MAtematica per COnoscere e per SApere

Guida per gli insegnanti

Presentazione del progetto MaCoSa
  1. Il nucleo di ricerca didattica MaCoSa e le finalità del progetto
  2. Impostazione del progetto
  3. I contenuti matematici e i "nuovi programmi"
  4. Le schede di lavoro
Guide alle unità didattiche

Presentazione del progetto MaCoSa
Integrazione, per gli insegnanti, dell'Introduzione al volume

1. Il nucleo di ricerca didattica MaCoSa e le finalità del progetto

    MaCoSa è un progetto per l'insegnamento della matematica nella scuola secondaria superiore che il nucleo di ricerca didattica omonimo ha iniziato a elaborare e sperimentare nel 1991/92.
      Il nucleo ha avuto origine da alcune esperienze di aggiornamento e dalle discussioni tra alcuni docenti della Scuola secondaria superiore e un ricercatore del Dipartimento di Matematica dell'Università di Genova che avevano collaborato alla preparazione di esse. A partire da questo confronto si è prospettata una attività di ricerca e sperimentazione.
      Le difficoltà e i problemi che gli insegnanti incontravano di fronte ai nuovi programmi di matematica per la scuola secondaria superiore (NP) che si stavano delineando, la scarsa incidenza delle attività di aggiornamento del Piano Nazionale Informatica sugli aspetti culturalmente e didatticamente più significativi delle innovazioni introdotte, la richiesta di itinerari didattici e materiali per il lavoro in classe, … ci hanno orientato ad avviare la costruzione e sperimentazione di un progetto complessivo per l'insegnamento della matematica nella scuola secondaria superiore.
     Perché questa scelta?

     Affrontare uno o più temi matematici isolatamente non ci è sembrata una scelta adeguata alle difficoltà che stava (e sta) incontrando l'attuazione dei NP. Ciò per vari motivi:

(1)  Alle origini di queste difficoltà c'è il fatto che molti insegnanti leggono i NP solo come programmi che aggiungono temi nuovi a temi già presenti nei vecchi programmi.
Per combattere la tendenza a trascurare i temi nuovi e, soprattutto, a non cogliere i cambiamenti che dovrebbero investire i temi vecchi, ci è sembrato opportuno mettere in luce la necessità di un'attività di programmazione che disarticoli e riaggreghi i temi elencati nei programmi in itinerari didattici che colgano le interazioni tra i vari temi, ne sfruttino le reciproche motivazioni e occasioni di esercizio e consolidamento tecnico, realizzino economie e sinergie fondendo o integrando argomenti matematici diversi (nel fare probabilità si fa anche algebra, l'uso delle coordinate comporta attività con le equazioni e offre possibilità per introduzioni alternative e più efficaci di molti concetti geometrici, l'uso della nozione di funzione permette di semplificare e raccordare vari concetti, … per non parlare delle possibilità che offre l'uso dei mezzi di calcolo).

(2)  I temi nuovi creano problemi anche perché di per sé comportano un insegnamento meno "tradizionale".
Ciò non solo in quanto per vari di essi si è in assenza di itinerari didattici "tramandati" ma, soprattutto, in quanto il loro sviluppo necessariamente deve passare attraverso attività di matematizzazione (ogni problema probabilistico comporta la modellizzazione di un fenomeno casuale, mettere a punto un programma di argomento matematico per il calcolatore comporta spesso la schematizzazione in un modello matematico di una situazione problematica e, in ogni caso, la precisazione sotto forma di algoritmo di qualche procedimento e la sua traduzione in un linguaggio formale, …).

(3)  La natura della matematica e dei suoi modelli (ruolo delle definizioni e delle argomentazioni in matematica, caratteristiche dei modelli matematici rispetto ai modelli organizzati nelle altre discipline, organizzazione interna della disciplina, …) sono comprensibili gradualmente attraverso la costruzione di una rete complessa di riferimenti culturali ed esperienziali.

     Per questi motivi abbiamo ritenuto opportuno tentare la strada di riorganizzare temi e metodi matematici, e di riflettere sui problemi del loro insegnamento, all'interno di itinerari didattici di più ampio respiro conoscitivo, dando rilievo sia ai momenti della matematizzazione e della discussione dei limiti dei modelli matematici che a quello della analisi e messa a punto di collegamenti, descrizioni, ragionamenti, … di tipo interno alla matematica.
     Del resto MACOSA è un acronimo per "Matematica per Conoscere e per Sapere", etichetta con cui si vuole indicare la finalizzazione della nostra attività al miglioramento dell'insegnamento della matematica nella scuola secondaria superiore, del quale spesso sono poco curati sia gli aspetti conoscitivi (modelli matematici nella lettura e interpretazione della realtà) che gli aspetti culturali (la padronanza della matematica non solo "operativa", ma sapiente, cioè consapevole della sua natura, dei suoi concetti e dei suoi metodi).
     Del progetto sono stati elaborati e sperimenati itinerari didattici e schede di lavoro per il biennio; è in corso una revisione e integrazione di questi materiali e è stata avviata l'elaborazione di itinerari e materiali per il triennio. In prospettiva, si ha intenzione di rivedere periodicamente il progetto, per aggiornarlo in base agli esiti della sperimentazione e a modifiche dell'assetto didattico e culturale che vengano ritenute opportune.

2. Impostazione del progetto

(1)   Come già osservato, il progetto si presenta anche come una proposta (da convalidare/modificare attraverso un'attività di sperimentazione) di attuazione dei "nuovi programmi" (NP): in accordo con i suggerimenti metodologici ("Indicazioni didattiche") dei NP, è articolato in itinerari didattici che integrano temi matematici diversi, dà rilievo alle attività di matematizzazione, ….
     E` parso utile avviare la costruzione del progetto anche per proporre, come prototipi o termini di paragone, una impostazione e una qualità alternative a quelle dei libri di testo più diffusi, in genere di livello scadente e non rispondenti alle indicazioni metodologiche dei NP.
     Per altro i libri più diffusi non sono in linea neanche con le indicazioni dei vecchi programmi. Si veda per esempio la premessa ai programmi per i licei classico e scientifico:
     «[…] seguendosi il metodo delle approssimazioni successive, perché la consapevolezza delle parole, dei concetti, delle proprietà, dei ragionamenti si consegue a poco a poco, per gradi insensibili. E conviene, per tenere sempre vivo l'interesse ai successivi sviluppi, dare largo posto all'intuizione, al senso comune, all'origine psicologica e storica delle teorie, alla realtà fisica, agli sviluppi che conducono ad affermazioni pratiche immediate, mettendo da parte le nozioni statiche e rigide, e quelle puramente logiche, ma che astraggono da ogni impulso intuitivo. […] Metodo dunque intuitivo-dinamico, in stretto contatto col processo storico, senza esclusivismo di vedute, perché solo così il patrimonio spirituale acquistato nella scuola media inferiore può essere veramente ripreso, evoluto e rafforzato nella scuola dell'ordine superiore».

(2)   Per realizzare l'intreccio tra riflessioni interne e uso di modelli matematici abbiamo organizzato il progetto in itinerari didattici di ampio respiro,
    a volte riferiti a situazioni "reali" in cui introdurre, sviluppare, … modellizzazioni di tipo matematico, facendo anche riferimento a concetti di altre discipline (in genere le applicazioni della matematica sono mediate dai modelli delle altre discipline: la matematica non ha in sé tutti gli strumenti per "contatti fisici" diretti),
    a volte riferiti a temi esplicitamente matematici (riflessioni sulla disciplina "matematica": linguaggi per descrivere i vari tipi di modelli, generalizzazioni, proprietà dei modelli, relazioni tra modelli matematici diversi, modelli matematici che astraggono proprietà di altri modelli matematici, …).

(3)   Come obiettivi prioritari dell'insegnamento della matematica abbiamo assunto i seguenti:

a

rendere gli alunni consapevoli del ruolo e della natura dei modelli matematici

b)

far loro raggiungere un certo livello di abilità nell'applicare, elaborare, confrontare modelli matematici (attività da riferire al modo in cui si fa e si usa la matematica ai nostri giorni: delega ai mezzi di calcolo degli aspetti più meccanici, capacità di orientarsi, di scegliere i modelli matematici appropriati, di consultare manuali, … più che saper far calcoli "meccanici" e ricordare "ricette")

c)

renderli consci delle interazioni (oggi e nella storia) della matematica con il "resto",

d)

far percepire la scuola come sede di formazione culturale,

e)

concorrere all'educazione a leggere, scrivere, organizzarsi, dubitare,

     Gli obiettivi a-c sono essenziali sia per chi non proseguirà gli studi (ruolo e uso della matematica nelle professioni), sia per chi proseguirà (scelte consapevoli degli studi successivi).
     Gli obiettivi d-e sono da perseguire attraverso le scelte di impostazione culturale - vedi (2) - e le scelte metodologiche - vedi (4) -. Essi sono essenziali per interagire concettualmente con gli alunni (come mettono in luce anche le ricerche sui processi di apprendimento):

d:  per evitare che le conoscenze sviluppate dalla scuola siano intese come una cultura ad hoc (da "trattenere" solo superficialmente e temporaneamente), per poter accedere ai fattori che sono alla origine delle difficoltà concettuali degli alunni, per trasformare i loro "bisogni" culturali in "interessi", …;
e:  per mettere gli alunni in grado di: comprendere definizioni, argomentazioni, testi di problemi; organizzare e comunicare ragionamenti; …

(4)   Per quanto riguarda i materiali didattici e altri aspetti metodologici: 
si è scelto di organizzare gli itinerari didattici in unità didattiche composte ciascuna da più schede di lavoro:

a esercizi sparsi e dai contesti ristretti si sono preferite situazioni problematiche più ampie, in cui la attività di matematizzazione sia più significativa (• più strumenti matematici coinvolti,• esame più approfondito dei rapporti tra situazione e modelli matematici,• riferimenti a modelli propri di altre discipline,• scelta di situazioni che, in maniera culturalmente significativa per gli alunni, "veicolino" e costituiscano "prototipi" per i concetti matematici coinvolti; 
le schede di lavoro presentano:
• parti da leggere, • inviti a discussioni, • quesiti che prevedono risposte articolate (orali o scritte) nella lingua naturale, • quesiti matematici più tradizionali, • quesiti che prevedono attività operative di altro genere (vedi sotto) e • quesiti più aperti, che comportano aspetti organizzativi (organizzarsi il foglio di lavoro, decidere quale questione affrontare prima, dove andare a cercare certe informazioni, …), • quesiti da affrontare collettivamente e • quesiti da affrontare individualmente; 
     alla fine di ogni scheda (escluse quelle dell'unità didattica introduttiva) allo studente è richiesto di segnare con un evidenziatore le parti in cui viene esemplificato o descritto il significato di alcune "parole chiave" (di cui viene fornito un elenco), fare esempi d'uso di questi termini e sintetizzare per iscritto il contenuto della scheda (ciò serve anche come avvio all'uso del "dizionario": vedi sotto); 
questa organizzazione dell'insegnamento dovrebbe rendere possibile una verifica dinamica degli alunni (avere un'idea più attendibile di come i singoli alunni apprendono nel corso dell'anno e dell'andamento complessivo della classe); 
la verifica dinamica è particolarmente importante per il nostro progetto, che non ha obiettivi "immediati" di produttività nel calcolo meccanico o nella riproduzione di definizioni e dimostrazioni, ma
• mira a sviluppare l'organizzazione mentale dei concetti,
• cerca di far emergere e mettere a confronto o in contraddizione le idee, i pregiudizi, le conoscenze distorte degli alunni,
• presta attenzione alle ambiguità/confusioni a cui possono dar luogo le diverse semantiche del linguaggio comune e dei linguaggi matematici, … ; con un'impostazione di questo genere, in cui si mira ad acquisizioni più profonde e generali, la verifica va effettuata in un arco di tempo più ampio; 
per quanto riguarda l'adattamento del progetto a livelli di preparazione/capacità diversi e a situazioni scolastiche diverse, la graduazione dei quesiti, la loro presentazione in modo da essere affrontati con diversi livelli di astrazione e la ripresa a spirale degli argomenti in uu.dd. successive dovrebbero rendere meno difficile (rispetto all'insegnamento "tradizionale") far partecipare tutti al "filo del discorso" e alla comprensione degli aspetti essenziali dei concetti matematici introdotti; la presenza di paragrafi (o schede) facoltative consente l'uso del materiale in classi di scuole con programmi "deboli" o "forti" (o con diversi livelli di "utenza"): vedi punto 4; 
le schede presentano molte attività "tradizionalmente" assenti:
• uso di calcolatrici, riga, squadra, goniometro, carta millimetrata e quadrettata, …; • ;attività di calcolo mentale; • osservazione, descrizione, analisi di fenomeni presenti nella vita quotidiana;
     così si vuole • sia attivare maggiormente gli alunni (attraverso momenti di lavoro più operativo/concreto si possono recuperare allo studio e attivare concettualmente alunni non coinvolti dall'insegnamento tradizionale), • sia proporre attività di esercizio extrascolastico su quanto studiato (e, indirettamente, coinvolgere le famiglie, facendo percepire la natura culturale del lavoro proposto: le famiglie, per fattori vari, sono spesso ostili alle impostazioni non tradizionali);

tutte le unità didattiche prevedono spunti per attività al calcolatore (in aula computer, nell'aula normale con computer tascabili, …, a seconda dei casi e delle scelte dell'insegnante); in alcuni casi è previsto l'impiego di software specifico per il progetto;

alle unità didattiche si affiancano:

un eserciziario (gli esercizi sono utilizzabili durante o dopo - per ripassi o consolidamenti - lo svolgimento delle schede ai cui temi si riferiscono, possono essere impiegati per compiti a casa, per compiti in classe, per attività di consolidamento mirate su qualche alunno, …),
una specie di dizionario matematico (il volume "Gli oggetti matematici"), che man mano estrae, sintetizza, inquadra internamente, … gli argomenti matematici introdotti nel volume "Schede di Lavoro" e viene a costituirsi come un manuale di consultazione e, nel contempo, un indice ragionato del progetto,
una "banca" di esercizi di verifica, che i vari insegnanti possono assemblare per costruire "compiti in classe"; alcuni blocchi di esercizi, da proporre alla fine e all'inizio degli anni scolastici, hanno la finalità specifica di valutare l'efficacia del progetto che quella di esplorare le difficoltà di apprendimento degli alunni.

(5)   Le riunioni periodiche degli insegnanti che partecipano alla elaborazione e sperimentazione del progetto sono utili non solo per verificare l'andamento del lavoro delle classi, ma anche perché il confronto con i colleghi (riferito a una stessa proposta didattica) sulle difficoltà incontrate e sui modi in cui sono state affrontate, su come la classe ha risposto agli stimoli proposti, … è utile per riflettere sul proprio modo di insegnare (questi aspetti sono spesso trascurati nella programmazione collegiale delle scuole). Parte delle riunioni sono dedicate ad attività di aggiornamento "matematico". 
     A partire dal 1994/95, la stampa del progetto per il biennio è effettuata presso una Casa Editrice, tramite una convenzione tra questa e il Dipartimento di Matematica dell'Università di Genova, in modo da permettere l'uso del materiale (e la sperimentazione del progetto) da parte di un maggior numero di insegnanti, anche di scuole non situate in provincia di Genova o province limitrofe. Anche in quest'ultimo caso, situazione per situazione, si potranno studiare forme opportune di confronto/consulenza/aggiornamento/… .
     Guide per gli insegnanti, schede di verifica, floppy disk, eserciziari integrativi… sono riprodotti e distribuiti (direttamente o via Internet) agli insegnanti sperimentatori direttamente dal gruppo, assieme a copia dei volumi del progetto (che vengono acquistati dal gruppo: l'editore non distribuisce copie saggio alle scuole).

3. I contenuti matematici e i "nuovi programmi"

     Il progetto assume come riferimento i temi previsti dai "nuovi programmi" per il biennio, temi che ricalcano quelli dei programmi in vigore nella scuola media inferiore.
     Sotto abbiamo riportato un elenco dei contenuti previsti per i vari temi dai programmi "Brocca", nelle versioni A (programma "debole", per gli indirizzi classico, linguistico, pedagogico e artistico) e B (programma "forte", per gli indirizzi scientifico, scientifico-tecnologico, tecnologico ed economico), e dai programmi del "Progetto '92" (per gli istituti professionali); altri "nuovi programmi" ("PNI", "Leonardo", …) hanno piccole differenze da questi. Ci riferiamo ai programmi "Brocca" e simili, anche se la prevista "autonomia scolastica" dovrebbe consentire maggiore flessibilità nella organizzazione dei curricoli.
     Nel riportare i contenuti elencati nei programmi, per sintesi o per maggiore chiarezza, a seconda dei casi, abbiamo fatto qualche piccola modifica linguistica (abbiamo scritto «introduzione» invece di «introduzione intuitiva», «polinomi» invece di «monomi e polinomi», …), e abbiamo aggiunto alcune specificazioni («casi particolari», … ) e alcuni argomenti («"studio" di funzioni e soluzioni di equazioni», «grafici vari», «avvio alle presentazioni assiomatiche», …) indicati nei commenti.
     Ricordiamo che l'ordine di elencazione dei temi e, all'interno di questi, dei vari contenuti, non intende suggerire alcun ordine di svolgimento: nelle Indicazioni didattiche presenti nei programmi si sottolinea che l'insegnante deve disaggregare i programmi e riaggregarne e riordinarne i contenuti secondo opportuni itinerari didattici.
     Più avanti abbiamo riprodotto sia le Finalità che le Indicazioni didattiche dei "programmi Brocca"; nelle altre versioni dei "nuovi programmi" queste parti generali sono pressocché uguali.

B
r
A

B
r
B

P
9
2

1. GEOMETRIA DEL PIANO E DELLO SPAZIO

1

Piano euclideo e sue trasformazioni isometriche
2 Figure piane e (alcune) loro proprietà
3 Poligoni equiscomponibili
4 Teorema di Pitagora
5 Omotetie e similitudini del piano
6 Teorema di Talete
7 Piano cartesiano (come modello del piano euclideo)
8 Retta nel piano cartesiano
9 Parabola nel piano cartesiano (casi particolari)
10 Iperbole equilatera nel piano cartesiano (casi particolari)
11 Cerchio nel piano cartesiano
12 Coseno e seno degli angoli convessi
13 Relazione fra lati e angoli nei triangoli rettangoli
14 Cenni alla geometria dello spazio; esempi di trasformazioni geometriche nello spazio
15 Individuazione di simmetrie in solidi geometrici
16 Avvio, riferendosi a vari campi, alle presentazioni assiomatiche

B
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A

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r
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2

2. INSIEMI NUMERICI E CALCOLO
1 Operazioni, ordinamento e loro proprietà negli insiemi dei numeri naturali, interi, razionali
2 Valori approssimati e loro uso nei calcoli (1); introduzione dei numeri reali (2)
3 Radicali quadratici (1) e operazioni elementari su di essi (2)
4 Il linguaggio dell'algebra e il calcolo letterale
5 Espressioni algebriche interpretate/rappresentate con schemi di calcolo,grafi, …
6 Polinomi
7 Frazioni algebriche
8 Equazioni (1) e sistemi (2) di primo grado
9 Equazioni (1) e sistemi (2) di secondo grado
10 Disequazioni di primo grado
11 Disequazioni di secondo grado

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A

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2

3. RELAZIONI E FUNZIONI
1 Insiemi ed operazioni su di essi
2 Prime nozioni di calcolo combinatorio
3 Differenze e analogie strutturali
4 Leggi di composizione ed individuazione di particolari strutture
5 Prodotto cartesiano e relazioni binarie
6 Relazioni d'ordine
7 Relazioni di equivalenza
8 Applicazioni (funzioni)
9 Funzioni x  ax+b (1), x  ax2 (2), x  a/x (3) e loro grafici
10 Funzioni x  ax2+bx+c e loro grafici
11 "Studio" di funzioni e soluzioni di equazioni

B
r
A

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r
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9
2

4. ELEMENTI DI PROBABILITÀ E DI STATISTICA
1 Semplici spazi di probabilità: eventi aleatori
2 Eventi disgiunti e "regola della somma"
3 Probabilità condizionata (1), probabilità composta (2)
4 Eventi indipendenti e "regola del prodotto"
5 Elementi di statistica descrittiva: grafici vari (1), frequenza (2)
6 Rilevazione di dati (1), valori di sintesi (2), indici di variabilità (3)

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A

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2

5. ELEMENTI DI LOGICA E DI INFORMATICA
1 Logica delle proposizioni: proposizioni elementari e connettivi, valori di verità di una proposizione composta
2 Inferenza logica, principali regole di deduzione
3 Variabili e predicati (1), quantificatori (2)
4 Analisi, organizzazione e rappresentazione di dati
5 Costruzione di algoritmi e loro rappresentazione
6 Automi finiti, alfabeti, parole e grammatiche generative
7 Sintassi e semantica
8 Analogie e differenze tra linguaggio naturale e linguaggi artificiali
9 Prima introduzione ai linguaggi formali
Laboratorio di informatica:
10 Utilizzazione di un linguaggio di programmazione
11 Analisi di problemi e loro soluzioni mediante linguaggi di programmazione
12 Analisi di problemi e loro soluzioni mediante altri opportuni "ambienti informatici"


FINALITÀ (dai "programmi Brocca") 
     L'insegnamento di matematica e di informatica promuove:
1. lo sviluppo di capacità intuitive e logiche;
2. la capacità di utilizzare procedimenti euristici;
3. la maturazione dei processi di astrazione e di formazione dei concetti;
4. la capacità di ragionare induttivamente e deduttivamente;
5. lo sviluppo delle attitudini analitiche e sintetiche;
6. l'abitudine alla precisione di linguaggio
7. la capacità di ragionamento coerente ed argomentato;
8. la consapevolezza degli aspetti culturali e tecnologici emergenti dei nuovi mezzi informatici;
9. l'interesse per il rilievo storico di alcuni importanti eventi nello sviluppo del pensiero matematico.

Riferimenti generali 
     La matematica, parte rilevante del pensiero umano ed elemento motore dello stesso pensiero filosofico, ha in ogni tempo operato su due fronti: da una parte si è rivolta a risolvere problemi ed a rispondere ai grandi interrogativi che man mano l'uomo si poneva sul significato della realtà che lo circonda; dall'altra, sviluppandosi autonomamente, ha posto affascinanti interrogativi sulla portata, il significato e la consistenza delle sue stesse costruzioni culturali.
     Oggi queste due attività si sono ancor più accentuate e caratterizzate. La prima per la maggiore capacità di interpretazione e di previsione che la matematica ha acquistato nei riguardi dei fenomeni non solo naturali, ma anche economici e della vita sociale in genere, e che l'ha portata ad accogliere e a valorizzare, accanto ai tradizionali processi deduttivi, anche i processi induttivi. La seconda per lo sviluppo del processo di formalizzazione che ha trovato nella logica e nell'informatica un riscontro significativo.
     Sono due spinte divergenti, ma che determinano con il loro mutuo influenzarsi, il progresso del pensiero matematico.
     Coerentemente con questo processo l'insegnamento della matematica si è sempre orientato, e continua a orientarsi, in due distinte direzioni: da una parte "leggere il libro della natura" e matematizzare la realtà esterna; dall'altra simboleggiare e formalizzare i propri strumenti di lettura attraverso la costruzione di modelli interpretativi. Queste due direzioni confluiscono, intrecciandosi ed integrandosi con reciproco vantaggio, in un unico risultato: la formazione e la crescita dell'intelligenza dei giovani.
     Le finalità indicate sopra sono comuni a tutti gli indirizzi di studio perché concorrono, in armonia con l'insegnamento delle altre discipline, alla promozione culturale e alla formazione umana di tutti i giovani, anche di coloro che non intendono intraprendere studi scientifici e di quelli che decidono di orientarsi più direttamente verso il mondo del lavoro.
     In un corso di studi ad indirizzo tecnico-scientifico (per i quali è previsto il programma B) l'insegnamento deve inoltre confermare l'orientamento dei giovani per questo tipo di studi, potenziare e sviluppare le loro attitudini e dare le necessarie conoscenze per seguire proficuamente e senza traumi gli studi scientifici o tecnici a livello superiore.

Obiettivi di apprendimento 
     Alla fine del biennio lo studente deve dimostrare di essere in grado di:
1. individuare proprietà invarianti per trasformazioni elementari;
2. dimostrare proprietà di figure geometriche;
3. utilizzare consapevolmente le tecniche e le procedure di calcolo studiate;
4. riconoscere e costruire relazioni e funzioni;>
5. matematizzare semplici situazioni riferite alla comune esperienza e a vari ambiti disciplinari;
6. comprendere e interpretare le strutture di semplici formalismi matematici;
7. cogliere analogie strutturali e individuare strutture fondamentali;
8. riconoscere concetti e regole della logica in contesti argomentativi e dimostrativi;
9. adoperare i metodi, i linguaggi e gli strumenti informatici introdotti;
10. inquadrare storicamente qualche momento significativo dell'evoluzione del pensiero matematico.


INDICAZIONI DIDATTICHE (dai "programmi Brocca") 
     Non ci si può illudere di poter partire dalla disciplina già confezionata, cioè da teorie e da concetti già elaborati e scritti, senza prendersi cura dei processi costruttivi che li riguardano. È invece importante partire da situazioni didattiche che favoriscano l'insorgere di problemi matematizzabili, la pratica di procedimenti euristici per risolverli, la genesi dei concetti e delle teorie, l'approccio a sistemi assiomatici e formali. Le fonti naturali di queste situazioni sono il mondo reale, la stessa matematica e tutte le altre scienze. Ciò lascia intravedere possibili momenti di pratica interdisciplinare, prima nella scoperta e nella caratterizzazione delle diverse discipline in base al loro oggetto e al loro metodo, poi nel loro uso convergente nel momento conoscitivo.
     Dei processi di matematizzazione esistono modelli storici esemplari in grado di illustrarne anche le intrinseche difficoltà: si pensi alla matematizzazione pre-euclidea in ambito geometrico e al suo difficile rigoroso approdo euclideo-hilbertiano, al sistema formale dell'aritmetica, delle teorie riguardanti i numeri reali, alla logica, alla probabilità, ecc.. riguardanti i numeri reali, alla logica, alla probabilità, ecc.. In tale senso proprio la riflessione sul ruolo dei modelli e del linguaggio matematico in fisica e nei sistemi complessi della biologia e della sociologia fa cogliere la portata di questo riferimento anche per la didattica della matematica.
     Il problema didattico centrale che si pone al docente nell'attuazione dei programmi risiede nella scelta di situazioni particolarmente idonee a far insorgere in modo naturale congetture, ipotesi, problemi. Per una pratica didattica così finalizzata, offrono prioritaria ispirazione i risultati delle ricerche in campo storico-epistemologico, in quello psico-pedagogico, nonché in quello metodologico-didattico.
     La scelta delle situazioni e dei problemi rientra in un quadro più vasto di progettazione didattica che si realizza attraverso la valutazione delle disponibilità psicologiche e dei livelli di partenza dei singoli studenti, l'analisi e la determinazione degli obiettivi di apprendimento, l'analisi e la selezione dei contenuti, l'individuazione di metodologie e tecniche opportune, l'adozione di adeguate modalità di verifica. Questa progettazione sostiene il lavoro didattico, favorisce la collocazione dei contenuti nel quadro del sapere scientifico, permette di individuare con più chiarezza la loro importanza e la difficoltà del loro apprendimento.
     Il programma si articola in cinque temi. A questi si aggiunge un laboratorio di informatica, con valore operativo trasversale rispetto ai temi.
     Non è prevista una scansione annuale dei contenuti.
     L'ordine con cui sono proposti i cinque temi non è da interpretare come ordine di svolgimento. Si suggerisce che il docente li sviluppi in modo integrato, partendo da situazioni o contesti che ne mettano in luce le reciproche relazioni e connessioni, nel rispetto dell'identità caratteristica degli argomenti. Ferma restando per tutti l'acquisizione dei contenuti indicati, è necessario che il docente produca esemplificazioni, situazioni e applicazioni tendenzialmente orientate secondo le esigenze e gli interessi preminenti dei vari indirizzi di studio.
     I linguaggi di programmazione, gli algoritmi risolutivi dei problemi e l'aspetto operativo offerto dai calcolatori si possono utilizzare come occasioni per valorizzare nuovi accessi all'astrazione, modalità più dirette e distinte di familiarizzazione con i linguaggi formali.
     La verifica dell'apprendimento deve essere strettamente correlata e coerente, nei contenuti e nei metodi, con il complesso di tutte le attività svolte durante il processo di insegnamento-apprendimento. Non può quindi ridursi ad un controllo formale sulla padronanza solo delle abilità di calcolo o di particolari conoscenze mnemoniche; deve invece vertere in modo equilibrato su tutte le tematiche e tenere conto di tutti gli obiettivi evidenziati nel programma. A tale fine il docente può servirsi di verifiche scritte e orali.
     Le verifiche scritte possono essere articolate sia sotto forma di problemi ed esercizi di tipo tradizionale, sia sotto forma di test; possono anche consistere in brevi relazioni su argomenti specifici proposti dal docente o nella stesura (individuale o a piccoli gruppi) di semplici programmi costruiti nell'ambito del laboratorio di informatica.
     Le interrogazioni orali sono utili soprattutto per valutare le capacità di ragionamento e i progressi raggiunti nella chiarezza e nel!a proprietà di espressione.
     Nel corso delle verifiche scritte è giustificato l'uso degli stessi sussidi didattici utilizzati nell'attività di insegnamento-apprendimento (calcolatrici tascabili, strumenti da disegno, e, se ritenuto opportuno, manuali e testi scolastici).


     Si sono riprodotte anche Finalità e Indicazioni didattiche perché, nonostante il soddisfacente quadro di assieme, che ben si raccorda con i programmi della scuola dell'obbligo, i contenuti elencati e le differenziazioni per tipo di scuola in più punti sollevano perplessità o sono poco comprensibili. Per interpretare i programmi è, quindi, necessario, far riferimento, a mo' di "costituzione", a queste indicazioni generali.
     Nel seguito, tema per tema, espliciteremo alcune osservazioni critiche e le scelte, interpretative e correttive, che abbiamo operato nella nostra attività: il nostro progetto non è una applicazione routinaria dei programmi, ma è parte integrante di un'attività di ricerca e sperimentazione didattica, finalizzata a indurre innovazioni migliorative dei percorsi formativi.
     La scheda 3 dell'unità didattica La matematica e i suoi modelli illustra in maniera abbastanza esauriente l'immagine della matematica e gli atteggiamenti verso di essa che cerchiamo di "costruire" con la nostra proposta didattica.
     Esaminando il volume Gli oggetti matematici (e, in particolare, il relativo indice) si possono ricostruire i contenuti matematici del progetto.
     Ora, tema per tema, riferendosi all'elenco numerato con cui abbiamo sintetizzato i programmi "Brocca", illustriamo brevemente come abbiamo deciso di svilupparne i contenuti, rinviando a parti specifiche delle guide alle varie unità didattiche per approfondimenti.

La geometria del piano e dello spazio 
     Ritenendo impraticabile una presentazione assiomatica della geometria, abbiamo deciso di introdurre alcuni concetti geometrici per via analitica: 
riferendosi al piano: • punto come coppia di numeri reali, • figura come insieme di punti, • traslazione come particolare funzione numerica a 2 input e 2 output, • distanza come opportuna funzione numerica a 4 input 1 output, • direzione come elemento dell'intervallo [0,360), … 
     e, poi, di introdurre altri concetti e affrontare problemi e dimostrazioni a volte analiticamente, a volte sinteticamente (ad esempio una semiretta, invece che analiticamente, mediante un sistema equazione+disequazione, può essere descritta come l'insieme di punti in cui un punto dato può essere trasformato mediante traslazioni di direzione fissata). 
     Questi concetti vengono introdotti man mano come modelli matematici che astraggono e generalizzano concetti "fisici" (dalle posizioni su righe e su superfici individuate con strumenti di misura ai punti come n-uple di numeri, dalle direzioni scandite da un goniometro alla associazione di un intervallo [a,b) ai punti del cerchio x2+y2=1, …), dopo lo svolgimento di riflessioni e attività operative (con strumenti da disegno e di misura) in situazioni "concrete". 
     In questa impostazione, il piano euclideo (punto 1 dell'elenco) è introdotto come R2 dotato della distanza euclidea. Rinunciando a una presentazione assiomatica, come fanno anche i NP, non si vede come se ne possa dare una presentazione diversa da questa (l'idea di introdurre il piano cartesiamo - punto 7 dell'elenco - come "modello" del piano euclideo, suggerita dai NP, sembrerebbe fa riferimento al concetto di "modello di un sistema di assiomi", ma ciò sarebbe contraddittorio con la rinuncia a una presentazione assiomatica; l'unica interpretazione che ci pare possibile sia intendere il piano cartesiano come "modello matematico" del concetto pre-matematico di piano euclideo).
     Il cerchio, in quanto è il luogo geometrico più facile e più "significativo", nonostante che i NP lo menzionino esplicitamente sono nel caso degli istituti professionali, nel progetto è un concetto geometrico introdotto tra i primi e su di esso poggia l'introduzione di vari altri concetti (direzione, funzioni trigonometriche, …).
     Le funzioni trigonometriche (anche la funzione tangente) vengono definite non solo per gli angoli convessi (come suggerirebbero i NP), in quanto ciò, oltre ad essere una scelta secondo noi didatticamente poco efficace, sarebbe difficilmente conciliabile con l'introduzione delle rotazioni, con i riferimenti alle applicazioni extra-matematiche, con l'uso dei mezzi di calcolo, … (incomprensibilmente, i NP escludono totalmente le funzioni trigonometriche nel caso del programma Brocca-A).
     Dal momento che i NP prevedono per tutti lo studio delle funzioni x  ax2 e x  a/x e dei movimenti piani, il progetto prevede per tutti (anche per le scuole con il programma Brocca-A), anche se con diversi livelli di approfondimento, parabole e iperboli equilatere.
     Analogamente non abbiamo ritenuto opportuno limitare l'argomento delle omotetie e delle similitudini al programma Brocca-B: se si intendono le similitudini in senso "pre-matematico" (senza presentazioni assiomatiche, non in forma analitica, …), non si vede come se ne possa fare a meno per introdurre la retta nel piano cartesiano; se si intende presentare "matematicamente" le isometrie, non si vede perché non introdurre prima il più facile concetto di omotetia. 
     È vero che questi concetti verranno ripresi e approfonditi nel triennio, ma non si vede perché non darne una "prima" (o "seconda", in quanto si tratta di temi già affrontati nella scuola dell'obbligo …) presentazione già ora, nell'ottica di una ripresa a "spirale" degli argomenti, e tenendo conto che per gli stessi argomenti, in indirizzi scolastici differenti, si possono prevedere diversi livelli di approfondimento.
     Non si tratta di fare degli "anticipi", ma di utilizzare, in modi opportuni, terminologie e concetti che trovano naturali intrecci con altri concetti previsti dai NP e di porre, per tempo, le basi per la costruzione di successivi livelli di formalizzazione. Ci pare fondamentale questo aspetto, sia per dare una immagine corretta e "viva" della matematica, sia per non irrigidire gli studenti nell'identificazione dei concetti con particolari definizioni, particolari procedimenti di calcolo, … e nella loro classificazione in aree (la geometria, l'algebra, l'analisi, la probabilità, …) non comunicanti. 
     La presentazione delle tematiche geometriche nel progetto è fortemente intrecciata a quella di altri argomenti: funzioni, equazioni, numeri, uso del calcolatore, …
     Per indicazioni più approfondite sullo sviluppo nel progetto dei contenuti geometrici, si vedano le guide alle uu.dd. Per strada e La matematica e lo spazio.

Insiemi numerici e calcolo - Relazioni e funzioni 
     Per l'introduzione dei numeri abbiamo scelto un approccio costruttivista; in breve:
–  numeri reali come opportune successioni di caratteri (cifre, "." e "–"), con una opportuna relazione di "eguaglianza" (3.7999…=3.8000…, ecc.),
–  definizione algoritmica delle operazioni sui numeri decimali limitati,
–  estensione di queste ai numeri reali mediante i concetti di approssimazione e, senza formalizzazioni, di limite/funzione continua (es.: per ottenere il risultato di x·y con una certa precisione basta operare su intervalli di indeterminazione per x e per y sufficientemente piccoli).
     I numeri naturali, interi, periodici/razionali, decimali limitati e limitati in altre basi vengono studiati come particolari sottoinsiemi di R chiusi rispetto ad alcune operazioni. 
     Non si è ritenuto opportuno né, ovviamente, introdurre i numeri reali per via assiomatica, né presentare la costruzione dei vari insiemi numerici a partire da N:
     sarebbe dispendioso e difficile introdurre gli strumenti algebrico-logico-insiemistici per effettuare "correttamente" la costruzione – anche il solo passaggio agli interi –
     e, soprattutto, per questo livello scolastico, non se ne vedono motivazioni didattiche (in un corso universitario di algebra la costruzione di Q a partire da N può essere invece un'occasione di applicazione di concetti come partizione, immersione, …) o culturali (in un corso universitario sui fondamenti della matematica può essere invece significativo costruire con tecniche insiemistiche a partire dall'aritmetica di Peano un modello per gli assiomi dei numeri reali).
     Per ulteriori commenti si veda la guida all'u.d. I numeri. 
     L'introduzione dei numeri viene svolta contestualmente ad attività di elaborazione statistica, attività con mezzi di calcolo, riflessioni sui codici, … . Indicazioni al riguardo sono presenti anche nelle guide alle uu.dd. Le statistiche e La automazione. 
     Sin dalle prime schede viene introdotto il concetto di funzione, sotto forma sia di algoritmo che di tabella e di grafico. Pur in assenza di esplicite definizioni (come: "dicesi funzione un insieme di coppie (x,y) tale che …") si tratta di presentazioni sufficientemente rigorose (il concetto di algoritmo può essere precisato riferendosi a un linguaggio di programmazione, il grafico e la tabella sono insiemi di coppie – o di n-uple – di numeri tali che …). Il concetto di funzione viene meglio formalizzato nella u.d. Funzioni ed equazioni, prevista per la classe seconda. 
     Il riferimento a questo concetto, inevitabile in una visione non "preistorica" della matematica e dei suoi usi, entra in gioco nella definizione dei termini (espressioni algebriche, nei NP) e, quindi, delle formule (equazioni e disequazioni).
     Nel progetto abbiamo dato particolare rilievo, soprattutto in classe prima, all'analisi della struttura dei termini (che ci pare importante per impostare su basi solide l'uso dei linguaggio algebrico e dei linguaggi formali) e alla messa a punto di un lessico "algebrico" generale, più vicino alla terminologia impiegata dalle applicazioni per il calcolo simbolico che a quella "scolastica" (vedi la guida alla scheda 4 di Le statistiche).
     Riflessioni, di approfondimento e di sintesi, sulla risoluzione (grafica, numerica e simbolica) di equazioni, sistemi e disequazioni (presente in contesti vari fin dall'inizio della classe prima) e sulle funzioni polinomiali sono previste per la classe seconda, e sono volte non tanto alla messa a punto di specifiche tecniche, quanto alla individuazione di metodi basati sull'uso, più o meno formalizzato, di alcuni concetti generali (funzione inversa, funzione iniettiva, continuità, connettivi logici, … ). Vedi la guida all'u.d. Funzioni ed Equazioni. 
     È previsto l'uso sistematico del computer, sia per la rappresentazione e lo studio grafico di funzioni ed equazioni che per attività di calcolo simbolico, sia con software ad hoc (elaborato dal gruppo) che con software commerciale (Derive, in particolare). L'uso del computer (pure in attività di programmazione) è importante anche per motivare, esercitare e inquadrare in un contesto più generale l'uso dei formali, di cui l'usuale linguaggio algebrico è solo un esempio (vedi, più avanti, i commenti al tema "elementi di logica e informatica"). 
     I NP si soffermano in particolare su alcune funzioni (e alcune equazioni), intendendo che queste devono essere particolarmente approfondite.
     Ma ovviamente occorre esaminare anche altre funzioni (equazioni), quanto meno per mettere in luce, per contrasto, le caratteristiche di quelle che verranno studiate più a fondo.
     E, come emerge da osservazioni presenti nei commenti ai temi "Insiemi numerici e Calcolo" e "Elementi di Logica e di Informatica", nello studiare funzioni ed equazioni, occorre evitare di introdurre tecniche ad hoc per questioni che possono essere affrontate con metodi più generali o di sviluppare su casi particolari aspetti che, senza dispendio e con maggiore significatività, possono essere visti in contesti più generali.
     Pare ovvio, quindi, risolvere per via grafica/numerica anche equazioni, disequazioni e sistemi di cui per ora non si studiano procedimenti risolutivi di tipo simbolico (cioè "algebrico"), considerare i radicali quadratici come casi particolari di elevamenti alla potenza, studiare procedimenti generali per trasformare termini in termini equivalenti, comporre e operare con funzioni di vario genere (non solo nei casi particolari delle funzioni polinomiali, delle traslazioni, …), individuare "analogie strutturali" tra funzioni e tra relazioni diverse, …
     Quindi, anche se i NP parlano esplicitamente solo di radicali quadratici, e solo per il Brocca-B, abbiamo considerato naturale affrontare, a un primo livello, le potenze a esponente non intero.
     Così, anche se i NP esplicitano l'argomento delle disequazioni di 2° grado solo per il Progetto '92, abbiamo ritenuto giusto risolvere graficamente e, in alcuni casi, simbolicamente anche disequazioni diverse da quelle di 1° grado.
     Analogamente, poiché è previsto lo studio delle funzioni polinomiali (i polinomi, per noi, sono i "polinomi in n indeterminate", non le somme di monomi stranamente definiti), ci è parso naturale che si affronti, a un primo livello, lo studio delle equazioni polinomiali di grado superiore al 2°. 
     Anche se i NP per il Progetto '92 e il Brocca-A non citano tra i contenuti l'individuazione di particolari strutture (ma, nel caso del Brocca-A si parla di analogie strutturali nel commento al tema "Relazioni e Funzioni" e, per tutti gli indirizzi, nelle finalità esse sono indicate come un obiettivo di apprendimento prioritario …, ed erano già presenti nei programmi della scuola dell'obbligo), abbiamo ritenuto opportuno mettere in luce per tutti alcune differenze e analogie tra strutture (numeriche e non) diverse (insiemi numerici, insiemi di funzioni, connettivi, …). Si veda in particolare la guida alla scheda 3 de I numeri.
     E prevediamo alcuni cenni al calcolo combinatorio per tutti gli indirizzi (anche se i NP ne parlano esplicitamente solo per il Brocca-B), in quanto utili per affrontare alcuni esempi significativi di calcolo delle probabilità (ciò non vuol dire che il calcolo combinatorio sia fondamentale o sia una specie di "capitolo zero" del calcolo delle probabilità, come invece viene inteso in alcuni libri di testo!). Vedi la guida all'u.d. La matematica tra gioco e realtà.

Nota. A questo punto è il caso di aprire una piccola parentesi sulle assenze di alcuni argomenti dai NP, o da alcune versioni di essi, a cui abbiamo già accennato più volte.
     Una interpretazione, "malevola", di questo fenomeno potrebbe essere: nel complesso dei lavori delle commissioni che hanno formulato i programmi hanno avuto un peso non trascurabile le tendenze (vicine agli interessi delle case editrici più presenti nel mercato scolastico) a non creare troppe fratture con le impostazioni dei [degli autori dei] libri di testo più diffusi, per i quali, ad esempio, affrontare le disequazioni di 2° grado vuol dire comunque metter su un apparato macchinoso per le discussioni o affrontare il seno di 100° necessita di un trattato "pedestre" di trigonometria.
     Un'altra interpretazione, "benevola", potrebbe essere quella rappresentabile con la seguente frase di un ipotetico commissario: «Se si mettesse "avvio alle disequazioni di 2° grado" ci sarebbe il rischio che qualche insegnante [o autore di libro di testo], invece di affrontarle con un approccio grafico, riferendosi a situazioni problematiche significative, …, metta su i soliti apparati macchinosi. Meglio non esplicitare questo argomento, sottointendendo che nel contesto di una modellizzazione con una funzione quadratica l'insegnante [l'autore] potrà risolvere disequazioni di 2° grado in quanto non richiedono prerequisiti concettuali non presenti nei programmi».
     Alla luce delle "Indicazioni didattiche" e di alcune osservazioni presenti nei "Commenti" ai temi, propendiamo per la seconda interpretazione. E, comunque, è ovvio che nelle applicazioni, negli esempi, negli inquadramenti, … si possano estendere le indicazioni contenutistiche dei programmi.

Elementi di probabilità e di statistica 
     Nel progetto, nella classe prima, diamo ampio spazio alla statistica descrittiva, in quanto tema che si presta all'introduzione e al consolidamento in attività significative di molti concetti matematici di base, dai numeri al calcolo approssimato, dal concetto di funzione alla costruzione e all'uso delle formule, dalle rappresentazioni grafiche di relazioni numeriche alla lettura e alla messa a punto di algoritmi.
     Le indicazioni contenutistiche relative alla statistica presenti nei programmi sono molto vaghe.
     Nei commenti si parla di "grafici vari" e noi abbiamo riferito a questo argomento, oltre alle rappresentazioni di distribuzioni di frequenza, anche i grafici di serie temporali e il calcolo e la rappresentazione di numeri indici, la valutazione di variazioni e di variazioni medie, … (questi aspetti forse potrebbero rientrare anche sotto le voci "valori di sintesi" e "indici di variabilità" – punti 6.2 e 6.3 dell'elenco – , ma, forse, gli estensori dei NP con questi termini intendevano riferirsi, rispettivamente, ai valori medi (o indici di posizione) e agli indici (o misure) di dispersione). 
     Gli strumenti di statistica descrittiva servono poi, in classe seconda, come punti di riferimento per l'introduzione alla probabilità (concetto di distribuzione, proprietà della funzione-probabilità, …). 
     Nel commento al tema i NP accennano al confronto tra le diverse definizioni (non-assiomatiche) di probabilità.
     Sicuramente gli estensori dei programmi intendevano riferirsi agli approcci alla determinazione di alcuni valori di probabilità noti come "classico", "frequentista" e "soggettivista"; ma, secondo noi, far passare questi metodi valutativi, dipendenti dal contesto dell'"esperimento", per "definizioni matematiche" contribuirebbe a oscurare la comprensione sia della natura dei modelli matematici che del ruolo del calcolo delle probabilità; altro conto è (nel contesto di una riflessione più generale sui modelli matematici e sulla natura della matematica, che riteniamo opportuno affrontare nel triennio) inquadrare storicamente queste "definizioni" come tentativi definitori tipici di un periodo in cui la matematica non aveva ancora assunto un proprio status autonomo.
     Per ulteriori indicazioni rinviamo alla guida dell'u.d. La matematica tra gioco e realtà.

Elementi di logica e di informatica 
     La lettura del solo elenco dei contenuti proposti dai NP lascia un po' perplessi (anche se, per questo tema, ci sono stati dei miglioramenti rispetto alle prime versioni dei NP): la "logica matematica" e temi come gli "automi" e le "grammatiche generative", se intesi in quanto tali, sono affrontabili decentemente (avendo a disposizione sia strumenti concettuali adeguati che contesti significativi in cui utilizzarli) solo a livello universitario.
     La lettura del commento al tema fuga alcune perplessità. Troviamo, infatti, per quanto riguarda la logica: «Gli elementi di logica non devono essere visti come una premessa metodologica all'attività dimostrativa , ma come una riflessione che si sviluppa man mano che matura l'esperienza matematica dello studente. Fin dall'inizio bisogna abituare lo studente all'uso appropriato del linguaggio e delle formalizzazioni, a esprimere correttamente le proposizioni matematiche e a concatenarle in modo coerente per dimostrare teoremi, mentre solo nella fase terminale del biennio si può pervenire allo studio esplicito delle regole di deduzione».
     Sulla logica intesa, in senso lato, come educazione all'attenzione agli aspetti linguistici, all'esposizione comprensibile delle argomentazioni, … non si può che essere d'accordo, e la riflessione sulle questioni linguistiche è diffusa in tutte le unità didattiche del progetto.
     Per lo «studio esplicito delle regole di deduzione» non è chiaro che cosa intendano gli estensori dei NP: sicuramente non intendono riferirsi a una presentazione assiomatica della logica proposizionale, che contraddirebbe la prima parte del commento stesso e il fatto che di "assiomi" si parla solo nei NP per la classe 5ª di alcuni indirizzi (poi, a seconda della presentazione assiomatica scelta, le regole di derivazione possono essere diverse …); probabilmente gli estensori intendono riferirsi alla messa in luce di alcuni schemi dimostrativi e alla possibilità di usare le tavole di verità per evidenziare alcuni dei casi in cui, nota la verità di alcune formule, si può "concludere" che è vera un altra formula. Su questi aspetti sono presenti riflessioni in varie schede. 
     Grande rilievo, in molte schede, viene dato alla discussione delle analogie e delle differenze tra linguaggio formale e linguaggi artificiali (punto 8 dell'elenco).
     Questo aspetto è, indubbiamente, centrale sia per l'avvio alla "logica matematica", intesa nel senso lato a cui ci siamo riferiti sopra, sia per l'avvio all'uso dei linguaggi di programmazione e di altro software. 
     Alla costruzione e alla rappresentazione di algoritmi (punto 5 dell'elenco) e all'uso del computer per analizzare e risolvere problemi (punti 11 e 12) si ricorre in gran parte delle schede di lavoro, così come accade nel normale lavoro di quasi tutti i matematici e di chi usa la matematica in altre scienze, tecniche o mestieri.
     Il punto 6 ("automi finiti, …"), a cui abbiamo accennato criticamente, dovrebbe essere finalizzato, come suggeriscono i commenti al tema, al riconoscimento dell'«aspetto logico-funzionale di alcune realtà (i linguaggi formali, l'elaboratore, altri sistemi automatici)».
     Sul fatto che la riflessione sulla natura degli automatismi, sulle differenze tra questi e altre "macchine", … sia fondamentale per educare a un uso consapevole dei mezzi di calcolo, per far comprendere il ruolo di essi e della matematica (come "linguaggio" e "strumento" per realizzare sistemi automatici), … siamo pienamente d'accordo: anche a ciò è finalizzata la u.d. La automazione. Non vediamo, invece, che senso abbia e come si possano introdurre (non caricaturalmente) nel biennio concetti come "automa finito" e "grammatiche generative". 
     Per indicazioni sul software specifico messo a punto per il Progetto si vedano le indicazioni presenti sul "sito" e all'interno del software stesso.

4. Le schede di lavoro

     Per una descrizione sintetica dell'articolazione del progetto rimandiamo alla introduzione al volume "Le schede di lavoro".
     Nelle guide alle varie unità didattiche sono date indicazioni più complete sulla gestione del materiale (tempi di svolgimento, collegamenti fra schede, parti opzionali, differenze a seconda dell'indirizzo, …
     In breve, possiamo dire che nel caso delle classi con programma "forte", la scheda 2 di "Per strada" può essere affrontata sia in classe prima che in seconda. Nel caso delle altre scuole questa scheda è prevista per la classe seconda; se lo si ritiene il caso, si può lasciare per la seconda anche la scheda 1 di "La matematica e lo spazio", o, addirittura, la scheda 1 di Per strada.
     "Progettare un pezzo di vita" non è una u.d., ma sta a indicare una proposta di lavoro, a mo' di tesina, che gli insegnanti possono proporre agli alunni nelle ultime settimane di scuola: può essere una situazione problematica relativamente aperta (come organizzare un viaggio, predisporre la realizzazione del bilancio delle spese di una famiglia, analizzare economicamente una piccola impresa artigianale, realizzare un particolare gioco al calcolatore, …) che gli alunni, fuori dall'orario scolastico, possono affrontare, singolarmente o a gruppi, utilizzando opportunamente le proprie risorse culturali (matematiche e non). 
     Molte schede si prestano ad attività di collaborazione con insegnanti di altre discipline (nei programmi di alcune scuole è prevista esplicitamente uno "spazio" per attività interdisciplinari; del resto il nuovo esame di stato prevede anche verifiche in questa direzione) o, quanto meno, alla segnalazione di collegamenti con altre discipline: dall'Italiano (non solo per le riflessioni sui linguaggi, ma anche per attività di lettura, sintesi,… che l'insegnante di lettere può far svolgere su schede di lavoro del progetto) al Laboratorio fisico/chimico, dal Disegno (geometria, uso del calcolatore) alle Scienze della Terra o alla Geografia (coordinate, trasformazioni geometriche, scale, …), dalla Biologia (grafici, probabilità, fattori di scala, …) a Diritto ed Ecomomia (modelli matematici per l'economia e le scienze sociali), … 
     Nelle guide di varie unità didattica (e, in particolare, nella guida alla prima unità didattica), sono segnalati problemi relativi al raccordo con la scuola media inferiore.

     Le tabelle seguenti sintetizzano il contenuto matematico delle schede facendo riferimento all'elenco presentato nel punto 3. .
     Ad esempio il "2.1" che compare nella colonna "2" della riga relativa all scheda 1 dell'u.d. "La matematica e i suoi modelli" significa che in tale scheda sono presenti riferimenti significativi al punto 2 - (1) del tema 2 (valori approssimati); ciò non significa che questo argomento sia affrontato approfonditamente: potrebbe essere solo introdotto in modo intuitivo, rimandando una presentazione più formale e un eventuale sviluppo "tecnico" a schede successive. 
     Il fatto che lo stesso contenuto sia affrontato in più schede – come appare chiaramente da un esame "verticale" delle colonne dei temi – conferma le caratteristiche del progetto (integrazione di argomenti comuni a più aree matematiche, ripresa a spirale dei contenuti con diversi livelli di applicazione e di formalizzazione, …). È utile all'insegnante tener conto di questo aspetto sia per calibrare e distribuire nel biennio i livelli di approfondimento e consolidamento e per evidenziare agli alunni collegamenti con idee, applicazioni, riflessioni, … su un certo argomento già avviate in schede precedenti. 
     Nella tabella, tra un blocco di schede e l'altro, sono presenti righe che elencano i vari capitoli deGli oggetti matematici, per dare un'idea di quando potrebbero cominciare ad essere utilizzati in relazione allo svolgimento delle schede di lavoro.

schede (titoli con evidenziati in corsivo i contenuti matematici)

contenuti matematici non richiamati nei titoli dei paragrafi

temi

1

2

3

4

5

La matem. e i suoi modelli  -  Scheda 1
0. Che cos’è una scheda di lavoro?
1. Una cartina della rete ferroviaria
2. Che cosa viene rappresentato fedelmente?
3. Diverse rappresentazioni cartografiche
4. I modelli matematici

lettura di tabelle     CENNI
diverse "distanze"
calcoli "sessagesimali"
rappresentaz. cartografiche–trasformaz. geom.
coordinate geografiche
altri modelli matematici (diagramma della temperatura, numeri per approssimare grandezze, …)
rapporti tra modelli e "realtà"

5
7
14

2.1

8



La matem. e i suoi modelli  -  Scheda 2
1. Quanto costa un viaggio in treno?
2. Come descrivere il procedimento di calcolo
3. Quale tipo di biglietto conviene?
4. La Freccia delle Dolomiti

funzione come tabella, grafico,     CENNI
formula e algoritmo
proporzionalità
funzioni costanti a tratti e continue "lineari a tratti"
algoritmi, diagr. di flusso, programmi
formule (equazioni, disequaz.)
grafico della legge oraria
velocità media
profilo altimetrico, pendenza
dilatazione di un grafico monometrico

5
13

2.1
4
5

8
9.1
11


5
9

La matem. e i suoi modelli  -  Scheda 3
1. I modelli
2. Le discipline
3. Come studieremo la matematica

prima sistemazione dei concetti di modello e di modello matematico
riflessioni sul ruolo delle diverse discipline e della matematica

14


8



Le statistiche  -  Scheda 1  -  I consumi e i redditi
0. Le statistiche
1. Rappresentazioni dei numeri
2. Rappresent. proporzionali, istogrammi
3. Rappres. percentuali, approssimazioni
4. Diagrammi a settori circol., altri diagr.
5. I valori medi
6. Cifre significative

uso delle calcolatrici tascabili
notazione esponenziale, ordine di grandezza
potenze a esponente intero
uso di formule e di proprietà algebriche
rapporti, frazioni
fattore di proporzionalità, scala
media aritmetica, media "di medie"
uso del programma STAT
ideogrammi, cenno a scale non lineari.

5
7

1
2.1
4
5
8.1

8
9.1
11

5
6.2

4
5
12

La automazione  -  Scheda 1  -  Che cosa trasformano le macchine?
0. Introduzione
1. Un gioco d'avventura e alcune elaborazioni statistiche al calcolatore
2. Movimenti e informazioni
3. Macchine semplici, motori, automatismi
4. Dati e programmi
5. Scatole nere
6. Logica di funzionam. e diagr. di flusso
7. Segnali e codici
8. Il calcolatore

grafi
uso dei programmi game e stat
variabili contatore (e numeri naturali)
scatole nere – funzioni
metodo dicotomico
segnali digitali
rapporti tra matematica e informatica


1

8


5
6
8
9

Le statistiche  -  Scheda 2  -  I record
0. Introduzione
1. Il salto in alto - I grafici
2. Record maschili e femminili - I numeri indici e le variazioni percentuali
3. Le tecniche e le attrezzature
4. Ancora sui grafici - Le funzioni - Uso di grafun

coordinate
scelta della scala e forma del grafico
pendenza media, aumento medio, velocità di variazione
punti percentuali
uso di formule e di proprietà algebriche
considerazioni implicite sul coeff. angolare
grafici di relazioni che sono/non sono funzioni
cenni a funzioni composte e funzioni inverse

7
8

4
5
8.1

5

8
9.1
11

5.1


La automazione  -  Scheda 2  -  Le calcolatrici tascabili
1. Funzioni a 1 e a 2 input
2. I registri di lavoro e la gerarchia delle operazioni
3. La memoria-utente e i tasti-parentesi
4. I numeri delle CT e la loro codifica interna
5. Altri tasti-funzione - La radice quadrata - Funzioni inverse

composizione di funzioni
funzione a 2 input commutativa
mantissa, esponente
numeri macchina, overflow, underflow
bit, BCD
termine indefinito
insieme di definizione, dominio
avvio ai numeri reali e al concetto di limite
funzioni valore assoluto, identità, reciproco, cambio-segno

8
9

1
2.1
3.1
3.2
4
5
9.1

2
3
8
9.2
11


5
7
12

Modello - Rappresentazione decimale dei numeri - Rappresentazione sessagesimale dei numeri - Notazione esponenziale - Potenze - Rapporto - Proporzionalità - Diagrammi - Approssimazioni - Calcolatrice tascabile - Valori medi - Pendenza - Variazione - Formule - Funzione - Calcolatore - Codice

Le statistiche  -  Scheda 3  -  Lo sviluppo corporeo
0. Introduzione
1. Istogrammi di distribuzione
2. Media aritmetica, moda, mediana
3. Percentili, "normalità"
4. Campionamento

modalità, classificazione (partizione)
intervallo
frequenza, distribuzione di frequenza
frequenza cumulata
cenni impliciti alla interpolazione lineare
uso del programma STATFILE
cenni alle misure ad alta sensibilità


2.1
4
8.1

1
6
8
9.1

2

5
6


12

Intervallo - Distribuzione - Valori medi (2) - Percentili - Campionamento

Le statistiche  -  Scheda 4  -  Gli abbandoni scolastici
0. Introduzione
1. Formule per elaborare dati - Termini numerici
2. Grafi di flusso, equazioni, incognite
3. Il simbolo "="
4. Calcolo simbolico - Termini equivalenti
5. Equazioni equivalenti
6. Equivalenza algebrica e altri tipi di equivalenza

atomi, sottotermini, struttura di un termine
grafi ad albero
priorità tra le operazioni
riordino di addizioni e di moltiplicazioni
sostituzione di sottotermini
distribuzione/raccoglimento di · (e di negaz.) rispetto +
differenza <–> somma
portar fuori la negazione da un prodotto
eliminazione delle negazioni
divisione <–> prodotto
eliminazione del reciproco
distribuzione di ^ (e radice) rispetto a ·
semplificazione di frazioni
equivalenza dal p.to di vista del calc. numerico


1
2
3
4
5
8.1
8.2
9.1

7
9.1
11



1
3
4
7
11
12

La automazione  -  Scheda 3  -  Il calcolatore
1. Dalla calcolatrice al calcolatore
2. Come usare un ambiente di programmazione
3. Il linguaggio macchina e i programmi traduttori
4. Descrizione dei linguaggi di programmazione - Esempi di linguaggi
5. Automatizziamo qualche procedimento di calcolo
6. Hardware e software
7. I fogli elettronici
8. I programmi per il calcolo simbolico

Basic, Basic strutturato, Pascal
sintassi, alfabeto, identificatori, parole chiave, variabili sintattiche
variabili, costanti, operatori numerici e stringa
simboli relazionali
celle di memoria
loop, ciclo
ROM, RAM, byte, KB
applicazioni, documenti
sintassi/semantica
assegnazione
stampa, input
salto, test
programma
commento
istruzione riga
pulizia dello schermo
nomi di funzione (SQR, ABS, SGN, FIX, LEN, ASC, CHR$, MID$, UCASE$, TIMER, TIME$)
FOR


4
5

8
11

6.2

1
3
5
6
7
.
.
.
12

Struttura di un termine - Grafi - Risoluzione di equazioni - Termini equivalenti - Potenze (2) - Calcolatore (2)

I Numeri  -  Scheda 1  -  Usi dei numeri
1. Che cos'è un numero?
2. Numeri uguali
3. Le strutture numeriche

numeri interi, limitati, reali, naturali
rappresentazione dei numeri in basi diverse da dieci
successore
cenni impliciti alla aritmetica modulare


1
2
6

3
4
7



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I Numeri  -  Scheda 2  -  La struttura dei numeri reali e altre strutture numeriche
1. I numeri reali
2. La retta dei numeri
3. Numeri limitati e numeri periodici
4. Approssimazioni e operazioni tra numeri reali
5. I numeri razionali

misure
punto
ordine di grandezza
l'algoritmo della divisione
periodo
indeterminazione, intervallo di indeterminaz.
uguaglianza come numeri (2.999…=3.000…)
insieme chiuso rispetto a una operazione
numeri irrazionali
cenni all'esistenza di più tipi di numeri macchina

7

1
.
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4
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Per strada  -  Scheda 1  -  Da casa a scuola
0. Introduzione
1. Scale, distanze, direzioni, spostamenti
2. Uso delle coordinate
3. Descrizioni dei percorsi

uso di riga e squadra
introduzione implicita ai vettori e alla somma di vettori
teorema di Pitagora, distanza euclidea
uso della distanza euclidea e della distanza urbanistica
LOCATE, SELECT CASE
OR, AND, NOT
cicli nidificati

1
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2.1

3


1
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La matematica e lo spazio  -  Scheda 1  -  Traslazioni, vettori e distanze
0. Introduzione
1. Il piano cartesiano
2. Traslazioni e vettori
3. Distanza euclidea e distanza urbanistica
4. Formule e figure geometriche
5. Geometria e realtà

spazio a 1, 2 e 3 dimensioni
passi di una traslaz., componenti di un vettore
addizione, opposto, differenza di vettori/traslazioni
(a+b)2=…
cerchio secondo la distanza euclidea e secondo la dist. urbanistica, sua descrizione analitica
risoluzione di x2+y2=100 rispetto a x o a y, "a mano" e con programmi per il calcolo simbolico
{(x,y): condizione}
grandezze vettoriali

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3.1
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9.2
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I numeri - Basi di rappresentazione dei numeri - Strutture numeriche - Calcolo approssimato - Lo spazio - Distanza - Vettori - Figure - Operatori logici

Per strada  -  Scheda 2  -  Fuori città in bicicletta o in motorino
0. Introduzione
1. Le pendenze
2. Affrontare le salite
3. Meccanismi che trasformano i movimenti

curva di livello, profilo altimetrico
uso del goniometro
calcolo "grafico" delle funzioni tangente e dell'arcotangente (non esplicitate come tali)
calcolo di distanze inaccessibili
spezzata, avvio alla lunghezza di un arco
inversa proporzionalità
rapporto di trasmissione, trasformazione di moto rotatorio in moto traslatorio, avvio alle funzioni periodiche
WHILE-WEND

1
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9.3
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La matematica e lo spazio  -  Scheda 2  -  Movimenti, direzioni, trasformazioni
1. Figure "uguali" nel linguaggio comune
2. I movimenti piani
3. Direzioni, lunghezze d'arco, p
4. Rotazioni e coordinate polari
5. Funzioni circolari


6. Rette, angoli e poligoni
7. Simmetrie, isometrie e similitudini
8. Altre figure e alcuni teoremi

uguaglianza di insiemi di punti come figure
semiretta, segmento
parabole, iperboli, …
altre trasformazioni geometriche
programmi per disegnare
intreccio metodi sintetici e analitici

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La automazione  -  Scheda 4  -  Suoni e immagini al calcolatore - Sottoprogrammi
0. Introduzione
1. Segnali analogici e segnali digitali
2. Suoni
3. Grafica
4. Variabili indiciate
5. Sottoprogrammi
6. Ancora sulla grafica


funzioni periodiche
la matematica del suono
trasformazioni geometriche, programmi per il disegno, coordinate schermo
file di dati
coordinate schermo
applicazioni per la grafica
parametri, argomenti, variabili locali e globali
SOUND, SCREEN, PSET, LINE, DIM, SUB, CALL, VIEW, DATA, READ, IF-END IF, OPEN, CLOSE

1
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Modelli matematici per l'economia  -  La matematica per le scelte di un'azienda e l'interpretazione dei fenomeni economici
0. Introduzione
1. La formazione dei costi
2. La analisi degli utili
3. Altri modelli per lo studio della formazione dei costi e dei prezzi
4. Problemi di scelta
5. Grafi e statistica


y=a+b·x, y=a+b/x, …
risoluzione grafica e algebrica di equazioni, disequazioni e sistemi
funzioni crescenti, decrescenti
funzioni continue e discontinue
fattoriale, problemi combinatori


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Pendenze e curve di livello - Proporzionalità inversa - Periodo e frequenza - Direzioni e funzioni circolari - Trasformazioni geometriche - Figure (2) - Calcolatore (3)

Funzioni ed Equazioni  -  Scheda 1
0. Introduzione
1. Funzioni numeriche e non
2. Composizione di funzioni
3. Funzioni a 1 input e 1 output in R - Grafici e trasformazioni geometriche
4. Risoluzione di equazioni: considerazioni generali
5. Manipolazione di equazioni - Funzioni iniettive

una definizione di funzione
coppia ordinata
operatori logici
dominio e immagine di una funzione
grafico di y=f(x+h)+k noto quello di y=f(x)
dominiodi un'equazione, numero di soluzioni, identità
incognita, parametro
MOD

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.
8.1
9.1

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Funzioni ed Equazioni  -  Scheda 2
1. Funzioni continue
2. Sistemi di equazioni
3. Risoluzione di disequazioni - Funzioni crescenti e decrescenti
4. Funzioni polinomiali

continuità e risoluzione di equazioni
intersezione di curve
prime riflessioni sulla struttura algebrica dell'insieme delle funzioni (polinomiali) rispetto alla composizione e alle operazioni aritmetiche
triangolo di Tartaglia

2

2
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I Numeri  -  Scheda 3  -  Lo studio delle proprietà delle strutture numeriche (e non numeriche)
0. Introduzione
1. I numeri macchina delle CT
2. Strutture numeriche
3. Strutture non numeriche
4. Le funzioni polinomiali - Il teorema del resto
5. Massimo comune divisore e minimo comune multiplo
5. I numeri macchina dei linguaggi di programmazione e di altre applicazioni

strutture algebriche varie (condizioni e connettivi; insiemi e operazioni tra essi; funzioni, trasformazioni geometriche, funzioni polinomiali, … e somma, composizione, …; stringhe e concatenazione) e loro proprietà
i numeri reali scritti in base non decimale
avvio al concetto di gruppo
algoritmo euclideo
(funzioni razionali)
semplificazioni, scomposizioni
tipi di numeri nei linguaggi di programmazione
DEFtipo

1

1
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1
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7
9
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Funzione (2) - Continuità - Risoluzione di equazioni (2) - Sistemi di equazioni - Disequazioni - Funzioni polinomiali - Strutture numeriche e non - Calcolatore (4)

La matematica tra giochi e realtà
0. Introduzione
1. Giochi algebrici e geometrici
2. Successioni e definizioni per ricorsione
3. Calcolo combinatorio
4. Dalla statistica alla probabilità
5. Che cos'è la probabilità: misure di probabilità, eventi e variabili casuali
6. Leggi di distribuzione. Il generatore di numeri pseudocasuali
7. Modi per calcolare le probabilità
8. Eventi (probabilisticamente) dipendenti e indipendenti
9. Usi (e limiti) del calcolo delle probabilità

costruzione e soluzione di equazioni e sistemi
dimostrazioni (in aritmetica e in geometria)
similitudini
funzioni esponenziali
disposizioni, combinazioni
triangolo di Tartaglia
campione
proprietà additiva
fenomeni deterministici e casuali
distribuzione uniforme
simulazione al calcolatore
grafi ad albero
probabilità condizionata
indici di dispersione
RND, RANDOMIZE

2
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Successioni - Calcolo Combinatorio - Calcolo delle probabiltà
Progettare un pezzo di vita


Guide alle unità didattiche

A che cosa servono le guide per gli insegnanti?
La matematica e i suoi modelli
Le statistiche (da rivedere)
La automazione (da rivedere)
Modelli matematici per l'economia

È in corso la trasformazione delle altre guide in HTML

Vedi gli Oggetti Matematici (clicca o per cambiare "indice")