Matemàtiques
Introducció
El plantejament de les matèries de Matemàtiques, pel paper central que exerceixen en la majoria de modalitats, ha d’atendre diverses finalitats que coincideixen amb les del Batxillerat. L’una és la necessitat d’atendre a finalitats formatives generals d’acord amb l’opcionalitat que afavoreix l’especialització de l’alumnat; l’altra és la voluntat de conjugar la formació preuniversitària amb la preprofessional; i una tercera, a centrar els objectius de l’aprenentatge de l’alumnat a generar capacitats per aprendre i fomentar actituds de valoració de la potència i la utilitat dels models i procediments matemàtics per conèixer i prendre decisions en el camp científic, més que a dotar-los de continguts estàtics propis d’èpoques més monòtones en l’àmbit social i productiu en particular, i en l’entorn cultural en general.
Aquests reptes es plantegen enmig d’un increment important de la taxa d’escolarització en aquests estudis i en un entorn cultural i de valors socials en el qual l’adequació a la diversitat de les persones passa a ser una premissa per a la programació de qualsevol tipus d’activitat.
La Matemàtica entra en aquesta aposta de futur amb un paper prou destacat i alhora contradictori. Per un costat, el valor que la societat atorga a un determinat currículum està força relacionat amb una més o menys forta presència de la Matemàtica, presència que és prou uniforme en els currículums tradicionals vinculats a aquesta modalitat. Per l’altre, els currículums de Batxillerat es dissenyen pensant en una ampliació de la base social a la qual van adreçats i tendeixen a retardar el seu tractament més aprofundit en els currículums postsecundària, ja sigui universitaris o professionalitzadors. Aquesta, però, sí que sembla una característica més transcendent i problemàtica d’aquest plantejament atenent als currículums tradicionalment adscrits a aquesta modalitat.
El marc en què es desenvolupa aquesta matèria ve condicionat per la modalitat a la qual va dirigida i per la intencionalitat d'aplicació a les ciències, en sentit ampli. Per això, tot i que la majoria dels objectius generals són coincidents amb els de la matèria de Matemàtiques de la modalitat d’Humanitats, caldrà prioritzar-ne aquells que el seu assoliment fomenti en l'alumnat el convenciment de la utilitat de l'aplicació de les matemàtiques a les ciències. És important recordar que el destinatari d’aquestes Matemàtiques és tot el col·lectiu d’alumnat amb vocació científica i tècnica, per la qual cosa cal que la matèria tingui un enfocament generalista dins d’aquest àmbit, reservant el tractament més especialitzat per a la part optativa del currículum.
De sempre, la Matemàtica ha estat fonamentalment procedimental. Per això, la seva contribució als objectius generals del cicle es centra en el seu paper d’instrument per una comprensió, adequada a l’edat, de l’entorn tecnològic i científic que cada vegada ocupa més parcel·les de la cultura actual. En conseqüència, cal en primer lloc que l'alumnat es convenci d'aquest paper de les Matemàtiques en constatar a la pràctica la potència dels models matemàtics per interpretar la informació i prendre decisions. En segon lloc cal que conegui les limitacions dels procediments i mantingui una actitud vigilant davant dels possibles errors. De tota manera, el treball sistemàtic i ordenat, la constància, la recerca de millors solucions, l’aprofundiment en la interpretació de la realitat, la precisió en el raonament que, entre d’altres, caracteritzen el treball en la Matemàtica, contribueixen especialment a la formació general de l’alumne/a i el doten d’estratègies de què, d’alguna manera, hauria de disposar tot l’alumnat d’aquest cicle.
Els continguts que es detallen en aquest currículum pretenen servir per dotar l’alumnat d’un instrument imprescindible per introduir- se de manera autònoma i creativa en el món de la ciència i la tecnologia. A més, l’edat dels nois i noies en aquests cicle aconsella una introducció a l’abstracció, bàsica però sistemàtica, i que prendrà cos, fonamentalment, en la recerca, conceptualització i aplicació de models per a la interpretació d’aquest món científic i tecnològic al qual abans s’ha fet referència.
No cal dir que, tot i insistir en el caràcter bàsicament procedimental, hi ha un seguit de conceptes i principis que s’han d’assolir per poder plantejar-se un aprenentatge significatiu d’aquells procediments. La necessitat de plantejar aprenentatges que respectin el principi globalitzador aconsella tenir especial cura per treballar, al màxim possible, amb forta coordinació amb la resta de matèries de l’entorn curricular, en especial de l’entorn científic o tecnològic, encara que no exclusivament.
A l’hora de dissenyar els currículums de les Matemàtiques de Batxillerat, siguin de la modalitat que siguin, s’ha tingut ben present el conjunt de continguts i objectius terminals de l’etapa anterior. En aquest sentit, cal observar que l’alumnat, en començar el Batxillerat, ja s’ha introduït en els procediments generals d’identificació, ordenació, representació i càlcul amb nombres, en l’obtenció, tractament i interpretació de dades, en la identificació, interpretació i ús de funcions en les seves formes més elementals, en els procediments de mesura, interpretació i representació de les formes i en la resolució de problemes emprant el llenguatge aritmètic i algèbric. De fet, els continguts procedimentals que es troben en la Matemàtica en aquestes modalitats del Batxillerat es basen en una ampliació dels procediments esmentats i la seva generalització a partir de processos d’abstracció adequats a l’edat. En aquest apartat de procediments, cal fer notar com a novetats més destacades la introducció de l’anàlisi infinitesimal i del càlcul vectorial, aquest molt més modest.
En l’àmbit dels conceptes i principis es presenta una situació molt semblant a la dels procediments als quals van estretament lligats. Així, els conceptes i principis de la geometria sintètica i la trigonometria, els conceptes bàsics i exemples més senzills del model funcional i els conceptes bàsics de l’aritmètica i l’àlgebra ens permeten desenvolupar amb garanties els conceptes i principis de la trigonometria o la geometria analítica, de les funcions, i de l’aritmètica real, que s’hauran de completar amb una introducció, adequada a l’edat, de l’àlgebra vectorial i de l’estudi analític de funcions reals.
Tot això, sense oblidar la situació històrica de cadascuna de les grans àrees de la Matemàtica que, també, ja ha estat introduïda i treballada en l’Educació secundària obligatòria. De la mateixa manera que en l’etapa anterior, els continguts referits a la història de la Matemàtica, a més de permetre consolidar un bagatge cultural en l’àmbit de la història de la ciència i de la tècnica, han de refermar el paper instrumental de la Matemàtica i la vinculació del seu desenvolupament a la resta de trets culturals i socials de les èpoques històriques en què es produeix. En aquest sentit, aquests apartats de continguts hauran de ser treballats juntament amb els continguts amb els quals estan vinculats, fugint de plantejaments monogràfics al voltant de la història de la ciència.
Pel que fa als continguts de valors, normes i actituds, cal comentar la dificultat de disposar de criteris per a la seva seqüenciació en cada etapa i en la connexió entre etapes. Aquesta dificultat justifica una notable coincidència en els continguts presents en les diverses etapes, tot observant una certa tendència als més actitudinals i de valors en el Batxillerat respecte a una més gran insistència en els continguts normatius en les etapes anteriors. De tota manera, cal insistir que el tractament que s’ha de donar a aquests continguts ha de ser especialment reiteratiu i sistemàtic al llarg de l’escolarització, la qual cosa ajuda a fer que els currículums de les diferents etapes presentin, de fet, una forta coherència.
El tractament metodològic que ha de guiar el disseny de les activitats d’aprenentatge en la Matemàtica, s’haurà d’inspirar en una selecció i seqüenciació acurada dels continguts a treballar, amb activitats d’aprenentatge estructurades i amb durades temporals raonables. Pel que fa a l’organització de l’aula, cal procurar que sigui adequada a les característiques de l’activitat que es proposa i que, globalment, presenti un cert equilibri entre les diverses formes possibles, des del treball individual al treball amb grup cooperatiu. Pel que fa al material de suport i als llenguatges emprats, s’ha d’insistir en l’ús de tots els recursos a l’abast, tot admetent que la diversificació de llenguatges i suports facilita una adaptació a les característiques diverses dels alumnes. No cal recordar que el caràcter procedimental, a què repetidament s’ha fet referència, condicionarà unes activitats d’aprenentatge molt basades en l’acció de l’alumnat, i que per a les activitats d’aprenentatge adreçades bàsicament a conceptes i principis caldrà tenir present els processos inductius i deductius que facilitaran un tractament adequat d’aquests continguts.
Els mitjans tecnològics per a tractament de dades, càlcul numèric i simbòlic i representació gràfica, han de tenir un paper rellevant en aquesta matèria. Tant la calculadora com l'ordinador són eines que cal usar de forma equilibrada per fer tot allò que fan més ràpid i millor, i també com a suport didàctic per a visualitzar conceptes o simular processos.
Objectius generals
L’alumnat, en acabar la matèria, ha de ser capaç de:
1. Desenvolupar procediments de càlcul aritmètic, tant emprant els ginys de càlcul a l’abast i controlant- ne els resultats, com aplicant procediments de càlcul mental immediat.
2. Desenvolupar procediments de càlcul algèbric bàsic, controlar-ne els resultats, i emprar-los en altres procediments matemàtics més complexos.
3. Matematitzar situacions, plantejades en l’àmbit de la ciència i de la tècnica, i reconèixer i justificar l’aplicació dels models matemàtics estudiats en aquestes situacions.
4. 4. Valorar la potència dels recursos i models estadístics per analitzar i interpretar dades, i conèixer que cal tenir en compte les seves limitacions i ser crític amb el seu mal ús.
5. Comprendre que el treball en l’àmbit de la Matemàtica es basa en millores successives dels continguts ja treballats, ampliant el seu àmbit d’aplicació o la seva potència, i entendre que aquest fet no menysvalora els aprenentatges intermedis d’aquest procés en espiral.
6. Entendre que l’aprenentatge en aquesta matèria es basa en el propi treball, i que els materials elaborats per ell mateix són un suport indispensable per la consolidació dels aprenentatges presents i per al normal desenvolupament de les activitats futures.
7. Copsar les relacions entre les diverses parts de la Matemàtica, i observar la necessitat d’aplicar-les de manera conjunta en el tractament de les situacions més complexes.
8. Entendre i aplicar el mètode científic, a un nivell de complexitat adequat a l’edat, per analitzar i estudiar la realitat. Consolidar la idea que la Matemàtica és un bon instrument per a una aplicació d’aquest mètode científic amb potència, rigor i seguretat.
9. Incorporar al seu bagatge cultural el llenguatge més usual de la Matemàtica, així com els procediments elementals de raonament lògic que li són característics.
10. Habituar-se a la discussió prèvia en la resolució de problemes i a la comprovació i interpretació de les solucions obtingudes en el context propi del problema.
11. Cercar diversos procediments per a la resolució de problemes, tendint a l’optimització dels processos.
12. Usar la calculadora i l'ordinador de forma habitual i amb soltesa per fer totes aquelles tasques que els mitjans tecnològics realitzen millor o de forma més ràpida i segura, i tenir coneixement i control de les seves limitacions.
13. Situar històricament i social els principals fets i esdeveniments de l’evolució de la Matemàtica i copsar el lligam d’aquesta evolució amb els altres aspectes del context científic i cultural general en què es produeixen.
Continguts
Fets, conceptes i sistemes conceptuals
1. Nombres.
1.1. El nombre real: expressió, ordenació i operacions.
1.2. El nombre complex: notacions i representació.
1.3. Els nombres i la seva evolució històrica: sistemes de notació i de numeració, el nombre racional, el nombre irracional, el nombre negatiu, el zero, el nombre complex.
2. Trigonometria.
2.1. Les raons trigonomètriques d’un angle de 0º a 360º. El radiant.
2.2. Els teoremes del sinus i del cosinus.
2.3. La relació entre les raons trigonomètriques amb la suma i la resta d’angles.
3. Funció real.
3.1. L’estudi global d’una funció: domini, recorregut, fórmula, taula i gràfic d’una funció real.
3.2. Polinomi amb una indeterminada. Grau d’un polinomi. Arrel d’un polinomi. Arrels simples i arrels múltiples. El Teorema del residu.
3.3. Les funcions polinòmiques, racionals, trigonomètriques, exponencials i logarítmiques.
3.4. L’estudi local d’una funció: funció contínua, funció creixent, funció decreixent, asímptota horitzontal, obliqua i vertical d’una funció.
3.5. Punts de tall amb els eixos de la gràfica d’una funció, punt de discontinuïtat, extrem absolut i extrem relatiu d’una funció.
3.6. La derivada d’una funció en un punt. La funció derivada.
3.7. La integral d’una funció en un interval. Primitiva d’una funció. La Regla de Barrow.
3.8. El càlcul infinitesimal i les funcions al llarg de la història.
4. Pla i espai vectorial (V2 i V3).
4.1. Vectors al pla i a l’espai ordinari. Els conjunts V2 i V3 .
4.2. Suma, diferència, producte per un nombre i combinacions lineals de vectors: interpretació i propietats.
4.3. Dependència i independència de vectors.
4.4. Bases al pla i a l’espai ordinari. Components d’un vector en una base donada.
4.5. Matriu de components d’un conjunt de vectors en una base donada. Rang d’una matriu.
4.6. El conjunt de vectors del pla i R2 , el conjunt de vectors de l’espai i R3 .
4.7. Mòdul i argument d’un vector. Angle entre vectors.
4.8. El producte escalar de dos vectors. Propietats. Interpretació geomètrica.
5. Geometria analítica. Pla i espai afí. Qüestions afins i mètriques.
5.1. El pla i l’espai com a conjunts de punts: R2 i R3 .
5.2. Sistemes de referència en el pla i l’espai.
5.3. Equacions d’una recta en el pla i a l’espai. Alineació. Equacions del pla. Coplanarietat.
5.4. Posició relativa entre elements geomètrics (punt, recta i pla).
5.5. Distància entre dos elements geomètrics. Angle entre dos plans, entre dues rectes i entre recta i pla.
5.6. Llocs geomètrics. Equació general de la circumferència. Centre i radi.
5.7. Posició relativa entre una recta i una circumferència i entre circumferències.
5.8. Altres còniques. Equació canònica de l’el·lipse, la hipèrbola i la paràbola. Principals elements: focus, vèrtexs, centre.
5.9. La geometria des d’una perspectiva històrica.
6. Estadística i probabilitat.
6.1. Freqüència relativa i probabilitat.
6.2 Mostra aleatòria i població total.
6.3. Mitjana i esperança matemàtica.
6.4. Distribucions estadístiques i models teòrics de probabilitat.
6.5. Distribucions discretes: la distribució binomial.
7. Distribucions contínues. La llei normal.
7.1. Agrupament de dades en classes. Marques de classe. Histogrames d'àrees.
7.2. Un model de distribució de probabilitat: la llei normal
7.3. Variable tipificada.
8. Estadística bidimensional. Correlació lineal.
8.1. La relació intuïtiva entre dues variables numèriques. Tipus de dependència.
8.2. Diagrames de dispersió o núvols de punts.
8.3. Mesures de dependència: covariància i coeficient de correlació lineal.
8.4. Rectes de regressió.
8.5. Prediccions estadístiques si s'escau l'ajust lineal.
Procediments
1. Nombres.
1.1. Caracterització i expressió dels nombres reals.
1.2. Ordenació de nombres reals i representació sobre la recta.
1.3. Càlcul amb nombres reals. Estimació d’errors d’aproximació.
1.4. Caracterització i expressió dels nombres complexos. Representació.
2. Càlculs trigonomètrics.
2.1. Representació de les raons trigonomètriques de qualsevol angle sobre la circumferència unitat. Relació amb les raons trigonomètriques d’un angle del primer quadrant. Càlcul amb radiants.
2.2. Càlcul de l’angle a partir del valor d’una de les seves raons trigonomètriques.
2.3. Aplicació del teorema del sinus i del cosinus a la resolució de triangles.
2.4. Justificació i aplicació de les relacions de les raons trigonomètriques amb la suma i la diferència d’angles.
3. Reconeixement, descripció, estudi i representació gràfica de funcions reals.
3.1. Reconeixement de funcions en situacions pràctiques. Identificació dels elements que defineixen una funció real, des d’una òptica global: domini, recorregut, fórmula, gràfic i taula de valors.
3.2. Estudi del signe, continuïtat, monotonia d’una funció en un punt i estudi del seu comportament a l’infinit. Càlcul dels punts de tall amb els eixos de la gràfica d’una funció.
3.3. Aplicació de la derivada d’una funció al seu estudi local: creixement, decreixement i extrems absoluts i relatius.
3.4. Càlcul de l’equació de la recta tangent a la gràfica d’una funció en un punt.
3.5. Estudi global i local de les funcions reals, utilitzant eines informàtiques, si escau.
4. Càlcul amb funcions polinòmiques, racionals, trigonomètriques, exponencials i logarítmiques.
4.1. Operacions amb polinomis. El binomi de Newton. Factorització de polinomis.
4.2. Operacions amb funcions. Comportament de les funcions respecte a les operacions.
4.3. Càlcul de la derivada d’una funció en un punt. Càlcul de la funció derivada d’una funció.
4.4. Càlcul de la integral d’una funció en un interval. Càlcul de primitives.
5. Càlcul matricial elemental.
5.1. Expressió de dades numèriques aplicant matrius.
5.2. Càlcul del rang d’una matriu.
5.3. Resolució de sistemes d’equacions lineals amb tres incògnites.
6. Càlcul vectorial (V2 i V3 ).
6.1. Operacions amb vectors donats geomètricament i a partir de les seves components (pla o espai): suma, diferència, producte per un nombre i combinacions lineals.
6.2. Càlcul de les components de vectors del pla, a partir del mòdul i l’argument i recíprocament.
6.3. Determinació de conjunts independents de vectors. Identificació de bases a V2 i V3 .
6.4. Càlcul del producte escalar de dos vectors.
7. Càlculs geomètrics al pla i a l’espai.
7.1. Càlcul de les diferents equacions de la recta i del pla.
7.2. Determinació de la incidència entre elements geomètrics i de l’alineació i la coplanarietat de punts.
7.3. Justificació i aplicació de la condició de paral·lelisme i de perpendicularitat entre dues rectes, recta i pla i entre dos plans.
7.4. Determinació de la posició relativa de plans, rectes, rectes i plans i càlcul de les interseccions.
7.5. Determinació de mesures amb procediments analítics.
7.6. Determinació de l’equació de la circumferència. Càlcul del centre i del radi.
7.7. Determinació de la posició relativa entre recta i circumferència i entre circumferències.
7.8. Determinació de l’equació d’altres còniques, centrades a l’origen de coordenades. Càlcul dels seus elements.
8. Maneig amb soltesa de les utilitats estadístiques dels programes informàtics d'ús més corrent i de les calculadores, per a l'organització de les dades, la representació gràfica, el càlcul de paràmetres estadístics unidimensionals i bidimensionals, el reconeixement intuïtiu de l'ajust a un model teòric i els càlculs que se'n deriven.
9. Estudi d'una variable contínua.
9.1. Distribució de les dades en intervals a priori o a posteriori de la recollida de dades.
9.2. Interpretació i representació d'histogrames d'àrees. Anàlisi dels errors en la representació gràfica en el cas d'intervals amb longituds diferents.
9.3. Comparació de la distribució estadística amb el model teòric de la llei normal.
9.4. Tipificació de la variable.
9.5. Càlcul de probabilitats o intervals a partir de la llei normal en el cas que s'escaigui l'ajust al model teòric.
10. Anàlisi de la relació entre dues variables numèriques.
10.1. Valoració intuïtiva del tipus i grau de dependència entre dues variables estadístiques a partir de l'observació del diagrama de dispersió.
10.2. Representació de les dades en un diagrama de dispersió.
10.3. Càlcul i interpretació de la covariància i el coeficient de correlació lineal.
10.4. Traçat a ull de la recta de regressió, si s'observa correlació lineal.
10.5. Càlcul de l'equació de la recta de regressió lineal.
10.6. Ús de la recta de regressió per a la predicció de dades. Anàlisi crític de les prediccions segons el grau de correlació i el tipus de variables en casos pràctics.
11. Resolució de problemes.
11.1. Selecció dels conceptes, sistemes conceptuals i procediments a emprar en la resolució de problemes de topografia bàsica (resolució de triangles), d’optimització funcional, de geometria analítica (afí i mètrica), de mesura de recintes plans, d’ajust a les distribucions binomial i normal, i de prediccions en la correlació lineal.
11.2. Discussió de l’existència de possibles solucions.
11.3. Plantejament del problema i obtenció de les possibles solucions al problema.
11.4. Comprovació, anàlisi de la validesa i interpretació pràctica de les solucions obtingudes a partir de les condicions inicials del problema.
Valors, normes i actituds
1. Disposició a la revisió i millora dels procediments de treball assolits en estadis anteriors del procés d’aprenentatge.
2. Interès per l’aplicació dels continguts de l’àrea en contextos no exclusius de la matèria i atenció al context històric, científic, tecnològic o cultural en què es manifesten els principals blocs de contingut de la matèria.
3. Observació de les normes de precisió i sistemàtica que regulen l’ús adequat dels procediments matemàtics, en especial els que fan referència al càlcul aritmètic i algèbric en les seves diverses formes.
4. Observació de les normes de precisió i sistemàtica que regulen els procediments de representació gràfica en les seves diverses formes i respecte als aspectes formals de presentació i interpretació de gràfics.
5. Constància i sistemàtica en els processos d’inducció plantejats, disposició als processos d’abstracció i confiança en l’assoliment dels continguts que se’n deriven.
6. Participació en els processos que impliquen treball col·lectiu, disposició a la col·laboració i valoració dels resultats que se’n deriven.
7. Actitud positiva i crítica davant de les correccions, disposició a l’autocorrecció, autoexigència davant de la consolidació dels continguts treballats i exigència del suport necessari per aconseguir-la.
8. Actitud vigilant i crítica davant de l'ús, als mitjans de comunicació, de les eines estadístiques i matemàtiques en general.
9. Ordre i sistemàtica a l’hora d’elaborar els materials propis d’estudi i consciència del valor que tenen per a l’aprenentatge present i futur.
10. Valoració dels avantatges dels mitjans tecnològics de càlcul, tractament de dades i representació gràfics i de la necessitat de controlar sempre els errors que es poden cometre en el seu ús.
11. Observació de les normes que regulen el treball plantejat, tant pel que fa al treball personal com al treball en grup, ja sigui dins de l’horari escolar com fora.
Primer curs
Fets, conceptes i sistemes conceptuals / Procediments
1. Nombres
2. Geometria
3. Funcions
4. Estadística
Segon curs
Fets, conceptes i sistemes conceptuals / Procediments
1. Funcions.
2. Matrius i sistemes.
3. Geometria
Objectius terminals