NOTE al paragrafo 1

(1.1)
1 - Tali attività di ricerca e sperimentazione didattica, finanziate parzialmente da specifici contratti CNR negli a.a. 1980/81, 81/82, 82/83, 83/84, 84/85, hanno coinvolto anche altri universitari, alcuni insegnanti di scuola media e circa duecento insegnanti elementari dei Circoli Didattici di Voltri, Prà, Chiavari e Lavagna (GE) e di Piossasco (TO); alcune documentazioni ad esse relative sono state raccolte in appositi Rapporti Tecnici; cfr. AA.VV.[1].

(1.3)
2 - Nonostante ciò questi riferimenti sono trascurati da molte tra le più diffuse mode e teorie sull'apprendimento aritmetico.

3 - Ad esempio in situazioni in cui si trovano di fronte a frasi come "sto aspettando il cinque", "alle cinque ci sono i cartoni animati", "Marco ha cinque anni", "ho mangiato cinque caramelle", "abito in via Milano cinque",… comprendono la sostanza dei messaggi percependo i significati diversi assunti dai numeri (per identificare un bus, un istante, un intervallo di tempo, una quantità di oggetti, un indirizzo, … ).


NOTE al paragrafo 2

(2.1)
1 - L'attività è stata introdotta come momento di lavoro di inizio anno in 6 classi prime nel 1982/83 ed è poi stata svolta da altre classi in anni successivi (cfr. AA.VV.[1]) .

2 - Ad esempio c'è chi dice «...sono gli stessi dei...» o «...sono più molti dei...» in luogo di « ... sono tanti quanti i ...», «...sono più numerosi dei...».

(2.2)
3 - Ad esempio, nella cosiddetta aritmetica di Peano i numerali sono: 0, 0', 0'', 0''',ecc. Si usano le stesse notazioni, o notazioni simili (come |, ||, |||, ||||,...) anche in diversi altri sistemi formali (calcolo equazionale, sistemi di Post, ...).

4 - Le scritture che utilizzano più cifre incorporano, più o meno implicitamente, algoritmi di "lettura" che richiedono già una definizione di diverse operazioni aritmetiche: in base dieci, 632 = 1·2 + 10·3 + 10·10·6; in scrittura romana, CXL = C + L - X; sulle targhe automobilistiche, H73412 = ...; tuttavia, come vedremo in 3.5, la capacità di generare la sequenza dei numeri naturali scritti, ad esempio, in base dieci può essere acquisita senza padroneggiarne l'interpretazione in termini di somma di unità, decine, ... .

5 - Con il termine "conta" qui intendiamo la recitazione della sequenza: uno, due, tre, ... .

(2.3)
6 - Essa viene costruita ricorsivamente, intuendo una procedura che associa uno dopo l'altro i quadretti di una colonna a quadretti dell'altra, o viene percepita in modo più globale? C'è da notare, comunque, riguardo ai procedimenti di verifica dell'esistenza di una corrispondenza biunivoca, che c'è una profonda differenza fra questo contesto e quello in cui si opera su rappresentazioni di oggetti "alla rinfusa": attraverso la costruzione dell'istogramma gli insiemi da confrontare sono stati "strutturati", e ciò consente l'impiego di strategie più efficienti e alla portata del bambino, mentre di fronte alla loro rappresentazione con insiemi di palline o di ideogrammi analoghe strategie si dimostrano più difficoltose e inefficienti (ciò è confermato anche da esperienze riportate in Moser[18] dalle quali emerge che la strategia di confronto attraverso corrispondenze 1-1 viene acquisita solo dopo lavoro specifico e comunque viene spontaneamente abbandonata già nei primi anni di scuola primaria). Frequentemente nei materiali didattici a queste difficoltà si fa fronte proponendo esercizi in cui nel primo insieme vi sono una mucca, un pesce, ... (o un bambino, una bambina, un neonato, ... o ...) e nel secondo una stalla, una vasca, ... (o un pallone, una bambola, un ciucciotto, ... o ....); ciò facilita la costruzione delle frecce che vanno da un insieme all'altro, ma, invece che far riferimento alla ricerca di una relazione di equipotenza, si poggia sulla individuazione di relazioni funzionali che colleghino elementi di un insieme a particolari elementi dell'altro: il risultato didattico è la creazione di confusioni concettuali negli alunni (e di stereotipi culturali ...).

(2.4)
7 - Cioè, ad essere precisi, esprimendosi in termini di frecce, è una struttura, il più possibile piccola, che contiene un solo elemento in cui non arrivano frecce ed è tale che da ogni elemento parte una freccia e non vi sono frecce distinte che arrivano in uno stesso elemento.

(2.5)
8 - L'attività del segnare le crocette una ad una - cfr. 2.1 - durante la costruzione dei primi istogrammi e quella successiva di scandire i quadretti attraverso la conta numerica (attività analoga a quanto avviene nelle conte-filastrocche, in cui le battute musicali regolano il passaggio da un bambino all'altro) facilitano l'acquisizione del passaggio dal contare-recitare al contare-misurare da parte dei bambini che non possedevano già questa abilità.

(2.6)
9 - Ad esempio, spesso vengono analizzate separatamente le reazioni dei bambini di fronte a giochi insiemistici (con indagini minuziose tra le diverse varianti in cui questi giochi sono presentati), le capacità di confrontare particolari grandezze "continue" (come il peso di palle uguali per dimensione, colore, ...), le capacità di interiorizzare particolari "proprietà numeriche", ..., salvo poi trovare a posteriori eventuali correlazioni positive; ciò non toglie che anche indagini organizzate in questo modo, come quelle riferite in Brainerd[7], abbiano messo in discussione la priorità dell'aspetto cardinale su quello ordinale, evidenziando la complessità del processo attraverso cui si sviluppa il concetto di numero.

10 - Tali risultati (contraddetti da altri esperimenti e dall'analisi delle ben più complesse operazioni mentali che i bambini compiono quotidianamente) sono stati attribuiti a difetti di comunicazione e ad ambiguità intrinseche alla situazione predisposta per la presentazione dei quesiti. Un esempio classico è quello del confronto fra un insieme e una sua parte: se si presentano ai bambini in età prescolare quattro mucche giocattolo, di cui tre nere e una bianca, e si chiede se sono di più le mucche nere o le mucche, i bambini rispondono molto frequentemente che sono di più le mucche nere ("perché le bianche sono di meno"). La scuola piagetiana attribuiva questi errori alle scarse capacità logiche dei bambini (incapacità di operare confronti fra una parte e il tutto dovuta a difficoltà di mettere in relazione punti di vista diversi) in quello stadio di sviluppo. E' stato dimostrato che invece vi sono problemi di tipo linguistico: l'insieme delle "mucche" è insufficientemente caratterizzato rispetto ai due sottoinsiemi delle "mucche bianche" e delle "mucche nere" e quindi il bambino è portato a intendere che gli si chiede di confrontare questi ultimi. Infatti rafforzando opportunamente la caratterizzazione dell'insieme delle "mucche" (ad esempio, mettendole tutte e quattro sdraiate e chiamandole "mucche che dormono") si ha un forte incremento di risposte positive. Per questo e altri esempi si veda Donaldson[15].

11 - Infatti, ormai secondo molte scuole psicologiche, non si può parlare di "sviluppo intellettivo" come di una dimensione a sé stante, in quanto esiste una stretta interdipendenza fra questo e l'acquisizione di conoscenze ed esperienze. Vari studiosi anglosassoni, come ad esempio Bruner (cfr. Bruner[9], hanno sottolineato l'effetto dell'educazione sullo sviluppo mentale. Le ricerche di alcuni psicologi sovietici (ad esempio, Gal'perin - cfr. Veggetti[30]) hanno provato che gli esperimenti di Piaget su conservazione della quantità, della lunghezza e sull'inclusione fra insiemi possono avere esiti anche molto diversi da quelli ottenuti da Piaget stesso, in relazione al curriculum delle classi (in particolare, sono stati riscontrati risultati molto positivi in classi che avevano svolto preliminarmente un grosso lavoro sul tema della misura, ritenuto un passaggio fondamentale per consentire ai bambini di articolare maggiormente determinati concetti - ad esempio distinguere un oggetto dalla sua misura - e di evitare così gli errori in questione. Ricerche di carattere più generale hanno messo in luce come l'acquisizione di un concetto o di una abilità non avviene isolatamente, ma attraverso lo sviluppo o la risistemazione di interi complessi ("reti") di conoscenze (cfr. Veggetti[29], Crivelli e altri[12], Pontecorvo[26], Pellerey[23]).

12 - Di ciò si tiene poco conto nei test psicologici che erano utilizzati in alcune ricerche sullo sviluppo intellettivo e che sono tuttora usati da non pochi operatori psicopedagogici. Si pensi agli esercizi di associazione, confronto e classificazione di concetti in cui si scambiano per abilità mentali di cogliere rapporti logici le capacità di individuare nessi tra nozioni diverse, nessi che sono, invece, frutto di forme di organizzazione delle conoscenze (le quali non sono assolute, ma determinate storicamente e funzionali a particolari ambiti applicativi) e la cui comprensione è evidentemente legata a fattori di tipo culturale. Sono evidenti, poi, gli stereotipi culturali presenti in molti test: ricordiamo per esempio quelli in cui, di fronte alla presentazione verbale di alcuni oggetti del mondo naturale, si valutano più "intelligenti" le risposte che individuano collegamenti di tipo linneano (canna-vegetale) rispetto a quelle che colgono relazioni di tipo ecologico o sistemico (canna-stagno). Nell'ambito di ricerche sui processi di apprendimento matematico si sta, invece, diffondendo la consapevolezza che la scelta delle strategie e dei modi di rappresentare un problema da parte dei bambini è influenzata più da dati di tipo ambientale (comprese le esperienze scolastiche precedenti) che non da aspetti legati alla loro struttura mentale; cfr. Pontecorvo[26].



NOTE al paragrafo 3

(3.5)
1 - Il meccanismo, esprimendosi a livello adulto, è il seguente: usando l'alfabeto 0,1,...,9 si generano in ordine alfabetico le parole non inizianti per 0 di lunghezza uno (1,2,...,9), poi quelle di lunghezza due (10,11,...,19,20,21,...,99), ecc. . Lo stesso meccanismo applicato ad alfabeti diversi genera altre scritture; ad esempio se l'alfabeto è 0,1 viene generata la sequenza 1,10,11,100,101,..., cioè la sequenza dei numeri naturali scritti in base due.

2 - Con interpretazione polinomiale di 231 intendiamo 1 + 3 x + 2 x2 dove x è la base; cioè, in base dieci 231 è interpretato come 1 + dieci · 3 + cento · 2, in base quattro 231 è interpretato come 1 + quattro · 3 + sedici · 2.

3 - Il fatto che, storicamente, il "nostro" zero sia stato introdotto tardi e per motivi di ordine prevalentemente notazionale non toglie che oggi la parola "zero" fa parte del linguaggio comune. Per questo il problema dello zero, dal punto di vista cardinale come da quello ordinale, non crea particolare imbarazzo ai bambini.

(3.6)
4 - Purtroppo anche in varie fra le più recenti ricerche sull'apprendimento matematico che hanno contribuito all'analisi dei limiti della cosiddetta "matematica moderna" e hanno suggerito un'attenzione maggiore alla varietà strutturale delle situazioni aritmetiche che vengono proposte agli alunni, le operazioni aritmetiche vengono interpretate solo come traduzione di operazioni su insiemi (cfr. ad esempio Vergnaud[31]). In 2.4 e in 3.8 si accenna anche a considerazioni matematiche che mettono in discussione questa impostazione.

(3.7)
5 - Utilizzando come variabile ad esempio la lettera x, la formula 8   +?  > 11 assume l'aspetto dell'equazione 8 + x = 11, che è il modo in cui, a livello adulto, più frequentemente si rappresenta il problema della differenza tra 8 e 11. In altri termini 8 + x = 11 (ovvero 8   +?  > 11) è il modello matematico di tale situazione problematica. Invece x = 11 - 8 è un modo per esprimere il valore di x. Osserviamo, però, che l'operazione 11 - 8 mentalmente non la risolviamo pensandola come sottrazione di 8 da 11, ma considerando quanto occorre aggiungere a 8 per ottenere 11. Imporre precocemente agli alunni la risoluzione di tali problemi scrivendo 11 - 8 = 3, magari segnando come errate le risoluzioni che giustificano la risposta 3 con l'espressione 8 + 3 = 11, è quindi un duplice errore didattico infatti: (1) l'addizione è l'operazione che meglio rappresenta il problema, (2) anche in astratto, sottrazioni come 11 - 8 (se si è raggiunta la consapevolezza dell'equivalenza tra differenza e sottrazione) vengono risolte mentalmente cercando il numero che addizionato a 8 dà 11 (diverso è il caso di sottrazioni come 22 - 3).

(3.8)
6 - Per dare un'idea, indicando con s l'operazione di passaggio al successore, l'addizione può essere definita mediante la coppia di equazioni: (a) x + 0 = x, (b) x + s(y) = s(x + y). Quindi da (a) segue che 3 + 0 = 3; da (b) segue che 3 + 1 = s(3 + 0) = s(3) = 4, 3 + 2 = s(3 + 1) = s(4) = 5, …; analogamente mediante l'operazione s si può determinare qualsiasi somma attraverso l'applicazione, in un numero opportuno di volte, delle formule (a) e (b).
     Osserviamo, sempre a livello adulto, che nell'ambito della teoria degli insiemi, o, meglio, della maggior parte dei sistemi formali proposti per definire matematicamente il concetto di insieme, (dopo aver introdotto concetti non banali, quali: relazione di equivalenza, corrispondenza biunivoca, insieme finito, ...) le operazioni sui numeri naturali possono essere definite prescindendo dagli algoritmi di calcolo. Tuttavia l'aspetto algoritmico è implicito nel momento in cui si danno dei nomi ai numeri naturali; ad esempio: 0 è la classe di equivalenza dell'insieme vuoto Ø, 1 è la classe di equivalenza di {Ø}, 2 è la classe di equivalenza di {Ø,{Ø}}, 3 è la classe di equivalenza di {Ø,{Ø},{Ø,{Ø}}}, ..., cioè se n è la classe di equivalenza di A, il successore di n è la classe di equivalenza di A U {A}; dare un nome ai numeri naturali comporta, quindi, definire l'operazione di passaggio al successore e, sulla base di questa, un algoritmo di scrittura.
     Il fatto che questa presentazione dei numeri naturali (in questo ambito intesi come rappresentanti della cardinalità degli insiemi finiti) venga a ricalcare quella ordinale, che abbiamo descritto in 2.4, non deve stupire. Infatti la definizione delle operazioni di addizione e moltiplicazione in termini di operazioni insiemistiche (unioni disgiunte e prodotti cartesiani) storicamente non è stata motivata dalla necessità di precisare le definizioni delle operazioni tra numeri naturali (già formalizzata in forma equazionale, come illustrato sopra e, per la moltiplicazione, nella successiva nota 13 del paragrafo 4.7), ma dall'esigenza di estendere tali operazioni ai numeri transfiniti (cioè ai rappresentanti della cardinalità degli insiemi infiniti).

7 - Ad esempio il primo problema considerato porterebbe all'espressione 10-(31-28) o all'espressione (28+10)-31, il secondo all'espressione (31-21)+4 o all'espressione (31+4)-21.

8 - E' una questione che ha collegamenti anche con modi di dire (come "oggi a otto" intendendo "fra 7 giorni",...) e che si pone non solo in situazioni temporali (per fare un esempio: il numero delle pagine che vanno da pag. 27 a pag. 32 è 6, non 32-27 = 5, a meno che non si precisi che pagina 32 sia da considerarsi "esclusa").

9 - Sui "problemi" ci soffermeremo anche in 4.8.



NOTE al paragrafo 4

(4.1)
1 - Lo stesso sviluppo dei sistemi numerici posizionali nelle civiltà dell'Asia sudoccidentale era avvenuto in relazione a esigenze di contabilità e in connessione allo sviluppo di sistemi di misura per particolari beni di scambio. Infatti i documenti scritti che, a partire dal quarto millennio a.C., testimoniano tale sviluppo si riferiscono soprattutto a retribuzioni di lavoratori, tasse, interessi, ..., e mettono in luce che la scelta sessagesimale si è delineata indipendentemente da considerazioni astronomiche (cioè dal fatto che un anno è di circa 360 giorni, un mese lunare è di circa ..., ...), ma in relazione al fatto che la ricchezza di divisori che ha il numero 60 facilitava equivalenze, calcoli, ... .

(4.2)
2 - Osserviamo che sono presenti anche aspetti "binari": oltre a varie potenze di dieci sono quasi sempre presenti anche le loro metà (5, 50, 500, …) e i loro doppi (20, 200, 2000, …); questo fatto, legato a ovvie esigenze pratiche, non contraddice la strutturazione decimale: le procedure binarie si inseriscono su una gerarchia costruita decimalmente e non viceversa. Notiamo che all'inizio del secolo, ovvero in paesi la cui unità monetaria fondamentale vale assai di più della lira attuale (o quando sarà in vigore la "nuova lira"), il sistema monetario presenta caratteristiche analoghe: cambia solo l'intervallo dei numeri interi (relativi) a cui appartengono gli esponenti delle potenze di 10 che rappresentano i valori delle monete correnti; si può andare dal centesimo (10 -2) a mille (10 3), da dieci (10 1) a centomila (10 5), … .

3 - Con il termine "monete" qui e, spesso, nel seguito intendiamo considerare anche le banconote.

4 - Una moneta color "oro" può valere meno di una monete color "ferro" e viceversa; una moneta grande può valere meno di una moneta più piccola; vi sono monete dello stesso valore che differiscono per le immagini raffigurate sulle facce o per il materiale in cui sono realizzate;...

(4.3)
5 - Il bambino, attraverso la vita familiare, la televisione, ..., ha già acquisito, a livello qualitativo, la capacità di distinguere in molti casi prodotti più costosi da prodotti meno costosi; per esempio è sicuramente in grado di confrontare una caramella, un pennarello, un pallone, una bicicletta, ...

(4.4)
6 - Questa interpretazione sarebbe invece corretta nel caso del linguaggio delle calcolatrici, in cui [=] rappresenta il comando di esecuzione dei calcoli impostati : [1] [2] [+] [8] [=] [x] [3] [=] rappresenta il risultato di (12+8)·3, ovvero di:

              +8        ·3
          12     > ...     > ...

7 - Cfr. ad esempio Moser[18] e Kieran[16].

(4.5)
8 - Ricordiamo (a livello adulto) che la proprietà associativa è quella che consente, a partire dalla addizione definita come operazione a due argomenti, di estenderla a più argomenti: essendo (a+b)+c uguale ad a+(b+c) possiamo rappresentare entrambi con a+b+c. Altre proprietà, come (a+b)+c=(a+c)+b, derivano da associatività e commutatività: (a+b)+c = a+(b+c) = a+(c+b) = (a+c)+b.

9 - Pratiche didattiche unilaterali o che puntano direttamente all'apprendimento astratto sono, invece, all'origine dei difetti nella padronanza operativa dei significati e delle proprietà dell'addizione che sono manifestati, ad esempio, dalle difficoltà (anche queste documentate dalla letteratura) che, in anni successivi, gli alunni incontrano di fronte a equazioni del tipo ...+13=18 maggiormente che di fronte a equazioni del tipo 13+...=18.

(4.6)
10 - Anche il semplice problema del resto, in cui è evidente l'influenza di aspetti molto specifici, intrinseci alle singole situazioni, come ad esempio i dati numerici, oltre ad evidenziare l'inopportunità di isolare metodi astratti precocemente e indipendentemente dai contesti (e dalle procedure utilizzate nella vita quotidiana), mette in luce i limiti delle teorie didattiche che catalogano le situazioni problematiche in alcune grandi classi (situazioni additive,...) e fissano rigide relazioni di dipendenza tra queste situazioni generali e le strategie di risoluzione (esempi in questo senso si possono trovare in Carpenter[10].

11 - Ricordiamo che alle equazioni ...+13=18 e 13+...=18 corrispondono soluzioni espresse, rispettivamente, da sottrazione e da differenza. Anche in questo caso l'equivalenza tra i due procedimenti è riconducibile alla commutatività dell'addizione.

12 - Anche le difficoltà relative a problemi di questo genere sono largamente documentate dalla letteratura.

(4.7)
13 - Ad essere precisi, a livello adulto, si tratta della moltiplicazione di una grandezza espressa in "lire al pezzo" (o in "lire al chilogrammo" o ...) per una grandezza espressa in "pezzi" (o in chilogrammi o ...); è comunque una precisazione che, gradualmente, è bene affrontare in successive fasi di insegnamento.
     L'introduzione della moltiplicazione come addizione ripetuta, oltre a far riferimento alle situazioni d'uso più elementari in cui essa compare, corrisponde anche a come viene in genere definita nei sistemi formali. Ad esempio, definita l'addizione nel modo illustrato nella nota 6 del paragrafo 3.8, la moltiplicazione può essere definita mediante la coppia di equazioni: (c) x · 0 = 0 , (d) x · s(y) = (x · y) + x . Da (c) si ricava che 5 · 0 = 0; da (d) segue che 5 · 1 = (5 · 0) + 5 = 0 + 5 = 5, essendo l'ultima identità deducibile dalle equazioni (a) e (b) ; quindi 5 · 2 = (5 · 1) + 5 = 5 + 5 = 10, ecc.

14 - Generalizzando la divisione per contenenza si ottiene il concetto di rapporto, in cui possono intervenire grandezze non omogenee: il rapporto tra A chilometri (lire, abitanti,...) e B ore (ettogrammi, chilometri quadrati,...) è (A:B) km/h (L/hg, ab./km2, ...).

15 - La separazione dei due livelli consente di condurre all'abilità di operare mentalmente con procedure diverse a seconda dei casi, ad esempio: eseguire la differenza fra 4 e 100 riconducendola alla sottrazione di 4 da 100, la sottrazione di 96 da 100 ragionando per differenza, la suddivisione di 2000 in 500 parti uguali ragionando per contenenza, il rapporto fra 2000 e 4 ragionando per partizione, la moltiplicazione di 2 caramelle per 25 (persone), facendo 25 · 2 invece che 2 · 25, ... .

(4.8)
16 - Cfr. ad esempio il Progetto Nuffield[2], in particolare i volumi "Dalle esperienze alle relazioni" e "Calcoli e strutture".

17 - Abbiamo già accennato sia alla deformazione del messaggio verbale dell'adulto (con incomprensione o fraintendimento dei quesiti o degli insegnamenti presentati) che il bambino spesso opera se la comunicazione non attiva motivazioni e riferimenti alle sue esperienze e conoscenze (cfr. ad esempio 2.6), sia alle difficoltà e alle concezioni erronee che può generare un'introduzione precoce e generalizzata di termini e simboli speciali che non tenga conto dei rapporti con il linguaggio comune (cfr. ad esempio 3.7 e 4.4).
     A ciò è da aggiungere che se alle situazioni "vissute" subentrano troppo presto le situazioni problematiche presentate verbalmente il bambino tende a non percepire più la "realtà" di queste, con conseguenze negative sia sul piano delle motivazioni all'apprendimento che su quello dell'attività intellettuale; nel linguaggio scolastico si impoverisce così una delle caratteristiche del linguaggio (comune): permettere di avere a che fare con oggetti e fenomeni del mondo esterno anche in loro assenza, di operare "concretamente" sui concetti, sui riferimenti a esperienze vissute, ragionamenti e connessioni già elaborate, … evocati dalle parole. Questo vale non solo per il linguaggio verbale, ma anche per i simboli matematici, per le rappresentazioni grafiche, … man mano introdotte: se di essi non viene percepita e utilizzata dall'alunno la capacità di essere uno strumento del pensiero e di essere usati al livello del linguaggio "interiore"(cfr. Vygotsky [32]), l'educazione matematica fallisce; per limitare ciò è necessario che gli alunni ne percepiscano prima la valenza come strumento di "comunicazione", ad esempio con attività di: descrizione col disegno e verbale di situazioni problematiche affrontate "dal vivo" e dei modi in cui si è cercato di risolverle, individuazione di forme grafiche o simboliche che facilitino o rendano più efficace la comunicazione, … . Tutto ciò mette in luce l'importanza di curare all'interno dell'attività didattica l'intreccio tra apprendimento matematico e apprendimento linguistico.

18 - Cfr. ad esempio Trace e altri[28].

(4.9)
19 - Per alcuni riferimenti rinviamo a Berti -Bombi[5].

20 - Alcune considerazioni interessanti (confermate dalle esperienze di molti insegnanti con cui abbiamo lavorato) sulla natura stereotipata di "problemi scolastici" e sulle ambiguità linguistiche e concettuali a cui danno luogo si possono trovare in Nesher[19].

21 - Ricordiamo, oltre all'attenzione agli aspetti linguistici messa in luce nella precedente nota 17, il rilievo da dare alle strategie risolutive e alle proposte di soluzione che, in situazione, propongono gli alunni, all'esplicitazione e alla messa in discussione dei loro sbagli, alla gradualità nel passaggio a medesimi modelli matematici o a medesimi algoritmi per situazioni problematiche che si presentano in modi essenzialmente diversi,… (cfr. ad esempio 3.8, 4.6, 4.7). Il rallentamento che inizialmente si può verificare nella memorizzazione di meccanismi di calcolo astratto è compensato dall'avvio di attività che coinvolgono concetti matematici più ricchi, che costruiscono una padronanza dei significati delle operazioni e una competenza sui numeri e attivano una disponibilità a tentare e ad accettare e riflettere sugli sbagli che permetteranno agli alunni di affrontare situazioni nuove e di acquisire, e comprendere, anche tecniche di calcolo più astratte.

22 - In momenti successivi il linguaggio dei grafi consentirà di affrontare anche equazioni astratte del tipo, ad esempio, di quella riprodotta sotto (che nell'usuale linguaggio algebrico avrebbe la forma (30 + x) : 2 = 50, tradizionalmente affrontata alla fine della scuola media). L'utilità dell'impiego del linguaggio dei grafi nella scuola elementare è stata sottolineata da Papy - cfr. Papy[21] - anche se con argomentazioni e all'interno di proposte didattiche non condivisibili (cfr. 6.3)

              +?        :2
          30     > ...     > 50


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      NOTE al paragrafo 5

(5.1)
1 - Ovviamente ciò comporterà anche riferimenti a obiettivi e abilità inerenti la padronanza spaziale, riferimenti presenti anche in altre parti dell'articolo; essi andrebbero collegati a considerazioni più generali e indicazioni didattiche relative all'educazione geometrica; per alcuni collegamenti in tal senso, che non possono rientrare nel contesto del presente articolo, rinviamo a indicazioni presenti in AA.VV.(1).

(5.2)
2 - A livello scientifico per semplificare l'espressione delle leggi termodinamiche è stata introdotta una scala, detta "Kelvin", in cui esiste lo zero assoluto (corrispondente nella scala Celsius a poco meno di -273 gradi) e nella quale le temperature sono così rappresentate da numeri positivi; un tempo si riteneva che alla temperatura dello zero assoluto si annullasse l'agitazione molecolare, mentre attualmente si sa che ciò non accade per alcuna sostanza.

3 - Anche per tali grandezze si possano fissare in situazioni opportune dei sistemi di riferimento che comportano l'impiego di numeri negativi: quota rispetto al livello del mare, bilancio economico, deposito bancario, latitudine,… . Osserviamo, per inciso, che alle ampiezze angolari corrisponde una scala limitata, da 0 a 360 gradi (eventualmente estesa, appunto, a valori negativi come per le latitudini; fisicamente diverso è il concetto di rotazione): l'operazione di sommare due ampiezze angolari non è sempre possibile.

4 - Tale distinzione non è netta. Ad es. da un lato per indicare il costo unitario di un certo bene acquistato in grandi quantità può avere senso andare a considerare frazioni di lira sempre più piccole, dall'altro la materia, e quindi le lunghezze, le masse,… , hanno natura discontinua, anche se ciò non appare a livello macroscopico. Ciò che in realtà è continuo è l'insieme dei numeri reali (cioè comprendente anche i numeri con parte decimale di lunghezza infinita), con i quali vengono rappresentate in genere le misure "esatte",cioè i valori ideali che si otterrebbero con strumenti di misura infinitamente precisi, nell'ipotesi che le grandezze misurate fossero continue.

5 - Si pensi alle stime di velocità in km/h che sa fare un adulto che non è capace di misurare una velocità (costante) attraverso un rapporto tra spazio percorso e tempo impiegato e che percepisce il tachimetro come una "scatola nera"; o a chi è capace di stimare volumi in cc senza conoscere di questi l'interpretazione come cubi di lato un centimetro o sapendoli esprimere verbalmente solo come "cicì"; … .

6 - Ad esempio per le lunghezze brevi si utilizzarono genericamente spanne, avambracci, piedi, passi, … finchè lo sviluppo del commercio e, di volta in volta, l'espandersi degli stati condussero a far fronte alle difformità legate alle differenze tra uomini e razze o tra usanze diverse attraverso l'introduzione di campioni (spesso riferiti agli arti del sovrano).

7 - La quantificazione dei terreni attraverso le unità di produzione era assai diffusa nei grandi stati dell'antichità in quanto consentiva di esprimere efficacemente il valore economico di un terreno (soprattutto per stabilire le imposte dovute al sovrano o allo stato in relazione alla fertilità del terreno). Probabilmente le prime misurazioni di aree vere e proprie sono consistite in ricoprimenti con pelli di animale utilizzate come unità; è possibile che la misura indiretta delle estensioni di forma rettangolare attraverso la moltiplicazione delle dimensioni sia stata suggerita dalla disposizione righe per colonne assunta dalle pelli in questi casi; le difficoltà che incontrò l'uso di questo metodo sono evidenziate da documenti che testimoniano l'impiego da parte degli Egizi del "modello matematico" della moltiplicazione delle lunghezze di due lati consecutivi anche per estensioni con forma di parallelogramma non rettangolo (tali forme non erano comuni in quanto in genere i terreni venivano suddivisi attraverso linee tra loro perpendicolari).

(5.3)
8 - Gli esempi fatti e in particolare le considerazioni svolte all'inizio del paragrafo mettono in luce come non sia possibile descrivere attraverso un unico concetto astratto di misura i vari procedimenti di misurazione e usare esso come riferimento per l'analisi o la programmazione dell'apprendimento aritmetico; tentativi di questo genere vanno inevitabilmente incontro a forzature ed errori concettuali (di matematica o relativi al contesto applicativo), come accade anche in Vergnaud[31] (la cui lettura, se non ci si sofferma sugli aspetti formali e definitori, offre tuttavia diversi spunti di riflessione sulle situazioni problematiche inerenti la misurazione). Ciò non toglie che esistano sistemazioni teoriche che danno una definizione concettuale corretta ed esauriente delle grandezze (e delle misure) fisiche; ma esse risultano significative e comprensibili solo in un contesto disciplinare specializzato.

9 - Molti materiali didattici per la prima elementare "coltivano" invece l'uso assoluto di questi concetti: si pensi agli esercizi in cui si chiede agli alunni di disegnare in differenti riquadri molti e pochi palloncini (mentre se vediamo un bambino con 3 palloncini diciamo che ne ha "molti"; nel caso di un venditore di palloncini diremmo che ne ha "pochi"), o agli esercizi analoghi con vicino, lontano, … . Per attività alternative e per altre considerazioni si vedano, rispettivamente, 2.3 e 2.7.

10 - Come è stato messo in luce da varie ricerche (alcune sono riferite in Donaldson[15] e in Veggetti[29]; cfr. anche 2.6) i limiti individuati da Piaget nella percezione da parte del bambino della conservazione di lunghezze, volumi, pesi, … sottoposti a traslazioni, travasi, spezzamenti, … dipendono dalla mancanza di attività che caratterizzassero il significato delle grandezze e delle operazioni su cui si incentravano i test e che, quindi, facessero comprendere ai bambini il significato dei quesiti o dei compiti loro proposti. Ad esempio la verifica dell'equivalenza di contenitori di forma diversa è una attività operativa che contribuisce a individuare il concetto di volume; sul significato così costruito si potranno poi sviluppare o verificare altri apprendimenti; non viceversa. I pregiudizi del bambino ad accettare i "principi di conservazione" sono del resto motivati e sono segno di un atteggiamento conoscitivo che a volte la scuola soffoca: non ci sono motivi a priori per cui certe operazioni su un oggetto debbano conservarne il peso, il volume, … . E' anzi importante educare a tener presente sempre la situazione contestuale in cui si opera: nelle esperienze di sperimentazione didattica che abbiamo condotto i bambini di sette anni affrontano con molta serietà e partecipazione la discussione sul perché i cosiddetti principi di conservazione non valgono in diverse attività di trasformazione di beni: il peso complessivo degli ingredienti che differisce dal peso finale della torta dopo la cottura; il cambiamento di volume in sostanze sottoposte a macinatura, frullatura, grattugiatura, … . Di altra natura è il fatto che la misura totale di una grandezza può non coincidere esattamente con la somma delle misure delle parti in cui essa è suddivisa; anche la comprensione di ciò è alla portata di bambini che siano stati educati alle approssimazioni.

(5.4)
11 - Ciò non esclude lo svolgimento di misure in successive attività di consolidamento; anche tali attività, del resto, costituiscono un contesto significativo per il bambino se si presentano come fasi funzionali in un itinerario didattico che egli percepisce come rispondente ai propri bisogni conoscitivi.

12 - In questo modo le "marche" non vengono percepite tanto come elementi di una "scaletta" da imparare a memoria: la comprensione dei rapporti numerici tra unità di misura effettivamente usate (grammi e ettogrammi, metri e chilometri,...) consente anche di acquisire il significato dei singoli prefissi (c, m, h, k,...), che, come dovrebbe essere noto, separati dalla unità "fondamentale", non hanno alcun significato (o hanno significati diversi: h =1 ora, m= 1 metro,...).

13 - L'utilità della rappresentazione delle misure con numeri decimali e motivazioni ad approfondire l'uso di essi potranno poi essere messe in luce dallo sviluppo di altri strumenti matematici: si pensi alle rappresentazioni grafiche, all'uso di vari modi in cui rappresentare i rapporti e, in particolare, alla possibilità di eseguire le operazioni attraverso la calcolatrice : essa spinge a impostare i calcoli riferendo misure della stessa specie alla stessa unità, costringe a interpretare i risultati delle divisioni (che si presentano con molte cifre decimali e senza resto), conduce all'uso delle potenze del dieci, può essere sfruttata come sussidio per la scoperta di proprietà aritmetiche e regole di calcolo,…

14 - Ciò almeno accade se non si pretende di formalizzare precocemente questa attività e di passare già nella scuola elementare all'uso astratto dei numeri negativi (magari con esercizi e riflessioni che vorrebbero mettere in luce la struttura algebrica di tale insieme numerico, come si fa in alcune proposte didattiche di insegnamento "moderno" o con "giochi strutturati" ; cfr. 6.2).



NOTE al paragrafo 6

(6.1)
1 - Si veda ad es. Dienes [13]; ricordiamo che più volte Piaget e i suoi allievi hanno criticato la lettura superficiale e limitata delle teorie elaborate dalla scuola di Ginevra da parte dei proponenti l'insegnamento della "matematica moderna"; famoso in tal senso è l'intervento di Piaget al Convegno Internazionale di Educazione Matematica del 1972 a Exeter (cfr. Sitia [27]).

2 - Sono passati ormai più di 15 anni dalla (auto)dichiarazione del fallimento del progetto bourbakista di riorganizzare le conoscenze (e le ricerche) matematiche assumendo come criterio ordinatore la classificazione secondo alcuni tipi di strutture: tale progetto si rivelò infatti capace di inquadrare, e parzialmente, solo alcune particolari aree matematiche; cfr. Dieudonné[14].

(6.2)
3 - Nei libri e nei materiali di Dienes gli esempi in tal senso abbondano; non ci pare il caso di descriverne uno in particolare.

4 - Queste considerazioni, che sintetizzano le esperienze raccolte nell'ambito delle numerose attività di aggiornamento e di lavoro con insegnanti di scuola elementare che abbiamo svolto, sono confermate dalle analisi condotte in Francia da diversi I.R.E.M. (Institut de Recherche sur l'Ensegnement des Mathematiques) per individuare l'origine degli insuccessi delle proposte di Dienes, che in quel paese avevano avuto una larga diffusione; utili riflessioni sui rapporti tra allievo e insegnante, non solo in relazione all'impiego dei giochi strutturati, possono essere suggerite dai modelli per rappresentare le situazioni didattiche proposti in Brousseau[8].

(6.3)
5 - «Giudici finali della verità, invece di essere gli insegnanti, saranno i fatti e le esperienze, perchè la verità diventerà chiara ed evidente da sola. In questo modo prepareremo i bambini ad una società più schiettamente democratica piuttosto che - come si fa ora - ad una società autoritaria». La natura forse "illuministica" ma comunque poco "democratica" di questa argomentazione di Dienes (che ben sintetizza le caratteristiche che abbiamo messo in luce nel precedente paragrafo) è confermata anche dai limiti e dagli esiti negativi che tali proposte didattiche hanno evidenziato nei confronti degli alunni con difficoltà o provenienti da ambienti sociali culturalmente svantaggiati di cui abbiamo riferito nel paragrafo 4.8.

6 - Cfr. Papy [22]

7 - Cfr. Pontecorvo [26]; si veda anche il paragrafo 2.6.

(6.4)
8 - Sui collegamenti tra quantità e configurazioni geometriche si vedano anche le considerazioni svolte in 2.3.

9 - Sull'intreccio tra numero-cardinale e numero-ordinale in attività simili a giochi di questo tipo ricordiamo alcune indagini e analisi (suscettibili di approfondimenti) condotte da C. Comiti (cfr.Comiti [11] ; alcuni aspetti sono ripresi in articoli comparsi sulla stessa rivista in anni successivi).

10 - Giocando a sette e mezzo anche con bambini di sei anni o con bambini che comunque non abbiano ancora affrontato a scuola l'uso delle frazioni per rappresentare parti di oggetti, grandezze,... si osserva che essi, motivati e in un contesto linguistico che padroneggiano, non incontrano in genere particolari difficoltà nell'operare con mezze unità: "mezzo" viene percepito facilmente come un punteggio che vale meno di uno e di cui ne occorrono due per fare un punto. Gli stessi bambini dopo qualche anno, se si saranno trovati di fronte a un insegnamento scolastico che non avrà costruito motivazioni e curato il passaggio graduale alla formalizzazione, avranno difficoltà a trovare quanto fa "un mezzo" più "un mezzo". 11 - Cfr. il paragrafo 4.6.

(6.5)
12 - Più dei molti articoli sul ruolo del gioco nello sviluppo psicologico del bambino ci pare utile ricordare il libro di Arnold [3] sui giochi dei bambini.

13 - Questo aspetto ha avuto anche un grosso rilievo nella storia della scienza: si considerino ad esempio la elaborazione di concetti probabilistici (motivata in gran parte da esigenze legate allo svilupparsi delle attività assicurative) realizzata attraverso la riflessione sui giochi di azzardo o ai sistemi economici "ideali" sui quali sono stai messi a punto i primi modelli matematici dell'economia. Il ruolo di questi aspetti è ulteriormente cresciuto con lo sviluppo dei computer e delle attività di simulazione da essi consentite.

14 - Senza ricordare gli innumerevoli problemi, indovinelli, filetti, … (cfr.Arnold [3]), rammentiamo un solo esempio, di tipo prettamente "aritmetico": indovinare un numero inferiore a cento attraverso il minor numero possibile di tentativi (a ogni tentativo fallito viene risposto se occorre cercare un numero maggiore o minore). La strategia migliore (provare a metà, con 50, poi se la risposta è "più grande" a metà dell'intervallo residuo, con 75, e così via) è analoga al metodo della ricerca binaria con cui viene affettuata ad esempio la ricerca automatica di un nominativo in un elenco ordinato alfabeticamente; analoga è la strategia che si impiega nel gioco delle venti domande (partire da caratteristiche molto generali in modo da ridurre progressivamente il campo delle possibilità). Questo gioco esemplifica bene anche le considerazioni svolte alla fine del paragrafo precedente.

15 - Nelle proposte didattiche incentrate solo sul "problem solving" si perde la dimensione culturale che darebbe significatività alle situazioni problematiche e attiverebbe una partecipazione cognitiva più profonda (cfr. 4.9). Alla base di tali proposte vi sono spesso la tesi "psicologica" che l'abilità di risolvere problemi sia una abilità mentale che prescinde dai singoli contesti (cfr.2.6) e quella "culturale" per la quale il procedere per problemi particolari sarebbe un metodo generale per la formazione delle conoscenze (perdendo di vista il ruolo avuto nella storia della scienza e della cultura in generale dalle concezioni teoriche complessive - nella definizione o nella scelta dei "problemi" -, dagli aspetti sociali - nella trasmissione ed elaborazione delle conoscenze -,...).
     Delle proposte didattiche incentrate sul "gioco al calcolatore", su cui sarebbe utile un approfondimento specifico, ci limitiamo a ricordare quelle che prevedono l'introduzione e lo sviluppo di molti concetti matematici (aritmetici e, soprattutto, geometrici) nella scuola elementare mediante il linguaggio Logo. Osserviamo, ad esempio, che in queste proposte i movimenti sul video e rappresentazioni su di esso piatte, stereotipate, con prospettive spaziali errate, … di oggetti reali diventano il terreno su cui l'alunno dovrebbe sviluppare le abilità geometriche. Le considerazioni pedagogiche con cui S. Papert [20] , coordinatore dell'equipe che ha messo a punto il Logo, propone il suo impiego nel primo insegnamento evidenziano una lettura parziale di Piaget e la mancanza di riferimenti ai problemi didattici e di psicologia dell'apprendimento attualmente dibattuti. Ciò non toglie che alcune versioni del linguaggio Logo possano costituire utili "strumenti" di lavoro didattico in successive fasce scolastiche (quando sia già stata sviluppata un'adeguata padronanza di alcuni modelli matematici fondamentali).

16 - In questo senso segnaliamo ad es. i modelli di abaco realizzabili utilizzando come "palline" bottoni molto spessi, anelli da guarnizione, pasta secca forata,… e come bacchette stecchi per spiedini infilzati in una base di plastilina o polistirolo (e segnati o tagliati all'altezza corrispondente a 9 "palline"); e quelli - simili agli abachi veri utilizzati nell'antichità - realizzabili con contenitori a reticolo (contenitori per confezioni di cioccolatini, palline di ghiaccio,…, tavolette di legno opportunamente forate,…) affiancati da una striscia numerata da 0 a 9 in corrispondenza delle "linee orizzontali", usando come "palline" sassi, noccioline, bilie,…