Και πού θα μας χρησιμεύσουν αυτά, κύριε?

Και πού θα μας χρησιμεύσουν αυτά, κύριε?

Στον σύγχρονο κόσμο των πρακτικών εφαρμογών  οι μαθητές απαιτούν από το σχολείο να τους προσφέρει  εκείνες τις γνώσεις που μπορούν να χρησιμοποιούν άμεσα, αλλά και την σύνδεση αυτών με την καθημερινή πραγματικότητα. Αυτό σημαίνει ότι αποκτά γι΄αυτούς αξία  κάθε τι χειροπιαστό και όχι κάτι το αφηρημένο. Η κατάρα του αφηρημένου όμως συνοδεύει πάντα τα μαθηματικά και αυτό περνάει (αναπόφευκτα) και μέσα από τα σχολικά μαθηματικά. Έτσι όμως καταλήγουμε στην   δημιουργία  μιας στρεβλής εικόνας:  δεν μπορούμε να δούμε πως τα μαθηματικά βρίσκονται παντού γύρω μας, και σαν παγκόσμια γλώσσα συμβάλλουν στην καλύτερη κατανόηση του κόσμου που μας περιβάλλει, μόνο που χρειάζεται προσπάθεια (άλλοτε μικρή και άλλοτε μεγάλη) για να τo ανακαλύψουμε. 

Αρχικά ας δώσουμε  μερικά παραδείγματα χρησιμότητας των Μαθηματικών:

Η μέτρηση της απόστασης δύο απρόσιτων σημείων δεν θα ήταν δυνατή χωρίς  τη Γεωμετρία,  οι Μιγαδικοί αριθμοί έχουν άμεση εφαρμογή στο εναλλασσόμενο ρεύμα, ο λεπτομερής σχεδιασμός των τροχιών των διαστημικών οχημάτων γίνεται με την βοήθεια διαφορικών εξισώσεων, η Αναλυτική Γεωμετρία μέσω της ανακλαστικής ιδιότητας της έλλειψης δίνει στην Ιατρική έναν τρόπο κονιορτοποίησης των λίθων του νεφρού, η λειτουργία του γνωστού μας  GPS (Global Positioning System) στηρίζεται στον ορισμό της κωνικής τομής που λέγεται Υπερβολή, η Θεωρία Αριθμών έχει εφαρμογές στην Κρυπτογραφία.

Οι μαθητές συνήθως κάνουν  την ερώτηση "πού χρησιμεύει αυτό;" σαν άλλοθι, όταν δεν αντιλαμβάνονται μια έννοια. Από τα πιο συνηθισμένα ερωτήματα που θέτουν οι μαθητές στους καθηγητές τους είναι «Γιατί μαθαίνουμε Μαθηματικά;» και «Πού θα μας χρησιμεύσουν;» Πράγματι, με μια επιδερμική και αφελή προσέγγιση θα έλεγε κάποιος πως τα Μαθηματικά δεν είναι και τόσο χρήσιμα, αφού οι περισσότεροι άνθρωποι χρειάζονται μόνο τις 4 πράξεις για τους καθημερινούς υπολογισμούς τους.

Τα πράγματα όμως δεν είναι τόσο απλά. Μέσω των Μαθηματικών οι μαθητές μπορούν να αποκτήσουν έναν επιστημονικό τρόπο σκέψης και αντιμετώπισης πραγματικών καταστάσεων. Αυτό δύναται να επιτευχθεί μέσω των διαδικασιών επίλυσης προβλημάτων. Επιλύοντας προβλήματα, οι μαθητές επιστρατεύουν πολλές διανοητικές λειτουργίες τους, όπως αυτές  της κρίσης, της φαντασίας, της αυτενέργειας κ.ά., συνθέτουν ένα συλλογισμό επίλυσης, τον εφαρμόζουν, ελέγχουν τα αποτελέσματα και αξιολογούν την ορθότητά τους. Σε πολλές χώρες υπάρχει ειδικό (σχετικό) μάθημα το Problem Solving.

Με την εκμάθηση και σωστή χρήση της αυστηρά δομημένης γλώσσας των Μαθηματικών, οι μαθητές δημιουργούν θετικές στάσεις ζωής, όπως ακρίβεια, σαφήνεια, πειθαρχία, ορθολογική σκέψη, επιχειρηματολογία (μέσω της απόδειξης).

Η μέθοδος διδασκαλίας του μαθηματικού αντικειμένου βέβαια δεν θα πρέπει να προσφέρει έτοιμη γνώση, αλλά να βοηθάει τους μαθητές να την ανακαλύψουν μόνοι τους. Έτσι, οι μαθητές, μέσω της παρατήρησης, της εξερεύνησης, της ανίχνευσης των νόμων και κανόνων που διέπουν τα Μαθηματικά, θα αναπτύξουν ικανότητες  λογικής σκέψης, θα διαμορφώσουν σωστή κρίση και θα μάθουν να αναγνωρίζουν σχέσεις μεταξύ ανεξάρτητων γεγονότων.

Μέσω των  μαθημάτων  της Γεωμετρίας, της Τριγωνομετρίας και της Στερεομετρίας, μπορούν να αναγνωρίσουν την  ομορφιά, την αρμονία και τη συμμετρία των σχημάτων της φύσης και να ανακαλύψουν τις ιδιότητές τους.

Στο σημερινό σχολείο η χρησιμότητα των Μαθηματικών καθώς και η σύνδεση της μαθηματικής γνώσης με την πραγματικότητα αγνοούνται (σε μεγάλο βαθμό) επιμελώς, ενώ τα πραγματικά Μαθηματικά, οι μαθηματικές έννοιες δηλαδή, υποχωρούν μπροστά στην τεχνική και η μαθηματική γνώση διολισθαίνει σε ένα σύνολο από κανόνες, τύπους και μεθοδολογίες. Ο μαθητής αγνοεί την ουσία, το νόημα, το περιεχόμενο, τη χρησιμότητα. Απομνημονεύει απλώς και μάλιστα βίαια στοχεύοντας  στην επιτυχία στις εξετάσεις , αλλά η  μαθηματική παιδεία του πληθυσμού  εξακολουθεί να παραμένει σε ανησυχητικά χαμηλά επίπεδα. Ως αποτέλεσμα έχουμε το τραγελαφικό φαινόμενο, μαθητές που γράφουν άριστα στα Μαθηματικά στις  Εισαγωγικές Εξετάσεις στα Πανεπιστήμια, να μην ξέρουν τι είναι Ορισμένο Ολοκλήρωμα.

Σημαντική ευθύνη φέρει το μοντέλο που εφαρμόζεται στη διδασκαλία των Μαθηματικών, φυσικό επακόλουθο του γενικότερου Εκπαιδευτικού Συστήματος: εφόσον τα Μαθηματικά είναι ένα σύνολο από κανόνες, τύπους και μεθοδολογίες, ο διδάσκων δεν έχει παρά να τα παρουσιάσει στους μαθητές, οι οποίοι και οφείλουν να τα κατανοήσουν και να τα απομνημονεύσουν. Η εφαρμογή, η λύση δηλαδή ασκήσεων, αποκτά κυρίαρχη θέση στο μάθημα, ενώ οι περισσότεροι μαθητές οδηγούνται σε αδιέξοδο.

Οι σύγχρονες τάσεις για τη διδασκαλία των Μαθηματικών οδηγούν σε μια νέα  πραγματικότητα η οποία χαρακτηρίζεται από δύο κυρίαρχα στοιχεία: α) Ο μαθητής δεν αντιμετωπίζεται ως αποδέκτης μαθηματικών πληροφοριών που του προσφέρονται από τον διδάσκοντα, αλλά κατασκευάζει δυναμικά τη μαθηματική γνώση μέσα από κατάλληλα διαμορφωμένες μαθηματικές καταστάσεις και προβλήματα. β) Ο μαθητής καλείται να διαμορφώσει με την υποστήριξη του διδάσκοντος  μια δική του μαθηματική συμπεριφορά στο μέτρο του εφικτού.

Τι μπορούν να προσφέρουν τα Μαθηματικά στην κοινωνία; Μια εύστοχη ενημέρωση δίνει η παρακάτω λίστα πνευματικών διεργασιών που έχουν άμεση σχέση με την μαθηματική εκπαίδευση: αναλύω, δομώ, γενικεύω, συνθέτω, συνδυάζω, τυποποιώ, απλοποιώ, ερμηνεύω, σχηματοποιώ, μετασχηματίζω, συγκρίνω.

Μια δεύτερη απάντηση (από άρθρο του Καθηγητή Γ. Παντελίδη στο περιοδικό Εκπαιδευτικοί Προβληματισμοί) έρχεται μέσα από τις πολλές εφαρμογές των Μαθηματικών στις άλλες επιστήμες. Ας δούμε μερικές:

Ηλεκτρονική Τομογραφία:

Σήμερα μπορούμε να «δούμε» μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Ένας σωλήνας Roentgen διατρέχει βραδέως το ανθρώπινο σώμα ενώ εκπέμπει μια ασθενή ακτίνα. Πάνω σε μια οθόνη, η ακτίνα παράγει  ένα «φάντασμα» του εσωτερικού του ανθρώπινου σώματος. Είναι η γνωστή μας ακτινογραφία. Στις νέες συσκευές η οθόνη αποτελείται από ανιχνευτές ακτινών  οι οποίοι μετρούν ποσοτικά την ένταση απορρόφησης της ακτίνας Roentgen από το ανθρώπινο σώμα. Στη συνέχεια οι ανιχνευτές μεταβιβάζουν την πληροφορία σε ένα Η/Υ ο οποίος αναπαράγει ένα πιστό αντίγραφο του σώματος. Είναι η Ηλεκτρονική Τομογραφία. Και που είναι τα μαθηματικά; Η εσωτερική εικόνα είναι άγνωστη. Από αυτή γνωρίζουμε μόνο ένα (ασθενές) ομοίωμα που παράγεται από την ακτίνα Roentgen. Η εικόνα αυτή όμως είναι το Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα άγνωστης συνάρτησης πάνω στην εσωτερική εικόνα. Πως ανακτούμε λοιπόν από το Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα  την άγνωστη συνάρτηση; Ο μαθηματικός Johann Radon επεξεργάστηκε μαθηματικά το πρόβλημα το 1917. Η ηλεκτρονική τομογραφία δεν είναι τίποτα άλλο από την αντιστροφή του μετασχηματισμού Radon.

Μαγνητική Τομογραφία:
τεράστιοι μαγνήτες δακτυλιοειδώς διατεταγμένοι γύρω από το ανθρώπινο σώμα παράγουν ισχυρό μαγνητικό πεδίο, το οποίο ευθυγραμμίζει τους άξονες των ατόμων Υδρογόνου στο ανθρώπινο σώμα, μετριέται η ένταση των προκαλούμενων παλμών και έτσι παράγεται μια εικόνα του εσωτερικού του σώματος. Τα μαγνητικά πεδία έπρεπε να υπολογιστούν με Ελλειπτικά Ολοκληρώματα, για τον  δε υπολογισμό αυτών  ήσαν απαραίτητοι πολύ «γρήγοροι» αλγόριθμοι με σκοπό την ταχύτατη αντίδραση στα δεδομένα, για βραχυχρόνια έκθεση σε ακτινοβολίες. Την απάντηση έδωσε ο μαθηματικός Jacobi,  δηλαδή πριν από 60 χρόνια τα Μαθηματικά είχαν δώσει τα κατάλληλα εργαλεία για την Μαγνητική Τομογραφία.

Στην  σημερινή τεχνολογικά προηγμένη αλλά και άκρως ανταγωνιστική κοινωνία, η γνώση των βάσεων της σύγχρονης Μαθηματικής Επιστήμης, είναι απαραίτητη για έναν πολίτη, ώστε να μπορεί να κατανοεί ότι συμβαίνει γύρω του και να συμμετέχει στις εξελίξεις.