1.1 Происхождение аксиоматического метода

С самого зарождения математической науки как самостоятельной отрасли знания и на протяжении более чем двух тысячелетий математики занимались поиском истины и добились на этом пути выдающихся успехов. Необозримое множество теорем о числах и фигурах, казалось, служили неисчерпаемым источником абсолютного знания, которое никогда и никем не может быть поколеблено.[14], [28]

Математические понятия широко использовались за пределами самой математики, они казались непреложными, как и принципы самой математики.

Древние греки (со времён открытия Пифагором математической природы музыкальной гармонии) считали, что вселенная существует на математических принципах. «Математика внутри присуща природе; закон и порядок существует в природе и математика -- ключ к пониманию этого порядка» [14 с. 40]. Исходя из такого понимания, пифагорейцы сумели описать математическими законами (законами отношения величин и чисел) некоторые природные явления, такие, как движение планет и звёзд. Последнее стало возможным благодаря предположению, что планеты, двигаясь в пространстве, издают звуки.

Способ работы математиков, состоящий в выводе новых содержательных утверждений, применимых к разным объектам действительности, из нескольких представляющихся очевидными принципов был впоследствии оформлен в дедуктивный, или аксиоматический, метод. Природа дедуктивных выводов такова, что метод гарантирует истинность заключения, если только истинны исходные положения (аксиомы).

С помощью дедуктивного метода математики наглядно продемонстрировали возможности и силу человеческого разума в понимании и описании законов природы. Энтузиазм по поводу успехов математического метода в изучении природы в эпоху Просвещения привёл к тому, что логические требования и даже математические понятия и теоремы стали применяться ко многим областям человеческой деятельности.

«Созданные в начале 19 века необычные геометрии и столь же не обычные алгебры вынудили математиков, крайне не охотно, осознать, что и сама математика и математические законы в других науках не есть абсолютные истины» [14 с.32]. Так, К.-Ф. Гаусс поставил под сомнение то, что аксиомы евклидовой геометрии описывают физические свойства реального пространства, и поставил вопрос о том, как можно определить, какова его реальная геометрия. Было обнаружено, что в пределах точности измерений невозможно определить, какая из геометрий соответствует реальности.

Но эти геометрии противоречили одна другой, что, по представлениям того времени, означало, все они не могли быть одновременно истинными.

В то же время было обнаружено (Коши), что в математических доказательствах именно там, где математик не может опираться на интуитивно очевидные представления и, казалось бы, единственной гарантией истинности является строгость рассуждений (как, например, в «исчислении бесконечно малых»), математики используют нечёткие понятия вместо определений и расплывчатые аналогии вместо доказательств.

Опасность получить неверный результат привела к тому, что требования к точности и основательности математических рассуждений в течение XIX века стали значительно строже.

Во-первых, от аксиом перестали требовать «интуитивной очевидности». Это требование было заменено логическими требованиями, о которых пойдёт речь в следующем параграфе.

Во-вторых, была поставлена задача преобразования «содержательной» математики, то есть системы накопленных моделей, рассуждений и методов решения задач, в дедуктивные системы -- преобразования, подобного тому, которое проделал Евклид с суммой геометрических знаний, накопленных древними греками.

Иначе говоря, «чистая» математика превратилась в совокупность теорий, истинных «внутри себя»; вопрос о применимости математики к реальным задачам, основаниях использования тех или иных математических методов вообще был вынесен за пределы математики.

По словам Д. Гильберта, характеризующим этот этап развития математики, «в евклидовой геометрии ничего не должно измениться, если мы заменим слова «прямая» и «точка» словами «стул» и «стол»».

В то же время математика была и остаётся содержательной наукой, «необычайно эффективной» (Г. Вейль) во многих областях практики -- почему, собственно, она была и остаётся одним из основных предметов преподавания как в средней, так и в высшей школе.

1.2 Особенности современного аксиоматического подхода

В настоящее время аксиоматический подход понимается как «способ построения научной теории, при котором в основу теории кладутся некоторые исходные положения, называемые аксиомами теории, а все остальные предложения получаются как логические следствия аксиом» [21 с 45].

Аксиоматический метод зародился в работах древнегреческих геометров. Блестящим образцом применения аксиоматического метода вплоть до 19 в. была геометрическая система известная под названием «Начала» Евклида (ок. 300 до н.э.). Во времена Евклида не вставал еще вопрос об описании логических средств, применяемых для извлечения содержательных следствий из аксиом, в системе Евклида уже достаточно четко проведена идея получения всего основного содержания геометрической теории только дедуктивным путем из некоторого относительно небольшого числа утверждений -- аксиом, истинность которых представлялась наглядно очевидной [21].

В работах Евклида пятая аксиома о параллельности прямых была сформулирована как теорема: предположим, что есть прямая и точка , не лежащая на этой прямой. Опустим перпендикуляр из точки А на прямую . Всякая прямая пересекающая этот перпендикуляр в точке под не прямым углом , пересекает прямую . Имея такую аксиому Евклид доказывает теорему, что если , то две прямые параллельны. Так как угол равный 90 единственный, то и прямая параллельная данной - одна.

После доказательства эквивалентности пятой аксиомы и теоремы о параллельности двух прямых, стали пользоваться формулировкой теоремы как аксиомой. Но, даже в такой формулировке математики не верили в незыблемость пятой аксиомы. Показав, что следствия, полученные из отрицания пятой аксиомы и всех теорем, выводимых на ее основе, не противоречивы, Лобачевский тем самым показал независимость пятой аксиомы.

Открытие в нач. 19 в. неевклидовой геометрии Н. И. Лобачевским и Я. Больяи явилось толчком к дальнейшему развитию аксиоматического метода. Они установили, что, заменив привычный, и, казалось бы, единственный «объективно истинный» V постулат Евклида о параллельных прямых, его отрицанием, можно развить чисто логическим путем геометрическую теорию, столь же стройную и богатую содержанием, как и геометрия Евклида. Этот факт заставил математиков 19 в. обратить особое внимание на дедуктивный способ построения математических теорий, что повлекло за собой возникновение связанной с самим понятием аксиоматического метода и формальной (аксиоматической) математической теории новой проблематики, на основе которой выросла теория доказательств как основной раздел современной математической логики.

Понимание необходимости обоснования математики и конкретные задачи в этой области зародились в более менее отчетливой форме уже в 19 веке. Уточнение основных понятий анализа и сведение более сложных (хотя и более очевидных интуитивно) понятий к простейшим логическим схемам, а также открытие неевклидовых геометрий, стимулировало оформление требований к любой системе аксиом.

Эти требования включают в себя полноту (возможность вывести из системы аксиом всё содержание теории), непротиворечивость (отсутствие в теории утверждений, выводимых из аксиом и противоречащих друг другу) и независимость (невозможность вывести какую-либо аксиому из других аксиом этой теории).

Первые результаты в этой области принес метод интерпретаций. Данный метод заключается в следующем: пусть каждому исходному понятию и отношению данной аксиоматической теории T поставлен в соответствие некоторый конкретный математический объект. Совокупность таких объектов называется полем интерпретации. Всякому утверждению теории T естественным образом ставиться в соответствие некоторое высказывание об элементах поля интерпретации, которое может быть истинным или ложным. Тогда говорят, что утверждение теории T составлено истинно или ложно в данной интерпретации. Поле интерпретации и его свойство обычно сами являются объектом рассмотрения какой - либо математической теории T, которая, также, может быть аксиоматической.

Слабая сторона метода интерпретаций состоит в то, что в вопросах непротиворечивости и независимости систем аксиом он дает возможность получить только результаты, носящие относительный характер. Важным достижением этого метода стало выявление особой роли арифметики как такой математической теории, к вопросу о непротиворечивости которой сводится аналогичный вопрос для целого ряда других теорий.

Дальнейшее развитие аксиоматический метод получил в работах Д. Гильберта и его школы. В рамках этого направления было выработано дальнейшее уточнение понятия аксиоматической теории, а именно понятие формальной системы. В результате этого уточнения оказалось возможным представить сами математические теории как точные математические объекты и строить их общую теорию, или метатеорию, таких теорий. При этом соблазнительной представлялась перспектива решить на этом пути главные вопросы обоснования математики. Всякая формальная система строится как точно очерченный класс выражений - формул, в котором некоторым точным образом выявляется подкласс формул, называемых теоремами данной формальной системы. При этом формулы формальной системы не несут в себе никакого содержательного смысла; их можно строить из произвольных знаков или элементарных символов, руководствуясь только соображениями технического удобства. На самом деле, способ построения формул и понятия теоремы, той или иной формальной системы, выбираются с таким расчетом, чтобы весь этот формальный аппарат можно было применить для возможно более адекватного и полного выражения той или иной конкретной математической (или не математической) теории. Всякую конкретную математическую теорию T перевести на язык подходящей формальной системы S таким образом, что каждое осмысленное (ложное или истинное) предложение теории T выражается некоторой формальной системы S [21]. Такой метод построения теории, Гильберт назвал методом формализации.

После этого открытия Гильберта естественно было надеяться, что метод формализации позволит строить все содержание математической теории на такой точной, и, казалось бы, надежной основе, как понятие выводимой формулы (теоремы формальной системы), а принципиальные вопросы типа проблемы непротиворечивости математической теории решать в форме доказательств соответствующих утверждений.

Однако исследование К. Геделя в начале 30-х гг. 20 в. привели к краху основных надежд. Гедель показал следующее:

1. всякая естественная непротиворечивая формализация S арифметики или любой другой математической теории, содержащей арифметику, не полна и непополнима;

2. если формализованная арифметика в действительности не противоречива, то, хотя утверждение о ее непротиворечивости выразимо на ее собственном языке, доказательство этого утверждения провести невозможно средствами, формализуемыми в ней самой. [21]

Это означает, что уже для арифметики принципиально не возможно исчерпать весь объем ее содержательно истинных суждений классом выводимых формул, какой - бы то ни было формальной системы и что нет никакой надежды получить доказательство непротиворечивости арифметики.

1.3 Аксиоматика евклидовой геометрии

Современная система аксиом Евклидовой геометрии состоит из пяти групп и опирается на шесть основных неопределяемых понятия: точки, прямые и плоскости и трех видов отношений выражаемых словами «принадлежит», «между» и «движение».

Введем аксиомы, предложенные в математической энциклопедии. [21 стр 215]

1. Аксиомы принадлежности: 1.через каждые две точки можно провести прямую и при том только одну. 12. На каждой прямой лежат по крайне мере две точки. Существует хотя бы три точки не лежащие на одной прямой. 13. через каждые три точки не лежащие на одной прямой можно провести плоскость и при том только одну. 14. На каждой плоскости существует по крайне мере три точки и существует хотя бы четыре точки, не лежащие на одной плоскости. 15. Если две точки данной прямой лежат на данной плоскости, то и сама прямая лежит на этой плоскости. 16. Если две плоскости имеют общую точку, то они имеют еще одну общую точку (и, следовательно, общую прямую).

2. Аксиомы порядка. 21. Если точка B лежит между A и C, то все точки лежат на одной прямой. 22. Для каждых точек A, B существует такая точка C, что B лежит между A и C. 32. Из трех точек прямой только одна лежит между двумя другими. 42. Если прямая l пересекает одну сторону треугольника, то она пересекает еще другую его сторону или проходит через вершину.

3. Аксиомы движения. 31 Движение ставит в соответствие точкам точки, прямым прямые, плоскостям плоскости, сохраняя принадлежность точек прямым и плоскостям. 32. Два последовательных движения дают опять движение, и для всякого движения есть обратное. 33. Если даны точки A, B и полуплоскости , , ограниченные продолженными полупрямыми a, b, которые исходят из точек A, B, то существует движение, и при том единственное, переводящее A, a, в B, b, .

4. группа содержит 2 аксиомы непрерывности 41 Аксиома Архимеда. Всякий отрезок AB можно перекрыть меньшим отрезком откладывая его на AB достаточное количество раз; откладывание отрезка осуществляется движением. 42 Аксиома Кантора. Если дана бесконечная последовательность вложенных отрезков AnBn, то существует, и при том единственная, точка c принадлежащая всем отрезкам AnBn.

5. группа содержит одну аксиому параллельности. Через данную точку вне данной прямой можно провести на плоскости не более одной прямой, не пересекающей данную, т.е. не более одной прямой параллельной данной ( в современная формулировка Ламперта).

С помощью основных понятий евклидовой геометрии определяются все другие ее понятия, Все предложения о свойствах геометрических фигур, не содержащиеся в аксиомах, должны быть выводимы только логически из этих аксиом. Система аксиом евклидовой геометрии обладает свойством полноты и непротиворечивости. Если в аксиоматике евклидовой геометрии заменить аксиому о параллельных на ее отрицание, то полученная новая система аксиом (система аксиом геометрии Лобачевского) тоже будет не противоречива. Получается, что аксиома о параллельных не зависит от остальных аксиом евклидовой геометрии.

В «Началах» Евклида содержится описание основных объектов как абстракций от реальных предметов окружающего мира. Однако объекты, удовлетворяющие системе аксиом евклидовой геометрии, допускают бесчисленное множество интерпретаций.

Например, в декартовой интерпретации на плоскости точкой называется любая пара действительных чисел и взятых в определенном порядке. Числа и называются координатами точки. Прямая - совокупность всех точек, координаты которых удовлетворяют линейному уравнению (уравнения прямой), точка принадлежит прямой, если она является одной из ее точек, т.е. ее координаты удовлетворяют уравнению прямой. При таком конкретном понимании точек и прямых и отношения между ними каждая из аксиом евклидовой геометрии представляет собой некоторое утверждение, относящееся к действительным числам, и имеет место в силу соответствующих предложений арифметики. Поэтому система аксиом евклидовой геометрии непротиворечива, если не противоречива система аксиом арифметики.

1.4 Два подхода к преподаванию математики и задача проектирования курса геометрии

Проблемы в самой математической науке неизбежно влекут за собой проблемы в преподавании математики. Пересмотр основ математики сильно отразился на преподовании геометрии, как на основе и историческом начале всей математики.

Остро встал вопрос: «Как преподавать математику и в частности геометрию?».

Ответ на этот вопрос на наш взгляд нужно искать, рассматривая цели преподавания математики вообще.

Нам удалось выделить два подхода преподавания математики:

1. формирование навыков использования основных теорем и решения типовых задач; ученик понимает поставленную задачу и может найти численное решение; имеет представления о основных теоремах и способах решения типовых задач. Академик Крылов называл такое содержание образования - «образованием инженеров».

2. теоретическое знание математических понятий. Таким понятием в системе развивающего обучения Д.Б. Эльконина - В.В. Давыдова является понятия числа, а процесс преподавание математики выстроен как процесс построение понятия числа.

Для реализации второго подхода необходим учебник, выстроенный в определенной логике, а не набор существующих инструментов.

Примером такой логики построения для старших классов может быть аксиоматический подход.

1.5 Реализация аксиоматического подхода у А.В. Погорелова

Возьмем за основу введенные в пункте 1.3. аксиомы евклидовой геометрии и сравним с ними аксиомы, вводимые А. В. Погореловым, обращая внимание на порядок их введения.

А. В. Погорелов начинает учебник со свойств принадлежности точек и прямых, аксиома 11 (хотя здесь А. В. Погорелов не называет это аксиомами, а называет свойствами принадлежности точек и прямых): какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой, и точки, не принадлежащие ей. [24, с. 4]

Видно, что первая аксиома у А. В. Погорелова это аксиома 14 сформулированная для плоскости. Подобное начальное уточнение аксиом с пространства на плоскость связанно с тем, что учебник разделен на два раздела: планиметрию и стереометрию. В стереометрии А. В. Погорелов доопределяет введенные раньше аксиомы.

Аксиома 12: Через любые две точки можно провести прямую и только одну. Эта аксиома эквивалентна аксиоме 11

Следующим шагом введения аксиом у А. В. Погорелова является введение основных свойств расположения точек на прямой и на плоскости.

21 Из трех точек на прямой одна и только одна лежит между двумя другими. Эта аксиома является аксиомой порядка 21 ;

22 Прямая разбивает плоскость на две полуплоскости;

31 Каждый отрезок имеет определенную длинны, большую нуля. Длинна отрезка равна сумме длин частей, на которые он разбивается любой его точкой;

32 Каждый угол имеет определенную градусную меру, большую нуля. Развернутый угол равен 180. Градусная мера угла, равна сумме градусных мер углов, на которые он разбивается любым лучом, проходящим между его сторонами. [24]

Свойства откладывания отрезков и углов

41 На любой полупрямой от ее начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один;

42. От любой полупрямой в заданную полуплоскость можно отложить угол с заданной градусной мерой, меньше 180, и только один;

43. Каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в заданном расположении относительно данной полу прямой. [24 с 10].

Свойство параллельных прямых.

5 Через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести на плоскости не более одной прямой, параллельной данной [24 c 13].

Свойства 32 и 42 не являются аксиомами, это технические правила вводящие, способ измерения углов.

Аксиомы о построении углов и отрезков являются следствиями аксиом движения.

Аксиомы стереометрии

С1 Какова бы не была плоскость, существуют точки, принадлежащие этой плоскости, и точки не принадлежащие ей;

C2 Если две различные плоскости имеют общую точку, то они пересекаются по прямой;

C3 Если две различные прямые имеют общую точку, то через них можно провести плоскость, и притом только одну [24 c 181].

Введя три аксиомы стереометрии, А. В. Погорелов предлагает уточнить аксиомы планиметрии для бесконечного числа плоскостей. При таком уточнении аксиомы принимают вид:

21 Прямая, принадлежащая плоскости, разбивает эту плоскость на две полуплоскости.

42. От полупрямой на содержащей ее плоскости в заданную полуплоскость можно отложить угол с заданной градусной мерой, меньшей , и только один.

43 каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в данной плоскости в заданном расположении относительно данной полупрямой в этой плоскости.

5 На плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести не боле одной прямой, параллельной данной.[24 с 181]

После введения аксиом планиметрии, называя их основными свойствами, А. В. Погорелов проясняет понятия теоремы и доказательства. «Правильность утверждения о свойстве той или иной геометрической фигуры устанавливается путем рассуждения. Это рассуждение называется доказательством. Предположение, выражающее свойство геометрической фигуры, которое доказывается, называется теоремой» [24, с. 13].

Предлагается разобрать эти понятия на примере теоремы: «если прямая, не проходящая ни через одну из вершин треугольника, пересекает одну из его сторон, то она пересекает только одну из двух других сторон» [24 с 14]. Только после доказательства теоремы автор говорит, что «утверждения, содержащиеся в формулировках основных свойств простейших фигур, не доказываются и называются аксиомами. Слово «аксиома» происходит от греческого слова аксиом и означает утверждение не вызывающее сомнений» [24 c 14].

В следующем абзаце вводятся «правила» аксиоматического метода. А. В. Погорелов пишет «при доказательстве теорем разрешается пользоваться основными свойствами простейших фигур, т.е. аксиомами, а также свойствами уже доказанными, т.е. доказанными теоремами. Никакими другими свойствами фигур, даже если они нам кажутся очевидными, пользоваться нельзя» [24, с. 15].

К концу первой главы введены все основные аксиомы Евклидовой геометрии, описаны все теоретические понятия, которые используются в геометрии, и приведены соответствующие примеры.

А. В. Погорелов не говорит и не дает представления о возможности разных интерпретаций свойств в разных теориях. Введя аксиомы таким способом, А. В. Погорелов сразу говорит о свойствах фигур. Аксиома, заданная как свойство, уже не может быть интерпретирована в другой теории, уже невозможно провести соответствие с реальным миром.

А. В. Погорелов не дает возможность интерпретации аксиом как свойств простейших фигур, в следствии чего возникает убеждение, что аксиомы прямо соответствуют свойствам.

После сравнения аксиом, введенных А. В. Погореловым, с аксиомами евклидовой геометрии рассмотрим несколько примеров введения понятий.

Предварительно стоит уточнить, что одним из основных правил составления А. В. Погореловым учебника, является правило использование уже известных и доказанных ранее фактов. Листая учебник можно уточнить это правило. «Используемые понятия должны быть введены «недавно, рядом», лучше, если в этой же главе.

Рассмотрим примеры введения понятий в учебнике А. В. Погорелова с точки зрения аксиоматического подхода и нашего уточнения.

1. Параграф 4 главы 1 «Планиметрия» называется «Сумма углов треугольника». Первое, что мы видим в этой главе «признаки параллельности прямых». У школьников и у студентов, критикующих учебник часто возникает вопрос: «Причем здесь признаки параллельности прямых?».

В поисках ответа на этот вопрос листаем дальше. Следующий пункт этой главы «Сумма углов треугольника». Вот и ответ.

Для доказательства теоремы о том, что сумма углов треугольника равна 180, нужны знания о параллельных прямых и сумме внутренних накрест лежащих углов, которые вводятся в пункте «признаки параллельности прямых».

А. В. Погорелов решил проблему «недостающих знаний», введя их непосредственно перед необходимостью использовать.

Разобрав структуры с точки зрения аксиоматического подхода становиться заметной необходимость такого строения. Ученик не может восстановить замыслы автора, поэтому для него подобные вставки остаются безосновательными. На наш взгляд, такое построение учебника приводит к тому, что у ученика к концу школы складывается четкое непонимание геометрии.

2. Такое же построение учебного материала отмечено и в параграфе 5 этой же 1 главы. Параграф называется «Геометрическое построение». В пунктах 26 -33 действительно производиться построение, а вот пункт 24 (опять же первый в параграфе) «Окружность» (приложение 1).

Какое отношение имеет понятие окружность к параграфу про построение? Самое прямое. Все построения, так или иначе, связаны с понятием окружности, а оно еще не было введено, следовательно, с точки зрения из аксиоматического подхода, пользоваться им нельзя. Конечно нельзя, но ввести то можно. Теперь, когда введено понятие окружности, объяснения построений становиться возможным.

3. Параграф 7 «Теорема Пифагора». Первый пункт параграфа «Косинус угла» (приложение 1). Это понятие введено в связи с иго использованием в доказательстве теоремы Пифагора.

Через два пункта в этом же параграфе идет пункт «Как пользоваться таблицами синусов, косинусов и тангенсов», затем «Основные тригонометрические тождества», «Значение синусов, косинусов и тангенсов некоторых углов», «Изменение при возрастании угла ». Можно было вынести в отдельную главу все тригонометрию, и лишь потом сделать главу «Теорема Пифагора», тогда бы не пришлось такой важный материал вводить как дополнение к другому.

Следующий подобный пример встречается уже в 10 параграфе «Векторы на плоскости». Первым пунктом этого параграфа является пункт «Параллельный перенос и его свойства» при чем здесь векторы не понятно. Листая дальше эту главу понятно, что без этого понятия невозможно ввести операции над векторами. Таким образом происходит искусственное доворачивание теории учебника, до аксиоматического метода. Искусственное потому, что вводимая теория не отвечает ни на какой вопрос, а наоборот делает так, что бы вопросов ни возникало.

5. §12 «Многоугольники». Название подразумевает введение понятия многоугольника и операции с ним. На деле первые пункт параграфа «Ломаная», понятия которой нам понадобиться для введения понятия многоугольник.

Последние два пункта этого параграфа «Длина окружности» и «Центральный угол и дуга окружности». Студент еще может восстановить логику введения материала, а для школьника она остается скрытой и, как видно из студенческих работ, не принимаемой.

6. Подобное введение теории встречается также в §16 «Перпендикулярность прямых и плоскостей» в последний пункт «Расстояние между скрещивающимися прямыми»

Приведенные примеры иллюстрируют реализацию аксиоматического метода у А. В. Погорелова.

ГЛАВА 2. Критика учебника А. В. Погорелова

В обыденном представлении критика - обсуждение, разбор чего-нибудь с целью оценить, выявить недостатки; отрицательное суждение о чем - ни будь, указание на недостатки. Мы же исходим из культурного представления, введенного И. Кантом. Критика какого-либо содержания - это выявление его границ, которое происходит за счет того, что анализируются все возможные следствия из данного содержания.

Обсуждение учебников, оценка их качества и возможности работ с ними учителя и ученика - одно из важных направлений в методической работе. Учебник А. В. Погорелова, как один из наиболее массовых, является и одним из самых обсуждаемых методистами и педагогами. Знакомясь с работами методистов, учителей, преподающих по учебнику А. В. Погорелова, и критическими работами студентов, мы можем выделить несколько различных оснований используемых для обсуждения и анализа.

Одним из главных оснований анализа, у нас первым, является полнота и точность реализации аксиоматического подхода. Суть этого подхода изложена в первой главе данной работы. С этой точки зрения прежде всего рассматривается логика изложения материала в учебнике.

Следующим, вторым, основанием анализа можно считать «полноту» вводимой теории. Говоря о полноте, мы в большей степени будем говорить о «месте» введения того или иного понятия на страницах учебника геометрии.

Одной из специфик написания учебника является, введение новых фактов через уже известные школьнику понятия, теоремы. Поэтому одним из основных высказываний критики являются высказывание по типу «определение через неизвестное», или «доказательство неизвестным методом». Именно специфику, которую студенты выделяют такими высказываниями мы назвали «полнотой вводимой теории».

Так, например, студенты отмечают несколько определений, где новое понятие вводится через другое, но тоже еще не известное школьникам. Кроме того речь пойдет о необходимости привидения некоторых теорем в курсе школьной геометрии вообще, или введение понятия именно в этой главе, разделе, классе. По этому основанию мы чаще будем ссылаться на работы студентов вынесенные в приложении.

Третье основание - адекватность возрасту. Здесь в большей мере речь пойдет о двух аспектах

1. адекватное возрасту содержание. Этот критерий возник из предположения, что само содержание может быть не адекватно возрасту.

2. адекватное возрасту оформление текста учебника. В этом пункте мы будем рассматривать оформление учебника, исходя из представления об учебнике, как о помощнике школьника. Красочное оформление учебника помогает ученику лучше понять и запомнить новый материал.

Формы высказываний и объяснений, приводимых в учебнике, рассматриваются в привязке к возрасту читателя. Очевидно, что учебник должен быть написан с учетом возрастных особенностей. Конечно, это основание имеет место, только если мы говорим о школьном учебнике. Предполагая при этом, что целью учебника является не просто изложение материала, а такое изложение, при котором школьнику проще, а иногда и вообще возможно, понять и запомнить новое знание.

Четвертым основанием можно выделить адекватность материала культурным задачам преподавания. Если считать, что целью преподавания культурной дисциплины является формирование представления о ней как о системе, что предполагает формирование умений логически и обоснованно рассуждать, то и сам способ преподавания должен быть системным: исходить из истории, как это предлагает А. И. Щетников, или из проблемных ситуаций как А.М. Аронов.

2.2 Критика реализации аксиоматического подхода у А.В. Погорелова

2.2.1 Реализация аксиоматического подхода

Рассмотрим логику построения учебного курса. Можно говорить о цикличности построения учебника. Содержательный материал начинается с более легкого для понимания, прямых, точек, углов на плоскости, и переходит на «составные» понятия в пространстве, понятия, которые опираются на уже известное школьнику. Первым циклом, выделенным у А. В. Погорелова, является планиметрия. Второй раздел, стереометрия, можно назвать вторым циклом, в котором происходит усложнения материала за счет добавления еще одной координаты.

Покажем теперь, насколько не адекватно лобовое следование аксиоматическому подходу в учебном тексте. В частности, методист И. Е. Феоктистов обсуждает проблему введения аксиоматического метода, говоря, что «Для учащихся аксиоматический метод выступает как форма предъявления учебного требования: доказывать все предложения, опираясь на аксиомы и ранее доказанные теоремы» [27]. Методическое значение такого требования состоит в формировании у учащихся психологической установки доказывать все, в том числе и наглядно очевидные факты. И. Е. Феоктистов, восстанавливая замысел А. В. Погорелова, допускает, что это могло быть сделано из предположения, что такая установка ведет к развитию у учащихся устойчивого познавательного интереса.

На практике же виден обратный процесс: «требование доказывать очевидное приводит к быстрому снижению интереса к предмету, к возникновению и закреплению в сознании учащихся неверного представления о геометрии как об очень занудной школьной дисциплине» [27 с 49].

Ощущение того, что геометрия занимается чем-то противоестественным, существенно влияет на учебную установку школьника. Примером такой не естественной ситуации может служить фраза ученика 6 класса, ставшая ответом на вопрос родителей «Чем занимались на уроке геометрии?» школьник ответил: «Учительница нарисовала на доске два одинаковых треугольника, и зачем - то целый урок доказывала, что они равны». Этот пример показывает, что школьник не способен понять суть доказательства и перенести его как способ на другой пример, он, в своих решениях, следует показанной ему форме.

Можно выделить также проблему не последовательности изложения материала. Эту проблему описывают прежде всего студенты, которые критикуя учебник относятся к нему еще не с точки зрения специалистов, а с точки зрения школьников. При этом последовательным они считают такое изложение материала, когда под названием параграфа, например «Многоугольник», пишется все про многоугольник.

Например, Н. В. Чагина в своей работе пишет «В пятом и шестом пунктах (первой главы) рассматриваются полуплоскости и полупрямая. Ранее рассматривается угол, откладывания отрезков и углов. Затем автор переходит к треугольникам, еще не рассмотрев смежные и вертикальные углы, к которым он обращается только в следующем параграфе». Интуитивно чувствуя разрыв, Н. В. Чагина называет это непоследовательностью изложения материала, «что может привести к затрудненному восприятию материала». [приложение 8]

Студентам 4 курса удается выделить несколько спорных мест в предложенном математическом материале.

К. А. Баженова в своей работе рассматривает определение угла приводимого А. В. Погореловым, выделяя в нем ограничения.

А. В. Погорелов вводит определение угла как «геометрической фигуры, состоящей из точки (вершины) и двух исходящих из нее лучей (сторон угла)». При таком определении делая несложные логические операции получаем, что «в треугольнике нет углов… Или здесь угол имеет другое определение, о котором «забыл» упомянуть автор. Или стороны углов могут быть отрезки?» [приложение 4]

Кроме того в учебнике А. В. Погорелова отсутствуют некоторые теоретические положения которые так или иначе «всплывают» в процессе преподавания. Многие учителя включают в свои уроки, формально проводимые по учебнику А. В. Погорелова, пропущенные автором теоретические положения, например: понятие о вневписанных окружностях, теоремы о величине угла между хордами окружности и между двумя секущими окружности, теоремы о пропорциональности отрезков секущих, отрезков секущих и касательной к окружности, теорему тангенсов, теорему об угле между высотами параллелограмма, проведенными из одной вершины, и многое другое. [27 стр 8].

2.2.2 «Полнота» вводимой теории

Одним из основных объектов для критики у четвертого курса стал тот факт, что понятие геометрии вводится через понятие геометрической фигуры, которое не введено, и совсем даже не тривиально. А. В. Погорелов пишет на первой странице учебника «Геометрия - эта наука о свойствах геометрических фигур». При первом прочтении такое определение вызывает непонимание «как можно определять неизвестное через неизвестное?». Попробуем разобраться.

Определение можно будет считать корректным при условии, что читатель точно знает, что такое геометрическая фигура, но этого школьники не знают. А. В. Погорелов решает эту проблему показывая на примерах (на рисунках) различные геометрические фигуры (треугольник, квадрат, окружность). Можно спросить, на сколько введение основного понятия корректно через приведение примеров. Но вспомним, что сейчас речь идет о 7 классе, о детях возраста13-14 лет, кроме того, учебник А. В. Погорелова - эта традиционная школа, где с первого класса все новые понятия вводятся через примеры и затем уточняются и дополняются. За 6 лет учебы им вполне привычно и очень понятно введенное на примерах понятие.

Конечно, можно говорить о математической точности, корректности такого определения. Но это же учебник призванный показать и сделать принятым известный цивилизации материал для школьника, для ученика 13 - 14 лет.

Сейчас, при разработке курса геометрии (А.М. Аронов и А.Скрипка, В.Г.Ликонцева, С.В. Ермаков) преодоление этой трудности происходит через построение в начале курса понятия фигуры. Четко разделяется геометрическая форма и объект. Лишь когда уже построено понятие фигуры и даны способы работы с ними, вводится понятие геометрии как науки занимающейся свойствами этих фигур.

2.2.3 Адекватность возрасту

В этом основании нами было выделено два пункта: 1. адекватное возрасту содержание, 2. оформление, адекватное возрасту

Рассмотрим критику, исходя из первого пункта выделенного основания: адекватное возрасту содержание

Традиционно геометрии отводится главная роль в воспитании пространственного воображения школьников. Однако в курсе планиметрии учебника «Геометрия 7-11» полностью отсутствует пропедевтика стереометрического материала. В результате за три года изучения планиметрии учащиеся полностью теряют пространственное воображение. Напомним, что это подростковый возраст в котором происходит, или должно происходить, развитие пространственных представлений [22]. Начале 10 класса, после трех лет изучения планиметрии, школьникам очень сложно увидеть в плоских чертежах пространственные формы.

Второй пункт этого основания: оформление, адекватное возрасту. Здесь мы будем рассматривать оформление учебника, исходя из представления об учебнике, как о помошнике школьника

Даже для взрослого человека очень важны красивые иллюстрации на страницах книг. Что же говорить о детях? Никто не будет спорить с тем, что учебная книга для школьника и учебник для студента могут иметь сходное содержание, но должны кардинально отличаться по оформлению. Сравнивая первую страницу из книги для студентов «Элементарная геометрия» А. В. Погорелова [приложение № 9] и первую страницу его учебника для школы «Геометрия 7-11» с удивлением замечаем, что за много лет картинки на них остались идентичными. О первых строчках изложение курса геометрии можно сказать то же самое.

Строгость изложения определяет сжатость и лаконизм объяснительных текстов. Никакого отвлечения от темы изложения. Нет и различных методических приемов активизации позновательной деятельностью ученика в объяснительных текстах. Только определения, аксиомы, теоремы, контрольные вопросы и задачи.

Но на страницах современных учебников математики для 5-6 классов живут сказочные герои. Всеми доступными средствами авторы и издатели учебников пытаются сделать их более привлекательными. И лишь увлеченные дедуктивным методом геометры предлагают учебник, более похожий на книгу для абитуриента: голая теория, типовые задачи, ничего лишнего. По признанию учеников тексты они читают лишь тогда, когда нависает угроза вызова к доске или очередной контрольной работы.

Например в своей работе «Критика школьно учебника», Шумова С.В, студентка 3 курса, пишет «передо мной лежит невзрачный, плохо оформленный учебник, который и открывать, то не хочется, лучше уж взять красочный учебник по географии и прочитать его» [приложение № 6]

Автор учебника часто приписывает ученику возможность восстановить логику его мыслей, вследствие чего пропускаются как уточнения о проделанных действиях, так и сами действия. Практика показывает, что студенты, после сделанных преподавателем уточнений, могут восстановить пропущенные выкладки автора. Школьники же даже не подозревает, что автор мог что - то пропустить. В школе, для ученика не встает вопрос о «полноте» изложенной в учебнике теории.

Ученик не понимает школьный курс геометрии. Для него, во - первых, не явлена логика построения учебного курса, во - вторых остается непонятным большинство математических преобразований. У ученика складывается впечатления ненужности всего математического курса.

В изучении геометрии новым для школьников прежде всего является построение доказательства. Но как замечают в своих работах студенты, А. В. Погорелов приводит доказательство в готовом виде, без предварительных рассуждений. Учащимся предлагается заучить отвлеченные результаты мышления другого человека, но для них при этом остается скрытым сам процесс поиска доказательства, процесс мышления, приводящий к этим результатам. Такой подход никоим образом не способствует освоению учениками навыка доказательства.

Большой пробел, на наш взгляд, заключается в том, что рассуждения, приводящие к последовательности выкладок в доказательстве, нигде не приведены и схемы нахождения доказательства не обсуждается. Остается предположить, что формирование этого важнейшего навыка целиком возложено на плечи школьных учителей.

Рассматривая стилистику написания учебника А. В. Погореловым, мы замечаем, что он написан в вузовском стиле. Под вузовским стилем понимается разделение теории и практики. А. В. Погорелов помещает теорию вперед, а после определений и теорем помещены вопросы на повторение и лишь затем практические задания (упражнения), которые не разделены по введенным в параграфе понятиям и темам.

А. В. Погорелов вводит еще и некоторые математические понятия и методы, отдельно описывая их, но, к сожалению, не показывая действие их методов.

Например, с первых страниц учебника автор вводит понятия аксиомы, теоремы и доказательство. Говоря, что аксиомы, это - «утверждения, содержащиеся в формулировках основных свойств, простейших фигур, не доказываются… Правильность утверждения о свойстве той или иной геометрической фигуры устанавливается путем рассуждения. Это рассуждение называется доказательством. Предложение, выражающее свойство геометрической фигуры, которое доказывается, называется теоремой».[24, с.13]