Transcript ppt - Turku
LUOVUUS MATEMATIIKASSA Erkki Pehkonen SOKLA /HY 1 Taustaa Elämässä selviämiseen tarvitaan koko joukko auktoriteettiuskoa (esim. hissi toimii nappia painamalla moitteettomasti) sekä runsaasti perustietoja eri aloilta (esim. sähkön kulkeminen virtapiireissä, kun sulake on palanut). Mutta muuttuvassa yhteiskunnassa tarvitaan näiden lisäksi intuitiivista menettelyä: intuition avulla saadaan uusia ideoita ja entisen totuuden arvo asetetaan kyseenalaiseksi. 2 Mihin luovuus liittyy? Yleensä ihmiset ajattelevat, että luovuudella ja matematiikalla ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa. Mutta luovuus ei ole vain taiteilijoille ja tieteilijöille kuuluvat ominaisuus, vaan se on myös osa jokapäiväistä elämää. Opetussuunnitelman kaikkia aineita koskevana (formaalina) yleistavoitteena on luovuuden kehittäminen (OPH 2004). 3 Logiikka ja luovuus 4 Matematiikka ja luovuus Joustava ajattelu (luovuuden osa) on eräs tärkeimmistä ominaisuuksista, joita menestyksekäs ongelmanratkaisija tarvitsee. Matematiikassa tarvitaan kahta erilaista ajattelumoodia: Luovaa ajattelua ja analyyttista ajattelua. 5 Logiikka Loogiseksi ajatteluksi sanotaan sellaista ajattelua, joka perustuu logiikkaan. Tällöin ajatellaan logiikan olevan ns. kaksi-arvoista propositiologiikkaa, jossa jokainen väite on joko tosi (1) tai epätosi (0), kolmatta vaihtoehtoa ei ole. 6 Mitä on luovuus? Luovuus on käsite, joka on koettu hankalaksi määritellä (ks. Haylock 1987). Kun määrittely ei ole ollut mahdollista, niin kirjallisuudessa on ollut tyypillistä kuvailla luovuus sellaisten henkilöiden käyttäytymisen kautta, joita yleisesti pidetään luovina (ts. prototyypin avulla määrittely). esim. Arkhimedes, Darwin 7 Määritelmiä Esim. Matti Bergström (1985) kuvailee luovuutta “esiintymisenä, jossa yksilö tuottaa jotakin uutta ja ennaltaarvaamatonta”. Mm. Torrance (1974) kehitti testejä luovuuden neljän komponentin mittaamiseksi: ideavuolaus, ideajoustavuus, originaalisuus, viimeistely. 8 Divergoiva ja konvergoiva ajattelu Divergoivalla ajattelulla tarkoitetaan lähinnä mielikuvitukseen perustuvaa, epäjohdonmukaisesti aiheesta toiseen hyppivää, pääasiassa ohjaamatonta ajattelua. Konvergoiva ajattelu on määrätietoisesti tavoitteeseen pyrkivää loogista ajattelua. 9 10 Luova ajattelu Luova ajattelu määritellään loogisen ajattelun ja divergentin ajattelun tavoitteellisena yhdistelmänä. On olemassa monia tekniikkoja tuottaa divergoivaa ajattelua ja sillä runsaasti ajatuksia (ideoita), kuten kysymyslistat, aivoriihi, tuumatalkoot ja kaukaiset ajatusmallit. 11 Luovuuden yhteys matematiikkaan 12 Luova ongelmanratkaisu Ongelmanratkaisu tilanteissa ratkaisija joutuu vuorottelemaan kriittisen ajattelun ja luovan ajattelun välillä siirtyen ideasta toiseen, idean kriittisestä arvioinnista sen kehittämiseen (McGregor 2007). Luovaa ongelmanratkaisua voidaan pitää laajana kokonaisvaltaisena prosessina, johon liittyy erilaisia menetelmiä, mutta ennen kaikkea vanhojen luutuneiden ajattelutapojen ja asenteiden muuntamista joustaviksi ja vastaanottavaisiksi. 13 Bergström (1985) kirjoitti paljon matematiikan ja luovuuden välisistä yhteyksistä 1980-luvulla. Hän korosti kouluopetuksessa logiikan ja luovuuden välistä tasapainoa. Jos yksilö painottaa loogista ajattelua liian paljon, hän vastaavasti vaimentaa luovuuttaan. Luovuus vaatii kehittyäkseen toiminnanvapautta ylenmääräisestä paineesta ja kontrollista. 14 Oppimispsykologisia tutkimustuloksia Matematiikka ei ole vain laskemista, vaan opetuksen päämääränä pitäisi olla myös ymmärtäminen ja matemaattisen ajattelun kehittäminen. Psykologiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että (matematiikankin) oppiminen on vahvasti tilannesidonnaista. Tavanomainen opetus soveltuu tosiasioiden oppimiseen, mutta toimintatapojen oppimiseen tarvitaan uusia menetelmiä, jotka panostavat oppilaiden omaehtoiseen opiskeluun. 15 Tutkimuksessa on todettu, että sääntöjen ja algoritmien jatkuva painotus saattaa estää luovuuden ja ongelmanratkaisutaitojen kehittymisen (esim. Bergström 1985). Sellaiset oppimisympäristöt, jotka tarjoavat oppilaille mahdollisuuksia tutkimiseen, nonverbaaliin ilmaisuun, laboratoriotyöskentelyyn ja moniaistiseen oppimiseen, antavat oppilaille mahdollisuuksia saavuttaa uusia tasoja matematiikassa. 16 Avoin lähestymistapa Japanissa kehitettiin 1970-luvulla ns. avoin lähestymistapa matematiikanopetukseen, jonka tavoitteena on kehittää oppilaiden luovuutta ja luokkahuoneessa mielekästä keskustelua. Samoihin aikoihin Englannissa otettiin käyttöön ns. tutkimustehtävät (investigations), jotka tulivat suosituiksi matematiikanopetuksessa. Siksi 1980-luvulla ajatus käyttää avoimia tehtäviä jossakin muodossa luokkahuoneessa levisi yli koko maailman. 17 Opetussuunnitelmissa Ajatus käyttää avoimien ongelmia koulumatematiikassa on kirjoitettu joissakin maissa jopa opetussuunnitelmaan. Esimerkiksi Hampurin (Saksa) yhtenäiskoulun matematiikan opetussuunnitelmassa on varattu noin viidesosa opetusajasta sisältövapaaksi, jotta opettajat innostuisivat käyttämään matemaattisia aktiviteetteja (Anon. 1990). 18 Japanilainen lähestymistapa Japanilainen avoin lähestymistapa keskittyy luovuuden kehittämiseen matematiikanopetuksen puitteissa. Siinä ei olekaan keskeistä ongelmatehtävien ratkaiseminen, vaan mahdollisimman monen erilaisen ratkaisukeinon löytäminen, ts. luovuuden kehittäminen matematiikan opetuksen puitteissa. 19 Tutkimustehtävät Tutkimustehtäville on tyypillistä, että siinä annetaan lähtötilanne, jonka puitteissa oppilas itse muotoilee ongelmansa ja ratkaisee sen. Tutkimustehtävät voidaan jakaa strukroituihin ja ei-strukturoituihin. Näistä jälkimmäiset ovat Englannissa käytössä: oppilaalle annetaan tehtävätilanne ja muutama alkuongelma, jonka jälkeen he jatkavat itsenäisesti. Strukturoituja tutkimustehtäviä kutsutaan myös ongelmakentiksi. 20 Esimerkki 1 (Neliön jako) Jaa neliö neljään yhtenevään osaan viidellä eri tavalla! 21 Jatkokysymyksiä Tälle ongelmalle on olemassa useita ratkaisuja, joten voidaan jatkaa esim. seuraavilla kysymyksillä: • Pystytkö löytämään kuudennen erilaisen ratkaisun? Entä seitsemännen? • Kuinka monta erilaista ratkaisua arvelet olevan kaikkiaan? Onko enemmän kuin 10? Tämän jälkeen jatko riippuu siitä, mitä opetusryhmä saa ratkaisuina. Ratkaisuja on ääretön määrä, peräti ylinumeroituvasti ääretön määrä. 22 Seuraava tehtävä, joka ei välttämättä ole suunniteltu kovin avoimeksi, vaikka on selkeästi non-standardi ongelma, on suoraan peruskoulun matematiikan oppikirjasta Laskumatikainen 8. 23 Esimerkki 2 (monikulmion pinta-ala) Kuinka monta prosenttia monikulmion pinta-ala kasvaa, kun sivun pituus kasvaa 25 %? Miten arvelette oppilaiden lähtevän tätä ratkaisemaan? 24 Ongelmanasettelu luovuuden kehittäjänä 25 Ongelmanratkaisu edistää luovuutta, mutta ... Ongelmanratkaisussa on luova elementti, mutta ei paljonkaan vapautta, ja luovuus vaatii vapautta. Jotta oppilaille annettaisiin enemmän vapautta, luonnollinen ratkaisu on sallia oppilaiden itse asettaa omat kysymyksensä. Ongelma saattaa olla avoin siten, että se ehdottaa toisten ongelmien muotoilemista, jolloin tuloksena oleva toiminta on ongelmanasettelua. 26 Mitä on ongelmanasettelu? Ongelmanasettelu (problem posing) tarkoittaa ongelmatilanteessa ongelman muotoilua siten, että se saadaan ratkaistavaan muotoon. Yksinkertaisimmillaan ongelmanratkaisu on yksinkertaisen kysymyksen (ongelman) esittämistä ja kun siihen on saatu vastaus, niin ongelmanratkaisua on opiskeltu. Mutta jokaisen tällaisen ongelman takana on suuri joukko potentiaalisesti kiinnostavia ongelmia (alkuperäisen ongelman variaatioita). 27 Esimerkki 3 (Ulamin spiraali) Positiiviset kokonaisluvut on kirjoitettu spiraalin muotoon, ns. Ulamin spiraali. Keksi matemaattinen ongelma, joka perustuu ko. lukuspiraaliin, ja koeta ratkaista se. 17 16 15 14 13 18 5 4 3 12 19 6 1 2 11 20 7 8 9 10 21 22 … 28 Esimerkissä 3 pitää ratkaisijan ensin keksiä sopiva ongelma ja muotoilla se (ongelman asettaminen). Mahdollisista ongelmista pari esimerkkiä: • “Löytyykö keskipisteestä lähtevässä diagonaali-jonossa 1, 3, 13, … mitään säännönmukaisuutta?” • “Mikä on em. lukujonon n:s termi?” Ulamin spiraalista voidaan kehittää loputon määrä hyvin matematiikanopetukseen soveltuvia ongelmia. 29 Miten ongelmanasettelua toteutetaan? Alkuperäisestä ongelmasta voidaan kehittää monia uusia ongelmia (ongelman variointi) muuttamalla siinä olevaa tunnettua tietoa, kysyttyä tietoa tai ongelman rajoituksia. Kaikkein tavallisimpia muunnoksia ovat: • Vaihdetaan tunnettu ja kysytty keskenään. • Pudotetaan tehtävän rajoitus pois, jolloin uusia ongelmia saadaan esille. 30 Miten ongelmanasettelu edistää luovuutta? Opettaja mallintaa prosessia henkilökohtaisesti hämmästelemällä avoimesti oppilaiden kanssa, tukemalla vapaata ideoiden vaihtamista ja aktiivisesti rohkaisemalla heitä yhteistyöhön, kunnioittamalla oppilaiden spontaaneja “entäpä-jos”-arveluita ja ratkaisuarvauksia sekä olemalla yhtä kiinnostunut siitä, kuinka oppilaat ajattelevat ongelmasta kuin mitä he saavat tulokseksi (Moses & al. 1990). 31 Strategioita ongelmanasettelun edistämiseksi (Moses & al. 1990) Käytä oppikirjan tehtäviä pohjana ongelmanasettelussa. Vältä sellaisia kysymyksiä, joihin on vain yksi vastaus. Ohjeita luokkahuoneen opiskeluilmapiirin parantamiseksi: - Anna oppilaiden valita, mitä ongelmia he yrittävät ratkaista. - Vältä aikapainetta ongelmanratkaisussa. - Toteuta aivoriihitoimintaa oppilaillesi kanssa, rohkaise heitä kommunikointiin ja yhteistyöhön. 32 Esimerkki 5 Jotkut luvut voidaan esittää peräkkäisten positiivisten kokonaislukujen summana, kuten 9 = 2 + 3 + 4 , 11 = 5 + 6 . Millä luvuilla on tällainen ominaisuus? 33 Lopuksi Koulun matematiikanopetus voi kehittyä ajattelua ja ymmärtämistä painottavaan suuntaan, kun opettajat itse ryhtyvät aktiivisiksi. Luokassa käytetty opetusmateriaali ei sinänsä tee opetuksesta hyvää – oleellista on opettajan oma henkilökohtainen panos. 34 Lopuksi (jatk.) Siksi opettajien ei pitäisi enää tyytyä valmiiseen materiaaliin, vaan ryhtyä itse kehittämään ja muotoilemaan oppikirjan tehtäviä edelleen. Opettajien innostus ja luovuus on edellytys oppilaiden matemaattisen luovuuden kehittymiselle. 35