Le parole “difficili” in geometria Spunti per insegnare ad affrontare e risolvere problemi matematici Primo e secondo incontro Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 1 PROGRAMMA Gli incontri di quest’anno metteranno in evidenza, in geometria, l’importanza del significato delle parole che si usano. Argomenti principali: •il problema degli isoperimetri; •il problema della equiestensione nel piano e nello spazio; •problemi relativi agli argomenti trattati. 1° Incontro: martedì 14 OTTOBRE 2014 2° Incontro: martedì 28 OTTOBRE 2014 3° Incontro: martedì 11 NOVEMBRE 2014 4° Incontro: martedì 25 NOVEMBRE 2014 5° Incontro: martedì 2 DICEMBRE 2014 Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 2 FARE DELL’ETIMOLOGIA UN GIOCO (da Bollettino dei docenti di matematica n°68- centro didattico cantonale Bellinzona Svizzera) Se si conoscono i significati di un certo numero di termini base, … si possono da un lato scoprire i significati di parole sconosciute o inventarne di nuove. Diceva Don Milani: «Finché ci sarà uno che conosce 2000 parole e uno che ne conosce 200, questi sarà oppresso dal primo. La parola ci fa uguali.» curiosità Poveri noi maestri (magis di più) che dobbiamo stare agli ordini dei ministri (minus di meno) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 3 Osservazione Durante un corso di geometria un maestro osservò che i suoi allievi, come tutti i loro coetanei, nei primi anni di scuola sono inondati, o investiti, da una grande quantità di parole nuove e difficili come «parallelo», «perpendicolare», «diagonale», «isoscele»,… Capita quindi con una certa frequenza che pur avendo la risposta giusta, la sbagliano perché confondono le parole: «le diagonali di un quadrato sono parallele». In realtà sanno benissimo come sono, ma la confusioni con perpendicolari li ha traditi. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 4 Due parole spesso confuse PERIMETRO AREA Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 5 CERCHIAMO IL LORO SIGNIFICATO • Perimetro (Da Wikipedia, l'enciclopedia libera) In geometria, il perimetro è la misura della lunghezza del contorno di una figura piana. È diffusa la convenzione di indicarlo con la sigla 2p (oppure "P"), da intendersi come due volte p, dove p è quindi la metà del perimetro o semiperimetro. La parola deriva dal greco perímetros, composto di perí, intorno, e métron, misura. • Perimetro (DaTreccani.it) In geometria, e con riferimento a un poligono, la somma dei suoi lati, o anche, più spesso, la somma delle loro misure: il p. di un triangolo, di un pentagono; calcolare il p. della base di una piramide esagonale. Più in generale, il contorno (detto più precisamente bordo) di una qualsiasi superficie, piana o no, e la misura di tale contorno: il p. della base di una torre, di un castello; quindi, spesso, limite, confine:segnare, misurare il p. di un campo; le mura corrono lungo tutto il p. della città. Più genericam., con riferimento allo spazio compreso entro tale limite o confine:dentro il p. della città; fuori del p. dell’abitato. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 6 • Area (Da Wikipedia, l'enciclopedia libera) L'area è la misura dell'estensione di una regione bidimensionale di uno spazio, ovvero la misura dell'estensione di una superficie. Come per le altre misure di natura geometrica, per la precisione si dovrebbe distinguere fra la regione bidimensionale (insieme di punti) e la sua area (valore numerico associato alla precedente). Spesso però, nel parlare comune ma anche in esposizioni scientifiche, il termine area e il termine superficie vengono usati intercambiabilmente. Ciò è un errore perché esistono molte differenze, anche sostanziali. • Area (DaTreccani.it) [dal lat. area]. – Superficie circoscritta di terreno: nell’area prospiciente alla villa. In partic., a.fabbricabile, spazio di terreno utilizzabile per la costruzione di edifici; a. pubblica, ogni strada, piazza o altra superficie destinata ad uso pubblico; a. di servizio, sulle autostrade o strade di grande comunicazione, spiazzo con impianti di rifornimento di carburante e spesso anche altre attrezzature utili agli automobilisti (bar, servizî igienici, officine, ecc.); a. di parcheggio (v. parcheggio). Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 7 Ricerca Chiediamo agli alunni dove si usa il prefisso peri nella vita quotidiana. Es.: PERIFERIA PERIGEO (intorno alla Terra) PERIFRASI PERICARDIO PERIPLO Chiediamo agli alunni se esistono delle parole con il prefisso peri nella vita quotidiana, ma con un significato diverso. Es.: PERICOLO Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 8 Ricerca Chiediamo agli alunni dove si usa la parola AREA nella vita quotidiana. Es.: AREA DI SOSTA AREA A TRAFFICO LIMITATO AREA 51 AREA riservata ai camper AREA ARCHEOLOGICA Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 9 Approfondiamo … il concetto di perimetro Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 10 Il perimetro (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson da pag. 55 a pg. 60) Al termine perimetro vengono attribuiti diversi significati: a) contorno di un poligono, quindi è sinonimo di poligonale, ossia di spezzata chiusa e semplice; b) lunghezza del contorno di un poligono, per cui designa una grandezza; c) misura della lunghezza del contorno di un poligono, pertanto è un numero reale non negativo. L’accezione con cui viene utilizzato la parola perimetro condiziona la correttezza o meno di espressioni ad esso relative. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 11 Il perimetro (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson da pag. 55 a pg. 60) Al termine perimetro vengono attribuiti diversi significati: a) contorno di un poligono, quindi è sinonimo di poligonale, ossia di spezzata chiusa e semplice; “un poligono di perimetro ABCD” presuppone il significato a), in quanto ABCD è la denominazione della poligonale b) lunghezza del contorno di un poligono, per cui designa una grandezza; “il perimetro di un poligono è di 13cm” è coerente solo con l’accezione b), dato che 13cm è una lunghezza; c) misura della lunghezza del contorno di un poligono, pertanto è un numero reale non negativo. in centimetri, il perimetro di un poligono è 13” comporta l’assunzione dell’accezione c), poiché il perimetro viene identificato con un numero, ossia una misura. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 12 Il perimetro (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson) pag. 55 RIFLETTIAMO “il perimetro di un poligono misura 13cm” ERRATA È errata per ogni accezione di perimetro, poiché l’incongruenza è nella parte “misura 13cm”: 13cm è una lunghezza e non una misura. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 13 Il perimetro (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson) pag. 55 NOSTRA SCELTA Con il termine perimetro intendiamo la lunghezza del contorno di una figura piana. Il perimetro essendo una lunghezza è, quindi, una grandezza. In base a ciò, non solo si parla di perimetro di un poligono, ma anche di perimetro di un cerchio, inteso come la lunghezza della circonferenza che delimita il cerchio, di perimetro di una figura piana delimitata da una linea mista chiusa, … Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 14 I concetti di lunghezza… (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson)da pag. 55 a pag.59) • La lunghezza di una linea limitata In modo intuitivo, per linea limitata si intende una linea nella quale è possibile individuare un primo punto e un ultimo punto tra cui sono compresi tutti gli altri punti della linea. Sono esempi di linee limitate i segmenti, le circonferenze, le ellissi, ognuna delle linee rappresentate nel disegno: Non sono, invece, linee limitate le rette, le semirette, le parabole, le iperboli… Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 15 I concetti di lunghezza… (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson)da pag. 55 a pag.60) Il concetto di lunghezza di una linea limitata viene definito a partire dalla lunghezza di un segmento. Nella costruzione del concetto di lunghezza di un segmento si considera come primitivo, ossia privo di definizione esplicita, quello di movimento rigido (si veda Nel mondo della geometria, volume 4). Nell’insieme dei segmenti del piano, più in generale dello spazio, si stabilisce la seguente relazione, detta congruenza: un segmento x è congruente ad un segmento y se x è sovrapponibile a y mediante un movimento rigido; si scrive x y Uno strumento con il quale è possibile realizzare il trasposto rigido di un segmento è il compasso. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 16 I concetti di lunghezza… (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson) da pag. 55 a pg. 60) Si dimostra che la congruenza tra segmenti è una relazione di equivalenza, in quanto gode della - proprietà riflessiva: ogni segmento x è congruente a se stesso xx - proprietà simmetrica: se un segmento x è congruente ad un segmento y, allora y è congruente a x xyyx - proprietà transitiva : se un segmento x è congruente ad un segmento y e il segmento y è congruente ad un segmento x, allora x è congruente a y x y e y z x z. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 17 I concetti di lunghezza… (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson) da pag. 55 a pg. 50) Se si considera il sottoinsieme S = {a, b, c, d, e, f, g, h di segmenti del piano a d S b h e g c f si hanno le congruenze: a e g, b c, d h. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 18 I concetti di lunghezza… (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson) da pag. 55 a pg. 60) Essendo la congruenza una relazione di equivalenza, essa consente di ripartire l’insieme dei segmenti in classi di equivalenza, ciascuna delle quali ha per elementi segmenti tra loro congruenti. Con riferimento all’esempio, si hanno le seguenti classi a .. a b b .. cc .. e e .. g g .. ff .. d d .. hh . . Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 19 I concetti di lunghezza… (da “Nel mondo della geometria” vol. 5 a cura di C. Colombo Bozzolo, Angela Costa e Carla Alberti Erickson da pag. 55 a pg. 60) Segmenti che appartengono alla stessa classe di equivalenza sono, dunque, congruenti, ossia sono uguali rispetto alla sovrapponibilità mediante movimento rigido. Essi hanno “qualcosa in comune” e questo “qualcosa”, la proprietà astratta che essi definiscono collettivamente, viene chiamata lunghezza. ℓ1 a . ℓ2 b . c. e . g . f . d. ℓ3 h . ℓ4 Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 20 Concetti geometrici di riferimento: Consideriamo le figure piane formate dai punti che appartengono ad una linea chiusa e semplice e dai punti della regione di piano interna a tale linea. Se la linea è una spezzata: Se la linea non è una spezzata (linea curva o linea mista): figura piana poligonale figura piana non poligonale POLIGONO (esempio: cerchio) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 21 ad ogni figura piana sono associate una linea che costituisce il contorno della figura intendiamo con perimetro la lunghezza del contorno cioè la proprietà astratta che accomuna segmenti equiestesi una parte limitata di piano intendiamo con area la “proprietà” astratta che accomuna figure equiestese Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 22 Perimetro e area sono due grandezze possono essere qualificate e quantificate, ossia misurate diverse tra loro ciascuna ha un proprio sistema di misura associate sia ai poligoni sia ai non poligoni la loro costruzione concettuale non può identificarsi con l’uso delle formule la diversità concettuale può essere evidenziata osservando che Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 23 “può essere un recinto eguale a un altro, e la piazza contenuta da questo assai maggiore della piazza di quello” esistono figure che hanno uguale perimetro (isoperimetriche), ma diversa area esistono figure che hanno uguale area (equiestese), ma diverso perimetro Esiste una relazione tra le due grandezze? In particolare: come cambia l’area di figure piane che hanno uguale perimetro, ossia sono isoperimetriche? come cambia il perimetro di figure piane che hanno uguale area, ossia sono equiestese? Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 24 Dal Dialogo “Intorno a due nuove scienze” di Galileo Galilei: “Il chè accade non solamente fra le superficie irregolari, ma fra le regolari, delle quali quelle di più lati sono sempre più capaci di quelle di manco lati, sì che in ultimo il cerchio […] è capacissimo sopra tutti gli altri poligoni di egual circuito” (citazione tratta da E. Castelnuovo, “Pentole, ombre, formichine” In viaggio con la matematica, La Nuova Italia,1998, p. 39) Nelle parole di Galileo vi è la chiave interpretativa dei versi di Virgilio dedicati alla fondazione di Cartagine da parte di Didone Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 25 “per l’astuta merce che, per fondarla, fêr di tanto sito quanto cerchiar di bue potesse un tergo.” (Libro I, versi 360-365 dell’Eneide, di Virgilio, trad. di A. Caro, ed. D’Anna, 1978) L’astuzia di Didone consiste nell’applicare la proprietà secondo cui tra figure piane isoperimetriche, il cerchio è quella di area maggiore. In modo duale: tra figure piane equieste, il cerchio è quella di perimetro minore. Probabile applicazione nella costruzione delle città medioevali: a parità di area, cinta muraria circolare per ridurne la lunghezza e facilitare la costruzione, la sorveglianza e per ridurre i costi. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 26 Il problema degli isoperimetri Problemi formulati nella geometria dell’antica Grecia: 1) tra tutti i poligoni piani convessi di n lati e di perimetro dato 2p, quale ha area massima? 2) tra tutte le figure piane di perimetro dato 2p, quale ha area massima? 3) tra tutte le figure solide con superficie data S, quale ha volume massimo? Metodi elaborati e risposte formulate costituiscono la Teoria degli isoperimetri elaborata nel corso dei secoli da Zenodoro (II sec. a.C.) sino a Carthéodory e Study (1910) e Chisini (1927). Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 27 Alcuni risultati: 1) tra tutti i poligoni piani convessi di n lati e di perimetro dato 2p, quello regolare (equilatero e equiangolo) ha area massima tra tutti i triangoli di perimetro dato 2p, il triangolo equilatero è quello di area massima tra tutti i quadrilateri di perimetro dato 2p, il quadrato è quello di area massima 2) tra tutte le figure piane di perimetro dato 2p, il cerchio è quella di area massima 3) tra tutte le figure solide di data superficie S, la sfera è quella di volume massimo Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 28 Perché affrontare il problema a scuola? Alcune risposte: permette di operare con i concetti di perimetro e area, senza ricorrere necessariamente ai numeri o alle formule può essere affrontato con diversi livelli di approfondimento uso di diversi mediatori: attivi, analogici, iconici, simbolici può essere argomento di un laboratorio di matematica oggetto di un insegnamento a spirale Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 29 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Classe terza • Si inizia il confronto di aree per mezzo della bilancia nel modo che segue. • Facciamo ritagliare in uno stesso cartone le due figure da confrontare e mettiamole sui piatti di una bilancia a due bracci: se si fanno equilibrio i pesi sono uguali e, a parità di tipo di cartone le due figure sono sicuramente equiestese, perciò hanno la stessa area. • Se le due figure non si fanno equilibrio possiamo identificare la più pesante e quindi la figura con area maggiore. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 30 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Classe terza Si devono fare molti esempi e contro-esempi: • figure congruenti ritagliate nello stesso cartone hanno lo stesso peso • figure congruenti ritagliate in cartoni di tipo diverso hanno pesi diversi • figure non congruenti ritagliate in cartoni di tipo diverso hanno lo stesso peso, ecc. E' un'attività che è piaciuta molto ai ragazzi e che abbiamo ripreso in quinta per confrontare le aree di figure irregolari non riconducibili a forme poligonali. L’attività sopra indicata potrebbe anche essere ripresa alla scuola media nell'ambito dell'argomento “massa specifica ”. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 31 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) • L'uso della bilancia permette ai ragazzi di dare una prima risposta al problema degli isoperimetri, senza conoscere le formule per il calcolo delle aree. • Inoltre la trattazione di questo problema mette chiaramente in evidenza agli allievi che avere ugual perimetro non comporta necessariamente avere ugual area. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 32 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Il primo problema che abbiamo presentato agli allievi è stato : • Tra tutti i poligoni con lo stesso numero di lati e aventi lo stesso perimetro qual è quello di area maggiore? • I ragazzi, che già sapevano confrontare aree con la bilancia, hanno subito capito che il primo problema pratico da risolvere era il seguente : come costruire poligoni con ugual numero di lati e isoperimetrici? Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 33 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Metodo suggerito dall’insegnante: Prendere una tavoletta di legno, come in figura, fissare due chiodi senza capocchia ad una distanza che sia uguale alla metà della misura scelta per il perimetro. tendere una corda tra i due chiodi e chiuderla ad anello. Ad esempio, fissare i due chiodi a 12cm se vogliamo che il perimetro sia di 24cm . Ogni anello è stato usato per tracciare il contorno di un poligono nel modo che indichiamo nel seguito. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 34 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Triangoli. • Mediante tre grossi spilli (o chiodini) i ragazzi tendono la corda e la fissano su un cartone formando un triangolo. • Si tolgono i chiodini, si disegna il triangolo collegando con la matita e il righello i tre buchini lasciati dagli spilli e si ritaglia. Poiché con questo metodo non si ottiene quasi mai il triangolo equilatero si è dato loro un cartone da noi reticolato in triangoli equilateri di lato 1cm . Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 35 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Dopo aver confrontato i triangoli con la bilancia si è notato che: • il triangolo equilatero era il più pesante di tutti e quindi era il triangolo di area massima. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 36 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Quadrilateri • Si è ripetuta l’esperienza con i quadrilateri, dando anche un cartone da noi centimetrato in modo che gli allievi potessero disegnare anche il quadrato di perimetro 24cm . • Dopo aver confrontato con la bilancia i quadrilateri ritagliati (ve ne erano anche di concavi ) si è notato che: il quadrato era il più pesante di tutti e quindi era il quadrilatero di area massima. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 37 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) • • • • Classe quarta In quarta classe abbiamo esaminato in particolare i quadrilateri di dato perimetro per scoprire che il quadrato aveva l'area massima. In questa classe l'attenzione è stata poi rivolta in particolare ai rettangoli isoperimetrici , poiché di tali figure gli allievi sapevano calcolare la misura dell'area con la formula. Dopo aver costruito di nuovo quadrilateri isoperimetrici, di perimetro 24cm, con le “cordette” si è passati a determinare, usando solo numeri naturali, le possibili quaterne di numeri aventi per somma 24 e che potessero essere misure dei lati di un qualsiasi quadrilatero. Gli allievi, attraverso esperienze con asticciole e cannucce, erano consapevoli del fatto che “perché un quadrilatero chiudesse” il lato maggiore doveva essere minore della somma degli altri tre. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 38 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) • Consideriamo ora la quaterna: 10, 7, 4, 3 e proponiamo di disegnare un corrispondente quadrilatero. Dopo aver verificato che 10 < 7+4+3, prima di eseguire il disegno la maggior parte degli allievi, nonostante le molte esperienze fatte sulla costruzione di quadrilateri con le asticciole articolate, pensava che – esistesse un solo quadrilatero avente per misura dei lati la quaterna assegnata e che tale quadrilatero fosse sempre lo stesso anche se si cambiava l’ordine con cui si consideravano i numeri della quaterna – che fosse molto facile disegnare tale quadrilatero. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 39 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Alcuni tentativi fatti dagli allievi, sia fruttuosi che infruttuosi, per stimolare i colleghi a proporre la situazione che è veramente un problema. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 40 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Alcuni allievi hanno voluto lavorare ancora con le asticciole e tutti si sono convinti che per poter disegnare un solo quadrilatero convesso (indipendentemente dalla sua posizione nel piano): • si doveva assegnare l’ordine con cui si prendevano le lunghezze dei lati • si doveva dare l’ampiezza di un angolo. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 41 Costruzione con cabri POLIGONO CONVESSO Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 42 Costruzione con cabri POLIGONO CONCAVO Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 43 Costruzione con cabri POLIGONO con le circonferenze tangenti Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 44 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Parallelogrammi isoperimetrici • Prima di affrontare questo argomento, partendo dal rettangolo, abbiamo fatto scoprire la formula che permette di calcolare la misura dell’area di ogni parallelogramma, date le misure di un lato e della relativa altezza. • Siamo quindi passati a considerare un insieme di parallelogrammi di perimetro 24cm , sempre con la clausola che le misure dei lati fossero numeri naturali. Siamo partiti dai rettangoli e abbiamo scritto le possibili quaterne (di numeri naturali) ordinate: 11,1,11,1 10,2,10,2 9,3,9,3 8,4,8,4 7,5,7,5 6,6,6,6 e gli allievi hanno poi costruito con le asticciole ogni rettangolo. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 45 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Lavorando con le asticciole siamo passati: • da ogni rettangolo ai romboidi (con i lati di ugual lunghezza) • al quadrato ai rombi (con il lato di ugual lunghezza) Abbiamo rappresentato graficamente la situazione: • • Da questa rappresentazione risulta chiaramente che ogni rettangolo, a parità di lato fisso, ha altezza maggiore di tutti i romboidi e il quadrato ha altezza maggiore di tutti i rombi così costruibili. L’area di ogni rettangolo è pertanto maggiore di quella di ogni romboide e l’area del quadrato è maggiore di quella di ogni rombo. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 46 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) • • Quindi per decidere qual è, in questo insieme di quadrilateri, il parallelogramma di area maggiore dovevamo confrontare solo l’area di ogni rettangolo con quella del quadrato. Si è compilata una tabella come quella che segue: Rettangoli di perimetro 24cm Misura della Lunghezza di due lati consecutivi in cm Misura dell’area in cm2 Differenza, in cm, tra le misure di due lati consecutivi 11 1 11 11 - 1 = 10 10 2 20 10 - 2 = 8 9 3 27 9 -3 = 6 8 4 32 8- 4 = 4 7 5 35 7- 5 6 6 36 6 - 6 = 0 = 2 Al diminuire della differenza tra le misure di due lati consecutivi l’area aumentava Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 47 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Alla fine della classe quarta abbiamo disegnato i quadrilateri che hanno i lati lunghi come quelli dei rettangoli considerati, ordinando diversamente le quaterne di numeri 11,11,1,1 10,10,2,2 9,9,3,3 8,8,4,4 7,7,5,5 6,6,6,6 Abbiamo così disegnato “aquiloni” e “ punte di freccia” (deltoidi convessi e concavi) e abbiamo avviato lo studio dei quadrilateri con le diagonali perpendicolari. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 48 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) CLASSE QUINTA Quando gli allievi conoscevano la formula per il calcolo della misura dell'area del triangolo • sono ripetute le esperienze di costruzione di triangoli con la corda • ogni allievo ha disegnato uno di tali triangoli • ha scelto a piacere il lato-base ( di solito le misure delle lunghezze dei lati sono numeri decimali per cui sono state approssimate al millimetro) • ha tracciato la relativa altezza e l’ha misurata • ha calcolato la misura dell’area Abbiamo raccolto in una tabella le misure dell’area ottenute dagli allievi e abbiamo proseguito il lavoro ponendo il problema di: determinare le terne di numeri naturali che hanno per somma 24 e che possono essere misure dei lati di un triangolo. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 49 Itinerario didattico Si sono trascritti in una tabella i risultati ottenuti (si sono segnate in grassetto le misure dei lati dei triangoli isosceli): In tutti i triangoli in cui il lato base è lungo 11cm, l’altezza aumenta al diminuire della differenza tra le lunghezze degli altri due lati; lo stesso accade quando si tiene fisso il lato lungo 10cm o quello lungo 9 cm ; di conseguenza aumenta l’area. (di Clara Colombo Bozzolo) Triangoli con il perimetro di 24cm Misura, in cm, dell’altezza relativa al lato maggiore Misura, in cm, della lunghezza di ciascun lato Misura dell’area di ogni triangolo in cm2 1,9 11 11 2 10,45 2,7 11 10 3 14,85 3 11 9 4 16,50 3,2 11 8 5 17,60 3,5 11 7 6 19,25 3,9 10 10 4 19,50 4,5 10 9 5 22,50 4,8 10 8 6 24 4,9 10 7 7 24,50 5,6 9 9 6 25,20 6 9 8 7 27 6,9 8 8 8 27,60 Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 50 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Poi il 10, poi il 9 e infine l’8 Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 51 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Poi il 9 e infine l’8 8 Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 52 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Che cosa accadrà per gli altri poligoni regolari con il perimetro di 24cm ? I ragazzi hanno notato che: – per ogni tipo di poligono, quello regolare aveva sempre area massima. – a parità di perimetro, l'area cresceva all'aumentare del numero dei lati. POLIGONI REGOLARI misura del perimetro in cm: 24 triangolo quadrilatero pentagono esagono ottagono decagono dodecagono misura dell’area in cm2 27,71 36 39,63 41,56 43,45 44,32 44,78 Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 53 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Dai poligoni al cerchio. • Abbiamo concluso l'esperienza proponendo di calcolare la misura dell'area del cerchio avente la circonferenza lunga 24cm . Si è notato che l'area del cerchio era maggiore delle aree di tutti i poligoni regolari considerati. AREA DEL CERCHIO in cm2 (24 : 2π)2 x π = 45,85 • Abbiamo allora detto agli allievi che i matematici avevano dimostrato che : tra tutte le figure piane di ugual perimetro il cerchio era la figura che aveva area maggiore. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 54 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) A questo punto abbiamo proposto agli allievi più capaci il problema di Didone. • Nell'Eneide si racconta che Didone, per la costruzione di Cartagine, ottenne di “avere tanto terreno quanto ne poteva stare nella pelle di un montone”. • Didone ricavò dalla pelle del montone una lunga striscia, con la quale limitare il confine di Cartagine . Quale forma scegliere per questo confine, affinché l'area da esso racchiusa fosse massima? I ragazzi risposero subito: circolare. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 55 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Un lato del terreno avrebbe potuto essere il mare . Allora? • Il problema poteva essere così formulato : • E' maggiore l'area di un cerchio la cui circonferenza è lunga 24cm o quella di un semicerchio la cui semicirconferenza è lunga 24cm? • Fatti i calcoli gli allievi scoprirono che l'area del secondo cerchio era il quadruplo dell'area del primo cerchio e quindi il semicerchio aveva area doppia di quella del primo cerchio. Didone scelse, per intuizione, proprio la soluzione più conveniente . Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 56 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) CLASSE QUINTA: Verso un altro problema • Tra tutti i triangoli di cui è assegnata la misura di un lato e la misura del perimetro qual è quello di area massima? • Abbiamo scelto come lato fisso quello di 11cm , come perimetro ancora 24cm e come lunghezze dei lati numeri naturali. • In questo caso i triangoli sono stati costruiti con riga e compasso tutti sullo stesso lato base di 11cm . Inoltre ogni triangolo doveva essere disegnato in tutte le posizioni possibili. Le posizioni possibili, per ogni triangolo, sono quattro: Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 57 Lavoriamo con Cabri Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 58 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) • Al variare delle misure dei due lati liberi risultava sempre che l'isoscele aveva area massima. • I ragazzi hanno concluso che era molto, molto probabile che il triangolo isoscele, nelle ipotesi fatte, fosse quello di area massima. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 59 Itinerario didattico (di Clara Colombo Bozzolo) Un nuovo problema • • • Se togliamo il vincolo che le misure dei lati siano numeri naturali il vertice libero del triangolo che linea descrive? Siamo ritornati all’anello di corda , abbiamo fissato con due spilli gli estremi del lato lungo 11cm e abbiamo usato la punta di una matita che tendeva la corda, per segnare il terzo vertice del triangolo: Abbiamo disegnato vari ellissi, facendo variare la lunghezza del lato fisso, e abbiamo precisato che gli estremi fissi del lato del triangolo sono i fuochi dell’ellisse. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 60 Un esempio alla scuola primaria Fissate un’unità di misura di lunghezza e la derivata unità di misura di area, determinare tutti i rettangoli aventi un dato perimetro, con la condizione che i lati dei rettangoli abbiano lunghezze espresse da numeri naturali. Individuare le relazioni che sussistono tra tali rettangoli. classi coinvolte: classi quinte periodo: ottobre organizzazione: lavori in gruppi eterogenei (3-4 alunni) per la fase di manipolazione e di rappresentazione discussione collettiva per il confronto, la rilevazione di analogie, regolarità, relazioni, la formulazione di ipotesi lavoro individuale per il consolidamento e il momento metacognitivo Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 61 contesto didattico: già affrontato il concetto di perimetro e il problema della sua determinazione esperienze di equiestensione (tangram) e di quantificazione dell’area per conteggio (no conoscenza di formule) in alcune classi già affrontata la classificazione dei parallelogrammi consuetudine con lavori di gruppo in matematica e la manipolazione di materiali lavoro aritmetico sulle coppie additive e quelle moltiplicative di un numero naturale Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 62 Prima fase di lavoro In gruppo mediante accostamento di tessere quadrate in cartoncino, costruire tutti i rettangoli, non congruenti tra loro, aventi un perimetro dato, espresso in un numero intero di lati quadretto riportare su carta opportunamente quadrettata i rettangoli individuati per ognuno dei rettangoli registrare in tabella le misure, in lati quadretto, di due lati consecutivi, la loro differenza e la misura, in quadretti, dell’area Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 63 Le strategie individuazione del primo rettangolo (in genere quello costituito da due righe di quadretti) per tentativi nella maggior parte dei gruppi successiva individuazione di una strategia manipolatoria: “ci conviene togliere o aggiungere i quadratini sul lato più corto, perché così cambiamo poco alla volta il perimetro”; costruzione della sola “cornice” del rettangolo grafica: anticipazione della rappresentazione grafica su carta quadrettata rispetto alla costruzione del modello con le tessere quadrate, perché nella fase grafica il rettangolo viene immediatamente individuato con il relativo contorno, seguendo i lati della quadrettatura Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 64 numerica: ricorso al semiperimetro e alla sua scomposizione additiva anticipazione della compilazione della tabella rispetto al modello materiale con le tessere procedimento “ordinato” strategie di calcolo del numero del quadrati senza ricorre al conteggio uno a uno visualizzazione dello schieramento di quadretti e ricorso alla moltiplicazione Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 65 Alcuni conflitti cognitivi identificazione tra lato-quadretto e quadretto, ossia tra unità di misura di lunghezza e unità di misura di area: perimetro in lati-quadretto assunto come numero di tessere quadrate a disposizione per la costruzione dei rettangoli la costruzione del bordo, inteso come cornice, dei rettangoli Quali possono essere le cause di questa erronea identificazione? complessità dei concetti di perimetro e di area uso abituale nel linguaggio quotidiano del termine “quadretto” per indicare sia una lunghezza sia un’area Capita solo nel linguaggio quotidiano? Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 66 incertezze nel considerare il rettangolo formato da una sola riga o una sola colonna di tessere, perché questa viene considerata come “segmento” incertezze nell’accettare il quadrato tra i rettangoli soluzione del problema Giustificazione addotta al considerare anche il quadrato: rettangolo significa angoli retti, quindi anche il quadrato è un rettangolo perché ha gli angoli retti Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 67 Collettivamente confronto tra gruppi per verificare la correttezza e la completezza delle soluzioni riordino dei dati numerici raccolti nelle tabella rilevazione di regolarità, relazioni, analogie, differenze, … a partire dall’osservazione delle tabelle Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 68 In gruppo ritagliare i rettangoli isoperimetrici disegnati e incollarli, in tutti i diversi modi possibili, mantenendo un vertice nell’origine O di un riferimento e altri due vertici su ciascuno dei due semiassi rilevare la posizione del quarto vertice dei rettangoli isoperimetrici Alcune strategie tentativi di ricoprire il piano del riferimento “resistenza” a sovrapporre i rettangoli, perché “non si vedono più” intuizione della formazione di una “scaletta” modo ordinato di procedere: basta diminuire di 1 l’altezza e aumentare di 1 la larghezza caso critico del quadrato: “quanti ne incolliamo?” Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 69 Seconda fase di lavoro In gruppo su un geopiano, mediante elastici, costruire tutti i rettangoli aventi un perimetro dato, espresso in un numero intero di lati-quadretto; i rettangoli devono avere un angolo retto in comune riportare i rettangoli individuati su carta che riproduce i punti del geopiano per ognuno dei rettangoli registrare in tabella le misure, in lati quadretto, di due lati consecutivi, la loro differenza e la misura, in quadretti, dell’area Collettivamente confronto tra le soluzioni e le osservazioni conferma dell’allineamento del quarto vertice dei rettangoli isoperimetrici Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 70 Alcune strategie ricorso all’immagine della scaletta o sin dalla fase iniziale oppure per controllare di avere individuato tutti i rettangoli Alcuni conflitti cognitivi misura del perimetro in lati-quadretto assunta come numero di chiodini lungo il bordo del rettangolo geopiano richiede una maggiore astrazione rispetto alle tessere e alla carta quadrettata, perché il lato-quadretto “non si vede” identificazione tra lato-quadretto e diagonale-quadretto Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 71 Terza fase di lavoro In gruppo riflessione scritta “Ripensando al lavoro che hai svolto con le tessere quadrate, con il disegno e con il geopiano, cosa hai scoperto riguardo ai rettangoli che hanno uguale perimetro?” Individualmente assegnato un perimetro in lati quadretto, ipotizzare il numero di rettangoli, l’esistenza o meno del quadrato, il valore dell’area massima verificare le risposte con la costruzione grafica e la compilazione della tabella Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 72 Quarta fase di lavoro Mediante accostamento di tessere quadrate in cartoncino, costruire tutti i rettangoli, non congruenti tra loro, aventi un’area data, espressa in un numero intero di quadretti In gruppo riportare su carta opportunamente quadrettata i rettangoli individuati per ognuno dei rettangoli registrare in tabella le misure, in lati quadretto, di due lati consecutivi, la loro differenza e la misura, in lati quadretti, del perimetro Le strategie individuazione come primo rettangolo di quello costituito da una riga di quadretti constatazione dell’inefficacia della strategia del “+1, -1” ricorso alle tabelline Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 73 In gruppo ritagliare i rettangoli equiestesi disegnati e incollarli, mantenendo un vertice nell’origine O e altri due vertici su ciascuno dei due semiassi rilevare la posizione del quarto vertice. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 74 Perché affrontare il problema a scuola? Altre risposte: è un vero e proprio problema le conoscenze pregresse sono necessarie, ma non sono sufficienti mobilita la ricerca di strategie richiede la formulazione di ipotesi, la loro verifica, il controllo del significato dei risultati richiede il transfer di conoscenze costruite o collocate in altri contesti geometrici (differenza tra lato quadretto, diagonale quadretto e quadretto, quadrato come rettangolo speciale, ...) e aritmetici (coppie di numeri amici nell’addizione o nella moltiplicazione, classi particolari di numeri – pari/dispari, primi, quadrati, composti – multipli, divisori, …) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 75 può generare conflitti cognitivi, ossia si presta ad essere esperienza critica atta ad esplicitare convinzioni errate, misconcetti, … a sollecitare un apprendimento significativo, realmente interangente con la matrice cognitiva del soggetto a favorire un apprendimento consapevole e la metacognizione è un contesto ricco sia dal punto di vista matematico sia dal punto di vista didattico permette la personalizzazione, intesa non come differenziazione, individualizzazione, semplificazione della proposta didattica ma come opportunità per ogni allievo di effettuare, di fronte alla stessa proposta, un proprio personale percorso diverso per competenze messe in atto, strumenti utilizzati, acquisizioni cognitive, grado di astrazione, generalità e consapevolezza raggiunti, … Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 76 la sua risoluzione può essere effettuata ricorrendo a metodi matematici diversi per complessità e strumenti continuità tra i diversi ordini scolastici dalla scuola dell’infanzia alla scuola secondaria di secondo grado Esame di Stato 2004/2005 - Prova di matematica per il Liceo Scientifico Quesito n° 4 – Si dimostri che tra tutti i rettangoli di dato perimetro, quello di area massima è un quadrato. la relazione di isoperimetria e quella di equiestensione possono riguardare figure non usuali nella pratica didattica, come le figure dal contorno non connesso. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 77 Un esempio alla scuola secondaria di I grado Da un poligono … (di prossima pubblicazione in Nel mondo della matematica vol. 2 – Ed Erickson) Classi coinvolte: prima Periodo: ottobre Organizzazione: lavoro individuale discussione collettiva dei risultati Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 78 Da un poligono tante figure domande risposte corrette Quanti lati ha il poligono? 95 % Il suo nome è… 50 % Quanti angoli? 85 % 40 % Quanti angoli sono retti? Gli altri due angoli sono Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 25 % 79 domande risposte corrette Quale delle due figure è la più estesa? 85 % Il contorno della prima figura da quanti lq è formata? 50 % E quello della seconda figura? 25 % Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 80 domande risposte corrette Questa figura è più estesa o meno estesa delle precedenti? Costruzione errata per errori di ritaglio 25 % 30 % Espressione per il calcolo dell’area in q 25 % Espressione per la misura del perimetro 10 % Un’altra proprietà in comune Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 0% 81 Costruzione nuova figura 12 % Costruzione scatola senza coperchio 100 % Poligono da aggiungere come coperchio 100 % Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 82 Disegni della scatola con coperchio corretti 90 % 40 % 45 % Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 83 Disegno diverso dagli altri 5 % Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 84 Costruzione “parziale”, ma corretta, del modello di un rettangolo di perimetro 24Lq Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 85 Da alcune tabelle di gruppo Gruppo n° 2 Gruppo n° 4 Rettangoli di perimetro 20Lq Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 2 3 4 1 5 8 7 6 9 5 Differenz a tra le misure Misura in quadretti dell’area 6 4 2 8 0 16 21 24 9 25 Gruppo n° 6 10 11 9 8 4 6 2 1 3 4 8 6 Differenz a tra le misure Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 1 da 2 1 da 3 1 da 4 1 da 5 1 da 1 1 da 8 1 da 7 1 da 6 1 da 5 1 da 9 Differenz a tra le misure Misura in quadretti dell’area 6 4 2 0 8 16 21 24 25 9 Gruppo azzurro Rettangoli di perimetro 24Lq Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi Rettangoli di perimetro 20Lq Misura in quadretti dell’area Rettangoli di perimetro 20Lq Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 3 7 8 20 2 8 10 22 9 1 6 18 5 5 4 16 6 Del Torchio 4 4 Colombo 16Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Clara 0 12 Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 Differenz a tra le misure 4 6 8 0 2 Misura in quadretti dell’area 21 16 9 25 2486 Utilizzo di 22 tessere quadrate per costruire un rettangolo avente perimetro di 22Lq Costruzione di uno schieramento di 8 righe di 3 tessere quadrate per realizzare (con 24 quadretti) un rettangolo avente perimetro di 24Lq Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 87 Rappresentazione di rettangoli in cui il perimetro di 24Lq è stato ottenuto formando una “cornice” composta da 24 tessere quadrate: l’errore è presente nel rettangolo a sinistra e in quello in basso a destra Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 88 Da un sussidiario di classe quinta Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 89 Anche quando “facciamo geometria” utilizziamo indifferentemente il quadretto come figura piana e come linea. I materiali con cui costruiamo modelli di segmenti, come strisce di cartoncino, sono in realtà rettangoli, ma noi li usiamo ignorando una dimensione e focalizzando l’attenzione solo sull’altra: siamo certi che gli alunni facciano la nostra stessa astrazione? I materiali, più o meno strutturati, rispetto al concetto di cui i materiali vogliono essere un modello concreto hanno sempre limiti (per esempio la finitezza) eccessiva ricchezza di attributi (per esempio il colore) Uso consapevole, non esclusivo, esplicito di un materiale in modo da evitare che esso crei o rafforzi stereotipi, convinzioni errate, … Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 90 Rettangoli di perimetro 24Lq Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 11 10 9 8 7 6 Differenz a tra le misure Misura in quadretti dell’area 10 8 6 4 2 0 11 20 27 32 35 36 1 2 3 4 5 6 Rettangoli di perimetro 22Lq Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 1 2 3 4 5 10 9 8 7 6 Differenz a tra le misure Misura in quadretti dell’area 9 7 5 3 1 10 18 24 28 30 Rettangoli di perimetro 20Lq Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 1 2 3 4 5 9 8 7 6 5 Differenz a tra le misure Misura in quadretti dell’area 8 6 4 2 0 9 16 21 24 25 presenza di alcune delle coppie additive del numero che esprime la misura del semiperimetro: mancanza delle coppie con 0 e coppie considerate non ordinate presenza del quadrato in relazione alla divisibilità per 4 del perimetro o per 2 del semiperimetro ulteriori regolarità numeriche al decrescere della differenza tra le misure dei lati cresce la misura dell’area quadrato come rettangolo di area massima Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 91 Alcune osservazioni i rettangoli formano una scaletta i vertici che non stanno sugli assi stanno in diagonale, formano un segmento obliquo i vertici stanno alla stessa distanza, una diagonale-quadretto intuizione della continuità Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 92 Alcune soluzioni Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 93 Alcune risposte “Con i poligoni rettangoli che abbiamo formato con il geopiano abbiamo notato che mettendoli dal più lungo e stretto al più corto e largo i rettangoli non si sono sovrapposti. Per sapere l’area dei rettangoli non siamo stati lì a contare quadretto per quadretto, ma abbiamo moltiplicato la lunghezza per la larghezza. […] Per formare i rettangoli abbiamo fatto la metà dei nostri lati quadretto, cioè sedici, e la metà è otto, es: 2 + 6 = 8 e 8 + 8 = 16; 3 + 5 = 8 e 8 + 8 = 16; 4 + 4 = 8 e 8 + 8 = 16; 1 + 7 = 8 e 8 + 8 = 16. Abbiamo formato anche un quadrato facendo 4 + 4 = 8” (Marco, Diego, Ilaria, Greta) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 94 “Abbiamo capito che i rettangoli isoperimetrici sono diversi di area, ma sono uguali di perimetro e che il quarto vertice non coincide con O e si trova su una linea retta. Se si moltiplica il numero delle righe per il numero delle colonne il risultato è l’area, e se si sommano questi numeri il risultato sarà la metà del perimetro.” (Lucrezia, Alberto, Luca, Lucia) “Non abbiamo mai trovato quadrati perché tutte e due le volte il semiperimetro era dispari (11Lq la prima volta e 5Lq la seconda)”. (Marina, Nicholas, Luciana, Samanta) “Nella tabella dei rettangoli di perimetro 16 abbiamo messo la misura in lati quadretto di due lati consecutivi in modo che la fila di sinistra è più uno e la fila di destra è meno uno. Abbiamo osservato che la differenza tra le misure, in lati quadretto, di due lati consecutivi procede con la tabellina del due”. Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio ottobre dicembre 2014 (Luigi, Sofia, Luca, Sara) Mathesis Varese 95 “1) Notiamo che il lavoro [con il geopiano] è simile al precedente [con le tessere]. […] 4) Nel primo lavoro abbiamo costruito più rettangoli perché il perimetro era maggiore; in questo lavoro abbiamo costruito 3 rettangoli diversi. (Linda, Giulia, Alessandro, Marco) Abbiamo imparato che anche un quadrilatero [quadrato] è un rettangolo perché ha 4 angoli retti. Abbiamo anche imparato a misurare l’area con la tabellina, facendo un lato per il suo consecutivo. (Luca, Cristian, Alberto) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 96 “Abbiamo scoperto che i rettangoli di uguale perimetro mettendoli a coppie orizzontali e verticali formano dei vertici, che vanno in fuori. Passandogli sopra con una retta si vede che sono punti allineati. Abbiamo anche capito che figure con - uguale perimetro - uguale area possono confondere perché sono in posizioni diverse. Sembrano altre figure ma in geometria la posizione non conta. Nella tabella i numeri dei lati moltiplicati insieme danno il numero dell’area”. (Valentina, Gianluca, Marco) “Per semplificare il lavoro bastava fare: in verticale aggiungere 1 e in orizzontale togliere 1”. (Sara, Catalin, Natasha) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 97 “- Il quadrato ha l’area maggiore tra i rettangoli dello stesso numero di lati quadretto, cioè dello stesso perimetro. -Il numero di lati quadretto nella differenza man mano si va avanti diminuisce, invece l’area aumenta”. (Hind, Giulia, Sara) “- Almeno un vertice dei rettangoli è sempre libero e sono tutti allineati. […] -In base al numero di lati quadretto si poteva capire se c’era il quadrato oppure no. - In base alla metà del numero di lati quadretto si formava la figura”. (Giacomo, Roberta, Matteo) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 98 Alcune osservazioni difficoltà a procedere sulle immagini mentali e a generalizzare necessità di “supporti” numerici tabelle con applicazione della regola “+1, -1” disposizione dei numeri indicanti le misure delle lunghezze dei lati a formare immaginari rettangoli 7 1 1 7 uso di espressioni (7 2) + (1 2) = 16 (6 2) + (2 2) = 16 … Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 99 Per costruire i rettangoli (18 q) abbiamo provato in quale tabellina c’era il numero 18. Es: 6 3 = 18 Per vedere se avevamo fatto tutti i rettangoli abbiamo controllato i numeri che avevamo registrato in tabella che erano divisori di 18 e non ne abbiamo trovati altri. […] Rettangoli di area 18 q Abbiamo osservato che nella colonna delle differenze dei lati consecutivi i numeri vanno in ordine crescente. Misura in lati quadretto della lunghezza di due lati consecutivi 6 9 18 3 2 1 Differenz a tra le misure Misura in lati quadretto del perimetro 3 7 17 18 22 38 (Sofia, Sara, Luigi, Luca) Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 100 Abbiamo notato che si poteva ottenere solo un quadrato e un rettangolo, perché l’area era tanta [25 q] e perché pensando al lavoro scorso abbiamo fatto la stessa cosa con i quadratini, ma non è uscita la stessa cosa alla fine perché 25 è multiplo di 5; 1 e di se stesso (Davide, Antonello) Abbiamo notato che trovando tutte le aree possibili abbiamo anche trovato tutti i divisori, in questo caso di 36. Quando avevamo fatto i perimetro e non l’area sapevamo che potevamo fare un tot di rettangoli, mentre con l’area non riuscivamo a sapere quanti ne dovevamo fare Clara Colombo Bozzolo - Patrizia Dova - Marinella Del Torchio Mathesis Varese ottobre dicembre 2014 (Ilaria, Greta, Marco, Diego) 101