Onder de loep

Kennis van logica kan leerlingen helpen om bewijzen beter te doorgronden, het nut van tegenvoorbeelden in te zien… Daarnaast vormt logica, op het kruispunt van wiskunde en filosofie, een stukje algemene cultuur. Door de opkomst van de informatica heeft de logica nog aan belang gewonnen. De nieuwe eindtermen en leerplannen voorzien een leerlijn logica, met in de tweede graad de propositielogica met o.a. waarheidstabellen. In deze loep willen we inspiratie bieden voor deze lessen. We gaan in op het verschil tussen de taal van de logica en de dagelijkse omgangstaal. We behandelen waarheidstabellen en passen die toe op schakelingen en logische poorten. Het bewijs uit het ongerijmde geven we speciale aandacht. In de klassieke logica geldt het ‘uitgesloten derde’: een uitspraak kan enkel waar of onwaar zijn. Op het einde van deze loep kijken we even over het muurtje naar een andere soort logica, driewaardige logica.

Gastauteur Cinder Neyens creëerde voor haar bachelorproef een website met instapproblemen voor wiskundelessen in de eerste graad. Voor deze loep heeft zij een aantal voorbeelden uit haar website geselecteerd horend bij verschillende onderwerpen van het leerplan. Deze instappen zijn kant en klaar. Het zijn korte activiteiten om op een leuke manier te starten en de aandacht van de leerlingen te richten op het onderwerp van de les. Deze loep is ook een uitnodiging voor de lezer om zelf dergelijke instappen te creëren en te delen met collega’s.

Op het moment dat COVID-19 bijna een jaar ons leven tekent, willen we onze ervaringen gebruiken om ons onderwijs te verbeteren. We werden gedwongen om in sneltempo vele nieuwe dingen te leren. Tijdens de hete zomer van 2020 keken we vanop een afstand kritisch terug. Nieuwe dingen uitproberen zorgt immers voor nieuwe inzichten. Deze loep is een poging om een aantal van deze inzichten scherp en concreet te maken. We zoeken uit hoe ‘wat we toen leerden’ ons onderwijs kan versterken. Deze loep is zeker geen pleidooi voor digitaal leren of afstandsonderwijs. We kiezen vol overtuiging voor nabij en interactief onderwijs maar we zijn niet vies van digitale hulpmiddelen die dit onderwijs kunnen versterken of onszelf kunnen ondersteunen. Eerst lichten we enkele inzichten toe die de coronacrisis scherper maakte, vervolgens lees je over ervaringen die we niet zonder meer los willen laten en vragen we ons af hoe ze ons onderwijs kunnen versterken. Daarna geven we een aantal bronnen die we tijdens de coronacrisis (her)ontdekten en die we waardevol vinden. Tot slot eindigen we met een kleine ‘toolkit voor noodgevallen’.

In deze coronatijd overstelpen de media ons met uitgebreid cijfermateriaal. Zelden werd het belang van wiskunde zo duidelijk onderstreept voor de hele maatschappij. Toch loopt de itnerpretatie van dit materiaal nogal eens fout. In deze loep doen we een bescheiden poging om helderheid te brengen in dit kluwen van informatie. We zoomen in op drie Covid-gerelateerde thema's die bruikbaar zijn in de lessen wiskunde. We brengen de beruchte contactbubbels in verband met grafentheorie. Vervolgens bespreken we een item in verband met kansrekening in het kadeer van teststrategieën voor Covid-19. In het laatste deel focussen we op een uitgewerkte onderzoeksopdracht over de discrete versie van heet beruchte SIR-model. We leveren in deze loep materiaal voor in de klas en achtergrond om te kunnen vertellen elk jaar.

Meetkunde in hogerdimensionale ruimten staat nergens op het leerplan in het secundair onderwijs. Toch zijn leerlingen meer dan eens geïntrigeerd door de mythische vierde dimensie. In deze loep proberen we antwoorden te geven op hun vragen zonder het begripdimensie heel theoretisch te definiëren. We leggen uit hoe we vierkanten en driehoeken in hogere dimensies kunnen voorstellen en hoe we het aantal punten, lijnstukken, ... van deze lichamen kunnen tellen. Verder proberen we het analytischrekenwerken de vectoralgebra vanuit de vertrouwde driedimensionale ruimte omhoog te tillen naar hogerdimensionale ruimten. Dit gebeurt op basis van analogie.

Een graaf bestaat uit ‘knopen’ die wel of niet verbonden zijn door ‘bogen’. De grafentheorie, ontstaan met de bruggen van Koningsbergen in de 18de eeuw, is nu overal aanwezig als wiskundig model voor het internet, sociale netwerken, routeplanners... en doet binnenkort ook haar intrede in de eindtermen wiskunde voor de tweede graad. We laten in deze loep zien hoe leerlingen met grafen (zullen) kunnen redeneren, puzzelen en bewijzen zonder veel voorkennis of algebraïsche hindernissen. Ze leren ook diverse situaties modelleren in een zelfde taal van knopen en bogen. Bij de meeste ‘echte’ toepassingen gaat het om reusachtige grafen en zijn er systematische algoritmen nodig om hierin bv. kortste wegen te vinden, of om alle knopen efficiënt met elkaar te verbinden. Exemplarisch laten we de leerlingen kennis maken met het algoritmisch denken dat hiervoor nodig is.

Eerstegraadsfuncties komen in vele gedaanten voor in het secundair onderwijs, soms open en bloot, zoals in de tweede graad, maar nu en dan ook op onverwachte plaatsen verspreid over alle jaren. In deze loep werken we relevante toepassingen uit, zoals thermische uitzetting en temperatuurschalen. We laten zien hoe je eerstegraadsfuncties kunt inzetten bij het voorbereiden van de kettingregel voor afgeleiden en we bespreken differenties bij eerstegraadsfuncties met één en met twee veranderlijken. Tot slot bespreken we twee toepassingen in de statistiek: regressielijnen die een samenhang in bepaalde datasets beschrijven en de Q-Q plot (quantile-quantile plot).

We willen in deze loep enkele korte stukjes en lesactiviteiten toevoegen aan de gebruikelijke leerstof over logaritmen. We laten zien hoe logaritmen ontstaan zijn om het cijferwerk te vergemakkelijken door vermenigvuldigingen om te zetten in optellingen. Door leerlingen even kennis te laten maken met logaritmetabellen of rekenlinialen, kunnen ze het historisch belang van de rekenregel over de logaritme van een product inzien. Verder bespreken we enkele mooie toepassingen: het gebruik van logaritmen om zicht te krijgen op heel grote getallen, logaritmische schalen die in zekere zin ‘natuurlijker’ zijn dan lineaire schalen als het gaat over menselijke waarnemingen, de decibelschaal voor geluidssterkte, audiogrammen die gebruikt worden bij gehoortesten en ten slotte ‘de wet van Benford’ over het eerste cijfer van getallen in datasets. De afzonderlijke stukjes en lesactiviteiten kun je afzonderlijk inlassen in je lessen.

Het eerste deel is een lessenreeks over telproblemen voor leerlingen van de derde graad in een wiskundeluwe richting. Veel aandacht gaat naar het analyseren van telproblemen alvorens te beginnen rekenen. De combinaties, variaties en permutaties, met of zonder herhaling, worden gekoppeld aan typevoorbeelden en gecombineerd in enkele complexere telproblemen. Het tweede deel, voor leerlingen in sterke wiskunderichtingen, bevat twee onderzoeksonderwerpen: het tellen van kleuringen van objecten met symmetrie en het tellen van muzikale akkoorden.

We zouden graag hebben dat leerlingen het woord 'bewijs' associëren met een kans om te redeneren, om te groeien in inzicht. Het leren verwoorden van (eigen) redeneringen en het inspelen op de nieuwsgierigheid naar het waarom, mogen volgens ons de meeste aandacht krijgen. Daarom is het belangrijk om niet alleen bewijzen als theorie aan te bieden, maar ook genoeg bewijsoefeningen. We geven voorbeelden uit de getallenleer, bewijzen met hoeken, met congruente driehoeken en over en met oppervlakte;