Netafræði: hve margir vegir?

Netafræði er ein grein stærðfræðinnar. Hún kemur líka fyrir í verkfræði og í félagsvísindum. Stærðfræðingar rekja upphaf greinarinnar til svissneska stærðfræðingsins Euler, sem skrifaði fyrstu ritgerðina sem hægt er að segja að falli undir netafræði, árið 1735. Í greininni leysti hann litla þraut sem íbúar borgarinnar Königsberg (sem nú heitir Kaliningrad og tilheyrir Rússlandi) höfðu gaman af því að velta fyrir sér. Hún var um það hvort hægt væri að fara í gönguferð um borgina þannig að farið væri yfir allar sjö brýrnar yfir fljótið Pregel sem rann gegnum borgina, og bara einu sinni yfir hverja brú. Á síðari tímum hefur stærðfræðingum (og mér) þótt skemmtilegt að reyna að vekja áhuga nemenda á netafræði með því að kynna þessa þraut.

Ekki fyrir svo ýkja löngu kynntist ég þó annarri hugmynd: að kynna netafræði gegnum viðfangsefni um félagsleg tengslanet. Greining slíkra neta hefur orðið stærra og stærra umfjöllunarefni, bæði vegna þróunar í félagsvísindum og ekki síður vegna þess að nú í dag tilheyrir fólk stórum félagslegum tengslanetum á internetinu eins og til dæmis á Facebook, og að auki er nú hægt að geyma upplýsingar um stór tengslanet í tölvum og reikna út hluti sem áður hefði tekið gríðalegan tíma.

Svo spurningin er hvort er áhugaverðara fyrir nemendur: hreinar stærðfræðiþrautir, eins og um brýrnar í Königsberg, eða framsetningar á félagslegum strúktúrum, eins og um tengslanet og hvernig hlutir (eins og skilaboð, orðrómar, sjúkdómar, og svo framvegis) flæða um þau?

Í þessu hefti er núna reynt að byrja á tengslanetum:

Rúmfræðibók Descartesar frá 1637

Hér má sjá aðra blaðsíðu í viðauka við bókina Orðræða um aðferð (Discours de la méthode) eftir René Descartes. Viðaukinn heitir Rúmfræðin (La Geometrie) og er talin marka upphaf hnitarúmfræði.

Descartes bls 2

Hönnun síðunar er falleg og athyglisvert að notaðar eru hliðarmálsgreinar („hliðarnótur“) til að gera uppbygginguna skýra.

Þó er innihaldið ennþá áhugaverðara. Efri myndin sýnir hvernig hægt er að margfalda saman tvær tölur með rúmfræðilegri teikningu, ef einingarlengd er gefin. Á myndinni ákveðum við að einingin sé strikið AB (sem telst þá hafa lengdina 1). Tölurnar sem margfalda á saman samsvara strikunum BC og BD. Þau strik má teikna hvernig sem er, svo lengi sem lengdirnar samsvari tölunum sem á að margfalda saman. Þá er teiknað strikið AC og svo er teiknuð lína gegnum D þannig að það sé samsíða AC og fundinn skurðpunktur þeirrar línu og línunnar BC. Sá skurðpunktur er nefndur E. Núna er lengd striksins BE jöfn margfeldi lengda strikanna BC og BD. Ef við leyfum okkur að slá saman strikum og lengdum þeirra, þá er semsagt BC x BD = BE.

Á neðri myndinni er sýnt hvernig hægt er að „reikna“ ferningsrót með teikningu, það er að segja, að teikna strik þannig að lengd þess sé ferningsrót gefinnar lengdar. Hér er ætlunin að finna ferningsrót GH, og einingin er FG. Við finnum miðju FH og nefnum þann punkt K. Teiknum hring með miðju í K (og geisla KH) og teiknum hornrétta línu frá G og finnum skurðpunkt þeirrar línu og hringsins, sem við nefnum I. Þá er strikið GI ferningsrótin sem við vildum finna.

Því sem haldið er fram hér að ofan hefur ekkert verið rökstutt, en það er eftirlátið lesendum að sannfærast um réttmæti þess. Það er hægt að nota sér einslögun þríhyrninga (og þá staðreynd að lengd AB er 1) til að sjá að margföldunin virkar, en fyrir rótardráttinn gæti þurft að þekkja setningu Þalesar og beita einslögun á þríhyrningana FIH og FGI. Þau sem kunna eitthvað í hnitarúmfræði ættu líka að geta tjáð myndirnar á því tungumáli og séð að þetta passar.

Eins og fram kom í upphafi færslunnar er þetta blaðsíða 2 í texta sem talinn er upphaf hnitarúmfræði og venjulega hnitakerfið sem öll læra í skólanum heitir þess vegna líka „kartesíska hnitakerfið“ (Cartesian coordinates) höfundinum til heiðurs. Það sem hann gerði í Rúmfræði var að tengja saman reikning og rúmfræði, þannig að nota mætti rúmfræði til að leysa vandamál í reikningi og algebru, og öfugt. Á síðunni sem sýnd er túlkar hann margföldun, deilingu og ferningsrótardrátt sem aðgerðir á línustrikum, sem var nýjung! Skoðið síðuna aftur og látið gæsahúðina hríslast eftir hryggsúlunni.

Einfaldar spurningar, óvænt svör

Þessa spurningu sá ég í grein eftir John Mason í dag:

Af 200 hlutum eru 98% af einni gerð. Hve marga slíka hluti þarf að fjarlægja til þess að 96% hlutanna verði af þeirri gerð?

Hverskonar svar dettur manni fyrst í hug? Segjum að við skjótum á eitthvað um-það-bil. Ég var mjög langt frá!

Stærðfræðikennsla gæti byggst meira eða minna á spurningum sem þessum, sem vekja undrun, og krefjast þess að við höfum raunverulega stærðfræði á valdi okkar, eða finnum hana út. (Hér er aðeins um basic bókstafareikning að ræða, nú eða einhverskonar háþróaða hlutfallahugsun.)

Andstæðan eru verkefni þar sem lausnin er augljós með eða án stærðfræði, eða vekur engan áhuga.

Brot af vinnu kennara

Nýtt vinnumat framhaldsskólakennara var fellt. Um það má margt segja, en það verður ekki hér. Hér eru tveir hlutir sem ég hef unnið að og búið til, sem virðist ekki gert ráð fyrir að ég geri samkvæmt kjarasamningi, því tíminn sem það tekur að búa svona til er svo sannarlega miklu meiri en 20 mínútur „á kennslustund“. Inn í vinnumatið er nefnilega ekki tekið framleiðsla á námsefni, þróun nýjunga, eða annað slíkt. Ég birti þetta hér ef einhver skyldi vilja nota þetta, eða fá hugmyndir af því að sjá þetta.

1. Mannfjöldi á Íslandi

Þetta er búið til á vefsíðunni Desmos. Í skjalinu er tafla yfir mannfjölda á Íslandi samkvæmt Hagstofunni. Einnig er þar vísisfall með stikum sem hægt er að breyta, og annað fall sem er línufall. Hægt er að sjá og fela föllin með því að smella á hringina vinstra megin við þau.

Hægt er að nota tölurnar til að æfa einfaldan prósentureikning (hve mikið fjölgaði Íslendingum á árabilinu ….?) eða „flóknari“ prósentureikning (um hve mörg prósent fjölgaði Íslendingum að meðaltali á árabilinu …?) eða til að kynna vísisvöxt og vísisföll og það að finna stærðfræðilegt líkan (hvaða fall fellur best að gögnunum, hvernig er hægt að spá fyrir um framtíðina?)

2. Hitastig í Reykjavík

Í skjalinu er tafla yfir mánaðarlegt meðalhitastig í Reykjavík samkvæmt Veðurstofunni, frá 1. janúar 2011 til 1. janúar 2015. Einnig er þar sínusfall með stikum sem hægt er að breyta.

Hægt er að nota tölurnar til að kynna það að finna stærðfræðilegt líkan af lotubundum fyrirbærum með hornaföllum (hvaða fall fellur best að gögnunum, hvernig er hægt að spá fyrir um framtíðina?) Hér er ekkert farið út í flóknari líkön sem gætu virkað betur (bæta við fleiri bylgjum ofan á), en þó er þetta dæmi um eitthvað þar sem þarf annað en línulegt, veldis- eða vísisfall.

 

Hvernig er best að læra (stærðfræði)?

Ég er alltaf að fara að skrifa lítinn bækling um það hvernig sé hægt að læra (skóla)stærðfræði með góðum árangri. (Ekki að það sé þekkt einhver pottþétt leið til þess.) En ég kem mér aldrei alla leið að því. Í viðleitni til að ýta þessu verkefni áfram ætla ég að setja inn nokkrar úrklippur úr nýlegri bók um nám, Make it Stick: the science of successful learning eftir Brown, Roediger og McDaniel. Bókin er skrifuð út frá hefðbundnu sálfræðilegu sjónarhorni, semsagt ekki út frá félagssálfræði, hugsmíðahyggju eða samskiptakenningum (sem væru meira innan míns eigin kenningarramma en, ágæt engu að síður).

Nokkur meginatriði í þessari bók eru í grófum dráttum:

1. Nám er betra ef það er erfitt.

Screen Shot 2014-10-27 at 17.33.44 pm

Það er algengur misskilningur að góður kennari geri námið léttara. Góður kennari gerir það erfiðara. (Ef til vill er mikilvægt að taka fram að það sem á að vera erfitt eru ekki hlutir eins og samskipti, andrúmsloftið í kennslustofunni eða þess háttar hlutir.)

2. Við áttum okkur oft illa á því sjálf hvenær við erum að læra og hvenær ekki.

Screen Shot 2014-10-27 at 17.42.21 pm

Okkur hættir mjög til að detta í aðferðir sem láta okkur líða eins og við séum að læra en nei, þær virka ekki.

3. Að endurlesa og æfa, æfa, æfa sama atriðið samfellt, virkar illa.

Screen Shot 2014-10-27 at 17.44.49 pmVirkar ekki þótt vinsælt sé. Og hreinlega villir um fyrir okkur.

4. Betra er að rifja upp (sjálf) en að lesa yfir.

Screen Shot 2014-10-27 at 17.49.32 pm

 

Screen Shot 2014-10-27 at 17.53.58 pm

Margir halda að það sé sniðugt að „lesa yfir“ glósur eða texta kennslubókar. En mun áhrifaríkara er að reyna að rifja upp án hjálpar, og hreinlega „endurbyggja“ þekkinguna frá minni. Þetta er líka mun áhrifaríkara en að „læra“ einhverja aðferð, og æfa hana svo strax á eftir með mörgum dæmum. Það er: það skiptir máli að rifja upp með nokkru millibili – áður en maður er „alveg búinn gleyma“ en eftir að maður er aðeins farinn að ryðga. Þess vegna er líka betra fyrir próf, að prófa sjálfan sig, heldur en að „renna yfir efnið.“

5. Betra er að leysa verkefni en að leggja lausnir á minnið.

Screen Shot 2014-10-27 at 17.14.24 pm

Screen Shot 2014-10-27 at 17.13.20 pmMargir halda að góð leið til að læra stærðfræði sé að kennari sýni nemendum fyrst einhverja aðferð við að leysa eitthvert dæmi, og svo hermi nemendur eftir lausnarleiðinni í æfingadæmum. En það er mun áhrifaríkara fyrir nemendur að reyna sjálfir að leysa verkefnið, án þess að þeim hafi verið sýnd lausnarleið. Eftirá er sjálfsagt að kennari og nemendur tali sig saman um lausnarleiðir, og nemendur æfi sig, auk þess að ígrunda og reyna að festa skilning sinn betur.

6. Úrvinnsla og eigin framsetning eykur skilning og gerir manni mögulegt að læra meira og meira 

Screen Shot 2014-10-27 at 17.55.35 pm

Minnið er ekki takmarkað. En það er takmarkað hvað hægt er að muna af samhengislausum og merkingarlausum hlutum. Þetta er eitt af því sem gerir stærðfræðinám svo gríðarlega erfitt fyrir þá nemendur sem reyna að muna í stað þess að skilja. Auðvitað er stærðfræði oft kennd með þeim hætti að það er ekki ætlast til að nemendur skilji neitt, og þá er ekki von á góðu.

Þetta voru nokkur helstu áhersluatriði bókarinnar í stuttum og grófum dráttum. Eftir stendur spurningin hvort nemendur geti nýtt sér þennan lærdóm, hvort það sé yfirhöfuð hægt að kenna fólki þessi atriði.

Þrautir í uppáhaldi

Ég geri hlé á póstunum 100 um úttektina á stærðfræði í framhaldsskólum til að kynna nokkrar af uppáhaldsþrautum föður míns heitins. Hann var lögfræðingur að mennt en kenndi stærðfræði í nokkur ár og hafði sérstakt uppáhald á nokkrum þrautum.

Fyrst er ein sem hefur marga eiginleika góðrar þrautar. Ég lendi alltaf í vandræðum með hvað ég eigi að segja um hana, því ég vil ekki taka ánægjuna af þeim vilja reyna við hana.

„Það er glas af víni og glas af vatni. Þú tekur matskeið af víni og setur í vatnið. Hrærir og setur matskeið af (vínblönduðu) vatni aftur í vínglasið. Hvort er nú meira vatn í víninu eða vín í vatninu?“

Þá kemur sú sem ég man eftir að pabbi sagði norskum verkfræðingi, sem fór með hana óleysta á einhverja ráðstefnu. Samkvæmt sögunni varð næsta lítið úr ráðstefnunni vegna þess að allir verkfræðingarnir gátu ekki hugsað um annað en að leysa þrautina, sem ég klippi hérna út úr gömlu íslensku blaði:

Þraut_12_kúlur

Ég hef stundum lagt þetta fyrir langt komna nemendur í framhaldsskóla, og sumir þeirra fá þrautina alveg á heilann.

Þriðja þrautin er eins og úr þjóðsögu:

prestur_djakniÞessi er skemmtilega lúmsk.

Síðasta þrautin er svo úr Algebru eftir Ólaf Daníelsson, en verkefnin úr þeirri bók eru alræmd.

Gullfoss

Það má læra margt af því að glíma við þessar þrautir, og þær eru að mínu mati allar eins konar brandarar um leið, kitlandi fyndnar, sumar vegna lausnanna, aðrar vegna orðunar þrautarinnar, nema hvort tveggja sé. Taka ber fram að fyrir aðra en þrautþjálfaða er ekki hægt að ætlast til að það taki stuttan tíma að leysa þær. Eðlilegt er að þetta taki nokkra daga.

Að lokum er hér ein gömul íslensk gáta sem pabbi fór stundum með og mér finnst líka yndisleg og dýpri en við fyrstu sýn.

Hvað sérðu bjartara en brúnt hross í haga?

Hvítþvottur og svartar skýrslur (færsla 3 af 100)

Það getur verið að síðasta færsla hafi verið óljós, og ekki sjáanlegt að hún hafi einhverja megin niðurstöðu eða boðskap. Enda var ætlunin ekki önnur en að benda á nokkur atriði sem „flækja“ spurninguna um það hvers vegna markmið um „leikni og hæfni varðandi tungumál stærðfræðinnar, miðlun, stærðfræðilega hugsun, lausnir þrauta og verkefna og röksemdafærslur verði útundan.“ Til að skýra þetta betur fyrir sjálfum mér og öðrum, þá dreg ég saman og einfalda nokkrar tilgátur um þetta, og tek fram að þetta er ekki sér-íslenskt vandamál:

  • kennarar hafa ekki næg tök eða nógan skilning á stærðfræði sjálfir,
  • kennarar hafa ekki næga þekkingu á stærðfræðikennslu og -námi,
  • kennarar eru íhaldssamir í eðli sínu,
  • kennarar hafa ekki tíma eða orku til að skipuleggja nám til að ná þessum markmiðum,
  • skólakerfið gefur kennurum ekki færi á því, vegna þess að nemendur (og þar með kennarar) eru metnir út frá árangri á prófum þar sem aðallega eða eingöngu reynir á tóma reiknitækni,
  • samfélagið þarf á „aðgreiningu“ að halda sem lítur út fyrir að vera byggð á hlutlægum, náttúrlegum mælikvarða – þannig lærir fólk sinn „eðlilega stað“, sumir verða smiðir, aðrir listamenn og enn aðrir læknar. Eitt þessara aðgreiningartækja er skólastærðfræði,
  • foreldrar og nemendur eru íhaldssamir í þeim skilningi að þeir vilja ekki taka áhættu innan skólakerfisins, þeir vilja að hlutirnir haldi sér eins og þeir hafa alltaf verið í skólanum,
  • eitt skólastig er háð öðrum skólastigum, breytingar á einum stað hafa afleiðingar á öðrum stað, og það er erfitt að breyta einhverju á einum stað ef ekki er breytt á öðrum,
  • það er ekki samkomulag í samfélaginu um tilgang stærðfræðináms eða menntunar yfirhöfuð.

Undirliggjandi í allri umræðu um stærðfræðimenntun eru óorðaðar forsendur og gildi sem hafa úrslitaáhrif, og skiptast algerlega í tvö horn. Ég nota oft tilvitnun í Richard Skemp (allir ættu að lesa þessa grein sem tengt er á) til að lýsa þessu,

Einu sinni hélt ég að stærðfræðikennarar væru allir að kenna sömu grein, sumir betur en aðrir. Nú er ég þeirrar skoðunar að það sé í raun verið að kenna tvær ólíkar greinar undir sama nafninu, stærðfræði.

Þessu er ætlað að ögra og kannski finnst sumum þetta hrokafullt. Í framhaldinu skilgreinir Skemp tvenns konar skilning: annars vegar tengslaskilning (relational understanding), sem gengur út á (í mjög einfölduðu máli!) að vita bæði regluna og hvers vegna hún er sönn og hvernig hún tengist öðrum reglum og veruleikanum, og hins vegar tæknilegan skilning (instrumental understanding) sem gengur út á að vita regluna en ekki hvers vegna hún er sönn, hvernig hún tengist öðrum reglum, eða heiminum. Hann rökstyður svo hvers vegna við ættum að reyna að kenna tengslastærðfræði í stað tæknilegrar stærðfræði. Staðreyndin er hins vegar að í skólum heims ríkir tæknileg stærðfræði. Og hér að ofan hef ég minnst á nokkrar kenningar um það hvers vegna það er, fyrir utan þá sem er nú augljós, að fleiri en færri kennarar, nemendur, foreldrar og aðrir, telja tæknilegu stærðfræðina vera réttu greinina til að kenna í skólum.

Í framhaldinu mun ég ef til vill geta farið nánar út í þetta, og rætt hugmyndir til úrbóta, sem vissulega er að finna í úttektinni („svörtu skýrslunni“). En ég held að það þurfi einmitt alltaf að ræða gildi og tilgang (stærðfræði)menntunar þegar rætt er um stærðfræðikennslu. Og spurningin „hvað er stærðfræði“ er einfaldlega lykilspurning, þótt sumum geti þótt hún einkennileg eða heimspekileg. Það er ekki samkomulag um svarið, og eðli svarsins hefur miklar afleiðingar. Ég gef enn eina tilvitnun sem mér þykir góð, þessi er í Reuben Hersh:

Hugmynd manns um það hvað stærðfræði er hefur áhrif á hugmyndir manns um það hvernig eigi að setja hana fram. Það, hvernig maður setur hana fram, gefur til kynna hvað maður trúir því að sé kjarni hennar. … Vandinn er þá ekki, Hver er besta leiðin til að kenna stærðfræði? heldur, Um hvað er stærðfræði í raun og veru?

Hvítþvottur og svartar skýrslur (færsla 2 af 100)

Hér verður tæpt á nokkrum mögulegum ástæðum þess að því hvers vegna stærðfræði verður útundan í stærðfræðikennslu. Hér er auðvitað notað ögrandi orðalag, en það sem við er átt er útskýrt í síðustu færslu, en verður mér þó tilefni til að skella fram einni tilvitnun í viðbót, úr eldri skýrslu, Markmið stærðfræðikennslu í grunnskólum og framhaldsskólum – Skýrsla nefndar til að koma með tillögur um hvernig efla megi námsgreinina stærðfræði og stærðfræðiáhuga nemenda í skólakerfinu (1998):

röksemdafærslur [eru] lífblóð stærðfræðinnar, og því má með sanni segja að þegar lítil áhersla er lögð á þær í stærðfræðikennslu eða þeim jafnvel alveg sleppt, þá sé alls ekki verið að kenna fólki stærðfræði, heldur eitthvað allt annað, til dæmis einhverskonar reiknitækni. 

En til að útskýra um hvað málið snýst gæti verið gott að benda á nokkra punkta:

  • skólastærðfræði og stærðfræði eru ekki það sama, og geta ekki verið það sama, en tengsl þessara tveggja fyrirbæra eru engu að síður margslungin, umdeild, og umdeilanleg. Það er erfitt að útskýra þennan mun til fullnustu fyrir þeim sem hefur ekki nokkuð mikla menntun í stærðfræði. Ég geri ráð fyrir að tengsl margra annarra fræðigreina við skólanámsgreinar séu líka þannig. Til dæmis halda eflaust margir að málfræði sem fræðigrein snúist um að taka saman hvað sé „rétt“ mál og hvað sé „rangt“ mál.
  • skólastærðfræði þjónar fleiri hlutverkum en að undirbúa nemendur undir frekara nám þar sem reynir á kunáttu eða getu í stærðfræði, og sum þeirra eru líklega mörgum hulin. Eitt þessara hlutverka er að vera grein sem býður upp á mælitæki sem hægt er að setja fram sem „hlutlægt“ í því að gera upp á milli fólks. Til dæmis eru kröfur um ákveðinn árangur í stærðfræðiprófum til að útskrifast eða til upptöku í nám. Oft er um að ræða nám þar sem umrædd stærðfræði kemur lítið við sögu. Inntökupróf fyrir læknisfræði er dæmi um þetta. Sú stærðfræðiþekking sem prófuð er þar virðist ekki tengjast læknisfræði sérlega mikið. Sumir gagnrýnir stærðfræðimenntunarfræðingar halda því fram að þetta sé hið eiginlega hlutverk stærðfræðinnar í skólakerfinu, og það sé okkar þjóðfélagsskipan nauðsynlegt. Ef stærðfræðin hættir að hafa þetta hlutverk, þá verður eitthvað annað fundið í staðinn. Okkar samfélag mun alltaf finna einhvern mekanisma til að stjórna því hverjir vinna láglauna/lágvirðingarstörf sem ekki krefjast menntunar.
  • það er miklu erfiðara að kenna stærðfræði en að kenna reiknitækni. Til þess þarf djúpan skilning á stærðfræði og stærðfræðinámi, það þarf vissan sveigjanleika í námsefni sem útilokar algera stöðlun og staðlað námsmat, og það næst alls ekki að „fara yfir“ jafn langa lista af efnisatriðum. Það þarf líka meiri vinnu við námsefnisgerð og endurgjöf.

Ef við veltum fyrir okkur samspili tveggja síðustu punktana þá sjáum við að til þess að breyta kennslu í stærðfræði á einu skólastigi þá þurfa næstu skólastig líka að breytast. Ef inntökupróf í eftisótt háskólanám prófar nemendur eingöngu í lítilsverðum sparðartíningi eða reiknitækni, þá munu framhaldsskólar einbeita sér að því að kenna slíkt.

Ef inntökuskilyrði í eftirsótt háskólanám eru um tiltekin efnisatriði, verður forgangur að „fara yfir“ þau atriði. Ef hin æðri skólastig (eða atvinnurekendur þess vegna) hafa ekki trú á getu framhaldsskóla til að útskrifa nemendur sem geta hugsað stærðfræðilega í alvöru, það er rökfasta, gagnrýna, greinandi og skapandi hugsun, undirbyggð af sjáfstrausti, forvitni og löngun til að rannsaka og leita lausna á hinu óþekkta, þá munu þau byggja kröfur sínar á hinum fátæklegu og oft innantómu þekkingaratriðum og reikniaðferðum.

Tvö þemu eru vel þekkt innan orðræðu um umbætur í stærðfræðinámi og -kennslu. Annars vegar er meint íhaldssemi eða þekkingarskortur kennara, hins vegar stífir og staðlaðir rammar skólakerfisins sem halda niðri umbótum í kennslu. Reyndar er all nokkuð liðið frá því að innan (fræðasviðsins) stærðfræðimenntunar færðist áherslan yfir á leiðir til að styðja og styrkja kennara í starfi (frá því að birta greinar sem lýsa því hve lélegir þeir séu). Samfélagsleg staða greinarinnar og rammar skólakerfisins eru að mínu mati erfiðari viðureignar, en það verður bæði að vinna að því að bæta þá ramma og auka sveigju.

Við þetta þarf að bæta umræðu um nám og skóla almennt og hlutverk þeirra. Svo lengi sem við erum ofurseld markaðsröksemdum, sem ganga út á að hámarka afköst og skilvirkni okkar allra, er erfitt að höfða til eldri gilda og markmiða með menntun. Ef markmiðið er að útskrifa sem flesta á sem skemmstum tíma og meta öll frávik í töpuðum vinnustundum og tekjum þá er einhvern veginn ekki hægt að ræða um það að markmið stærðfræðináms, eins og annars náms gætu verið aukin lífsfylling, dýpra og ríkulegra andlegt líf, auknir möguleikar til að hafa áhrif á heiminn, bæði hinn félagslega og efnislega, eða hreinlega aukin lífsnautn. Sem er eitthvað sem stærðfræðin hefur gefið mér.

Góður kennari útskýrir vel … eða ekki.

Eitt af því merkilegra sem ég hef lært um stærðfræðikennslu er eftirfarandi „lögmál“:

Eftir því sem kennarinn sýnir skýrar og nákvæmar hvaða atferli hann vill sjá hjá nemendum, þeim mun auðveldara er fyrir nemendur að sýna atferlið án þess að skilningur liggi að baki.

Hér getur atferli til dæmis þýtt reikniaðferð, svör, lausnir verkefna. Ef til vill á þetta við um fleira en stærðfræðikennslu en ég las um þetta fyrst fyrir nokkrum árum hjá John Mason sem hafði þetta eftir franska stærðfræðimenntunarfræðingnum Guy Brousseau. Þeir nefna þetta fræðslutogstreituna (the didactic tension).

calvin2

 

Það er ekki hægt að „losna“ undan þessari togstreitu. Verkefnið er að lifa í henni og nýta orkuna í spennunni í kennslu án þess að láta hana, tja, toga sig í sundur. Það er freistandi fyrir kennara að vera hjálpsamur, útskýra betur og ítarlegar og reikna fleiri sýnidæmi. Nemendur vilja gjarnan fá sýnidæmi af öllum gerðum sem gætu mögulega komið á prófi. En eftir því sem kennari gerir þetta „betur“ þeim mun líklegra er að nemendur missi af því sem þeim er ætlað að læra á því að leysa verkefnið og þeim alhæfingum sem tilgangurinn með verkefninu er að þeir taki eftir. Afleiðingin verður gjarnan að nemendur geta ef til vill leyst stöðluð dæmi en þeir eru ráðalausir ef þeir eru beðnir að fást við eitthvað sem er að einhverju leyti nýtt fyrir þeim.

Kennari þarf stöðugt að vega og meta annars vegar þörf nemenda fyrir öryggi og sýnilegan árangur og hins vegar þörf nemenda til að rækta hæfileika sína til stærðfræðilegrar hugsunar með því að takast sjálf (en oft í samvinnu við aðra) á við hið nýja.

(Ég var að endurlesa um þetta efni í frábærri bók Masons, Mathematics Teaching Practice: Guide for university and college lecturers.)

Vilja nemendur láta mata sig?

contructivistcartoon-2d5vhhy

 

Ég sýndi þessa mynd í einum bekk (man ekki hvar ég fann myndina) og sagði nemendum að ég vildi vera nær neðri myndinni en efri myndinni. Reyndar sé ég að ég hef verið full fljótur á mér með þetta, því ég er ekki alveg sammála nálgun neðri myndarinnar, eða það er að minnsta kosti hægt að misskilja hana (eins og kom í ljós). En ég smellti þessu á glæru því mér fannst efri myndin sniðug lýsing á hefðbundnu skólastarfi.

Það sem er hægt að taka of bókstaflega við neðri myndina er að barnið segist ætla að sýna kennaranum hvernig það lærir. Og hvað sögðu nokkrir nemendur við mig? Jú, að þeir lærðu einmitt best með aðferð efri myndarinnar(!) Þetta hefði ekki átt að koma mér á óvart því margar rannsóknir sýna að nemendur í skólum (vanir hefðbundnu skólastarfi og prófum) sýna viðleitni til breytinga mikla andspyrnu. Sérstaklega allar breytingar sem miða að því að færa nám í átt til „skilnings“ eða gefa nemendum sjálfum meira frelsi eða leggja á þá að hugsa sjálfstætt. Það er eðlilegt vegna þess að markmið nemenda er að „vinna vinnuna“ sem þarf til að uppfylla „samninginn“, það er að framleiða nógu mikið til að fullnægja kröfum kennarans og skólans og fá að halda áfram (ná prófum og standast aðrar formlegar kröfur). Verkefni sem krefjast hugsunar skapa áhættu og gera erfiðari og óljósari kröfur – þetta myndar óöryggi. Sígild grein um þetta efni er eftir Walter Doyle: “Academic work.” Review of educational research 53.2 (1983): 159-199. Þar er vitnað í enn aðra grein sem tengist efninu beint:
Davis and McKnight (1976) met with strong resistance from high school students when they attempted to shift information-processing demands in a mathematics classroom from routine or procedural tasks to understanding tasks. The students refused to cooperate and argued that they had a right to be told what to do.

Allt þetta þýðir ekki að það sé ekki hægt að breyta. En það þýðir að það er erfitt og kannski ekki líklegt að það takist hjá einum kennara, ef allt annað umhverfi er við það sama og nemendur eiga von á prófi sem sker úr um gengi þeirra á hefðbundinn hátt.