Aprile 1984 A San Leonardo al Palco (Prato) Il nostro primo Convegno 27° CONVEGNO SULLA DIDATTICA DELLA MATEMATICA VIAREGGIO 9–10 Settembre 2010 Congetturare in un ambiente di geometria dinamica Maria Alessandra Mariotti Dipartimento di Scienze Matematiche ed Informatiche Università di Siena [email protected] Di cosa parleremo Complessità del comando di trascinamento in un AGD Trascinamento e congetture: analisi del processo di esplorazione Esempi dalla classe Discussione sulle implicazioni didattiche Introduzione Immagini in Matematica e in particolare in Geometria: ‘oggetti’ matematici e rappresentazoni Il movimento in Geometria Scriveva F: Monge (1792) nelle “Leçons données à l’Ecole Normale de l’an III”: “Il faut que l’élève se mette en état, d’une part de pouvoir écrire tous les mouvements qu’il peut concevoir dans l’espace, et de l’autre, de se représenter perpétuellement dans l’espace le spectacle mouvant dont chacune des opérations analytiques est l’écriture.” Introduzione "... the changes in the solving process brought by the dynamic possibilities of Cabri come from an active and reasoning visualisation, from what we call an interactive process between inductive and deductive reasoning " (Laborde & Laborde, 1991 p. 185) Ambienti di Geometria Dinamica (AGD) Cosa è davvero cambiato ? Riflettiamo su un esempio molto semplice Costruire una retta r passante per due punti, A e B, e una retta s ad essa perpendicolare, passante per un punto P. Chiamare H il punto d’intersezione tra r e s. Trascinamento e Invarianti Il movimento di una figura è percepito nel contrasto tra cosa varia e cosa resta invariato Invariante per trascinamento Una costruzione provoca il fenomeno di Invarianti di Complessità di mantenere il Manteneredegli le proprietà di costruzione Simultaneità invarianti costruzione controllo concettuale Relazione di implicazione Invarianti Mantenere tutte le conseguenze delle proprietà di derivati dalla tra proprietà costruzione, costruzione Trascinamento e Invarianti Una distinzione chiave Movimento diretto Movimento indiretto può essere complesso cogliere la differenza tra Punto base Punto dipendente Movimento & Invarianti Una prima analisi delle difficoltà porta a distinguere due situazioni: Uso del trascinamento per testare se la costruzione effettuata è corretta, ovvero se la costruzione corrisponde allo scopo che si era prefissa. Uso del trascinamento al fine di produrre una congettura, ovvero data una certa configurazione formulare un enunciato che esprima la dipendenza logica tra proprietà riconoscibili per trascinamento in tale configurazione. Invarianti per trascinamento Invarianti di costruzione Invarianti derivati Ma anche Invarianti imposti tramite un movimento guidato. Problemi aperti di congettura Una consegna che pone una domanda senza rivelare o suggerire una risposta attesa, che richieda esplicitamente una congettura e la sua prova … Problema aperto di Congettura Trascinamento e Congetture La produzione di una congettura si basa sulla interpretazione di invarianti e relazioni tra invarianti … l’efficacia di una esplorazione è legata alla capacità di trasformare: Dati percettivi in una relazione condizionale tra proprietà geometriche Trascinamento e Congetture Il processo di produzione di una congettura richiede la “cristallizzazione” di un processo dinamico di esplorazione in una proposizione condizionale. Devono emergere due componenti di un enunciato condizionale Trascinamento e Congetture Almeno due livelli di complessità Emergenza di proprietà invarianti come diretta conseguenza della costruzione Ricerca di sotto-configurazioni nelle quali si evidenzia un legame condizionale tra proprietà. Problemi di congettura Consideriamo due esempi Congetture in un ADG Sia dato un quadrilatero ABCD e siano E, F, G e H rispettivamente i punti medi dei lati AB, BC, CD, DA. Cosa posso dire del quadrilatero EFGH? Congetture in un AGD Dato un quadrilatero costruire i punti medi delle diagonali, M e N. Sono possibili varie domande … • Portare M ed N a concidere, cosa posso dire del quadrilatero? • Sotto quali condizioni M coincide con N? Congetture in un AGD Dato un quadrilatero costruire gli assi dei suoi lati, siano MNRQ i punti di intersezione. Sono possibili varie domande … • Portare M, N, R e Q a concidere, cosa posso dire del quadrilatero? • Sotto quali condizioni M, N, R,Q coincidono? Congetture in un AGD A seconda degli invarianti messi in relazione due tipi di congettura: Assoluto: gli invarianti costruiti sono messi in relazione con uno o più invarianti ‘derivati’ Relativo: l’invarianza di un particolare proprietà è messa in relazione con un particolare ‘movimento’ … ovvero “sotto quale condizione una certa configurazione assume una particolare proprietà?” Congetture in un AGD Costruzioni Robuste A seconda degli invarianti messi in relazione due tipi Assoluto: gli invarianti costruiti sono messi in relazione con uno o più invarianti ‘derivati’ Relativo: l’invarianza di un particolare proprietà è messa in relazione con un particolare ‘movimento’ … ovvero Costruzioni Molli “sotto quale condizione una certa configurazione assume una particolare proprietà?” Congetture in un AGD • esplorare una costruzione robusta Porta a “scoprire” conseguenze di un’ipotesi o definizione costruita in modo robusto. Per esempio: dato un quadrilatero cosa si può dire del quadrilatero che ha come vertici i suoi punti medi? • esplorare una costruzione molle: Porta a “scoprire” ipotesi o condizioni sotto cui si verificano determinate conseguenze. Per esempio: dato un quadrilatero costruire i punti medi delle diagonali, M e N. Sotto quali condizioni M coincide con N? Modalità di Trascinamento Studi sul trascinamento (Arzarello, Olivero, Robutti, Paola,…) Modalità osservate nella soluzione di problemi, in particolare di aperti di congettura … Modalità di Trascinamento Wandering dragging, moving the basic points on the screen randomly, without any plan, in order to discover regularities in the figures; Guided dragging, dragging the basic points of a figure in order to maintain a particular property; Lieu muet dragging, moving a basic point so that the figure keeps a property following a 'hidden' path (lieu muet),; Lieu parlante dragging, moving a basic point activating the trace so that the figure keeps a discovered property following a 'hidden' path , even without being aware of this; Olivero 2002 Modalità di Trascinamento Wandering Lieu muet Lieu parlante Dragging di un punto • Identificare regolarità • Evidenziare oggetti dipendenti Dragging di un punto • Mantenere regolarità • Evidenziare relazioni tra proprietà Dragging di un punto + Traccia •Mantenere regolarità (Ogget. dipendenti) •Interpretare la Traccia (Ogget. Indipend.) Modalità di Trascinamento Wandering Lieu muet Lieu parlante Dragging di un punto • Identificare regolaritàIn cerca della Tesi • Evidenziare oggetti dipendenti Dragging di un punto Si fissa la Tesi • Mantenere regolaritàSi cerca le Ipotesi • Evidenziare relazioni … Dragging di un punto Traccia le Ipotesi Si+evidenzia •Mantenere regolarità (Ogget. Si fissa dipendenti) la Tesi •Interpretare la Traccia (Ogget. Indipend.) Un progetto di ricerca (in corso) Obiettivo: Individuare il ruolo degli schemi di trascinamento nella produzione di congetture e nella costruzione della dimostrazione … Metodologia Trascinamento di mantenimento Introduzione degli allievi all’uso di particolari schemi di trascinamento Analisi di soluzioni di problemi aperti di congettura, Trascinamento di mantenimento Il trascinamento di mantenimento è definito: Trascinare un punto base in modo che la figura di cabri mantenga un certa propriet (con traccia) Attivare la traccia durante il trascinamento di mantenimento. Una possibile sequenza Si nota una proprietà della figura di Cabri (Trasc. Libero ) Si sceglie la proprietà come proprietà da mantenere Si trascina in modo da mantenere la proprietà (Trasc. Mantenimento) Si usa la traccia --> appare un « luogo » Si individua il luogo come oggetto geometrico Si formula una congettura Si formula un enunciato geometrico Modello Proposizione A (invarianza osservata): una certa proprietà geometrica è mantenuta. Proposizione B (“regola”): quando un certo punto X della costruzione è trascinato (si muove) su un certo lungo, la proposizione A è vera. Possibile Congettura derivata: se X si muove sul luogo allora A è vera. Esempio Consegna: disegnare tre punti A, M, K costruire il punto B come simmetrico di A rispetto a M e C come simmetrico di A rispetto a K. Costruire la retta l paralla a BC per A e la retta perpendicolare a l per C, sia D il punto di itersezione tra queste rette. Al variare dei punti A,M,K fare congetture sui tipi di quadrilatero che ABCD può diventare Siano A, M, K tre punti base, costruire B come il simmetrico di A rispetto a M, e C come il simmetrico di A rispetto a K. Costruire inoltre la parallela l a BC per A, e la perpendicolare r a l per C. Sia D l’intersezione di l e r. L’Esplorazione di Fabio & Guido Data la costruzione precedente... Al variare dei punti A, M, K, formulare congetture sui tipi di quadrilatero che ABCD può diventare, cercando di descrivere tutti i modi in cui è possibile ottenere un certo tipo di quadrilatero. Fabio e Guido sono in seconda liceo scientifico e hanno usato Cabri durante il precedente anno scolastico. “Teoremi” e Figure di Cabri Costruzioni molli – ricerca di condizioni “Teoremi” e Figure di Cabri Costruzioni molli – ricerca di condizioni Conclusioni Complessità del comando trascinamento e difficoltà di controlloe Necessità di una organizzazione didattica specifica: Lavorare sulla consapevolezza introduzione intenzionale di schemi d’uso di esplorazione Sfruttare il potenziale semiotico del trascinamento rispetto al significato toorico di una congetura. Problemi didattici Come affrontre la complessità del controllo concettuale del trascinamento? Come guidare l’aapropriazione dello strumento di trascinamento per risolvere problemi aperti di congettura? Come sfruttare la ricchezza di significati matematici offerti dall’uso del trascinamento in problemi aperti di congettura? grazie