'Vi. ß.) - m V Vsebina Jerneja Bone 2 Kako Metod(a) uporabi metodo? (uvodnik) Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog Silva Kmetič 5 Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog -- )JL~ PT - h Mateja Sirnik 14 Metoda napačne predpostavke Mojca Suban 24 Metoda postopnega približevanja Sonja Rajh 31 Metoda reševanja nazaj Sonja Rajh 42 Grafično aritmetična metoda Amela Sambolic Beganovic 50 Metoda iskanja vzorcev Srednja šola Janez Žerovnik 56 Odvod funkcije brez uporabe limit Erik Vrčon 63 Ko dijak postane učitelj Novice Martina Hren Študijski obisk na temo medpredmetnega povezovanja matematike 66 z drugimi predmeti Stanislav Južnič 74 Profesorji pisca matematičnih učbenikov Franca viteza Močnika Mija Bavcon Venko 82 Obeležitev 200-letnice rojstva Franca Močnika Anka Brinar 86 Na OŠ Tišina vedno hitreje računamo Branka Hrast Debenjak 92 Kako delajo z nadarjenimi dijaki v Srbiji? Franc Gosak 97 Matematika na Scientix konferenci Contents Jerneja Bone How Method(s) use methods? (Editorial) 2 Methods of Solving Textual and Problem Tasks Silva Kmetic Methods of solving textual and problem tasks 5 Mateja Sirnik The Method of false position 14 Mojca Suban The Method of gradual approximation 24 Sonja Rajh Backward chaining method 31 Sonja Rajh The Arithmetic graphic method 42 Amela Sambolic Beganovic The Pattern search method 50 Secondary school Janez Zerovnik The derivative of a function without the usage of limits 56 Erik Vrcon When the pupil becomes the teacher 63 Mathematics on the Scientix conference 97 01 Jerneja Bone Kdo je Metod? odgovorna urednica Ime Metod je moško ime in izhaja iz grškega imena MsGoSioc; (Methodios). Janez Keber v knjigi Leksikon imen zapiše, da ime Metod razlagajo kot pridevnik iz grške besede ^£0o5o; (metho-dos). To pomeni »pot, ki vodi k nečemu, način učenja ali preiskovanja, preiskava, preiskovanje, metoda«. Nadaljuje, da so po grški besedi verjetno s posredovanjem drugih jezikov v slovenščini uporabljeni izrazi: - metoda - »način, postopek«, - metodičen - »načrten, premišljen«, - metodika - »nauk o poučevanju kakega, npr. šolskega predmeta«, - metodist - »pripadnik protestantske verske skupnosti, ki poudarja versko obnovo, odpravljanje verskih zablod in mlačnos-ti«, - metodologija - »skupek metod, ki se uporabljajo pri kakem raziskovanju ali mišljenju«. Poznate kakšnega Metoda ali Metodo? Dobro moram pomisliti, ali je kateremu od znancev, sorodnikov, učiteljic in učiteljev, ki jih srečujem, ime Metoda ali Metod. Ne spomnim se. Slišala sem že za Metoda Pevca, Metoda Dragonjo, Metoda Trobca, Metoda Piriha; o njih bi znala povedati nekaj besed. Ne 02 MATEMATIKA V ŠOLI, letnik 20, številka 1-2, april 2015 | ISSN 1318-010X | Izdal in založil: Zavod RS za šolstvo, Ljubljana, Poljanska 28 | Predstavnik: dr. Vinko Logaj | Uredniški odbor: Jerneja Bone, Zavod RS za šolstvo, jerneja.bone@zrss.si (odgovorna urednica); Darja Antolin, Univerza v Mariboru, Pedagoška fakulteta Maribor, darja.antolin@uni-mb.si; dr. Darjo Felda, Univerza na Primorskem, Pedagoška fakulteta Koper, darjo.felda@pef.upr.si; dr. Marjan Jerman, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, marjan.jerman@fmf.uni-lj.si; Sabina Kumer, Šolski center Krško - Sevnica, kumer.sabina@gmail.com; dr. Zlatan Magajna, Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta Ljubljana, zlatan.magajna@pef.uni-lj.si, mag. Sonja Rajh, Zavod RS za šolstvo sonja.rajh@zrss.si; Simona Vreš, Gimnazija Ravne na Koroškem, simona.vres@guest.arnes.si, dr. Lucija Željko, Osnovna šola Sostro, lucija.zeljko@guest.arnes.si; dr. Herremans Adriaan, Universiteit Antwerpen, Belgija; dr. Jasmina Milinkovic, Pedagoška fakulteta Beograd, Srbija; dr. Bernat Sebastia Martinez, Univerza Alicante, Španija | Jezikovni pregled: Tatjana Ličen | Izvlečki v angleščini: mag. Gregor Adlešič | Oblikovanje: Anže Škerjanec | Urednica založbe: Simona Vozelj | Naslov uredništva: Zavod RS za šolstvo, OE Nova Gorica (za revijo Matematika v šoli), Erjavčeva 2, 5000 Nova Gorica | Prelom in tisk: Design Demšar d. o. o., Present d. o. o. | Naklada: 570 izvodov | Letna naročnina (4 številke oziroma 2 dvojni): 20,86 EUR za šole in ustanove, 14,19 EUR za posameznike in 13,35 EUR za dijake, študente in upokojence. | Cena posamezne dvojne številke v prosti prodaji je 13,35 EUR. | Naročila: ZRSŠ - Založba, Poljanska cesta 28, 1000 Ljubljana, faks: 01/30 05 199, e-pošta: zalozba@zrss.si | Revija je vpisana v razvid medijev, ki ga vodi Ministrstvo za kulturo pod zaporedno številko 568. | Revija Matematika v šoli je indeksirana in vključena v mednarodne baze podatkov: MathEduc - Mathematics Education Database, ZDM - The International Journal on Mathematics Education, Co-operative Online Bibliographic System and Serveces (COBISS) | Poštnina plačana pri pošti 1102 Ljubljana. | © Zavod Republike Slovenije za šolstvo, 2015 | Vse pravice pridržane. Brez založnikovega pisnega dovoljenja ni dovoljeno nobenega dela revije na kakršenkoli način reproducirati, kopirati ali kako drugače razširjati. Ta prepoved se nanaša tako na mehanske oblike reprodukcije (fotokopiranje) kot na elektronske (snemanje ali prepisovanje na kakršenkoli pomnilniški medij) ter medijske oblike reprodukcije. | - kolofon- pisano o besedi metoda naslednje: meto- tičnosti. 03 Matematika in metode Zakaj tak naslov? V leksikonu Matematika (Duden), založbe Učila, so omenjene: - metoda izčrpavanja - že Arhimedu znana metoda za približno izračunavanje ploščine krivočrtnih likov, - metoda odštevanja - postopek reševanja sistema linearnih enačb, - metoda vloženih intervalov - zaporedje zaprtih intervalov. Iskanje po Wikipediji mi razkrije še poimenovanja mnogih drugih metod. Za mnoge od njih priznam, da sem pri branju prvič izvedela zanje. Naj jih nekaj naštejem: metoda mejnih parov, metoda 360 stopinj, metoda končnih elementov, metoda aktivne množice, metoda območja zaupanja, metoda podpornih vektorjev, metoda z vmesnim jezikom, metoda množice aktivnih omejitev, metoda ocenjevalnega centra, metoda pospešene iteracije, metoda linijskega transekta, metoda navadne iteracije, metoda omejenega koraka, metoda regula falsi ... Prvi del dvojne številke revije Matematika v šoli 21. letnika, ki jo imate v rokah, je namenjen metodam reševanja besedilnih in problemskih nalog. Poznate katero? Seznanjate z raznolikimi metodami reševanja besedilnih in problemskih nalog svoje učence? Če ste odgovorili z morda, redko, ne vem, mogoče pa to počnem ..., bo prvih 50 strani namenjenih prav vam. Čeprav nobeni izmed članic Predmetne skupine za matematiko na Zavodu RS za šolstvo ni ime Metoda, smo se z metodami reševanja besedilnih nalog v šolskem letu 2010/11 veliko ukvarjale, z željo, da vašim učencem pomagajo na poti do dobrega reševalca matematičnih problemov. V prvih šestih prispevkih vam prikažemo razloge za uporabo različnih metod reševanja in jih razložimo. Zato vas vabim, da bodimo vsi mi tisti Metodi in Metode, ki bomo predstavljene metode reševanja besedilnih in problemskih nalog v prispevkih spoznali in jih vnašali ter uporabljali pri pouku. 04 Kako Metod(a) uporabi metodo? Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog Methods of Solving Textual and Problem Tasks I Povzetek V nizu šestih prispevkov je predstavljeno strokovno delo Predmetne skupine za matematiko na Zavodu RS za šolstvo z učitelji matematike na študijskih skupinah. Po študijskih srečanjih smo na daljavo v spletni učilnici izmenjali izkušnje, kako lahko spodbujamo in razvijamo različne strategije reševanja problemov. Preizkušeni primeri so ilustrirani z domiselnimi rešitvami učencev, komentarji njihovih učiteljev in z zaključki moderatork posameznih aktivnosti. V tem prispevku predstavimo izhodišča za izbiro strokovne teme, razloge in cilje dejavnosti. Ključne besede: problemske in besedilne naloge, metode reševanja Silva Kmetič Zavod RS za šolstvo I Abstract The expert work of the Subject group for Mathematics at the National Education Institute of RS with mathematics teachers in study groups is here presented in a series of six articles. After live meetings we used distance learning to exchange experiences on promoting and developing different strategies of problem solving through the virtual classroom. Tested examples are illustrated with the imaginative solutions of pupils, the com- Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 05-13 ments of their teachers and the conclusions of the moderators of individual activities.Starting points for the selection of an expert topic and the reasons and objectives of the activity are presented in this paper. Keywords: problem and textual tasks, methods for problem solving a Uvod Predstavili bomo del dejavnosti, ki jih je izvedla Predmetna skupina za matematiko na ZRSŠ v sodelovanju z učitelji matematike v šolskem letu 2010/11. Nekaj mesecev zapored smo predstavili po eno metodo za reševanje problemov in predlagali preizkus v razredu. Učitelji so metode reševanja preizkušali, 118 učiteljev pa je svoje izkušnje v obliki poročila tudi oddalo v spletni učilnici študijske skupine za matematiko v osnovni šoli. V razpravo so se vključevali tudi drugi učitelji s posameznimi komentarji in s svojimi izkušnjami z reševanjem problemskih nalog. Prejeli smo tudi nekaj dodatnih zanimivih besedilnih oz. problemskih nalog. Besedilne naloge oz. probleme so reševali učenci od 6. do 9. razreda v okviru rednega ali dodatnega pouka matematike. V slovenski praksi poučevanja matematike so besedilne naloge zelo pogoste in razmejitev pojmov besedilna in problemska naloga ni povsem jasna. To je tudi razlog za krovno temo študijskih srečanj v šolskih letih 2010/11 in 2011/12 Od besedilnih do problemskih nalog. Cilji dela na daljavo na temo Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog so bili: - razviti strokovno razpravo o poučevanju reševanja besedilnih oziroma problemskih nalog, - izmenjati različne izkušnje in s tem bogatiti poučevalno prakso, - ustvariti nabor v praksi preizkušenih problemskih nalog, - strokovno uživati ob proučevanju miselnih procesov naših učencev ... Na študijskih srečanjih smo raziskovali, kaj bi bila smiselna definicija besedilne oz. problemske naloge, kaj lahko vpliva na uspešnost reševanja besedilnih nalog, kaj še lahko naredimo pri svojem pouku drugače ... Začeli smo z vlogo jezika in konteksta, nato smo se posvetili klasifikaciji besedilnih nalog glede na posamezno računsko operacijo in njen razvojni vidik. Spoznanja ob teh dejavnostih naj bi vodila do odločitev o potrebni diferenciaciji pouka pri razvijanju sposobnosti reševanja besedilnih oz. problemskih nalog. Nadaljevanje srečanj v živo je bilo delo na daljavo, ki smo ga izpeljali v dveh smereh: 1. v analizo uspešnosti učencev pri uporabi računskih operacij v enostavnih besedilnih nalogah1, 2. v spodbujanje uporabe različnih metod reševanja problemskih nalog (objavljeno v spletni učilnici za osnovno šolo). V tem in v naslednjih petih prispevkih predstavljamo samo rezultate druge točke. 1 Objavljeno v spletni učilnici študijske skupine za matematiko za osnovno šolo. 06 Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog 3 Nekaj iz teorije V literaturi lahko najdemo veliko prispevkov, povezanih z besedilnimi in problemskimi nalogami. Zanimiv je že problem definicije, kaj je problemska in kaj besedilna naloga ter kaj njihova funkcija v izobraževanju matematike. Izognili se bomo teorijam in raziskavam ter se v tem in v naslednjih petih prispevkih2 osredotočili samo na izvedene dejavnosti, za katere smo menili, da bi se lahko trajneje in pozitivno odzrcalile v učni praksi. Lotili smo se načinov reševanja besedilnih oziroma problemskih nalog. Najpogosteje se v poučevalni praksi omenja metoda ključnih besed. Učenci izpišejo podatke in podčrtajo ključne besede, ki jih povežejo z računsko operacijo; npr. glagol 'povečati', povežejo z operacijo seštevanja in 'ima manj' z odštevanjem. Drugi pogosti napotek je: 'Narišite po besedilni nalogi sliko'. Splošnim napotkom o natančnem branju se doda še katera od različic seznama napotkov po Polyi (1985): Razumevanje problema, izdelava načrta reševanja, izvajanje načrta reševanja in pogled nazaj. Osredotočili smo se na drugo in tretjo točko s seznama zato, da učenci obogatijo svoje izkušnje pri reševanju in niso usmerjeni samo v uporabo formule oz. v reševanje z enačbo. Menimo, da je omenjeni nabor metod ob navodilu izpiši podatke preskromen, morda celo kdaj zavaja, npr. metoda ključnih besed, ali pa zavira napredovanje učenca pri razvoju problemskih znanj, če ne zna nastaviti enačbe. V besedilni nalogi zapisano dati nekaj lahko pomeni v matematičnem opisu seštevanje ali odštevanje. Naslednja pogosta dejavnost je pravično 2 Metoda napačne predpostavke, metoda reševanja nazaj, grafično aritmetična metoda, metoda postopnega približevanja, metoda iskanja vzorcev. deliti, ki tudi otrokom lahko pomeni poleg želene možnosti deliti na enake dele drugačen način delitve. Namen uporabe besedilnih nalog je raznolik. Z besedilnimi nalogami razvijamo in preverjamo matematično terminologijo (zapiši in izračunaj vsoto produkta in količnika danih števil ...), uporabo računskih operacij v enostavnih in sestavljenih nalogah ter v različnih kontekstih, torej razvijamo zmožnost povezovanja in prenosa znanja, pojmov, postopkov, metod in spretnosti. Učenci prepoznavajo različne ključne besede za dejavnosti s količinami, ki se prevedejo v računske operacije z merskimi števili in merskimi enotami. Z razvojem matematičnih vsebin se tudi kontekst nalog bogati, številom v matematičnem kontekstu se najprej priključi količina število konkretnih stvari (svinčnikov, igrač, zabojev, dogodkov ...), nato količine, ki jih ne moremo ugotavljati s štetjem, ampak z merjenjem. To so naloge, ki vključujejo dolžino, maso, čas, količine, povezane z denarjem, ploščino, prostornino, hitrost . torej njihova merska števila in merske enote. V primerih reševanja kompleksnih ali za učenca celo problemskih nalog pričakujemo, da bo učenec pri reševanju uporabil matematični opis, sprva nastavil aritmetični izraz, pozneje pa algebrskega oziroma enačbo. Osredotočeni smo na končni cilj pouka matematike, ki se razbere iz preglednice (Preglednica 1), kjer so izpisani bistveni standardi znanja, povezani z reševanjem besedilnih in problemskih nalog. 'Podporni' standardi znanja niso povezani samo z reševanjem problemskih nalog. Na primer cilji kot ocenijo rezultate in meritve (ugotovijo smiselni približek) so pomembno znanje za uspešno reševanje problemov. V vsakem triletju so opredeljeni tudi z ustreznim standardom, ki Prvo vzgojno-izobraževalno obdobje Drugo vzgojno-izobraževalno obdobje Tretje vzgojno-izobraževalno obdobje - reši besedilne naloge iz vsakdanjega življenja d n - reši matematične probleme in probleme iz vsakdanjega življenja, - pri reševanju (besedilnih) problemov uporablja različne bralne strategije ter kritično razmišlja o potrebnih in zadostnih podatkih, - uporablja različne strategije pri reševanju problemov, povezanih z obsegom in ploščino, - opiše problemsko situacijo z matematičnim jezikom; - uporablja matematiko pri reševanju problemov iz vsakdanjega življenja, - pri reševanju besedilnih nalog uporablja bralne strategije in besedilno nalogo opiše z matematičnim jezikom, - pri reševanju (besedilnih) problemov kritično razmišlja o potrebnih in zadostnih podatkih, - se kritično opredeli do inter-pretiranih podatkov, - opiše problemsko situacijo z izrazom ali enačbo; d n o p d - pozna in uporablja računske operacije: seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje ter njihove lastnosti, - poišče manjkajoči člen pri računih seštevanja, odštevanja, množenja in deljenja, - bere podatke iz preglednic in prikazov, - predstavi zbrane podatke, - prepozna, nadaljuje in oblikuje vzorec, - pozna matematično terminologijo. - pozna in uporablja matematično terminologijo, - uporablja žepno računalo, - smiselno zaokroži število, - razlikuje med obsegom in ploščino, površino in prostornino, - meri, zapiše, pretvarja in računa z merskimi količinami, - matematični jezik uporablja pri sporazumevanju, - uporablja pojem spremenljivke, računa z algebrskimi izrazi, - življenjske situacije prikaže z modeli, - izrazi neznanko iz matematičnih formul, - prepozna odnose med količinami in jih uporablja v problemskih situacijah, [Preglednica 1] Nekateri standardi, ki jih pokrivamo z reševanjem problemskih nalog (Učni načrt, Program osnovna šola, MATEMATIKA, 2008/2011). pa ga ni v preglednici. Zaradi preglednosti navajamo samo najočitneje povezane z reševanjem besedilnih in problemski nalog. Reševanje problemov je proces razvoja in iskanje strategij, skratka za učenca 'nabiranje' izkušenj, ki traja in mora biti postopno, zato standarda, opiše problemsko situacijo z izrazom ali enačbo, ne smemo pričakovati prehitro. Bogate izkušnje bodo učenca pripeljale do uspešnega reševalca, ki uporablja pri reševanju problemov tako formalne kot neformalne matematične metode. Če učenec ne zna rešiti problema matematično 'elegantno', ga spodbujamo k uporabi drugih matematično manj formalnih strategij. Te morda ne dajo vseh rezultatov ali pa postopek ni splošen, kar pomeni, da ne zagotavlja rešitve za vsak podoben problem. Če se učenec zaveda pomanjkljivosti takšnih postopkov, je s tem prav tako obogatil svoje matematične znanje. Tudi izkušeni reševalci matematičnih problemov ne znajo rešiti vsakega problema. Če ne najdejo matematične formalne poti, se odločajo za drugačne pristope, da vsaj vidi- 08 Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog jo, ali rešitev obstaja. V šolski matematiki so običajno vsi problemi rešljivi. Učitelj rešitev in pot pozna in razloži svoj način reševanja, kar pa vedno ne zagotavlja razvoja miselnih procesov posameznemu učencu. Z dejavnostmi v spletni učilnici smo želeli spodbuditi ozaveščanje mogoče uporabe različnih strategij reševanja. Metod reševanja načeloma ne poučujemo, ampak jih spodbujamo, ko je potrebno. Ko učenec ne zna rešiti naloge po 'formalizirani' poti, ga usmerimo k metodi, ki jo bo lahko sam razvil in izpeljal ter z dejavnim ukvarjanjem s problemi sčasoma tudi formaliziral svojo pot reševanja z aritmetičnim izrazom ali z enačbo. Z vprašanji spodbujamo razmišljanje in dejavnosti učencev: Ali lahko oceniš rezultat? Poskusi s predvidenim rezultatom in sklepaj s konca (nazaj). Poskusi na slepo (z naključno izbranim številom ...). Tako lahko učenec poglobi razumevanje problema in morda dobi idejo, kako začeti, kar je običajno največja zadrega učencev. Pomagata tudi vprašanji: Ali bi znal nalogo rešiti z drugačnimi podatki? Ali bi znal rešiti podobno nalogo? Y O metodah reševanja besedilnih in problemskih nalog Besedilno oziroma problemsko nalogo običajno rešujemo z uporabo Descartove t. i. algebrske metode reševanja od zaključnih razredov osnovne šole dalje. Zanjo je značil- no, da poiščemo znane količine ali podatke in neznane količine (neznanke ali spremenljivke) ter odnose med podatki in spremenljivkami. Najpomembnejši odnos omogoča zapis enačbe oz. enačb (odvisno od števila neznank) in nato sledi reševanje enačbe. Rešitev enačbe preverimo glede na besedilo naloge, saj je mogoče, da smo napačno sestavili ali rešili enačbo, nato interpretiramo rešitev v kontekstu in napišemo odgovor ali poročilo. Poglejmo si za ilustracijo tri različne postopke reševanja iste naloge: z enačbo, z aritmetičnimi izrazi in s kombinacijo metod. Primer: Ribiči in ribe Trije ribiči so skupaj ulovili 29 rib. Začeli so pripravljati ribjo enolončnico. Prvi je za enolončnico prispeval 5 svojih rib, drugi 4 ribe in tretji 2 ribi. Vsem je ostalo enako število rib. Koliko rib je ulovil vsak izmed njih? Rešitev: 11, 10, 8 Učenec 9. razreda (Slika 1) je za neznanko x izbral število rib posameznega ribiča po kuhanju enolončnice, ko je ribičem ostalo enako število rib. Z algebrskimi izrazi je opisal ulov posameznega ribiča ter nastavil enačbo po besedilu naloge. Učenec je nalogo uspešno rešil in s tem izkazal, da z razumevanjem uporablja jezik algebre pri reševanje tovrstnih besedilnih nalog. Algebrska metoda je samoumevna za nekoga, ki ima za seboj več let učenja matematike. Učenci pa se z reševanjem besedilnih nalog srečajo veliko prej, kot so sposobni razumeti pojem neznanke ali spremenljivke, pojem enačbe, algebrske postopke enačb in sistemov enačb. [Slika 1] Uspešna uporaba algebrske metode Učenec 7. razreda (Slika 2) je uspešno rešil nalogo z opisom realne situacije z aritmetičnimi izrazi. Z elegantnim postopkom izkazuje, da razume aritmetične izraze in dobljene rezultate računskih operacij. Učenec razume pojem enakosti oziroma ekvivalentnosti med številskimi izrazi in pravilno uporablja matematične simbole za zapis svojih sklepov. 'Obšel' je pojem neznanka oz. spremenljivka. Nekateri učenci razvijajo svoje strategije reševanja nalog. Učenec 8. razreda (Slika 3) je predpostavil, da imajo na začetku vsi ribiči enako število rib, in sicer 9. Število 9 bi lahko bilo naključno, približek tretjine od 29 ali pa povezano s številom 18, ki pomeni število rib, ki niso v enolončnici. Zaradi zapisa ostanka 2 v rešitvi, lahko potrdimo drugo domnevo. V drugem koraku reševanja je učenec svoj poskus uspešno popravil glede na napačen izid prvega poskusa. Učenčev postopek bi lahko umestili k metodi reševanja s konca, metodi napačne predpostavke in k metodi izboljšanih poskusov. [Slika 2] Eleganten opis problema s številskimi izrazi. 010 Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog 4-- [Slika 3] Način reševanja je kombinacija različnih metod Nobeden od učencev pa na viden način ne preizkuša pravilnosti rešitve. Učencem, ki ne razumejo naloge, najprej pomagamo nalogo razumeti. Preverimo, kakšno je njihovo razumevanje problema, nato pa jih usmerjamo z vprašanji. Če ne znajo izdelati načrta reševanja in začeti reševati naloge, ker še ne znajo zanesljivo uporabljati aritmetike oziroma algebre za opise problemskih situacij, lahko pomagamo z namigi in usmeritvami k uporabi drugih postopkov reševanja npr.: - metoda napačne predpostavke, - metoda reševanja nazaj, - grafično-aritmetična metoda, - metoda postopnega približevanja, - metoda iskanja vzorcev ... Ko se odločimo, da bomo spodbujali reševanje nalog z različnimi strategijami, naj bi bile dane problemske naloge tako zahtevne, da jih učenci z že znanimi postopki ne znajo rešiti. To pomeni, da morajo učenci v dani učni situaciji: 1. biti v zadregi, kako sploh začeti, 2. problemsko situacijo razumeti, predvsem kontekst, če gre za kontekstualizirano nalogo, 3. imeti potrebno matematično znanje. Notranji učni pogovor učenca naj bi bil, kje in kako začeti reševati, kaj vem, kaj bi moral vedeti, kaj lahko izračunam, kolikšna bi lahko bila rešitev, lahko uporabim katero izmed možnosti, kot so sistematično posku-šanje, sklepanje s konca ... Učitelj naj bi dal izhodiščni namig za reševanje, in ne navodil za reševanje. Predvideti je treba, da bodo nekateri učenci reševali problem drugače, torej uporabili svojo metodo. Ti naj bodo spodbujani pri reševanju po lastni poti. 5 Primeri vprašanj, ki spodbujajo razmišljanje v procesu reševanja problemske naloge Na začetku Ali razumeš problem? Poznaš vse pojme, besede? Kaj moraš izračunati? Kaj se moraš vprašati? Opiši problem s svojimi besedami. Nariši sliko, diagram, uredi podatke ... Kateri pripomoček boš uporabil? Poskusi drugače. Ali lahko napoveš rezultat? Kako pa boš to zapisal? Katere podatke imaš? Ali imaš dovolj podatkov? Kaj želiš izvedeti? Poišči 'skrite' podatke. 11 Za tiste, ki so obtičali Kaj si naredil do zdaj? Kaj bi ti lahko pomagalo rešiti problem? Primerjajte svoje delo v skupini. Posredovanje učitelja med reševanjem Po koncu dejavnosti £ Za konec Po uvodnem strokovnem delu v živo se je sodelovanje z učitelji in med njimi nadaljevalo v spletni učilnici. Spletna učilnica se je izkazala kot uporabno okolje in delo na daljavo primerna oblika dela, ker so učitelji lahko preizkus v razredu načrtovali v skladu s svojo letno pripravo. Izbrani primeri, predstavljeni v naslednjih petih prispevkih, so dragocena zakladnica miselnih procesov učencev, komentarji učiteljev pa bogatijo naša skupna strokovna prizadevanja. Oddana poročila učiteljev so bila ponazorjena večinoma z uspešnimi potmi do rešitev. Za didaktiko pouka matematike so pomembne tudi delno uspešne in napačne poti, ki nam razkrivajo, s katerimi težavami se srečujejo učenci. V prihodnje bi si želeli, da učitelji objavljajo tudi neuspele poskuse, z dodano analizo zmot in napačnih predstav ter s posredovanjem učitelja, ki so učenca pripeljale prek ovir na poti reševanja. Izkazalo se je, da je uporaba drugih metod reševanja manj učinkovita, ko učenci že znajo uporabljati za reševanje problemov enačbe. Iz zapisanega, ki sledi temu uvodnemu prispevku, lahko sklepamo, da učenci, preden spoznajo reševanje problemov z enačbami, pogosteje uporabljajo različne metode, da imajo težave s pravilnostjo zapisov aritmetičnih in algebrskih enakosti in da jih sistematično delo z veliko poskusi ne razveseljuje, torej težijo k elegantnejšim in matematično zgoščenim postopkom reševanja. Delo na daljavo je spremljalo tudi nekaj napak, ki so jih opazili tako učenci kot učitelji, jih smiselno odpravili, vključili v razpravo ali pa nadgradili. Ključni namen ukvarjanja z reševanjem besedilnih in problemskih nalog je povečati število zagnanih reševalcev matematičnih problemov. V matematiko vstopajo učenci s svojim delom, s samostojnim odkrivanjem matematičnih zakonitosti in strategij reševanja problemov. Če na tej poti lahko učencem svetuje učitelj, bodo morda napredovali uspešneje in hitreje ali pa izboljšali odnos do predmeta. Učitelji smo pri tem lahko uspešnejši, če delimo svoje izkušnje in ideje. Kaj pa misliš s tem? Zakaj si se odločil, da boš to napravil tako? Razloži, kako si razmišljal? Misliš, da to velja tudi za druga števila (like ...)? Misliš, da to velja splošno? Kako si prišel do odgovora? Preveri svoje rezultate. Ali si našel vse rešitve? Kako si preveril svoj rezultat? Razloži svoj postopek. Kaj pa je bistveno? Kje pa lahko to uporabimo? Kaj bi drugič napravil drugače? Kaj pa, če bi začel tako? 012 Metode reševanja besedilnih in problemskih nalog Pri branju naslednjih petih prispevkov o reševanju matematičnih problemov opazimo, da se pri reševanju različne metode mnogokrat prepletajo. Iste metode srečamo v literaturi tudi pod drugačnimi imeni. Obstaja še več metod, kot na primer: - Različni pogledi - Reševanje lažjega, analognega primera - Pomoč z ekstremnimi primeri - Vizualizacija problema - Ugibanje, poskušanje in testiranje - Izčrpavanje (vseh) možnosti - Organizirati podatke - Logično sklepati V reviji Matematika v šoli je bilo na to temo že objavljenih veliko prispevkov, na osnovi katerih lahko bogatimo svoje pedagoške izkušnje. Vabljeni še k branju priročnika (Suban, Kmetič in drugi, 2013), kjer sta reševanju problemov in modeliranju namenjeni dve obsežni poglavji različnih avtorjev. n Literatura 1. Magajna, Z. (2003): Problemi, problemsko znanje in problemski pristop pri pouku matematike, Matematika v šoli. Letnik 10, št. 3/4 (2002/2003), str. 129-138. 2. Polya, G. (1985): Kako rešujemo matematične probleme, DMFA Slovenije Ljubljana. 3. Suban, M., Kmetič, S. in drugi (2013): Posodobitve pouka v osnovnošolski praksi, Matematika. 13 The Method of False Position Metoda napačne predpostavke Mateja Sirnik Z Povzetek Zavod RS za šolstvo v čknku je V članku je predstavljena metoda napačne predpostavke, ki je lahko ena od metod reševanja problemskih nalog. Metoda napačne predpostavke je predstavljena prek različnih nalog, ki so jih učitelji preizkušali pri pouku matematike. Poleg omenjene metode pri posameznih nalogah pogledamo še preostale načine reševanja, ki so mogoči in poskušamo ozavestiti pomen poznavanja različnih strategij reševanja problemskih nalog. Ključne besede: problemske naloge, strategije reševanja, metoda napačne predpostavke I Abstract This paper describes the method of false position, which can be one of the methods for solving problem tasks. The method of false position is presented through a variety of tasks that teachers have been testing at Mathematics lessons. Besides the aforementioned method, we also take a look at the remaining possible methods of solution in the case of individual tasks and try to raise awareness of the importance of understanding various strategies for solving problem tasks. Keywords: problem tasks, problem solving strategies, method of false position Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 14-13 a Predstavitev metode napačne predpostavke Metoda napačne predpostavke se omenja že na Rindovem in Moskovskem papirusu, ki izvirata približno iz 1850 let pred našim štetjem. Oba papirusa sta se zaradi suhega podnebja zelo dobro ohranila. Po Slovarju slovenskega knjižnega jezika je predpostavka mnenje oziroma trditev, ki se v danem primeru sprejme za izhodišče ne glede na resničnost. Ideja te metode je naslednja: predpostavimo, da je poljubno izbrano število rešitev danega problema. Rezultat izvedene operacije iz naloge na izbranem številu nam pove, kolikokrat je izbrano število večje oziroma manjše od rešitve naloge. Na osnovi tega odnosa popravimo začetno predpostavko in pridemo do rešitve. Na Rindovem papirusu se omenja naslednja naloga: Naloga 1 - Neznano število I Če nekemu številu dodamo četrtino tega števila, dobimo 15. Izračunaj to število. Rešitev: Neznano število je 12. Danes bi se lotili naloge z reševanjem enačbe. V tistih časih pa so uporabili metodo napačne predpostavke. Uporabimo jo tudi mi. Predpostavimo, da je neznano število 4. Potem je četrtina tega števila 1. Ko neznanemu številu dodamo četrtino tega števila, dobimo 5. To je kar trikrat premalo, zato bomo za neznano število vzeli trikrat več in poskusili znova. Tokrat naj bo neznano število 12. Četrtina od 12 je 3. Če številu 12 dodamo četrtino števila 12, dobimo 15, kar smo želeli. Torej smo našli neznano število, ki je 12. Ta metoda se pojavlja v literaturi pod različnimi imeni. Zanjo je značilno, da začnemo s konca, uganemo rezultat ali pa si ga izmislimo in preprosto preizkusimo. S postopkom poskusov in napak ali s postopkom izboljšanih poskusov pridemo do rešitve. S tem postopkom želimo doseči več kot le rešitev naloge. Pričakujemo, da bo učenec s svojo izkušnjo problem ponotranjil, dosegel razumevanje in nalogo rešil na matematični način. Nekateri lahko to naredijo takoj, drugi pa po več izkušnjah. V devetem razredu lahko učenci v takem procesu spoznajo, kaj so znani podatki, kaj je neznanka, kako zapisati enakost oziroma enačbo, kako preveriti pravilnost rezultata. Zgoraj omenjeno nalogo in druge smo ponudili učiteljem kot izhodišče za preizkus metode napačne predpostavke pri pouku matematike. 3 Reševanje naloge Neznano število I V nadaljevanju navajamo nekatere ugotovitve učiteljev ob delu z učenci in primere reševanja besedilnih nalog s pomočjo omenjene metode. 1. način reševanja Predstavljamo primer reševanja dveh učencev (Slika 1, Slika 2), ki sta izbrala drugačni metodi. Učiteljica, ki je učence v 8. razredu pri dodatnem pouku seznanila z metodo napačne predpostavke, je zapisala: Ob tem jim nisem dala nobenih drugih navodil, ampak sem pustila, da se sami lotijo naloge na način, ki se ga najprej spomnijo oz. ki jim je najbližji. Večina učencev se je naloge lotila z metodo poizkušanja in po nekaj poskusih našla pravilno rešitev. [Slika 1] Reševanje učenca, ki je prišel do pravilne rešitve s sklepanjem na podlagi odstotkov. Učenec je nalogo rešil z znanjem odstotkov in pravilnim sklepanjem: Število 15 je enako 125 % iskanega števila, potem je naredil sklep, da je 25 % enako številu 3 ter nadalje sklepal, da je celota 100 % enaka 12. Vidimo, kako učenec domiselno uporablja svoje matematično znanje pri reševanju matematičnih problemov. 2. način reševanja, nepravilen [Slika 2] Reševanje učenca, ki ni dobil pravilne rešitve, ker je naredil napako pri zapisu enačbe. Z učenci smo se pogovorili o njihovem načinu razmišljanja in reševanja, nato pa sem jim na kratko predstavila metodo napačne predpostavke. Vidimo, da ima učenec težave pri zapisu enačbe in pri odštevanju racionalnih števil (15 - je izračunal kot 15 - 4 + 0,25 = = 11,25, kjer izkazuje zanimivo miselno zmedo. Y Reševanje naloge - Neznano število II Naloga 2 - Neznano število II Sedmina vsote nekega števila in števila 3 je 5. Za katero število to velja? Rešitev: Število 32. Ena od učiteljic je zapisala: Učencem sem najprej predstavila metodo napačnega predpostavljanja. Odločili so se, da bodo med nalogami v učbeniku sami izbrali tako, za katero so prepričani, da bi jo znali z metodo napačne predpostavke samostojno rešiti. Ob skupnem predpostavljanju in postopnem nakazovanju rešitve so do rezultata prišli vsi učenci. Pri samostojnem delu pa so nekateri naleteli na naslednje težave: - Niso vedeli, kako bi nalogo začeli reševati, ker so že od prej poznali postopek reševanja enačb in niso mogli sprejeti drugačnega načina razmišljanja. - Zanemarili so del besedila »vsota števila in števila 3«, tako da niso dobili pravilne rešitve. - Trije učenci niso razumeli naslednjega dela naloge: »sedmina vsote nekega števila in števila 3« in so potrebovali dodatne usmeritve. Preizkus so vsi naredili pravilno. Samostojno je devet učencev pravilno zapisalo enačbo in jo tudi pravilno rešilo. Ker praviloma rešimo veliko podobnih besedilnih nalog, učenci nimajo težav pri zapisu enačb in tudi ne pri samem reševanju. Iz opisanega sledi, da vsiljevanje postopka reševanja ni smiselno. Z drugimi metodami reševanja besedilnih nalog naj bi učence opremili z namenom, da jih bodo uporabili, kadar ne znajo primera rešiti z nastavitvijo 016 Metoda napačne predpostavke aritmetičnih oziroma algebrskih izrazov in enačb ali sploh ne vedo, kako se naloge lotiti. 5 Reševanje naloge Stroški prevoza Naloga 3 - Stroški prevoza Skupni stroški prevoza treh vrst avtomobilov iz tovarne letno znašajo 32100 €. Razmerje stroškov je 2 : 7 : 6. Izračunaj stroške prevoza za vsako vrsto avtomobilov posebej. Rešitev: 4280 €, 14980 €, 12840 € Ena izmed učiteljic je pri dodatnem pouku v 8. razredu učencem dala omenjeno nalogo, ki jo lahko rešimo z metodo napačne predpostavke. V svojem poročilu je zapisala: Preden sem jim to metodo razložila, so nalogo rešili sami na svoj način. Zanimalo me namreč je, ali bo kdo uporabil metodo napačne prepostavke. To se ni zgodilo. Vseh 12 učencev je nalogo rešilo na način, ki je spodaj skeniran (Slika 3). Nato sem jim razložila, kako bi to nalogo rešili z metodo napačne predpostavke. Nad to metodo niso bili preveč navdušeni - zdelo se jim je pretežko. Zato sem jim še enkrat ta postopek razložila na lažji nalogi in mnenje o tej metodi so hitro spremenili. Pravijo, da pa je številske besedilne naloge lahko reševati po tej metodi. Ta primer potrjuje izkušnjo predhodnega. V osmem razredu učenci take naloge že rešujejo z razmerji, zato jim je bil predstavljeni način reševanja težji. Z omenjeno metodo bi lahko pomagali učencem, ki razmerij ne razumejo oziroma jih ne znajo v danem primeru uporabiti ali pa bi uporabo te metode na tej nalogi spodbujali že prej, ko razmerij še sploh ne poznajo. Poglejmo zapis ene izmed učiteljic, ki je pri dodatnem pouku matematike reševala naloge z metodo napačne predpostavke in zapisala: Metodo smo uporabili in pokomentira-li kar na prvem primeru, ki je naveden v forumu. Učenci so omenili, da to metodo že uporabljajo, predvsem pri tekmovanju iz znanja matematike za Vegovo priznanje - KENGURU. Ko smo reševali naloge s tekmovanj prejšnjih let, sem jih prosila, naj bodo pozorni, kdaj uporabljajo to metodo. [Slika 3] Reševanje naloge Stroški prevoza brez uporabe metode napačne predpostavke O metodi se lahko pogovorimo tudi brez rabe besede predpostavka. Uporabimo učencem znane besede: možna rešitev, predvidimo rezultat, uganimo rešitev in jo preizkusimo. Primerno nalogo s tekmovanja Matematični kenguru, pa lahko uporabimo za opredelitev metode, torej za uvodni mobi-lizacijsko-motivacijski primer. 17 £ Reševanje naloge Preizkus znanja Naloga 4 - Preizkus znanja Tine je pri preizkusu dosegel eno tretjino možnih točk, Ana pa eno četrtino možnih točk. Števili doseženih točk v njunih preizkusih se razlikujeta za 3. Koliko možnih točk je bilo pri preizkusu? Koliko točk je dosegel Tine in koliko Ana? Rešitev: Tine 12 točk, Ana 9 točk Svet matematičnih čudes 7, Delovni zvezek, DZS, stran 60/naloga 8 1. način reševanja i l Ulomka ^ in ^ je učenec razširil na skupni imenovalec 12. 3 12 in 4 12 Pogledal je, kolikšna je razlika teh dveh števil, oziroma kakšen je števec razlike števil. Ker je razlika doseženih točk v preizkusih 3, mora biti števec 3-krat večji, s tem pa tudi imenovalec (razširjanje). J_ _ _3_ 12 _ 36 Ugotovitev: možnih točk je 36. Sledilo je samo še preračunavanje točk za 1 1 Tineta od 36 = 12) in za Ano od 36 = 9). 2. način reševanja Pri reševanju naloge z metodo napačne predpostavke bi lahko kombinirali grafično metodo. Predpostavimo, da ima pisni preizkus 12 točk, ker v tem primeru vemo, koliko je četrtina in tretjina točk. Skupno število točk predstavimo z 12 kvadratki in pobarvajmo število točk, ki sta jih dosegla Tone in Ana (Slika 4). Tone Ana [Slika 4] Reševanje naloge Preizkus znanja v kombinaciji z grafično metodo Vidimo, da se skupno število točk razlikuje za 1 kvadrat, kar so tri točke. Torej je skupno število vseh točk --12 kvadratov enako 36 točkam. Ena od učiteljic je v forumu spletne učilnice zapisala: Ta metoda je bila čisto spontano preizkušena oziroma opažena pri nivojskem pouku matematike v 7. razredu v skupini 3. nivoja. Reševali smo besedilne naloge o enačbah iz učbenika Svet matematičnih čudes 7, Delovni zvezek, DZS, stran 60/na-loga 8. Reševanja naloge sem se sama lotila z enačbo. En učenec pa je svoje reševanje sošolcem predstavil, kot je predstavljeno pri 1. načinu reševanja. Tudi drugi učenci so pri nadaljnjih nalogah, ne da bi podrobno poznali tak način reševanja, uporabljali to metodo. Ko sem jih povprašala, kje še lahko uporabljajo tak način reševanja, so hitro ugotovili: Kenguru! Iz predstavljenega sledi, da si učenci pomagajo pri reševanju z različnimi strategijami in ne uporabljajo le reševanja z enačbo. Pri reševanju z enačbo, kjer je x skupno število točk, zapišemo X X ., 3 4 _ A 018 Metoda napačne predpostavke n Reševanje naloge Ribe Naloga 5 - Ribe Ribič je ujel ribo. Prijatelji so ga vprašali, koliko tehta. Rekel jim je, da ima rep 1 kg, glava tehta toliko kot rep in polovica trupa, trup pa tehta toliko kot glava in rep skupaj. Koliko tehta riba? Rešitev: 8 kg Poglejmo zapis ene izmed učiteljic: Omenjena metoda je bila predstavljena učencem pri dodatnem pouku pri matematike. Metoda se jim je zdela kar domača, kajti veliko primerov s tekmovanja na šolskem nivoju rešujejo na tak način. Reševali smo primere, navedene v vašem dokumentu, in bili so dokaj spretni pri reševanju. Se pa primeri reševanj bistveno ne razlikujejo od že predstavljenih, zato bom predstavila reševanje druge naloge. Zastavila pa sem jim še dodatno nalogo: Nalogo so rešili presenetljivo hitro. Večina jih je po metodi napačne predpostavke zapisala možno maso celotne ribe in potem ugotavljala, ali se izjave, zapisane v nalogi, ujemajo z njihovo predpostavko. Vseh 8 učencev je nalogo rešilo samostojno, a na različne načine. Pokazalo se je, da jim je največji problem zapis enačbe oziroma postopka, do rešitve pa so vsi zelo hitro prišli. Podajam pa primer učenke (Slika 5), ki je nalogo rešila s premislekom, in sicer: 4-- [Slika 5] Primer reševanja s premislekom Učenka je sklepala, da je trup ribe sodo število. Ta sklep je najbrž naredila zato, da je posledično masa glave naravno število. Kljub tej »napačni« predpostavki je prišla do pravilnega rezultata, ker je v rešitvi naloge masa trupa res sodo število. Poglejmo si še strategijo reševanja te naloge, kjer si pomagamo s slikovno reprezen-tacijo (Slika 6). 2. način reševanja [Slika 6] Reševanje s pomočjo slikovne reprezenta-cije Naloge bi se seveda lahko lotili reševati na algebrski ravni kot zapis enačbe z eno neznanko ali kot sistema enačb z dvema neznankama. Še ena naloga o ribah: Naloga 6 - Masa ribe Glava ribe predstavlja - mase cele ribe, l 6 rep ribe ^ mase cele ribe, trup ribe pa ima maso 30 dag. Koliko je masa cele ribe? Rešitev: Masa ribe je 72 dag. d Reševanje naloge Sadje Naloga 7 - Sadje Oče je na trgu kupil jabolka, hruške, pomaranče in banane. V košari ima skupaj 44 sadežev. Število jabolk je za 2 večje od števila hrušk, število hrušk je za 8 večje od števila banan, število banan je za 2 večje od števila pomaranč. Koliko je hrušk v košari? Rešitev: 15 [Slika 7] Primer rešitve z metodo napačne predpostavke 020 Metoda napačne predpostavke Učenec je v predstavljenem primeru (Slika 7) kombiniral metodo napačne predpostavke z grafično aritmetično metodo. Učenec je najprej predpostavil, da je oče kupil 6 pomaranč, potem izračunal število banan (8), hrušk (16) in jabolk (18) ter število vseh sabežev (48). Ker je bilo število vseh sadežev za 4 preveliko, je sklepal, da je posamezne vrste sadja za en sadež manj. Tako je ponovil izračun pri petih pomarančah in dobil pravilen rezultat. Iz grafične ponazoritve je lepo razviden način razmišljanja učenca. X Reševanje naloge Ograja Naslednjo nalogo lahko učenci rešujejo v sedmem in osmem razredu in neuspešne pri reševanju spodbudimo k uporabi metode napačne predpostavke: Naloga 8 - Ograja Ana in Blaž barvata ograjo. Ana barva eno stran ograje, Blaž pa drugo stran. Začneta vsak na svojem koncu. Ana do- 3 poldne prebarva r svoje strani ograje, popoldne pa še t od preostanka svoje strani, 4 Blaž pa v celem dnevu prebarva ^ svoje strani ograje. Na koncu dneva je 15,6 m ograje pobarvanih z obeh strani. Kako dolga je ograja? Rešitev: 42 m 1. način reševanja Predpostavimo, da je ograja dolga 70 m, v tem primeru bomo hitro izračunali sedmino in petino celotne dolžine. Ana pobarva dopoldne 30 m ograje ostane ji še 40 m. Popoldne pobarva še 10 m. Na njeni strani je tako še 30 m nepobarvane ograje. Blaž pobarva v celem dnevu 56 m ograje. Koliko ograje je pobarvane z obeh strani, vidimo na sliki (Slika 8). [Slika 8] Količina pobarvane ograje z obeh strani Z obeh strani je pobarvanih 26 m ograje. Sklepamo lahko, da je predpostavljena dolžina ograje prevelika. Dolžina ograje [m] Dolžina ograje pobarvana z obeh strani [m] 70 26 7 2,6 42 15,6 S sklepanjem, kot je prikazano v preglednici, pridemo do rešitve 42 m. 2. način reševanja Že v začetku si pomagamo z grafično upodobitvijo. V nalogi imamo sedmino in petino, zato si ograjo razdelimo na 35 polj. In z vsake strani pobarvajmo del, ki ga je pobarvala Ana in Blaž. Iz slike (Slika 9) vidimo, da je 13 polj pobarvanih iz obeh strani, kar je 15,6 m. Torej eno polje meri 15,6 m : 13 = 1,2 m in celotna ograja 1,2 m • 35 = 42 m. Ta način reševanja lahko dopolnimo tako, da učenci dobijo trak s 35 polji. [Slika 9] Grafična upodobitev ograje in njeno barvanje 21 ^ Reševanje naloge Velikost kotov Opisano geometrijsko nalogo ne uvrščamo med besedilne naloge, kljub temu pa jo lahko rešimo z metodo napačne predpostavke. Za reševanje po tej metodi morajo učenci poznati: - vsoto notranjih kotov v trikotniku, - lastnosti kotov z vzporednimi kraki. Torej nalogo lahko rešijo na omenjen način v sedmem razredu, medtem ko bodo v devetem razredu zaradi preprostosti naloge in zapisa enačbe najverjetneje nalogo hitreje rešili z enačbo. n Sklep Za spodbujanje reševanja s predpostavljeno rešitvijo je ključno, da znamo postaviti učencem ustrezno vprašanje. Večina učiteljev je v spletni učilnici z nami delila opise svojih ugotovitev po iz- vedeni uri, kjer so učenci reševali ponujene naloge o skupnih stroških prevoza oz. kako izračunati neznano količino. Nekateri učitelji so preizkusili tudi nekaj drugih nalog iz različnih učbenikov in drugih virov. Učitelji so metodo preizkušali raznoliko: od 6. do 9. razreda, v homogenih oziroma heterogenih učnih skupinah, pri dodatnem pouku, pri pripravah na tekmovanje ali pri delu z nadarjenimi učenci. Prevladovala sta dva različna pristopa: - Učitelji so najprej razložili metodo na eni od nalog, potem so učenci samostojno reševali izbrane naloge. - Učencem so razdelili naloge, ki so jih poskusili samostojno rešiti. Nato so skupaj z učenci pogledali načine reševanja in pri tem izpostavili metodo napačne predpostavke. Pri nadaljnjem reševanju nalog so jim svetovali, naj uporabijo opisano metodo. 022 Metoda napačne predpostavke Naloga Vprašanje Razred, za katerega je naloga dovolj zahtevna* Katero število bi lahko rešilo nalogo? Preizkusi. 5. razred, 6. razred, 7. razred Naloga 1 -Neznano število I Zakaj si izbral število 4? Ali bi lahko izbrali tudi število 5? Ali bi bilo smiselno izbrati število 8? S kolikokrat manjšim zneskom bi bilo smiselno 5. razred, 6. razred, 7. razred Naloga 3 - Stroški prevoza pričeti? Ali lahko približno oceniš najnižji strošek prevoza? Znaš preizkusiti? Oceni maso ribe. Naloga 5 -Masa ribe Ali lahko določiš še katero od lastnosti števila, s katerim bi bilo smiselno poskusiti, ali nalogo reši? 6. razred, 7. razred Katera dolžina ograje bi bila možna rešitev? Naloga 8 - Ograja Oceni dolžino ograje in preveri svojo oceno. Izberi poljubno dolžino ograje in jo preveri po besedilu naloge. 7. razred, 8. razred *Ali za individualno delo posameznih učencev. Iz predstavljenih izdelkov in refleksij učiteljev vidimo, da učencem, ki znajo zastavljeni problem rešiti na svoj način, nov način reševanja lahko povzroči pojmovno zmedo. Metodo je smiselno spodbujati pri učencih, ki so pri zastavljenem problemu neuspešni in jim jezik algebre dela težave. Če želimo, da bi vsi učenci reševali nalogo z metodo napačne predpostavke, mora biti zastavljena problemska naloga za vse nerešljiva z njim znanimi metodami. V tem primeru morajo učenci najprej priti do spoznanja, da sami ne znajo s svojimi pristopi rešiti zastavljene problemske situacije. Dopis uredništva: Zahvaljujemo se učiteljem Barbari Fir, Aniti Nemec, Metki Jemec, Tini Kelc, Ne-venki Baskar, Darji Strah, Mojci Štor, Igorju Koser, ki so v šolskem letu 2010/11 z nami delili svoje izkušnje z metodo napačne predpostavke v spletni učilnici. $ Viri 1. Sanja Varošanec: Neke metode reševanja problemskih zadataka. Poučak, letnik 4, št. 13, 2003. 2. Marjan Jerman: Zgodovina reševanja polinomskih enačb. Obzornik za matematiko in fiziko, letnik 57, št. 5, 2010. 23 Metoda postopnega približevanja The Method of Gradual Approximation Mojca Suban 1 Povzetek Zavod RS za šolstvo V članku je predstavljena ena izmed metod za reševanje besedil- nih in problemskih nalog - metoda postopnega približevanja. Osnovna ideja in princip metode sta ponazorjena na primerih nalog in z njihovim reševanjem. Pri posameznih nalogah so dodani primeri reševanja nalog različno uspešnih učencev od 6. do 9. razreda skupaj z njihovimi izdelki. Vključene so tudi ugotovitve, ki so jih zapisali učitelji po izvedenih urah, v katerih so učenci reševali naloge z uporabo obravnavane metode. Ključne besede: metoda postopnega približevanja, besedilna naloga, problemska naloga I Abstract The paper presents one of the methods for solving textual and problem tasks - the method of gradual approximation. The basic idea and principle of this method are illustrated through examples of tasks and their solving. Individual tasks are illustrated by examples of pupils from the 6th to 9th grade of different levels of success and by their products. Included are also the findings of teachers written after the execution of lessons where students solved tasks using the method of gradual approximation. Keywords: the method of gradual approximation, text task, problem task Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 24-13 a Predstavitev metode postopnega približevanja Metoda postopnega približevanja je sestavljena iz niza poskusov, s katerimi pridemo do rešitve zastavljenega problema. V vsakem od poskusov se poskuša popraviti napaka, ki je nastala v prejšnjem poskusu. Pri tem se napaka navadno zmanjšuje in pri vsakem naslednjem poskusu smo bliže pravilni rešitvi. Metoda je najbolj nazorno prikazana s preglednico, kamor se vpisujejo posamezni poskusi. Metoda je preprosta in je včasih zanemarjena, vendar je primerna za starostno stopnjo, ko učenci še ne obvladajo formalnega reševanja enačb (pred 9. razredom). Primerna je kot ena izmed začetnih metod reševanja besedilnih in problemskih nalog, pozneje pa se učenec postopoma seznani tudi z drugimi učinkovitimi metodami. Naloga 1 - Razporejanje v sobe Na izlet je odšlo skupaj 32 deklic in dečkov. Deklice so bile razporejene v dvoposteljne, dečki pa v triposteljne sobe. Za namestitev deklic je bila potrebna ena soba več kot za namestitev dečkov. Koliko deklic in koliko dečkov je bilo na izletu? Rešitev: Na izletu je bilo 18 dečkov in 14 deklic. Reševanje s preglednico Glede na podatke število deških sob ne more biti večje od 10. To število tudi ne more biti liho, saj bi bilo v tem primeru tudi število fantov liho. Od tod bi bilo tudi število deklic liho (kot razlika sodega števila in lihega), kar pa bi pomenilo, da deklic ni mogoče namestiti v dvoposteljne sobe. Torej je število deških sob 2, 4, 6, 8 ali 10. Za stolpce v preglednici izberemo število deških sob, število dekliških sob, število dečkov, število deklic in skupno število deklic in dečkov. Skupno število Število Število deklic deških dekliš- Število Število in sob kih sob dečkov deklic dečkov 2 3 6 6 12 4 5 12 10 22 6 7 18 14 32 8 9 24 18 42 10 11 30 22 52 [Preglednica 1] Reševanje naloge Razporejanje v sobe s preglednico Zahtevam ustreza tretji poskus. Na izletu je bilo 18 dečkov in 14 deklic. 3 Reševanje naloge Kroglice Naloga 2 - Kroglice V vreči so male in velike kroglice. Mala kroglica tehta 5 g, velika pa 11 g. Koliko malih in koliko velikih kroglic je lahko v vreči, kjer tehtajo vse kroglice skupaj 153 g? Rešitev: Naloga ima tri različne rešitve: V vreči je lahko 13 velikih in 2 mali kroglici, 3 velike in 24 malih kroglic ali 8 velikih in 13 malih kroglic. Primeri reševanja učencev Učenci so reševali nalogo s preglednico. Praviloma so v stolpce zapisovali: število manjših kroglic, število večjih kroglic, skupno ma- in skupno maso vseh kroglic. Nekaj primerov izdelkov učencev je bilo tudi takih, da zasledimo drugačen vrstni red stolpcev. V enem primeru pa zasledimo še en stolpec skupno število kroglic, ki je dodan na koncu. Večji izziv predstavlja zapisovanje odgovora oziroma ugotovitve, ki sledi iz zapisov v preglednici. 1. primer reševanja Nalogo je reševal učenec 7. razreda pri dodatnem pouku iz matematike. Njegov izdelek prikazuje precej pogosto napako, da ob nesistematičnem zapisovanju učenci spregledajo več rešitev. Želeli bi si tudi, da učenec zapiše svoje ugotovitve in odgovor na zastavljeno vprašanje, ne da samo konča z zapisi v preglednici. Sklepamo lahko, da je zapise v preglednici končal, ker je prišel do prve rešitve, predstavljene v zadnji vrstici preglednice. P rr^.k. A.A Z to h i % ■15 •loj 11 m _ 1 n Hi a 'j 35 -lo 1 5o ■11+ 120 J3> ■m [Slika 1 ] Izdelek učenca 7. razreda ob reševanje naloge Kroglice Učitelj je kot prednosti te metode je izpostavil, da z njeno uporabo ne izpustimo katere od rešitev, da je zapisovanje različnih možnosti v preglednici jasno in sistematično, z uporabo vzorca pa lahko pridemo do rešitve hitreje. 2. primer reševanja Učenka 6. razreda je na koncu zapisala, kaj je s preglednico ugotovila oziroma kaj je rešitev naloge. 4-- [Slika 2] Izdelek učenke 6. razreda ob reševanje naloge Kroglice 026 Metoda postopnega približevanja 4-- [Slika 3] Izdelek učenke 8. razreda ob reševanje naloge Kroglice 3. primer reševanja Učenka 8. razreda je reševala nalogo s preglednico, prehitro pa se je zadovoljila z rešitvijo, ki ni prava in ne edina. Učenka je napačno seštela 45 in 88, kar je 133, in ne 153. Učiteljica je dodala, da so nalogo reševali tisti učenci, ki so predčasno rešili naloge pri urah poglavja Pitagorov izrek. Opazila je, da so učenci pri samostojnem reševanju motivirani za delo in da so jim naloge, ki jih rešujejo po predlagani metodi, izziv. 4. primer reševanja Učenci 3. nivoja v 8. razredu so si metodo reševanja naloge izbrali sami. Njihova učiteljica je povzela njihove strategije reševanja: Od 10 učencev sta 2 učenca poiskala vse tri možnosti. Zapisala sta le rešitve, reševanje je potekalo v njunih glavah. Drugi so poiskali samo 1 možnost. 4 učenci so dobili rešitev 24 malih in 3 velike, 2 učenca 13 velikih in 2 mali in 1 učenec 13 velikih in 2 mali. Ti učenci so prišli do rešitev s poskušan-jem in z uporabo pravila za deljivosti s številom 5. Na svoj način so uporabili metodo postopnega približevanja. Ker je ne poznajo, ni bilo korektnega zapisa, ampak le pomožni računi in tudi le 2 učenca sta poiskala vse možnosti. To metodo bodo spoznali v 9. razredu pri sklopu Enačbe. [Slika 4] Izdelek učenca 8. razreda tretjega nivoja ob reševanje naloge Kroglice Priložila je tudi nekaj izdelkov, kjer so zapisi na papirju skopi, v glavah pa se je dogajalo veliko več. Postavlja se izziv za bolj kakovostne opise reševalnih poti. Primerjava reševanja naloge v 6. in 8. razredu Navajamo ugotovitve učiteljice, ki je izvedla primerjalno analizo reševanja naloge v 6. in 8. razredu: Metodo reševanja besedilnih in problemskih nalog s postopnim približevanjem sem preizkusila v oddelku 6. razreda in v 8. razredu tretje nivojske skupine. Učencem sem razdelila listke, na katerih sta bila po dva od danih petih primerov te metode reševanja. Prosila sem jih, da poskušajo naloge rešiti sami. Zanimalo me je namreč, na kakšen način se bodo lotili reševanja. V oddelku 6. razreda so si iznajdljivejši učenci pomagali z risanjem, s poskušanjem, vendar je le sedmim od 26 uspelo razrešiti po en primer. Imeli so kar dosti težav. V množici števil, pogojev in podatkov se niso znali organizirati. Tako smo zgledni primer te metode rešili skupaj. Z natančnim branjem in upoštevanjem pogojev smo oblikovali preglednico, s katero so nato učenci lažje ugotavljali smiselnost rešitev. Naslednje primere so potem učenci reševali sami. Nekateri so z natančnim branjem takoj prepoznali spremenljivke in pogoje ter z oblikovanjem preglednice niso imeli težav, nekateri učenci pa so se v množici spremenljivk izgubili. Težave so imeli že pri oblikovanju preglednice. Z dodatno razlago in pojasnili so oblikovali preglednico in s sistematičnim poskušanjem prišli do rešitve. Večini učencem je bila metoda postopnega približevanja smiselna, sistematična in pregledna. Motilo jih je le-to, da je zamud- na. Uspešnejši učenci pa so seveda to trditev argumentirali s tem, naj malo premislijo o rešitvi in naj ne delajo nepotrebnih primerov. Učenci so bili v večini zadovoljni, ker so dane primere rešili. Sama pa mislim, da je za to starostno stopnjo metoda postopnega približevanja zelo primerna. V oddelku 8. razreda tretje nivojske skupine učenci niso imeli težav z razumevanjem besedilnih nalog. Večina učencev je tudi sama prišla do rešitev danih primerov. Predvsem so si pomagali z risanjem, s premislekom in poskušanjem. Uporabljali so tudi metodo postopnega približevanja, vendar pa je bil njen zapis zelo nepregleden. Nekateri učenci, ki obiskujejo dodatni pouk, pa so se naloge lotili z oblikovanjem enačbe. Tako smo skupaj naredili zgledni primer, kjer sem jih opozorila na oblikovanje preglednice, v kateri bo njihova pot reševanja veliko preglednejša in bolj sistematično zapisana. Večina učencev ni imela težav z oblikovanjem preglednice za dane primere, všeč jim je bila urejenost zapisa postopka reševanja. Večina pa jih je bila mnenja, da je ta metoda preveč zamudna, tako da smo dva primera rešili tudi z oblikovanjem enačbe, kar pa je bilo nekaterim še preveč zahtevno. Pri teh dveh urah je bilo razvidno, da učenci 6. razreda ne poznajo veliko strategij, metod reševanja problemskih nalog. Pomagajo si z risanjem, ugibanjem, poskušanjem, vendar se večina učencev izgubi v množici podatkov in se ne zna orientirat, v kateri smeri smo bliže rešitvi. V tretji nivojski skupini osmega razreda je bilo drugače. Večina učencev je primere reševala z velikim veseljem. Težava je bila res le v organizaciji in preglednosti postopka reševanja. Tudi metoda postopnega približevanja se jim je zdela smiselna, pregledna, le malo zamudna. 028 Metoda postopnega približevanja Zanimivo je, da so uspešnejši učenci svetovali tistim, ki se jim zdi metoda zamudna, naj 'malo premislijo o rešitvi in ne delajo nepotrebnih primerov'. Med izdelki res ni zaslediti primera, kjer bi učenec s premislekom že na začetku omejil število kroglic, npr. manjših ne more biti več kot 30, večjih pa ne več kot 13. Y Reševanje naloge Cevi Pri skupni dolžini 280 m je skupna dolžina predolga za 10 m. Zato dodamo pet 3-metrs-kih cevi in odvzamemo pet 5-metrskih cevi, da se bo skupna dolžina skrajšala za 10 m (ker je 5 • 2 m = 10 m). Odgovor: Za skupno dolžino 270 m vodovodnega omrežja porabimo skupno 82 cevi, in sicer 70 z dolžino 3 m in 12 z dolžino 5 m. Naloga 3 - Cevi Za gradnjo 270 m vodovodnega omrežja so uporabili 82 ravnih cevi. Na voljo so bile 3 metrske in 5 metrske cevi. Koliko krajših in koliko daljših cevi so uporabili (brez rezanja)? Rešitev: Uporabili so 70 cevi z dolžino 3 metre in 12 cevi z dolžino 5 metrov. Primer reševanja Navajamo primer reševanja učenca, ki je zanimiv zato, ker je jasno zapisal, s katero strategijo je izboljševal svoje poskuse. Sklepali bi lahko, da se najverjetneje pri pouku matematike namenja vidiku sporočanja in sistematičnega zapisovanja postopka reševanja (ne zgolj izračuni) nekaj časa in pozornosti. Nekoliko so nerodni zapisi v preglednici, saj bi bilo pregledneje, če bi iz prvega stolpca nastala dva stolpca: število 3-metrskih cevi in skupna dolžina 3-metrskih cevi. Podobno tudi v drugem stolpcu. Za vsak odvzem 5-metrske cevi in za vsako dodano 3-metrsko cev se skupna dolžina skrajša za 2 m. 3-metrske cevi 5-metrske cevi skupaj 65 195 m 17 : 85 m 280 m X 75 225 m 7 : 35 m 260 m X 66 198 m 16:80 m 278 m X 68 204 m 14 : 70 m 274 m X 70 210 m 12 : 60 m 270 m ✓ [Preglednica 2] Reševanje naloge Cevi s preglednico 5 Reševanje naloge Gosi in mačke Naloga 4 - Gosi in mačke Na dvorišču so gosi in mačke. Vse skupaj imajo 36 glav in 100 nog. Koliko je gosi in koliko mačk? Rešitev: Na dvorišču je 22 gosi in 14 mačk. Nalogo so učenci reševali z metodo postopnega približevanja. Upoštevali so, da imajo gosi po 2 nogi, mačke pa po 4 ter postopoma iskali rešitve z zmanjševanjem oziroma povečevanjem števila gosi ali mačk. Ob tem je treba upoštevati skupno število glav. Reševanje v preglednici: število število število število nog nog skupaj skupaj 10 26 20 104 36 124 // 16 20 32 80 36 112 // 17 19 34 76 36 110 // 18 18 36 72 36 108 // 20 16 40 64 36 104 // 22 14 44 56 36 100 ✓ [Preglednica 3] Reševanje naloge Gosi in mačke s preglednico Odgovor: Na dvorišču je 22 gosi in 14 mačk. Naloge, kjer se uporablja metoda postopnega približevanje, se pojavljajo že v učbenikih od 4. razreda dalje. Ne da bi posebej razlagali to metodo, jo učenci hitro usvojijo in tudi uporabljajo. Enako metodo se dostikrat uporablja tudi pri nekaterih nalogah pri logiki. £ Za konec Predstavljeni so izdelki in reševanja različno uspešnih učencev, ki so jih reševali od 6. do 9. razreda. Pristopi k obravnavi metode v razredu so bili raznoliki: - V nekaterih primerih so učitelji metodo najprej razložili (na rešenem zgledu naloge z namestitvijo v sobe) in potem spodbudili učence k njeni uporabi pri nadaljnjih nalogah. Od tu naprej zasledimo, da so v nadaljevanju učenci reševali naloge samostojno na učnih listih ali pa je učenec s podporo sošolcev nalogo reševal pri tabli. - V nekaterih primerih so učitelji opozorili, naj si učenci pred samostojnim reševanjem nalog ogledajo rešen zgled na listu z nalogami, in metode niso razlagali frontalno. - Nekaj primerov je bilo takih, da učitelji učencev niso posebej usmerili v konkretno metodo reševanja, ampak so jim pustili prosto pot. Ko so učenci nalogo rešili, n Vir so si skupaj ogledali še metodo postopnega približevanja (npr. za izhodišče so vzeli rešitev učenca, ki je to metodo samostojno uporabil). Kot pripomoček so učenci v nekaterih primerih uporabljali žepno računalo, kar je bilo posebej poudarjeno. Dodatni nalogi za uporabo metode postopnega približevanja Naloga 5 - Palčke Pri uri geometrije so učenci iz palčk enake dolžine sestavljali trikotnike in kvadrate. Uporabili so 300 palčk in sestavili 92 likov. Koliko trikotnikov in koliko kvadratov so sestavili učenci? Rešitev: Sestavili so 68 trikotnikov in 24 kvadratov. Naloga 6 - Zmnožek treh števil Zmnožek treh števil je 270. Katera števila so to, če je zmnožek prvega in tretjega števila enak 30, zmnožek drugega in tretjega pa 135? Rešitev: To so števila 2, 9 in 15. Dopis uredništva: Zahvaljujemo se učiteljem Tomažu Pavla-koviču, Petri Kastelic, Vilmi Moderc, Barbari Knez, Urški Božič, Darji Strah in Mariji Ah-čin, ki so v šolskem letu 2010/11 z nami delili svoja razmišljanja in izdelke učencev v spletni učilnici študijskih skupin za matematiko. 1. Zdravko Kurnik: Posebne metode rješavanja matema-tičkih problema (2010). Element Zagreb. 030 Metoda postopnega približevanja Metoda reševanja nazaj Backward Chaining Method I Povzetek V prispevku je predstavljeno reševanje besedilnih nalog po metodi reševanja nazaj. Na začetku je metoda reševanja nazaj predstavljena na primeru reševanja ene izmed nalog. V nadaljevanju je nekaj primerov reševanja iste naloge, pa tudi nekaterih drugih, ki so jih učenci reševali po metodi nazaj. Ključne besede: besedilne naloge, metode reševanja, reševanje nazaj Sonja Rajh Zavod RS za šolstvo I Abstract The paper presents the solving of textual tasks through the use of the backward chaining method. At first, the method of backward chaining is presented on an example of solving one of the tasks. Furthermore, alternate examples of solving the same tasks are given as well as other tasks which pupils managed to solve with help of the backward chaining method. Keywords: textual tasks, methods for problem solving, backward chaining Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 31-13 a Predstavitev metode reševanja nazaj Po tej metodi začnemo nalogo reševati pri zadnjem podatku in po sosledju dogodkov s konca proti začetku. Metodo reševanja nazaj si oglejmo ob primeru reševanja naslednje naloge: Naloga 1 - Košara sliv Zjutraj je mama pripravila košaro s slivami za tri hčere. Najstarejša hči je prva opazila košaro s slivami in pojedla tretjino sliv. Ko je srednja hči opazila košaro s slivami, je pojedla tretjino preostalih sliv. Najmlajša hči je zadnja opazila košaro s slivami in pojedla tretjino sliv, ki so ostale v košari. V košari je na koncu ostalo 8 sliv. Koliko sliv je mama pripravila v košaro? Rešitev: Mama je v košaro položila 27 sliv. Opis načina reševanja Začnimo nalogo reševati pri dogodku, ki se je zgodil zadnji: Najmlajša hči je vzela iz košare tretjino sliv in ostalo jih je osem. To pomeni, da je osem sliv enako dvema tretjinama sliv, ki so bile v košari, preden si je postregla najmlajša hči. Od tod sklepamo, da je tretjina sliv enaka 4 (kar je dobila najmlajša hči) in da je bilo v košari 12 sliv (3 • 4 ali 8 + 4), preden si je postregla najmlajša hči. Naredimo naslednji korak. Najmlajša hči je torej našla košaro z dvanajstimi slivami. Teh 12 sliv ji je pustila srednja hči, potem ko je pojedla eno tretjino od sliv, ki jih je sama našla v košari. Dve tretjini sliv, ki jih je našla srednja hči, je torej 12, ena tretjina pa 6. To pomeni, da je srednja hči v košari našla 18 sliv. Na enak način sklepamo pri najstarejši hčeri. Ko je iz košare pojedla tretjino sliv, jih je ostalo 18. To pomeni, da je 18 sliv enako dvema tretjinama vseh sliv na začetku. Devet sliv je enako eni tretjini, sedemindvajset sliv pa trem tretjinam. Torej je mama v košaro pripravila 27 sliv. S tem smo nalogo rešili po metodi reševanja nazaj. Najprej smo reševali dogodek, ki se je zgodil zadnji in se korak za korakom približevali prvemu dogodku. Učenec, ki že obvlada tehniko reševanja enačb, lahko nalogo reši na naslednji način: Označimo z x skupno število sliv, ki jih je mama pripravila v košaro. Najstarejša hči je 1 2 pojedla - X sliv, zato je ostalo v košari - X sliv. Srednja hči je pojedla tretjino preostalih sliv, 12 2 2 2 to je - ■ -X = -X. V košari je ostalo - ■ -X = 4 = gX sliv. Najmlajša hči je pojedla tretjino 14 4 preostalih sliv, to je = —X, ostalo pa jih je — m—x = —X oziroma 8 sliv. Zapišemo enačbo: = 8. Rešitev enačbe je x = 27. Torej je mama dala v košaro 27 sliv. In še preizkus: i Najstarejša je pojedla ^ od 27 sliv = 9 sliv. Ostalo je 27 - 9 = 18 sliv. i Srednja hči je pojedla ^ od 18 sliv = 6 sliv. V košari je ostalo 18 - 6 = 12 sliv. Najmlajša je pojedla | od 12 sliv = 4 slive. V košari je ostalo 12 - 4 = 8 sliv. Hčerke so pojedle 9 + 6 + 4 = 19 sliv. Mama je pripravila 27 sliv, hčerke so jih pojedle 19, torej jih je ostalo 27 - 19 = 8 sliv. 032 Metoda reševanja nazaj [Slika 1 ] Pretipkano reševanje učenca 3 Reševanje naloge Košara sliv Načini reševanja 1. način reševanja Učenec je nalogo sistematično, v treh korakih, reševal po metodi reševanja nazaj. Naredil je 3 sklepne račune, v katerih je izračunal število sliv, ki jih je v košari našla posamezna hči. Ta podatek je potem uporabil v naslednjem koraku (za naslednjo hčer). Tako so razmišljali tudi drugi učenci in nalogo reševali zelo podobno. Le da so bili zapisi pri nekaterih učencih matematično nekorektni. Npr.: Napačen zapis enakosti 8 = 3. Na sliki 2 je prikazano, kako je učenec 8. razreda reševal nalogo v treh korakih od zadnjega dogodka proti prvemu. Spremenljivko je v vsakem koraku označil z x, kjer x = ^ = 1 predstavlja celoto, torej število sliv, ki jih je v košari našla posamezna hči. [Slika 2] Reševanje naloge s slivami v treh korakih )33 j- 'to k b M i [Slika 3] Reševanje naloge s slivami po metodi nazaj Njegova učiteljica je zapisala: Oglejmo si še krajši zapis reševanja naloge (slika 3), v katerem so zapisani le bistveni podatki: Na sliki 3 je ponazorjeno reševanje učenca v treh korakih po metodi reševanja nazaj. Ugotavljamo, da je učenec problem razumel in ga ustrezno reševal. Zapisi enakosti so sicer nepravilni, kot pri večini poslanih izdel- kov učencev, kar pa reševalcev očitno ne zavaja pri sklepanju. 2. način reševanja Naslednji način razmišljanja je zelo podoben prvemu, le zapis je drugačen. Učenec 8. razreda je nalogo reševal v treh korakih, od zadnjega dogodka proti prvemu. Učenec je najprej zapisal ugotovitev za vsako hčer in potem utemeljil, kako je to izračunal. Zapisi so enostavni in pravilni. 3. način reševanja Učenci so si bistvene podatke iz naloge zapisovali in ponazarjali na različne načine. Eden od njih je predstavljen na spodnji shemi (slika 5). »Naloga je učencem povzročala kar precej težav, večina jih je dobila rezultat 216 sliv, kar pa žal ni bilo pravilno. Učenec, ki je nalogo rešil pravilno, je svoje razmišljanje sošolcem še podrobneje razložil, jaz pa sem jim predstavila metodo reševanja nazaj.« 12 sliv je ostaio za najmiajšo hčer, saj veija 8 : 2 = 4 in 4 + 8 = 12. 18 siiv je ostaio za srednjo hčer, saj veija 12 : 2 = 6 in 6 + 1 = 18. 27 siiv je ostaio za najstarejšo hčer, saj veija 18 : 2 = 9 in 9 + 18 = 27. [Slika 4] Pretipkano reševanje učenca 034 Metoda reševanja nazaj 3 sliv ostala 12 tli V oitalo 6 slw pojedla srednja IS sliv ostalo 9 iILv pojedla najstarejša [Slika 5] Pretipkano reševanje učenca Učenec je kratko, jedrnato in sistematično predstavil svoj način razmišljanja. Nalogo je začel reševati pri najmlajši hčerki, ki je v ko-2 šari pustila 8 sliv od tistih, ki jih je našla v košari), pojedla pa 4 slive (| od tistih, ki jih je našla v košari). To pomeni, da je najmlajša hči našla v košari 12 sliv (8 + 4), kar ustreza količini sliv, ki jo je v košari pustila srednja hči. Na podoben način je razmišljal in zapisoval za srednjo in najstarejšo hčer ter na koncu ugotovil, da je bilo v začetku dogajanja v košari 27 sliv. [Slika 6] Reševanje z drevesnim prikazom Podobno je učenec 7. razreda na »eleganten« način z drevesnim prikazom (slika 6) ilustriral uvodno opisovanje reševanja te naloge z metodo nazaj. Izognil se je uvajanju spremenljivk in zapisovanju enačb oziroma enakosti. Zapisoval je od spodaj navzgor, torej po besedilu naloge od konca proti začetku. S pomočjo preglednega zapisa lahko v vsakem koraku sproti naredimo miselni preizkus pravilnosti reševanja. 4. način reševanja Učenka 9. razreda je nalogo, ki poteka v treh korakih, reševala z uporabo treh enačb in treh neznank. V vsaki enačbi je neznanko označila z drugim indeksom. Iz grafičnega ponazoritve pa sklepamo o njenem razmišljanju: zelo spretno uporablja ne le metodo reševanja nazaj (začela je spodaj desno z osmimi slivami, ki so ostale, in reševala nalogo nazaj proti vrhu sheme), ampak tudi grafično-aritmetično metodo reševanja besedilnih nalog (saj si je količino sliv ponazorila z različno visokimi pravokotniki pri količini sliv, ki jih je v košari našla najmlajša hči, kjer je lepo razvidno razmerje med | in 2 2 sliv v košari). Iz sheme lahko preberemo število sliv, ki jih je dobila posamezna hči, in preverimo rešitev, saj je 9 + 6 + 4 + 8 = 27. Njena učiteljica je zapisala: »Kot vidimo, je učenka 9. razreda uporabila enačbe. Seveda je to smiselno, saj so se naučili uporabljati enačbe v besedilnih nalogah. Pozna se tudi večja sistematičnost reševanja kot pri učencih 8. razreda. Učenka pri vsaki nalogi tudi grafično upodobi potek reševanja.« Najstarejša Srednja Najmlajša 9 = 27 6 = 18 4 X1 = 12 8 ostalo [Slika 7] Pretipkano reševanje učenca 5. način reševanja Nekateri učenci, ki niso poznali metode reševanja nazaj, so nalogo uspešno rešili tudi tako, da so začeli reševati pri prvem dogodku, postopoma računali deleže sliv za posamezno hčer, in na koncu s sklepanjem rešili enostavno enačbo. Na sliki 8 je prikazano, kako je učenec 8. razreda, ki še ne zna reševati enačb z ekvivalentnim preoblikovanjem, uspešno izpeljal celoten postopek reševanja z enačbo, ki je opisan v uvodu. Z risanjem košar in s stranskimi računi si je ponazoril postopek. Njegova učiteljica je povzela postopek reševanja: »Razmišljal je tako: Če je prva pojedla eno tretjino, jih ostane še dve tretjini. Druga je torej od teh dveh tretjin pojedla tretjino. Torej moramo deliti s tri. Dobil je dve devetini. Podobno tudi za zadnjo hčer. Ko je prišel do ulomka z imenovalcem 27, je ugotovil, da je v košari 27 sliv. Ko je naredil preizkus, je videl, da je razmišljal pravilno.« [Slika 8] Sklepanje učenca je zelo podobno sestavljanju enačbe Učenec je dejansko sklepal od začetka, in ne s konca naloge. Tako je povezal podatek 8 z odnosi na podlagi dejanj in ugotovil, da g preostalih 8 sliv v košari predstavlja — vseh sliv, ki jih je v začetku položila mama v košaro. Iz tega pa je izračunal (s sklepanjem ali z enačbo), da je mati dala v košaro 27 sliv. 036 Metoda reševanja nazaj Y Reševanje Naloge s števili Naloga 2 - Naloga s števili Če neko število delimo z 20, dobljenemu količniku prištejemo 175, vsoto pomnožimo s 4, dobimo število 1340. Poišči neznano število. Rešitev: Začetno neznano število je 3200. Načini reševanja Načini reševanja naloge s števili so bili zelo različni. Ena izmed učiteljic, ki nam je poslala rešene naloge svojih učencev, je zapisala: »Nalogo sem dala učencem pri dodatnem pouku v 7., 8. in 9. razredu. Zanimalo me je, kako se bodo istega problema lotili učenci z različnim predznanjem. F sedmem razredu se jih je nekaj lotilo reševati s pomočjo diagrama. Ko sem jih vprašala zakaj, so rekli, da se tega postopka spomnijo še iz nižjih razredov. F osmem razredu so se je v večini lotili reševati z metodo reševanja nazaj, nekateri tudi z diagramom. F devetem pa so bolj ali manj uspešno sestavili enačbo in jo rešili.« 1. način reševanja Nalogo s števili so učenci najpogosteje reševali s pomočjo diagramov oziroma načinov reševanja s pomočjo različnih diagramov smo od učiteljev prejeli največ. Učenec 6. razreda je nalogo na sliki 9 reševal z dvema diagramoma. V prvi vrstici si je ustvaril diagram po besedilu »naprej«, računanje v spodnji vrstici pa je izvajal po metodi reševanja nazaj, tako da je uporabil nasprotno/inverzno računsko operacijo. Tako učenci pogosto rešujejo enačbe, predenj spoznajo postopek z ekvivalentnim preoblikovanjem enačb. [Slika 10] Reševanje z diagramom Tudi ta učenec je nalogo na sliki 10 reševal s pomočjo diagrama, v katerem zgornji del ponazarja besedilo naloge, spodnji del pa postopek računanja nazaj z uporabo nasprotne/inverzne računska operacije. Kar nekaj učencev je nalogo rešilo na podoben način. Ena izmed učiteljic je zapisala: »Učenci so nalogo reševali samostojno. Pri nekaterih učencih so vidni pomožni računi, nekateri učenci so zapisali izraz, nekateri so delali z diagramom, spet drugi pa so matematični izraz zapisali nepravilno, in sicer tako, kot so razmišljali.« 2. način reševanja [Slika 9] Reševanje Naloge s števili [Slika 11] Reševanje naloge po metodi reševanja nazaj s pomočjo treh neznank 37 Učenec 8. razreda je pri reševanju naloge na sliki 11 uvedel 3 neznanke in računal njihove vrednosti. Razvidno je, da učenec razume nalogo in sistematično zapisuje postopek reševanja, ki ga pripelje do pravilne rešitve. Pravilnost dobljene rešitve tudi preizkusi. Svoje sklepe pa matematično napačno zapisuje, saj zapisane enakosti (v prvi in zadnji vrstici) ne veljajo. Njegova učiteljica je zapisala: »Preizkus sem izvedla v 8. razredu z učenci 3. nivoja pri redni uri pouka matematike. Samo izvedbo sem si za-mislila takole: 1. ura - predstavitev metod (katerih sem si sama naredila pred tem povzetek (METODA NAPAČNE PREDPOSTAVKE, METODA REŠEVANJA NAZAJ in GRA-FIČNO-ARITMERIČNA METODA) in prikazati primere reševanja nalog z uporabo ene izmed metod. Ta ura se je razvlekla še na drugo šolsko uro. 2. ura oz. 3. ura - individualno reševanje nalog. Učenci si sami izberejo iz nabora nalog vsaj 3 naloge, ki jih poizkusijo rešiti. Zaželeno je, da uporabijo za reševanje katero izmed predstavljenih metod. Že pri predstavitvi metod so učenci povedali, da so že v preteklosti sami prišli do katere izmed predstavljenih metod reševanja, vendar niso vedeli, da ima ta način reševanja naloge ime. Pri samem reševanju primerov naloge so pri vsaki metodi veliko komentirali in spraševali. Predstavitev teh metod se jim je zdela zelo zanimiva in uporabna tudi v prihodnje. Učenci so bili mnenja, da bi jih morali učitelji s temi metodami spoznati že v nižjih razredih, saj bi jim bilo precej lažje pri pouku matematike.« 3. način reševanja Učenci 9. razreda so nalogo večinoma reševali z enačbo. Neznano število so označili z x. (^j+ 175)-4 = 1340 p + 700 = 1340 5 ^ = 640 5 x = 3200 Odgovor: Začetno neznano število je 3200. Preizkus: Če število 3200 delimo z 20 dobimo 160. Če temu količniku 160 prištejemo 175, dobimo 335. Če to vsoto 335 pomnožimo s 4, dobimo 1340. [Slika 12] Pretipkano reševanje učenca 5 Reševanje naloge Mesečni stroški Naloga 3 - Mesečni stroški 3 Družina mesečno potroši za hrano ^ skupnih prihodkov, za stanarino ^ preostanka in za plačilo elektrike ^ končnega ostanka. Ko poravna vse omenjene stroške, ji ostane 384 €. Koliko je mesečni prihodek družine? Odgovor: Mesečni prihodek družine je 1920 €. Načini reševanja Nalogo Mesečni stroški so učenci reševali zelo podobno kot uvodno Nalogo s slivami. Presenetljivo je, da so vsi učenci v vsakem koraku dosledno zapisovali denarne enote. Res pa je, da so zapisi nekaterih enakosti matematično napačni. 038 Metoda reševanja nazaj 1. način reševanja [Slika 13] Pretipkano reševanje učenca Učenec 8. razreda je sam odkril metodo reševanja nazaj in z njeno pomočjo sistematično rešil nalogo, kot je lepo razvidno iz slike 13. Zapisal je odgovor, ni pa naredil preizkusa. Tudi v tem primeru reševanja vidimo težave učencev pri pravilnem matematičnem sporočanju, torej zapisovanja enakosti. Vidimo pa, da sistematično zapisuje denarne enote. Njegova učiteljica je zapisala: »Učencem pred reševanjem nisem razložila metode, saj sem želela videti, ali bodo sami prišli do zastavljenega cilja.« 2. način reševanja Devetošolec je nalogo na sliki 14 reševal z enačbo. Mesečni prihodek družine je označil z x. )39 Preizkus: Hrana Stanarina Elektrika - od 1920 € = 1152 € 5 i - od 768 €= 192 € 4 1 - od 576 € = 192 € Ostane Ostane Ostane 1920 6 - 1152 6 = 768 6 768 €- 192 € = 576 € 576 € - 192 € = 384 6 Hrana + stanarina + elektrika + ostanek = 1152 6 + 192 € + 192 € -h 384 € = i 920 € [Slika 14] Pretipkano reševanje učenca [Slika 15] Pretipkano reševanje učenca 3. način reševanja Učenec 9. razreda je na sliki 15 uporabil »diagram poteka«, v katerega je vpisoval tudi stranske račune. Nekateri zapisi so matematično nepravilni, a učenec v tem (za nas nepreglednem) zapisu sledi rdeči niti in tako pripelje nalogo do pravilne rešitve. Računal je po metodi reševanja nazaj in izhajal iz zneska, ki je ostal na koncu, ter se postopoma približeval znesku, ki ga je družina imela na začetku, predenj so poravnali omenjene stroške. £ Reševanje naloge Nakup knjig Naloga 4 - Nakup knjig Marko je kupil tri knjige. Za plačilo prve knjige je porabil r celotnega zneska, za 3 drugo -z preostalega denarja in za tretjo 3 g denarja preostalega po nakupu prvih dveh knjig. Domov je prišel s tremi knjigami in 16 €. Koliko denarja je imel pred nakupom knjig? Odgovor: Pred nakupom knjig je imel 87,50 €. Načini reševanja 1. način reševanja Učenec 9. razreda je nalogo razumel in suvereno izpeljal postopek po metodi reševanja nazaj v treh korakih, kot je prikazano na sliki 16. V vsakem koraku je izračunal ceno knjige in ostanek denarja ter ta dva zneska seštel, da je dobil ostanek po nakupu prejšnje knjige. Manjka preizkus. Tako kot pri večini izdelkov učencev je neustrezen tudi zapis enakosti, npr. g = 16€. Zanimivo pa je, da večina učencev pri reševanju te naloge dosledno zapisuje enoto za €. Morda bi jih morali opozoriti le še na to, da zapišejo znesek na dve decimalni mesti (centi so stotine). n Za konec Žal nimamo izdelkov učencev, ki so ubrali napačno pot reševanja, ali pa so pravilno razmišljali, a naredili računsko napako in tako prišli do napačne rešitve, ali pa so celo obtičali v postopku in niso znali naprej. Zanimivo bi bilo analizirati njihove poti reševanja. 040 Metoda reševanja nazaj [Slika 16] Pretipkano reševanje učenca Opažamo, da učenci niso delali preizkusov, pa tudi odgovori na vprašanja so redki. Morda so jih učenci naredili, a jih učitelji reševanjem niso priložili, saj so mislili, da nas zanima samo pristop k reševanju problema. Naloge so pri rednem pouku ali pa pri dodatnem pouku reševali učenci od 6. do 9. razreda. V večini primerov so učenci najprej sami reševali ponujene naloge na poljuben način. Šele potem so učitelji s pomočjo učenca, ki je nalogo uspešno rešil po metodi reševanja nazaj, predstavili to metodo. Učitelji so pri pouku z učenci reševali še druge naloge z metodo reševanja nazaj. Nekatere naloge so oddali v spletno učilnico. Učenci so pri tej metodi pokazali zelo inovativne pristope k reševanju problemov, večina jih je znala tudi sistematično zapisati postopek reševanja. Zanimivo je, da so učenci intuitivno uporabljali navedene metode reševanja, na ta način razmišljali, čeprav jih učitelji pred reševanjem teh nalog z navedenimi metodami niso seznanili. Nekateri učenci so za reševanje uporabili celo več navedenih metod hkrati. Ob zapisih ugotavljamo pogosto napačne matematične zapise, predvsem pri rabi znaka za enakost. Ugotavljamo, da bo treba izdelati različne aktivnosti za razvijanje zmožnosti pravilnega matematičnega sporočanja, v kar je vključen tudi simbol =. Dopis uredništva: Zahvaljujemo se učiteljem: Aniti Nemec, Virag Tadina Bence, Jožici Knez, Sonji Str-gar, Simoni Sobotič, Mileni Čakš Karpov, Petri Šuman, Patriciji Kramberger Rom, Vinku Zobec, Leu Čelofiga, ki so v šolskem letu 2010/11 delili svoja razmišljanja in izdelke učencev v spletni učilnici študijskih skupin za matematiko. O Vir 1. Sanja Varošanec: Neke metode reševanja problemskih zadataka. Poučak, letnik 4, št. 13, 2003. 41 Grafično-aritmetična metoda The Arithmetic Graphic Method Sonja Raj h Zavod RS za šolstvo Z Povzetek V prispevku je predstavljena grafično aritmetična metoda reševanja besedilnih nalog. Na začetku je metoda opisana, nato pa je prikazanih nekaj mogočih načinov reševanja izbranih nalog s to metodo. Reševanje učencev je podkrepljeno z mnenji učiteljev. Ključne besede: besedilne naloge, metode reševanja, grafično aritmetična metoda I Abstract The paper presents the arithmetic graphic method for solving textual tasks. The method is described at the beginning; next, some of the possible methods for solving selected tasks through this method are presented. The pupils' approaches to solving are accompanied by teachers' opinions. Keywords: textual tasks, the methods of solving problems, the arithmetic graphic method Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 42-13 a Predstavitev grafično-aritmetične metode Grafično-aritmetična metoda ponazori matematično nalogo s slikovnim gradivom, ki pomaga učencem pri razumevanju problema in jih vodi na poti do rešitve. Koristnost metode se kaže v tem, da sam način sklepanja podpira sklepanje pri reševanju nalog z Descartovo algebrsko metodo (z zapisom enačbe). Naloga 1 - Tri števila Vsota treh števil je 3946. Prvo število je 4-krat manjše od drugega, tretje pa za 4 večje od drugega. Poišči ta števila. Rešitev: Ta števila so 438, 1752 in 1756. Opis načina reševanja Ugotovimo, da je prvo število najmanjše. To število ponazorimo s pravokotnikom (ali kakšno drugačno grafično upodobitvijo): Lik je torej nadomestil neznanko. Drugo število je štirikrat večje od prvega, zato ga grafično prikažemo kot stolpec štirih takih pravokotnikov. Tretje število je za 4 večje od drugega, zato ga grafično predstavimo kot drugo število, ki mu dodamo simbol, ki predstavlja število 4. Dobimo naslednjo sliko: = 1 prvo št. drugo št. tretje št. Vsota vseh treh števil je 3946. Grafično je to prikazano kot 1 + 4 + 4 = 9 enakih pravo-kotnikov in en simbol (zvezda), ki predstavlja število 4. Torej 9 pravokotnikov določa število 3946 - 4 = 3942. Zato vsak pravokot-nik predstavlja število 3942 : 9 = 438. Zdaj lahko odgovorimo na vprašanje. Prvo število je enako 438, drugo število je 4 • 438 = = 1752, tretje število je enako 1752 + 4 = 1756. Pri preizkusu samo še seštejemo ta tri števila. 438 + 1752 + 1756 = 3946. Učenec, ki usvoji reševanje besedilne naloge z grafično-aritmetično metodo, lahko na ta način preide na reševanje besedilnih nalog z zapisom enačb. Pri tej metodi gre skozi iste faze kot pri reševanju z enačbami: ugotavlja znane in neznane količine ter odnose med njimi. V prvem primeru so količine predstavljene grafično, v drugem pa kot algebrski izrazi. Grafična metoda je torej mogoča spodbuda za tiste, ki jim je jezik algebre še pretežak in miselno lažje manipulirajo z narisanimi objekti. Rešimo nalogo še z zapisom enačbe: Namesto slikovnega prikaza prvo število označimo z x. Potem je drugo število 4x, tretje pa 4x + 4. Njihova vsota je 3946. Zapišimo enačbo in jo rešimo: x + 4x + (4x + 4) = 3946 9x + 4 = 3946 9x = 3942 x = 438 Vidimo, da je postopek reševanja enak prejšnjemu, le da imamo namesto igre s pra-vokotniki tukaj opravka s spremenljivko x. 3 Reševanje naloge Lubenice Naloga 2 - Lubenice Masa prve lubenice ja za 2 kg manjša od mase druge lubenice in petkrat manjša od mase tretje lubenice. Masa prve in tretje lubenice skupaj je dvakrat večja od mase druge lubenice. Koliko je masa vsake lubenice. Rešitev: Lubenice imajo mase 1 kg, 3 kg in 5 kg. masa prve lubenice ......... I I masa druge lubenice..... I I + 2 kg: masa tretje lubenice.. ...... masa prve in tretje lubenice skupaj je dvakrat večja od mase druge lubenice Načini reševanja 1. način reševanja V sledečem zapisu na sliki 1 je učenec 8. razreda podobno kot v prejšnjem predstavljenem primeru ponazoril prvo, drugo in tretjo lubenico. Sestavil je zapis, ki zelo spominja na enačbo, le da je spremenljivko označil s kvadratkom. Tudi način reševanja spominja na reševanje enačb. Ta učenec bo v 9. razredu lažje razumel postopek reševanja enačb z ekvivalentnim preoblikovanjem, saj je postopek sam ugotovil. ....... □ +2kg Velja: I I I I 1=4 kg □ = 1 kg maso prve lubenice...................1 kg masa druge lubenice............. 1 kg + 2 kg = 3 kg masa tretje lubenice ..............5 kg Preizkus: masa prve in tretje lubenice skupaj i kg + 5 kg = 6 kg je dvakrat večja od mase drage lubenice. 2 ■ 3 kg = 6 kg [Slika 1 ] Pretipkano reševanje učenca z dodanimi komentarji o postopku njegovega reševanja 044 Grafično-aritmetična metoda Njegova učiteljica je zapisala: »Nalogo z lubenicami smo reševali z učenci iz osmega razreda v heterogeni skupini. Zraven grafično aritmetične metode sem se odločila, da bom uporabila še ponazoritev s pomočjo enotskih kock. Ob koncu reševanja sem učencev zastavila še nekaj vprašanj in s pomočjo odgovorov prišla do naslednjega sklepa: - Grafično-aritmetična metoda je učencem pomagala pri razumevanju obeh problemskih nalog, - pri razumevanju in predstavi je večini celo bolj pomagala predstavitev z enot-skimi kockami, - učenci niso imeli težav pri prehodu iz grafično-aritmetične naloge na zapis z enačbo, - večina učencev meni, da zdaj bolje razumejo reševanje besedilnih nalog, - na tak način bi se še lotili reševanja problemskih nalog.« Poleg nalog, ki smo jih ponudili za reševanje ob predstavitvi te metode, so učitelji z učenci našli še precej drugih nalog, ki so jih reševali po grafično-aritmetični metodi. Z grafično aritmetično metodo so učenci rešili tudi naloge, za katere smo predvidevali, da jih bodo reševali pa kakšni drugi metodi. V nadaljevanju je zapisanih nekaj nalog, ki so nam jih poslali učitelji. Y Reševanje naloge Sadje Naloga 3 - Sadje Oče je na trgu kupil jabolka, hruške, pomaranče in banane. V košari ima skupaj 44 sadežev. Število jabolk je za 2 večje od števila hrušk, število hrušk je za 8 večje od števila banan, število banan je za 2 večje od števila pomaranč. Koliko je hrušk v košari? Rešitev: F košari je 15 hrušk. Načini reševanja jabolka hruške banane pomaranče skupaj • • • # 44 2 2 2 8 8 2 4-- + 24 = 44 = 20 = S [Slika 2] Pretipkano reševanje učenca Hruške: 0 +2 +8 = 5 +2 + 8 = 15 Odgovor: V košari je 15 hrušk. Učenec 8. razreda je nalogo Sadje na sliki 2 v bistvu reševal s pomočjo enačbe (čeprav je zapis malo drugačen, kot smo navajeni), v kateri je spremenljivko označil s krogcem. Izhajal je iz števila pomaranč, kar je označil s krogcem. Ker je število banan za 2 večje od števila pomaranč, je krogcu (ki označuje število pomaranč) dodal število 2. Ker je število hrušk za 8 večje od števila banan, je oznakam za število banan (krogec in število 2) dodal še število 8. Ker je število jabolk za 2 večje od števila hrušk, je oznakam za število hrušk (krogec + 2 + 8) prištel še število 2. Potem je upošteval to, da je število vseh sadežev v košari enako 44, in sestavil zapis, ki zelo spominja na enačbo (štirje krogci + 24 = 44). Učenec je ob sliki sam ugotovil postopek reševanja enačb. Pri reševanju je enačbe ekvivalentno preoblikoval. Učenec pa ni izračunal števila drugih sadežev niti ni naredil preizkusa, da bi tako preveril svojo rešitev. 5 Reševanje naloge Riba Naloga 4 - Riba Glava ribe predstavlja tretjino mase cele ribe, rep ribe četrtino mase cele ribe, trup ribe pa ima maso 30 dag. Koliko je masa cele ribe? Odgovor: Masa cele ribe je 72 dag. Načini reševanja 1. način reševanja Ena izmed učiteljic, ki je z učenci reševala nalogo Ribe, je zapisala: »Učencem sem zadnje dni pouka ponudila naloge v reševanje brez kakšnega posebnega navodila. Rekla sem samo, naj poskusijo naloge rešiti in čim bolje opisati način razmišljanja oziroma reševanja. Najprej sem to naredila v 9. razredu. Na naši šoli imamo heterogene skupine, naloge pa so reševali različni učenci. Kot sem pričakovala, je nalogo večina rešila z enačbo, le dva sta se je lotila malo drugače. Popolnoma drugače pa je bilo v 6. razredu, kjer sem nalogo ponudila le najuspešnejšim učencem. Le eni učenki je uspelo rešiti nalogo, in še to na zelo izviren način. Ker smo se zadnje ure učili o krogu in krož-nici in smo to povezali z obdelavo podatkov ter s tortnim prikazom, je poskušala po tej poti, in kot je razvidno iz njenega izdelka, ji je to tudi uspelo.« Učenka 6. razreda se je reševanja naloge lotila tako kot je navedeno v sliki 3. V navedenem primeru reševanja v sliki 3 je učenka na zelo izviren način ponazorila nalogo s slikovnim gradivom, in to na drugačen način, kot smo predstavili z uvodnim primerom. Njen način je za nalogo Ribe bolj ustrezen in ji je pomagal pri razumevanju problema. Učenka je pri reševanju problemske naloge uspešno povezala znanje o ulomkih, krožnem izseku, središčnem kotu ... Tako je v tortnem diagramu s krožnimi izseki najprej ponazorila glavo in rep ribe. Vedela je, da tretjino ponazori s krožnim izsekom s središčnim kotom 120°, četrtino pa s središčnim kotom 90°. Za krožni izsek, ki je ostal za trup, je izmerila ali pa izračunala velikost središčnega kota. Tako je ugotovila, da maso trupa ponazori s krožnim izsekom, katerega središčni kot meri 150°. Iz podatka, da maso 30 dag ponazorimo s krožnim izsekom s središčnim kotom 150°, je izračunala, da maso 1 dag ponazorimo krožnim izsekom s središčnim kotom 5°. 046 Grafično-aritmetična metoda 150" = 30 dag 150 : 30 = 5 30 +24 + 18= 72 Odgovor: Masa cele ribeje 72 dag. 120 : 5 = 24 dag 90 : 5=18 dag -od 72 = 72: 3 = 24 3 -od 72 = 72:4 = 18 4 [Slika 3] Pretipkano reševanje učenke Potem kotu 120° ustreza 24 dag (kar je masa glave), kotu 90° pa masa 18 dag (masa repa). Ko je seštela mase trupa, glave in repa, je dobila 72 dag. Na koncu je zapisala odgovor in naredila še preizkus, ter tako preverila, ali je tretjina od 72 res 24 (masa glave) in četrtina od 72 res 18 (masa repa). Učenka je nalogo inovativno rešila. Uspešno je uporabila znanje v novi, čisto drugačni situaciji, kar nam je tudi cilj: učence naučiti povezovati znanje, uporabiti znano v novih situacijah. Motijo le neustrezni zapisi enakosti 150° = 30 dag in 120 : 5 = 24 dag. 2. način reševanja Glava Učenka 8. razreda je ulomka, ki predstavljata maso glave in maso repa ribe, razširila na skupni imenovalec, da je ugotovila, da ji do celote (do manjka še kar je masa trupa ribe. In če ^ mase ribe predstavlja 30 dag, potem — mase ribe predstavlja 6 dag. S pomočjo tega podatka je izračunala maso za glavo, rep in trup ribe ter na koncu vse skupaj seštela, da je dobila skupno maso ribe, to je 72 dag. Iz zapisov na sliki 4 je razvidno, da ima tudi učenka 8. razreda težave pri zapisih enakosti: 30 = ^ in ^ = 6. Njena učiteljica je poleg izdelka učenke poslala še pripis: [Slika 4] Pretipkano reševanje učenke »V preteklem šolskem letu sem poučevala matematiko v 8. razredu (III. nivo) in 9. razredu (II. nivo). V zadnjem tednu pred poletnimi počitnicami, ko smo imeli ocene že zaključene, smo si z učenci pogledali različne primere reševanja problemskih nalog. Učencem sem razdelila učne liste, na katerih so bile predstavljene 4 različne metode reševanja problemskih nalog. S pomočjo rešenega primera so potem samostojno rešili svojo nalogo. V 8. razredu so naloge reševali zelo dobro. Bili so zainteresirani za delo, reševanje jim je bilo v veselje. Hitro so rešili naloge, zato smo potem dodatno reševali še naloge iz učbenika za deveti razred - poglavje uporaba enačb v problemskih nalogah. Zanimivo se mi je zdelo to, da skoraj vsi učenci v 9. razredu take vrste nalogo skušajo rešiti z zapisom enačbe, le kakšen posameznik se znajde in nalogo reši na svoj oz. drug način.« £ Reševanje naloge Zbiralnik vode Naloga 5 - Zbiralnik vode - 2 Če odtočimo iz polnega zbiralnika t vode, 2 od ostanka zopet nam ostane 84 litrov vode. Koliko litrov drži zbiralnik? Odgovor: Zbiralnik drži 756 litrov. Način reševanja Iz zapisa v sliki 5 razberemo, da je učenka 8. razreda ugotovila, da če hoče ponazoriti | od ostanka vode, torej t od o = g, mora zbiralnik razdeliti na devetine. Zelo nazorno je ponazorila svoj način reševanja naloge. Količino vode, ki smo jo najprej odtočili, je obarvala z modro barvo, količino vode, ki smo jo naknadno odtočili, pa je obarvala z zeleno barvo. Količina vode, ki je ostala na koncu, je ostala nepobarvana. Ta količina, 84 l, predstavlja | polnega zbiralnika. In če en del predstavlja 84 l, potem 9 enakih delov predstavlja 9 • 84 l = 756 l. Tako je izračunala prostornino celotnega zbiralnika. Žal pa se je pri prepisovanju zmotila in tako v odgovoru zapisala napačno vrednost. Zapisala je, da zbiralnik drži 765 l, čeprav je izračunala 756 l. n Za konec Učenci so pri reševanju problemskih nalog uporabljali zelo inovativne pristope reševanja in s tem dokazali razumevanje problema, ki so ga reševali. Ugotavljamo pa, da imajo učenci težave pri uporabi matematičnega jezika, zlasti pri zapisovanju matematičnih enakosti (150° = 30 dag in 12 = 6), kar je razvidno pri obeh rešenih primerih naloge Riba. 9 enakih delov 1 del ■ 34 litrov 84-9=756 Odgovor: Zbiralnik drži 765 litrov vode. [Slika 5] Pretipkano reševanje učenke - odteče J - odteče i 84 litrov ............ ............ 048 Grafično-aritmetična metoda S pomočjo grafično-aritmetične metode so nekateri učenci reševali naloge, ki so omenjene pri drugih metodah reševanja besedilnih nalog. Vizualnim tipom učencev pomaga, da si besedilno nalogo grafično oz. vizualno predstavijo, ker jim to pomaga pri reševanju, vendar to še ni nujno grafično-aritmetična metoda. Navajamo še dve nalogi, ki jih lahko rešimo z uporabo grafično-aritmetične metode. Naloga 7 - Vsota zaporednih lihih števil Vsota štirih zaporednih lihih števil je 216. Poišči ta števila. Rešitev: Iskana števila so 51, 53, 55 in 57. Dopis uredništva: Zahvaljujemo se učiteljicam Petri Kaste -lic, Mojci Kavčič, Vilmi Moderc, Barbari Fir, Nevi Slavec, Petri Tonejc, Sonji Mišič, ki so v šolskem letu 2010/11 delile svoje izkušnje in izdelke učencev v spletni učilnici študijskih skupin za matematiko v OŠ. Naloga 6 - Notranji koti trikotnika V trikotniku je prvi notranji kot trikrat manjši od drugega notranjega kota, tretji pa je za 15° večji od prvega notranjega kota. Koliko merijo posamezni notranji koti trikotnika? Rešitev: Notranji koti trikotnika merijo 33°, 99° in 48°. O Vir 1. Sanja Varošanec: Neke metode reševanja problemskih zadataka. Poučak, letnik 4, št. 13, 2003. 49 Metoda iskanja vzorcev The Pattern Search Method Amela Sambolic Beganovic Zavod RS za šolstvo 1 Povzetek V prispevku predstavljamo reševanje besedilnih nalog z metodo iskanja vzorcev. Na začetku metodo predstavimo in nato prikažemo mogoče načine reševanja izbranih nalog s to metodo. Reševanje učencev podkrepimo z mnenji učiteljev. Ključne besede: metoda iskanja vzorcev, besedilne naloge I Abstract In the paper the solving of textual tasks through the use of the pattern search method is presented. We first present the method, and then follow it up with all the possible ways of solving selected tasks by this method. We bolster pupils' solving of the exercises with the teachers' opinions. Keywords: pattern search method, textual tasks Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 50-13 a Predstavitev metode iskanja vzorcev Nekatere zahtevnejše besedilne oz. problemske naloge lahko rešimo z metodo iskanja vzorcev. Gre za reševanje problema, ki je enostavnejši (na primer zmanjšamo število) od prvotnega. Enostavnejše različice problema nam pomagajo poiskati vzorec, s pomočjo katerega problem lažje rešimo. Naloga 1 - Rokovanje na družinskem pikniku Markovi starši pripravljajo družinski piknik, ki se ga bo udeležilo 27 sorodnikov. Tako kot vsak se bo tudi ta družinski piknik začel z močnim stiskom rok. Koliko bo vseh rokovanj? Ideja metode »iskanje vzorcev« je naslednja: iščemo enostavnejše različice problema, ki nam bodo pomagale poiskati vzorec. Učence uvajamo v algebrske zapise oz. v pos-plošitev problema. I. Grafična pot reševanja Vsaka povezava med dvema točkama pomeni eno rokovanje. Število točk pomeni število ljudi, število povezav pa število rokovanj. II. Tabeliranje Število Število (Matematična) sorodnikov rokovanj opažanja 1 0 / 2 1 2 • 1 3 3 2-3 4 6 3-4 5 10 4-5 6 15 5-6 ~2~ 30 435 29 -30 2 (n - 1 )n n - 2 Število rokovanj med 30 sorodniki je 435. Z učenci poskušamo rešiti predstavljeno nalogo z metodo iskanja vzorcev. Zeleno je, da učenci sami izpeljejo induktivni sklep za večje število sorodnikov. Naslednji korak je, da vzorec - tabelo nadaljujejo. Povezava med prvim in drugim stolpcem je težja, zato naj učenci podatke v preglednici zapišejo drugače, skratka tako, da lažje opazijo vzorec (pravilo). Priporočamo preglednico s praznim tretjim stolpcem, ki ga v tem primeru upo- 51 rabimo. Zadnji korak je posplošitev problema in rešitev. V nadaljevanju predstavljamo raznolike načine reševanja učencev od 6. do 9. razreda dveh nalog (Rokovanje na družinskem pikniku in Počitniško delo) po tej metodi. Učenci so bili pri reševanju različno uspešni. Strnili bomo ugotovitve, načine reševanja, ki jih je sporočilo sedem učiteljev v šolskem letu 2010/2011 v forumu spletne učilnice za matematiko v osnovni šoli. V večini predstavljenih primerov učitelji učencev niso posebej usmerili v konkretno metodo reševanja, ampak so jim pustili prosto pot. Ko so učenci nalogo rešili, so si skupaj ogledali še reševanje z metodo iskanja vzorcev (npr. za izhodišče so vzeli rešitev učenca, ki je to metodo samostojno uporabil). 3 Reševanje naloge Rokovanje na družinskem pikniku Učitelji so zaznali, da je učencem naloga o številu rokovanj na družinskem pikniku povzročala kar nekaj »preglavic«. Pri reševanju te naloge so učenci uporabljali različne prikaze, ki so jim pomagali pri poenostavitvi problema. Težave so se pojavljale tudi pri razumevanju besedila naloge. Učiteljica je zapisala: Pri tej nalogi imam tudi sama nekaj pripomb. Rešitev je za 30 oseb. F besedilu ni točno omenjeno, koliko ljudi bo na pikniku. Moralo bi pisati, da se piknika udeleži še 27 sorodnikov. Poleg tega pa se mi ne zdi logično, da se bodo med seboj rokovali Mark in njegova starša. Učenec je računal za 27 oseb. Najprej je pomnožil 27 krat 27, vendar je videl, da pride liho število, ki ni deljivo z 2, zato je pomnožil 27 krat 26, da so se vsi sorodniki med seboj rokovali samo enkrat. Tukaj bi moral prišteti še 3 krat 27, ker se vsak član družine rokuje s sorodniki enkrat (med seboj pa se ne rokujejo) in bi bila rešitev 432. Menimo, da ima naloga več rešitev, glede na privzete predpostavke, ki jih predvidimo ob začetku reševanja naloge. Če predpostavimo, da so Marko in njegovi starši družinski člani in da se bo piknika udeležilo 27 sorodnikov, potem beseda še ni potrebna. Nato predpostavimo, da se upoštevajo vsa rokovanja (tudi med družinskimi člani). Ob teh dveh predpostavkah je rešitev naloge takšna, kot je bila napovedana v rešitvah. Najbolj naravna je seveda rešitev, ki izključi rokovanja med ožjimi družinskimi člani. Izpostavili bomo tri poti reševanja učencev, iz katerih je razvidna uporaba različnih prikazov pri iskanju vzorcev, in »težave«, ki so jih učenci imeli. 1. način reševanja Učenec je v prikazanem primeru (Slika 1) izbral tabelo, ki jo je sistematično in pravilno oštevilčil od 1 do 30. Sprašujemo se, zakaj tabela ni v celoti izpolnjena. Ker je zmanjkalo časa, volje, potrpljenja ali je učenec preprosto ugotovil, da je »nekaj narobe« in ni nadaljeval. Iz tabele je razvidno, da učenec še ne ve, da je rokovanje med 1. in 2. udeležencem piknika enako kot rokovanje med 2. in 1. (dvojno štetje). Če bi nadaljeval, bi lepo 'ploskovno' prikazal problem rokovanja. 2. način reševanja Rešitev naloge (Slika 2) ni pravilna. Zanimivo bi bilo vedeti, kako je razmišljal učenec. Učenec izračuna 27 krat 27 in dobi rezultat 729. Nato si pomaga z risanjem in ugotovi, da re- 052 Metoda iskanja vzorcev [Slika 1 ] Reševanje naloge Rokovanje na družinskem pikniku s tabelo [Slika 2] Nepravilno reševanje naloge o Rokovanju na družinskem pikniku zultat 729 ni pravilen. Pomembno je, da je učenec z risanjem črte od enega objekta, ki predstavlja enega sorodnika, do drugega objekta, ki predstavlja drugega sorodnika, ugotovil, da je rokovanje med 1. in 2. udeležencem piknika enako kot rokovanje med 2. in 1. (dvojno štetje), kar učencu, ki je izbral tabelo kot pripomoček pri iskanju vzorca ni uspelo. 53 Pri reševanju naloge o višini Aninega zaslužka so učenci najpogosteje nalogo rešili tako, da so zapisovali zaslužek po posameznih dnevih in na koncu vse skupaj sešteli. Nalogo so reševali učenci v 8. in 9. razredih, v različnih ravneh zahtevnosti. Učiteljica je opozorila na navodilo naloge, ki učencem ni bilo razumljivo: Naloga je bila učencem zanimiva in so jo dobro reševali. Nekaj pripomb je bilo le na vprašanje »po 20 dneh«. Nekateri so mislili, da morajo izračunati le dnevni zaslužek 20. dneva. Večina učencev je nalogo reševala na podoben način, hitro so odkrili vzorec lihih števil. [Slika 3] Tretji način reševanja naloge Rokovanje na družinskem pikniku 3. način reševanja Pri tretjem izbranem izdelku (Slika 3) si predstavljamo, da je učenec prikaz, ki ga je uporabljal na poti do rezultata, preprosto obdržal v glavi (ali na drugem papirju). Učenčeva metoda spominja na skrivanje sledi in zato vpogled, od kod rezultat 351, ni mogoč. Y Reševanje naloge Počitniško delo Ana je sprejela počitniško delo varuške sosedovega malčka vsak dan za enak čas. Plačilo pa bo prejemala po naslednjem matematičnem pravilu: Prvi dan bo zaslužila 1 €, drugi dan 3 €, tretji dan 5 € in tako dalje. Koliko bo Ana zaslužila po dvajsetih dneh? Ali bi lahko bilo v realnem življenju takšno pravilo plačevanja smiselno? Rešitev: 400 € 1. način reševanja [Slika 4] Reševanje naloge Počitniško delo Učenci so nalogo razumeli (Slika 4), večali števila, niso pa induktivno sklepali in posploševali. 2. način reševanja [Slika 5] Sistematično reševanje naloge Počitniško delo 054 Metoda iskanja vzorcev Učiteljica je zapisala zanimivo ugotovitev, ki se nanaša na razliko v reševanju med učenci 8. in 9. razreda: Naloga je bila učencem zelo zanimiva in jih je pritegnila. Skoraj vsi učenci so tudi prišli do pravilne rešitve, le po različnih poteh. Učenci 9. razreda so bili iznajdljivejši in so iskali vzorce, posploševali in na zelo kratek način rešili nalogo. 3. način reševanja Učitelj je zapisal, da je, da bi se izognil reševanju naloge z zapisom zaslužkov po posameznih dneh in seštevanju vseh zaslužkov po 20 dneh, spremenil vprašanje: Kolikšen bo zaslužek po 100 dnevih? Ugotovil je naslednje: 5 Za konec Navajamo še eno nalogo, ki se lahko reši z opisano metodo. Učenci so se lotili reševanja naloge na podoben način (zapisovali so zaslužek po posameznih dneh), a so kmalu ugotovili, da je za takšen pristop malo preveč dni. Naloga 3 - Kvadrati in trikotniki Koliko je vseh kvadratov na sliki? Koliko je vseh trikotnikov na sliki? Rešitev: 72 kvadratov, 240 trikotnikov Vir: Mathplus 9, Harcourt Brace & Company, Canada Po neuspelih poizkusih so si učenci po učiteljevem nasvetu pomagali s tabelo (dan, zaslužek, skupen zaslužek) ter z opazovanjem dni in skupnega zaslužka. S skupnim razmišljanjem so prišli do simbolnega zapisa: zaslužek = število dni 2 Dopis uredništva: Zahvaljujemo se učiteljicam Tanji Jagari-nec, Nataši Pavšič, Andreju Starc in Nataši Olenik, ki so v šolskem letu 2010/11 z nami delile svoja razmišljanja in izdelke učencev v spletni učilnici študijskih skupin za matematiko. 55 Odvod funkcije brez uporabe limit The derivative of a function without the usage of limits Janez Žerovnik Univerza v Ljubljani I Povzetek Predstavljena je stara metoda računanja tangente na graf al-gebraične funkcije, ki vodi k prav tako zelo stari Caratheo-doryjevi formulaciji definicije odvedljivosti. Komentiramo primernost pristopa za poučevanje v srednji šoli. Ključne besede: analiza, odvod funkcije, limita, zveznost, tangente, Descartes, Caratheodory I Abstract Presented is an old method of calculating the tangent to the graph of the algebraic function, which leads to the likewise venerable Caratheodory's formulation of the definition of differentiability. We comment the appropriateness of this approach approach for teaching in high school. Keywords: analysis, derivative of the function, limit, continuity, tangents, Descartes, Caratheodory Sporočilo uredništva. Uredništvo revije Matematika v šoli podpira različen pogled na poučevanje in učenje matematike, zato smo se odločili za objavo tega prispevka. Predstavljen način obravnave odvoda še ni bil preizkušen v praksi v Sloveniji, zato morajo biti učitelji pozorni pri takem načinu obravnave. Matematika v šoli ~ XXI. [2015] ~ 56-13 a Uvod Range v [5] predstavi Descartesovo metodo računanja tangent in odpira vprašanje, ali bi bilo smiselno ponovno razmisliti o osnovah kalkulusa, kar bolj ali manj ustreza našemu uvodu v analizo. Pojem limite je abstrakten in sorazmerno zahteven koncept. Posebej je problematično, ker si v srednji šoli težko izmislimo primere, ko je limito zares smiselno računati, saj imamo opravka praviloma z vsaj odsekoma zveznimi funkcijami. Izjema so limite z x — ^ (Drugi primer so nezveznosti funkcij v točkah nedefiniranosti, ki pa jih pogosto odpravimo kar z deljenjem ali malo bolj zahtevnim preoblikovanjem.) Po drugi strani pa limito vpeljemo sorazmerno zgodaj in na tem temeljimo veliko poznejše obravnave. Tako na primer rečemo, da je funkcija zvezna na intervalu, če je zvezna v vsaki točki intervala. Tu se pojavi limita: funkcija je zvezna v točki, če je tam njena vrednost enaka limiti. Precejšnja zmeda ali nepotrebna komplikacija za dijaka, ki pozna samo zvezne funkcije. Tu se lahko vprašamo, ali ne bi bilo bolj naravno definirati zveznosti brez omembe limit, in potem verjetno bližje dijakovemu znanju namesto zveznosti v točki takoj definirati zveznost na intervalu, a o tem na kakem drugem mestu. Pojem odvoda je med težjimi abstraktnimi pojmi v srednješolski matematiki, po drugi strani pa se mu nikakor ne moremo in nočemo odreči zaradi očitne uporabnosti pri zelo elementarnih uporabnih nalogah. Za običajno vpeljavo pojma odvoda potrebujemo najprej pojem limite funkcije, potem pa opazujemo, ali konvergira limita diferenčne-ga kvocienta. Standardni obravnavi [6] sledijo srednješolski učbeniki, na primer [1] (ki je trenutno edini potrjeni učbenik za 4. razred gimnazije [9]). Ali se lahko odrečemo vpeljavi odvoda z limito funkcije? Že Descartes je v 17. stoletju poznal metodo za direktno računanje tangent, ki pa je danes nekoliko pozabljena [4,5]. Tangente na graf funkcije in seveda tudi smerni koeficient tangente lahko izračunamo brez uporabe odvoda za veliko družino funkcij. In zgodbo lahko obrnemo: najprej računamo tangente, potem pa odvod definiramo kot smerni koeficient tangente. Descartesov pristop naravno vodi h Caratheodoryjevi definiciji odvedljivosti, še eni skoraj pozabljeni dobri ideji [2,3,8]. Ta pristop je predstavljen tudi v [7], potem ko je bila tema nezanimiva za revijo Obzornik za matematiko in fiziko! Tu bomo najprej povzeli Descartesovo metodo, s katero lahko tangente na grafe mnogih funkcij izračunamo brez vpeljave odvoda. Še več, smerni koeficient tangente lahko v mnogih primerih izračunamo algeb-raično brez pojma limite. Za funkcije, pri katerih se pojmu limite ne moremo izogniti, pa na naraven način pridemo do alternativne definicije odvoda, ki je enakovredna običajni. Alternativna Caratheodoryjeva definicija odvedljivosti in odvoda temelji na pojmu zveznosti funkcije, ki je videti bolj naraven in intuitivno lažje razumljiv kot pojem limite. V nadaljevanju najprej predstavimo Des-cartesovo metodo računanja tangent, na podlagi katere je dana definicija odvoda polinoma. S primeri pokažemo, da je lastnosti odvoda mogoče sorazmerno preprosto izpeljati. Šele za splošno definicijo odvoda potrebujemo uporabo limite ali, enakovredno in morda primernejšo, zveznosti funkcije. Zapisana je Caratheodoryjeva definicija odvoda, ki je naravna posplošitev prejšnje definicije. Spet na primerih vidimo, da je izpeljava lastnosti odvodov sorazmerno nezahtevna. 57 Nezahtevnost ali zahtevnost tega ali onega pristopa je seveda težko opredeliti oziroma je zelo odvisna od (pred)znanja, pa tudi od drugih dejavnikov. Navsezadnje tudi od pridobljenih navad in izobrazbe učiteljev. Namesto sklepa tu zapišimo osnovno sporočilo prispevka. Tudi pri poučevanju standardnih vsebin matematike je smiselno vedno znova premišljati o najprimernejšem načinu vpeljave pojmov. Pogosto nam že znane, a včasih po krivici pozabljene ideje lahko pomagajo, da se temu približamo, ne da bi pri tem izgubili splošnost ali celo formalno logično korektnost obravnave. Seveda je na drugi strani potrebna velika previdnost, saj lahko majhna sprememba v definiciji kakega osnovnega pojma povzroči nepričakovane težave na kakem drugem mestu obravnave. 3 Descartesova metoda Poglejmo najprej primer, kako lahko izračunamo tangento na parabolo, torej tangento na graf kvadratne funkcije. Ni težko razumeti, da premica seka parabolo v eni, dveh, ali v nobeni točki. Premica, ki seka graf kvadratne funkcije v dveh točkah, je sekanta, premica, ki graf seka v eni točki, torej se ga dotika, pa je tangenta. Algebraično recimo, da imamo funkcijo s predpisom f(x) = x2 in želimo izračunati predpis linearne funkcije, katere graf bo tangenta v točki (a, a2). Enačba tangente boy = a2 + k(x - a), torej dobimo x2 - a2 = k(x - a) in od tod ((x + a) - k)(x - a) = 0. Ker imata tangenta in parabola eno skupno točko, mora imeti enačba dvakratni koren x = a, zato (x + a) - k = 0 in dobimo k = 2a. Če poskusimo razmišljati, kako bi to naredili intuitivno jasno in preprosto, bi šlo lahko takole, morda v praksi tudi s pomočjo grafične animacije. Tangenta ni katera koli premica, ki ima skupno točko z grafom funkcije, ampak jo dobimo tako, da sekanto, ki graf preseka v dveh bližnjih točkah, premikamo, tako da se dve presečišči približujeta. Algebraično to pomeni, da se bosta dva korena ustrezne enačbe združila v večkratni koren. To bi dijaki lahko intuitivno razumeli na podlagi že znane obravnave parabole in premice. V animaciji bi tako na primer lahko začeli z grafom polinoma tretje stopnje in premico, ki bi ta graf sekala v treh točkah, nazadnje pa bi imeli tangento, ki bi imela z grafom polinoma še eno presečišče. Podobno lahko razmišljamo, če je funkcija polinom stopnje r > 2. Tangenta v točki (a, P(a)) je premica z enačbo y = P(a) + k(x - a), x = a pa mora biti vsaj dvakratni koren enačbe P(x) = = P(a) + k(x - a). Ker je x = a ničla polinoma P(x) - P(a), lahko zapišemo P(x) - P(a) = q(x)(x - a), kjer je q polinom stopnje r - 1. Potrebovali smo samo znanje deljenja polinomov. Za-pišimo enačbo presečišč grafa polinoma in naše premice - tangente: P(x) = P(a) + k(x - a). Kot prej preoblikujmo in dobimo (q(x) - k)(x - a) = 0 in ker mora biti x = a dvakratni koren sklepamo, da mora biti q(a) = k. Ker ima tudi q(x) - q(a) ničlo pri x = a, lahko zapišemo q(x) - q(a) = r(x)(x - a), in P(x) - P(a) - k(x - a) = (q(x) - k)(x - a) = =(q(a) - k)(x - a) + (q(x) - q(a))(x - a) =(q(a) - k)(x - a) + r(x)(x - a)2 Iz zadnjega zapisa sklepamo, da ima enačba P(x) = P(a) + k(x - a) večkratni koren pri 058 Odvod funkcije brez uporabe limit x = a natanko tedaj, ko je q(a) = k. Torej je q(a) smerni koeficient tangente na graf polinoma P v točki (a, P(a)). Iz zapisa tudi sledi, da ima graf polinoma dobro definirano tan-gento v vsaki točki in lahko definiramo: Definicija tangente in odvoda polinoma. Tangenta na graf polinoma P v točki (a, P(a)) je enolično določena premica, ki v točki (a, P(a)) seka graf polinoma z večkrat-nostjo vsaj dva. Smerni koeficient tangente je enak q(a), kjer je q(x) določen z P(x) - P(a) = = q(x)(x - a). Smerni koeficient tangente imenujemo odvod polinoma P pri x = a, in ga označimo s P'(a). Podobno lahko obravnavamo racionalne funkcije, obravnavo pa lahko razširimo na algebraične funkcije [4]. Y Osnovne lastnosti odvoda Za tu definirani odvod veljajo znane lastnosti, dokazi pa so preprosti. Poglejmo nekaj zgledov izpeljave pravil za odvajanje. Omejimo se na množico funkcij ST, ki je zaprta za osnovne operacije (seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje), komponiranje funkcij in inverze. Potem lahko, seveda na primernih definicijskih območjih, privzamemo, da za poljubno funkcijo f e ST obstaja q> e ST, tako da jef(x) - f(a) = f(x)(x - a) [4]. Trditev očitno velja za množico polinomov, pa tudi za množico racionalnih funkcij. Privzemimo, da sta f in g iz množice funkcij ST, torej da velja f(x) - f(a) = f(x)(x - a), za neko funkcijo 9 e & (1) in g(x) - g(a) = f(x)(x - a), za neko funkcijo f e ?F (2) Seštejmo (1) in (2), f(x) + g(x) = =f(a) + g(a) + f(x)(x - a) + f(x)(x - a) =f(a) + g(a) + f(x) + f(x))(x - a) =f(a) + g(a) + q(x)(x - a). Torej ima f + g v točki a odvod in (f + g)'(a) = 9(a) + f(a) = f '(a) + g(a). Dobili smo znano pravilo za odvod vsote odvedljivih funkcij. Tu rečemo, da je funkcija odvedljiva v točki, če v tej točki obstaja odvod. Po prejšnji definiciji je to ekvivalentno obstoju tangente na graf funkcije. Pozneje to definicijo posplošimo in jo razširimo na odvedljive funkcije v standardnem pomenu. Za dokaz pravila za produkt pomnožimo f(x) = f(a) + 9(x)(x - a) in g(x) = g(a) + f(x)(x - a) ter preuredimo f(x)g(x) - f(a)g(a) = (9(x)g(a) + f(a)f(x) + 9(x)f(x)(x - a))(x - a). Vstavimo x = a v oklepaj na desni in z upoštevanjem 9(a) = f '(a) in f(a) = g(a) preberemo znano pravilo (fg)'(a) = (9(a)g(a) + f(a)f(a) + 0) = =f (a)g(a) + f(a)g(a). Zelo kratek je tudi dokaz izreka o odvodu posredne funkcije. Izrek. Naj bo y = f(x) odvedljiva funkcija v točki a in z = g(y) odvedljiva funkcija v točki b = f(a). Potem je g°f(x) = g(f(x)) odvedljiva funkcija v točki a in velja (g°f)(a) = (g° f)(a) f(a) Za dokaz zapišimo definicijo odvedljivos-ti za funkcijo g z novimi oznakami g(y) - g(b) = f(y)(y - b) ter vstavimo y = f(x), b = f(a) in y - b = =f(x) - f(a) = 9(x)(x - a), g(f(x)) = g(f(a)) + f(f(x)) 9(x)(x - a). Torej je kompozitum g°f odvedljiva funkcija v točki a in (g°f)'(a) = f)) 9(a) = ¿(f(a)) f'(a) 59 Podobno kratki in predvsem konceptualno nezahtevni so tudi dokazi drugih lastnosti odvoda, ki jih tu ne bomo navajali. 5 Caratheodoryjeva definicija odvedljivosti Pri posplošitvi odvoda na večji razred funkcij ne gre brez uporabe limit. Tudi tu lahko limite skrijemo v definicijo zveznosti, ki je verjetno dijakom precej bolj intuitivno razumljiva, saj poznajo skorajda samo funkcije, ki so zvezne na svojih definicijskih območjih. Limite uporabimo šele v konkretnih primerih oziroma tedaj, ko res ne gre brez njih. Primerna definicija zveznosti je seveda vredna posebne pozornosti, in kot že omenjeno, podrobna obravnava presega namen tega prispevka. Vsekakor je dijakom vredno povedati, da gre za formalizacijo lastnosti funkcije, katere graf je neprekinjena krivulja. Potem bi bilo naravno govoriti o zveznosti na (zaprtem) intervalu in uporabiti standardno definicijo enakomerne zveznosti. Potem lahko rečemo, da je funkcija zvezna tudi v vsaki točki intervala in imamo ekvivalentno definicijo običajni. Bistveno sporočilo tega odstavka je, da je mogoče in morda smiselno definirati zveznost funkcije pred definicijo limite, manj pomembno pa je tu vprašanje, ali to naredimo na tu nakazani ali na standardni način, ko začnemo z definicijo zveznosti funkcije v točki. V nadaljevanju predpostavljamo, da so zvezne funkcije in njihove lastnosti znane. Sklepi so, kot bomo videli na primerih, vedno zelo podobni: ker je nek izraz, sestavljen iz zveznih funkcij, zvezna funkcija, sklepamo, da je obravnavana funkcija odvedljiva in iz oblike izraza preberemo pravilo za izračun njenega odvoda. Naj bo zdaj f poljubna realna funkcija, zanima nas tangenta na graf funkcije f v točki x = a. Enačba tangente mora biti y = f(a) + + k(x - a). Kot prej mora imeti enačbaf(x) = = f(a) + k(x - a) pri x = a rešitev, ki ni enostavna. Zapišimo f(x) - f(a) = g(x)(x - a) = g(a)(x - a) + + (g(x) - g(a))(x - a). Izkaže se, da je dovolj zahtevati limx ^ g(x) = g(a), ali drugače rečeno, g mora biti zvezna funkcija v točki a. Potem lahko rečemo, da je za k = g(a) y = f(a) + k(x - a) tangenta na graf funkcije f v točki (a, f(a)). To nas je pripeljalo do Cartheodoryjeve definicije odvoda: Definicija odvoda odvedljive funkcije (Caratheodory) [2,3]. Funkcija f je odvedljiva v točki x0 natanko tedaj, ko obstaja funkcija f, zvezna v točki x0, tako da je f(x) = f(x) + f(x) (x - xQ) (3) Vrednost f(x0) imenujemo odvod funkcije f v točki x0 in jo označimo z f'(x0). Odvedljivost funkcije f z leve (z desne) je ekvivalentna obstoju funkcije f zvezne z leve (z desne). Caratheodoryjeva definicija je posploši-tev prej zapisane definicije odvoda polinoma in je enakovredna običajni definiciji odvoda, ki ga definiramo kot limito diferenčnega kvocienta, kot v [6] (in podobno [1]): Definicija. Odvod funkcije f v točki x0 je enak limiti f'(x0) (4) Funkcija je v točki x0 odvedljiva, če eksisti-ra limita na desni, na kakršen koli način gre h proti 0. 060 Odvod funkcije brez uporabe limit Ekvivalentnost definicij je mogoče hitro videti. Res, iz (3) sledi, da je povsod razen pri x = x0 (x) = ^ffitf X—XQ Funkcija f je zvezna v točki x0 natanko tedaj, ko obstaja limita diferenčnega kvocienta (4). Tedaj je f (x0) = /'(x0). £ Pravila za odvajanje v splošnem Privzamemo, da poznamo definicijo in izreke o zveznosti vsote, produkta, kompozitu-ma ... zveznih funkcij. Za primer zapišimo dokaz pravila za odvod inverzne funkcije in za odvod kvocienta. Videli bomo, da so tehnično dokazi enaki kot prej, le (p e 2T v f(x) - /(a) = Cf-1û')) da realno funkcijo, ki je zvezna v točki y0 in _ , 1 11 (rl)'(yQ)=«»(cro'oo) = vw = mj Nekaj več, a še vedno ne veliko, računanja je treba za dokaz pravila za odvod kvocienta. Naj bo g(x0) # 0. /O) f(x o) fWs&o)-/(io)sW #00 fl(*o) iWiW Ker je funkcija s predpisom -/(*)iK*)+g(*M*) zvezna v točki x0, je B(x)g(x o) (5) kvocient j odvedljiva funkcija in g /A' r . -/Oo)*K*o) + flQo)