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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO PUC/SP Osmar Antonio de Lima Distribuição Normal: Uma introdução voltada ao Ensino Médio por simulações via planilha eletrônica e exercícios interativos MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE MATEMÁTICA São Paulo 2009

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO

PUC/SP

Osmar Antonio de Lima

Distribuição Normal:

Uma introdução voltada ao Ensino Médio por

simulações via planilha eletrônica

e exercícios interativos

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE MATEMÁTICA

São Paulo

2009

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO

PUC/SP

Osmar Antonio de Lima

Distribuição Normal:

Uma introdução voltada ao Ensino Médio por

simulações via planilha eletrônica

e exercícios interativos

Dissertação apresentada à Banca Examinadora da Pontifícia

Universidade Católica de São Paulo, como exigência parcial

para obtenção do título de MESTRE PROFISSIONAL EM

ENSINO DE MATEMÁTICA, sob a orientação da Professora

Doutora CILEDA DE QUEIROZ E SILVA COUTINHO

São Paulo

2009

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Banca Examinadora

________________________________________________

________________________________________________

________________________________________________

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Autorizo, exclusivamente para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial desta

dissertação por processos de fotocopiadoras ou eletrônicos.

Assinatura: _______________________________________ Local e Data: ______________

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Dedico este trabalho a

minha amada esposa

LUCIANALUCIANALUCIANALUCIANA,,,,

e minha filha

JÚLIA.JÚLIA.JÚLIA.JÚLIA.

Vocês são únicas em minha vida!

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5

AAAAgradecimentosgradecimentosgradecimentosgradecimentos

A DeusDeusDeusDeus,,,, pela dádiva da vida.

À minha orientadora Professora Doutora Cileda de Queiroz e Silva Professora Doutora Cileda de Queiroz e Silva Professora Doutora Cileda de Queiroz e Silva Professora Doutora Cileda de Queiroz e Silva CoutinhoCoutinhoCoutinhoCoutinho,,,, pela competência e dedicação que me orientou, fazendo com que esta pesquisa se concretizasse.

À Professora Doutora Luzia Aparecida PalaroDoutora Luzia Aparecida PalaroDoutora Luzia Aparecida PalaroDoutora Luzia Aparecida Palaro, pela dedicação e contribuição extraordinária dada a minha pesquisa.

À Professora Doutora Sandra Maria Pinto MaginaDoutora Sandra Maria Pinto MaginaDoutora Sandra Maria Pinto MaginaDoutora Sandra Maria Pinto Magina, , , , com tamanha competência contribuiu para o enriquecimento desta pesquisa.

A meus pais, PauloPauloPauloPaulo e OrtênciaOrtênciaOrtênciaOrtência e meus irmãos, pelas orações e paciência em tempos difíceis.

A meus sogros, WilsonWilsonWilsonWilson e SirleiaSirleiaSirleiaSirleia, pelos conselhos, confiança e apoio. A meus amigos Clécio, Clécio, Clécio, Clécio, Paulo, Márcia Paulo, Márcia Paulo, Márcia Paulo, Márcia e Rogério Rogério Rogério Rogério, pelas horas de estudo e trabalho realizados juntos.

À Diretora da E. E. Dr. Mário Toledo de Moraes, Diretora da E. E. Dr. Mário Toledo de Moraes, Diretora da E. E. Dr. Mário Toledo de Moraes, Diretora da E. E. Dr. Mário Toledo de Moraes, ProfessoraProfessoraProfessoraProfessora Maria Maria Maria Maria IsabelIsabelIsabelIsabel, pela confiança e apoio durante meus estudos.

À Secretaria da Educação de São PauloSecretaria da Educação de São PauloSecretaria da Educação de São PauloSecretaria da Educação de São Paulo pelo incentivo e suporte fornecido na forma de bolsa de estudos.

Um agradecimento especial ao Professor Doutor Saddo Ag Professor Doutor Saddo Ag Professor Doutor Saddo Ag Professor Doutor Saddo Ag AlmouloudAlmouloudAlmouloudAlmouloud, pois sem sua preciosa orientação, colaboração e dedicação, eu não teria chegado ao final deste trabalho. A essa pessoa maravilhosa, meu muitíssimo obrigado. Que Deus o abençoe, hoje e sempre!

As “pedras do meu caminhopedras do meu caminhopedras do meu caminhopedras do meu caminho”, que se constituíram o alicerce de minha formação.

O Autor

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RRRResumoesumoesumoesumo

O objetivo deste estudo foi introduzir o conteúdo da Distribuição Normal para alunos

do Ensino Médio, sendo proposta uma abordagem, buscando a interação de dois

ambientes, sala de aula e laboratório de informática. O estudo foi realizado com 11

alunos egressos do ensino médio, tendo em vista apresentar a Distribuição Normal

pela simulação de dados, utilizando uma planilha eletrônica (Excel). O referencial

teórico apoiou-se na Teoria Antropológica do Didático – TAD para alcançar o

objetivo pretendido pelo pesquisador: facilitar a compreensão dos conceitos

estocásticos envolvendo a Distribuição Normal pelos alunos, por meio de simulação

de experimentos, utilizando a planilha eletrônica (Excel) e, também, exercícios

interativos. Com essa proposta, percebeu-se que os alunos do Ensino Médio

passaram a reconhecer as características e a representação gráfica de uma

Distribuição Normal, e a partir das análises realizadas em sala de aula, verificou-se

que foi possível relacionar os conteúdos da estatística descritiva com os de

probabilidade e, dessa forma, os alunos passaram a ter uma noção da relação entre

estatística e probabilidade. Em síntese, o uso da planilha eletrônica (Excel), com os

exercícios interativos possibilitaram encaminhar os alunos a identificação dos

conceitos envolvendo a Distribuição Normal, facilitando sua interação com o objeto

de estudo. Assim, os alunos perceberam a idéia da relação existente entre a

estatística e a probabilidade, que neste trabalho, foi denominado como estocástica.

Palavras-Chave: Distribuição Normal. Formação de conceitos. Informática na

Educação Estatística. Exercícios Interativos. Ensino Médio.

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AAAAbstractbstractbstractbstract

The purpose of this study was introducing the content of Normal Distribution to high

school students, being an approach proposed, aiming at the interaction of two

environments, classroom and computer lab. The study was held with 11 high school

students, bearing in mind the presentation of Normal Distribution by data simulation,

using an electronic worksheet (Excel). The theoretical referential was based on the

Anthropological Theory of the Didactics – ATD to accomplish the intended purpose

by the researcher: ease the comprehension of the stochastic concepts involving

Normal Distribution by the students, by means of experiment simulations, using the

electronic worksheet (Excel) and, also, interactive exercises. With this proposal, it

was realized that the High School students began to recognize the characteristics

and the graphical representation of a Normal Distribution, and from the analyses held

in the classroom, it was verified that it was possible to relate the descriptive statistical

contents with the probability ones and, this way, the students began to bear a sense

of the relation between statistics and probability. Summarizing everything, the use of

the electronic worksheet (Excel) with the interactive exercises enabled to guide the

students towards the identification of concepts involving Normal Distribution, easing

its interaction with the study object. Therefore, the students realized the idea of the

existing relation between statistics and probability, which in this essay, was named as

stochastic.

Keywords: Normal Distribution, Concept building, Computer Sciences in Statistics

Education, Interactive Exercises, High School.

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SSSSumárioumárioumárioumário

INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 15

JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 15

QUESTÃO DE PESQUISA.................................................................................. 17

UMA PREMISSA.................................................................................................. 19

PROCEDIMENTOS METEDOLÓGICOS............................................................. 19

REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................. 21

ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO........................................................................ 23

CAPÍTULO I ............................................................................................................ 24

1 REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................ 24

1.1 A INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO ESTATÍSTICA ...................................... 24

1.2 O COMPUTADOR E O ENSINO DA ESTATÍSTICA .................................... 26

1.3 PESQUISAS QUE ENVOLVEM O ENSINO-APRENDIZAGEM DA

DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL ...........................................................................

29

1.4 PESQUISAS QUE ENVOLVEM O ENSINO-APRENDIZAGEM DA

DISTRIBUIÇÃO NORMAL ............................................................................

30

1.5 ASPECTOS DO DISCURSO OFICIAL ......................................................... 35

1.5.1 Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio .......................... 35

1.6 OBJETOS MATEMÁTICOS .......................................................................... 38

1.6.1 Espaço amostral ................................................................................... 38

1.6.2 Eventos ................................................................................................ 39

1.6.3 Probabilidade ....................................................................................... 41

1.6.4 Variável aleatória .................................................................................. 42

1.6.5 Função de Probabilidade (variável discreta) ........................................ 42

1.6.6 Função Densidade de Probabilidade (variável contínua) .................... 44

1.6.7 Modelo de Distribuição de Probabilidade (Binomial e Normal) ............ 44

1.7 CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DESTE CAPÍTULO ................................ 46

CAPÍTULO II ........................................................................................................... 48

2 FASE EXPERIMENTAL................................................................................... 48

2.1 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS ............................................................... 48

2.2 ETAPAS DA FASE EXPERIMENTAL ........................................................... 50

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2.3 ANÁLISE DAS ATIVIDADES ...................................................................... 53

2.3.1 Análise a “Priori” – Atividade em sala de aula ...................................... 54

2.3.2 Análise a “Posteriori” – Atividade em sala de aula ............................... 62

2.3.3 Considerações sobre a atividade em sala de aula ............................... 63

2.3.4 Análise a “Priori” – Atividade realizada em uma planilha eletrônica .... 64

2.3.5 Análise a “Posteriori” – Atividade realizada em uma planilha

eletrônica........................................................................................................

70

2.3.6 Considerações sobre a atividade realizada em uma planilha

eletrônica........................................................................................................

71

2.3.7 Análise a “Priori” – Atividade realizada em papel quadriculado ........... 72

2.3.8 Análise a “Posteriori” – Atividade realizada em papel quadriculado .... 74

2.3.9. Considerações sobre a atividade em papel quadriculado .................. 76

2.3.10 Análise a “Priori” – Atividade realizada com exercícios

interativos ......................................................................................................

76

2.3.11 Análise a “Posteriori” – Atividade realizada com exercícios

interativos ......................................................................................................

84

2.3.12 Considerações sobre a atividade realizada com exercícios

interativos ..........................................................................................

91

2.3.13 Análise a “Priori” – Questionário Diagnóstico ..................................... 92

2.3.14 Respostas Observadas – Questionário Diagnóstico .......................... 98

2.3.15 Análise a “Posteriori” das respostas observadas do Questionário

Diagnóstico ....................................................................................................

103

CONCLUSAO................................................................................................. 105

FUTUROS TRABALHOS ...................................................................................... 107

REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 108

ANEXO...................................................................................................................... 110

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LLLLista de ista de ista de ista de TTTTabelasabelasabelasabelas

TABELA 1: Medidas do palmo direito de 40 alunos (em cm) .................................. 54

TABELA 2: Medidas do palmo direito de 40 alunos (cm) ........................................ 55

TABELA 3: Medidas dos palmos de alunos (cm) ..................................................... 58

TABELA 4: Intervalo dos palmos (cm) ..................................................................... 67

TABELA 5: Análise dos resultados da atividade com exercícios interativos ........... 91

TABELA 6: Respostas observadas no Questionário Diagnóstico............................ 102

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LLLLista de ista de ista de ista de QQQQuadrosuadrosuadrosuadros

QUADRO 1: Comparativo entre: COHEN E CHECHILLE (1997); SOUZA (2002);

TAUBER (2001) e VIALI (2001)................................................................................

34

QUADRO 2: Classificação de um espaço Amostral ................................................ 39

QUADRO 3: Operações com Eventos...................................................................... 40

QUADRO 4: Enfoques de Probabilidade ................................................................. 41

QUADRO 5: Atividades desenvolvidas nos encontros............................................. 49

QUADRO 6: Simulação dos gráficos em planilha eletrônica ................................... 68

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LLLLista de ista de ista de ista de IIIIlustraçõeslustraçõeslustraçõeslustrações

Ilustração 1: Exercício no ConStats ......................................................................... 33

Ilustração 2: Exercício no ConStats – Distribuição Normal – Pesos de

recém-nascidos ...................................................................................

33

Ilustração 3: Representação gráfica da Distribuição Normal ................................... 46

Ilustração 4: Simulação de uma curva normal no Excel .......................................... 65

Ilustração 5: Curva normal ....................................................................................... 73

Ilustração 6: Esboço da curva normal correto .......................................................... 75

Ilustração 7: Esboço da curva normal incorreto ....................................................... 75

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LLLLista de ista de ista de ista de GGGGráficosráficosráficosráficos

GRÁFICO 1: Medida dos Palmos dos Alunos (cm) ................................................. 55

GRÁFICO 2: Representação da Média .................................................................... 57

GRÁFICO 3: Representação do Intervalo [ ]σµσµ +;- .......................................... 60

GRÁFICO 4: Representação do Intervalo [ ]σµσµ 22 +− ; ...................................... 61

GRÁFICO 5: Representação do Intervalo [ ]σµσµ 33 +− ; ...................................... 61

GRÁFICO 6: Horário de Pico ................................................................................... 77

GRÁFICO 7: Interpretação do Intervalo [ ]σµσµ +− ; .............................................. 80

GRÁFICO 8: Interpretação do Intervalo [ ]σµσµ 22 +− ; ......................................... 81

GRÁFICO 9: Interpretação do Intervalo [ ]µσµ ;− ................................................... 82

GRÁFICO 10: Interpretação do Intervalo [ ]σµσµ −− ;3 ......................................... 83

GRÁFICO 11: Interpretação do Intervalo [ ]µσµ ;2− ............................................... 84

GRÁFICO 12: Respostas observadas do Questionário Diagnóstico........................ 101

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De minha paixão pela educação, Estou semeando as sementes

de minha alta esperança. Não busco discípulos para

comunicar-lhes saberes, busco discípulos para neles plantar minhas esperanças.

Rubem Alves

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IIIIntroduçãontroduçãontroduçãontrodução1111

A identificação com os conteúdos de estatística e probabilidade na disciplina

de Tópicos de Matemática Discreta, componente curricular do Programa de

Mestrado Profissional em Ensino da Matemática, motivou a escolha do tema desta

pesquisa que busca a integração das novas tecnologias aos métodos utilizados em

sala de aula no que diz respeito ao ensino de estatística e probabilidade para alunos

do Ensino Médio (EM).

A ideia de sugerir o estudo da Distribuição Normal no EM, usando uma

planilha eletrônica como ferramenta para simulações ocorreu durante a

apresentação de um seminário sobre o tema na referida disciplina. Na apresentação,

um dos recursos utilizados para ilustrar a Distribuição Normal foi uma planilha

eletrônica do Excel, por meio de simulações de distribuição que poderiam ser

representadas e explicadas por esse modelo em sua representação gráfica. Nas

atividades propostas, foram necessários os cálculos da média e do desvio-padrão de

uma determinada variável contínua, então, percebemos que tal abordagem no EM

poderia ser útil aos alunos na percepção de regularidades e variações tão

importantes para construção e desenvolvimento do raciocínio estocástico.

Assim, com o objetivo de introduzir as primeiras noções para o estudo da

Distribuição Normal com alunos do EM, propusemos uma abordagem, que busca a

interação de dois ambientes, sala de aula e laboratório de informática.

JUSTIFICATIVA

Nas últimas décadas, o ensino da Estatística tem sido alvo de diversas

investigações, como as de: Cohen e Chechile, 1997; Tauber, 2001; Viali, 2001;

Souza, 2002, entre outros. Na reflexão abrangente sobre o ensino da Estatística e

1 Esta dissertação está conforme as regras do Acordo Ortográfico.

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da Matemática, podemos atentar para o fato de que a educação atravessa uma fase

de mudanças históricas que requer novos métodos de ensino que conciliem as

necessidades e os interesses reais verificados em sala de aula.

Em todas as etapas da História da Humanidade, os avanços que foram

responsáveis pela alteração nos processos nos mais diversos campos da atividade

humana, trouxeram sempre consigo mudanças nas atitudes socioculturais dos povos.

Na área da Educação, a introdução das tecnologias da comunicação é um desses

marcos e tem sido objeto de vários estudos.

A informática passa a ser inserida no contexto educacional como um

elemento a mais para contribuir na construção do conhecimento, objetivando a

promoção da autonomia humana. Nesse sentido, podemos afirmar que o

computador deve ser usado na sala de aula, como um instrumento potencializador

do desenvolvimento humano.

Neste contexto, procuramos fundamentar nossa pesquisa em trabalhos que

visaram à inserção das novas tecnologias no ensino da análise exploratória dos

dados, no ensino da distribuição de probabilidade, assim como nas orientações

inseridas nos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1998).

No presente estudo, destacamos alguns estudos que sugeriram o uso dessas

novas tecnologias, abordando os erros e acertos dos alunos que foram identificados

pelos pesquisadores, bem como as dificuldades verificadas pelos alunos e aquelas

para implementar as novas tecnologias.

A partir desses estudos, pudemos delimitar o tema de nossa pesquisa,

estabelecendo os objetivos e a hipótese de forma clara.

Esta pesquisa tem como objetivo:

• Introduzir os primeiros conceitos relativos à Distribuição Normal no EM

ainda de forma intuitiva, utilizando como recurso didático uma planilha

eletrônica (Excel). A planilha permite a realização de simulações

experimentais cuja variável aleatória associada pode ser representada e

explicada por esse modelo.

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• O reconhecimento, por parte dos alunos, da representação de uma

Distribuição Normal, como uma curva em forma de sino, assintótica ao

eixo horizontal;

• a compreensão dos alunos sobre o conceito de simetria da curva normal

em relação aos valores médios;

• o entendimento dos alunos sobre a leitura do gráfico, de modo que fique

claro que a área abaixo da curva refere-se à probabilidade de ocorrer um

determinado evento; e

• o entendimento dos alunos de que dentro do intervalo de ];[ σµσµ 33 +−

está a quase totalidade dos dados.

A hipótese é que o uso da planilha eletrônica (Excel) na abordagem da

Distribuição Normal de Probabilidade permite o dinamismo no tratamento dos dados,

mantendo o foco na análise e modelagem, facilitando para que os alunos

compreendam esse conteúdo.

QUESTÃO DE PESQUISA

Conforme Veloso (1998), para concretizar um ensino mais inovador,

precisamos de novos ambientes de aprendizagem a partir dos quais os alunos

constroem novos conhecimentos. Para tal, ferramentas poderosas devem ser

oferecidas aos alunos que lhes possibilitem uma exploração completa do problema a

ser resolvido e que potencializem avanços, como por exemplo, as novas tecnologias

da comunicação.

Os ambientes computacionais permitem usar o computador como uma

ferramenta para descrever uma solução, refletir sobre a resposta e analisar os erros

percebidos e os resultados obtidos. Segundo Papert (1985), é possível construir

computadores de tal forma que aprender a comunicar-se com eles seja um processo,

tão natural como aprender a falar a língua materna. Para ele, o computador “fala

matemática”, e o domínio dessa linguagem torna-se a fonte do poder.

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Assim, cabe ao professor definir objetivos, apontar e realizar experiências de

aprendizagem diversificadas e estimulantes, promover a discussão e reflexão em

sala de aula, fazer com que os alunos comportem-se de acordo com as normas

sociais valorizadas na comunidade e estabeleçam uma atmosfera de aprendizagem.

Segundo Ponte e Serrazina:

Com a continuação do trabalho, com um conhecimento mais profundo dos seus alunos, e com a diversificação de tarefas e de situações, com a permanente reflexão sobre a sua prática, é que o professor pode levar os alunos a atingir a maior parte dos objetivos curriculares. (PONTE E SERRAZINA, 2000, p. 15)

De acordo com Cohen e Chechille (1997); Tauber (2001); Souza (2002) entre

outros, o ensino das distribuições de probabilidade não tem sido eficiente nem tem

proporcionado resultados satisfatórios no ensino da Estatística e da Matemática ao

final do EM. Outras pesquisas na área mostram que isto vale para todos os

conteúdos da estatística.

Desse modo, surge a necessidade de responder a uma população escolar

cada vez mais diversificada e proporcionar a todos, e a cada um dos alunos um

ensino de estatística diferenciado que contribua para que sejam cidadãos

conscientes, críticos e responsáveis, capazes de enfrentar os desafios de uma

sociedade cada vez mais tecnológica.

A tomada de consciência da necessidade de uma atividade mais centrada no

aluno não é novidade. Tem sido marcada no domínio da reflexão sobre educação,

pelas contribuições de vários investigadores que têm demonstrado que não existem

generalizações como “aluno razoável“, que os alunos têm ritmos individualizados de

aprendizagem e que o conhecimento não é uma coisa que se adquire por

transmissão, mas algo que se constrói em interação com o mundo e os outros.

Nesse sentido, Tauber (2001) considera como ponto de partida para o ensino

da estatística a coleta de dados reais, feita pelos próprios alunos, e o emprego de

um software para a organização desses dados. Os resultados desse procedimento

devem ser discutidos e analisados com os alunos, facilitando o processo de ensino-

aprendizagem.

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Para Souza (2002), os conceitos básicos que envolvem as distribuições de

probabilidade devem ser trabalhados no EM, para que desde já esses alunos

tenham condições de realizar algumas previsões diante de um conjunto de dados.

Desse modo, tendo conhecimento dos resultados de pesquisas, como os

realizados por essas autoras cujos resultados atribui às novas tecnologias um papel

importante no processo de ensino-aprendizagem, é pretensão desta pesquisa fazer

emergir e valorizar as potencialidades do uso da planilha eletrônica (Excel) para

introduzir a ideia da Distribuição Normal de Probabilidade aos alunos do EM.

Entendemos aqui como “ideia” a concepção espontânea, a intuição do sujeito a

respeito de uma determinada noção matemática e/ ou estatística.

Tendo em vista os argumentos supracitados, a questão que orienta este

estudo é: “quais as contribuições de uma sequência didática baseada em

resoluções de problemas e com a utilização de uma planilha eletrônica como

ferramenta na construção da ideia de Distribuição Normal a partir de uma

atividade de análise exploratória de dados?”.

UMA PREMISSA

Pautados na literatura pesquisada e apresentada no capítulo I deste estudo,

podemos inferir que é necessário construir uma sequência didática para a

aprendizagem da Distribuição Normal que considere os seguintes aspectos:

• O conhecimento, por parte dos alunos, dos parâmetros média e desvio-

padrão, como elementos necessários para caracterizar uma Distribuição

Normal;

• o reconhecimento, por parte dos alunos, dos tipos de variáveis:

quantitativa discreta e contínua;

PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

Em primeiro lugar, realizamos um breve estudo de certos conceitos da

Didática da Matemática e da Estatística e, também, de algumas pesquisas sobre o

processo de ensino-aprendizagem de Probabilidade, estas por serem de cunho

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exploratório possibilitaram a execução da primeira das duas partes em que o estudo

foi dividido.

A primeira parte é composta pelo estudo teórico do tema:

• Revisão bibliográfica;

• Estudo e síntese das competências e habilidades sobre probabilidade

contida nos Parâmetros Curriculares Nacionais do EM.

A segunda parte constitui-se da pesquisa realizada com 11 alunos voluntários

egressos do EM que denominamos “Fase Experimental”.

Para a realização da segunda parte do trabalho, uma sequência didática foi

elaborada para introduzir a ideia da Distribuição Normal pelas simulações,

contextualizações e resolução de problemas.

A amostra selecionada compôs-se de 11 alunos oriundos de escolas da rede

pública de ensino que já haviam concluído o terceiro ano do EM e tomaram

conhecimento da pesquisa durante a realização de um curso pré-vestibular. Os

detalhes sobre o método empregado são descritos no capítulo II, item 2.1 (Materiais

e Procedimentos).

Em seguida, elaboramos uma sequência piloto para conhecer como os alunos

participantes da pesquisa agiriam durante a realização das atividades propostas,

bem como as dificuldades que poderiam surgir, tanto pelos problemas de linguagem

como de organização ou resolução. Esta sequência é apresentada no Capítulo II,

item 2.2 (Etapas da Fase Experimental).

A aplicação da sequência piloto e a análise dos resultados permitiram a

elaboração de uma proposta didática final, que foi aplicada aos alunos voluntários na

realização do presente estudo. A produção dos alunos foi acompanhada pelo

pesquisador e os dados foram coletados e analisados em comparação com os

achados na revisão de literatura (capítulo I), com os argumentos da análise da

sequência didática (capítulo II) e fundamentados a partir do referencial teórico.

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REFERENCIAL TEÓRICO

Almouloud (2007) aborda a Didática da Matemática e seus fundamentos,

tendo como foco a ênfase na compreensão de fenômenos que interferem no

processo de ensino e aprendizagem dos conceitos matemáticos.

Segundo o autor:

A didática da matemática é vista como uma ciência que tem por objeto investigar fatores que influenciam o ensino e a aprendizagem da matemática e o estudo de condições que favorecem a sua aquisição pelos alunos. (ALMOULOUD, 2007, p. 17)

Almouloud (2007) dedica o capítulo VII da obra supracitada à abordagem da

Teoria Antropológica do Didático (Chevallard, 1999), que estuda as condições das

possibilidades e o funcionamento dos sistemas didáticos, compreendidos como

relações sujeito-instituição-saber.

A Teoria Antropológica do Didático permite a interpretação da transposição

didática baseada no desenvolvimento de uma tripla ruptura epistemológica

provocada pela teoria das situações, em que o saber matemático situa-se no centro

de toda problematização didática.

Para a didática da Matemática, sob o enfoque da Antropologia do Didático,

tudo é objeto, fazendo a distinção dos tipos de objetos particulares: as instituições,

os indivíduos e as posições que estes ocupam nas instituições, tomando-os como

sujeitos.

A Teoria Antropológica do Didático possibilita a modelagem de práticas

sociais, em geral, e, em particular, a atividade matemática fundamentada em três

postulados:

• Toda prática institucional pode ser analisada, sob diferentes pontos de

vista e de distintas maneiras, em um sistema de tarefas relativamente bem

delineadas;

• O cumprimento de toda tarefa decorre do desenvolvimento de uma técnica;

e

• A ecologia das tarefas e técnicas são as condições e necessidades que

permitem a produção e a utilização destas nas instituições, ou seja, as

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condições e restrições que permitem sua produção e seu uso nas

instituições, supondo que, para existir uma instituição, a técnica deve ser

compreensível, legível e justificada. O discurso descritivo sobre a tarefa e

a técnica é denominado discurso teórico-tecnológico.

O significado da palavra “tarefa” engloba atividades gerais como fechar uma

porta, entre outras. Em nosso caso, calcular a média e o desvio-padrão de um

conjunto de valores, bem como analisar os dados obtidos é um tipo de tarefa. Na

prática institucional, a delimitação de tarefas depende do ponto de vista em que essa

prática se desenvolve.

A palavra técnica terá uma dimensão maior que a usual, ou seja, será usada

como uma “maneira de fazer” particular e não sendo um procedimento estruturado e

metódico, ou algoritmo, caso particular de uma técnica.

Uma técnica pode ser apropriada para a resolução de determinadas tarefas,

mas não para todas, o que lhe confere a chamada “capacidade intelectual da

técnica”.

A partir das noções de tarefa e técnica, cria-se um bloco técnico-prático

associado a um saber-fazer, no qual a vida das instituições é feita das escolhas de

tarefas e técnicas, e uma pessoa pode realizar várias tarefas em instituições

distintas, a que ela está sujeita, concomitante ou sucessivamente, mostrando sua

relação pessoal com os objetos com os quais mantêm contato.

No campo da tecnologia, estão os conceitos e as noções que permitem

controlar e compreender a atividade humana. A teoria trata da especulação abstrata

da tecnologia; e, no plano teórico, estão as definições, os teoremas, as

demonstrações que servem para dar sustentação às técnicas e produzir tecnologias.

Dessa forma, cria-se um bloco teórico-tecnológico associado ao saber.

Portanto, podemos entender a Noção de Praxeologia como um conjunto de

Técnicas, de Tecnologia e de Teorias organizadas para uma determinada tarefa.

No que se refere à natureza dos objetos matemáticos, estes podem se

apresentar de duas formas: ostensivos e não ostensivos:

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� Objetos ostensivos: se referem a todo objeto que, tendo uma natureza sensível e certa materialidade, tem, para o sujeito, uma realidade perceptível. Pode-se dizer, dessa forma, que os ostensivos são os objetos manipuláveis na realização da atividade matemática.

� Objetos não-ostensivos: são todos os objetos que, como as ideias, as instituições ou os conceitos, existem institucionalmente sem que, no entanto, sejam vistos, ditos, escutados, percebidos ou mostrados por conta própria. Assim, esses objetos somente podem ser evocados ou invocados pela manipulação adequada de certos objetos ostensivos que lhes são associados, tais como uma palavra, uma frase, um gráfico, uma escrita, um gesto ou todo um discurso. (ALMOULOUD, 2007, p. 119)

Conforme refere Almouloud (2007), na Teoria Antropológica do Didático, o

cumprimento de toda tarefa compreende necessariamente a manipulação de objetos

ostensivos regulados pelos não ostensivos, tornando os objetos ostensivos parte

perceptível da atividade.

Neste trabalho, usaremos mais especificamente a Organização Praxeológica

composta pelo bloco Tarefa/Técnica/Tecnologia/Teoria na elaboração das atividades

da sequência didática.

ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO

A presente pesquisa está organizada em dois capítulos:

O Capítulo I traz a revisão de literatura a respeito do ensino da Estatística e

da Matemática para o EM e da contribuição das novas tecnologias nesse processo;

também, são apresentados os objetos Matemáticos.

O Capítulo II apresenta a Fase Experimental deste estudo, possibilitando uma

compreensão de toda a pesquisa realizada com 11 alunos voluntários egressos do

EM. Traz também a análise da sequência didática aplicada, tendo em vista a

interpretação do pesquisador em relação à participação e compreensão dos alunos

nas atividades realizadas no estudo.

Ao final, apresentamos a conclusão de nossa pesquisa, bem como as

sugestões para novos trabalhos.

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CCCCapítuloapítuloapítuloapítulo IIII

REVISÃO DE LITERATURA

Este capítulo tem como objetivo apresentar uma revisão de literatura sobre o

tema que busca evidenciar a relevância do projeto, a delimitação do tema e a

formulação da questão. Além disso, serve para a constituição do quadro teórico com

a teoria didática por nós escolhida, conforme descrita anteriormente.

1.1 A INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO ESTATÍSTICA

A educação estatística é uma área na qual o uso de novas tecnologias tem

tido um grande impacto. Sua utilização permite que o processo de ensino-

aprendizagem seja centrado na análise dos resultados e não nos algoritmos para

sua determinação.

A mudança de filosofia sobre a estatística, tanto na estatística elementar como nos métodos de análises mais complexos, deu lugar ao que se conhece hoje como análise exploratória de dados, onde é mais importante o trabalho com projetos e representação gráfica. (TUKEI, 1977 apud TAUBER, 2001, p. 15)·

Atualmente o ensino da análise exploratória dos dados é recomendado o que

implica o uso de computadores e, consequentemente, o conhecimento, pelo menos,

de um software para que se obtenha êxito nesse tipo de trabalho.

Tauber (2001) sugere que o ensino de estatística pode ser iniciado a partir do

encontro dos alunos com dados reais, no qual será possível ao aluno coletar ele

mesmo os dados, organizá-los em gráficos e tabelas para, finalmente, fazer uma

análise exploratória deles, manipulados com o auxílio de um software estatístico.

Destaca, também, que o computador é um grande aliado didático, pois reforça a

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motivação e permite aos alunos a exploração de conceitos estatísticos e

probabilísticos. A facilidade de simular os experimentos permite uma interatividade

na observação e exploração dos processos estocásticos 2 . Esta interatividade

promove aos novos “objetos” um caráter menos abstrato e proporciona uma

experiência que não é fácil conseguir no cotidiano dos alunos.

O caráter didático do uso dos computadores foi tema de uma mesa-redonda

sobre os impactos das novas tecnologias no ensino de estatística, organizada pelo

IASE (International Association for Statistical Education), realizada em Granada, em

1996, na qual se destacaram as seguintes conclusões:

� São consideradas novas tecnologias: os computadores, as calculadoras gráficas e a Internet, pois é previsível que contribuam com uma revolução dos métodos de ensino.

� Existe uma série de mitos sobre o papel do computador na aprendizagem. É certo que a compreensão de alguns conceitos pode ser facilitada com ajuda da simulação, porém também os computadores introduzem novos objetos de aprendizagem e existe o perigo de que em vez de ensinar estatística, a atenção seja desviada para o ensino do respectivo software, devido à sofisticação do mesmo e ao tempo requerido para sua aprendizagem.

� Ainda que os programas estatísticos como a planilha eletrônica do Excel3, o Minitab4, StatGraphics5, ConStats6 entre outros, com os que se podem realizar análise de dados tenham atualmente um grande desenvolvimento, os programas didáticos são escassos e deficientes. A característica desejável para um software estatístico de uso geral não coincide com as que seriam necessárias do ponto de vista educativo, pois são destinados ao público profissional já com bagagem, não levam em conta o desenvolvimento e a dificuldade dos alunos.

� A disponibilidade de novas tecnologias pode ser um novo fator que contribui para aumentar a diferença entre os países, classes sociais ou centros educativos. É importante obter uma difusão real desses meios entre uma comunidade o mais ampla possível. (GARFIELD Y BURRIL, 1997 apud TAUBER, 2001, p. 15-16)7

Para Tauber (2001), além dessas conclusões, podemos acrescentar outra

relativa aos professores, pois, atualmente, muitos países investem em equipamentos

2 Processos estocásticos: Neste estudo usamos o termo “Processo Estocástico”, como a integração entre os conceitos de Estatística Descritiva e Probabilidade. 3 Disponível no Microsoft Office. 4 Disponível em <http://www.minitabbrasil.com.br/minitab/demo.asp>, acesso em 25/01/2009. 5 Disponível em <http://www.statgraphics.com/downloads.htm>, acesso em 25/01/2009. 6 Disponível em <http://constats.atech.tufts.edu/>, acesso em 25/01/2009. 7 Tradução nossa

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de informática em suas instituições e universidades. Entretanto, o pressuposto

destinado à capacitação dos professores no uso dos computadores e dos diversos

programas é muito menor, o que produz uma situação contraditória, pois possuem

os materiais necessários, mas não sabem como utilizá-los ou não conhecem em

quais situações podem aplicá-los.

1.2 O COMPUTADOR E O ENSINO DA ESTATÍSTICA

Hochsztain et al. (1999) iniciam seu artigo defendendo a ideia de que o uso

dos computadores deve estar sempre presente em todas as tarefas que os

professores de estatística fizerem e acrescentam que “se algo pode ser feito por um

computador, não deve ser feito à mão”. Afirmam que, embora o uso dos

computadores seja considerado um desafio, devemos superá-lo.

O objetivo dos autores foi verificar a influência dos computadores nos

processos de ensino-aprendizagem de estatística e basearam-se em seminários e

em sua experiência acadêmica na Universidad de la Republica – Uruguay. No

referido artigo, os autores relatam os impactos iniciais quando se usa o computador

como ferramenta nas aulas de estatística, observando que, nas primeiras aulas,

utilizavam-no apenas como função de entrada e saída de dados, e os alunos

aprendiam somente usar o software, mas não davam ênfase aos conceitos

estatísticos. Mesmo dessa maneira, a atitude ainda contribuiu para o avanço do que

os autores chamam de “longa caminhada”.

Hochsztain et al. (1999) ressaltam a importância das simulações feitas via-

computador, mas afirmam que isso não é tudo, pois devemos estar atentos para não

as separar das aplicações e conceitos estatísticos. Ao utilizarem-se desses recursos

em detrimento dos cálculos complexos, os autores recomendam trabalhar com uma

boa interpretação dos resultados. Sugerem ainda algumas mudanças que

consideram indispensáveis para que os computadores possam ser de fato

incorporados ao ensino da estatística, e essas mudanças estão diretamente

relacionadas aos professores.

Quanto à metodologia, os autores idealizam um curso de estatística a partir

de uma divisão em três partes, sendo uma parte teórica, abordando os conceitos

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estatísticos; a segunda parte, como resolução dos exercícios em ambiente de papel

e lápis; e, em seguida, na terceira parte, a aplicação do que foi estudado em

ambiente com lápis e papel em um ambiente informatizado, com um software

previamente escolhido. Os autores citados sugerem que as atividades sejam

realizadas 50% em ambiente com lápis e papel e os outros 50%, em ambiente

informatizado, devendo-se observar o tipo de software a ser utilizado.

Hochsztain et al. (1999, p.5) observam que:

a) No caso de se optar por uma planilha eletrônica, o trabalho dar-se-á de forma rápida, porém se faz necessária uma abordagem sobre os procedimentos da planilha de como efetuar os cálculos, por exemplo: a organização dos dados, o cálculo do ponto médio e da mediana, a cópia dos dados para outra célula, etc.

b) Na opção por um software estatístico, o trabalho será da maneira não procedimental, ou seja, não há necessidade de mostrar os procedimentos, pois o próprio software fará as simulações pretendidas.8

Na finalização do artigo, os autores concluem que a incorporação do uso de

computadores nos cursos de estatística, ao contrário do que se pensa tem

consequência imediata no incremento que se produz nos conteúdos teóricos; que as

simulações permitem aos alunos o desenvolvimento de habilidades como observar,

explorar, desenvolver noções e intuições, etc.

Entretanto, não podemos deixar de lado as atividades em ambiente de lápis e

papel, que os autores denominam “atividades tradicionais”; pois o emprego dos

computadores pode mudar as relações existentes entre professor-aluno, visto que

permite ao estudante ser cognitivamente ativo em estatística; que as planilhas

eletrônicas funcionam em qualquer computador e que as habilidades de manuseio

das planilhas são quase intuitivas.

Em um artigo mais recente, publicado por Viali (2001) sobre o uso de

planilhas e simulação para modernizar o ensino de Probabilidade e Estatística para

os cursos de Engenharia, o autor afirma que:

O ensino de disciplinas que envolvem raciocínio abstrato como as da área Matemática (Probabilidade, Cálculo, Álgebra Linear, etc.) e as que envolvem e exigem modelagem, isto é, aplicações de modelos teóricos, como as da área de Matemática Aplicada, representadas pela Estatística, é feito, apesar

8 Tradução nossa.

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do desenvolvimento acelerado dos meios eletrônicos, especialmente dos computadores, quase que exclusivamente através de aulas expositivas. O esforço é inteiramente exercido pelo professor cabendo ao aluno pouca ou nenhuma participação. (...) Muito do que o professor pretende transmitir não é aproveitado por não despertar o interesse do envolvido, pela quantidade de informações acima do que ele pode assimilar, pelo pouco tempo de reflexão sobre os conhecimentos sendo transmitidos, pelo pequeno número de exemplos e, muitas vezes, com pouca qualificação do próprio professor. O aluno não dispõe de exercícios em quantidade suficiente, bem como não pode fazer experimentações por si próprio de forma a ver como ‘a coisa funciona’. O ensino destas disciplinas é prejudicado pela ausência de pré-requisitos mínimos para a absorção dos novos conhecimentos sendo transmitidos (VIALI, 2001, p. 291).

Tendo em vista o panorama do ensino das disciplinas da área de Matemática,

o autor propõe um ensino que elimine ou reduza ao mínimo possível o trabalho

braçal do aluno. Além de excluir por completo a tarefa de completar quadros de

conteúdos que são considerados meros exercícios de cópia. Segundo o autor, “o

conhecimento deve ser proposto e discutido, avaliado, analisado e, sempre que

possível, reproduzido como se estivesse sendo novamente descoberto”.

O referido autor apresenta as planilhas eletrônicas (Excel) como um recurso

instrucional em laboratórios de Estatística.

Além dos recursos típicos elas oferecem um grande número de funções estatísticas e probabilísticas, se bem que bastante limitados. A principal vantagem na planilha é a sua grande base instalada e seu preço relativamente barato. É possível programá-la e, desta forma, realizar tarefas não previstas inicialmente. Além disso, o paradigma da planilha é conhecido pela maioria dos alunos, diminuindo, desta forma, o tempo gasto na aprendizagem da mecânica de uma nova ferramenta de software. (VIALI, 2001, p. 292)

Quanto à simulação, esta é uma ferramenta essencial para o ensino da

Estatística, pelas seguintes razões:

a) Envolve menos riscos que a realidade. Se um aluno fizer alguma coisa errada durante a simulação ele simplesmente recomeça. Erros, que em sistemas reais seriam fatais, numa simulação podem no máximo causar uma pequena frustração. O erro se transforma em experiência e tenderá a ser repetido cada vez menos.

b) Os custos de treinamento são reduzidos. Um erro de pilotagem em um avião real custaria uma bela soma de dinheiro sem falar nos custos de vidas perdidas.

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c) Ela é normalmente mais conveniente do que o treinamento real, pois possibilita geralmente o treinamento de mais estudantes ao mesmo tempo. Ao trabalhar em um micro num laboratório não se estará sujeito a condições de tempo, se é dia ou noite, se o equipamento real está danificado ou em manutenção.

d) A simulação minimiza os efeitos do tempo. Alguns fenômenos levam um tempo muito longo para acontecerem, numa simulação computacional isto pode ser comprimido de modo que todo o fenômeno possa ser observado várias vezes em um período muito curto de tempo.

e) As experiências em simulação podem ser repetidas. Os estudantes podem repetir uma experiência tantas vezes quanto o necessário para entendê-las e enfrentá-las com habilidade. (MERRIL, 1996, apud VIALI, 2001, p. 292-293)

A simulação facilita a compreensão dos alunos sobre um determinado evento,

pois, em muitos casos, a dificuldade deve-se ao fato de existir apenas uma visão

estática da representação de sistemas naturais ou artificiais. Segundo Viali (2001),

com um livro essa é a única maneira possível, mas com o uso de computadores os

modelos podem e devem ser dinâmicos.

Em síntese, o uso de planilhas eletrônicas, tais como o Excel dispensa a

realização de numerosos cálculos necessários, mas, irrelevantes para a

aprendizagem da Estatística, podendo assim facilitar a compreensão do aluno, além

disso, a simulação facilita o processo de aprendizagem, em razão do dinamismo no

tratamento dos dados, mantendo o foco na análise e na modelagem, facilitando a

compreensão desse conteúdo por parte dos alunos.

1.3 PESQUISAS QUE ENVOLVEM O ENSINO-APRENDIZAGEM DA

DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL

Tendo em vista as dificuldades conhecidas no processo de ensino-

aprendizagem na Distribuição Binomial de Probabilidade, Souza (2002) desenvolveu

um estudo cujo objetivo foi estudar os aspectos do ensino-aprendizagem desta

distribuição no qual elaborou uma sequência didática que favoreceu sua apreensão.

A autora apoiou-se no panorama de pesquisas já realizadas a respeito do

ensino-aprendizagem da distribuição binomial e em alguns constructos da Didática

da Matemática, entre os quais a dialética ferramenta-objeto, conforme Douady (1983,

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apud SOUZA, 2002), e o uso de mais de um registro de representação, de acordo

com Duval (1993, apud SOUZA, 2002).

A sequência didática foi realizada por alunos que cursam Administração de

Empresas, para o qual a Matemática e a Estatística são ferramentas. O

desenvolvimento do trabalho evidenciou, além de algumas dificuldades enfrentadas

pelos alunos, questões que não puderam ser tratadas no estudo em questão. Para

Souza (2002), estas questões indicam temas para futuras pesquisas sobre ensino-

aprendizagem de Probabilidade.

Dentre as conclusões da pesquisa realizada pela autora, destaca-se a

constatação de que o uso da distribuição binomial de probabilidades pelos alunos

deu-se mais pela força de um contrato didático9 do que pela efetiva apreensão do

conteúdo.

1.4 PESQUISAS QUE ENVOLVEM O ENSINO-APRENDIZAGEM DA

DISTRIBUIÇÃO NORMAL

Este tópico inicia-se com a apresentação da pesquisa desenvolvida por

Tauber (2001) em seu doutorado, completando o que já apresentamos desse

trabalho no item 1.1.

Em sua pesquisa, Tauber (2001) usa um software denominado

STATGRAPHICS e aborda o tema “Distribuição Normal”. Optou por esse software

por estar instalado nos computadores da sala de informática onde aplicaria a

sequência didática de sua pesquisa. Como o STATGRAPHICS, existem outros

softwares disponíveis no mercado, porém a decisão do uso do software deve estar

relacionada com as condições de planejamento das atividades, por esse motivo a

referida autora fez tal opção.

A pesquisa foi realizada, entre 1998 a 2001, nas universidades de Sevilha e

Granada. Era um curso sobre a Distribuição Normal, a partir de uma análise

exploratória de dados com alunos universitários e propunha o uso de computadores

na construção da curva normal. 9 Contrato Didático: Relação estabelecida entre aluno-professor, implícita, na maior parte, no que diz respeito ao

conhecimento matemático pretendido, determinando quais são as responsabilidades de cada uma das partes. (BROUSSEAU,1983 apud SOUZA, 2002).

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Os objetivos do estudo foram elaborar uma sequência didática sobre a

Distribuição Normal, incorporando o computador como ferramenta didática;

descrever os elementos de significados efetivamente observados na sequência

didática; descrever os significados aplicados pelos alunos participantes das

atividades planejadas e avaliar seu conhecimento no final da sequência didática

(avaliação das características no processo de aprendizagem e no significado

pessoal efetivamente construído pelos alunos participantes). Para isso, apoiou-se

em um modelo que apresenta três dimensões: teoria dos significados institucionais e

pessoais dos objetos matemáticos (GODINO Y BATANERO, 1994;1998 apud

TAUBER, 2001), teoria das funções semióticas (GODINO, 1998 apud TAUBER,

2001) e teoria das trajetórias didáticas (GODINO, 1999 apud TAUBER, 2001)

Uma das conclusões da autora é a de que o objeto de estudo é muito

complexo, e os alunos apresentaram dificuldades em vários conceitos básicos que

deveriam ter sido ensinados na escola secundária.

Tauber (2001) analisou uma dezena de livros didáticos destinados ao ensino

superior, visando aos conteúdos de estatística, precisamente de Distribuição Normal

e verificou que os elementos extensivos ou os campos de problemas incluídos

nestes livros são muito relevantes do ponto de vista teórico ou prático.

Do ponto de vista teórico, alguns dos teoremas mais importantes do cálculo

de probabilidades (teorema central do limite) e alguns dos resultados mais úteis da

inferência (obtenção de distribuições exatas e assintóticas na amostra) foram obtidos

precisamente ao buscar resolver os referidos campos de problemas.

Do ponto de vista prático, porque na análise de dados com fins inferenciais

apresentam-se todos os campos de problemas identificados, tanto no ajuste dos

modelos aos dados como na aproximação de modelos para variáveis discretas e na

obtenção de distribuições exatas e aproximadas, estimativa e contraste. Neste último

aspecto, Tauber (2001) acredita que esses campos de problemas justificam o

interesse do estudo da Distribuição Normal para os alunos, porque constituem

situações problemáticas que, com frequência, os alunos encontrarão em seu futuro

ambiente de trabalho.

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Em seguida, passamos para o estudo desenvolvido por Cohen e Chechille

(1997) sobre a Distribuição Normal, valendo-se de novas tecnologias de ensino que

dão ênfase à experimentação e à interpretação das simulações por meio do

ambiente ConStats10, buscando soluções às seguintes questões:

a) O que os alunos observam quando examinam uma simulação de uma

distribuição de probabilidade?

b) As simulações ajudam efetivamente os estudantes a adquirirem uma

compreensão conceitual da Distribuição Normal?

c) Os exercícios interativos para conceitos relacionados com distribuições de

amostragem podem ser bem utilizados por meio das simulações?

d) Finalmente, boas práticas de avaliação podem ajudar a identificar quando

as simulações são eficazes e ineficazes?

Conforme Cohen e Chechille (1997), na década de 1990, vários estudos

foram realizados com os objetivos curriculares para os cursos iniciais de estatística e

probabilidade. Estes estudos convergem para mostrar os problemas na estrutura da

educação estatística, dando origem a novos objetivos instrucionais e métodos de

ensino. A partir dessas pesquisas, algumas mudanças foram sugeridas, por exemplo,

trabalhar mais com dados reais e utilizar as tecnologias interativas para fazer a

análise dos dados com mais eficiência e, dessa forma, proporcionar auxílio para

ensinar conceitos mais complexos, priorizando o trabalho com os conceitos ao invés

do trabalho com algoritmo.

Ainda segundo os autores, o uso de um software apropriado para o ensino

das distribuições de probabilidade auxilia os alunos a compreender as diferenças

entre as distribuições de dados e de probabilidade se os exercícios forem

elaborados, para que os alunos familiarizem-se com as propriedades das

distribuições de probabilidade, no caso a Distribuição Normal.

Se os alunos puderem modificar os parâmetros e se a curva for feita na

mesma tela, os autores afirmam que isso poderá ajudá-los a compreender a relação

entre os parâmetros da Distribuição Normal e a forma da curva.

10 Disponível em <http://constats.atech.tufts.edu/>, acesso em 20/fev/2009.

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As ilustrações 1 e 2 mostram exercícios elaborados no ambiente ConStats,

utilizados como exposição aos alunos. É importante observar que estas figuras

foram elaboradas por Cohen e Chechille (1997).

Fonte: Cohen e Chechille (1997, p. 3)

Ilustração 1: Exercício no ConStats

Fonte: Cohen e Chechille (1997, p. 6.)

Ilustração 2: Exercício no ConStats – Distribuição Normal – Peso de recém-nascidos

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Segundo os autores o ambiente ConStats facilita a compreensão dos

conteúdos por meio de simulações. Embora os cálculos sejam importantes, as

simulações realizadas no ambiente têm como objetivo familiarizar o aluno com o

objeto de estudo, estimulando para que simule várias situações, modificando os

parâmetros da Distribuição Normal de probabilidade.

Traçando um paralelo, conforme Quadro 1, Cohen e Chechille (1997); Tauber

(2001); Viali (2001) e Souza (2002), observamos que:

QUADRO 1: Comparativo entre: COHEN E CHECHILLE (1997); TAUBER (2001); VIALI (2001) e SOUZA (2002)

COHEN E CHECHILLE (1997)

VIALI (2001) TAUBER (2001) SOUZA (2002)

Utiliza de “exercícios interativos” para o ensino da distribuição normal.

Propõe a redução ao mínimo possível do trabalho do aluno.

Defende que o estudo de estatística deve ser iniciado com base na coleta de dados reais e na análise exploratória dos dados.

Defende o ensino das distribuições de probabilidade no ensino médio.

Defende o ensino da distribuição normal por meio de simulações em ambiente específico (CONSTATS).

Acredita que a simulação por meio de planilhas eletrônicas facilita a compreensão dos alunos, promovendo uma dinâmica muito melhor na resolução dos exercícios,

Acredita que o software é um importante aliado ao ensino da estatística, por meio da experimentação e da simulação, pois a interatividade dá aos novos objetos um caráter menos abstrato.

Não menciona o estudo da Distribuição Binomial por meio de software, porém elaborou uma sequência de ensino para os alunos de sua pesquisa.

Com relação aos pontos mencionados no Quadro 1, apontamos algumas

semelhanças dos trabalhos pesquisados com nosso estudo:

• Buscamos sempre trabalhar os exercícios “a partir da coleta de dados

reais”, visando a melhor apreensão dos conteúdos por parte dos alunos,

conforme aponta Tauber (2001), pois as pesquisas mostram que trabalhar

com dados fictícios dificulta o aprendizado;

• Conforme aponta Souza (2002) no que diz respeito ao ensino das

distribuições de probabilidade, elaboramos uma sequência didática voltada

para o ensino médio;

• por meio desta sequência didática, procuramos relacionar os ambientes de

sala de aula com o ambiente informatizado por meio das simulações via

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planilha eletrônica, conforme mostram Cohen e Chechille (1997);

Hochsztain et al. (1999); Viali (2001) e Tauber (2001) no intuito de diminuir

a dificuldade apresentada pelos alunos, evitando cálculos complexos que

desestimulem os alunos no estudo da estatística;

• em nossa sequência didática, usamos os exercícios interativos a fim de

diminuir o nível de complexidade associado à Distribuição Normal,

conforme referem em seu artigo Cohen e Chechille (1997). Os autores

citados evidenciam a dificuldade encontrada pelos alunos para interpretar

o conceito de curva assintótica, pois a curva normal não toca o eixo das

abscissas. Para elucidar esse conceito, utilizamos o esboço da curva em

um papel quadriculado.

1.5 ASPECTOS DO DISCURSO OFICIAL

O objetivo deste tópico é descrever o que os Parâmetros Curriculares

Nacionais para o Ensino Médio - PCNEM (BRASIL, 1998), discorrem sobre o tema

deste estudo.

1.5.1 Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio

Os PCNEM (BRASIL, 1998) ressaltam a importância que a educação seja

direcionada para o desenvolvimento das capacidades de resolver problemas, de

comunicação, de tomar decisões, de fazer inferências, criar, aperfeiçoar

conhecimentos e valores e trabalhar cooperativamente.

Visam à adequação para o desenvolvimento e promoção dos alunos,

oferecedo-lhes condições para o ingresso em um ambiente em constante mutação

no qual poderão contribuir com as mudanças, conforme sua capacidade profissional.

Os PCNEM (BRASIL, 1998) chamam a atenção para o impacto da tecnologia

na vida de cada indivíduo que exige competências que vão além do operar as

máquinas. O ensino da Matemática deve ter uma nova postura sob um olhar para

favorecer o desenvolvimento de habilidades e procedimentos com os quais o aluno

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se reconheça e oriente-se no mundo do conhecimento em constante transformação.

Assim, as finalidades do ensino de Matemática no nível médio indicam como

objetivos levar o aluno a:

a) compreender os conceitos, procedimentos e estratégias matemáticas que permitam a ele desenvolver estudos posteriores e adquirir uma formação científica geral;

b) aplicar seus conhecimentos matemáticos a situações diversas, utilizando-os na interpretação da ciência, na atividade tecnológica e nas atividades cotidianas;

c) analisar e valorizar informações provenientes de diferentes fontes, utilizando ferramentas matemáticas para formar uma opinião própria que lhe permita expressar-se criticamente sobre problemas da Matemática, das outras áreas do conhecimento e da atualidade;

d) desenvolver as capacidades de raciocínio e resolução de problemas, de comunicação, bem como o espírito crítico e criativo;

e) utilizar com confiança procedimentos de resolução de problemas para desenvolver a compreensão dos conceitos matemáticos;

f) expressar-se oral, escrita e graficamente em situações matemáticas e valorizar a precisão da linguagem e as demonstrações em Matemática;

g) estabelecer conexões entre diferentes temas matemáticos e entre esses temas e o conhecimento de outras áreas do currículo;

h) reconhecer representações equivalentes de um mesmo conceito, relacionando procedimentos associados às diferentes representações;

i) promover a realização pessoal mediante o sentimento de segurança em relação às suas capacidades matemáticas, o desenvolvimento de atitudes de autonomia e cooperação. (BRASIL, 1998, p. 42)

Com relação à estatística e probabilidade, os PCNEM (1998) destacam:

As habilidades de descrever e analisar um grande número de dados, realizar inferências e fazer predições com base numa amostra de população, aplicar as ideias de probabilidade e combinatória a fenômenos naturais e do cotidiano são aplicações da Matemática em questões do mundo real que tiveram um crescimento muito grande e se tornaram bastante complexas. Técnicas e raciocínios estatísticos e probabilísticos são, sem dúvida, instrumentos tanto das Ciências da Natureza quanto das Ciências Humanas. Isto mostra como será importante uma cuidadosa abordagem dos conteúdos de contagem, estatística e probabilidade no Ensino Médio, ampliando a interface entre o aprendizado da Matemática e das demais ciências e áreas. Os conceitos matemáticos que dizem respeito a conjuntos finitos de dados ganham também papel de destaque para as Ciências Humanas e para o cidadão comum, que se vê imerso numa enorme quantidade de informações de natureza estatística ou probabilística. No tratamento desses temas, a mídia, as calculadoras e os computadores adquirem importância natural como recursos que permitem a abordagem de

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problemas com dados reais e requerem habilidades de seleção e análise de informações (BRASIL, 1998, p. 43 e 44).

Em geral, as competências e habilidades a serem desenvolvidas em

Matemática no EM, segundo os PCNEM (BRASIL, 1998), quanto à representação e

comunicação relacionadas à estatística e probabilidade são as seguintes: ler e

interpretar textos de Matemática; ler, interpretar e utilizar representações

matemáticas (tabelas, gráficos, expressões, etc.); transcrever mensagens

matemáticas da linguagem corrente para a linguagem simbólica (equações, gráficos,

diagramas, fórmulas, tabelas, etc.) e vice-versa; exprimir-se com correção e clareza,

tanto na língua materna como na linguagem matemática, usando a terminologia

correta; produzir textos matemáticos adequados; utilizar adequadamente os recursos

tecnológicos como instrumentos de produção e comunicação.

Quanto à investigação e compreensão, esperamos que os alunos

desenvolvam habilidades e competências para identificar o problema (compreender

enunciados, formular questões, etc.); procurar, selecionar e interpretar informações

relativas ao problema; formular hipóteses e prever resultados; selecionar estratégias

de resolução de problemas; interpretar e criticar resultados em uma situação

concreta; distinguir e utilizar raciocínios dedutivos e indutivos; fazer e validar

conjecturas, experimentando, recorrendo a modelos, esboços, fatos conhecidos,

relações e propriedades; discutir ideias e produzir argumentos convincentes.

Quanto à contextualização sociocultural, esperamos que os alunos

desenvolvam habilidades e competências relativas à capacidade de utilizar a

Matemática na interpretação e intervenção no real; aplicar conhecimentos e métodos

matemáticos em situações reais, em especial, em outras áreas do conhecimento;

relacionar etapas da história da Matemática com a evolução da humanidade; utilizar

adequadamente calculadoras e computadores, reconhecendo suas limitações e

potencialidades.

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1.6 OBJETOS MATEMÁTICOS

Este item tem como objetivo apresentar as definições dos objetos

matemáticos utilizados na construção da sequência didática, empregada em nossa

pesquisa.

1.6.1 Espaço amostral

Na natureza, há dois tipos de fenômenos: determinísticos e aleatórios. Nos

determinísticos, os resultados são sempre os mesmos, qualquer que seja o número

de ocorrências verificadas (MORETTIN, 1999). Nos aleatórios, os resultados não

são previsíveis, mesmo que haja um grande número de repetições do mesmo

fenômeno. Para Morettin (1999), os experimentos aleatórios podem ser

considerados como fenômenos produzidos pelo homem ou não. Em tais

experimentos, mesmo que as condições iniciais sejam sempre as mesmas, os

resultados finais de cada tentativa do experimento poderão ser diferentes e não

previsíveis. O espaço amostral é o conjunto de todos os resultados possíveis de um

experimento aleatório.

Segundo Viali:

Ao descrever um espaço amostral de um experimento, deve-se ficar atento para o que se está observando ou mensurando. Deve-se falar em “um” espaço amostral associado a um experimento e não de “o” espaço amostral. Deve-se observar ainda que nem sempre os elementos de um espaço amostral são números. (VIALI, 2009, p. 12)

Um espaço amostral pode ser classificado em finito e infinito, como está

representado nos dados do Quadro 2.

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QUADRO 2: Classificação de um Espaço Amostral

INFINITO FINITO

S1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6} S2 = {0, 1, 2, 3, 4} S3 = {cccc, ccck, cckc, ckcc, kccc, cckk, kkcc, ckck, kckc, kcck, ckkc, ckkk, kckk, kkck, kkkc, kkkk} S4 = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , 10} S7 = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12} S8 = {(1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5), (1, 6) (2, 1), (2, 2), (2, 3), (2, 4), (2, 5), (2, 6) (3, 1), (3, 2), (3, 3), (3, 4), (3, 5), (3, 6) (4, 1), (4, 2), (4, 3), (4, 4), (4, 5), (4, 6) (5, 1), (5, 2), (5, 3), (5, 4), (5, 5), (5, 6) (6, 1), (6, 2), (6, 3), (6, 4), (6, 5), (6, 6)}

ENUMERÁVEL

S6 = {1, 2, 3, 4, 5, ...}

NÃO ENUMERÁVEL

{ }05 ≥∈= t/RtS

Fonte: adaptação do texto de Viali (2009).

1.6.2 Eventos

Qualquer subconjunto de um espaço amostral é denominado evento, assim

os eventos especiais são:

S é o evento certo.

{a} é o evento elementar (todo subconjunto unitário do espaço amostral).

∅ é o evento impossível.

É possível realizar operações entre eventos do mesmo modo que são

realizadas entre conjuntos. Por ocorrência de um evento, entende-se:

Seja E um experimento com um espaço amostral associado S. Seja A um evento de S. É dito que o evento A ocorre se realizada a experiência, isto é, se executado E, o resultado for um elemento de A. (VIALI, 2009, p. 12)

Sejam A e B dois eventos de um mesmo espaço amostral S. As operações

possíveis entre A e B são ilustradas nos dados do Quadro 3.

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QUADRO 3: Operações com Eventos

1. A união B, anotado por A U B: o evento A ocorre e/ou o evento B ocorre.

2. A interseção B, anotado por A∩B ou AB: o evento A ocorre e o evento B ocorre.

3. A menos B ou A diferença B, anota-se A – B: o evento A ocorre e o evento B não ocorre.

4. O complementar de A, anotado por A , AC ou ainda A’: o evento A não ocorre

OU A

Fonte: Adaptado de Viali, (2009, p. 13-14)

Os eventos podem ser mutuamente excludentes. Segundo Viali (2009), dois

eventos A e B são denominados mutuamente excludentes se eles não puderem

ocorrer juntos, ou seja, se A∩B = ∅.

As operações citadas resultam em novos eventos, dos quais se pode querer

determinar a probabilidade e, assim, determinar a função de probabilidade

associada a esses eventos.

O fato de nosso interesse estar voltado à distribuição normal, vale dizer que

se considerarmos as variáveis aleatórias11 associadas aos eventos A e B, podemos

realizar com essas variáveis as mesmas operações feitas com A e B. O resultado

dessas operações é também uma variável aleatória.

11 Definição de variável aleatória no item 1.6.4.

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1.6.3 Probabilidade

Probabilidade é a função P que atribui valores numéricos aos eventos do

espaço amostral (MAGALHÃES E LIMA, 2004). Segundo Viali (2009), existem três

enfoques para definir probabilidade: o enfoque clássico, o frequencial e o axiomático

(Quadro 4).

QUADRO 4: Enfoques de Probabilidade

CLÁSSICO FREQUENCIAL AXIOMÁTICO

Seja E um experimento aleatório e S um espaço amostral associado, formado por “n” resultados igualmente prováveis. Seja SA ⊆ um evento com “m” elementos. A probabilidade de A, anotada por P(A), lê-se pe de A, é definida como sendo:

P(A) = m / n

Isto é, a probabilidade do evento A é a razão entre o número “m” de casos favoráveis e o número “n” de casos possíveis.

Definição é apresentada no 2º Princípio da axiomatização proposta por Laplace. (COUTINHO, 1994)

Seja E um experimento e A um evento de um espaço amostral associado S. Suponhamos que E é repetido “n” vezes e seja frA a frequência relativa do evento. Então, a probabilidade de A é definida como sendo o limite de frA quando “n” tende ao infinito. Ou seja:

∞→

=n

Afrlim)A(P

Deve-se notar que a frequência relativa do evento A é uma aproximação da probabilidade de A.

As duas se igualam apenas no limite. Em geral, para um valor de n razoavelmente grande, a frA é uma boa aproximação de P(A).

Seja E um experimento aleatório com um espaço amostral associado S. A cada evento SA ⊆ associa-se um número real, representado por P(A) e denominado “probabilidade de A”, que satisfaz as seguintes condições:

(i) 0 ≤ P(A) ≤ 1;

(ii) P(S) = 1;

(iii) P(AUB) = P(A) + P(B) se A e B forem eventos mutuamente excludentes;

(iv) Se A1, A2, ..., An, ..., forem, dois a dois, eventos mutuamente excludentes, então:

)A(PA)U(P i

n

ii

n

i 11 ==∑=

Crítica a esta definição:

A definição não pode ser aplicada quando o espaço amostral é infinito.

Crítica a esta definição:

Esta definição, embora útil, na prática apresenta dificuldades matemáticas, pois o limite pode não existir.

Sem críticas

Fonte: Adaptação do texto de Viali (2009).

O enfoque axiomático organiza o campo das Probabilidades tal como a

Geometria, ou seja, as propriedades sempre podem ser demonstradas a partir dos

axiomas ou de propriedades anteriormente demonstradas.

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1.6.4 Variável aleatória

As definições propostas por Morettin (1999) e Viali (2009) foram adotadas,

mas também são encontradas nos diversos livros didáticos para o ensino de

probabilidade.

Seja E um experimento com um espaço amostral associado S. Uma função X

que associe a cada elemento de S (s∈S) um número real x = X(s) é denominada

variável aleatória.

)s(Xxs

S:X

=→

ℜ→

A imagem da variável aleatória X é chamada conjunto de valores de X e

anotada por X(s), da seguinte forma:

}x)s(X/Rx{)S(X =∈=

Uma variável aleatória X é dita discreta se seu conjunto de valores X(S) é

finito ou, então, infinito contável ou enumerável.

1.6.5 Função de Probabilidade (variável discreta)

Seja X uma variável aleatória discreta (VAD), isto é, com X(S) finito ou infinito

enumerável, definida em um espaço amostral S. A cada resultado xi de X(S)

associa-se um número f(xi) = P(X = xi) denominado probabilidade de xi e tal que

satisfaça as seguintes condições:

1

0

=∑

)x(f)ii(

"i"todopara,)x(f)i(

i

i

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A função “f”, assim definida é denominada de função de probabilidade de X.

A coleção dos pares (xi, f(xi)) para i = 1, 2, 3, ... é chamada de distribuição de

probabilidade da VAD X.

Expectância, esperança, média ou valor esperado de uma variável

aleatória discreta

Coutinho e Novaes (2008) interpretam a média como sendo o ponto de

equilíbrio dos desvios dos valores de uma distribuição no qual encontrar a média é

verificar o valor que equilibra os dados como se fosse o fiel de uma balança e

também que a média equivale ao centro de massa de um conjunto de dados. Como

todos os valores desta distribuição são considerados, mesmo que discrepantes, a

média é altamente influenciada pelos extremos e, por isso, a análise de seu valor de

maneira isolada, compromete o significado e, então, outras medidas que mostram a

variabilidade dos dados são necessárias para torná-la confiável.

A média, expectância, valor esperado ou esperança matemática da variável

aleatória X é representada por µ ou E(X) e calculada por:

)x(f.x...)x(f.x...)x(f.x)x(f.x)X(E iinn ∑=++++==µ 2211

A variância de uma variável aleatória discreta

Seja X uma variável aleatória discreta com média µ = E(X). Então, a variância

de X, anotada por σ2 ou V(X) é definida por:

22222

211

2 )x).(x(f..)x).(x(f...)x).(x(f)x).(x(f)X(V iinn µ−∑=+µ−++µ−+µ−==σ

Pode-se demonstrar que a expressão da variância pode ser transformada na

seguinte expressão:

22222222 µ−=−=µ−∑=µ−∑==σ )X(E)]X(E[)X(Ex).x(f)x).(x(f)X(V iiii

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O desvio-padrão

O desvio-padrão é um número que mostra a média dos desvios em relação à

media, assim, ele representa a variabilidade média da distribuição.

O desvio-padrão da variável X, anotado por σ, é a raiz quadrada da variância.

1.6.6 Função Densidade de Probabilidade (variável contínua)

Seja E um experimento e S um espaço amostral associado. Se X é uma

variável aleatória definida em S, tal que X(S) seja infinito não enumerável, isto é, X(S)

seja um intervalo de números reais, então, X é dita uma variável aleatória contínua.

Definição

Seja X uma variável aleatória contínua (VAC). A função f(x) que associa a

cada x ∈ X(S) um número real que satisfaz às seguintes condições:

∫ =

∈≥

)S(Xdx)x(f)b(

e)S(Xxtodopara,)x(f)a(

1

0

é denominada função densidade de probabilidade (fdp) da variável aleatória X.

Neste caso, f(x) representa apenas a densidade no ponto x; ao contrário da

variável aleatória discreta, f(x) aqui não é a probabilidade da variável assumir o valor

x. Esta só poderá ser definida em um intervalo (a área abaixo da curva de f(x)),

representada por ∫ dx)x(f , vale zero para todo ponto fixo: ∫ =a

adx)x(f 0 . Para definir a

probabilidade, tem-se ∫=<<b

adx).x(f)bxa(P

1.6.7 Modelo de Distribuição de Probabilidade (Binomial e Normal)

Existem algumas distribuições especiais de probabilidade contínua e de

probabilidade discreta que, por sua frequência de uso, vale a pena estudar mais

detalhadamente. Entre elas, vale destacar as distribuições binomial e normal. Em

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termos de complexidade cognitiva, elas são equivalentes e podem ser usadas como

introdução ao estudo de outras distribuições.

Distribuição Binomial

Consideremos n tentativas independentes de um mesmo experimento

aleatório. Cada tentativa admite apenas dois resultados: fracasso com probabilidade

q e sucesso com probabilidade p, sendo p + q = 1. As probabilidades de fracasso e

sucesso são as mesmas para cada tentativa.

Seja X: número de sucesso em n repetições do experimento. Determinaremos

a função probabilidade da variável X, isto é, P(X = k), onde k é o número de

sucessos observados nas n repetições.

Um resultado particular (RP): 4342143421knk

F...FFFS...SSS−

. Logo,

( ) ( ) knk

knk

qpq...q.q.p...p.pF...SFFF...SSSPPRP −

===4342143421

. Considerando todas as n-

uplas com k sucessos, temos: ( ) knk qpk

nkXP −

==

A variável X tem distribuição binomial, com parâmetros n e p, e a indicamos

pela notação: X: B (n, p).

Distribuição Normal

Um dos principais modelos de distribuição contínua é a distribuição normal,

sua importância para a Estatística (prática) reside no fato de que muitas variáveis

encontradas na natureza distribuem-se, conforme o modelo normal.

Uma variável aleatória contínua X tem uma Distribuição Normal (ou

Gaussiana), se sua função densidade de probabilidade for do tipo:

∞≤≤∞−πσ

= σµ−− xpara,e)x(f /)X( 22 2

2

1

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Ilustração 3: Representação gráfica da Distribuição Normal.

Fonte: Viali, 2009.

Usualmente, a forma de se calcular probabilidade de uma variável aleatória

de uma Distribuição Normal ocorre por meio da tabela normal padrão ou planilhas

eletrônicas. Isto se justifica pela complexidade do cálculo pelo uso da integral de f(x),

lembrando que ∫=<<b

adx).x(f)bxa(P . Assim, se X: N(µ, σ²), então, primeiro é

necessário padronizar X, isto é, determinar a variável normal reduzida Z, tal que

σ

µ−=

)x(Z , ou seja, Z: N(0 , 1).

1.7 CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DESTE CAPÍTULO

Nos trabalhos relacionados com os temas do ensino da Distribuição Normal

associada às novas tecnologias, observamos uma ampla defesa do uso dos

computadores, em busca da facilitação da compreensão dos conceitos envolvidos.

Apenas as simulações não caracterizam o aprendizado; todos os artigos

pesquisados mostram que devemos utilizar o computador, como uma ferramenta de

auxílio às aulas e, por isso, não podemos deixar de lado os conceitos estatísticos

envolvidos / mobilizados nessas simulações.

Na estatística, a informática apresenta-se como uma grande aliada no que

tange ao ensino de conceitos estatísticos que possuem cálculos complexos, pois

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oferece uma série de planilhas eletrônicas; o que precisa ser feito, em alguns casos,

é adaptá-los às condições de ensino.

Existem poucos artigos publicados referentes ao tema de nosso trabalho que

nos levam a crer que o tema “informática no ensino das distribuições de

probabilidade” seja pouco discutido.

Observamos que devemos tomar muito cuidado na hora de trocar o ambiente

lápis e papel para o informatizado, a fim de não ser uma aula na qual os alunos em

vez de adquirirem os conceitos de estatística, apreendam só como utilizar um

determinado software ou planilha de dados. Acrescentamos a avaliação aos

cuidados necessários na hora de elaborar essa mudança, pois, nesse aspecto,

percebemos uma preocupação ainda maior dos pesquisadores, já que não

encontramos um método conciso de avaliação entre conteúdo estatístico vs software.

Assim é importante criar várias maneiras de avaliação que se complementem que

ofereçam oportunidades de avaliar os conteúdos, se eles realmente foram

assimilados pelos alunos.

Em nenhum dos artigos e trabalhos pesquisados, notamos as dificuldades

dos alunos com relação à tecnologia, muito pelo contrário, os alunos passam a ter

um relacionamento melhor com a disciplina. No entanto, as dificuldades

apresentadas foram todas relacionadas aos conceitos estatísticos/probabilísticos e

com os cálculos complexos, bem como as análises gráficas das distribuições de

probabilidade.

Pudemos verificar que os PCNEM (BRASIL, 1998) apontam para a ideia do

uso da informática no ensino de estatística. Destacamos, por exemplo, a importância

dos alunos poderem visualizar o comportamento dos modelos probabilísticos pelas

simulações; assim, devemos utilizar as novas tecnologias para ensinar análise

exploratória dos dados sempre que possível.

Parcialmente, concluímos que se faz necessário o uso de novos recursos

pedagógicos no ensino dessas distribuições de probabilidade, como as novas

tecnologias, pois devemos levar em conta a complexidade algébrica e a pouca

complexidade conceitual .

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CCCCapítulo apítulo apítulo apítulo IIIIIIII

FASE EXPERIMENTAL

O objetivo deste capítulo é apresentar os procedimentos empregados para a

realização da pesquisa, bem como as análises das atividades com seus respectivos

resultados, aqui apresentamos nossas considerações sobre esses resultados.

2.1 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS

O estudo foi realizado com 11 alunos que já haviam cursado o terceiro ano do

EM. A faixa etária variou entre 19 e 35 anos de idade. Todos pertenciam a um curso

preparatório para vestibular, que foi realizado na Casa Paroquial de Vila Rosina,

município de Caieiras, em São Paulo. Estes alunos nunca tinham estudado

conteúdos estatísticos em sua vida escolar.

Ao serem convidados, aceitaram participar do estudo para auxiliar o

pesquisador – professor de Estatística – no desenvolvimento da fase experimental

de nossa pesquisa.

Para efetivar sua participação na pesquisa, cada aluno assinou um termo de

autorização. (Anexo A)

Foram realizados 11 encontros, sendo os dez primeiros de 1h40 e o último de

4 horas.

Os encontros aconteceram nas segundas-feiras e quartas-feiras à noite, das

19h10 às 20h50, nos meses de setembro e outubro de 2008, nos seguintes dias:

1º/9; 3/9; 8/9; 10/9; 15/9; 17/9; 22/9; 24/9; 29/9 e 1º/10. O último encontro foi

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realizado no dia 6/10, durou um período de 4 horas, quando foi aplicada a sequência

didática completa.

Os primeiros dez encontros foram usados para uma síntese dos conteúdos

com os alunos, pois desconheciam totalmente os temas relacionados com as

medidas centrais (conheciam apenas os gráficos de colunas, linhas e setores, porém

desconheciam os métodos para elaborar os referidos gráficos). Dessa forma, foram

abordadas as noções necessárias para o desenvolvimento deste estudo conforme

Quadro 5.

Quadro 5. Atividades desenvolvidas nos encontros

Data Tópicos Discutidos Atividades

01/09 Tipos de Variáveis Coleta de dados dos funcionários da casa paroquial.

03/09 Tipos de Variáveis Classificação das Variáveis coletadas em qualitativas e quantitativas.

08/09 Tabela de Distribuição de Frequência

Organização dos dados coletados em tabelas de frequências.

10/09 Tabela de Distribuição de Freqüência

Construção de gráficos a partir dos dados obtidos e contidos nas tabelas.

15/09 Média Aritmética Cálculo da média dos dados coletados e comparação com a planilha eletrônica.

17/09 Média de dados agrupados e construção de histograma.

Cálculo da média dos dados coletados organizados por meio de intervalos.

Construção de histograma em planilha eletrônica.

22/09 Desvio Médio Cálculo do desvio médio dos dados coletados.

24/09 Desvio-Padrão Cálculo do desvio-padrão dos dados coletados e comparação com a planilha eletrônica.

29/09 e 01/10

Planilha Eletrônica Utilização da planilha eletrônica para comparação e análise dos resultados obtidos anteriormente.

06/10 Sequência Didática Aplicação das Atividades1, 2, 3, 4 e 5 descritas no Item 2.2.

A fim de facilitar o trabalho, os alunos foram organizados em duplas e triplas

não fixas, o que proporcionou uma interação de todo o grupo. Dessa forma,

favorecemos a explicitação dos conhecimentos mobilizados. Durante as aulas, os

recursos didáticos usados foram os dados reais coletados pelos alunos da pesquisa.

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Para a aplicação da sequência didática, além dos material básico como: lápis,

borracha e papel, disponibilizamos uma folha de papel quadriculado para que os

alunos realizassem a atividade 3 (esboço de uma curva normal) e um computador

disposto na mesa do professor, ao qual os alunos tiveram livre acesso para poder

fazer suas simulações no programa Excel, por meio de um arquivo criado pelo

professor (disponível como anexo neste trabalho em forma de CD-ROM).

O uso do computador teve como objetivo a resolução da atividade 2 que

buscava levar o aluno a identificar os intervalos de normalidade ( ];[ σµσµ +− ,

];[ σµσµ 22 +− e ];[ σµσµ 33 +− ), por meio das simulações via planilha eletrônica.

Após os dez primeiros encontros, de familiarização com os conteúdos

estatísticos, aplicamos nossa sequência didática na qual propusemos cinco etapas:

1. Coleta e análise exploratória dos dados;

2. simulações de uma Distribuição Normal em uma planilha eletrônica;

3. esboço de uma curva de Distribuição Normal em papel quadriculado;

4. resolução de exercícios; e

5. questionário avaliativo.

As etapas supracitadas foram realizadas no último encontro, no período de 4

horas e estão descritas em detalhes no item a seguir.

2.2 ETAPAS DA FASE EXPERIMENTAL

Etapa 1: Coleta de dados e análise exploratória

O objetivo da etapa foi mostrar aos alunos como deveriam ser realizadas a

coleta e a análise dos dados, bem como a elaboração de uma planilha a partir dos

dados coletados (construção de um banco de dados).

Para a coleta de dados e análise exploratória, foi empregada uma tabela com

dados relativos à medida de 40 palmos que variavam de 15 cm (mínimo) a 21,5 cm

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(máximo). Estes dados foram apresentados em uma tabela elaborada pelo

pesquisador (professor) para a realização do estudo.

Após os cálculos descritivos 12 dos dados da tabela, preparamos um

questionário específico para a atividade, que visou a encaminhar os alunos para

uma pré-interpretação dos intervalos de normalidade, levando-os a uma reflexão da

concentração dos dados em torno da média a partir dos parâmetros média e desvio-

padrão, elementos necessários para a apreensão da Distribuição Normal.

Além dessa medida, durante os dez primeiros encontros, os alunos coletaram

dados reais (medida de altura, palmo e envergadura) deles, do professor e de

pessoas que trabalham na casa paroquial num total de 25 pessoas, portanto, já

tiveram contato com a coleta dos dados reais. Com o auxílio do pesquisador

(professor), os alunos construíram a distribuição de frequência, calculando também

as frequências relativas, o valor da média e do desvio-padrão.

Etapa 2: Simulações de uma Distribuição Normal

O objetivo desta etapa foi mostrar aos alunos como devem ser realizadas as

simulações e sua aplicação. Desse modo, foi possível que os alunos conhecessem a

respeito das simulações na planilha eletrônica, com os valores da média e desvio-

padrão calculados na etapa 1. Nessa fase (etapa 2), os alunos passaram a realizar

simulações por meio de um arquivo elaborado pelo pesquisador (professor).

Etapa 3: Atividade em papel quadriculado

O objetivo da etapa foi estudar com os alunos egressos do EM como elaborar

gráficos.

Nesse momento da pesquisa, solicitamos que esboçassem o gráfico de uma

Distribuição Normal de probabilidades, apenas de posse dos parâmetros média e

desvio-padrão. A etapa foi realizada em papel quadriculado. Propusemos que

fizessem o esboço da representação de uma Distribuição Normal, cujos parâmetros

eram média igual a 2 e desvio-padrão igual a 1. 12 Estatística Descritiva é, em geral, utilizada na etapa inicial da análise quando tomamos contato com os dados pela primeira vez.

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52

O intuito da realização desse esboço foi verificar se os alunos fariam a ligação

com a atividade anterior, pois ao realizarem as simulações na planilha eletrônica foi

possível a visualização da representação gráfica de uma distribuição normal com

sua característica em forma de sino e, então, buscamos verificar se os alunos

conseguiriam, de posse apenas dos parâmetros média e desvio-padrão, interpretar e

desenhar uma curva normal, segundo as visualizações possibilitadas pela planilha

eletrônica.

Etapa 4: Resolução de exercícios

A etapa teve como objetivo mostrar aos alunos como analisar um gráfico de

uma Distribuição Normal no contexto de uma situação que acontece diariamente em

nossa cidade (São Paulo). Nessa etapa da pesquisa os alunos passaram a analisar

um gráfico de uma Distribuição Normal que representava o horário de pico no

trânsito da cidade. O tema escolhido deve-se ao fato de ser bem atual para todos

que precisam se deslocar em um grande centro. Trata-se da interpretação do gráfico

que consistiu na análise do conjunto de dados, modelados por uma Distribuição

Normal do seguinte modo:

• A situação tem por objetivo propiciar aos alunos uma reflexão sobre o

horário de pico no trânsito da cidade de São Paulo, abordando o

congestionamento no trânsito, com ponto de máximo em torno das 18

horas, ou seja, a média do horário é de 18h).

• Como os alunos que participaram de nossa sequência já tinham alguma

experiência de vida (todos eram maiores de idade e já trabalharam no

centro de São Paulo), a vivência pessoal pôde orientá-los na resolução do

problema proposto na compreensão do contexto.

A análise teve como objetivos levar os alunos a reflexão sobre o tema e, em

seguida, propor questões para que se iniciasse a apreensão do conceito da

Distribuição Normal por meio das observações dos intervalos de normalidade, sua

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53

representação gráfica, a simulação em uma planilha eletrônica e a resolução dos

exercícios interativos.

Etapa 5: Questionário avaliativo

O objetivo desta etapa foi conhecer a opinião dos alunos sobre a sequência

didática e avaliar seu desempenho em situações que envolvessem os conceitos

estudados. A última etapa da sequência didática, ocorreu por meio de um

questionário adaptado da tese de doutorado intitulada “La construcción del

significado de la distribución normal a partir de actividades de análisis de datos”13,

defendida por Liliana M. Tauber, em 2001, na Universidad de Sevilla, tendo como

orientadora a Prof.ª Dr.ª Camem Batanero, que apresentamos no item 1.4.

O questionário foi atrelado às atividades anteriores, no qual buscamos aferir

os conceitos da Distribuição Normal de Probabilidades que os alunos pesquisados

construíram durante a realização das atividades propostas. Com isso, comparamos

as atividades propostas com as questões respondidas, estando cada questão

relacionada a um determinado conceito.

Todos os alunos participantes de nossa sequência puderam respondê-lo.

2.3 ANÁLISE DAS ATIVIDADES

Nossa sequência didática foi esboçada conforme a Teoria Antropológica do

Didático e a Organização Praxeológica de Chevallard (1999) na qual buscamos

definir as tarefas, as técnicas e o discurso teórico-tecnológico que imaginamos

empregar nos exercícios propostos. Em seguida, realizamos uma análise dos

exercícios após a resolução por parte dos alunos, a que denominamos “análise a

posteriori” das atividades.

A sequência didática dividiu-se em cinco fases, distribuídas no período de 4

horas, no último encontro, conforme descritas a seguir:

• Atividade em sala de aula;

13 Disponível em <http://www.ugr.es/~batanero/publicaciones%20index.htm> Acesso em 25/01/2009.

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54

• atividade em laboratório de informática;

• atividade em papel quadriculado;

• atividade com exercícios interativos; e

• questionário conceitual diagnóstico.

2.3.1 Análise a “Priori” – Atividade em sala de aula

Conforme descrito na etapa 1, item 2.2 deste capítulo, por meio dos dados

propostos pelo professor na Tabela 1, os alunos iniciaram as atividades da

sequência didática. Assim, deveriam construir a tabela de distribuição de frequências,

para em seguida, construir o histograma e verificar a simetria no gráfico, calcular a

média e o desvio-padrão dos dados, bem como interpretar os intervalos de

normalidade.

ATIVIDADE 1 – A tabela abaixo representa as medidas do palmos de 40

alunos de uma sala de 8ª série do E.F. de uma determinada escola, em ordem

crescente14:

TABELA 1: Medidas do palmo direito de 40 alunos (em cm)

15,0 15,8 16,0 16,5 16,6 16,7 17,0 17,2 17,5 17,6 17,7 17,7 17,8 17,8 18,0 18,0 18,0 18,4 18,4 18,5 18,5 18,5 18,6 18,9 18,9 18,9 19,0 19,0 19,2 19,5 19,8 19,9 19,9 20,0 20,5 20,5 20,5 21,0 21,1 21,5

a) A partir dos dados da tabela, construa um histograma (use como amplitude

das classes a medida de 1cm);

b) O gráfico construído apresenta algum tipo de simetria? Justifique;

c) Determine a média das medidas dos palmos;

d) Localize a média encontrada no histograma que foi construído. Imagine

uma reta perpendicular ao eixo Ox, passando pela média. O que se pode

afirmar sobre a forma do histograma em relação a essa reta?

e) Determine o desvio-padrão dos palmos; e

14 O número de alunos dessa sala de aula refere-se à sua população total.

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55

f) Calcule e hachure no histograma os intervalos: ];[ σ+µσ−µ ,

];[ σµσµ 22 +− e ];[ σµσµ 33 +− .

Análise Teórica (praxeológica) da atividade em sala de aula

TAREFA 1A: Construir o histograma que representa um conjunto de dados

não organizados em uma distribuição de frequências.

TÉCNICA 1A: O primeiro passo é construir a distribuição de frequência,

conforme Tabela 2, para esses dados. Existem mais duas técnicas: a organização

de um Box-plot ou um diagrama de ramo-e-folha para depois fazer o histograma.

TABELA 2: Medidas do palmo direito de 40 alunos (cm)

Palmo (cm) Nº de pessoas Fr 15,0 |---------- 16,0 2 0,050 16,0 |---------- 17,0 4 0,100 17,0 |---------- 18,0 8 0,200 18,0 |---------- 19,0 12 0,300 19,0 |---------- 20,0 7 0,175 20,0 |---------- 21,0 4 0,100 21,0 |---------- 22,0 3 0,075

Total 40 1,000

A partir da tabela obtida, construir o histograma.

0

2

4

6

8

10

12

14

15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5

Medida (cm)

No. A

lunos

GRÁFICO 1: Medida dos palmos dos alunos (cm)

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56

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1A: Para realizar a atividade, o aluno

precisa saber construir uma tabela de distribuição de frequências, suas

representações, intervalos reais, e o histograma.

TAREFA 1B: Analisar o histograma quanto à simetria em relação à reta

perpendicular ao eixo Ox, e que passa pela média da distribuição.

TÉCNICA 1B: Calcular a média. Localizar seu valor no gráfico. Traçar uma

reta perpendicular ao eixo Ox passando por esse ponto. Analisar/comparar as duas

partes do gráfico, determinadas por essa reta, para identificar a existência ou não de

simetria.

TÉCNICA 1B2: Estimar a localização da média no histograma.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1B: Para realizar a tarefa, é preciso

conhecer o conceito de simetria.

Obs. Na questão, percebemos que a pergunta estava incompleta. No decorrer

da aplicação da sequência didática, o professor fez uma intervenção dizendo que a

simetria deveria ser em relação à reta que passa pelo ponto da média dos dados.

TAREFA 1C: Calcular a média de um conjunto de valores organizados em

uma distribuição de frequência.

TÉCNICA 1C: Para calcular a média dos valores, é preciso utilizar o algoritmo.

Dado o algoritmo n

f.xn

iii∑

==µ 1 , partimos para o desenvolvimento dos cálculos.

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cm

N

fxn

iii

518

40

74234712842

35214520751912518851745162515

1

,

.,.,.,.,.,.,.,

.∑

=

=

++++++

++++++=

= =

µ

µ

µ

µ

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1C: Para realizar a tarefa, é preciso

saber calcular a média de um conjunto de dados agrupados.

TAREFA 1D: Localizar a média no histograma, dando início à interpretação do

histograma que representa uma distribuição de frequências que estima uma

distribuição de probabilidade.

TÉCNICA 1D: Traçar uma reta no ponto em que está localizada a média.

Quanto às afirmações, uma resposta esperada é a de que o histograma apresenta

simetria aproximada em relação ao eixo (reta perpendicular que passa pela média)

0

2

4

6

8

10

12

14

15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5

Medida (cm)

No. A

lunos

GRÁFICO 2: Representação da média

eixo de simetria em relação à média

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DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1D: Para realizar a tarefa, são

necessários os conceitos construídos e mobilizados anteriormente, bem como a

identificação do valor referente à média no eixo que representa os tamanhos dos

palmos. Na sequência, deve ser feita uma análise do histograma, que levará a uma

reflexão sobre as medidas dos palmos que estão representados, antes da média e

depois da média, dando a impressão (correta) de que a reta perpendicular ao eixo

que passa pela média, “se encaixa” como um eixo de simetria.

Obs. O gráfico não apresenta o eixo horizontal como Ox. Durante a aplicação

da sequência didática, o professor fez uma intervenção e apontou o eixo Ox que se

pedia na questão.

TAREFA 1E: Calcular o desvio-padrão dos dados apresentados na tabela dos

palmos dos alunos.

TÉCNICA 1E.1: Para o cálculo do desvio-padrão, o aluno poderá fazê-lo de

formas diferentes, porém com o intuito de minimizar os erros de arredondamento

pelo fato de não usar o valor encontrado para a média, iremos utilizar a seguinte

expressão proposta por Coutinho e Novaes (2008, p. 62):

−=

∑∑ =

= N

fxfx

N

n

iiin

iii

2

1

1

22 1.

Para facilitar os cálculos, também empregamos a tabela proposta por

Coutinho e Novaes (2008, p. 62):

TABELA 3: Medidas dos palmos de alunos (cm)

Palmo (cm) xi Fi xi.fi xi².fi 15,0 |---------- 16,0 15,5 2,0 31,0 480,50 16,0 |---------- 17,0 16,5 4,0 66,0 1.089,00 17,0 |---------- 18,0 17,5 8,0 140,0 2.450,00 18,0 |---------- 19,0 18,5 12,0 222,0 4.107,00 19,0 |---------- 20,0 19,5 7,0 136,5 2.661,75 20,0 |---------- 21,0 20,5 4,0 82,0 1.681,00 21,0 |---------- 22,0 21,5 3,0 64,5 1.386,75

Total 40,0 742,0 13.856,00

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Substituindo, temos:

( )

[ ]

cm51

29752

29752

99140

1

10137648561340

1

40

74285613

40

1

2

2

2

22

,

,

,

,.

,..

.

=

=

=

−=

−=

σ

σ

σ

σ

σ

σ

TÉCNICA 1E.2 – Os alunos também poderão calcular o desvio-padrão por

meio da expressão ( )

N

f.xn

iii∑

=

µ−

=σ 1

2

2 , que está presente em livros didáticos

destinados aos alunos do EM.

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

cm51

32

32

40

92

40

2716708161840

39447112081442940

334271120814223

2

2

2

2

22222222

,

,

,

.......

.......

=

=

=

=

++++++=

++++++=

++++−+−+−=

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1E: Para realizar a tarefa, são

necessários os conceitos construídos e mobilizados anteriormente como o cálculo da

média, a devida interpretação de que o desvio-padrão é um número que mostra a

média dos desvios em relação à media representando a variabilidade média da

distribuição, e o desvio-padrão da variável X é anotado por σ, calculado por meio da

raiz quadrada da variância.

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TAREFA 1F: Hachurar no histograma os “intervalos” ];[ σµσµ +− ,

];[ σµσµ 22 +− e ];[ σµσµ 33 +− , onde µ é a média e σ o desvio-padrão.

TÉCNICA 1F: Para os intervalos dados, temos o seguinte:

INTERVALO 1

[ ][ ]020017

5151851518

,;,

,,;,,

];[

+−

+− σµσµ

INTERVALO 2

[ ][ ]521515

512518512518

22

,;,

,.,;,.,

];[

+−

+− σµσµ

INTERVALO 3

[ ][ ]023014

513518513518

33

,;,

,.,;,.,

];[

+−

+− σµσµ

Para hachurar o gráfico, os intervalos acima devem ser usados, da seguinte

maneira:

• Intervalo 1 compreendido entre 17 cm e 20 cm.

0

2

4

6

8

10

12

14

15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5

Medida (cm)

No. A

lunos

GRÁFICO 3: Representação do Intervalo [ ]σµσµ +;-

• Intervalo 2 compreendido entre 15,5 cm e 21,5 cm.

[ ]σµσµ +;-

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0

2

4

6

8

10

12

14

15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5

Medida (cm)

No. A

lunos

GRÁFICO 4: Representação do Intervalo [ ]σµσµ 22 +− ;

• Intervalo 3 compreendido entre 14 cm e 23 cm.

0

2

4

6

8

10

12

14

15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5

Medida (cm)

No. A

lunos

GRÁFICO 5: Representação do Intervalo [ ]σµσµ 33 +− ;

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1F: Para realizar esta tarefa, são

necessários a identificação da média e do desvio-padrão para calcular os intervalos

[ ]σµσµ 22 +− ;

[ ]σµσµ 33 +− ;

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];[ σµσµ +− , ];[ σµσµ 22 +− e ];[ σµσµ 33 +− e, em seguida, identificá-los no

histograma, bem como o reconhecimento de uma população e amostra.

2.3.2 Análise a “Posteriori” – Atividade em sala de aula

Ao analisar a “Atividade 1”, observamos que todos os alunos pesquisados

realizaram a tarefa com êxito. Construíram a tabela de frequências, conforme o

trabalhado em sala de aula e, em seguida, construíram o histograma a partir da

tabela. Ao serem questionados quanto à simetria do gráfico, percebemos que nossa

pergunta estava incompleta e de imediato fizemos uma correção, salientando que a

simetria a ser observada em relação à media (à reta que passa pela média). No

entanto , nenhum dos alunos lembrou o significado de simetria. Foi preciso realizar

uma consulta ao dicionário e, em seguida, o professor fez uma intervenção

mostrando algumas figuras geométricas e seus respectivos eixos de simetria. Em

suas justificativas, oito alunos disseram que o histograma não apresentava simetria

em relação à média, e outros três que o histograma apresentava “quase” simetria em

relação aos valores em torno da média. Uma das alegações foi a seguinte: “...gráfico

é quase simétrico, pois seus valores são quase iguais com uma pequena

diferença...” .

Assim, solicitamos que os alunos calculassem os valores da média e do

desvio-padrão, o que fizeram o cálculo com êxito.

Ao tentar localizar a média no histograma, percebemos que os alunos

sentiram dificuldades para encontrar uma “reta perpendicular”. Fizemos uma

abordagem sobre o tema sem aprofundamento, pois os alunos recordaram esse

conceito. Além disso, também foi preciso esclarecer qual era o eixo Ox, pois os

alunos desconheciam esse termo. Após a reflexão sobre os temas em questão, os

alunos construíram a reta perpendicular ao eixo Ox e, em seguida, deram as

seguintes opiniões sobre à simetria:

• Dois alunos afirmaram que, ao construir a reta perpendicular ao eixo Ox,

esta reta seria exatamente a média e, então, havia simetria no histograma;

• três alunos afirmaram, que mesmo ao construir a reta perpendicular ao

eixo Ox, ainda continuaram a achar que não havia simetria no histograma;

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63

• seis alunos deixaram de responder à questão.

Para hachurar os intervalos de normalidade, a princípio esclarecemos o

significado da palavra hachurar. Tivemos também de apontar o primeiro intervalo em

conjunto com os alunos, para que depois pudessem dar sequência à atividade.

A dificuldade encontrada na atividade, além das anteriores (reta perpendicular

e “eixo Ox”), foi o significado da palavra hachurar. Os intervalos não apresentaram

dificuldades na sua identificação.

2.3.3 Considerações sobre a atividade em sala de aula

Os objetivos da atividade realizada em ambiente de lápis e papel foram

calcular os parâmetros média e desvio-padrão, bem como os conceitos de simetria e

de variáveis quantitativas contínuas, necessários para a apreensão do objeto de

estudo de nossa pesquisa, a Distribuição Normal.

Conforme as Orientações Curriculares (BRASIL, 2006 p.79), os conteúdos

desenvolvidos na primeira atividade fazem parte do currículo a ser ensinado aos

alunos do EM.

Nesta atividade, observamos que os alunos desempenharam com relativa

facilidade os cálculos de média e desvio-padrão por meio dos algoritmos, visto que

os temas foram bastante discutidos em nossas aulas anteriores e também a

organização dos dados em uma tabela de frequência. Os alunos mostraram

desconhecer o conceito de simetria e o significado da palavra hachurar, bem como

da palavra “eixo Ox”. Todos esses conceitos foram (re) lembrados por meio de

exemplos, dirimindo todas as dúvidas apresentadas.

No final da atividade, começamos a trabalhar com os intervalos de

normalidade, em que 68,26% das observações ocorrem no primeiro intervalo

];[ σµσµ +− , 95,44% verificam-se no segundo intervalo, ];[ σµσµ 22 +− e 99,44% no

terceiro intervalo ];[ σµσµ 33 +− . Nesta atividade, iniciamos uma discussão com os

alunos sobre os valores que estavam dentro dos intervalos, na tentativa de

interpretá-los.

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64

Para terminar a atividade, alguns alunos pintaram o gráfico para destacar os

intervalos e, dessa maneira, começaram a ter uma noção das distribuições das

medidas dos palmos, dentro dos intervalos de normalidade. Ao final, fizemos

algumas considerações que julgamos convenientes para nosso trabalho, mostrando

como se comportava a distribuição dos palmos no gráfico dentro dos intervalo a fim

de prepará-los para as próximas atividades.

2.3.4 Análise a “Priori” – Atividade realizada em uma planilha eletrônica

O segundo momento da oficina foi destinado ao trabalho em ambiente

informatizado, em que os alunos puderam construir a representação de uma

Distribuição Normal a partir do uso de uma planilha eletrônica do Excel.

A partir dos parâmetros obtidos no primeiro momento (média e desvio-padrão)

e do conceito de simetria, partimos para a construção da representação da

Distribuição Normal: a curva de Distribuição Normal dos palmos dos alunos.

Os valores calculados na etapa anterior foram utilizados nesta atividade para

realizar a simulação da representação de uma Distribuição Normal, utilizando um

arquivo de planilha de dados do Excel, conforme Ilustração 5. A seguir, descrevemos

o significado das colunas existentes nesse arquivo:

• INTERVALOS: esta coluna apresenta os intervalos dos períodos a

serem considerados para interpretação do congestionamento sugerido

no exercício interativo. Ao inserir na célula “MÉDIA” o valor obtido na

Atividade 1, a coluna foi ajustada para calcular automaticamente esses

intervalos a partir desse valor, simetricamente, dentro do intervalo

];[ σµσµ 33 +− .

• DISTRIB. NORMAL: esta coluna apresenta os valores da imagem da

função 22 2

2

1 σµ−−

πσ= /)X(e)x(f , que foram calculados automaticamente a

partir da inserção dos parâmetros Média e Desvio-padrao.

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65

• DISTRIBUIÇÃO PADRONIZADA: esta coluna apresenta os valores da

Distribuição Normal Padronizada σ

µ−=

)x(Z , calculados

automaticamente a partir da inserção dos parâmetros Média e Desvio-

padrão.

Ilustração 4: Simulação de uma curva normal no Excel

ATIVIDADE 2A15 – Insira os valores encontrados para média e desvio-padrão

da variável palmo da mão do exercício anterior nas células indicadas como média e

desvio-padrão e responda às questões a seguir:

1. Onde exatamente está situado o valor da média dos palmos dos alunos na

curva de Distribuição Normal?

15 Arquivo do Excel disponibilizado aos alunos.

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( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

2. Analisando os valores calculados anteriormente, onde está situado o valor

de σµ − ?

( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

3. Analisando os valores calculados anteriormente, onde está situado o valor

de σµ + ?

( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

4. Analisando os valores calculados anteriormente, onde está situado o valor

de σµ 2− ?

( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

5. Analisando os valores calculados anteriormente, onde está situado o valor

de σµ 2+ ?

( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

6. Analisando os valores calculados anteriormente, onde está situado o valor

de σµ 3− ?

( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

7. Analisando os valores calculados anteriormente, onde está situado o valor

de σµ 3+ ?

( ) à direita da curva ( ) à esquerda da curva ( ) no meio da curva

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67

ATIVIDADE 2B – Analisando a tabela de frequências dos palmos dos alunos,

verifique na coluna de frequência relativa o valor em percentuais dos alunos, cujos

palmos estão dentro dos seguintes intervalos:

TABELA 4: Intervalo dos palmos (cm)

Palmo (cm) Fi Fr % 15,0 |---------- 16,0 2 0,050 5% 16,0 |---------- 17,0 4 0,100 10% 17,0 |---------- 18,0 8 0,200 20% 18,0 |---------- 19,0 12 0,300 30% 19,0 |---------- 20,0 7 0,175 17,5% 20,0 |---------- 21,0 4 0,100 10% 21,0 |---------- 22,0 3 0,075 7,5%

Total 40 1,000 100%

];[ σµσµ +− __________%

];[ σµσµ 22 +− __________%

];[ σµσµ 33 +− __________%

A seguir, o Quadro 5 contém as representações das curvas obtidas pelos

alunos em suas simulações, nas quais se basearam para responder às questões

sobre o posicionamento da média adicionado aos desvios-padrão. Com esta

atividade pretendíamos que os alunos compreendessem que, quanto mais longe da

média estava o intervalo dado, mais se aproximava do “final” da curva.

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68

QUADRO 6: Simulação dos Gráficos em Planilha Eletrônica

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

ATIVIDADE 2A1 ATIVIDADE 2 A2

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

ATIVIDADE 2 A3 ATIVIDADE 2 A4

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

ATIVIDADE 2 A5 ATIVIDADE 2 A6

CURVA DE DISTRIBUIÇÃO NORMAL

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

13,55

14,55

15,55

16,55

17,55

18,55

19,55

20,55

21,55

22,55

23,55

24,55

Intervalos

f(x)

ATIVIDADE 2 A7

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69

Análise Teórica (praxeológica) da atividade com uma planilha eletrônica

TAREFA 2A: Usar uma planilha eletrônica do Excel para simular uma

Distribuição Normal de Probabilidades

TÉCNICA 2A1, 2A2, 2A3, 2A4, 2A5, 2A6, 2A7: para realizar a tarefa, devemos abrir o

arquivo supramencionado, inserir os parâmetros média (18,5 cm) e desvio-padrão

(1,5 cm) na planilha eletrônica para obter a curva que representa a Distribuição

Normal e, em seguida, analisar os valores dos eixos das abscissas que representam

os intervalos e verificar que a média está no meio da curva, bem como analisar os

demais intervalos que estão a mais ou menos um, dois e três desvios-padrão da

média.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 2A: os conhecimentos disponíveis

são média, desvio-padrão, a interpretação de gráficos e o uso de uma planilha

eletrônica do Excel.

TAREFA 2B: relacionar os intervalos ];[ σµσµ +− , ];[ σµσµ 22 +− e

];[ σµσµ 33 +− com as porcentagens 68%, 95% e 99%, respectivamente.

TÉCNICA 2B: para realizar a atividade, devemos iniciar a análise a partir da

classe que contém a média, no caso a classe é 18 cm e 19 cm. A partir dessa classe,

podemos calcular os valores ];[ σµσµ +− , pelos quais iremos obter o intervalo [17;

20]. Analisando os dados da Tabela 5, podemos identificar que aproximadamente

68% dos palmos estão dentro desse intervalo.

Para os valores compreendidos no intervalo ];[ σµσµ 22 +− podemos obter os

valores do intervalo [16; 22]. Analisando a tabela, podemos identificar que

aproximadamente 95% dos palmos estão dentro desse intervalo.

Para os valores compreendidos no intervalo ];[ σµσµ 33 +− podemos obter os

valores do intervalo [14; 23]. Analisando a tabela, podemos identificar que

aproximadamente 99% dos palmos estão dentro desse intervalo.

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70

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 2B: para realizar a tarefa, devemos

identificar os valores dos parâmetros média e desvio-padrão, em seguida, relacioná-

los com a tabela de frequências, quando poderemos novamente realizar a

comparação com a atividade 1 item f (lápis e papel) e com atividade 2 (ambiente

informatizado) e reunir as informações obtidas anteriormente para realizar a

atividade seguinte.

2.3.5 Análise a “Posteriori” – Atividade realizada em uma planilha eletrônica

A resolução da atividade 2A pautou-se toda nas simulações via planilha

eletrônica. Ao inserirem os valores da média e do desvio-padrão na célula da

planilha, os alunos depararam-se com a curva de Distribuição Normal e ficaram

impressionados com tal fato, perguntando se aprenderiam a construir aquele tipo de

gráfico. Um ponto muito positivo e alto da pesquisa foi a ligação da sala de aula com

a informática.

Nesse momento, os alunos passaram a identificar os valores calculados na

Atividade 1 com o “tamanho” da área abaixo da curva, mostrado nas simulações. Ao

verificar que esse “tamanho” era maior quando o horário estava em torno das 18h,

começaram a associá-lo com o horário de pico, e na medida que o horário se

distanciava de 18h, o “tamanho” ia diminuindo. Logo isso sugeria que o

congestionamento também diminuía, o fato ocorreu em um momento em que não

imaginávamos, pois de acordo com nossa sequência os alunos ainda não estariam

prontos para associar estatística com probabilidade (enfoque frequentista a

probabilidade).

Nesta atividade, a primeira questão proposta originou uma pequena

discussão, pois pairou uma dúvida quanto ao referencial que deveria ser adotado: “À

direita de quem? Do computador ou do aluno?”. A partir daí, definimos um

referencial para que eles pudessem se situar: a tela do computador ou também a

direita ou à esquerda do ponto de máximo da curva obtida na simulação. Na

sequência da atividade nesta questão, sete alunos responderam que a média dos

palmos está situada no meio da curva e quatro alunos responderam que a média

dos palmos está situada à esquerda da curva. Nas demais questões, com exceção

apenas do intervalo σµ 3− (um aluno respondeu que esse intervalo estava do lado

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71

direito da curva), os alunos conseguiram identificar onde estava situado o intervalo

mencionado na atividade.

Na atividade 2B, para que os alunos resolvessem o exercício, o professor

solicitou que relacionassem o histograma construído no exercício 1 com a tabela de

frequências, a fim de iniciar o estudo dos intervalos de normalidade. A atividade

anterior (atividade 1) colaborou para que os alunos identificassem os intervalos e,

em seguida, encontrá-los na curva. Os alunos responderam da seguinte maneira:

• Dois alunos responderam que:

];[ σµσµ +− 68%

];[ σµσµ 22 +− 94,5%

];[ σµσµ 33 +− 100%

• Dois alunos responderam que

];[ σµσµ +− 68%

];[ σµσµ 22 +− 97,5%

];[ σµσµ 33 +− 100%

• Sete alunos responderam que

];[ σµσµ +− 68%

];[ σµσµ 22 +− 100%

];[ σµσµ 33 +− 100%

2.3.6 Considerações sobre a atividade realizada em uma planilha eletrônica

Nesse momento de trabalho em um ambiente informatizado, buscamos a

ligação das duas atividades, lápis e papel e informática.

Trabalhamos com os parâmetros média e desvio-padrão, elementos

necessários para a construção da representação da Distribuição Normal. Para iniciar

a sequência didática (variáveis quantitativas contínuas), elegemos os seguintes tipos

de variáveis: o histograma e a verificação dos intervalos de normalidade no

histograma e na curva de Distribuição Normal, tanto na identificação do

posicionamento dos valores dos intervalos como a porcentagem que cada intervalo

contém (palmos). Após esclarecimentos das dúvidas que pairavam sobre o

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72

referencial adotado, ou seja, se eles deveriam analisar se os valores estavam à

direita da tela do computador ou à direita do aluno, as atividades transcorreram de

maneira normal, foram consideradas como muito boa, e os alunos entenderam como

situar os intervalos de normalidade na curva de representação normal.

Vale ressaltar que houve uma evolução, já que no ambiente papel e lápis eles

não souberam fazer isso.

Ao final da atividade, os alunos sentiram dificuldades para interpretar os

intervalos de normalidades por meio da tabela de frequências e, então, fizemos uma

intervenção apontando esses intervalos, dando sequência às atividades, e fazendo a

ligação do conceito de estatística com o de probabilidade (enfoque frequentista).

2.3.7 Análise a “Priori” – Atividade realizada em papel quadriculado

Na sequência das atividades, abordamos um tema fundamental para a

apreensão do objeto matemático, considerado por Cohen e Chechille (1997, p. 9),

como um aspecto no qual os alunos apresentam erros conceituais, pelo fato da

curva de Distribuição Normal não tocar o eixo das abscissas. Para isso, solicitamos

aos alunos que realizassem os esboços de uma curva de representação normal em

papel quadriculado, para aferir se os conceitos sobre a curva ser assintótica ao eixo

x haviam sido apreendidos nessa atividade.

Propusemos aos alunos que fizessem esboços da representação de uma

Distribuição Normal por meio da sua curva normal, no qual foram dados apenas os

parâmetros média e desvio-padrão. O intuito da atividade foi verificar se a curva

desenhada tocava o eixo das abscissas e se existia simetria em relação à média.

ATIVIDADE 3 – Considerando as simulações realizadas na planilha eletrônica

do Excel, verificamos o comportamento de uma curva de Distribuição Normal, que é

uma ferramenta de representação de uma Distribuição Normal a partir da média e do

desvio-padrão de uma determinada variável. No espaço quadriculado abaixo,

represente a Distribuição Normal por meio de uma curva de Distribuição Normal,

com os seguintes parâmetros: média igual a 0 e desvio-padrão igual a 1.

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73

Análise Teórica (praxeológica) da atividade com papel quadriculado

TAREFA 3: esboçar a representação de uma Distribuição Normal, dados os

parâmetros média e desvio-padrão.

TÉCNICA 3: para realizar esta tarefa precisamos conhecer a média e o

desvio-padrão para representar a escala do gráfico. Em seguida, devemos esboçar a

curva que representa a Distribuição Normal de forma simétrica em relação à média,

e a curva não poderá tocar o eixo das abscissas.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0x

Ilustração 5: Curva normal

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 3: a atividade deverá ser realizada

mediante os conceitos adquiridos com as atividades anteriores, sendo estes

necessários para conceituar a curva como assintótica ao eixo horizontal, ou seja, a

curva não tocará o eixo das abscissas.

Possíveis dificuldades: segundo Cohen e Chechile (1997, p. 9), os alunos

não conseguem interpretar nesse tipo de exercício que a curva não toca o eixo das

abscissas, portanto entendemos que somente as simulações não serão suficientes

para que o aluno compreenda esse conceito, requerendo uma intervenção, por

exemplo, mostrando o significado da curva não tocar o eixo das abscissas.

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74

2.3.8 Análise a “Posteriori” – Atividade realizada em papel quadriculado

Conforme apontam os estudos de Cohen e Chechille (1997, p.9), os alunos

sentiram grande dificuldade para esboçar a curva de Distribuição Normal. Todos

voltaram para o computador e refizeram as simulações, a fim de associar a

simulação com o seu esboço e entender como representar a curva normal. Várias

dúvidas surgiram, por exemplo, como eles marcariam o valor da média e do desvio-

padrão? No caso, os alunos usaram o ambiente computacional como suporte para

construção da resolução procurada.

Dos esboços dos gráficos que os alunos apresentaram, consideramos como

correto oito deles, e outros três, por apresentarem forma triangular, como incorreto.

A atividade com o papel quadriculado foi necessário para conceituar a curva de

Distribuição Normal, como uma curva assintótica ao eixo das abscissas. Procuramos

identificar os possíveis erros e corrigi-los, mostrando as curvas por meio de

simulações e dos conceitos da Distribuição Normal. Uma das técnicas adotadas foi

enfatizar uma das características da curva, que é sua “forma de sino”, conhecida por

todos e, falar sobre o tema “assintótico”. Pelo fato dos alunos não terem tido o

contato com esse conceito, foi grande o esforço para dar exemplos e esclarecê-lo. O

estudo de funções no ensino médio comporta curvas assintóticas (por exemplo, a

função x

)x(f1

= ). No entanto, os alunos não mobilizaram esse conhecimento,

supostamente já conhecido. A seguir, mostramos dois esboços realizados pelos

alunos nesta atividade:

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75

Ilustração 6: Esboço da curva normal correto

Ilustração 7: Esboço da curva normal incorreto

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76

2.3.9 Considerações sobre a atividade em papel quadriculado

Como mencionamos na análise anterior, a atividade foi considerada pelos

alunos a mais difícil; pois não sabiam o que fazer, nem havia uma contextualização

do exercício, os dados fornecidos para eles não representavam muito. Conforme

Cohen e Chechille (1997) apontam, os dados são pouco significativos aos alunos e

para que o objeto de ensino tenha significado é melhor ensiná-lo por meio de

exercícios interativos, por meio de uma contextualização, os alunos têm melhor

apreensão do objeto de ensino.

2.3.10 Análise a “Priori” – Atividade realizada com exercícios interativos

Nesta seqüência, a última atividade realizada pelos alunos foi interpretar uma

Distribuição Normal por meio de sua representação, a curva de Distribuição Normal,

no qual utilizamos um exercício interativo em que o aluno pôde visualizar essa

representação, por meio das atividades anteriores e em conjunto com sua própria

vivência e dar significado ao problema proposto. Nessa atividade, buscamos a

apreensão por parte dos alunos de que a área abaixo da curva é igual a 1 e os

intervalos de normalidade ];[ σµσµ +− , ];[ σµσµ 22 +− e ];[ σµσµ 33 +− são,

aproximadamente, 68%, 95% e 99% dessa área, respectivamente.

Todas as questões versavam sobre a área abaixo da curva, assim os alunos

puderam associá-la com a probabilidade de ocorrer congestionamento. Para resolver

a questão, o professor/pesquisador propôs uma discussão antes de começar as

atividades, dando uma noção geral aos alunos do funcionamento do trânsito de uma

cidade, como por exemplo, os horários em que podem ocorrer os

congestionamentos e quando as rodovias estão livres (em condições normais).

Dessa forma, os alunos puderam levar em conta suas experiências pessoais, no que

dizia respeito à analise do contexto haja vista que eram exercícios interativos, ou

seja, buscamos listar a atividade estatística com a experiência pessoal de cada

aluno, conforme sugerem os estudos de Cohen e Chechille (1997), apresentados no

item 1.4.

ATIVIDADE 4 – O gráfico abaixo representa o horário de pico no trânsito de

uma cidade a partir das 12h. Em média, o trânsito torna-se caótico (muito

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congestionado) às 18h, com mais ou menos 2 horas de desvio-padrão, ou seja, no

intervalo entre às 16h e 20h temos o período de maior congestionamento no trânsito.

Responda às questões a seguir:

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h

Horário

Po

ssib

ilid

ade

de

hav

er c

on

ges

tio

nam

ento

no

trâ

nsi

to

GRÁFICO 6: Horário de Pico

No gráfico colocamos retas perpendiculares ao eixo das abscissas nas

seguintes marcas: 12h, 14h, 16h, 20h, 22h e 24h. Estas marcações serviram para a

contagem dos retângulos, pelos quais os alunos poderiam realizar o cálculo

estimado da área abaixo da curva.

a) Localize no gráfico o horário das 12h às 24h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

b) Localize no gráfico o horário das 12h às 18h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

c) Localize no gráfico o horário das 18h às 24h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

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78

d) Localize no gráfico o horário das 16h às 20h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

e) Localize no gráfico o horário das 14h às 22h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

f) Localize no gráfico o horário das 16h às 18h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

g) Localize no gráfico o horário das 18h às 20h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

h) Localize no gráfico o horário das 12h às 16h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

i) Localize no gráfico o horário das 14h às 18h e estime a probabilidade de

ocorrer um congestionamento na cidade nesse período, justificando como

você chegou à estimativa.

Análise Teórica (praxeológica) da atividade com exercícios interativos

TAREFA 4: identificar a área abaixo da curva como probabilidade igual a 1 de

ocorrer congestionamento, associando um tema em que o pesquisado possa

interagir por meio de sua vivência pessoal.

TÉCNICA 4A: analisando o gráfico dado, temos que o congestionamento da

cidade ocorre das 12h às 24h, com variações no período. Como se trata do período

total, podemos dizer que a probabilidade de ocorrer um congestionamento nesse

período é quase igual à área total abaixo da curva, portanto, aproximadamente, 1.

TÉCNICA 4B/4C: analisando o gráfico dado, temos que o congestionamento

da cidade pode ocorrer entre 12h e 18h e entre 18h e 24h e, como vimos no item a,

no período inteiro a probabilidade é aproximadamente 1. Nos dois casos, a

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79

probabilidade de ocorrer congestionamento é de quase 0,5, pois trata-se de metade

do período.

TÉCNICA 4D1: sabemos que a área total abaixo da curva tem probabilidade

igual a 1 de ocorrer um congestionamento e que, antes ou depois das 18h, a

probabilidade é de, aproximadamente, 0,5 de ocorrer congestionamento. Uma

possível solução por parte do aluno é a contagem dos retângulos que estão abaixo

da curva e sua contagem dentro do intervalo pedido.

Em seguida, calcular a probabilidade por meio de uma regra de três simples.

O gráfico apresenta um total de quase 195 retângulos, e o total de retângulos

compreendidos no intervalo solicitado é de, aproximadamente, 134. Calculando por

regra de três simples, temos:

6870195

134

134195

1134195

,x

x

x

.x.

=

=

=

N.º Retângulos Probabilidade

195 1

134 x

TÉCNICA 4D2: o aluno poderá estimar o valor da probabilidade desse evento

relacionar-se com o exercício da atividade 2B, cujo o intervalo de [ ]σµσµ +− ;

equivale a, aproximadamente, 68%, o que representaria a probabilidade de 0,68.

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80

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h

Horário

Po

ssib

ilid

ade

de

hav

er c

on

ges

tio

nam

ento

no

trâ

nsi

to

GRÁFICO 7: Interpretação do Intervalo [ ]σµσµ +− ;

TÉCNICA 4E1: o gráfico apresenta um total de quase 195 retângulos, e o total

de retângulos compreendidos no intervalo solicitado é de quase 188. Calculando por

regra de três simples, temos:

9640195

188

188195

1188195

,x

x

x

.x.

=

=

=

N.º Retângulos Probabilidade

195 1

188 x

TÉCNICA 4E2: o aluno poderá estimar o valor da probabilidade desse evento

relacionar-se com o exercício da atividade 2B, em que o intervalo de [ ]σµσµ 22 +− ;

equivale a quase 95%, o que representaria a probabilidade de, aproximadamente,

0,95.

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81

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h

Horário

Po

ssib

ilid

ade

de

hav

er c

on

ges

tio

nam

ento

no

trâ

nsi

to

GRÁFICO 8: Interpretação do Intervalo [ ]σµσµ 22 +− ;

TÉCNICA 4F1,4G1: o gráfico apresenta um total de, aproximadamente, 195

retângulos, e o total de retângulos compreendidos no intervalo solicitado é de quase

68. Calculando por regra de três simples, temos:

3480195

68

68195

168195

,x

x

x

.x.

=

=

=

N.º Retângulos Probabilidade

195 1

68 X

TÉCNICA 4F2,4G2:o aluno poderá estimar o valor da probabilidade desse

evento relacionar-se com o exercício da atividade 2B, cujo intervalo de [ ]σµσµ +− ;

equivale a, aproximadamente, 68%, o que poderia levá-lo a realizar o cálculo da

metade desse valor, encontrando 34% o que nesse caso seria igual a uma

probabilidade aproximada de 0,34 para ocorrer um congestionamento.

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82

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h

Horário

Po

ssib

ilid

ade

de

hav

er c

on

ges

tio

nam

ento

no

trâ

nsi

to

GRÁFICO 9: Interpretação do Intervalo [ ]µσµ ;−

TÉCNICA 4H1: o gráfico mostra um total de quase 195 retângulos, e o total de

retângulos compreendidos no intervalo solicitado é de quase 32. Calculando pela

regra de três simples, temos:

1640195

32

32195

132195

,x

x

x

.x.

=

=

=

N.º Retângulos Probabilidade

195 1

32 x

TÉCNICA 4H2: o aluno poderá estimar o valor da probabilidade desse evento

relacionar-se com os itens b e f desta atividade da seguinte maneira: se a

probabilidade do período compreendido entre 12h e 18h é quase 0,5, e a

probabilidade do período compreendido entre 16h e 18h é quase 0,34, então, o

aluno deverá calcular a diferença entre as duas probabilidades e encontrará uma

probabilidade aproximada de 0,16.

Técnica 4F1 Técnica 4F2

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0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h

Horário

Po

ssib

ilid

ade

de

hav

er c

on

ges

tio

nam

ento

no

trâ

nsi

to

GRÁFICO 10: Interpretação do Intervalo [ ]σµσµ −− ;3

TÉCNICA 4I: o gráfico apresenta um total de quase 195 retângulos, e o total

de retângulos compreendidos no intervalo solicitado é de, aproximadamente, 96.

Calculando por regra de três simples, temos:

4920195

96

96195

196195

,x

x

x

.x.

=

=

=

Nº Retângulos Probabilidade

195 1

96 X

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0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h

Horário

Po

ssib

ilid

ade

de

hav

er c

on

ges

tio

nam

ento

no

trâ

nsi

to

GRÁFICO 11: Interpretação do Intervalo [ ]µσµ ;2−

Observação: um dos possíveis erros dos alunos no cálculo das probabilidades

por meio da regra de três poderá ocorrer na contagem dos retângulos. O professor

poderá solucionar esses erros durante os trabalhos, pois os cálculos são estimativas,

portanto, valores aproximados.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 4A4B4C4D4E4F4G4H4I: para resolver

as tarefas, precisamos analisar o gráfico e fazer a relação da área abaixo da curva

com a probabilidade de ocorrer um congestionamento na cidade. O aluno deverá

associar a área total abaixo da curva com a probabilidade aproximada do possível

congestionamento. O conhecimento necessário é a interpretação do gráfico com a

probabilidade de um evento, bem como a associação da área do gráfico com a

probabilidade de ocorrer o congestionamento.

2.3.11 Análise a “Posteriori” – Atividade realizada com exercícios interativos

12h às 24h – os resultados foram os seguintes:

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• Sete alunos estimaram em 100% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento, dos quais cinco deles justificaram da seguinte maneira:

“...compreende todo o período...”;

• Um aluno estimou em 90%, justificando da seguinte maneira: “... o horário

está abrangendo o horário de pico...";

• Um aluno estimou que a probabilidade é de 1 a cada hora;

• Dois alunos estimaram da seguinte maneira: de 4/12 horas, e justificaram

da seguinte maneira: “...se o maior congestionamento é entre às 16h e às

20h, então, a probabilidade está entre as 4 horas para as 12 horas de

congestionamento...”.

ANÁLISE: entendemos que, para esse período, os alunos conseguiram

associar o período total com a área total abaixo da curva, portanto, a atividade

mostrou-se positiva, pois atingiu seu objetivo. Como mostramos em nossa

análise praxeológica, os alunos poderiam ter realizado esse cálculo por meio

da contagem dos retângulos, o que de fato não aconteceu.

12h às 18h – os resultados foram os seguintes:

• Cinco alunos estimaram em 50% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento, justificando da seguinte maneira: “...representa a

metade do período...”;

• Um aluno estimou em 25% a probabilidade de ocorrer o congestionamento,

justificando da seguinte maneira: “...porque o horário das 16h às 18h é

considerado como desvio-padrão de 2h, um horário de grande

congestionamento...”;

• Dois alunos estimaram em 2/6 horas, justificando da seguinte maneira:

“...se entre às 12h e às 18h, o período de maior congestionamento é entre

às 16h e às 18h, então, num período de 6 horas, 2 horas estão

congestionadas...”;

• Um aluno estimou em 80%, justificando de maneira incoerente;

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• Dois alunos estimaram em 100%, também, com justificativas incoerentes.

18h às 24h – os resultados foram os seguintes:

De maneira análoga ao item anterior, os alunos responderam à questão,

conforme segue:

• Cinco alunos estimaram em 50% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento, justificando da seguinte maneira: “...representa a

metade do outro lado do gráfico...”;

• Um aluno estimou em 25% a probabilidade de ocorrer o congestionamento,

justificando da seguinte maneira: “...idem ao anterior, só mudando os

horários...”;

• Dois alunos estimaram de 2/6 horas, justificando da seguinte maneira:

“...se entre às 18h e às 24h o período de maior congestionamento é entre

18h e às 20h, então, num período de 6 horas, 2 horas estão

congestionados...”;

• Um aluno estimou em 70%, justificando de maneira incoerente;

• Dois alunos estimaram em 100%, também, com justificativas incoerentes.

ANÁLISE: para o exercício que compreendia o horário entre 12h e 24h,

buscou-se a interpretação do intervalo total, imaginávamos que fariam uma

“ponte” para a metade do período, ou seja, os alunos conseguiriam fazer a

associação de “metade ou 50%”, portanto, a atividade mostrou-se

parcialmente eficaz.

16h às 20h – os resultados foram os seguintes:

• Sete alunos estimaram em 100% a probabilidade de ocorrer

congestionamento no período, com justificativas variadas, por exemplo:

“...devido ao horário de pico...”; “...se inicia no horário de pico...”; “...devido

a ser o horário de maior congestionamento...”, entre outras respostas,

todas foram relacionadas com o horário de maior movimento;

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• Um aluno estimou em 4 de 4 horas e justificou da seguinte maneira: “...4h

de maior congestionamento para o horário de 4h...”;

• Um aluno estimou em 5/12 horas, justificando da seguinte maneira:

“...porque são 5 horas esse intervalo, e 12 horas é o total do período

apresentado...”;

• Um aluno estimou em 25% a probabilidade justificando da seguinte

maneira: “...o horário de 16h às 20h representa a metade da metade...”;

• Um aluno estimou em 33% justificando que “analisou o gráfico”.

14h às 22h – os resultados foram os seguintes:

• Cinco alunos estimaram em 100% de probabilidade de ocorrer o

congestionamento, com justificativas análogas, em que apontaram que

esse período “atingiria o horário de pico”;

• Um aluno estimou em 75% por entender que o período representa “um

pouco mais da metade”;

• Um aluno estimou em 80% e justificou dizendo que “analisou o gráfico”;

• Três alunos estimaram em 50% justificando da seguinte maneira: “...pois,

neste período, se encaixam os horários de almoço e de saída das pessoas

que trabalham...”, e as outras justificativas foram as seguintes: “...entre às

14h e às 22h, há 4 horas de congestionamento e 4 horas de tempo mais

sossegado...” e “...4 horas de maior congestionamento para o período de 8

horas...”;

• Um aluno estimou em 8/12 e justificou da seguinte maneira: “...são 8 horas

de congestionamento para um total de 12 horas apresentado...”.

16h às 18h – Os resultados foram os seguintes:

• Três alunos estimaram em 100% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento, justificando da seguinte maneira: “...por ser o horário

em que se inicia o congestionamento...; “...por se tratar do horário de pico,

então, a probabilidade é total...”;

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• Um aluno estimou em 12,5% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento e justificou dizendo que “se tratava da metade do lado

esquerdo da curva”;

• Um aluno estimou em, “aproximadamente, 16%”, justificando que

“analisou o gráfico”;

• Um aluno estimou em 2/12 a probabilidade de ocorrer o congestionamento,

justificando que “o intervalo representa 2 horas em relação ao total que é

de 12 horas...”;

• Um aluno estimou em 100% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento justificando ser “...2 horas do maior congestionamento

para o período de 2 horas...”;

• Quatro alunos estimaram em 50% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento, justificando da seguinte maneira: “...representa a

metade do período...”.

18h às 20h – os resultados foram os seguintes:

• Quatro alunos estimaram em 100% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento, justificando da seguinte maneira: “...devido a ser o

horário do rush ou o horário de pico...”;

• Um aluno estimou em 80% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo: “...porque é o horário em que quase todos saem do

trabalho...”;

• Um aluno estimou em 16% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que “analisou o gráfico”;

• Um aluno estimou em 12,5% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento e justificou da seguinte maneira: ”...a metade do lado

direito da curva...”;

• Três alunos estimaram em 50% a probabilidade de ocorrer

congestionamento e justificaram da seguinte maneira: “...o

congestionamento já está na metade...”;

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• Um aluno estimou em 2/12 a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que são 2 horas em relação ao período de 12 horas

apresentado.

12h às 16h – os resultados foram os seguintes:

• Dois alunos estimaram em 50% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento; um justificou dizendo que “se trata da hora do almoço”,

e o outro dizendo que “não chegou ao horário de pico”;

• Um aluno estimou em 75% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo: “por estar do lado esquerdo da metade”;

• Dois alunos estimaram em 25% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento e justificaram da seguinte maneira: “...porque é o

momento mais calmo em que o congestionamento inicia seu aumento...” e

“...o período para o congestionamento começa às 16h, então, antes desse

horário não pode haver congestionamento...”;

• Dois alunos estimaram em 0% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento e justificaram dizendo que “...pois segundo o enunciado,

o congestionamento começa a partir das 16h...” e “...durante o horário do

exercício acima de 4 horas não haverá hora nenhuma de maior

congestionamento...”;

• Um aluno estimou em 4/12 a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que são 4 horas em relação a 12 horas totais...”;

• Um aluno estimou em 30% a probabilidade de ocorrer congestionamento e

justificou dizendo que “analisou o gráfico”;

• Um aluno estimou em 20% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que “não atinge o horário de pico”.

14h às 18h – os resultados foram os seguintes:

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• Um aluno estimou em 55% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que “...o intervalo está do lado esquerdo da metade da

curva...”;

• Seis alunos estimaram em 50% a probabilidade de ocorrer o

congestionamento e justificaram da seguinte maneira: “... não chegou ao

pico do congestionamento...”; “...porque é o inicio da primeira parte do

congestionamento...”; ”...pode ou não ocorrer congestionamento nesse

horário...”; ”...2 horas de maior congestionamento para um período de 4

horas...”; ”...porque é a metade do horário de maior congestionamento...”;

• Um aluno estimou em 4/12 a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que: “são 4 horas em relação às 12 horas totais”;

• Um aluno estimou em 30% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que “analisou o gráfico”;

• Um aluno estimou em 25% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que “...neste período, começa a crescer o número de

carros na cidade...”;

• Um aluno estimou em 20% a probabilidade de ocorrer o congestionamento

e justificou dizendo que “...não atinge o horário...”.

ANÁLISE: para os períodos compreendidos entre 16h e 20h, 14h e 22h, 16h e

18 h, 18h e 20h, 12h e 16h e, finalmente, entre 14h e 18h, os alunos precisavam

estimar a probabilidade, o que de fato não ocorreu. Acreditamos que os alunos não

estavam acostumados com essa atitude, “de estimar”, pois para eles, a Matemática

deveria ser exata e, por isso, eles não conseguiram “estimar” ou “aproximar” valores

para esta atividade.

Além do mais, se não bastasse essa dificuldade, havia outra que era o fato de

relacionar a área abaixo da curva com a probabilidade de ocorrer o evento.

Lamentamos o fato de não termos feito junto com os alunos a reflexão dessa

atividade por meio da contagem dos retângulos, em razão da falta de tempo, pois

acreditávamos que essa seria uma opção didática muito interessante, e deixamos de

explorá-la.

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2.3.12 Considerações sobre a atividade realizada com exercícios interativos

Faremos uma síntese dos resultados apresentados, conforme os dados da

tabela abaixo:

TABELA 5: Análise dos resultados da atividade com exercícios interativos

Questão Total Respostas

Corretas

Total de Respostas

Erradas

Total de

Justificativas

Corretas

Total de

Justificativas

Erradas

A 7 4 7 4

B 5 6 5 6

C 5 6 6 5

D 0 11 0 11

E 7 4 7 4

F 4 7 4 7

G 3 8 3 8

H 4 7 4 7

I 7 4 6 5

Conforme o exposto, observamos que:

• Sete alunos interpretaram corretamente a questão “a”, na qual deveriam

associar o período total (compreendido entre 12h e 24h) com a

probabilidade aproximada em 100%;

• Sete alunos interpretaram corretamente as questões “e” e “i”, nas quais

deveriam associar os períodos compreendidos entre 14h e 18h e entre

14h e 22h com probabilidade aproximada em 95% e 47,5%,

respectivamente;

• Cinco alunos interpretaram corretamente as questões “b” e “c”, nas quais

deveriam associar os períodos compreendidos entre 12h e 18h e entre

18h e 24h, com probabilidade aproximada em 50% em ambos os casos;

• Quatro alunos interpretaram corretamente as questões “f” e “h”, nas quais

deveriam associar os períodos compreendidos entre 16h e 18h e entre

12h e 16h;

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92

• Três alunos interpretaram corretamente a questão “g”, na qual deveriam

associar o período compreendido entre 18h e 20h; e

• Nenhum dos alunos interpretou corretamente a questão “d”, na qual

deveriam associar o período compreendido entre 16h e 20h.

Nesta atividade, buscamos reunir as ideias das atividades anteriores e

verificar se os alunos conseguiriam associar os parâmetros (média e desvio-padrão),

calculados por eles em etapas anteriores, ao conceito de probabilidade.

Observamos que os alunos apreenderam parcialmente o que se pretendia e

acreditamos que deveríamos ter discutido mais o tema em sala de aula. A

aprendizagem esperada dos conceitos abordados nas fases anteriores não ocorreu.

Nesse ponto, demos como encerrada nossa sequência didática, nas quais os

alunos estudaram a Distribuição Normal por meio da análise de gráfico, simulação

em planilha eletrônica e por exercícios interativos.

2.3.13 Análise a “Priori” – Questionário Diagnóstico

Passamos a analisar o questionário diagnóstico, para relacioná-lo a todas as

atividades desenvolvidas nesta pesquisa com os alunos. Como descrito no item 2.2

(Etapa 5), o questionário aplicado foi adaptado da tese de doutorado intitulada “La

construcción del significado de la distribución normal a partir de actividades de

análisis de datos” defendida por Liliana M. Tauber em 2001, na Universidad de

Sevilla, e o descrevemos no item a seguir.

Nesta atividade, procuramos identificar os conceitos assimilados pelos alunos

e analisar qualitativamente os dados. As atividades aqui desenvolvidas buscam

diagnosticar se os alunos, após os trabalhos com as atividades anteriores,

conseguiram relacionar a área total abaixo da curva com a probabilidade de ocorrer

um evento.

O questionário foi aplicado após o término da sequência com os alunos, sem

o apoio do material utilizado anteriormente. No questionário, colocamos para os

leitores desta pesquisa um asterisco ao final das alternativas que julgamos correta,

salientando que os alunos, ao respondê-lo, não tiveram acesso a esta informação.

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QUESTIONÁRIO DIAGNÓSTICO

1. Escreva um exemplo para cada tipo de variável abaixo:

a) Variável quantitativa contínua. (resposta pessoal)

b) Variável quantitativa discreta. (resposta pessoal)

c) Variável qualitativa. (resposta pessoal)

2. Em um histograma, a frequência dos valores de um intervalo é dada por:

a) A altura de cada retângulo.

b) A amplitude do intervalo.

c) A área dos retângulos compreendidos no intervalo.*

3. O propósito de um modelo matemático envolvendo a distribuição normal

aplicado a qualquer ciência é que:

a) Permite-nos visualizar a natureza dos dados.∗

b) Permite-nos fazer previsões sobre dados futuros.*

c) Proporciona-nos uma aproximação dos dados.*

d) Permite-nos usar uma equação.*

4. A curva normal é um modelo que:

a) Se encontra raramente em uma distribuição de dados empíricos.

b) Está definida em termos de dados empíricos.

c) Está definida em termos de uma função matemática.*

d) Serve para fazer inferências sobre uma população.*

5. A curva normal é:

a) Uma curva que se aproxima indefinidamente do eixo horizontal sem

tocá-lo.*

b) Uma distribuição matemática ou teórica.*

c) Uma curva em forma de sino.*

d) Pode obter valores negativos.*

∗ Resposta correta.

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6. Quais das seguintes distribuições aproximam-se melhor de uma curva

normal?

a) Idade dos estudantes de uma escola.*

b) Peso dos alunos do sexo masculino de uma escola.*

c) Número de livros publicados pelos professores de uma determinada

instituição.

d) O Q.I. (Quociente de Inteligência) de uma população de candidatos a

um posto de trabalho em uma empresa.*

7. A Distribuição Normal tem muitos dados acumulados em torno:

a) Da média.*

b) Dos valores mais altos.

c) Dos valores mais baixos.

d) Depende da variável medida.

8. Para definir completamente uma Distribuição Normal, basta conhecer:

a) A mediana.

b) A média.∗

c) A moda.

d) O desvio-padrão.*

9. A Distribuição Normal é uma distribuição aplicável a:

a) Variável aleatória contínua.*

b) Variável aleatória discreta com poucos valores diferentes.

c) Dados qualitativos.

d) Dados ordinais.

10. Uma distribuição de probabilidade estabelece que:

a) A frequência acumulada sobre a ordenada (eixo vertical) é o resultado

provável sobre o eixo vertical.

b) A área da curva está sobre o eixo horizontal e os resultados possíveis

estão sobre a ordenada (eixo vertical).

∗ Resposta correta.

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95

c) Os limites inferiores e superiores dos sucessos estão sobre o eixo

horizontal e a frequência, sobre a ordenada (eixo vertical).

d) A probabilidade será dada pela área abaixo da curva e todos os valores

possíveis estão sobre o eixo horizontal.*

11. João verificou que seus dados estão normalmente distribuídos com uma

média de 16 e um desvio-padrão de 4,2. O que mais ele deveria fazer

antes de publicar seus resultados?

a) Calcular o primeiro e o terceiro quartil.

b) Determinar todos os decis.

c) Todas as afirmações anteriores serviriam como informações adicionais

a seu informe.

d) Nada! Ele tem informação suficiente para seu informe.*

12. Classificar como Verdadeiro (V) ou Falso (F) e justificar a resposta.

a) Em uma Distribuição Normal, 50% das medidas estão acima da média.

(Verdadeiro)

b) Na distribuição normal, a média é igual à moda. (Verdadeiro)

c) A curva normal representa uma distribuição que se distribui de forma

simétrica com respeito à média. (Verdadeiro)

d) Se uma variável está distribuída normalmente, os casos extremos são

pouco frequentes. (Verdadeiro)

e) Entre )(e)( σ+µσ−µ 33 , em uma Distribuição Normal, podem ser

encontrados quase os 100% dos dados ( µ é a média e σ o desvio-

padrão). (Verdadeiro)

Análise Teórica (praxeológica) do Questionário Diagnóstico

TAREFA 1A: escrever uma variável quantitativa contínua.

TAREFA 1B: escrever uma variável quantitativa discreta.

TAREFA 1C: escrever uma variável qualitativa.

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TAREFA 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12: analisar as questões e associá-las

às alternativas corretas.

TÉCNICA 1A: identificar o tipo de variável pedida como algo que pode ser

contado, em partes inteiras e, também, em partes não inteiras.

TÉCNICA 1B: identificar o tipo de variável pedida como algo que pode ser

contado apenas em partes inteiras.

TÉCNICA 1C: identificar o tipo de variável pedida como algo que representa

um atributo ou uma qualidade, podendo ser ordinal ou nominal.

TÉCNICA 2: associar a frequência dos valores de um intervalo à área

compreendida entre o histograma e o eixo no intervalo.

TÉCNICA 3: associar os modelos matemáticos como meio de visualizar a

natureza dos dados, meio de realizar previsões, de aproximar os dados e escrever

equações.

TÉCNICA 4: associar a curva normal a uma equação matemática e entender

que essa curva pode ser utilizada para realizar previsões sobre uma população ou

um objeto de interesse que esteja representado por meio dela.

TÉCNICA 5, 7,12: associar a curva normal às suas propriedades.

TÉCNICA 6, 9: associar a curva normal ao tipo de variável que pode ser

representado por ela.

TÉCNICA 8,11: associar a Distribuição Normal aos parâmetros média e

desvio-padrão.

TÉCNICA 10: associar a área abaixo da curva com a probabilidade de ocorrer

um determinado evento.

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DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 1A,1B,1C: para responder a esta

questão, o aluno deve conhecer os tipos de variáveis, que se dividem em dois:

qualitativas e quantitativas que, por sua vez, se subdividem da seguinte maneira:

qualitativas nominais, qualitativas ordinais, quantitativas discretas e quantitativas

contínuas.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 2: para responder a esta questão, o

aluno deve saber construir e analisar um histograma a partir de uma tabela de

frequências.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 3: o aluno pode reconhecer padrões

matemáticos e conseguir escrever sua lei de formação, pela qual realiza previsões e

aproxima dados.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 4: o aluno deve reconhecer, pelo

menos, que a curva normal é um modelo utilizado para realizar previsões e que pode

ser representada por uma equação matemática.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 5, 12: o aluno deve conhecer as

propriedades de uma curva normal, como uma curva assintótica ao eixo horizontal,

por se tratar de uma distribuição matemática de dados, por ter a forma de sino e

poder obter valores negativos.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 6, 9: o aluno deve conhecer o tipo de

variável (contínua) utilizado para representar uma Distribuição Normal.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 7: é preciso que o aluno conheça os

intervalos de normalidade, e saiba que, no intervalo de ];[ σµσµ +− estão quase

68% dos dados.

DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 8, 11: o aluno deve conhecer os

parâmetros média e desvio-padrão, como elementos indispensáveis e necessários

para definição de uma Distribuição Normal.

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DISCURSO TEÓRICO-TECNOLÓGICO 10: é necessário estabelecer a

conexão entre estatística descritiva e probabilidade de ocorrer um evento.

2.3.14 Respostas observadas – Questionário Diagnóstico

Faremos um paralelo entre as questões oferecidas aos alunos por meio do

questionário diagnóstico e as questões e atividades respondidas por eles durante a

sequência didática.

• A questão 1 está relacionada às previsões estudadas nas atividades com

papel e lápis, ambiente informatizado e com os exercícios interativos.

• A questão 2 está relacionada à construção do histograma representativo

dos palmos dos alunos.

• A questão 3 está relacionada à tabulação dos dados, com a construção da

tabela, do histograma, com o intervalo de normalidade e com a previsão

dos dados, trabalhados nas atividades com exercícios interativos.

• A questão 4 relaciona-se às estimativas realizadas pelos exercícios

interativos (inferências).

• A questão 5 está diretamente relacionada com o esboço de uma curva de

Distribuição Normal com papel quadriculado.

• As questões 6 e 9 estão relacionadas à formação do banco de dados

coletado pelos alunos.

• A questão 7 está relacionada a todos os exercícios estudados na

sequência didática.

• A questão 8 está diretamente ligada às primeira e segunda atividades,

porém todas as questões estudadas na sequência dependem da média e

do desvio-padrão, portanto, estes são os parâmetros relacionados com

Distribuição Normal.

• A questão 10 está relacionada aos estudos de exercícios interativos, em

que se estudou a área abaixo da curva.

• A questão 11 está diretamente relacionada à primeira atividade (lápis e

papel) e com a simulação das curvas na planilha eletrônica.

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• A questão 12 relaciona-se com todas as atividades que envolvem os

intervalos de normalidade, como a atividade 2 (ambiente informatizado) e

a atividade com exercícios interativos.

Os dados coletados por meio do questionário diagnóstico foram os seguintes:

A questão que relaciona o estudo das variáveis, mostrou que cinco alunos

deram exemplos corretos ou classificaram de maneira correta uma variável

quantitativa contínua; sete alunos deram exemplos corretos ou classificaram de

maneira correta uma variável quantitativa discreta e oito alunos deram exemplos

corretos ou classificaram corretamente uma variável qualitativa.

A questão que relaciona a frequência dos valores de um intervalo à área dos

retângulos compreendidos no intervalo foi interpretada corretamente por quatro

alunos.

Quando foi perguntado aos alunos: “qual o propósito de um modelo

matemático aplicado a qualquer ciência?”, Nenhum apontou todas as alternativas

que diziam que o modelo matemático permitia visualizar a natureza dos dados, fazer

previsões sobre dados futuros, aproximação dos dados e, também, usar uma

equação. De todas as alternativas apresentadas, a que obteve maior número de

alunos respondendo-a (cinco alunos), foi a que permitia visualizar a natureza dos

dados.

Para cinco alunos, a curva normal é um modelo que pode ser definido por

meio de uma expressão matemática e serve para fazer inferências sobre uma

população.

Seis alunos reconheceram a curva normal por intermédio de sua forma de

sino, e só três identificaram que a curva normal não toca o eixo horizontal.

Quanto ao tipo de variável, dez alunos reconheceram, pelo menos, uma

variável quantitativa que poderia ser aproximada por meio da curva normal, e três

deles identificaram que a Distribuição Normal aplica-se somente a uma população

de dados contínuos.

Apenas quatro alunos identificaram os dados acumulados em torno da média.

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Quanto à questão que versava sobre os parâmetros necessários para a

construção de uma curva normal, média e desvio-padrão (tema bastante discutido

em sala de aula), apenas quatro alunos reconheceram os dois parâmetros, e outros

quatro identificaram apenas um dos parâmetros ou média, ou desvio-padrão.

Seis alunos reconheceram que a probabilidade será dada pela área abaixo da

curva, e todos os valores possíveis estão sobre o eixo horizontal.

Na situação em que “João” tem seus dados distribuídos com média igual a 16

e um desvio-padrão igual a 4,2, sete alunos entenderam que “João” tinha todos os

dados necessários para publicar seus resultados.

Por fim:

• Em uma Distribuição Normal, 50% das medidas estão acima da média,

quatro alunos classificaram como verdadeira a alternativa, e apenas três

justificaram a resposta dizendo que “...a metade está de um lado e a outra

metade está do outro lado...” e “...porque está bem distribuída...”; um outro

aluno desenhou uma curva e definiu que ambos os lados são iguais

(abaixo da média e acima da média).

• Na curva normal, a média é igual à moda, seis alunos classificaram a

alternativa como verdadeira, porém, somente um justificou a resposta

dizendo que elas (média e moda) são iguais.

• A curva normal representa uma distribuição que se distribui de forma

simétrica com respeito à média, sete alunos classificaram a alternativa

como verdadeira, porém somente três alunos justificaram suas respostas

dizendo que os dois lados da curva são iguais ou simétricos.

• Se uma variável está distribuída normalmente, os casos extremos são

pouco frequentes, três alunos classificaram a alternativa como verdadeira,

mas não souberam justificar suas respostas.

• Entre )(e)( σ+µσ−µ 33 , em uma Distribuição Normal, podemos encontrar

quase 100% dos dados (µ é a média e σ o desvio-padrão), nove alunos

classificaram a alternativa como verdadeira, dos quais quatro alunos não

justificaram suas respostas e cinco justificaram suas respostas da seguinte

maneira: dois deles disseram que “...o intervalo abrange todos os dados...”,

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um aluno respondeu que “...são quase todos os dados...”; um aluno diz

que “...é o início e o fim da distribuição...” e outro aluno aponta que “...os

dados pegam todo o histograma...”

As respostas observadas no Questionário Diagnóstico estão representadas

no Gráfico 12.

1A

1B

1C

2C

3A

3B

3C

4C

4D

5A 5B

5C

6A

6B

6D

7A

8A

8B

8D

9A

10D

11D

12A

12B

12D

12E

12C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

QUESTÕES

AC

ER

TO

S

GRÁFICO 12. Respostas observadas do Questionário Diagnóstico

A Tabela 6 representa as respostas consideradas corretas dadas pelos

alunos ao responderem o Questionário Diagnóstico.

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2

TABELA 6: RESPOSTAS OBSERVADAS NO QUESTIONÁRIO DIAGNÓSTICO

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2.3.15 Análise das respostas observadas do Questionário Diagnóstico

De acordo com as respostas observadas, pudemos verificar que os alunos

mostraram um bom domínio do conceito das variáveis, porém estes apresentaram

as mesmas dificuldades apontadas por Tauber (2001, p. 179) na diferenciação das

variáveis quantitativas discretas e quantitativas contínuas. O fato aponta que o

conceito deve ser discutido posteriormente em sala de aula.

Segundo Tauber (2001, p. 179) uma confusão muito comum é pensar que a

frequência é dada pela altura do retângulo, por confundir o histograma com um

gráfico de barras, sem considerar sua largura, que é determinada pela amplitude das

classes. Podemos observar que para responder à questão sobre a frequência dos

valores de um intervalo em um histograma, a maior parte dos alunos pensou dessa

maneira, esquecendo-se de observar que as larguras eram iguais, o que permitia

validar o raciocínio que fizeram.

As questões sobre os modelos matemáticos (três e quatro) buscavam verificar

se o aluno poderia identificar a aplicação de um modelo matemático. Tauber (2001,

p. 179) apontou que uma das possíveis dificuldades dos alunos é a de que poderiam

confundir o modelo teórico com um conjunto de dados reais.

Nessas questões, os resultados apresentados pelos alunos mostraram muitas

variações nas respostas e, em nossa opinião, entendemos que os alunos não

souberam responder à pergunta. Quando lhes foi perguntado sobre as

características de uma Distribuição Normal e sua representação (curva de

distribuição), responderam que tinha forma de sino e a variável que melhor se

aproximava de uma Distribuição Normal era a idade.

Quanto às questões seguintes, observamos que os alunos compreenderam-

nas razoavelmente, pois tratava-se de reconhecer qual tipo de variável era

adequada para uma Distribuição Normal; quais eram os parâmetros necessários

para determinar uma Distribuição Normal; suas características, como a da moda ser

igual à média; simetria; análise da curva em relação aos extremos de sua cauda e

interpretação dos intervalos de normalidade; bem como de justificar suas respostas.

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Tauber (2001, p. 182-183) salienta que essas questões são importantes, por meio

delas, verifica-se a capacidade de argumentação dos alunos.

Os alunos participantes desta pesquisa desconheciam o tema da Distribuição

Normal, entendemos que conseguiram superar suas dificuldades ao argumentar com

suas palavras questões pertinentes ao tema da Distribuição Normal. Em outras

palavras, podemos inferir que os alunos, mesmo sem ter estudado “oficialmente” a

Distribuição Normal, já que não é um conteúdo do EM, puderam atribuir significado

às ideias exploradas, construindo argumentações adequadas para justificar suas

respostas.

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CCCConclusãoonclusãoonclusãoonclusão

Ao final das análises, esperamos ter respondida nossa questão de pesquisa,

que procurou identificar “Quais as contribuições de uma sequência didática

baseada em resoluções de problemas e com a utilização da informática como

ferramenta na construção da ideia da Distribuição Normal a partir de uma

atividade de análise exploratória de dados”, com base na Teoria Antropológica do

Didático de Chevallard (1999), a partir das premissas levantadas na introdução deste

trabalho; nos trabalhos de Cohen e Chechille (1997), que versam sobre a avaliação

da simulação, produção e interpretação de exercícios interativos; e na adaptação do

questionário proposto por Tauber (2001).

Conforme os resultados obtidos na sequência didática aplicada neste trabalho,

concluímos que as contribuições de nossa sequência didática na construção da ideia

da Distribuição Normal foram as seguintes:

• Após as atividades, os alunos reconheceram os parâmetros média e

desvio-padrão, como elementos necessários para representar uma

Distribuição Normal;

• Passaram a reconhecer os tipos de variáveis qualitativa e quantitativa;

• Souberam reconhecer a representação de uma Distribuição Normal, como

uma curva em forma de sino, assintótica ao eixo horizontal;

• Entenderam o conceito de simetria da curva normal em relação aos

valores médios;

• Perceberam que a área abaixo da curva refere-se à probabilidade de

ocorrer um determinado evento;

• Entenderam que, dentro do intervalo de ];[ σµσµ 33 +− está a quase

totalidade dos dados.

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Com esses conceitos, inferimos que os alunos passaram a ter a “ideia da

Distribuição Normal”, a partir das atividades realizadas em sala de aula, ou seja,

perceberam também a noção da relação existente entre estatística e probabilidade.

O propósito inicial de nossa pesquisa era que nossos alunos pudessem ter,

além da ideia descrita anteriormente sobre a Distribuição Normal, também,

condições de relacionar a probabilidade com os intervalos de normalidade (ou Regra

dos Intervalos Normais), 68%, 95% e 99%.

A relação implicava a identificação das probabilidades existentes entre os

intervalos propostos na atividade com exercícios interativos, o que pudemos

observar que não aconteceu.

No início da pesquisa, pensávamos que esse conceito seria assimilado com

tranquilidade pelos alunos. Creditamos o fato dos alunos não conseguirem

relacionar a probabilidade da área abaixo da curva desses intervalos ao curto

espaço de tempo da aplicação de nossa sequência.

Na análise a priori da atividade com exercícios interativos, deixamos uma

possível solução por meio da contagem dos retângulos com o conceito de regra de

três simples, porém não foi possível realizar uma discussão mais aprofundada com

os alunos novamente pela falta de tempo e, também, porque presumimos que eles

conseguiriam ‘enxergar’ uma solução para essa atividade. Dessa forma, esta

discussão fica para uma futura investigação por meio do seguinte questionamento:

“É possível que um aluno interprete a regra dos intervalos de normalidade por

meio de exercícios interativos?”.

A técnica dos exercícios interativos merece ser explorada com maior

profundidade, pois acreditamos que os resultados tragam ganhos cognitivos

significativos no tocante à aprendizagem da Distribuição Normal.

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FFFFuturos uturos uturos uturos TTTTrabalhosrabalhosrabalhosrabalhos

No decorrer de nosso trabalho, surgiram várias questões relacionadas a seu

tema que não foram abordadas aqui. Portanto, deixamos estas questões como

sugestões para futuros trabalhos, além daquela sobre os exercícios interativos,

comentada na conclusão do presente trabalho.

No que diz respeito aos softwares destinados ao ensino de estatística,

levantamos as seguintes questões:

1. Quais softwares estatísticos existentes são adequados ao ensino de

estatística e probabilidade aos alunos de um curso superior?

2. Quais softwares estatísticos existentes são adequados ao ensino de

estatística e probabilidade aos alunos do EM?

No presente trabalho, abordamos as simulações somente por meio da

planilha do Excel e acreditamos que a pesquisa de novos softwares adaptados à

nossa sequência didática mostrarão resultados significativos do ponto de vista dos

exercícios interativos.

Para finalizar este estudo, poderíamos replicar esse trabalho com um número

maior de alunos, por exemplo, uma sala de 3.º ano do EM, e após as análises,

realizar a comparação dos resultados obtidos.

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AAAAnexonexonexonexo

Anexo A: Folha de Autorização

Pontifícia Universidade Católica de São Paulo

Programa de Estudos Pós-graduados em Educação Matemática

Mestrado Profissional

Professor Responsável: Osmar Antonio de Lima

Professora Orientadora: Prof.ª Dr.ª CILEDA DE QUEIROZ E SILVA COUTINHO

Autorizo a coleta dos dados dos exercícios relativos à aplicação da sequência didática, para

fins de pesquisa, sendo utilizada exclusivamente para análise da pesquisa intitulada “Distribuição Normal: uma introdução voltada ao EM por simulações via planilha eletrônica e exercícios interativos”, visando a melhoria do ensino de Matemática. Somente terão acesso

aos dados o aplicador e seu orientador.

Nome do aluno voluntário: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.