Кружок "Естественная математика"
A Natural Math workshop

Ведет Мария Дружкова
Created by Maria Droujkova

Ваш е-майл/Your e-mail
Вопросы и комметарии/Questions or comments:

 

Кружок
Workshop
6, 20 и 27 декабря 2003 года, совместно с группой "Знайка".
December 2003, 6th and 30th, in collaboration with "Znaika".
Темы
Topics
Функции. Уравнения. Симметрия. Бесконечность. Символы.
Functions. Equations. Symmetry. Infinity. Symbols
Игры
Games
Функции-машины; найти неизвестное; маски; отель "Бесконечность"; коллекции символов.
Function machines; find an unknown; masks; hotel "Infinity"; symbol collections.

 

 

Функции и уравнения.

6 декабря. С детьми 3-5 лет чрезвычайно важно пройти все стадии изучения понятия, от "проживания" его в движениях своего тела, через действия с предметами, к рисункам и далее абстрактным символам. А у детей постарше (6 лет и далее), как правило, уже накоплено достаточно опыта для того, чтобы первые стадии проходили быстро или даже описывались устно. Таким образом с этой группой детей мы быстро просмотрели-проиграли работу с уравнением с предметами, описанную подробно в страничке младшей группы, и перешли к записыванию функций и уравнений в символьном виде. Уравнения мы решали со счетным материалом, с простыми числами вроде 8-X=3 Примером функции была Y=2*X, довольно сложная, как выяснилось, для многих участников кружка.

Большой интерес для этой группы детей представили алгебраические идеи символов и стилей. Например, мы долго работали над подбором символа для "общей концентрации на математике" на случай, если всей группе нужно собраться и работать вместе. Символы были предложены и визуальные (поднятая рука), и звуковые, даже драматические - от имитации звука сирены до сказанного противным голосом "Быстро всем слушать!" Еще один интересный разговор возник в области стилей и языков; дети в группе знают по несколько языков и тема для них очень актуальна. Разные языки хорошо использовать для работы с умножением, когда первый множитель называется на одном языке, а второй на другом, чтоб подчеркнуть их разные роли в моделях.

Также много интересных метафор обнаружилось в области "клоунады" - изменения поведения в шутливую, пародийную сторону. Например, Даня придумал клоунский "счет предметов по одному": "Один, семнадцать, двадцать пять, тридцать один..." Дети предложили на будущее математический юмор и клоунаду как отдельную тему занятий, и я с радостью их в этом поддержала. В законах клоунады, пародии, юмора много метафорически-общего с алгебраическими и логическими темами. См. например вот эти странички (на английском) о математическом юморе.

Например, нам очень пригодился такой вот анекдот:
Идет по лесу Красная Шапочка и встречает Серого Волка. Они здороваются:
-Привет, Зеленая Шапочка!
-Привет, Серый Дальтоник!

Некоторые дети переходили к клоунаде среди решения серьезных задач, например, нахождения функций. Обычно это происходит от усталости, а иногда от желания изменить тему или поэкспериментировать. Чтобы вежливо останавливать друг друга в таких случаях, не нарушая дружеской атмосферы, например, перейти с "клоунского" счета на обычный - участники несколько раз цитировали: "Привет, серый дальтоник!" Особенно такие инструменты важны для ведущего взрослого; не-шутливое вмешательство иногда черезчур сильно, слишком авторитарно изменяет течение занятия, подавляя остальных участников.

Functions and equations

December 6th. With children from three to five, it is quite important to go through all stages of learning a notion, from "living through it" in your own movements, through object manipulations, to drawings and abstract symbols. Children six and over, as a rule, already have enough experience to go through the first stages quickly, or even to refer to them in words only. With this group of children we quickly worked and talked through object stage described in the younger group's pages, and moved to symbolic work. We used counters to solve equations such as 8-X=3. As an example of a function, we had Y=2*X, which proved not so easy for many of the participants.

This group is very interested in the algebraic ideas of symbols and styles. For example, we worked for a while on searching for a suitable symbol for "everybody concentrating together" - for those times when the group has to work as a whole. Children offered visual symbols such as raised hand, and sound symbols that were sometimes full of drama - from police siren imitation to "Everybody listen, now!" said in an ugly tone. Another interesting conversation occured on the topic of styles and languages; all children in the group know several languages and thus are interested in the topic. Different languages come handy in working with multiplication. One language can be used for the first multiplicand and another language for the second multiplicand, underlying their different roles in the models.

Many interesting metaphors were found in the area of "clowning" i.e. using joking, parody styles. For example, Danya introduced "clowning counting by one": "One, seventeen, twenty-five, thirty-one.." Children offered mathematical humor and clowning as a separate topic of studies, and I gladly supported them. In laws of clowning, humor, and parody there are many themes metaphorically close to ideas from algebra and logic. See, for example, these mathematical jokes pages.

20 декабря. Участники так сконцентрировались на масках и симметрии (см. ниже), что на запланированную клоунаду осталось совсем мало времени. С нее и начнем в следующий раз. А на этом занятии мы поработали всего с одной "клоунской функцией", которая на любой ввод выдавала 10. Вырожденные случаи в математике метафорически соответствуют смешному в жизни! Так что функция участников кружка повеселила. Барак предложил для функции переменную формулу, зависящую от ввода. Например, если ввод 2, то функция прибавляет 8; а если ввод 1000, то функция вычитает 990. Тема символьной записи такой переменной формулы может привести и к алгоритмам, и к формализации алгебраических идей.

Математический анекдот дня (рассказанный после того, как я обсчиталась):
Люди делятся на три группы: тех, кто умеет считать, и тех, кто не умеет считать.

December 20th. Participants concentrated on masks and symmetry so much that very little time was left for the planned clowning. We will start with it the next time. We worked with one "clowning function" which gave the output of 10 for every input. Extreme cases in mathematics metaphorically correspond to humor in life! So, the function made workshop participants laugh. Barak offered a variable formula for the function, depending on the input. For example, for the input of 2 the function would add 8, and for the input of 1000 the function would subtract 990. The topic of describing such a function symbolically can lead to discussions of algorithms, and to formalization of several algebraic ideas.

Mathematical joke of the day (told after I've made a counting mistake):
People can be divided into three kinds: those who can count and those who can't.

27 декабря. Работа с символами (см. ниже) помогла естественным образом перейти к символической записи функций формулами, например:

f(x)=x+2

f(x)=x*2

Вопрос о том, как символами записать клоунскую функцию с прошлого раза, остался открытым. Участники также пробовали подставлять в функции бесконечность, что привело к обсуждению этой темы (см. ниже).

December 27th. Working with symbols (see below) naturally helped children to move toward symbolic recording of functions in formulas, for example:

f(x)=x+2

f(x)=x*2

The question about symbolic expression of the clowning function from the previous meeting was left open. Participants also tried to give infinite input, which led to a discussion of the topic of infinity (see below).

Игра с угадыванием функций-машин (Java)A Java game about guessing function machines.

Понятия <и метафоры>:

  • 6 декабря. Уравнения, функции, переменные, символы, стили <машины-функции, прятки, языки, клоунада>
  • 20 декабря. Вырожденные случаи <юмор>.
  • 27 декабря. Формулы <символы; это "цепная метафора" - когда одно математическое понятие является основой метафорического построения другого. Во всех остальных метафорах основы пока были вне-математические>.

Ideas <and metaphors>:

  • December 6th. Equations, functions, variables, symbols, styles <function machines, hide-and-seek, languages, clowning>
  • December 20th. Extreme (degenerate) cases <humor>
  • December 27th. Formula <symbols; this is a "linking metaphor" where one mathematical notion is the base of building another mathematical notion. In all other metaphors the bases were not mathematical>

Далее на тему:

  • Разные виды уравнений, композиция функций, обратные функции, итерации, математический юмор, языковые инструменты в математике

In the future:

  • Different kinds of equations, composition of functions, inverse functions, iterations, mathematical humor, language tools in mathematics

 

За окном - что-то интересное! Время перерыва.

12/27 Something interesting in the window! Time for a break.

 

Символические шляпы (см. ниже) и работа над функциями.

12/27 Symbolic hats (see below) and working with functions.

 

Концентрируемся...

12/6 We concentrate...

 

Динамическая, очень активная группа: работа над функциями

12/6 Dynamic, very active group is working on functions.

 

 

 

Симметрия.

6 декабря Участники рисовали на кружке симметричные картинки и с помощью зеркал проверяли, получилось ли задуманное. Симметрия может служить основой для изучения множества тем, от умножения до фракталов, от позиционных систем счисления до геометрических доказательств. Интересно, что дети спонтанно привлекли в работу метафоры, связанные с собственным телом, а именно придумали делать симметричные маски - что использует естественную для человека идею о симметричности его собственного лица. Работа с масками, видимо, принадлежит к разряду особых, важных в психологическом плане игр, таких, например, как построение малышами "домиков". Другие примеры симметрии, использованные детьми - замки, снежинки, и абстрактные фигуры.

Участники кружка быстро перешли от фигур с одной осью симметрии к фигурам с несколькими осями симметрии. Легко сделать две оси симметрии; а вот творческая задачка - создать фигуру с тремя осями симметрии. Миша предложил пример с бесконечным числом осей симметрии (круг), а Жене удалось найти пример с ровно тремя осями симметрии (треугольник).

Symmetry
December 6th. Workshop participants drew symmetric pictures and checked their designs using mirrors. Symmetry can be used as a basis for studying many topics, from multiplication to fractals, from positional number systems to geometric proofs. It is interesting to note that children invoked metaphors connected with their own bodies. Namely, they decided to make symmetric masks which use the natural idea of symmetry of the human face. Work with masks seems to belong to the class of special, psychologically important games, such that young kids building "little houses." Other examples of symmetry included castles, snowflakes, and abstract figures.

Workshop participants quickly moved from objects with one line of symmetry to objects with several lines of symmetry. It is relatively easy to draw a picture with two symmetry axis; the problem to make one with three lines of symmetry is more creative. Misha made an example with infinitely many lines of symmetry (a circle), while Zhenya found an example with exactly three (a triangle).

Как вырезать снежинку с тремя осями симметрии

How to make a snowflake with three axis of symmetry

20 декабря. Кружок начался с работы над масками. Участники мгновенно сконцентрировались, с головой уйдя в работу. Соответствие фигуры своему лицу и телу, видимо, одна из базовых метафор для изучения симметрии. Поразило внимание детей к деталям масок, а также к самой идее симметрии, и в работе и в разговорах. Арон, например, много экспериментировал с размером прореза для глаз.

Некоторые рисовали симметричные маски от руки (что предполагает более отработанную в уме идею симметрии) и потом вырезали. Другие использовали процесс, автоматически гарантирующий симметрию: складывали лист пополам и вырезали отверстия в уже сложенном. Эти подходы в чем-то противоположны друг другу. При первом методе человек сначала представляет (уже симметричную) фигуру и потом рисует ее, то есть образ идет из сознания в рисунок. При втором методе человек изображает половину фигуры, а вторая (симметричная) половина получается "автоматически", то есть образ идет из действия в сознание. Оба подхода имеют свою ценность. В будущем, мы попробуем синтез: рисование двух половинок симметричной фигуры одновременно двумя руками. Обычно эта игра многое значит для детей; она также используется для интеграции левополушарных и правополушарных действий.

Я принесла на занятие рисунки реальных и фантастических существ с другим типом симметрии, чем у человека. Среди них морские звезды, инопланетяне с несколькими линиями симметрии, а также двуликий Янус - у него две плоскости симметрии, а работать с ним приходится в трехмерном пространстве. Таким образом, мы работали с той же базовой метафорой "симметричного тела" - только теперь уже не только человеческого. Мила и Даня создали несколько "инопланетных масок" с двумя линиями симметрии (складывая лист вчетверо), а Женя нарисовал портрет инопланетянина, которому подошла бы такая маска.

Экспериментируя со складыванием листа, участники столкнулись с явлением тесселяции, то есть повторения одного и того же дизайна, покрывающего собой плоскость. Знаменитый художник Эшер часто использовал тесселяции в своем творчестве. Бесплатно можно сгрузить отличную программу, позволяющую работать с тесселяциями:

Программа тесселяций "Тесс"

По всей видимости, на тех же механизмах "высокой значимости своего лица" основан интерес к игре, которой мы сейчас занимаемся с более младшей группой детей. Там дети исследуют количество дырочек-"глаз" в сложенном вдвое силуэте "головонога"-Зумбини, персонажа одноименной компьютерной игры.

Участники кружка обнаружили еще один пример симметрии и асимметрии - выпавшие молочные зубы! Дети попросили меня сфотографировать их рты с зубами, которые у некоторых выпали симметрично, по одному с каждой стороны, а у других - нет. У одной участницы еще ничего не выпадало, так что (симметричный) рот остался закрытым.

December 20th. We started from working with masks. Participants instantly got into it, deeply concentrating on the activity. The correspondence of a shape to your own face and body seems to be one of grounding metaphors for learning symmetry. It amazed me how deep was children's attention to details of masks, and to the idea of symmetry, both in actions and in conversations. For example, Aron experimented a lot with the size of the opening for the eyes.

Some people drew symmetrical masks by hand and then cut them out, which requires a more developed mental picture of symmetry. Others used a process wich automatically produces symmetric pictures: cutting out shapes from a folded paper. These two approaches are in some aspects opposite. Using the first method, one first imagines an already symmetrical shape, and then draws it; the image is transfered from the mind to the drawing. Using the second method, one creates half the shape, and the second (symmetrical) half is produced automatically. That is, the image is first appears in the actions, and then is registered by the mind. Both approaches are valuable. In the future, we will try a synthetic approach: drawing two halves of a symmetric picture with both hands simultaneously. Children usually enjoy this meaningful game, which is also used in occupational therapy for integrating left-brain and right-brain activity.

I brought pictures of real and fantastic animals with the type of symmetry different from human. Pictures included starfish, space aliens with several lines of symmetry, and also two-faced Janus, who has two planes of symmetry and requires 3D approaches. Thus we worked with the same grounding metaphor of "symmetric bodies" - this time, the bodies were not only human. Danya and Mila and Danya created several "alien" masks with two symmetry axis (by folding paper in four), and Jenya drew the portrait of a space alien for whom such a mask would fit.

Experimenting with paper folding, workshop participants encountered tesselations, or repetitions of the same design that covers plane. Esher, a famous artist, often used tesselations in his pictures. Here is an excellent free program for investigating tesselations:

A tesselation computer program "Tess"

It seems that these same mechanisms of high importance of one's own face motivate high interest to the game we now explore with the younger group in the workshop. There children investigate the number of "eye" holes in a folded shape of Zoombini, a head-on-legs character from a computer game by the same name.

Workshop participants found one more example of symmetry and asymmetry: lost baby teeth! Children asked me to take pictures of their mouths, where some teeth fell out symmetrically and some asymmetrically. One participant did not have any missing teeth yet, so she kept her (symmetric) mouth closed.

12/27 Вопрос симметрии всплывал в основном в контексте других тем - обсуждения символов, например. В продолжение прошлых обсуждений, посмотрели книжку про инопланетян и поговорили об их симметрии. Интересно, что большинство придуманных инопланетян имеют тот же тип симметрии, что люди - они созданы художниками "по своему образу и подобию". 12/27 The question of symmetry appeared mostly in other topics, for example, symbols. Continuing previous discussions, we looked at a book about space aliens, and talked about their symmetry. It is interesting to note that most of the aliens have the same symmetry type as humans, since they are created by the artists "in their own image."

Понятия:

  • Симметрия, оси симметрии, умножение

Ideas:

  • Symmetry, symmetry axis, multiplication
Разные образы "телесной симметрии"

Various images of body symmetry

Далее на тему:

  • Калейдоскопы и тесселяции, типы симметрий, теория групп

In the future:

  • Kaleidoscopes and tesselations, types of symmetry, group theory

 

Обсуждение симметрии инопланетян.

12/27 Discussing space aliens and their symmetry.

 

Работа над масками...


12/20 Children working on their masks...

 

Интересно рассчитать маску так, чтоб сквозь нее были по-настоящему видны черты лица.

12/20 It is interesting to figure out how to make a mask showing facial features for real.

 

Карнавал симметрии!

12/20 The carnival of symmetry!

 

Выставки симметричного искусства


12/6 Symmetry art exhibits

 

Проверка симметрии зеркалом

12/6 Checking for symmetry with a mirror

 

Левая рука "работает зеркалом" для мысленной проверки симметрии.
На фото видно движение руки: кинестетическая метафора "поймана" на пленку!

12/6 The left hand plays the role of a mirror for mental checking of the line symmetry property.
The picture shows the hand's movement: a kinesthetic metaphor caught on film!

 

 

Символы.

Тема символов - одна из базовых в математике и в жизни в целом. Флаги, одежда, дорожные знаки, шрифты- вот всего несколько примеров символов. Обсуждать символы мы начали на примере разных шляп. Черная остроконечная - символ ведьмы; кепка - символ бейсбола; полосатая высокая - символ клоуна. Затем дети вспоминали и придумывали и рисовали разные символы, от своих инициалов до флагов, от скрещенных кинжалов до сердечек.

А потом мы играли в "пантомиму символов" - я доставала разную обувь, а дети изображали, что эта обувь для них символизирует. Интересно, что одни и те же предметы символизируют иногда разное. Эта идея пригодится, когда мы будем изучать разные математические символы и разные модели одного и того же действия, например, "ряды и колонки" и "симметрия" для одного и того же умножения.

Игра понравилась! И фотографии получились интересными. С детьми можно так же анализировать и одежду прохожих на улице, например. Футболка, шорты, рюкзак с книгами - студент. Воскресная шляпа или кипа, военные и школьные и скаутские формы...

После такой работы с символами дети были готовы обсуждать символическую запись функций и уравнений...

Symbols

The topic of symbols is one of the bases of mathematics and human cultures in general. Flags, clothes, road signs, fonts are just some of the examples. We started to discuss symbols using different hats. Black pointed hat is a symbols of a witch; a baseball hat is a symbol of doing sports; a top hat with multi-colored stripes is a symbol of clowning. Afterwards, children worked on recalling and making up their own symbols, from their own initials to flags, from crossed swords to hearts.

Then we played "symbol pantomime" when I showed different kinds of shoes and children mimed their interpretation of what each shoe symbolized. it is interesting to observe that the same object may symbolize different things to different people. This idea will come in handy when we will discuss different mathematical symbols and different models, such as "arrays" or "symmetry" for the same multiplication.

The game proved popular, and the photographs turned out nice. One can do the same activity with children, analyzing clothes of people on the street. A t-shirt and shorts and a backpack with books means "student" :-)

After this work with symbols children were more ready to discuss symbolic expression of functions and equations...

Узнаете, что символизируют эти шрифты?
Do you recognize what do these fonts symbolize?

Понятия <и метафоры>:

  • Символы <стили, применения предметов>

Ideas <and metaphors>:

  • Symbols <styles, use of objects>

Далее на тему:

  • Различные математические символы, модели и символы, разные виды символов

In the future:

  • Different mathematical symbols, models and symbols, different kinds of symbols

 

Выставка коллекций символов

12/27 An exhibit of symbol collections

 

Какое движение символизирует балетная туфелька?

12/27 What movement does the ballet slipper symbolize?

 

А кроссовок? Символ единоборств или спортивной хотьбы?

12/27 What about a sneaker? Is it a symbol of martial arts, or maybe walking?

 

Вьетнамок - символ пляжа

12/27 A beach shoe...

 

Танцы, об'ятия - романтика

12/27 Dances, hugs - so romantic

 

Пушистый тапок - символ дома. А как показать в движениях дом?

12/27 A fluffy slipper is a symbol of home. But how do you show "home" in movement?

 

 

 

Бесконечность.

Разговор о бесконечности зашел в контексте функций, когда дети стали подставлять в функции бесконечность. Я рассказала им "историю с вопросами" Кантора про модель счетной бесконечности в виде фантастического отеля с бесконечным числом комнат.

В начале все комнаты заняты, и к отелю приходит еще один посетитель. Что делать хозяину? Дети с удовольствием придумывали гипотезы. Хозяин в итоге об'явил в микрофон, чтоб все жильцы сдвинулись на одну комнату выше. Таким образом, первая комната освободилась, но все равно у каждого жильца было по комнате! Бесконечность плюс один равно бесконечность. Команду можно записать в терминах функции как

f(x)=x+1

Аналогично решались задачи с другим числом посетителей. А вот когда такой же "Отель Бесконечность" закрылся в соседней галактике, и посетителей добавилось бесконечно много - задачка осталась на следующее занятие.

Infitnity

The conversation about infinity started in the context of functions, when children used infinity as an input. I told "a story with questions" by Cantor about a model of infinity as a hotel with infinitely many rooms.

At the beginning, all rooms are full, but one more customer arrives. What is the owner to do? Children had fun making up possible scenarios. In the end, the owner made an announcement for every tenant to move one room up. Thus the first room got empty, but still every tenant had a room! Infinity plus one equals infinity. In terms of functions, this direction can be recorded as:

f(x)=x+1

In the same way children solved problems with other finite numbers of visitors. But when another Hotel Infinity went out of business in the next galaxy, and there were infinitely many visitors by the door - the problem was left till the next meeting.

Понятия <и метафоры>:

  • Счетная бесконченость <отель, где номера комнат продолжаются и продолжаются>
  • Бесконечность плюс конечные числа <передвижение жильцов в отеле - число комнат остается тем же>

Ideas <and metaphors>:

  • Countable infinity <hotel with room numbers going on and on>
  • Adding a number to infinity <moving tenants - the "number" of rooms stays the same>

Далее на тему:

  • Другие операции с бесконечностью: умножение на число, сумма двух бесконечностей, сумма счетного числа бесконечностей

In the future:

  • Other operations with infinity: multiplication by a number, the sum of a finite number of infinities, the sum of a countable number of infinities