Rhind. 10 No caso do sistema sexagesimal, utilizado pelos babilônios, da mesma forma em que escreviam 72 (com símbolos babilônicos) como “1,12” – significando 1 × 60 + 12 , escreveriam 72 1 2 significando 1 × 60 + 12 + 30 × como “1,12:30” – 1 . Se fossemos converter, por exemplo, a 60 fração mista 12 1 da base decimal para a base sexagesimal em sua 5 notação expandida, poderíamos pensar na parte fracionária como: 1 1 12 1 1 1 × 60 = 12 ⇔ = = 12 × . Assim, 12 = 12 + 12 × , 5 5 60 60 5 60 (na base 60) . Ainda em relação ao exemplo anterior, se fossemos converter a fração 1 5 para a base sexagesimal em notação compacta, pensaremos nos algarismos de 0 a 59. Analogamente ao caso da divisão no sistema decimal, na base 60 continuamos a divisão após a vírgula buscando a quantidade de sessenta avos, de três mil e seiscentos avos (60 2 avos), etc. Com isso: 1 5 1 = 1 × 60 = 60 (0;12)60 Assim, como se trata de uma fração mista, ou seja, que possui parte inteira, a resposta final ficaria (12;12)60 . Entretanto, os babilônios não utilizavam um símbolo para indicar onde a parte fracionária começava. Percebe-se que na tabela cuneiforme, citada por [1], o número 30 poderia significar “30” ou ainda “ 30 = 1 ”. Em 60 notações babilônicas esse número seria algo como 2 . O contexto então era de suma importância. As aritméticas egípcia e babilônica influenciaram o povo grego e por sua vez as outras culturas do mediterrâneo. Os gregos utilizaram as frações sexagesimais para fazer medidas na área da astronomia, e 11 surgindo então as unidades de graus, minutos e segundos, passaram a usá-las. No entanto, em seu cotidiano os gregos aplicavam um sistema semelhante ao egípcio no tratamento de frações, ou seja, utilizavam soma ou produto de frações unitárias. Isso permaneceu através dos tempos também com os romanos e até o início da idade média. O texto Liber Abbaci de Fibonacci, do século XIII, fez uso intenso de frações e também descrevia maneiras de fazer conversões de outras frações em soma de frações unitárias. Um outro sistema em uso desde a antiguidade também fazia uso de partes, mas usando multiplicação. Era necessário tomar uma parte de uma parte, e assim sucessivamente. Um exemplo seria o caso de 2/15 que poderia ser escrita como “duas quintas partes de uma terça parte”. Outro exemplo seria o da construção: “o terço de duas quintas partes e o terço”, ou seja: 7 1 2 1 . × + = 3 5 3 15 Descobriu-se que, no século XVII, manuscritos russos sobre levantamento topográfico faziam referência a um nonagésimo sexto de certa medida como “meio-meio-meio-meio-meio-terço” [9] concluindo que se pensasse em termos de subdivisões sucessivas: 1 1 1 1 1 1 1 de de de de de = . 3 2 2 2 2 2 96 [1] Naturalmente, a abordagem atual e que em geral é ensinada nas escolas básicas não é a de representar uma quantidade fracionária mostrando a maior parte única dentro dela e depois o que restou através de partes sucessivamente menores, como por exemplo, um quartilho e uma xícara de leite para uma receita. O que fazemos é representar uma quantidade fracionária que possa ser contada um número exato de vezes para produzir a quantidade desejada. 12 Na China, os matemáticos também pensavam assim. Uma obra chamada Nine Chapters on the Mathematical Art, de cerca de 100 a.C. mostra que uma das únicas diferenças é que os chineses evitavam usar frações impróprias como 5/3, mas eles utilizavam a forma mista, ou seja, 2 3 1 . As formas de operar com frações apareciam na obra Nine Chapters, como por exemplo, a regra da soma era algo do tipo: “Cada numerador é multiplicado pelos denominadores das outras frações. Someos como o dividendo, multiplique os denominadores como o divisor. Divida; se existir um resto, tome-o como numerador e tome o divisor como denominador.” [8] Ao realizar multiplicação e divisão, os chineses também faziam a redução a um mesmo denominador. Um caso, por exemplo, seria o de dividir 2 3 por 3 4 . Assim, seria multiplicado o numerador e o denominador de cada fração pelo denominador da outra. Teríamos então: 2 3 2⋅4 3⋅3 8 9 8 ÷ = ÷ = ÷ = 8÷9 = . 3 4 3 ⋅ 4 4 ⋅ 3 12 12 9 Percebe-se que após as frações estarem escritas com o mesmo denominador, ou “unidade de medida”, bastou apenas aplicar uma divisão de números inteiros, ou seja, dividir o numerador da primeira pelo numerador da segunda. Também se nota que existe uma relação entre o método de divisão de frações ensinado nas escolas básicas (“inverter e multiplicar”) e o método chinês para tal divisão. Em ambos os métodos existe a multiplicação do numerador de uma fração pelo denominador da outra fração. No caso, por exemplo, da divisão de 2/ 3 por 4/ 5 teremos pela regra primeira regra o seguinte: 2 4 2 5 2 × 5 10 ÷ = × = = . 3 5 3 4 4 × 3 12 13 A multiplicação de 2 por 5 e 3 por 4 também aparece a partir da primeira igualdade, na divisão usando o método chinês, conforme segue: 2 4 2 × 5 4 × 3 10 12 10 ÷ = ÷ = ÷ = . 3 5 3 × 5 5 × 3 15 15 12 O que fica evidente é que o primeiro método é mais vantajoso pela rapidez com que se efetua o processo. Em uma breve explicação utilizando álgebra dos racionais, pode-se ter que: a c a c da ÷ = x ⇒ = ⋅ x . Tomamos x = , pois b d b d cb c c da cda a da a d ⋅x = ⋅ = = . Assim, x = = ⋅ d d cb dcb b cb b c com a, b, c e d naturais e x racional. No caso do método chinês, fica evidente a relação com o conceito de fração quando se determina denominadores comuns entre as duas frações, principalmente no aspecto de fração equivalente. Neste método, temos que: a b a a p b a pb ÷ = , pois = ⋅ ⇒ = ⇒ pbn = aqn ⇒ n n b n q n n qn ⇒ p an a = = , com a, b, p, q e n naturais. q bn b Talvez, uma abordagem como a mostrada anteriormente não seja plenamente adequada para uma sala de aula de 5.ª série, por exemplo. Em tais casos, como menciona [6], pode-se trabalhar em sala de aula o significado do método usual de divisão introduzindo situações-problemas como o exemplo seguinte que trabalha a divisão de particionamento de um volume: 3 2 ÷ utilizando o 4 3 14 “Se com 2 3 de uma lata de tinta dá para pintar de uma parede, que fração 3 4 da parede pintarei com 1 lata de tinta? [...] Trabalhe a idéia de que a lata de tinta foi dividida em três partes, das quais duas foram utilizadas, e a parede foi dividida em quatro pedaços Se subdividirmos cada pedaço da parede em dois (pois foram utilizadas duas partes de tinta), a parede estará dividida em 4 x 2 = 8 partes. Podemos imaginar, então, que cada parte da tinta permite pintar três dessas partes da parede. Logo a lata inteira, que tem três partes, permite pintar 3 x 3 = 9 das partes da parede. Então, a fração da parede pintada será igual a: 3 4 = 3×3 = 9 2 4×2 8 3 onde 4 x 2 é o número de partes em que foi dividida a parede e 3 x 3 é o total dessas partes que serão pintadas usando a lata inteira.” Para os babilônios, talvez fosse impossível pensar na primeira regra pela impossibilidade de se obter o inverso de frações cujo denominador fosse um número primo não divisor de 60 (ou possuísse na decomposição somente números não divisores de 60). Consequentemente, não se poderia expressar tais frações através de um número finito de casas, em suas expansões. Discutiremos mais adiante as frações decimais e suas expansões na base sexagesimal e decimal. Em antigos manuscritos hindus aparece uma abordagem semelhante a dos chineses. No caso deles, não havia uma linha ou marca para separar o numerador do denominador. Exemplo disso, usando numerais modernos, é de que eles escreviam a quinta parte da unidade básica tomada três vezes como 3 . Tal costume se tornou comum mais 5 tarde na Europa. Na Idade Média se originou o termo numerador, que significa “contador”, e denominador, que significa “nomeador”. A barra que separa o número de cima do debaixo foi inserida pelos árabes por volta do século XII. Embora a imprensa do final do século XV e início do século XVI tenha omitido esta barra, ela voltou a ser usada ainda no século XVI e XVII. 15 Embora em uma primeira análise a forma de se escrever frações pareça irrelevante, isso afetou a aritmética que se desenvolvia. Mesmo a regra “inverter e multiplicar” na divisão de frações, esta não era parte da aritmética do ocidente até o século XVI. Isso talvez porque não fazia sentido a menos que as frações fossem escritas como um número sobre outro. A aritmética comercial dos séculos XV e XVI deu origem ao termo por cento, ou “para toda centena”, para frações com denominador 100. Isso se deu por ser comum citar taxas de juros em centésimos. O que também cooperou para tal costume foi o fato dos Estados Unidos possuírem um sistema monetário baseado em dólares e centavos (centésimos de dólares). Com isso, o símbolo de porcentagem também se consolidou através dos séculos, começando com uma abreviação à mão para “por 100”, depois para “por finalmente para “ 0 0 ”. [9] 0 0 ”, seguido de simplesmente “ 0 ” e 0 16 Capítulo 3 As frações decimais As porcentagens significam uma parte importante na área de frações decimais. E embora as frações decimais estivessem presentes cedo no cotidiano de chineses e árabes, isso não parece ter acontecido para os povos do ocidente. Ao que tudo indica, o primeiro uso na Europa de decimais ocorreu somente no século XVI. O livro de Simon Stevin, The Thenth de 1985, popularizou os decimais por mostrar que escrever frações como decimais faz com que seja possível usá-las nos algoritmos mais simples do conjunto dos Inteiros. De fato, uma primeira vantagem seria em relação à rapidez do cálculo com as operações de adição e subtração utilizando decimais. Outra vantagem evidente é quando se realiza a comparação entre duas frações. Assim, é muito mais vantajoso quando se utiliza a forma decimal e quando esta possui pelo menos a unidade, no caso da comparação. Para as que não possuem, então é preciso prestar atenção à parte decimal ou ao período da fração. Ainda concernente à adição e subtração, no caso de dízimas periódicas que exigem troca de ordens (por exemplo, centésimos para décimos), seria melhor a transformação do decimal em fração na forma a/b. Em relação às desvantagens do uso de decimais, uma primeira seria concernente às operações de multiplicação e divisão, devido à agilidade com que se efetua tais algoritmos utilizando a forma a/b. Na comparação utilizando decimais infinitos, é preciso ter cuidado, pois os estudantes de escolas básicas podem ser levados a encarar 0,999… como sendo menor que 1. Como Stevin era um homem que privava pela 17 praticidade, engenheiro como era, evitou a questão dos infinitos decimais em seu livro. Para ele, 0,333 estava tão próximo de 1 3 quanto se desejasse. É importante ressaltar que o comprimento da expressão decimal depende da relação existente entre seu denominador e a base do sistema por posição. Existem assim, algumas características importantes em algumas frações para estas expressarem como decimais não mais do que, por exemplo, três posições (depois do ponto decimal). Tais frações são aquelas na forma a i 2 , a 5 j e a 2 ⋅ 5j i , com a natural, 0 ≤ i ≤ 3 e 0 ≤ j ≤ 3. Assim, são aquelas frações na forma a c = 3 b 10 , com a, b e c naturais e b ≠ 0. Então, deve-se tomar o cuidado de que o mdc (a,2i ⋅ 5 j ) = 1 , para que assim esteja na forma irredutível. Portanto: c = (anan −1 …a1a0 )10 = an 10n + an −110n −1 + … + a110 + a0 . Assim, c an 10n + an −110n −1 + … + a110 + a0 = 103 103 = an 10n −3 + an −110n −4 + … + a2 10−1 + a110−2 + a0 10−3 = an 0 … 0, 000 + an −1 0 … 0,000 + … + 0, a2a1a0 n-3 algarismos n-4 algarismos = (anan −1 … , a2a1a0 )10 . Para o caso que envolve não mais do que cinco posições, valem as mesmas condições anteriores para decimais com não mais do que três posições. Acrescentem-se como alterações que 0 ≤ i ≤ 5 e 0 ≤ j ≤ 5. Ou seja, são aquelas frações na forma a c = b 105 . O mdc(a,2i ⋅ 5 j ) = 1 também garante a característica de que o denominador de 5 j ou 2i ⋅ 5 j . A fração a b a b tenha somente os fatores 2i , , através da relação algébrica a an = b bn para n 18 natural poderá sempre alcançar a condição de a c = b 105 . Basta para isso que n seja o quociente da divisão de 105 (dividendo) por b (divisor), no conjunto dos inteiros. Esta divisão será sempre exata (resto igual a zero), pois b terá sempre como característica ser divisor de 105 porque terá como fatores de decomposição, os números primos 2 e/ou 5. Os fatores 2 e 5 também aparecem na decomposição do próprio 105 aparecendo cinco vezes cada um. Todas as frações equivalentes a a b terão no denominador bn os fatores 2 e/ou 5, já que b é divisor de 105 . Na forma a 2 ⋅ 5j i , 0 ≤ i ≤ 5 e 0 ≤ j ≤ 5 teremos: a (25-i ⋅ 55- j ) a(25-i ⋅ 55- j ) c c ⋅ 5-i 5- j = = 5 5 = 5. i j 5 5 2 ⋅ 5 (2 ⋅ 5 ) 2 ⋅5 2 ⋅5 10 Assim, todas as frações na forma a b , onde b é um dos elementos do conjunto D(105 ) (divisores de 105 ) e a natural, possuem cinco posições depois da vírgula em sua forma decimal. Se desejássemos saber quais frações são aquelas que podem ser expressas com um número finito de posições, então chegaríamos à conclusão de que são aquelas que não possuem expansão decimal periódica (expansão infinita). Assim, sendo n um inteiro da forma: n = as 10s + as −110s −1 + … + a2 102 + a110 + a0 com {as , as −1, as − 2 ,… ,a0 } ∈ {0,1,2,… ,9} , teremos que tal n pode ser escrito como n = as 10s + … + ar +110r +1 + ar 10r + ar −110r −1 + … + a110 + a0 . dividirmos tal igualdade por 10r ocorre que: n = as 10s −r + … + ar +110 + ar + ar −110 −1 + … + a1101−r + a0 −r 10r para r ≥ 1. Se 19 Com isso, as frações na forma a c = b 10r , com a, b, c e r naturais, podem exatamente ser expressas por decimais finitos. É possível assim dar exemplos de frações que não poderiam ser expressas exatamente por decimais finitos. Um deles seria a fração é diferente de supormos que c 10r 13 55 que , para qualquer c e r naturais. Isto acontece porque, se 13 c = 55 10r , então isso nos leva a concluir que 13 ⋅ 10r = c ⋅ 55 . Assim, 13 ⋅ 2r ⋅ 5r = c ⋅ 5 ⋅ 11 . Mas isso constitui uma contradição, pois pelo Teorema Fundamental da Aritmética, a decomposição em fatores primos de um número composto é única a menos da ordem dos fatores. Esta também é uma situação que acontece no caso de 3 c ≠ r , 7 10 ∀c ∈ ℕ . Da mesma forma, a fatoração é diferente, pois teríamos 3 ⋅ 2r ⋅ 5r ≠ 7 ⋅ c . Também para o caso da fração 1 3 teríamos a fatoração 2r ⋅ 5r ≠ 3 ⋅ c . Pode-se pensar ainda na possibilidade de se expressar frações com um número finito de posições no sistema sexagesimal babilônio, mas não em nosso sistema decimal. A resposta é afirmativa, pois um caso seria o da fração 1 3 . Quando realizamos a divisão de 1 por 3, percebemos não ser possível dividir uma unidade em 3 partes iguais. Mas, quando pensamos 1 como 10 décimos, então teremos como quociente 3 décimos e resto igual a 1 (décimo). Este, por sua vez, pode ser pensado como 10 centésimos, que divididos por 3 resultam em 3 centésimos e resto 1 (centésimo). Continuando sucessivamente por mais algumas posições do quociente, percebe-se que temos uma expansão decimal infinita e, portanto, periódica. No caso de escrevermos 1 3 no sistema sexagesimal, realizamos a mesma divisão. No entanto, pensamos na quantidade de 60 avos, 360 avos e assim por diante. Teremos então: 20 1 3 1 = 1 × 60 = 60 (0; 20)60 Isto também ocorre com a fração 1 6 que no sistema decimal tem expansão infinita e no sistema sexagesimal é escrita como (0;10) 60 . Quando tais frações, na forma irredutível, possuem expansão decimal infinita, estas devem possuir no denominador algum fator primo diferente de 2 ou 5. Seria exatamente este fator diferente que caracterizase como divisor de 60 que é a base babilônica. No caso contrário, ou seja, se existem frações que possam ser expressas em um número finito de posições em nosso sistema decimal, mas não no sistema sexagesimal babilônio, a resposta é negativa. Isso porque, pelo que foi analisado anteriormente, as frações na forma irredutível cuja expansão decimal é finita (e, portanto não-periódica) possuem no denominador somente os fatores primos 2 e 5. Exatamente por não existir nenhum outro fator primo que seja divisor de 60, mas não divisor de 10, é que não existe a possibilidade de existir frações cuja expressão possui um número infinito de posições. Cientistas como Johannes Kepler e John Napier tiveram suas participações em tornar ainda mais popular o uso de frações decimais. Para Kepler (1571-1630), os números decimais eram especialmente importantes por causa das precisões astronômicas. No caso de John Napier (1550-1617), ele se descontraia estudando Matemática e entrou para a história da Matemática pela invenção dos logaritmos; pela criação de um dispositivo mnemônico, chamado de regra das partes circulares (utilizada na resolução de triângulos esféricos); também pela invenção de fórmulas trigonométricas conhecidas como analogias de Napier (para resolução de triângulos esféricos obliquângulos); e finalmente pela criação de um instrumento chamado barras de Napier (utilizado para resolver multiplicações, divisões e extrair raízes quadradas de números). Focalizando o invento dos Logaritmos, este deve ter sido motivado por 21 um método chamado prostaférese, que utilizava as fórmulas trigonométricas conhecidas como fórmulas de Werner na substituição de multiplicações e divisões por operações de adição. Este método era especialmente viável quando se trabalhava com números decimais. Supondo a utilização da primeira de tais fórmulas, conhecida por Napier, 2 cos A cos B = cos(A + B ) + cos(A − B ) , podemos, por exemplo, efetuar o produto de 43,764 por 273,27. Utilizando uma tábua de cossenos, e interpolação se necessário, nota-se que os ângulos A e B tais que: cos A = (0, 43764) = 0,21882 2 cos B = 0,27327 são A ≈ 77,36026° e B ≈ 74,14105° (ou como escreviam os babilônios, A ≈ 77°21′ 37′′ e B ≈ 74°08′28′′ , por se tratar de precisão astronômica). Com isso, utilizando apenas a parte inteira para averiguar o êxito do método, temos que: cos(A + B ) = cos(77° + 74°) = cos(151°) = −0, 87883 cos(A − B ) = 0,99842 . Lançando tais valores na fórmula teremos que: cos(A + B ) + cos(A − B ) = −0, 87883 + 0,99842 = 0,11959 Assim, ajustando de maneira adequada a vírgula decimal na resposta, obtém-se o produto a ser encontrado. Como são 5 posições antes da vírgula decimal, se levarmos em consideração a parte inteira dos dois números, então o produto ( 43,764 ) ( 273,27 ) é igual a aproximadamente 11959. 22 Talvez por conhecer tais fórmulas trigonométricas, e o método da prostaférese, é que Napier tenha restringido seus logaritmos inicialmente aos senos de ângulos. Até o surgimento de calculadoras, o uso de tábuas de logaritmos também era comum, principalmente para se realizar a transformação de produto ou divisão em adição e subtração, como o que ocorre em fórmulas como: logb (a ⋅ c) = logb a + logb c . Todas essas fórmulas logarítmicas facilitam principalmente os cálculos que utilizam números decimais, como ocorre com o método da prostaférese. Apenas para exemplificar, podemos achar o produto de 7,06 por 31,7. Assim, (7,06) ⋅ (31,7) = a . Com isso, log a = log 7,06 + log 31,7 . Utilizando uma tábua de logaritmos, temos que log 7,06 = 0, 8488 e log 31,7 = log(10 −1 ⋅ 3,17) = −1 + 0,5011 . Assim, temos que, log a = 0, 8488 + (−1 + 0,5011) = −1 + 1,3499 = 0,3499 . Novamente, voltando à tábua logarítmica, temos que tal valor coincide, aproximadamente, com a ≈ 2,24 . Ajustando adequadamente a vírgula, temos que o produto desejado de (7,06) ⋅ (31,7) ≈ 224 . A utilização do ponto como ponto decimal não foi adotado logo no início. Muitos símbolos diferentes, como apóstrofo, uma pequena cunha, um parêntese à esquerda, uma vírgula, um ponto elevado e muitos outros recursos foram utilizados através dos tempos para separar a parte inteira da fracionária. O primeiro livro de aritmética a ser impresso na América, lançado em 1729, utilizou uma vírgula para esse fim, mas outros livros favoreceram o ponto. Talvez o aspecto mais importante a ressaltar a respeito da inovação de Simon Stevin e sua aplicação em diversas áreas do 23 conhecimento, foi a maneira como se encaravam números como 2 e π. Isso porque até então estes não eram considerados exatamente como números, mas sim apenas razões que correspondiam a certas quantidades geométricas. Pensar em 2 como 1,414 e π como 3,1416 fez com que houvesse de fato uma evolução no conceito de número. Stevin foi o primeiro a encarar os números reais como sendo todos iguais em sua condição. Primeiras conclusões Ao que tudo indica, as frações continuarão a ser usadas por muito tempo. Até porque atualmente já existem computadores capazes de trabalhar diretamente com números na forma fracionária. Ainda existem muitas vantagens de se trabalhar com frações. O comércio e o ramo da economia ainda fazem intenso uso das porcentagens. Ainda se nota nas receitas o uso de frações comuns e frações na forma mista. O ramo científico faz bastante uso de números decimais. Todos esses aspectos enfatizam a justificativa para que o tema frações continue a estar presente no currículo escolar básico. É importante então que o conhecimento do professor atual seja cada vez mais profundo na área de História da Matemática, principalmente porque ela trás elucidações que beneficiam a qualidade de seu trabalho. E por mais que o uso de frações no cotidiano das pessoas seja uma questão de conveniência, percebe-se claramente o esforço e a dedicação de pessoas em fazer com que a Matemática evolua e como o trabalho do ser humano está relacionado a isso. 24 Parte II – Referenciais metodológicos Capítulo 1 Introdução Numa intenção de se verificar como o ensino de frações tem acontecido nas escolas básicas, começaremos com uma análise dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) dos ciclos do Ensino Fundamental. Veremos também como a História da Matemática, tem sido lançada como ideia a ser introduzida em sala de aula em tais documentos. No ínterim, veremos algumas ideias que podem ser introduzidas em sala de aula para o ensino da operação de multiplicação com Frações. Os Parâmetros Curriculares Nacionais – 1.ª à 4.ª séries Em aspectos gerais, os PCN’s do primeiro e segundo ciclos mencionam a importância das conexões que o aluno estabelece entre os diferentes temas matemáticos. Em um empenho de mostrar como a Matemática se apresenta no contexto social, incentiva-se ao professor para que apresente esta ciência como historicamente construída e como estando em constante progresso. Como auxílio em sala de aula, o 25 professor pode dispor de recursos didáticos como jogos, computadores e outros para o exercício da reflexão e análise. Existem também sugestões que envolvem a aplicação da metodologia de resolução de problemas e utilização de situações-problemas que envolvem outras disciplinas. Menciona-se que a História da Matemática é um aspecto que tem se apresentado como assunto específico que auxilia na aprendizagem dos alunos, já que propicia compreensão mais ampla da evolução dos conceitos. Em um esforço de se discutir os chamados “Temas Transversais”, e mais especificamente o da “Pluralidade Cultural”, menciona-se que o conhecimento matemático que temos atualmente também foi construído através da necessidade de contar, medir, desenhar, representar, e outras. E o professor, estando ciente dos obstáculos que o conhecimento matemático sofreu ao evoluir, estará também ciente daqueles envolvidos na aprendizagem dos alunos. Em processo semelhante ao que um conceito matemático sofre, é sugerido ao professor, ao trabalhar com resolução de problemas, fazer com que o aluno se sinta instigado a fazer adaptações, transferências, retificações para que chegue às conclusões corretas. Debaixo do subtítulo “O Recurso à História da Matemática”, os PCN’s do primeiro ciclo apontam a História da Matemática como um recurso que desenvolve atitudes mais favoráveis ao conhecimento matemático. Isso por mostrar ao aluno as diferentes preocupações dos povos ao fazer com que conceitos matemáticos evoluíssem. Também é tida como instrumento de resgate da identidade cultural. A História da Matemática pode ser utilizada para dar explicações a alguns questionamentos que porventura surjam por parte dos alunos, conforme salienta o documento de currículo. 26 Na parte que menciona os “Blocos de conteúdos”, e mais especificamente na parte de “Números e Operações”, é salientado que o conhecimento de números é construído e assimilado quando se considera como se configuraram historicamente. Isto inclui inclusive como os próprios números racionais (com sua representação fracionária e decimal) surgiram. No caso das operações, a ênfase é dada nos diversos significados de cada uma delas. Na parte de “Organização de conteúdos” salienta-se a ênfase maior que o professor deve dar na parte de representação de decimais devido à disseminação das calculadoras e outros instrumentos que a utilizam. Entre os “Objetivos de matemática para o primeiro ciclo” salientase que o ensino deve fazer com que o aluno construa o significado do número racional (sua representação fracionária e decimal). Isso deve acontecer pelos diversos usos da fração no contexto social. Levando-se em conta que o aluno deve também interpretar e produzir escritas numéricas através do conhecimento do sistema de numeração decimal, ele deve saber relacionar tal conhecimento com a representação decimal dos números racionais. A fim de que o aluno se aproxime ainda mais do significado de número racional e visualize a necessidade de um novo conjunto numérico é sugerido o trabalho com situações-problema cuja resolução não possa envolver a utilização do campo dos números naturais. Com isso, a intenção é a de que o aluno se aproprie de algumas noções relacionadas a número racional (‘quociente, parte-todo, razão’). É enfatizado também que o trabalho com os alunos deve valorizar estratégias que são frutos da evolução histórica do conhecimento matemático. Na parte de “Conteúdos principais itens mencionam: conceituais e procedimentais”, os 27 “O reconhecimento de números racionais no contexto diário; a formulação de hipóteses sobre a grandeza numérica pela observação dos algarismos na representação decimal de um número racional; comparação e ordenação de números racionais na forma decimal; localização na reta numérica de números racionais na forma decimal; leitura, escrita, comparação e ordenação de representações fracionárias de utilização frequente; reconhecimento de que os números racionais admitem diferentes (infinitas) representações na forma fracionária; identificação e produção de frações equivalentes, pela observação de representações gráficas e de regularidades nas escritas numéricas; Observação de que os números naturais podem ser expressos na forma fracionária; Relação entre representações fracionária e decimal de um mesmo número racional; Reconhecimento do uso da porcentagem no contexto diário.” [10] No que se relaciona às operações com números racionais, além do que já foi comentado a respeito, o trabalho do professor deve envolver o cálculo com adição e subtração de números racionais na forma decimal. Os alunos devem fazê-lo através de estratégias pessoais e pelo uso de técnicas operatórias convencionais. O trabalho com porcentagens também deve estar presente através do cálculo simples. Especialmente sobre as operações de multiplicação e divisão com números racionais, estas podem ser exploradas através de situações envolvendo Razão, comparação e configuração retangular, conforme sugerido. Como “Conteúdos atitudinais”, incentiva-se ao professor despertar a curiosidade na evolução histórica dos números, procedimentos e instrumentos de cálculo utilizados pelos diversos povos. Entre os critérios de avaliação voltados para o segundo ciclo, espera-se que o aluno saiba resolver problemas envolvendo números racionais, e também que saiba identificar em intervalos os números racionais na forma decimal. Percebe-se que o enfoque para os números racionais fica mais para o segundo ciclo (3.ª e 4.ª séries). E assim, o aluno deve perceber ao longo de sua trajetória de estudos que para se resolver determinados problemas, os números naturais são insuficientes. As situações exploradas 28 são aquelas em que os números naturais não conseguem exprimir a medida de uma grandeza ou resultado de uma divisão (excluindo o caso onde o divisor é zero). Neste ciclo, abrangem-se apenas os números racionais quocientes de números naturais. Entre os vários obstáculos ao entendimento do aluno, aponta-se: “um deles está ligado ao fato de que cada número racional pode ser representado por diferentes (e infinitas) escritas fracionárias; por exemplo, 1/3, 2/6, 3/9 e 4/12 são diferentes representações de um mesmo número; outro diz respeito à comparação entre racionais: acostumados com a relação 3 > 2, terão que construir uma escrita que lhes parece contraditória, ou seja, 1/3 < 1/2; se o “tamanho” da escrita numérica era um bom indicador da ordem de grandeza no caso dos números naturais (8.345 > 41), a comparação entre 2,3 e 2,125 já não obedece ao mesmo critério; se ao multiplicar um número natural por outro natural (sendo este diferente de 0 ou 1) a expectativa era a de encontrar um número maior que ambos, ao multiplicar 10 por 1/2 se surpreenderão ao ver que o resultado é menor do que 10; se a seqüência dos números naturais permite falar em sucessor e antecessor, para os racionais isso não faz sentido, uma vez que entre dois números racionais quaisquer é sempre possível encontrar outro racional; assim, o aluno deverá perceber que entre 0,8 e 0,9 estão números como 0,81, 0,815 ou 0,87.” [10] É sugerido ao professor fazer um trabalho envolvendo calculadoras no estudo de representações decimais. Exemplo disso seriam as divisões de 1 por 2 , 1 por 3 e assim por diante. Com isso, o aluno é convidado a analisar hipóteses sobre a escrita de decimais. Uma abordagem interessante que é sugerida é de que os alunos façam relação entre a escrita de decimais e nossos sistemas monetário e de medida. Já que os temas sobre razão, probabilidade e porcentagem começam a ser introduzidos já nos primeiros ciclos, é incentivado que a abordagem sobre fração contemple também estes aspectos. Na parte que envolve operações com números racionais, deve-se trabalhar os seus diversos significados. O trabalho deve sempre envolver situações contextualizadas em que o aluno consiga fazer estimativas em relação ao possível resultado, utilizando números naturais. A leitura e a escrita de números decimais também devem ser trabalhadas durante estes 29 anos. Também, o posicionamento da vírgula que se modifica quando se divide ou se multiplica por 10, 100 ou 1000, e etc. O trabalho com porcentagem deve ser feito a partir do significado da expressão ‘por cento’ envolvendo porcentagens simples, como 10%. Outro aspecto importante ressaltado é de que, quando se estabelece relação entre a medida de uma grandeza e um número, o aluno através disso poderá ampliar seu domínio numérico e entender a necessidade da criação dos números fracionários. O trabalho com frações é reconhecido como sendo a longo prazo, envolvendo inclusive os ciclos finais do ensino fundamental. Algumas ideias para o trabalho com a multiplicação de Frações de 1.ª à 4.ª série Existe certo questionamento sobre como o trabalho com a operação de multiplicação poderia se desenvolver através dos primeiros ciclos. E conforme sugerido, ao trabalhar com a resolução de problemas, o aluno deve se sentir propenso a adaptar, transferir e retificar seu conhecimento para que a sua compreensão possa ser desenvolvida. Para isso o aluno poderá dispor das diversas estratégias disponíveis tais como representações através de desenhos, contagem ou medida. O objetivo específico com a multiplicação de Frações é de que o aluno possa construir um fundamento em sua mente para tal operação. O que pode acontecer através de situações do contexto social. Algo interessante a ser aplicado é de envolver o aluno em situações de contexto diário onde ele reconheça a necessidade dos números racionais. Além disso, tais atividades em que os alunos se envolvem 30 devem fazê-lo admitir a existência de diferentes representações para uma mesma fração ou número racional (Frações Equivalentes). Primeiramente, uma ideia neste sentido para o ensino de multiplicação de Frações é a escolha antecipada de algo que os alunos possam particionar, como representações de biscoitos ou pizza em forma circular, ou até mesmo a utilização de papel quadriculado. Com isso a meta inicial é fazer com que os alunos entendam a ideia de tomar uma parte de uma parte de um total. É importante que os alunos resolvam de modo significativo situações como, por exemplo, tomar biscoito ou 1 2 de 1 2 2 3 de 3 4 de um de uma pizza. Algo interessante a ser explorado é o conhecimento informal que os alunos já possuem e o estudo da multiplicação de Frações pode começar através deste aspecto. Conforme [12], existem algumas perguntas que o professor deve se fazer quando for trabalhar desta forma com seus alunos, que são: Que Matemática desejo que meus alunos aprendam? Qual conhecimento informal eles já possuem? Como ajudá-los a utilizar este conhecimento informal para fundamentar sua compreensão? Citaremos alguns trechos de um estudo realizado por uma professora envolvendo um trabalho em sala de aula com alunos de 4.ª série (5.º ano) e que foi publicado em [12]. É um estudo justamente relacionado com todos os aspectos citados anteriormente como relevantes. Como pré-requisitos para uma atividade como esta, ficou evidente a necessidade de compreensão do significado de Fração e de ideias relacionadas à multiplicação. Além disso, os estudantes precisam reconhecer a necessidade de que, ao representar as divisões, partes de tamanho igual são necessárias e que o tamanho de tais partes dependerá 31 do tamanho da unidade. O entendimento de Frações Equivalentes é importante para atividades como esta que será discutida. Assim, existem problemas envolvendo a multiplicação de frações como, por exemplo, aqueles onde é necessário encontrar a quarta parte da metade de uma pizza e que pode ser representado por símbolos matemáticos como 1 4 de 1 2 de 1 total, ou simplesmente 1 4 de 1 2 . Um exemplo de problemas com tal aplicação seria: “Você tem a metade de um biscoito de chocolate gigantesco. Você dá ao seu amigo uma quarta parte da parte que você tem. Quanto do biscoito inteiro você deu ao seu amigo?” [12] Assim, uma atividade relacionada à operação de multiplicação de Frações pode utilizar a interpretação de “tomar uma parte de uma parte de ...”. O professor pode iniciar o trabalho com exemplos simples como 3 4 × 1 , e com apenas um item ou unidade deve ocorrer então a divisão dele em quatro partes iguais e selecionando três das quatro partes. A resposta 3 4 é então expressa em relação à unidade original. Finalmente, podemos utilizar o exemplo de 3 4 × 1 2 com metade da unidade, partilhando a unidade em quatro partes iguais, ou quartos, e selecionando três dessas quartas partes. A resposta 3 8 é expressa quanto à unidade original. O estudo publicado em [12] sugere que o professor tente perceber se os alunos já possuem tais ideias como parte de seu conhecimento informal. Para então cumprir com este objetivo o professor pode trabalhar com problemas envolvendo igualdade de partilha [13]. Exemplo disso seria: “Há oito biscoitos em um prato. Três pessoas querem compartilhar de todos os biscoitos. Quantos biscoitos podem se tornar de cada pessoa?” [12] 32 Os alunos podem começar a resolver um problema como este partilhando um biscoito para cada uma das pessoas. Ou ainda, particionar primeiro cada biscoito para depois partilhar entre as pessoas. No caso da primeira forma, os alunos podem particionar os biscoitos restantes e depois distribuir as partes entre as pessoas. O estudo em [12], utilizando de forma concreta oito biscoitos para cada aluno, aponta que, na experiência de sala de aula, os alunos já possuíam a percepção de que as partes dos biscoitos partilhados tinham de ser iguais. No entanto, constatou-se que os alunos tiveram dificuldades em relacionar frações equivalentes ao resolver o problema. Após isso, os alunos podem começar a tentar resolver problemas que envolvam a tomada de uma parte de uma quantidade fracionária. Podem tentar achar a quarta parte de metade ou a metade de uma metade. Ao resolver um problema como este envolvendo biscoitos, uma possibilidade seria a de que o aluno pode tentar fazer um desenho de uma metade de um biscoito e depois dividir esta metade em quatro partes de tamanho igual. Para fazer a relação com o biscoito inteiro o aluno pode tomar uma quarta parte como referência para a divisão de todo o biscoito e perceber que um oitavo seria o mesmo que tomar um quarto de metade de um biscoito. No estudo realizado, constatou-se que os estudantes já possuíam a percepção de que 1 2 se refere ao biscoito inteiro e de que 1 4 se refere à metade. Além disso, percebeu-se que os alunos não eram capazes de trabalhar com outras frações em problemas semelhantes e que a relação com a operação de multiplicação não era óbvia para eles. Para então mobilizar este conhecimento informal que os alunos já possuem, o professor pode trabalhar com problemas que envolvam situações do mundo real e igualdade de partilhamento. Exemplo disso seria dividir 10 biscoitos entre 4 pessoas. Situações assim podem auxiliar o aluno a aprofundar a sua compreensão da necessidade de partes iguais no trabalho com frações. O mais importante é que os alunos são assim levados a entender o significado de se tomar terços, quartos e outros 33 valores fracionários de metade de um inteiro, representado por uma pizza ou por um biscoito. O professor também pode trabalhar, na evolução da atividade, com problemas envolvendo a tomada de uma fração de um valor inteiro maior que 1 , como um terço de doze e três quartos de nove. Enquanto isso, deve-se lembrar aos alunos da importância de se trabalhar com partes iguais e da divisão de algo em terços ou quartos. O estudo sugere que se induza os alunos ao raciocínio através de perguntas como “de quantos agrupamentos você precisa se for comer um quarto desses?” “Lembram-se quando compartilhávamos biscoitos? O que tivemos que fazer com alguns dos biscoitos?” e “Poderia cada pessoa adquirir mais de um biscoito?” [12] Mudando para problemas que envolvem tomar uma parte de uma parte de um total, pode-se utilizar exemplos que envolvam determinar 1 4 de 4 5 , ou seja, aqueles onde o denominador de primeira fração é o mesmo numerador da segunda. Isto pode auxiliar os alunos a ampliar sua perspectiva do significado de terços ou quartos. Exemplos reais mostram que os alunos são capazes de fazer representações ao resolver problemas como estes, com desenhos de círculos indicando a parte inteira e divisões em partes iguais indicando a parte fracionária do total. Novamente, o estudo publicado em [12] indicou que quando pedido aos alunos que encontrassem 1 4 de 4 5 de um bolo, estes foram capazes de mobilizar seu conhecimento informal com comentários do tipo “Isto é um - quinto porque há cinco desses”. Em seguida, o professor pode trabalhar exemplos do tipo 3 4 de 2 3 onde o denominador da primeira fração é múltiplo do numerador da segunda. A experiência mostra que os alunos são capazes de representar por meio de quadrados divididos em terços evidenciando duas dessas três partes para indicar a fração. Após isso, eles subdividem pela metade cada uma das terças partes de dois terços obtendo quatro partes iguais. 34 Selecionam então três dessa quartas partes determinando que a resposta é 3 6 ou metade. Após isso, o professor tem como opção aplicar exemplos do tipo 2 3 de 9 10 , onde o denominador da primeira é fator do numerador da segunda. Este auxiliam o aluno a pensar um pouco mais em relação à ideia de equivalência de frações. Neste caso, se a representação do inteiro for um biscoito, possivelmente os estudantes formarão três grupos com três partes cada um, utilizando nove das dez partes de 9 10 . Selecionam então dois dos três grupos. Como opção, eles podem tomar duas partes de cada grupo de três. Outro tipo de problema é aquele como, por exemplo, 3 4 de 7 8 , ou seja, onde o maior fator comum entre o denominador da primeira fração e o numerador da segunda é 1. São exemplos que auxiliam os alunos a pensar mais profundamente na ideia de partilhar uma quantidade em um montante fracionário. Auxiliam o estudante a adquirir maior prática na divisão em grupos para tomar uma parte de outra de um total. Para resolver problemas como este, o estudante provavelmente fará representações como círculos para a parte inteira e o dividirá em oito partes iguais. Talvez ainda marque de alguma forma uma destas partes que representa o que foi deixado de fora, neste caso, o 1 8 . Para cada uma das sete partes, o aluno poderá fazer subdivisões, ou seja, poderá subdividir em quatro partes, ficando com 28 partes. O professor poderá questionar o aluno em relação a todas estas etapas quanto ao que ele poderá fazer. Neste momento, ele pode notar se o aluno consegue dividir tais partes em quatro grupos. Neste caso, o aluno deve colocar sete partes em cada um deles. Se forem três desses quatro grupos que fazem parte da resposta, então serão apenas 21 partes. Assim, em seguida o professor deve ajudar o aluno a pensar em relação ao total, ou seja, todo o círculo representado. O aluno deverá então subdividir também 1 8 em quatro 35 partes ficando com um total de 32 partes. A resposta que o aluno deverá dar é de 21 32 . A experiência relatada em [12] demonstra que perguntas como: “Quantas partes você precisa?” ou “Existe alguma maneira em você poderia fazer isso para que tivesse partes do mesmo tamanho?" fizeram com que os alunos raciocinassem com mais facilidade para obter a resposta correta. Estas também auxiliaram os estudantes a utilizar seu conhecimento informal e trabalhou o sentido de partilha de uma quantidade em partes fracionárias. No exemplo citado anteriormente, quando o aluno representa o total através de um desenho, reparticiona e agrupa as partes, tudo isso faz com que ele construa sua resolução de um modo mais significativo. Todos estes aspectos permeiam a construção de um fundamento para a compreensão da multiplicação de frações. O estudo realizado incentiva os professores ao trabalharem com multiplicação de frações a registrarem o que os alunos entenderam sobre diversos aspectos, incluindo: “(1) As partes de igual tamanho necessárias; (2) se os problemas de número inteiro podem resultar em valores fracionários; (3) o que significa particionar uma quantidade fracionária, tal como terços; e (4) a que quantidade se refere cada fração em um problema.” Para os alunos que têm uma maior dificuldade no aprendizado, o professor pode tentar auxiliá-los através de perguntas que os ajudem a raciocinar, como: "São pedaços do mesmo tamanho?" e dependendo do exemplo que está sendo trabalhado é possível fazer perguntas como: "Quando você diz que cada pessoa recebe dois e meio, eles ganham dois e ganham meio de quê?" ou ainda "Se há três pessoas, que parte fracionária de todos os biscoitos cada pessoa recebe?" [12]. Tudo isso vai auxiliar o estudante a focalizar as ideias matemáticas mais importantes. 36 Capítulo 2 Os Parâmetros Curriculares Nacionais – 5.ª à 8.ª séries Os aspectos históricos são exaltados neste documento por se sugerir uma abordagem de problemas históricos que possam conferir significados aos conceitos ensinados. A História da Matemática é tida como um assunto que propicia maior compreensão de conceitos e métodos da Matemática. Ainda em relação aos “Temas Transversais”, no item “Pluralidade Cultural” a História da Matemática é encarada como um meio de poder trazer conhecimento de outras culturas. Assim, o conhecimento das dificuldades encontradas na construção desta ciência pode auxiliar o professor na constatação de dificuldades que os próprios alunos terão em seu aprendizado. O professor poderá, assim, traçar novas estratégias para auxiliar seus alunos. A fim de motivar a utilização de situações-problema como abordagem inicial de conceitos, o documento mostra que a evolução da Matemática se deu através de respostas a problemas de ordem prática, relacionados a outras ciências e também de investigações vinculadas à própria Matemática. No item “O Recurso à História da Matemática”, a Matemática é tida como uma criação humana e a história desta ciência propicia então condições para que o professor auxilie o aluno a adquirir atitudes e valores mais favoráveis à Matemática. 37 Em relação às tecnologias existentes atualmente, o documento comenta: “Ao verificar o alto nível de abstração matemática de algumas culturas antigas, o aluno poderá compreender que o avanço tecnológico de hoje não seria possível sem a herança cultural de gerações passadas. Desse modo, será possível entender as razões que levam alguns povos a respeitar e conviver com práticas antigas de calcular, como o uso do ábaco, ao lado dos computadores de última geração.” [11] E além desta perspectiva de maior respeito pelo que a matemática representa na evolução de tecnologias, a História da Matemática também auxilia o professor a responder às perguntas dos alunos, traçar trajetórias de abordagem de assuntos, e estabelecer objetivos a serem alcançados pelo professor. Assim, a História da Matemática deve ser encarada como um recurso didático e não como simplesmente fatos a serem narrados. No desenvolvimento dos números a que se refere o item “Números e Operações”, é deixado evidente que os seus diferentes significados são percebidos quando são estudadas algumas questões referentes à sua história. Entre os objetivos para o terceiro ciclo e mais especificamente sobre as frações (ou racionais), as situações-problema a serem trabalhadas devem ajudar o aluno a ampliar seu entendimento sobre tais números. Isso poderá ser feito através de problemas históricos e que envolvem o contexto social. As situações-problema também devem ampliar o entendimento do aluno ao operar com frações, incluindo a utilização dentro da potenciação e da radiciação. Dentro deste ciclo, também devem ser trabalhadas com o aluno diferentes representações dos números racionais através de diferentes notações. Deve-se desenvolver no aluno a habilidade de saber quais procedimentos deverão ser adotados dependendo da situação-problema. Na parte de conteúdos para o terceiro ciclo, é enfatizada a utilização no caso dos números racionais, de seus diferentes significados incluindo a relação parte/todo, quociente, razão e operador. Assim, o 38 aluno deve compreender através deste trabalho as representações fracionária e decimal. Deve-se incluir também o estudo das frações equivalentes, porcentagem e a escrita em notação cientifica. No item “Conceitos e Procedimentos”, é destacado que o trabalho envolvendo as características do sistema de numeração decimal deve levar o aluno a abranger os números racionais em sua leitura, escrita e representação. A localização na reta numérica dos números racionais também deve ser trabalhada pelo professor, ficando evidente aos alunos que os números naturais, e outros conjuntos numéricos podem também ser expressos na forma fracionária e decimal. O aluno deve reconhecer também que diferentes situações-problema podem ser resolvidas por uma única operação e que talvez diferentes operações possam resolver um mesmo problema. No estudo de cálculos envolvendo operações com números racionais, é incentivado o uso de calculadoras para se realizar verificações. No item “Critérios de Avaliação para o Terceiro Ciclo”, enfatiza-se que o professor deve verificar se o aluno é capaz de comparar e ordenar números racionais. Também se ele sabe representar na forma decimal um número na forma fracionária e se sabe escolher adequadamente o procedimento de cálculo de acordo com o problema a ser resolvido. Para o quarto ciclo (7.ª e 8.ª série), a História da Matemática é tida como algo que pode despertar o interesse dos alunos através de reflexões sobre os processos de construção do conhecimento desta ciência. Entre os objetivos para este quarto ciclo está o de ampliar ainda mais o significado dos números racionais através dos problemas e deixar evidente ao aluno que existem números que não são racionais. As situações-problema a serem trabalhadas neste ciclo devem também ampliar ainda mais o significado das operações. O aluno deve adquirir uma habilidade ainda maior de escolher adequadamente o melhor procedimento de cálculo com números racionais. 39 É destacado como conteúdo a ser ensinado o fato de que, para a representação decimal, fica evidente a existência de representações finitas ou infinitas periódicas. Novamente, no item “Conceitos e Procedimentos”, para a parte de “Números e Operações”, é destacado que as situações-problema devem envolver diferentes significados das operações com racionais e irracionais aproximados por racionais. Como critério de avaliação referente aos números racionais neste quarto ciclo, está o de usar diferentes significados dos números racionais e suas operações para resolver problemas em diversos contextos. Além disso, o aluno deve ser capaz de escolher os procedimentos de cálculo adequados. Em orientações didáticas relacionadas aos números racionais, destaca-se a preocupação sobre alunos que chegam ao terceiro ciclo sem compreender o significado de frações em suas diversas representações. Existem diversas dificuldades para o aluno em sua aprendizagem, incluindo o fato de que um mesmo racional pode ser representado por diferentes escritas fracionárias. A comparação entre racionais também pode ser difícil de compreender para o aluno que procura uma associação com o conceito dos números naturais. Também quando se multiplica um natural por outro a expectativa é encontrar um número maior como resultado, e nos racionais isso não acontece. Para a parte de sucessor e antecessor, os mesmos conceitos relacionados aos naturais não se aplicam aos racionais, já que é possível encontrar infinitos racionais entre dois racionais. É incentivado o uso de problemas históricos envolvendo medidas para trabalhar com números racionais. Além disso, é sugerido que o professor discuta sobre outros aspectos históricos, incluindo as frações unitárias utilizadas no antigo Egito. Assim, o professor pode trabalhar como frações e sua transformação em soma de frações unitárias. 40 Para o trabalho com racionais utilizando a relação parte/todo o aluno deve ser capaz de identificar a unidade que representa o todo, compreender a inclusão de classe e realizar divisões com grandezas discretas e contínuas. No trabalho que encara número racional como quociente é importante destacar a diferença entre dividir uma unidade, por exemplo, em 3 partes e tomar 2, e dividir 2 unidades em 3 partes iguais. O trabalho do professor deve destacar também que a representação decimal aparece muito mais vezes no cotidiano do aluno do que a forma fracionária. No entanto, deve-se justificar a utilização da forma fracionária pelo seu uso no estudo de proporções, cálculo algébrico e equações. Além disso, em cálculos que envolvem dízimas periódicas a utilização da forma fracionária favorece resultados mais precisos. O conceito de equivalência também deve ser trabalhado devido à sua importância para se fazer comparações entre racionais e também à sua utilização nos cálculos. O cálculo utilizando racionais na forma decimal deve envolver na mente do aluno a relação com as regras do sistema de numeração decimal. O aluno deve constatar regularidades na multiplicação de racionais na forma decimal por 10, 100, 1000, ... . Isso é importante em alguns procedimentos de cálculos. O conceito de equivalência aparece novamente no trabalho com a adição e subtração de racionais. O trabalho com a multiplicação por ser iniciada com alguns exemplos e a ideia “partes de partes do total”. A transformação de frações na forma fracionária para a forma decimal é incentivada quando se utiliza a multiplicação. Talvez um dos empecilhos à aprendizagem dos alunos seja o fato de que, por exemplo, existe a possibilidadade de que um natural multiplicado por um racional (fração própria) resulte em um número menor que um dos fatores (o natural utilizado). Um trabalho mais pormenorizado deve permitir nesse sentido que o aluno chegue à conclusão de que nem sempre “o efeito da multiplicação é de aumentar”, conforme ressalta o documento. 41 O trabalho com a divisão com números racionais pode ser introduzido com a ideia “partes que cabem em partes”. No entanto, como essa ideia não funciona em todos os exemplos pode-se utilizar a propriedade “um quociente não se altera quando dividendo e divisor são multiplicados por um mesmo número”. Exemplo disso seria: 5 5 3 15 × 5 2 4 4 2 15 ÷ = = = 8 = 4 3 2 2×3 1 8 3 3 2 [11]. Além disso, nesse trabalho lança-se a ideia de “dividir e multiplicar pelo inverso”. A divisão utilizando-se a forma decimal também pode ser trabalhada com a mesma propriedade anterior e com a igualdade de ordens decimais. A calculadora também pode ser um instrumento a ser utilizado em sala de aula para que o aluno trabalhe com estimativas e valores aproximados. Ela adquire o papel de confirmadora de resultados e estimativas. Algumas ideias para o trabalho com a multiplicação de Frações de 5.ª à 8.ª série Como incentivado anteriormente, o trabalho com a multiplicação de Frações de 5.ª à 8.ª série pode ser realizado através de situaçõesproblema para ajudá-lo a aprofundar seu entendimento sobre tais números e esta operação. Assim, os problemas podem ser aqueles relacionados ao contexto histórico e social. O aluno deve então, após este trabalho, estar apto a saber adequar a multiplicação de frações ao problema proposto. 42 A utilização das calculadoras é incentivada ao se trabalhar com as operações com números racionais para confirmar inclusive os resultados de cálculos. Então, no caso da multiplicação de Frações ela também pode ser utilizada como auxílio no trabalho com tal operação. Tudo então deve cooperar para que o aluno possa ser capaz de operar com frações e escolher os procedimentos de cálculo adequados. Uma sugestão específica para atividades relacionadas à multiplicação de frações no 3.º e 4.º ciclo é de que se utilize novamente exemplos que destaquem a ideia de “partes de partes de um total”. Como destacado anteriormente, uma possível dificuldade de aprendizado também para alunos destes ciclos é quando se multiplica um natural por um racional. Neste caso, um possível resultado talvez seja um número menor que um dos fatores, quando se utiliza na operação uma fração cujo numerador é menor que o denominador. Talvez o mais importante a destacar seja a dificuldade de se construir um significado para a operação da multiplicação. É por este motivo que sugerimos anteriormente uma forma de o professor já trabalhar este tema no segundo ciclo das séries iniciais do ensino fundamental. Alguns professores tendem a achar complicado modelar com objetos e imagens e, em seguida, estabelecer relações. Eles então confiam aos alunos anos de memorização sem nenhum significado. Foi sugerido pelos Padrões de Currículo e Avaliação do NCTM (National Council of Teachers of Mathematics – 1989) que o professor tente ajudar o aluno a estabelecer uma relação entre a multiplicação de racionais e a de inteiros. A generalização deve ocorrer pelas experiências que o aluno vivencia através de problemas relacionados ao mundo real. Foge-se assim de mera aplicação de procedimentos de rotina. Com isso, citaremos uma atividade publicada em [13] para o trabalho com a operação de multiplicação também nos últimos ciclos do ensino fundamental, ou seja, de 5.ª a 8.ª séries (6.° ao 9.° ano). 43 Os materiais necessários serão: uma calculadora com a capacidade de utilizar frações, que poderá ser uma por grupo de 4 alunos; tesoura; régua; e as folhas da atividade de 1 a 4 para cada aluno. O objetivo para esta atividade multiplicação é de construir Frações um significado utilizando como para a contexto operação um de problema relacionado com uma situação do cotidiano. Além disso, serão utilizados modelos físicos para o trabalho. Existe uma estimativa de que toda a atividade demore por volta de 5 aulas, já que para cada aula será trabalhada uma das atividades. Como se trata de um trabalho com séries finais, supõe-se que os alunos já saibam associar frações (símbolos e termos) às partes de representações retangulares. E que, além disso, saibam ordenar frações. Toda a atividade publicada em [13] é organizada da seguinte maneira (roteiro do professor): Folha 1: "Jardins: Partes de Terrenos". Fazer uma transparência da Folha 1 antes de distribuir cópias para os alunos. Salientar que cada parcela retangular representa a unidade, ou 1 ; esta ênfase é especialmente importante para áreas ajardinadas 5 e 6. Mostrar cada área do jardim por alguns segundos, em seguida, pedir aos alunos para estimar que parte de um terreno é plantado (sombreado) e que parte não é. Atente para as estratégias dos alunos quando compararem os montantes sombreados com vários números de referência, como 1 2 , 0 e 1 . Discutir como os alunos chegaram a estas várias estimativas. Copiar e distribuir a Folha 1: "Jardins: Partes de Terrenos", juntamente com tesouras, réguas, lápis e marcadores. Os professores poderão acrescer mais uma folha 1 para facilitar o particionamento dos jardins. Os alunos poderão recortar os jardins (representações) se desejarem torná-los mais manipuláveis e para que possam experimentar diferentes formas de particionamento, ou "corte", para determinar os montantes plantado e não plantado. Os alunos devem completar o particionamento de cada 44 jardim por dobrar o papel ou desenhar segmentos de linha no papel. É importante discutir as diferentes formas em que os alunos concluíram o particionamento. A ênfase deve ser sobre as abordagens dos alunos para completar as tarefas, sem evidenciar nenhuma forma como a melhor, em vez de dar as respostas. Discutir como a divisão do todo pode ser simbolizada como uma sentença de multiplicação. Por exemplo, um quarto de um lote pode ser expresso como 1 4 de 1 = 1 4 ou 1 4 × 1 = 1 4 . Esta igualdade dá a oportunidade de discutir a identidade de multiplicação, 1 , que é o mesmo para a multiplicação de números inteiros e frações. Ela também pode levar a uma discussão sobre o equívoco comum de que "a multiplicação torna maior", que é uma generalização das experiências dos alunos com a multiplicação de número inteiro. Os estudantes devem guardar o seu trabalho na Folha 1 para uso nas Folhas 2, 3 e 4. Folha 2: "Partes de Terrenos". Os alunos precisam do trabalho que fizeram na Folha 1 ou de uma nova cópia da Folha 1, lápis, canetas e réguas. Os alunos podem usar as partições que produziram na Folha 1 para ajudá-los a completar a Folha 2. Se precisarem praticar mais o particionamento, recopiar a Folha 1 para que repitam a atividade, talvez mudando um pouco as porções plantadas. As discussões, no final da aula e a conexão com a linguagem escrita e os símbolos são as partes mais exigentes da atividade. Na pergunta 1, os alunos são convidados a estimar e, em seguida, encontrar 1 2 da parte não plantada (5 6) da área 1 do jardim. Metade é usada intencionalmente, porque é a mais fácil fração de uma partição e é a fração melhor compreendida pelos alunos. Na questão 2, os alunos são convidados a estimar e, em seguida, encontrar 3 4 da parte não plantada ( 2 3) da área 2 do jardim. Nas questões 3 e 4, claramente os alunos decidem em que parte fracionária do jardim vão decidir plantar milho 45 doce. Esta decisão pode ser tomada com a classe se o professor acreditar que maior estrutura ou uniformidade seja necessária. Várias formas corretas podem ser usadas para encontrar as respostas para essas atividades. Algumas destas formas são mostradas nas respostas às atividades. Folha 3: "Partes de Mais Terrenos". Os alunos precisam do trabalho que fizeram na folha 1 e de pelo menos mais uma cópia limpa da folha 1, bem como lápis, canetas e réguas. Os alunos podem usar as partições que produziram sobre a folha 1 para ajudá-los a completar a Folha 3. Esta atividade é semelhante à Folha 2, exceto que ela se concentra em encontrar parte das áreas que representam frações impróprias. Esta atividade será provavelmente mais difícil para os alunos, mas oferece uma experiência importante no trabalho com a compreensão de frações impróprias. Uma dificuldade pode ser o uso correto da linguagem para descrever e expressar essas relações. É muito importante lembrar-se da unidade. Na discussão sobre em que parte da área no jardim é plantada, queremos saber em quanto de um terreno é plantado. Por exemplo, na questão 1, na qual os alunos encontram metade (1 2 ) de 3 2 , que é plantada com milho doce, a resposta é 3 4 de um terreno. Folha 4: "Padrões no terreno". Os alunos podem precisar de mais cópias em branco da Folha 1 para partições, já que algumas questões envolvendo produtos não foram encontradas anteriormente. É importante que o professor faça perguntas para ajudar os alunos na busca de padrões e na reflexão sobre a dimensão relativa de partes de diferentes partes. Por exemplo, que padrão você vê quando encontra metade de alguma coisa? E ao encontrar um terço de alguma coisa? Qual é maior, um meio de cinco sextos ou três quartos dos cinco sextos? Por quê? Qual é maior, um meio de cinco sextos ou um meio de sete nonos? Por quê? Folha 5: "Maximizar o Resultado". Desenhar o problema no quadro negro ou projetor e distribuir a Folha 5. Certifique-se de que os alunos 46 compreendem o significado do período "maximizar o resultado" e o fato de que o uso de frações impróprias é permitido. Um problema semelhante, que é útil como um aquecimento, é pedir aos alunos para maximizar o resultado de "__ __x__" (dois dígitos vezes um número de um dígito), preenchendo os espaços em branco com os dígitos 1, 2, e 3. O uso de calculadoras com a capacidade para fração permite aos estudantes procurar padrões na resolução de problemas de multiplicação. Manter um registro dos números examinados é útil na busca de padrões. Incentive os alunos a observar quais respostas são menores do que o primeiro fator, e quais são maiores do que o primeiro fator. Porque este resultado ocorre? Pré-requisitos para esta atividade incluem a compreensão do significado de multiplicar frações, a capacidade de modelar a multiplicação de fração com manipulativos ou imagens, e a capacidade de usar a calculadora para operar com frações. O objetivo desta atividade é erradicar ou minimizar o equívoco de que a "multiplicação torna maior". Permitir aos estudantes usar calculadoras nesta atividade é importante porque permitem aos alunos gastar mais tempo à procura de padrões e fazer generalizações ao invés de analisar números. Ao discutir seus métodos para encontrar os maiores produtos, pergunte aos alunos por que 8 3 × 7 4 é o maior produto. Por exemplo, porquê 8 3 × 7 4 é superior a 8 6 × 7 5 , já que especialmente o último produto usa números maiores. Para responder, os alunos podem optar por fazer dois retângulos de dimensões especificadas, conforme abaixo. A partir desses retângulos, fica claro que 8 3 × 7 4 , que é igual a muito mais do que dois conjuntos, é maior do que 8 6 × 7 5 , que é inferior a 2 . 47 75 7 4 8 3 8 6 Figura 2.1 Representações para a multiplicação de frações Outra forma de tomar essa decisão é focar o tamanho de cada fração. Por exemplo, 8 3 é maior que 2 , enquanto que 8 6 é um pouco maior que 1 . Além disso, 7 4 é quase 2 , enquanto que 7 5 é mais próximo de 1 . portanto, o produto de 8 3 × 7 4 é quase o mesmo que, mais de ‘2 vezes quase 2 ’ (i. e., o resultado é maior que, 2 multiplicado por um número próximo de 2), que é cerca de 4 . O produto de 8 6 × 7 5 é quase o mesmo que um pouco mais de 1 vezes um pouco mais de 1 (i. e., o resultado é próximo daquele resultante de um número pouco maior que 1 multiplicado por um número pouco maior que 1), que é inferior a 4 . Portanto, 8 3 × 7 4 é maior do que 8 6 × 7 5 . Essa discussão deve ajudar os alunos a fazer a generalização de que se os numeradores são iguais, as frações com o menor denominador têm o maior valor. Esta afirmação pode parecer contra-intuitivo para muitos estudantes. Sua verdade pode ser verificada através de experiências com modelos concretos ou imagens de várias situações relacionadas. Discussões adicionais e acréscimo de questões Descrever, por escrito, o processo de seu grupo usado para chegar às respostas. Se o grupo usou mais de um processo de solução, era um método mais eficaz do que os outros? Explique. 48 Contraste o método "força bruta" (por exemplo, conectar a maioria das combinações possíveis de números) com quaisquer outros métodos utilizados. Generalize seus resultados para qualquer sequência de seis números (por exemplo, 50 a 55). Responda à seguinte pergunta, sem calcular a resposta exata em primeiro lugar: o que terá o maior produto: 3 5 × 6 7 ou 6 5 × 3 7 , ou os produtos serão os mesmos? Por quê? Descrever o processo que você usaria com qualquer conjunto de números para encontrar duas frações com o maior produto. Respostas Folha 1 1. 1 6 , 1 6 , 1 6 , 5 6 , 5 6 , 5 6 2. 1 3 , 1 3 , 1 3 , 2 3 , 2 3 , 2 3 3. 3 8 , 3 8 , 3 8 , 5 8 , 5 8 , 5 8 4. 2 9 , 2 9 , 2 9 , 7 9 , 7 9 , 7 9 5. 1 2 , 1 2 , 1 2 , 3 2 ou 1 2 3 , 3 2 ou 1 1 2 , 3 2 ou 1 1 2 6. 1 3 , 1 3 , 1 3 , 5 3 ou 1 2 3 , 5 3 ou 1 2 3 , 5 3 ou 1 2 3 Folha 2 1. Sobre 1 2 , não, sim, não, 5 12 2. 3 6 ou 6 12 ou 1 2 49 3. Respostas podem variar. 4. Respostas podem variar. Folha 3 1. Um pouco menor que 1 , sim, não, não, 3 4 2. 15 12 ou 5 4 ou 1 3 12 ou 1 1 4 3. Respostas podem variar. 4. Respostas podem variar. Folha 4 1. 5 12 ; 2 3, 2 6; 5 8, 5 16 ; 7 9, 7 18 ; 3 2 , 3 4 ; 5 3, 5 6; o denominador é o dobro. 2. 15 24 ; 2 3 , 6 12 ; 5 8 , 15 32 ; 7 9 , 21 36 ; 3 2 , 9 8 ; 5 3 , 15 12 ; o numerador é o triplo, e o denominador é multiplicado por 4. 3. 5 18 ; 2 3, 2 9 ; 5 8 , 5 24 ; 7 9, 7 27 ; 3 2 , 3 6 ; 5 3 , 5 9 ; o denominador é o triplo. 4. Veja as tabelas que se seguem. 1 2 5 5 6 12 2 2 3 6 5 5 8 16 7 7 9 18 3 3 2 4 5 5 3 6 3 4 15 24 6 12 15 32 21 36 9 8 15 12 1 3 5 18 2 9 5 24 7 27 3 6 5 9 5 8 2 3 7 9 5 6 3 2 5 3 1 3 5 24 2 9 7 27 5 18 3 6 5 9 1 2 5 16 2 6 7 18 5 12 3 4 5 6 3 4 15 24 6 12 21 36 15 24 9 8 15 12 50 Várias observações podem ser feitas sobre os padrões das tabelas, incluindo as seguintes: Produtos aumentam em qualquer linha da esquerda para a direita. Produtos aumentam em qualquer coluna de cima para baixo. O maior produto está no canto inferior direito. O produto é menor, no canto superior esquerdo. Folha 5 O maior produto possível é de 4 2 3 , que pode ser obtido de várias maneiras: 8 3× 7 4 , 8 4 × 7 3, 7 4 × 8 3, e 7 3×8 4. (Discutir porque estes aparentemente diferentes problemas de multiplicação resultam no mesmo produto é uma boa oportunidade de explorar a propriedade comutativa da multiplicação de frações. É importante lembrar que mesmo que a conexão entre a comutatividade da multiplicação de números inteiros e frações possa parecer óbvia aos professores, não é óbvia para muitos estudantes. Esta atividade pode convencer quaisquer "céticos" restantes.) 1. Maior que o número original, caso o número inicial seja positivo. Observe que, se o número inicial é 0 , o produto será igual, e se o número inicial for negativo, o produto será menor que o número original. 2. Menor que o número original, se o número original e o número inferior a 1 forem ambos positivos. Uma discussão interessante pode surgir de permitir que o número original e o número inferior a 1 possam assumir valores não positivos. 51 Jardins: Partes de Terrenos (lotes) Folha 1 Peter Peabody está particularmente bonito para o plantio de partições de seus lotes com berinjelas perfeitamente roxas. A parte fracionária de cada um dos lotes é plantada com berinjela (mostrada na parte sombreada de cada região retangular). Determinar que parte de cada lote é plantada e que parte não é. Você pode usar várias maneiras para fazer esse problema. Você pode desenhar segmentos de linha, cortes e dobras nos retângulos, ou descobrir uma outra maneira. Os diversos problemas podem ser resolvidos de formas diferentes. Esteja preparado para explicar como você decidiu que parte de cada terreno (lote) foi plantado. Área 1 do Jardim: Lote Único Área 2 do Jardim: Lote Único ________ de 1 lote é plantado. _________ de 1 lote é plantado. ________ × 1 = __________. _________ × 1 = ___________. ________ do lote não é plantado. _________ do lote não é plantado. ________ × 1 = __________. _________ × 1 = ___________. Área 3 do Jardim: Lote Único Área 4 do Jardim: Lote Único ________ de 1 lote é plantado. _________ de 1 lote é plantado. ________ × 1 = __________. _________ × 1 = ___________. ________ do lote não é plantado. _________ do lote não é plantado. ________ × 1 = __________. _________ × 1 = ___________. 52 Folha 1 (Continuação) Área 5 do Jardim Esta área do jardim é composta de dois lotes de igual tamanho. Lote Único Lote Único _________ de 1 lote é plantado. _________ × 1 = ___________. _________* do lote não é plantado. _________ × 1 = ___________. * Escreva este número de duas maneiras: como uma fração e, como um número misto. Área 6 do Jardim Esta área do jardim é composta de dois lotes de igual tamanho. Lote Único Lote Único _________ de 1 lote é plantado. _________ × 1 = ___________. _________* do lote não é plantado. _________ × 1 = ___________. * Escreva este número de duas maneiras: como uma fração e, como um número misto. 53 Partes de Lotes Folha 2 Use a primeira página da Folha 1 para responder a essas perguntas. Escreva sua resposta no espaço abaixo de cada questão. Use outra folha de papel se for preciso. 1. Olhe para a área 1 do jardim na Folha 1. Se você plantou metade da parte não plantada com milho doce, o quanto de todo o lote seria plantado com milho doce? Mais de metade de todo o lote? Menos da metade de todo o lote? Metade de todo o lote? Sombreie na região retangular para mostrar que você plantou metade da parte não plantada do lote com milho doce. Que parte de todo o lote você tem plantado em milho doce? 2. Olhe para a área 2 do jardim na Folha 1. Plante três quartos da parte não plantada do lote com milho doce. Que parte do conjunto do lote (lote inteiro) é plantado com milho doce? Tente estimar a sua resposta antes de realmente dobrar ou desenhar segmentos de linha para resolver o problema. Em seguida, decida em que partes da parte não plantada você vai plantar o milho doce, com as perguntas seguintes. Preencha os espaços em branco em cada pergunta com a fração. Então responda à pergunta. 3. Olhe para a área 3 do jardim na Folha 1. Plante _______da parte não plantada do lote com milho doce. Que parte do conjunto do lote é plantado com milho doce? Tente estimar a sua resposta antes de realmente dobrar ou desenhar segmentos de linha para resolver o problema. 4. Olhe para a área 4 do jardim na Folha 1. Plante _______da parte não planta do lote com milho doce. Que parte do conjunto do lote é plantado com milho doce? Tente estimar a sua resposta antes de realmente dobrar ou desenhar segmentos de linha para resolver o problema. 54 Partes de mais lotes (terrenos) Folha 3 Use a Folha 1 para responder a essas perguntas. 1. Olhe para a área 5 do jardim na Folha 1. Se você plantou em metade da parte não plantada da área do jardim com milho doce, estime o quanto de um terreno (lote) seria plantado com milho doce. Mais de metade de um lote? Menos de metade de um lote? Metade de um lote? Sombreie na região retangular para mostrar que você plantou em metade da parte não plantada do jardim com milho doce. Quanto de um terreno você tem plantado com milho doce? 2. Olhe para a área 6 do jardim na Folha 1. Plante em três quartos da parte não plantada da área do jardim com milho doce. Quanto de um lote é plantado com milho doce? Tente estimar a sua resposta antes de realmente dobrar ou desenhar segmentos de linha para resolver o problema. Em seguida, decida em que partes da parte não plantada você vai plantar o milho doce com as perguntas seguintes. Preencha os espaços em branco de cada pergunta com a fração. Então responda à pergunta. 3. Olhe para a área 6 do jardim na Folha 1. Plante _______da parte não plantada da área do jardim com milho doce. Quanto de um lote é plantado com milho doce? Tente estimar a sua resposta antes de realmente dobrar ou desenhar segmentos de linha para resolver o problema. 4. Olhe para a área 5 do jardim na Folha 1. Plante _______da parte não plantada da área do jardim com milho doce. Quanto de um lote é plantado com milho doce? Tente estimar a sua resposta antes de realmente dobrar ou desenhar segmentos de linha para resolver o problema. 55 Padrões em lotes (terrenos) Folha 4 Use o seu trabalho a partir de Folhas 1, 2 e 3 para responder as seguintes perguntas. Use símbolos para escrever uma equação que expresse a parte de cada lote, que é plantado com milho doce. Não reduza a sua resposta para termos mais baixos. Se metade da área não plantada foi plantada com milho doce: 1 5 1 Área 2 do Jardim: de_____ = _____ Área 1 do Jardim: de = _____; 2 6 2 Área 3 do Jardim: 1 de_____ = _____; 2 Área 4 do jardim: 1 de_____ = _____; 2 Área 6 do Jardim: 1 de _____ = _____ 2 1 de _____ = _____ 2 1 Descrever os padrões que você vê quando multiplicado por . 2 Área 5 do jardim: Se três quartos da área não plantada foram plantados com milho doce: 3 5 3 Área 1 do Jardim: de = _____; Área 2 do Jardim: de_____ = _____ 4 6 4 Área 3 do Jardim: 3 de _____ = _____; 4 Área 4 do jardim: 3 de _____ = _____; 4 Área 6 do Jardim: 3 de _____ = _____ 4 3 de_____ = _____ 4 3 Descrever os padrões que você vê quando multiplicado por . 4 Área 5 do jardim: Se em um terço da área não plantada foi plantado com milho doce: Área 1 do Jardim: 1 5 de = _____; 3 6 Área 2 do Jardim: 1 de_____ = _____ 3 Área 3 do Jardim: 1 de_____ = _____; 3 Área 4 do jardim: 1 de_____ = _____ 3 1 de_____ = _____; 3 Área 6 do Jardim: 1 de_____ = _____ 3 1 Descrever os padrões que você vê quando multiplicado por . 3 Área 5 do jardim: 56 Grave suas respostas às perguntas de multiplicação na tabela à esquerda. (Tenha certeza que você não reduziu as suas respostas para termos mais baixos.) Então reorganize os mesmos resultados na tabela à direita, desta vez organizando as frações da menor à maior, da esquerda para a direita, horizontalmente e verticalmente, de cima para baixo. Descrever os padrões que você vê nos produtos. 1 2 Parte não plantada da área 1 do jardim: 5 6 Parte não plantada da área 2 do jardim: 2 3 Parte não plantada da área 3 do jardim: 5 8 Parte não plantada da área 4 do jardim: 7 9 Parte não plantada da área 5 do jardim: 3 2 Parte não plantada da área 6 do jardim: 5 3 3 4 1 3 57 Maximizando o Resultado Folha 5 Instruções: Usando uma calculadora com capacidade de fração, maximizar o resultado da seguinte expressão mediante a apresentação em caixas com quatro dos dígitos 3, 4, 5, 6, 7 e 8. Não use cada dígito mais de uma vez. Mantenha um registro dos pares de frações que você multiplicou e seus produtos. Número de Teste Fração 1 Fração 2 Produtos Discuta as seguintes perguntas em grupo. Registre as respostas do seu grupo em uma folha de papel. 1. Ao multiplicar qualquer número positivo por um número maior que 1, a resposta é sempre menor ou maior que o número original? Dê exemplos e explique. 2. Ao multiplicar qualquer número positivo por um número positivo menor que 1, a resposta é sempre menor ou maior que o número original? Dê exemplos e explique. 58 O trabalho com a multiplicação deve abranger os mais variados tipos de problemas. Assim, aqueles em que o primeiro fator ou multiplicador é um número inteiro são também importantes. Exemplo de algo assim seria o que está publicado em [15]: Wayne encheu 5 garrafas com 2 de litro de refrigerante em cada garrafa. Quanto 3 refrigerante Wayne usou? Ao tentar resolver este problema, os alunos juntarão os terços e então descobrirão quantos litros inteiros existem em 10 terços. Existem os problemas como aqueles mostrados anteriormente em que não é necessário subdividir as unidades ou partes fracionárias. O enfoque fica permanente então para o número de partes da unidade no todo e assim, o tamanho ou o número das partes determina o número de conjuntos a serem tomados. Mais um exemplo deste tipo seria: Você tem sobrando 2 1 de uma pizza. Se você der da sobra de pizza a seu irmão, 3 3 quanto de uma pizza inteira seu irmão terá? [15] Todas essas abordagens devem ser feitas sem entrar propriamente com o algoritmo da multiplicação de frações, ou seja, os alunos devem resolvê-lo através das várias representações possíveis. Mas, uma das perguntas recorrentes é: como passar a desenvolver o algoritmo? Para isso, o professor deve utilizar problemas que exijam a utilização do cálculo direto. Poderá então utilizar como tipos de representações, um quadrado ou um retângulo. Assim, forneça aos alunos uma tarefa envolvendo um desenho de 3 4 de um retângulo. Assim, o aluno deve utilizar o desenho a fim de determinar o produto 3 3 × 5 4 de um inteiro e explicar o resultado. O objetivo é determinar uma parte fracionária de uma que está sombreada no desenho. No entanto, a unidade, e consequentemente o modo como as 59 partes são medidas, devem permanecer relacionados ao retângulo inteiro. Uma abordagem interessante, como sugerido em [15], talvez seja: 3 3 × 5 4 Tome Desenhe todas as linhas em uma direção. 3 3 3 3 de um conjunto de . Assim, forme primeiro e depois separe : 5 4 4 5 3 5 3 5 Estenda as linhas divisórias por todo o retângulo para determinar que parte fracionária cada parte representa. No fim, existem três filas e três colunas de partes tomadas do todo, ou seja, 3 × 3 partes. O todo se tornou cinco filas e quatro colunas, ou seja, 5 × 4 partes no todo. 3 3 Número de partes tomadas no todo 3 × 3 9 × = = = 5 4 Tipo de partes no todo 5 × 4 20 Figura 2.2 Desenvolvimento do algoritmo da multiplicação de frações. Como mostrado anteriormente, a fim de obter 3 5 da região sombreada, pode-se dividi-la em quintos com linhas em direções opostas. Então, o problema é saber quanto esta fração representa em relação ao todo, ou seja, à unidade. Embora os alunos não pensem nisso de imediato, um método seria prolongar as linhas subdividindo todo o inteiro (unidade) em quintos. O produto dos denominadores diz quantos pedaços (partes) estão no todo (tipo de partes). E o produto dos numeradores diz o número de pedaços tomados no todo. O professor pode, ao longo do tempo, após os alunos perceberem o sentido do algoritmo através de tais representações, pedir que eles determinem o produto de duas frações sem mais desenhos. Poderá para isso utilizar exemplos como 7 4 × 8 5 cuja representação seja um tanto difícil, e assim o aluno se sentirá propenso a utilizar o algoritmo. No trabalho com números mistos, é comum o pedido do professor para que os alunos transformem-nos em frações impróprias. Embora não esteja errado matematicamente, existe a possibilidade do professor poder 60 trabalhar a propriedade distributiva utilizando frações mistas. Se os estudantes compreenderem que, por exemplo, compreenderem bem 3 1 ×2 4 2 multiplicação a propriedade fazendo 3 ×2 4 e 2 1 2 significa distributiva, 3 1 × 4 2 2+ 1 2 e também poderão fazer a . Se ambos os fatores forem mistos, então haverá quatro produtos parciais. Como incentivado nos currículos nacionais e estaduais, as técnicas mentais e as estimativas devem ser trabalhadas pelo professor. No caso do produto 3 2 1 ×2 , 3 4 para fazer uma estimativa do resultado final, o aluno poderá utilizar a técnica de arredondar um fator para cima e o outro para baixo. No caso mencionado, teríamos a estimativa de 4 × 2 . É uma técnica eficiente para ajudar os alunos a verificar se sua resposta está dentro dos limites esperados. É interessante também pensar em um número racional com sua representação fracionária com como substituto para porcentagens. Por exemplo, numa estimativa de 60% de R$ 36,69 , seria interessante pensar em 60% como vezes 1 . 5 3 5 ou talvez como um pouco menos que 2 3 . Assim, 3 5 são 3 Como R$ 36,69 não é um número ‘simpático’, o aluno poderá pensar em fazer um ajuste para um número compatível como R$ 35,50 e 1 5 deste valor é R$ 7,10 . Multiplicando este por 3 teríamos R$ 21,30 que é uma boa aproximação para o real valor que é pouco mais de R$ 22,00 . 61 Proposta Curricular do Estado de São Paulo – Ensino Fundamental O ensino de números é destacado neste documento como tendo como objetivo principal deixar evidente a evolução dos conjuntos numéricos utilizando problemas ou situações que mostrem exatamente isso. Tais situações, conforme sugere o currículo do estado, podem estar apoiadas na própria história. Mais precisamente em relação aos números racionais, pode-se fazer uso de situações concretas de medida, onde se procura relacionar a notação decimal e a fracionária de um número a fim de ampliar o entendimento do aluno e traçar bases para o campo numérico dos reais. A ideia de “narrativas” é sugerida para a arquitetura das aulas e é explicada pelo fato de que é contando histórias que os significados são construídos. Uma fonte para que isso se realize é a História da Matemática. Seria então por meio dela que se buscaria a compreensão dos significados mais importantes, incluindo de transformações ou mudanças de assuntos. O item “Conteúdos de Matemática por série e bimestre do Ensino Fundamental – Ciclo II”, para o 1.º bimestre da 5.ª série, mostra que devem ser trabalhados em sala de aula a representação, a comparação e ordenação de frações, bem como suas operações. No 2.º bimestre, para os números decimais, devem ser expostos a sua representação, transformação em fração decimal, e suas operações. Para o 1.º bimestre da 6.ª série, o trabalho com os números racionais se inicia com a representação fracionária e decimal, e operações com decimais e frações (complementos). Para o 1.º bimestre da 7.ª série sugere-se o trabalho com números racionais através da transformação de decimais em frações e também através das dízimas periódicas e fração geratriz. 62 Para o 1.º bimestre da 8.ª série encontra-se sugerido o trabalho com notação científica, que abrange os números racionais na forma decimal. Últimas conclusões Embora o objetivo nesta segunda parte fosse analisar o quanto a História da Matemática tem sido introduzida nos currículos nacionais e estaduais, a conclusão posterior é de que existem poucas sugestões de como o professor pode elaborar a sua aula introdutória de conceitos através desta abordagem. O trabalho nos currículos é muito mais voltado à conscientização de sua importância e não tanto de como isso deve ser feito. Assim, tal pesquisa mostrou que a História da Matemática desenvolve atitudes mais favoráveis por parte dos alunos, auxilia o professor em dificuldades de aprendizagem destes. No currículo nacional para o ensino de primeira à quarta série, quando se fala como o ensino de Frações deve ser realizado não se faz nenhuma sugestão de como a História da Matemática deve ser introduzida. Como ponto positivo a ser destacado na análise do currículo dos primeiros ciclos destaca-se as principais dificuldades que os alunos podem ter na trajetória do ensino de Frações, de conceitos e operações relacionados. Existe o incentivo indireto ao trabalho com problemas que levem os alunos a se depararem com os mesmos problemas que historicamente o homem encontrou na evolução do conceito de Frações. O ensino da operação de multiplicação foi tido como foco de análise nesta pesquisa e as sugestões específicas para o ensino de primeira à quarta série podem ser aplicadas com a confiança de já terem sido exploradas por quem lançou a ideia. Conforme percebemos, o enfoque deve ser para 63 situações-problemas que envolvam o contexto social dos alunos, ou seja, a realidade. A análise do currículo de quinta à oitava série deixou evidente que a História da Matemática pode propiciar maior compreensão do está sendo ensinado. Novamente, neste currículo é enfatizado que a História da Matemática pode ser encarada como recurso didático por auxiliar o professor a responder às dúvidas de seus alunos. Por existir algumas orientações específicas no trabalho com a multiplicação de Frações, mais uma vez foi analisada uma atividade que pode ser aplicada em sala de aula. Este destaque na segunda parte do trabalho foi pela dificuldade que alguns professores têm em criar um significado para os alunos de tal operação. Assim, a atividade sugerida tenta fazer exatamente isso através de representações retangulares em que o aluno pode, através de materiais como tesoura e régua, constatar as respectivas representações fracionárias. É uma atividade que também busca criar significado para a ‘tomada de uma parte de outra parte de um inteiro’. 64 Referências Bibliográficas [1] Berlingoff W. P. Gouvêa F. Q.; A Matemática Através dos Tempos: Um guia fácil e prático para professores e entusiastas; Trad.: Gomide E, Castro H.; São Paulo: Edgard Blucher, 2008. [2] Eves H.; Introdução à História da Matemática; Trad.: Domingues H. H.; Campinas, SP: Ed. da Unicamp, 2004. [3] Almeida A. C., Corrêa F. J. S. A.; Papiro de Rhind e as frações unitárias. Revista do Professor de Matemática, nº 35. 1997, p. 2 a p. 8. [4] Paterlini R. 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K., Building a foundation for understanding the multiplication of fractions. Teaching Children Mathematics. National Council of Teachers of Mathematics. September 2008. p. 34 a p. 38. [13] Bezuk N. S., Armstrong B. E.; Understanding fraction multiplication. The Mathematics Teacher. National Council of Teachers of Mathematics; December 1992. Vol. 85; N.º 9; p. 729 a p. 733 e p. 739 a p. 744. [14] Proposta Curricular do Estado de São Paulo: Matemática / Coord. Maria Inês Fini. – São Paulo: SEE, 2008. [15] Walle J. A. V.; Matemática no Ensino Fundamental: formação de professores e aplicação em sala de aula; 6.ª edição; Trad.: Colonese P. H.; Artmed, 2009.