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Possibilidades de usar tecnologias da informação no ensino da matemática (a exemplo de
um método gráfico funcional para resolver
equações)
RPGE
–
Revista
on line de Política e Gestão Educacional
,
Araraquara, v. 25, n. esp. 6, p. 3585
-
3595,
dez
. 2021.
e
-
ISSN:1519
-
9029
DOI:
https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.6.16118
3585
POSSIBILIDADES DE USAR TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO NO ENSINO DA
MATEMÁTICA (A EXEMPLO DE UM MÉTODO GRÁFICO FUNCIONAL PARA
RESOLVER EQUAÇÕES)
POSIBILIDADES DE UTILIZAR TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN EN LA
ENSEÑANZA DE LAS
MATEMÁTICAS (SOBRE EL EJEMPLO DE UN MÉTODO
FUNCIONAL
-
GRÁFICO PARA RESOLVER ECUACIONES)
POSSIBILITIES OF USING INFORMATION TECHNOLOGIES IN TEACHING
MATHEMATICS (ON THE EXAMPLE OF A FUNCTIONAL
-
GRAPHIC METHOD
FOR SOLVING EQUATIONS)
Irina V. KOCHETOVA
1
Li
diya S. KAPKAEVA
2
Nadezhda A. KHRAMOVA
3
Natalia N. DERBEDENEVA
4
RESUMO:
O artigo é dedicado à metodologia para a formação de um método gráfico
-
funcional em alunos utilizando as tecnologias de informação. O artigo descreve os fundamentos
teóricos do ensino do método gráfico
-
funcional para resolução de equações; recomendações
m
etodológicas para a formação de ações
adequadas
dos alunos a este método com a utilização
de software. Para estudar as possibilidades de utilização das tecnologias da informação no
ensino de disciplinas matemáticas aos alunos, para determinar a sua eficáci
a, o estudo foi
realizado na Faculdade de Física e Matemática da Universidade Pedagógica do Estado de
Mordóvia
em homenagem a
M. E. Evsevyev. O processo de pesquisa envolveu métodos
teóricos (estudo e análise da literatura científica e metodológica educaci
onal). Também foram
utilizados métodos empíricos
-
monitoramento das atividades educacionais dos alunos, das
atividades profissionais dos professores, pesquisas com o contingente especificado.
PALAVRAS
-
CHAVE:
Ensino de matemática. Tecnologia da informação
. Método gráfico
-
funcional. Equações.
1
Universidade Pedagógica do Estado da Mordovia em homenagem a M.E. Evsevyev
, Saransk
–
Rússia
.
Candidata
em
Ciências Pedagógicas, Departamento de Matemática e Métodos de Ensino da Matemática
.
ORCI
D:
https://orcid.org/0000
-
0001
-
5084
-
0081. E
-
mail:
irina_v_kochetova@mail.ru
2
Universidade Pedagógica do Estado da Mordovia em homenagem a M.E. Evsevyev
, Saransk
–
Rússia
.
Doutora
em Ciências Pedagógicas, Departamento de Matemática e Métodos de Ensino da Matemática
.
ORCID:
https://orcid.org/0000
-
0003
-
2445
-
3824. E
-
mail:
skapkaeva@mail.ru
3
Universidade Pedagógica do Estado da Mordovia em homenagem a M.E. Evsevyev
, Saransk
–
Rússia
.
Candidata
em Ciências Físicas e Matemática
s, Departamento de Matemática e Métodos de Ensino da Matemática.
ORCID:
https://orcid.org/0000
-
0002
-
0239
-
2314. E
-
mail:
nadegdalem@mail.ru
4
Universidade Pedagógica do Estado da Mo
rdovia em homenagem a M.E. Evsevyev
, Saransk
–
Rússia
.
Candidata
em Ciências Pedagógicas, Departamento de Matemática e Métodos de Ensino da Matemática
. ORCID:
https://orcid.org/0000
-
0001
-
9339
-
3605. E
-
mail:
nnderbe
deneva@mail.ru
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Irina V. KOCHETOVA; Lidiya S. KAPKAEVA; Nadezhda A. KHRAMOVA
e
Natalia N. DERBEDENEVA
RPGE
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Revista
on line de Política e Gestão Educacional
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Araraquara, v. 25, n. esp. 6, p. 3585
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ISSN:1519
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DOI:
https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.6.16118
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RESUMEN:
El artículo está dedicado a la metodología para la formación de un método
gráfico funcional en estudiantes utilizando tecnologías de la información. El artículo describe
los fundamentos teóricos de la enseñ
anza del método gráfico funcional para la resolución de
ecuaciones; recomendaciones metodológicas para la formación de acciones de los estudiantes
que se adecuen a este método con el uso de software. Para estudiar las posibilidades del uso
de las tecnologí
as de la información en la enseñanza de disciplinas matemáticas a los
estudiantes, para determinar su efectividad, el estudio se llevó a cabo en la Facultad de Física
y Matemáticas de la Universidad Pedagógica Estatal de Mordovia que lleva el nombre de M.
E. Evsevyev. El proceso de investigación involucró métodos teóricos (el estudio y análisis de
literatura científica y metodológica, educativa). También se utilizaron métodos empíricos: se
monitorearon las actividades educativas de los estudiantes, las acti
vidades profesionales de
los maestros, se realizaron encuestas del contingente especificado.
PALABRAS CLAVE:
Enseñanza de matemáticas. Tecnología de la información. Método
gráfico funcional.
Ecuaciones.
ABSTRACT:
The article is devoted to the
methodology for the formation of a functional
-
graphic method in students using information technologies. The article describes the
theoretical foundations of teaching the functional
-
graphic method for solving equations;
methodological recommendations for t
he formation of students' actions that are adequate to
this method with the use of software. To study the possibilities of using information technologies
in teaching mathematical disciplines to students, to determine their effectiveness, the study was
cond
ucted at the Faculty of Physics and Mathematics of the Mordovian State Pedagogical
University named after M. E. Evsevyev. The research process involved theoretical methods (the
study and analysis of scientific and methodological, educational literature). E
mpirical methods
were also used
–
monitoring the educational activities of students, the professional activities of
teachers, surveys of the specified contingent were conducted.
KEYWORDS:
Teaching mathematics. Information technology.
Functional
-
graphic me
thod.
Equations.
Introdução
A eficácia do uso das tecnologias da informação no processo educacional de escolas e
universidades, inclusive no ensino de disciplinas matemáticas, tem sido estudada por diversos
autores.
(
KOCHETOVA
;
SARVANOVA
;
PORVATKIN
,
2021;
DERBEDENEVA
et al.
,
2018;
SIMSEK
;
BALABAN
, 2010;
SHUKSHINA
;
HULL
;
RYZHOV
,
2020
).
Os trabalhos de muitos matemáticos e metodólogos são dedicados a questões
relacionadas à formação da capacidade dos alunos de aplicar o método gráfico
-
funcional na
resolução de equações. A cara
cterística unificadora desses trabalhos é a consideração de uma
gama limitada de aspectos metodológicos relevantes.
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Possibilidades de usar tecnologias da informação no ensino da matemática (a exemplo de
um método gráfico funcional para resolver
equações)
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V. I. Golubev (2007) observou as principais regularidades que regem os processos de
resolução de equações usando o método
gráfico
-
funcional. Eles estão associados às operações
específicas do aluno que usa esse método e são expressos em uma forma de atividade.
Vamos delinear brevemente a composição das principais operações que devem ser
formadas no aluno da aplicação do método
gráfico
-
funcional para resolver equações:
-
procurar sinais que permitam atribuir uma equação a uma classe de equações já
conhecida;
-
verificar o registro existente da equação quanto à conformidade com o formulário
padrão e trazê
-
lo a ele (se necessário)
;
-
escrevendo a equação na forma
푞
(
푥
)
=
ℎ
(
푥
)
em várias versões
;
-
elaborando funções do formulário
푦
1
=
푞
(
푥
)
;
푦
2
=
ℎ
(
푥
)
com base nos resultados da
operação anterior;
-
traçar duas funções conhecidas do mesmo grupo;
-
estudando o gráfico para a presença de r
aízes e seu número, obtendo uma resposta.
Obviamente, essa lista de ações está incompleta e pode ser alterada dependendo da
equação existente, mas esses elementos estruturais devem ser apresentados na hora de resolver.
V. I. Golubev apresenta a correspondê
ncia entre as operações acima e as ações
educativas universais cognitivas formadas durante sua implementação.
S. V. Akmanova (2020) considera a formação de ações correspondentes ao método
gráfico
-
funcional de resolução de equações como um meio eficaz de pr
eparação para os exames
finais de matemática. Em seus trabalhos, são dados tanto exemplos de tarefas específicas quanto
a estrutura de signos por meio dos quais é possível avaliar tarefas para posteriormente compor
uma sequência didática e metodologicament
e correta para ensinar os alunos a resolver
problemas com um parâmetro.
A originalidade da visão de E. V. Bazhenova (2018) sobre o problema da formação do
método em consideração nos alunos se reflete nas recomendações para a seleção de tarefas.
Entre todo
o conjunto destes últimos, deve haver necessariamente aqueles que não requerem a
construção de gráficos de funções. Neste caso, os alunos devem, pelo menos a nível visual,
possuir ideias sobre as propriedades das funções selecionadas durante a solução. Dep
ois de
resolver o problema de uma maneira, eles devem ser solicitados a fundamentar
independentemente a irracionalidade ou ineficiência da outra e, em alguns casos, pelo contrário,
suas vantagens.
A. V. Imanova (2018) enfatiza a importância de desenvolver
nos alunos a capacidade
de compor tarefas de forma independente para a aplicação do método gráfico
-
funcional na
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Irina V. KOCHETOVA; Lidiya S. KAPKAEVA; Nadezhda A. KHRAMOVA
e
Natalia N. DERBEDENEVA
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resolução de equações. Em seu trabalho, é apresentado um esquema metodológico que permite
ao professor organizar o processo acima. Seus principa
is componentes são:
-
actualização dos conhecimentos sobre as características da aplicação do método
gráfico
-
funcional à resolução de uma equação deste tipo;
-
solução da equação proposta;
-
análise do desenho proposto pelo professor com gráficos de funçõe
s que ilustram a
solução de uma equação deste tipo desconhecida dos alunos;
-
autocompilação pelos alunos da equação;
-
análise do conjunto de técnicas subjacentes à solução do método gráfico
-
funcional de
uma equação deste tipo com a atribuição da técnica
central (referência).
Os grupos de técnicas, que são os componentes deste método, são descritos. Cada um
deles corresponde à classe de tarefas selecionadas pelo autor. A vantagem do esquema proposto
de interação entre o professor e os alunos é a possibilid
ade de uma verificação qualitativa do
resultado educacional com base nos critérios universais especificados pelo autor.
Vários aspectos metodológicos de ensinar aos alunos o método gráfico
-
funcional para
resolver equações usando ferramentas de software for
am desenvolvidos por T. A. Almazova
(2019), E. E. Detterer (2017).
O primeiro autor (ALMAZOVA et al., 2019) destacou uma sequência de ações básicas
que são adequadas ao método gráfico
-
funcional para resolução de equações e formadas usando
a ferramenta do s
oftware matemático GeoGebra. Na sua base foi compilado um conjunto de
exercícios, correspondentes ao tipo de «tarefa prática
-
perguntas à tarefa». As vantagens desta
abordagem são óbvias. Estes incluem: uma base visual para a aprendizagem; um alto grau de
independência das ações dos alunos. A desvantagem dessa abordagem é a falta de clareza no
princípio de combinar variantes de tarefas sem máquina e sem máquina e sua alternância. Nos
exemplos específicos de grupos apresentados pelo autor, as tarefas nomead
as são dispostas de
forma escolhida sem justificativa.
E. E. Detterer (2017) apresenta exemplos de uso do programa GeoGebra no ensino da
resolução de problemas com parâmetros na fase inicial. O autor propôs um esquema para a
solução passo a passo deste tip
o de equações pelo método gráfico
-
funcional. Essa organização
da solução da equação permite desenvolver a capacidade dos alunos de visualizar como o plano
coordenado com a solução deve se parecer aproximadamente, e isso, por sua vez, também é
necessário pa
ra concretizar as áreas de variação do parâmetro que precisam ser investigado.
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Possibilidades de usar tecnologias da informação no ensino da matemática (a exemplo de
um método gráfico funcional para resolver
equações)
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on line de Política e Gestão Educacional
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Araraquara, v. 25, n. esp. 6, p. 3585
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Material e métodos
Para estudar as possibilidades de uso das tecnologias da informação no ensino de
disciplinas matemáticas aos alunos, para determinar sua eficácia, o estudo foi realizado na
Faculdade de Física e Matemática da Universidade Pedagógica do Estado da Mordovia e
m
homenagem a M. E. Evsevyev. O processo de pesquisa envolveu métodos teóricos (o estudo e
análise da literatura científica e metodológica, educacional). Também foram utilizados métodos
empíricos
–
acompanhamento das atividades educativas dos alunos, das a
tividades profissionais
dos professores, levantamentos do contingente especificado. O estudo baseou
-
se nos dados
obtidos pelos autores como resultado de testar os métodos e meios desenvolvidos de ensino aos
alunos da Faculdade de Física e Matemática em aul
as teóricas e práticas durante o ensino a
distância.
Os materiais do artigo podem ser utilizados pelos docentes das disciplinas
metodológicas das universidades pedagógicas, têm significado prático, permitirão realizar a
orientação profissional da formação.
Resultados e discussões
Descrevemos a metodologia de ensino para o método gráfico
-
funcional de resolução de
equações usando software.
Aqui estão as ações, cuja formação constitui a base do ensino do método gráfico
-
funcional de resolução de
equações como parte do trabalho de desenvolvimento da capacidade
dos alunos de construir e analisar os gráficos de funções resultantes:
-
funções gráficas; avaliação da possibilidade da presença das raízes da equação em um
determinado intervalo;
-
identifi
cação de pontos de intersecção de gráficos de funções;
-
revelando a monotonia da função;
-
avaliação da relação mútua dos conjuntos de valores de duas funções;
-
investigação do comportamento da função para diversos valores dos parâmetros
incluídos na fór
mula que a define;
-
identificação dos valores dos parâmetros incluídos na equação original, nos quais as
funções compiladas com base nesta equação têm pontos comuns;
-
estabelecimento de dependências entre imagens gráficas de funções, permitindo
reduzir a
solução desta equação à consideração de um caso particular de configuração para uma
dada escolha de parâmetros.
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Irina V. KOCHETOVA; Lidiya S. KAPKAEVA; Nadezhda A. KHRAMOVA
e
Natalia N. DERBEDENEVA
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Revista
on line de Política e Gestão Educacional
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A seguir, apresentamos a composição das operações, cuja formação com o uso de
software é a parte principal do trabalho de ensinar aos alunos o
método gráfico
-
funcional para
resolver equações:
1) compilação de grupos de fórmulas que definem funções com base nesta equação;
2) avaliação das imagens gráficas que potencialmente podem ser obtidas ao traçar
gráficos para cada grupo, a fim de selecionar
a imagem mais acurada e adequada à condição de
obtenção;
3) análise do grupo selecionado: destacando os parâmetros das variáveis incluídas em
cada fórmula;
4) avaliação dos limites admissíveis de variação dos parâmetros;
5) declaração de parâmetros de vari
áveis no programa;
6) definir os valores iniciais e finais dos parâmetros das variáveis de acordo com os
limites de variação permissíveis selecionados;
7) configurar funções no programa (escrevendo uma fórmula na linha de entrada) e
enviar um comando para
construir um gráfico (se este último for necessário devido às
peculiaridades do software);
8) avaliação da qualidade da imagem resultante
-
se for impossível definir os pontos de
interseção, é necessário ajustar a escala de exibição ou os valores dos parâm
etros;
9) definir o valor da abscissa dos pontos de interseção dos gráficos
-
passando o cursor
do mouse ou utilizando a ferramenta apropriada no programa (se disponível);
10) realizar um estudo das alterações da imagem alterando os valores dos
parâmetros
(se necessário, dependendo do objetivo do estudo).
As atividades do professor destinadas a ensinar o método em consideração usando a
tecnologia da informação devem ser organizadas no âmbito da formação das ações acima. É
bem possível que alguns
elementos da última lista sejam introduzidos pelos alunos no algoritmo
de resolução de equações pelo método gráfico
-
funcional usando o programa selecionado. De
modo geral, essas ações são obrigatórias (fundamentais), mas não as únicas.
Vamos descrever os c
omponentes do método gráfico
-
funcional para resolver equações,
apresentando
-
os na forma de resultados da resolução das tarefas apresentadas a seguir.
Uma visão geral de um exemplo da aplicação do método gráfico
-
funcional para
resolver equações
Os alunos de
vem ser convidados a familiarizar
-
se com as soluções de várias equações
pelo método em consideração e, em seguida, destacar a sequência de ações necessárias para
resolver. É necessário convidar os alunos a dividir independentemente todo o processo de
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um método gráfico funcional para resolver
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soluç
ão em etapas, inseri
-
los em uma tabela especial com uma justificativa para o objetivo das
ações que estão sendo executadas.
Vamos apresentar as formulações de tarefas adequadas a esta etapa.
O exercício 1. Familiarize
-
se com a solução da equação pelo métod
o gráfico
-
funcional.
O exercício 2. Estude cuidadosamente o processo apresentado de resolução da equação
pelo método gráfico
-
funcional. Realce a sequência de etapas na solução.
O exercício 3. Revise as etapas para cada uma das etapas que você destacou.
O e
xercício 4. Responda às perguntas.
1. Qual é o resultado de cada etapa destacada?
2. Qual é o objetivo das ações em cada etapa?
O exercício 5. Usando a ferramenta de software, complete as construções mostradas no
exemplo.
Elaboração de um algoritmo para re
solução de equações pelo método gráfico
-
funcional
Nesta fase, os alunos deverão, para além do conteúdo da fase anterior, analisar 2
-
3
exemplos de resolução de equações pelo método em estudo. Ao mesmo tempo, as conclusões
obtidas devem ser correlacionadas c
om os resultados da realização dos exercícios 2
-
4, se
possível, pronunciando as razões das diferenças nas ações, se houver. Ao trabalhar com
exemplos, o professor deveria fazer aos alunos perguntas que os levassem à ideia da presença
de comunalidade nas aç
ões de resolução de equações, que deveriam ser selecionadas de tal
forma que trabalhar com eles envolvesse o uso de diferentes técnicas que são adequados para o
método em consideração.
O exercício 6. Considere exemplos de resolução de equações pelo método
gráfico
-
funcional. Compare as composições de ações que compõem a solução. Identifique as
semelhanças e diferenças, explique a existência destas últimas.
O exercício 7. Faça um algoritmo para resolver equações pelo método gráfico
-
funcional.
O
exercício 8. Escreva uma descrição da sequência de ações ao trabalhar com a
ferramenta de software ao resolver uma equação de acordo com o algoritmo que você compilou
na tarefa anterior.
Aplicando o algoritmo para resolver equações
Antes de aplicar o algor
itmo compilado à resolução de equações por um método gráfico
-
funcional usando uma ferramenta de software, deve
-
se realizar um trabalho adicional com os
alunos para formar as ações de preparação da equação, trazendo
-
a para uma forma aceitável
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para a aplicaç
ão do método. Também é aconselhável organizar esta atividade em etapas, que
caracterizaremos mais adiante.
Elaboração de fórmulas que definem funções com base em uma determinada equação
Ao considerar a possibilidade de resolver uma equação desse tipo pelo
método gráfico
-
funcional, deve
-
se primeiro avaliar a capacidade objetiva dos alunos de compor a partir dela
funções que já lhes seriam familiares. Também é óbvio que vários pares de funções podem ser
compostos a partir desta equação. Entre eles devem estar
aqueles que os alunos já estudaram
pelo menos a nível visual sem um estudo detalhado de suas propriedades.
Vamos apresentar as estruturas aproximadas de tarefas que podem ser oferecidas aos
alunos nesta fase.
O exercício 9. Considere a equação. Escreva a
visão geral desta equação.
O exercício 10. Agrupando os termos nas partes desta equação, separados pelo sinal
«=», anote todos os conjuntos possíveis da forma
{
푦
=
푓
1
(
푥
)
푦
=
푓
2
(
푥
)
.
O exercício 11. Entre os conjuntos que você registrou na tarefa anterior, an
ote aqueles
que contêm apenas as funções que você estudou. Determine o tipo de funções em cada caso.
O exercício 12. Selecione um dos conjuntos que você gravou. Determine quais linhas
representam os gráficos para cada função. Assine o nome da linha ao lado
da fórmula da função
de discagem correspondente.
Seleção de opções racionais para definir os parâmetros iniciais para a ferramenta de
software
Apresentaremos exemplos de tarefas que permitirão ao aluno rever as opções de
organização da solução,
avaliar rapidamente a sua intensidade de trabalho e escolher a mais
adequada.
O exercício 13. Pense nas opções para inserir os dados iniciais no programa para traçar
os gráficos das funções. Anote cada opção.
O exercício 14. Estime o número de ações corres
pondentes a cada caso registrado
durante a tarefa anterior. Escolha o método com a menor quantidade de ação.
Resolvendo uma equação usando uma ferramenta de software
Se o volume de operações for tal que seja difícil para os alunos aderirem à sequência de
a
ções pretendida para trabalhar com o programa, eles podem consultar a prescrição algorítmica
que compilaram ao concluir a tarefa 8.
O exercício 15. Resolva a equação original usando o programa. Indique suas raízes
como resposta.
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O exercício 16. Resolva as
equações usando o método gráfico
-
funcional.
Integração do conhecimento deste e de tópicos anteriores
O trabalho dos alunos nesta fase pode ser organizado de diferentes formas, dependendo
se os programas para trabalhar com gráficos de funções foram ou não u
tilizados no estudo dos
tópicos anteriores.
No primeiro caso, podem ser oferecidas aos alunos tarefas para destacar ações com o
programa que foram usadas ao realizar operações no âmbito das aulas anteriores e também fazer
perguntas de esclarecimento, cujo
objetivo é identificar pontos comuns na resolução de tarefas.
Além disso, o professor pode preparar um exercício em que os alunos terão que elaborar um
fluxograma gráfico conectando as ações deste tópico e dos anteriores.
No segundo caso, devem ser ofereci
das aos alunos tarefas para determinar a relação das
ações que fundamentam este método com o conteúdo previamente estudado.
Após os alunos terem formado a capacidade de aplicar ações adequadas ao método
gráfico
-
funcional de resolução de equações, podem pro
ceder à formação dos seus grupos. Para
tanto, deveriam ser selecionadas tarefas que, por um lado, envolveriam a repetição de conteúdos
previamente estudados sobre o tema e, por outro, o domínio de novas formas de trabalhar com
a equação e as funções dela d
erivadas.
Conclusão
A análise das descrições do processo de formação dos elementos do método gráfico
-
funcional de resolução de equações utilizando tecnologias de informação na literatura científica
e metodológica possibilitou identificar abordagens para
a organização do ensino do método
gráfico
-
funcional de resolução de equações apresentadas na literatura científica. A primeira
baseia
-
se na utilização de um conjunto de tarefas, compiladas com base nas ações selecionadas,
adequadas ao método, mais, em uma
situação padrão. Nesse caso, o software atua como meio
de reduzir o tempo gasto na solução. Neste caso, as tarefas são acompanhadas por um conjunto
de questões, segundo as quais o aluno pode verificar se o seu trabalho está a caminhar no bom
sentido. A se
gunda abordagem baseia
-
se na utilização de tarefas orientadas para a prática, cuja
solução envolve a preparação de equações contendo um parâmetro. Assim, os alunos precisarão
não apenas compor fórmulas de função a partir dessa equação, mas também explorar
cada uma
delas usando transformações usando os recursos da ferramenta de software selecionada, pois
algumas transformações não podem ser realizadas sem envolver os recursos da tecnologia
computacional.
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Irina V. KOCHETOVA; Lidiya S. KAPKAEVA; Nadezhda A. KHRAMOVA
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Araraquara, v. 25, n. esp. 6, p. 3585
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AGRADECIMENTOS
:
O artigo foi realizado no âmbito de uma bolsa para a realização de
trabalhos de pesquisa em áreas prioritárias de atividade científica de universidades parceiras
para interação em rede (Universidade Pedagógica do Estado de Baskir em homenagem a M.
Akmulla
e Universidade Pedagógica do Estado da Mordovia em homenagem a M. E. Evsevyev)
sobre o tema «Tecnologias de informação no ensino de disciplinas matemáticas a alunos de
universidades pedagógicas».
REFERÊNCIAS
AKMANOVA
, S. V.;
AKMANOV
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