Pojetí bodu a jeho vztahu k přímce: komparace fylogeneze a ontogeneze Magdalena Prokopová, Petr Rys



Podobné dokumenty
9 Vybrané rovinné křivky

STEREOMETRIE. Bod, přímka, rovina, prostor. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M3r0101

3.2 OBJEMY A POVRCHY TĚLES

Matematika v proměnách věků. I

Matematika PRŮŘEZOVÁ TÉMATA

Počítačové kognitivní technologie ve výuce geometrie

DĚJINY MATEMATIKY tematické okruhy ke zkoušce

3 Geometrie ve škole. krychle a její obrázek, koule a její stín, průměty trojrozměrného útvaru do roviny

ICT podporuje moderní způsoby výuky CZ.1.07/1.5.00/ Matematika analytická geometrie. Mgr. Pavel Liška

Matematika - Historie - 1

Matematika na 1. stupni ZŠ se zaměřením na využití geometrie v praxi

Cvičení z matematiky jednoletý volitelný předmět

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Systematizace a prohloubení učiva matematiky. Učebna s dataprojektorem, PC, grafický program, tabulkový procesor. Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

B) výchovné a vzdělávací strategie jsou totožné se strategiemi vyučovacího předmětu Matematika.

rovnic. S těmito tématy se v současných učebnicích matematiky

Redukcionismus a atomismus

MATEMATIKA 5. TŘÍDA. C) Tabulky, grafy, diagramy 1 - Tabulky, doplnění řady čísel podle závislosti 2 - Grafy, jízní řády 3 - Magické čtverce

CZ 1.07/1.1.32/

MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY. Učební osnova předmětu MATEMATIKA. pro nástavbové studium. varianta B 6 celkových týd.

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

RENESANCE A OSVÍCENSTVÍ

Matematika. 6. ročník. Číslo a proměnná. desetinná čísla (využití LEGO EV3) číselný výraz. zaokrouhlování desetinných čísel. (využití LEGO EV3)

MO-ME-N-T MOderní MEtody s Novými Technologiemi CZ.1.07/1.5.00/

Ludwig WITTGENSTEIN: Tractatus Logico-Philosophicus, 1922 Překlad: Jiří Fiala, Praha: Svoboda, 1993

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ. u. v = u v + u v. Umět ho aplikovat při

Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64, 37021

ŠVP Školní očekávané výstupy. - vytváří konkrétní soubory (peníze, milimetrový papír, apod.) s daným počtem prvků do 100

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

ZÁKLADNÍ PLANIMETRICKÉ POJMY

Matematika. Vlastnosti početních operací s přirozenými čísly. Sčítání a odčítání dvojciferných čísel do 1 000, zpaměti i písemně.

ŘEŠENÍ MULTIPLIKATIVNÍCH ROVNIC V KONEČNÉ ARITMETICKÉ STRUKTUŘE

ICT podporuje moderní způsoby výuky CZ.1.07/1.5.00/ Matematika planimetrie. Mgr. Tomáš Novotný

Předpokládané znalosti žáka 1. stupeň:

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Pythagorova věta Pythagorova věta slovní úlohy

Seznam publikací. Učební texty

GRAFICKÉ ŘEŠENÍ ROVNIC A JEJICH SOUSTAV

Racionalismus. Představitelé jsou René Descartes, Benedikt Spinoza, G. W. Leibnitz.

Gymnázium, Brno. Matice. Závěrečná maturitní práce. Jakub Juránek 4.A Školní rok 2010/11

Matematika. 7. ročník. Číslo a proměnná celá čísla. absolutní hodnota čísla. zlomky. racionální čísla

ETIKA. Benedictus de SPINOZA

Zobrazování těles. problematika geometrického modelování. základní typy modelů. datové reprezentace modelů základní metody geometrického modelování

Pythagorova věta Pythagorova věta slovní úlohy. Mocniny s přirozeným mocnitelem mocniny s přirozeným mocnitelem operace s mocninami

1.1 Základní pojmy prostorové geometrie. Předmětem studia prostorové geometrie je prostor, jehož prvky jsou body. Další

Co vedlo ke zkoumání řezů kuželové plochy?

Euklidovský prostor. Funkce dvou proměnných: základní pojmy, limita a spojitost.

II. MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Aleš Trojánek MACHŮV PRINCIP A STŘEDOŠKOLSKÁ MECHANIKA Mach s Principle and the Mechanics at Secondary Schools

Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Název projektu: Inovace a individualizace výuky

osobnostní rozvoj cvičení pozornosti,vnímaní a soustředění při řešení příkladů,, řešení problémů

Digitální učební materiál

Konstruktivistické přístupy. Mnohočleny, lomené algebraické výrazy.

MOCNINY A ODMOCNINY. Standardy: M M PYTHAGOROVA VĚTA. Standardy: M M

Historické extremální úlohy

Historie matematiky a informatiky

PŘÍMKA A JEJÍ VYJÁDŘENÍ V ANALYTICKÉ GEOMETRII

Staroegyptská matematika. Hieratické matematické texty

SSOS_AJ_3.17 Czech education

ANTICKÁ FILOSOFIE, pracovní list

Ludolfovo číslo přepočítá z diskrétního do Euklidova prostoru - 1

Digitální učební materiál

i=1 Přímka a úsečka. Body, které leží na přímce procházející body a a b můžeme zapsat pomocí parametrické rovnice

Maturitní témata profilová část

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

Fibonacciho čísla na střední škole

Význam a výpočet derivace funkce a její užití

Vyučovací hodiny mohou probíhat v multimediální učebně a odborných učebnách s využitím interaktivní tabule.

Matematika. 8. ročník. Číslo a proměnná druhá mocnina a odmocnina (využití LEGO EV3) mocniny s přirozeným mocnitelem. výrazy s proměnnou

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace 2 Vzdělávací obor: Matematika 3 Ročník: 8. 4 Klíčové kompetence. Opakování 7.

Heuristiky ve výuce matematiky

Základní škola Fr. Kupky, ul. Fr. Kupky 350, Dobruška 5.2 MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE Matematika 8.

Tematický plán pro školní rok 2015/16 Předmět: Matematika Vyučující: Mgr. Marta Klimecká Týdenní dotace hodin: 5 hodin Ročník: třetí

Matematika - 6. ročník Očekávané výstupy z RVP Učivo Přesahy a vazby desetinná čísla. - zobrazení na číselné ose

Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

1.3. Číselné množiny. Cíle. Průvodce studiem. Výklad

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Průřezová témata Poznámky. Téma Školní výstupy Učivo (pojmy) volné rovnoběžné promítání průmětna

NURBS REPREZENTACE KŘIVEK V MAPLE

DUM č. 4 v sadě. 9. Zsv-1 Opakování k maturitě ze ZSV

Maturitní témata z matematiky

Základní škola Fr. Kupky, ul. Fr. Kupky 350, Dobruška 5.2 MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE MATEMATIKA A JEJÍ APLIKACE Matematika 7.

- čte a zapisuje desetinná čísla MDV kritické čtení a - zaokrouhluje, porovnává. - aritmetický průměr

Vzdělávací obor matematika

GEOMETRICKÁ MÍSTA BODŮ V MATEMATICE ZŠ ÚVOD

TEMATICKÝ PLÁN. září říjen

Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace Vyučovací předmět MATEMATIKA 1. OBDOBÍ Oblast:

Vlasta Moravcová. Matematicko-fyzikální fakulta & Nad Ohradou 23 Univerzita Karlova v Praze Praha 3. Letní škola geometrie 2018,

Tematický plán učiva. Předmět : Matematika a její aplikace Školní rok : Třída-ročník : 4. Vyučující : Věra Ondrová

Nikolić Aleksandra Matěj Martin

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

INFINITESIMÁLNÍHO POČTU

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

Matematika - 4. ročník Vzdělávací obsah

pracovní listy Výrazy a mnohočleny

Matematika a její aplikace - 1. ročník

1.4. VEKTOROVÝ SOUČIN

Transkript:

Pojetí bodu a jeho vztahu k přímce: komparace fylogeneze a ontogeneze Magdalena Prokopová, Petr Rys ABSTRACT: A point and a straight line are fundamental objects of Euclidian geometry which is taught at basic and secondary schools. Philosophers meditated on the nature of a point and a straight line long before Euclid (from the 6 th century BC). But it was Euclid (about 325-265 BC) who delimited the concept of a point and a straight line (and others) in the First book of his Elements (Stocheia) by means of a definition. The phylogenesis of a point and its relation to a straight line is marked out by names such as Viete, Kepler, Leibniz, Newton, Bolzano and Cantor. Students meet the concept of a point before they start to create their geometrical structures. Our analysis will try to show that there is a strong parallel between the ontogenetic and phylogenetic aspects of the conception of a point and its relation to a straight line, a ray and/or a segment. Historický vývoj pojmu bod Hlavním problémem řecké matematiky v 6. a 5. století před naším letopočtem byly konstrukční problémy. Pomalu se začínají vytvářet geometrické struktury a upřesňují se názory na to, co je a co není při konstrukci povoleno. Pojem bodu a přímky se postupně zpřesňuje. Pozornost se postupně přesouvá od řešení konkrétních problémů k ideálním objektům. Pythagoras (580 500 př. n. l.) definuje, podle Prokla, bod jako monádu, která má pozici. Bod je taková jednotka, která má umístění. Pythagorejská škola chápe prostor jako souhrn bodů. [Struik 1963, 42] Parmenides (z Eley, kolem 530 470 př. n. l.) uvažuje nad tím, jak je svět poznatelný. Srovnává smyslové a intelektuální poznání, např.: Co je to bod? Tečka na papíru? Nebo je tečka jen modelem bodu? Čára namalovaná na papíře není reálným geometrickým objektem, je to jen jakýsi model, pouhý obraz. [Hejný 1985, 50 51] Zenon (z Eley 490 430 př. n. l.) ve svých aporiích mistrovsky ukazuje konflikt mezi smyslovým vnímáním a myšlenkovou abstrakcí a idealizací. Pravděpodobně jako rekce na Zenonovy aporie rozvíjí Demokritos (470 360 př. n. l.) svůj matematický atomizmus 1. Tato teorie předpokládá existenci nedělitelné jednotky, která má nenulovou velikost. Tuto jednotku nelze rozdělit nekonečným dělením na ideální geometrický objekt. Všechny matematické objekty mají své přímé hmotné vzory: ideální matematický bod či přímka pro Demokrita neexistují. [Drábek 1998, 175] Aristoteles (ze Stageiry, 384 322 př. n. l.) srovnává jednotku a bod jako monády, přičemž první z nich nemá pozici a druhá ano. [Hejný 1985, 68] Na základě Platonovy (427/8 347 př. n. l.) filozofie idejí Eudoxos (z Cnidy, 408 355 př. n. l.) formuluje svou myšlenku spojité geometrie, kterou dovedl Euklides ve své práci k dokonalosti. Euklides definuje bod následujícím způsobem: Bod je to, co nemá dílu. Své 1 Demokritova myšlenka matematického atomu byla později využita v matematické analýze např. Vietem a Keplerem v 16. stol.

definice formuluje přesně podle zásad Aristotelovy filosofie. Bod ale vysvětluje v souladu s Platonovou filosofií světa idejí. Tedy idea části není přítomna v ideji bodu. Umístění přísluší pouze ideji konkrétního bodu. Euklides dále uvádí: Hranicemi čáry jsou body. Přímku definuje 2 takto: Čára je délka bez šířky. a Přímá je čára (přímka), která svými body táhne se rovně. Euklides nezdůrazňuje spojitost čar (a jiných objektů). Pravděpodobně ji považuje za samozřejmou. Vysvětluje to jeho první postulát: Budiž úkolem od kteréhokoli bodu ke kterémukoli bodu vésti přímku. Druhý postulát říká: A přímku omezenou nepřetržitě rovně prodloužiti. Tady Euklides chápe přímku jako potenciálně nekonečnou, spojitou a obsahující body. Vědci 16. a 17. století, jako Kepler, Viete, Cavalieri nebo Torricelli rozvíjí metody, které vedlou k infinitesimálnímu kalkulu. Vrací se k myšlence Demokritova atomizmu. Cavalieri používá teorii indivisibilií (v Geometria indivisibilius continuorum, 1635), kde přímka je vytvořena pohybem bodů. [Struik 1963, 96] Descartes objevuje analytickou geometrii (v Géométrie, 1637) a začíná využívat algebru pro řešení geometrických problémů. Ale souřadnice jako takové zavádí až Leibniz. Teorie množin přinesla nový pohled na všechny geometrické objekty a nabídla ideální objekt pro zkoumání pojmu nekonečna. Fenomény fylogeneze pojmu bod Analýzou historického vývoje chápání bodu a jeho vztahu k přímce jsme identifikovali následující jevy jejich vymezení. odhlédnutí od konkrétního obrázku přechod od reálných objektů k ideálním určení pozice velikost a pozice malost jednotka prostoru izolovanost materialita nedělitelnost konec čáry algebraický popis (souřadnice) Analýzou výpovědí studentů se pokusíme popsat jevy chápání bodu pravděpodobného ontogenetického vývoje. Metodologie Ve standardizovaných rozhovorech se 16 žáky a studenty ve věku 9 až 18 let byly použity následující problémy: 1. Co je to bod? 2. Mějme úsečku AB. Rozdělme ji bodem C v poměru 2:3. Rozděl ji na dvě části právě v bodě C. Jaké objekty vznikly? Které body jsou hraniční? 3. Z kolika bodů se skládá přímka (polopřímka, úsečka)? Rozhovory jsme vedli buď s jedním studentem nebo v případě druhého problému se dvěmi nebo třemi studenty najednou. V doplňujících otázkách o velikosti a tvaru bodu, nejkratší vzdálenosti mezi dvěmi různými body a důvodech jednotlivých odpovědí jsme používali stejné výrazy, které uvedli respondenti v průběhu rozhovoru. Všechny rozhovory byly nahrány na diktafon a později přepsány. 2 Eukleides užívá pojem eutheia pro přímku, polopřímku i úsečku. Jestliže potřebuje zdůraznit konečnost čáry, užívá pojem peperasmenes a pro nekonečnou čáru užívá pojem ep apeiron.

Ukázka rozhovorů a naše komentáře Z protokolů rozhovorů jsme vybrali následující části, které mohou ilustrovat určité jevy chápaní pojmu bod a jeho vztahu k přímce zkoumaných respondentů. Rozhovor 1: Jakub, 12 let E27: Takže, má bod nějakou velikost? J28: Ve skutečnosti může bejt nějak velikej. (Ukazuje na čárku znázorňující bod na papíře.) E29: Já nemyslím namalovaný bod, já myslím doopravdy, geometrický bod. J30: (3 s) No, tak tady ten bod (5 s) velikost je tohle. (Ukazuje na bod na papíře.) E53: Podívej se na body B a D. Mají mezi sebou střed? J54: Ano. E55: Ale ty jsi říkal, že mezi nimi už nic není? J56: Hmm. Tak ten střed. (3 s) Jenže on nemá žádnou velikost, tak může být tam, kde nic není. Komentář: Chlapec cítí, že existují dva rozdílné světy materiální a geometrický. Tyto světy se dostávají do konfliktu, což ukazují především řádky J28 a E29. Objekt, který má nulovou velikost nemůže existovat v materiálním světě. Rozhovor 2: o rok později Jakub, 13 let E1: Co je to bod? J2: (6 s) Tak, bod je (3 s) něco, co určuje nějakou pozici, něco ohraničuje. (3 s) Vlastně nemusí nic ohraničovat, prostě někde je. J6: Nemá žádnou velikost. Nemá žádný objem. Bod nikdy nemůžeme namalovat, můžeme ho jen naznačit. J8: Je těžký představit si něco, co nemá žádnou velikost. E9: A jak to víš, že bod nemá žádnou velikost? J10: Když si představím bod jako nějaký kruh, můžu ho rozdělit, kolikrát chci. A i když už ho nebudu moct ani vidět, budu ho moct pořád dělit. J12: Nemůžeme nijak rozdělit bod. On ohraničuje jen jedno místo. Komentář: Můžeme vidět zřejmý posun v tom jak student chápe geometrické objekty. Dokáže uvažovat a hovořit o ideálních geometrických objektech. Ke svým úvahám nepotřebuje konkrétní body. Zdůrazňuje nulovou velikost, umístění, nedělitelnost bodu a uvažuje o něm jako o hranici jiných objektů. Fenomény ontogeneze pojmu bod Pomocí analýz protokolů realizovaných rozhovorů jsme vysledovali následující jevy, kterými respondenti charakterizují pojem bod. odhlédnutí od konkrétního obrázku přechod od reálných objektů k ideálním určení pozice velikost a pozice malost jednotka prostoru izolovanost tvar nedělitelnost konec čáry algebraický popis (souřadnice) Závěry: Srovnání fylogeneze a ontogeneze Studenti užívají podobné pojmy, jaké můžeme identifikovat v historickém vývoji chápání bodu a jeho vztahu k přímce. Objevují se zde pouze dva rozdíly. Studenti neuvažují o

materialitě bodu. Naopak, v historických pramenech jsme nenalezli zmínku o tvaru bodu. Jedním z pravděpodobných důvodů je to, že tvar není matematickým pojmem. Pokud si toto ale řečtí matematikové neuvědomovali, pak pravděpodobně považovali bod za objekt, který tvar nemá, a nebo za objekt, který je tvarem sám o sobě. Kladení důrazu na materialitu bodu ve fylogenezi zřejmě souvisí s tím, že původním prioritním smyslem poznávání okolního světa byl hmat. Oproti tomu v současné době se všeobecně preferuje při poznávání reality zrak. Velká část studentů je schopna uvažovat o bodu (a dalších geometrických objektech) jen prostřednictvím obrázků. Je to v souladu s prvním obdobím historického poznávání rovinné geometrie. Žáci a studenti pracují současně v reálném i ideálním geometrickém světě aniž si to uvědomují. To vede často k různým sporům. Tento jev nepovažujeme za negativní. Naopak, může být impulsem k hlubšímu uchopení dané problematiky a umožnit studentům opustit reálný svět a začít uvažovat o čistě ideálních objektech. Všichni studenti, se kterými jsme hovořili, zdůrazňovali malost bodu. Ale jen někteří mu přisoudili nulovou velikost. Je velice přirozené uvažovat jen v konečných velikostech, neboť vše, s čím se v denním životě setkáváme, má nenulovou velikost. Respondenti často nechápu přímku či úsečku jako spojitou množinu bodů, což je v souladu s Demokritovým geometrickým atomizmem. Vysvětlují bod jako jediné místo nebo jednotku prostoru. Starší (ovšem není možné určit přesný věk, neboť jde o jev individuální) studenti hovoří o určení pozice, resp. souřadnic pomocí bodu. To pravděpodobně souvisí s obsahem výuky, kdy se studenti začínají seznamovat se základy analytické geometrie. Pouze několik se zmiňuje o nedělitelnosti bodu. Je to možné jen tehdy, pokud přestanou uvažovat o bodu jako o objektu na papíře. K ideálnímu objektu můžeme dojít prostřednictvím nekonečného procesu dělení či zmenšování, což je intelektuálně velmi náročné. Mladší studenti (přibližně do 15 let) často odpovídají přímka nemá žádný bod nebo polopřímka má právě jeden bod nebo úsečka má právě dva bodu. Jsou zde dvě možná vysvětlení: Uvažují pouze o obrázku: Jsou tu namalované jen dva body. Nebo rozumí přímce se dvěma body jako úsečce a dvěma polopřímkám. To odpovídá historickému vývoji vztahu mezi body a jinými geometrickými objekty. Body byly chápány jako koncové body úseček či vrcholy obdélníka apod. [Eisenmann 2002, 9 10] Literatura: 1. Bečvářová, M. Eukleidovy Základy. Jejich vydání a překlady. Prometheus, Praha 2002. 2. Drábek, J. Démokritova atomistická metoda. In: Sborník Matematika v proměnách věků I. Prometheus, Praha 1998. 3. Eisenmann, P. Point, segment, line -- secondary school pupil`s ideas. In: 8 th Czech Polish Mathematical School. Acta Universitatis Purkynianae. Ústi n.l. 2001. 4. Eisenmann, P. Propedeutika infinitesimílního počtu. Acta Universitatis Purkynianae. Ústí n. L. 2002. 5. Hejný, M. In Znám, Š a kol. Pohl'ad do dejín matematiky. SNTL, Bratislava 1986. 6. Hejný, M a kol. Teoria vyučovania matematiky 2. SPN, Bratislava 1990. 7. Hejný, M., Stehlíková, N. Číselné představy dětí. PedF UK, Praha 1999. 8. Kuřina, F. Deset pohledů na geometrii. M a ALBRA, Praha 1996. 9. Prokopová, M: Some remarks about pupil's concept of a point. In: 9.th Polisch--Czech Mathematical School. Krakow. (v tisku). 10. Servít, F. Eukleidovy základy (Elementa). JČMF, Praha 1907. 11. Struik, D. J. Dějiny matematiky. Orbis, Praha 1963. 12. Vopěnka, P. Rozpravy s geometrií. Panorama, Praha 1989. 13. Vopěnka, P. Úhelný kámen evropské vzdělanosti a moci. Práh, Praha 2000. Adresa autorů:

Magdalena Prokopová, KM PF UJEP, České mládeže 8, 40096 Ústí nad Labem, prokopova@pf.ujep.cz Petr Rys, KM PF UJEP, České mládeže 8, 40096 Ústí nad Labem, rysp@pf.ujep.cz