¿Quién mató a la geometría?

Ayer @lolamenting lanzó una pregunta muy interesante: ¿por qué la geometría está prácticamente desaparecida de nuestras aulas de primaria y secundaria? Contesté en cuanto la leí, casi sin pensar (es difícil sustraerse del todo al lado oscuro de las nuevas tecnologías), diciendo que me parecía una pregunta muy importante, y muy difícil de contestar. Me reafirmo en la primera parte, pero no en la segunda. Desde luego, voy a dar una respuesta especulativa, pero me parece que bastante convincente. Lo que me parece claro es que en la enseñanza de las matemáticas se han producido dos fenómenos muy claros:

  • A. Los currículos, pero sobre todo la práctica diaria en la mayoría de nuestras aulas, se han deslizado hacia la parte más mecánica de las matemáticas: algoritmos, fórmulas, rutinas, y recetas varias. La resolución de problemas, el razonamiento lógico y la comprensión conceptual son especies en peligro de extinción.
  • B. La geometría ha perdido peso en el curriculo, pero todavía más en las aulas. Es una de esas partes por las que se suele pasar más deprisa (junto con la estadística).

Mi tesis es bien sencilla: A explica – y es la causa de – B. ¿Qué caracteriza a la geometría? Sin duda, lo importante que son en ella el razonamiento lógico y la resolución de problemas (la comprensión conceptual es simplemente requisito previo de ambos). Esto ya me parece suficiente explicación: tenemos dos fenómenos, A y B,y el primero explicaría el segundo. Si la navaja de Ockham sigue afilada, lo más probable es que sea su causa.

Pero es que además hay varios argumentos adicionales que refuerzan esta explicación: ¿qué geometría se estudia y cómo se hace? Al principio, una buena parte del tiempo se dedica al cálculo de áreas y volúmenes, donde todo se reduce a memorizar una lista de fórmulas mucho mayor de lo necesaria, y a aplicarlas a ejercicios completamente rutinarios. Cuando avanza la secundaria, el estudio de la geometría se inclina claramente hacia el álgebra: en trigonometría, por ejemplo, se dedica mucho más tiempo a las identidades trigonométricas, o a resolver ecuaciones, que a los problemas.

Que esta tendencia está llegando a extremos inquietantes me ha quedado claro con el comentario de @lolamenting en esta entrada: parece que no es extraño encontrar profesores que impiden a los chicos apoyarse en la intuición geométrica para resolver problemas de fracciones. Sin exagerar, me parece que es una de las cosas más alarmantes, e incomprensibles, que he oído en los últimos años.

Por supuesto, en otras partes la situación no es la misma. Termino la entrada con unos ejemplos de los libros de primaria de Singapur. En general, la geometría tiene una presencia mucho mayor que aquí, ya desde primaria. En particular, usan los problemas de ángulos para iniciar a los niños en el razonamiento geométrico, y creo que lo hacen muy bien. Este es un ejemplo de 4º de Primaria:

angulos-4Este otro de 5º:

angulos-5y, por último, el de 6º:

angulos-6Por supuesto, siguen con el tema en secundaria. En algún momento habrá una entrada dedicada a profundizar en este tema.

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La división: una operación con dos significados

Quede claro desde el principio: soy consciente de que el tema del que quiero hablar hoy es bien conocido en didáctica. Algún día intentaré escribir sobre por qué las ideas más relevantes de la didáctica llegan tan poco a las aulas.

El problema con la división es que casi toda la energía se dedica al algoritmo, y se deja en segundo lugar su significado. Y me pongo el primero en la lista de pecadores: ya he escrito varias entradas sobre el algoritmo de la división, y esta es la primera sobre su significado. Consideremos estos dos problemas:

  • Miguel lleva 30 caramelos al colegio, y los quiere repartir por igual entre sus 5 amigos. ¿Cuántos caramelos debe darle a cada uno?
  • Miguel lleva 30 caramelos al colegio y los reparte por igual entre sus amigos. Si le da a cada amigo 5 caramelos, ¿cuántos amigos tiene?

Si nos planteamos esa pregunta tan extendida (y tan poco conveniente) de si el problema es de sumar, o de restar o de … la respuesta para ambos es la misma: son “problemas de dividir”. Sin embargo, el significado de la división es diferente en cada caso. Creo que la forma más sencilla de darse cuenta es pensar en cómo resolvería la situación Miguel si se le planteara a los 5 años, sin ningún conocimiento de los algoritmos tradicionales de la aritmética. Lo que haría en el primer caso, seguramente, sería ir dando caramelos a sus amigos, de uno en uno y por turnos, hasta que se acabaran. Sin embargo, en el segundo caso haría grupos de 5 caramelos, hasta averiguar que le salen 6 de tales grupos.

El primer sentido de la división se conoce como división partitiva, y tiene el sentido de reparto; el segundo es la división cuotativa, y responde a la pregunta de cuántas veces cabe el divisor en el dividendo. Si hacemos el esfuerzo de ponernos en el lugar del alumno que empieza a estudiar la división, llegaremos a la conclusión de que no es tan sencillo concluir que los dos significados se traducen en el mismo algoritmo. Y el problema es que la división cuotativa se trabaja muy poco. El sentido partitivo es, claramente, el más intuitivo, y el mejor para introducir la división, y así se hace siempre. Pero habría que trabajar también el sentido cuotativo de la división, y esto se hace mucho menos. El problema se hace evidente cuando llegan las fracciones y aparece la diferencia más llamativa entre los dos significados de la división: en la división partitiva el divisor es, necesariamente, un número entero; sin embargo, en la división cuotativa, el divisor puede no ser entero. Los alumnos (quizá una mayoría) luchan por dar sentido a eso de “dividir por 1/2” porque se están enfrentando al problema de falta de comprensión adecuada del sentido cuotativo de la división.

Mi impresión es que este detalle no es suficientemente conocido entre los docentes. Y de nuevo me pongo el primero en la lista. Leí sobre el tema preparando mis clases de magisterio del curso pasado, después de llevar un par de cursos bastante perplejo ante las dificultades de una parte significativa de mis alumnos al tratar problemas como “Un grupo de amigos compra 6 pizzas y se las reparten por igual. Si cada amigo come 2/3 de pizza, ¿cuántos amigos son en el grupo?”

Por supuesto, se trata de uno de esos problemas que,una vez detectado, tiene fácil solución. Ya desde el principio, al proponer problemas (antes de presentar el algoritmo), habría que trabajar ambos sentidos de la división.

Una vez más, un problema que se hace evidente en secundaria pero cuyo origen está en la enseñanza primaria.

La inflación terminológica

Como ya me ha ocurrido otras veces, un hecho puntual me decide a escribir sobre un tema al que de alguna manera le estaba dando vueltas. Hojeando un libro de 4º de la ESO me llamó la atención una nueva ecuación de la recta: la ecuación segmentaria. Tuvo una componente casi emocionante: después de casi 30 años dedicado a las matemáticas, todavía podía descubrir una nueva ecuación para una recta en el plano! En el cuadro resumen del mismo libro (el de la foto), comprobé que en ese tema trataban nada menos que ¡7! ecuaciones distintas.

ec-segmentaria

Hablando ya en serio, creo que el problema es más relevante de lo que se puede pensar a primera vista. Es cierto, todas son “equivalentes” (pero, un momento, si son equivalentes, ¿para qué queremos tantas?), y para el profesor, o un alumno que entiende el tema, no suponen ningún problema. Pero creo que para el alumno medio que se enfrenta al tema por primera vez, simplemente memorizar el listado completo de ecuaciones (o el subconjunto que se trate en el curso) y cómo pasar de unas a otras, consume una parte importante de tiempo que luego … no tenemos para hacer problemas. Creo que es sólo un ejemplo de un problema general, que consiste en la sobreabundancia de términos, ecuaciones, clasificaciones, etc. y que, por supuesto, tiene que ver con lo que ya escribí en la entrada sobre la función secante.

Desde luego, el problema no es nuevo. Ya en 1984, Miguel de Guzmán escribía sobre los problemas de la enseñanza de las matemáticas en España, y subrayaba el “énfasis excesivo y perjudicial en nombres y distinciones” [1]. Pero creo que, lejos de corregirse, este problema ha empeorado (en el sentido de que el recorte que se ha producido en los programas – y sobre todo en la práctica – se ha centrado en los problemas, y otras actividades de alto valor cognitivo, y por tanto la proporción problemas/técnicas-definiciones-terminología ha disminuido con el paso de los años).

¿Qué ecuaciones de la recta se deberían tratar en secundaria? Desde mi punto de vista, como mucho los tipos de ecuaciones que aparecen para estudiar curvas y superficies en general, que son las esencialmente distintas:

  • la paramétrica (si se escribe en forma escalar o vectorial es un detalle que no creo que se merezca un nombre).
  • la implícita, ax + by + c =0  (llamarle ecuación general, o no, creo que es secundario).
  • la explícita, y = ax + b, importante por la conexión con las gráficas de funciones y la idea de pendiente.

¿Qué se hace en otros sitios? Bueno, los libros que tengo a mano son los de Singapur. He comprobado los textos de secundaria, comparables a los españoles de la ESO porque allí también tienen 6 años de primaria (empezando a los 6 años) y 4 de secundaria. En tercer curso, en 20 páginas del libro, estudian la recta solo con la ecuación explícita. Por supuesto, le dedican el tiempo necesario al concepto de pendiente, y a las rectas verticales y horizontales, que tantos dolores de cabeza causan a algunos de nuestros alumnos. Después, en 4º curso, le dedican 4 páginas de repaso al tema. Como la ecuación implícita (o general) ya ha aparecido en el estudio de los sistemas lineales, es el momento de hacer algunos ejercicios que aclaren su relación con la explícita, ya conocida del curso anterior. Ya sé que es un solo tema, y un solo país, pero, ¿no resulta la diferencia muy llamativa?

[1] Miguel de Guzmán: El papel de la matemática en el proceso educativo inicial. Enseñanza de las ciencias, 1984, pp. 91-95.

Las fracciones (y 3)

Queda para esta última entrada sobre las fracciones la división, que es la operación más complicada de introducir. Lo esencial, desde luego, es que se entienda que es una extensión de la operación que ya se conoce para los números enteros. Conozco dos alternativas, las dos con sus propias ventajas e inconvenientes:

  1. el enfoque estrictamente algebraico: dividir es multiplicar por el inverso. Por supuesto, este enfoque lleva al algoritmo, generalmente utilizado en los países anglosajones de “invertir y multiplicar”. Creo que la gran ventaja de este enfoque es que ayuda a asimilar la conexión entre multiplicación y división, fundamental en el razonamiento algebraico. Para trabajar de esta forma las fracciones es esencial haber insistido antes en que, por ejemplo, dividir por 2 es lo mismo que multiplicar por 1/2. El inconveniente de este enfoque es que esconde la conexión con la división de enteros: el problema de “cuántas veces cabe” el divisor en el dividendo.
  2. reducir a común denominador. Dividir 11/3 entre 3/2 se puede modelar, siguiendo lo que ya se conoce de la división en el conjunto de los enteros, como el problema de cuántas veces cabe 3/2 en 11/3. Si reducimos a común denominador, tenemos el problema de cuántas veces cabe 9/6 en 22/6. Si se ha trabajado antes la representación de las fracciones en la recta numérica, como se proponía en las entradas anteriores sobre fracciones, y se ha entendido que el denominador simplemente fija la unidad de medida, creo que es fácil entender que la respuesta es la misma que cuántas veces cabe 9 en 22, es decir, 22/9.  La gran ventaja de este enfoque es que extiende de manera natural esta interpretación de la división de números enteros (aunque, claro, no la del reparto). El principal inconveniente es el algorítmico. Desde mi punto de vista este inconveniente no es tan importante. Me parece mucho más relevante entender qué se está haciendo al dividir dos fracciones que ser capaz de hacer N divisiones por minuto. En todo caso, una opción que puede ser razonable en la práctica es introducir la operación con este enfoque, y ver que coincide con el algebraico, lo que nos proporciona un algoritmo eficiente.

El procedimiento de “multiplicar en cruz” me parece inferior a estos dos. Ni ayuda con la introducción al álgebra que supone el enfoque 1) ni da ningún sentido a la operación, como sí hace el enfoque 2). Además, desde el punto de vista puramente algorítmico, es proclive al error que estoy seguro que todos hemos visto: todos los niños multiplican en cruz, de acuerdo. Pero, “¿qué va arriba y qué va abajo?” …

Las fracciones (II)

En la última entrada sobre las fracciones quedaron pendientes dos de las operaciones aritméticas básicas: la multiplicación y la división.

El problema con la multiplicación de fracciones es que, precisamente porque el algoritmo es muy sencillo, se pasa por ella demasiado deprisa, sin detenerse en el sentido que tiene. Las dificultades surgen cuando la multiplicación de fracciones aparece en la resolución de problemas. Se pueden ver entonces los “parches a la desesperada”. El otro día, en 2º de la ESO, a mi hija le dijeron, textualmente “si dice de lo que quedaba, entonces se multiplica”. Otro enfoque que he visto en varios libros, más sistemático, es hablar de “la fracción como operador”. Pero esto me parece un paso en la dirección equivocada, porque insiste en presentar a las fracciones como objetos nuevos, con propiedades “esotéricas” (es la primera vez que un alumno lee la palabra operador) cuando creo que la dirección correcta es presentar las fracciones como una extensión natural de los conjuntos numéricos ya conocidos. No hay ninguna diferencia conceptual entre “el doble de” y “tres quintos de”. De la misma forma que no vemos necesario hablar de “el dos como operador”, no veo la necesidad de hablar de  “la fracción como operador”.

Seguro que hay más opciones para dotar de sentido a la multiplicación de fracciones. Aquí voy a presentar las dos que más me gustan.

  • Si el concepto de fracción se ha entendido, la multiplicación de un número entero por una fracción, como en  3 \times 2/5 no presenta mayor dificultad. “Tres veces dos quintos son seis quintos”. Y no hace ninguna falta, desde luego, “convertir al 3 en fracción”. No podemos ahora, desde luego, recurrir a la propiedad conmutativa: no se trata de que hagan la cuenta  2/5 \times 3 , sino que queremos que entiendan qué significa “dos quintos de algo”. Para ello, primero  se presenta la multiplicación por fracciones con denominador 1. Un quinto de un número entero (en los primeros ejemplos, un múltiplo de 5) es igual de intuitivo que “el doble de algo”.  Se trabaja además la idea de que multiplicar por 1/5 es lo mismo que dividir por 5. Cada vez leo más sobre – y esto convencido de – la importancia que tiene prestarle atención a estos hechos en la aritmética para conseguir una buena iniciación al álgebra. Se introduce después 1/5 de una fracción, viendo que es equivalente dividir el numerador (cuando sea múltiplo de 5, claro) y multiplicar el denominador. Finalmente, una vez entendido 1/5 de algo, creo que el paso a que “dos quintos de algo” es “dos veces un quinto de algo” es el más sencillo del proceso.
  • La geometría nos proporciona aquí un sencillo ejemplo que muestra que la multiplicación de fracciones generaliza lo que ya conocemos sobre multiplicación de números enteros. Un rectángulo de dimensiones 5 x 3 está formado por un total de 15 cuadrados unitarios. De la misma forma, la multiplicación de las fracciones 3/4 y 2/3 nos muestra que un rectángulo de esas dimensiones está formado por 6 rectángulos (ahora ya no son cuadrados), cada uno con un área de 1/12. (Esta interpretación la vi por primera vez en el libro Parker-Baldridge: Elementary mathematics for teachers).

multi-frac

Pensaba tratar hoy también el tema de la división, pero la multiplicación me ha llevado mucho más tiempo de lo que creía. De manera que la división de fracciones será el tema de una próxima entrada. Lo siento, David  🙂

Las fracciones

Las fracciones son sin duda uno de los escollos fundamentales en el aprendizaje de las matemáticas elementales. Desde mi punto de vista, hay dos tipos de razones para ello:

  • la mayor parte del tiempo se dedica a la aritmética, a las cuentas, sin prestar suficiente atención a los conceptos involucrados. Esto hace que los alumnos, en el mejor de los casos, hagan correctamente las cuentas, pero en demasiadas ocasiones no sepan interpretarlas. En otros muchos casos, por supuesto, el no entender el sentido de las operaciones abre la puerta a todo tipo de errores.
  • el concepto de fracción no es sencillo de presentar ni de entender. En particular, una fracción, desde el punto de vista elemental, tiene las tres interpretaciones de la figura:
    1. una parte de un objeto. En la figura (1), están pintados de verde los 3/5 de una barra.
    2. la solución a un problema de reparto: si tenemos 3 chocolatinas y las queremos repartir entre cinco niños, por igual, a cada niño le toca 3/5 de chocolatina.
    3. un punto de la recta numérica (es decir, un número racional).

La interpretación (1) es seguramente la más indicada para el primer contacto (en algunos países, este primer contacto se produce ya en el primer ciclo, y en todos los que he visto en el segundo ciclo). Este primer contacto no incluye la aritmética, ni siquiera una introducción. Pero cuando se inicia el estudio más sistemático de las fracciones, en el tercer ciclo de primaria (y en cursos equivalentes en la mayoría de los países que he mirado  – cursos K 5 y 6), es esencial que se entiendan estas tres interpretaciones de una fracción. Si uno se para a pensarlo, la equivalencia de la interpretación (2) con la (1) no es tan evidente para un niño que se enfrenta al problema por primera vez. Creo que la mejor forma de presentarla es la sugerida en la figura: dividimos cada chocolatina en 5 partes iguales, y le damos una a cada niño.

Pero además de entender las tres posibles interpretaciones, se debería elegir una básica, para dar una definición de fracción y para, sobre todo, darle sentido a la aritmética. Desde mi punto de vista, la representación (3) es la más adecuada. Esta podría ser una definición:

Def: La fracción p/q representa el siguiente punto de la recta numérica:  tomamos el intervalo (0,1) y lo dividimos en q partes iguales. Ahora, contamos desde el cero p de esas partes.

De acuerdo: admito que esta opción no pasa la prueba de ser formalmente válida a los ojos de un matemático. Pero creo que este es uno de los puntos clave de lo que empecé a llamar en la entrada anterior Matemáticas para la docencia: el rigor y el formalismo que se extendieron por las matemáticas desde finales del siglo XIX (y que tan buenos resultados ha dado desde muchos puntos de vista) no deberían convertirse en un obstáculo para la enseñanza de las matemáticas básicas. En particular, en enseñanza primaria y secundaria, lo ideal sería encontrar el correcto equilibrio entre rigor – que no rigorismo – y el uso adecuado de los conceptos elementales intuitivos.

Estas son las principales ventajas de tomar la opción (3) como la fundamental para el estudio de las fracciones:

  1. la fracción se ve, desde el primer momento, como “un número más”. Nos evitaríamos así el problema que creo que todos hemos visto, del estudiante que, ante la solución 3/5 de un problema, no queda satisfecho, y sólo da el problema como resuelto “de verdad” si escribimos 0’6.
  2. el concepto de fracción equivalente se introduce sin ninguna dificultad. Dos fracciones son equivalentes cuando representan el mismo punto. Llegar a la comprobación algebraica sería un segundo paso, que se trabajaría con ejercicios.
  3. los problemas de comparar fracciones, o estimarlas, o expresarlas como números mixtos, pasan a ser más intuitivos, al poderse visualizar en el mismo entorno que los números ya conocidos.
  4. por último, y más importante, la aritmética de las fracciones se ve, desde el primer momento, como una extensión de la aritmética conocida. De la misma forma que la suma 2+3 se visualiza en la recta numérica yuxtaponiendo los segmentos que representan al 2 y al 3, se le puede plantear al niño el problema de sumar 3/5 y 1/2. Y cuando hablo del “problema” estoy diciendo, por supuesto, que lo propondría sin hablar antes de comunes denominadores, ni nada por el estilo. El niño, con la ayuda de papel cuadriculado – o milimetrado – debería descubrir que el denominador me fija la unidad, y que como ya ha hecho en otros contextos debe sumar cantidades en unidades homogéneas. Si ya se ha entendido antes el concepto de fracción equivalente, el aprendizaje por descubrimiento es aquí perfectamente posible. Por esta vía se puede seguir para la multiplicación y división de fracciones, pero esto será el tema de una próxima entrada, esta ya se ha hecho demasiado larga.

Querría terminar con una aclaración: no pretendo estar inventando nada, este enfoque no es original, pero sí creo que minoritario, y desde luego poco utilizado en España. El libro donde lo he visto mejor contado es

Thomas H. Parker, Scott J. Baldridge. Elementary Mathematics for Teachers. Sefton-Ash Publishing, EE UU, 2004. (Un aviso: acabo de comprobar que sigue sin ser posible comprarlo desde España – tampoco vía Amazon).

Y una petición: si algún lector ya ha usado este enfoque en un aula, o lo hace en el futuro, estaría interesado en recibir información sobre la experiencia.

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