Geometri. G
Geometri. G
Diagnoserna i området avser att kartlägga om eleverna behärskar grundläggande geometriska begrepp och metoder. Området består av följande tre (fyra) delområden:
MGF
Förberedande mätning och geometri som finns på område Mätning
GFo
Geometriska former
GSk
Skala
GVi
Vinklar
Strukturschemat visar att delområdena hänger ihop på så vis att Diagnosen Förberedande mätning och geometri (MGF) innehåller förkunskaper till alla delområden inom Mätning och Geometri. Strukturschemat visar också att Geometriska former (GFo) är förkunskap till delområdet vinklar (GVi).
Diagnosområdet i relation till syfte och centralt innehåll i kursplanen i matematik
Med hjälp av diagnoserna inom detta område kan man ta reda på kvalitet och omfattning av de begrepp och metoder som eleven har inom geometri för att kunna utveckla förmågan att:
- lösa problem med hjälp av matematik samt värdera valda strategier och metoder.
- använda och analysera matematiska begrepp och samband mellan begrepp.
- välja och använda lämpliga matematiska metoder för att göra beräkningar och lösa rutinuppgifter
- föra och följa matematiska resonemang
- använda matematikens uttrycksformer för att … redogöra för … beräkningar och slutsatser
Området Geometri är rikt på begrepp, det börjar redan med namn på de vanligaste plana geometriska figurerna. Begrepp och terminologi utvecklas sedan till att omfatta fler polygoner, kroppar samt att urskilja och namnge deras egenskaper, då blir exempelvis vinkel ett viktigt begrepp. Avbildning och geometriska konstruktioner är ett viktigt innehåll för att skapa förståelse för geometri, då blir också skalbegreppet centralt. Diagnoserna ger eleven möjlighet att visa kunskap inom följande centrala innehåll:
Årskurs 1–3
Geometri:
- Grundläggande geometriska objekt, däribland punkter, linjer, sträckor, fyrhörningar, trianglar, cirklar, klot, koner, cylindrar och rätblock samt deras inbördes relationer. Grundläggande geometriska egenskaper hos dessa objekt.
- Konstruktion av geometriska objekt. Skala vid enkel förstoring och förminskning.
- Vanliga lägesord för att beskriva föremåls och objekts läge i rummet.
- Symmetri, till exempel i bilder och i naturen, och hur symmetri kan konstrueras.
I kunskapskrav för godtagbara kunskaper i årskurs 3 finns följande: – Dessutom kan eleven använda grundläggande geometriska begrepp och vanliga lägesord för att beskriva objekts egenskaper, läge och inbördes relationer. Egenskaper hos objekt beskrivs oftast med begrepp såsom sida, hörn, vinkel, parallell, kongruent, symmetri, diagonal etc. som eleven alltså ska kunna använda. I kunskapskravet uttrycks det också att: Eleven kan även avbilda och utifrån instruktioner, konstruera enkla geometriska objekt. Eleven ska alltså själv aktivt kunna rita (skapa) och beskriva olika fyrhörningar, trianglar och cirklar och då använda korrekta ord och begrepp.
Årskurs 4–6
Geometri:
- Grundläggande geometriska begrepp däribland polygoner, cirklar, klot, koner, cylindrar, pyramider och rätblock samt deras inbördes relationer. Grundläggande geometriska egenskaper hos dessa objekt.
- Konstruktion av geometriska objekt. Skala och dess användning i vardagliga situationer.
- Symmetri i vardagen, i konst och i naturen samt hur symmetri kan konstrueras.
- Jämförelse, uppskattning och mätning av… vinkel med vanliga måttenheter.
Konstruktion kan tolkas som att eleverna ska känna till hur en tredimensionell kropp kan byggas av tvådimensionella figurer. I kunskapskraven i slutet av årskurs 6 finns ingen direkt beskrivning i relation till det centrala innehållet men det är nödvändigt att behärska olika geometriska begrepp för att kunna visa olika grad av förmåga. Enligt kunskapskraven är strävan att eleven ska utveckla sina kunskaper om matematiska begrepp och visa det genom att använda dem i nya sammanhang på ett väl fungerande sätt. Eleven ska även kunna beskriva olika begrepp med hjälp av matematiska uttrycksformer. I beskrivningarna ska eleven kunna föra resonemang kring hur begreppen relaterar till varandra.
Årskurs 7–9
Geometri:
- Geometriska objekt och deras inbördes relationer. Geometriska egenskaper hos dessa objekt.
- Avbildning och konstruktion av geometriska objekt. Skala vid förminskning och förstoring av två och tredimensionella projekt.
- Likformighet och symmetri i planet.
- Geometriska satser och formler och behovet av argumentation för deras giltighet.
I kunskapskraven i slutet av årskurs 9 finns ingen direkt beskrivning i relation till det centrala innehållet, men det är nödvändigt att förstå begrepp och satser, exempelvis likformighet och Pythagoras sats, och med detta kunna utföra olika beräkningar för att kunna visa olika grad av förmåga.
Didaktiska kommentarer till område G
Geometri är ett av de centrala områdena i matematiken och behandlar rummets struktur, form och storlek samt egenskaper hos geometriska figurer och kroppar. Skolans undervisning handlar om olika aspekter av geometri, dels rumsuppfattning, dels en mer formell geometri. Rumsuppfattning handlar om att orientera sig i rummet/omvärlden och att kunna beskriva föremåls lägen i rummet. Detta diagnostiseras i diagnosen Förberedande mätning och geometri, och även i diagnosen Skala. Den mer formella geometrin handlar inledningsvis om att känna igen och klassificera olika geometriska figurer och kroppar och att känna till viktiga egenskaper hos dessa. En hel del av detta utgår från begreppet symmetri som därför har en central plats i den grundläggande geometriundervisningen. Andra centrala begrepp inom den plana geome-trin är sidor och vinklar. Motsvarande begrepp inom rymdgeometrin är sidor (sidoytor), kanter och hörn. Terminologin är dock tvetydig. En kub har t.ex. sex sidor (sidoytor) som är begränsade av kanter. Varje sådan sida är en kvadrat som i sin tur begränsas av fyra sidor (!).
De sex kvadraternas sidor är alltså kanter till kuben. Det är viktigt att det sker en progression i undervisningen när det gäller begrepp och terminologi och att elevernas begreppsförråd utvecklas och fördjupas.
Vinklar är ett centralt begrepp inom såväl den plana geometrin som inom rymdgeometrin. Det är bl.a. med hjälp av vinklarna man kan skilja en romb från en kvadrat och avgöra att vissa parallellepipeder är rätblock. Den räta vinkeln har således en särskild betydelse.
För att utveckla elevers rumsuppfattning bör man i undervisningen låta teorin växelverka med praktiken.
Elever behöver få träna sig i att avbilda verkligheten ur olika perspektiv och låta vår tredimensionella värld representeras tvådimensionellt och vice versa.
Likaså att få ha olika kroppar till hands och undersöka dem för att så småningom kunna se och förändra olika objekt mentalt. När man arbetar med geometriska figurer och kroppar är det också viktigt att variera de exempel som presenteras för eleverna. En pyramid exempelvis ska inte alltid åskådliggöras med den pyramid som består av en kvadratisk bottenyta och fyra triangulära sidoytor. En pyramid kan även ha en femhörning till bottenyta eller en triangel. Om bottenytan är en liksidig triangel och sidoytorna liksidiga trianglar är denna pyramid även en regelbunden tetraeder. På detta sätt kan geometriska begrepp och deras samband och relationer diskuteras.
Eleverna behöver också förstå skillnad mellan att ”rita” en figur och att konstruera den med hjälp av passare och linjal. Detta tillsammans med kunskap om en del av geometrins grundläggande satser skapar möjlighet för eleverna att kunna resonera, argumentera och dra slutsatser om geometriska samband.
I kursplanens centrala innehåll nämns även Geometriska satser och formler. Det handlar då inte om formella bevis enligt Euklides, utan om att bygga upp en känsla för geometrins struktur och att uppleva de estetiska värden som geometrin kan erbjuda. En del av diagnoserna i området förutsätter att eleverna har en god taluppfattning och behärskar grundläggande aritmetik. Vidare krävs för några diagnoser att eleven också behärskar mätning och uppskattning av längd, area och volym.
Geometri. Alla diagnoser
Geometriska former. GFo
Delområde GFo omfattar följande åtta diagnoser:
GFo1
Grundläggande symmetri
GFo2
Avbildning
GFo3
Plana figurer
GFo4
Kroppar
GFo5
Likformighet, begrepp
GFo6
Likformighet, beräkningar
GFo7
Pythagoras sats
GFo8
Geometriska konstruktioner
Sambandet mellan de olika diagnoserna ser du i strukturschemat nedan. MGF, Förberedande mätning och geometri, utgör förkunskaper även för det här delområdet. Eftersom symmetri är en viktig grund för all geometri finns två diagnoser om symmetri och avbildning, GFo1 och GFo2. Av dessa omfattar GFo1 förkunskaper till GFo3 och även till GFo2. GFo3 omfattar i sin tur förkunskaper till GFo5 och GFo8, samtidigt som GFo5 även kräver förkunskaper från GSk2 och omfattar förkunskaper till GFo6.
Didaktiska kommentarer till delområdet GFo
Geometri är ett av de övergripande områdena i matematiken och behandlar rummets natur, form och storlek samt egenskaper hos geometriska figurer och kroppar. Den mer formella geometrin handlar inledningsvis om att känna igen och klassificera olika geometriska figurer och kroppar och att känna till viktiga egenskaper hos dessa. En hel del av detta utgår från begreppet symmetri som därför har en central plats i den grundläggande geometriundervisningen.
Centrala begrepp inom den plana geometrin är sidor, hörn och vinklar. Motsvarande begrepp inom rymdgeometrin är sidor (sidoytor), kanter och hörn. Terminologin är dock tvetydig. Exempelvis har en kub sex sidor (sido-ytor) som är begränsade av kanter. Varje sådan sida är en kvadrat som i sin tur begränsas av fyra sidor (!). De sex kvadraternas sidor är alltså kanter till kuben.
För att kunna följa undervisningen i geometri krävs det att eleverna behärskar ett antal viktiga begrepp. Bland dessa ingår de vanligaste geometriska figurerna och kropparna och deras egenskaper. Symmetri är ett viktigt begrepp i vår omvärld, och kommer till uttryck såväl i naturen som i den vardag människan konstruerat. Symmetri är alltså ett centralt begrepp inom geometrin och med hjälp av symmetri kan man klassificera geometriska figurer och lösa en rad geometriska problem. Som exempel har en likbent, men inte liksidig, triangel en symmetrilinje och en liksidig triangel tre symmetrilinjer, vilket ger viktig information om vinklarnas inbördes storlek.
På motsvarande sätt har de flesta rektanglar två symmetrilinjer som skär varandra med räta vinklar. En rektangel med fyra symmetrilinjer kallas för kvadrat. Även romben har två vinkelräta symmetrilinjer som samtidigt är diagonaler. En romb med fyra symmetrilinjer är en kvadrat.
Alla symmetriska figurer kan (klippas ut och) vikas utefter symmetrilinjerna varvid de två kongruenta halvorna täcker varandra.
När det gäller de plana månghörningarna, polygonerna, så är de uppbyggda av ett antal sträckor (sidor). Dessa sträckor bildar vinklar med varandra. Figurerna benämns i första hand efter antalet hörn: triangel, fyrhörning, femhörning etc. Man skiljer de olika typerna av figurer med hjälp av sidornas och vinklarnas storlek. Vissa trianglar är likbenta, andra liksidiga eller rätvinkliga. Bland fyrhörningarna kan man urskilja parallellogrammer vars motstående sidor är lika långa. Vissa av dem har räta vinklar och kallas då rektanglar, andra har lika långa sidor och kallas då romber. Om alla sidorna i en rektangel är lika långa eller om alla vinklarna i en romb är 90 grader kallas figuren för kvadrat. I polygoner med fler än tre sidor kan man dra diagonaler. I en fyrhörning kan man dra två diagonaler och i en femhörning fem diagonaler.
Av de plana figurerna är cirkeln speciell. Från cirkelns periferi är det alltid lika långt till medelpunkten. Detta avstånd kallas radie och det är radien man ställer in då man ritar en cirkel med hjälp av en passare. En sträcka som är en symmetrilinje till cirkeln kallas för diameter. Diametern går genom cirkelns medelpunkt och är därför dubbelt så lång som radien.
Eftersom egenskaper som symmetri, kongruens och likformighet är viktiga begrepp inom geometrin är det väsentligt att eleverna känner till figurernas namn och egenskaper. Detsamma gäller för kropparna.
De tredimensionella objekten, kropparna, är lite mer komplicerade. Det är därför viktigt att eleverna får se och känna på dessa kroppar och om möjligt även bygga dem. De kommer då att upptäcka att sidoytorna (och mantelytan i en cylinder och en kon) består av plana figurer såsom rektanglar och trianglar (respektive cirkelsektorer). Det korrekta namnet för ett tredimensionellt objekt är ”kropp”. I elevdiagnosen används ofta ordet objekt eller föremål.
Det är också viktigt att eleverna kan avbilda kroppar som prisman eller pyramider på ett papper på ett sådant sätt att de kan rita in en rymddiagonal respektive en höjd. I annat fall blir det svårt att bestämma längden av rymddiagonalen eller höjden.
Den klassiska geometrin är uppbyggd av definitioner och satser. Det är inte nödvändigt att eleverna kan bevisa alla dessa satser, men de bör förstå satsernas innebörd och kunna tillämpa satserna vid problemlösning. En bra metod att lära sig de mest intressanta satserna inom den plana geometrin, är att utföra mot-svarande konstruktioner med passare och linjal. Detta gäller inte minst förmågan att dela en sträcka, konsturea mittpunktsnormalen till en sträcka, bisektrisen till en vinkel eller att konstruera den cirkel som omskriver en triangel.
Skala. GSk
Delområdet GSk omfattar följande fyra diagnoser:
GSk1
Avbildning och perspektiv
GSk2
Förstoring och förminskning
GSk3
Avläsa kartor och ritningar
GSk4
Längd-, area- och volymskala
Delområdet bygger på att eleverna behärskar längdmätning, vilket diagnostiseras inom MLä.
Sambandet mellan de olika diagnoserna ser du i strukturschemat nedan. Av detta framgår att MGF, Förberedande mätning och geometri omfattar förkunskaper till GSk1, Avbildning och perspektiv som i sin tur är förkunskap till de två övriga diagnoserna GSk2 och GSk3. Diagnos GSk4 kräver även förkunskaper från GFo3 och likformighet.
Didaktiska kommentarer till delområdet GSk
Skolans undervisning handlar om olika aspekter av geometri, dels rumsuppfattning, dels en mer formell geometri. Rumsuppfattning handlar om att orientera sig i rummet/omvärlden och att kunna beskriva föremålen och deras lägen i rummet. Det handlar också om att kunna se samma föremål eller kropp ur olika perspektiv. Triangeln till vänster är rätvinklig och figuren till höger är en kvadrat, vilket är enklare att se om man ser figurerna från ett annat håll eller vrider dem.
Dagligen tolkar vi, direkt eller indirekt, figurer som är avbildade i en viss skala. Varje foto i en dagstidning eller bilden på TV-skärmen är förminskad eller förstorad. Vi använder också skalbegreppet intuitivt när vi uppfattar att en bil som på avstånd ser ut att vara 2 cm hög, istället är lika stor som bilen bredvid oss.
På en mer formell nivå möter vi skala på ritningar och kartor. Dessa kan tolkas på två olika sätt. Dels kan man på kartan eller ritningen se en bild av en ”linjal” där man alltså kan avläsa hur långt 100 m är på kartan eller hur lång 1 cm är på ritningen. Alla mätningar kan då ske med den avbildade ”linjalen”. Dels kan man ange skalan till exempel 1:20 000 på kartan eller 5:1 på ritningen. 1:20 000 betyder då att 1 längdenhet på kartan svarar mot 20 000 längdenheter i verkligheten, alltså att 1 cm på kartan svarar mot 20 000 cm = 200 m i verkligheten. På motsvarande sätt innebär skala 5:1 att 5 cm på ritningen svarar mot 1 cm i verkligheten. Det kan till exempel handla om en förstorad bild av en insekt.
Skala är en central kunskap för att kunna orientera sig i omvärlden och läsa kartor, tolka ritningar i slöjden et cetera.
Eleverna kommer under sin skoltid även att möta skala i samband med likformighet.
När det gäller area- och volymskala bör eleverna få förståelse för relationen mellan dessa skalor, genom att den åskådliggörs exempelvis med hjälp av rutnät och centikuber. Då kan de se vad som händer med en kvadratisk eller rektangulär yta respektive en kub eller ett rätblock om man fördubblar alla sidor/kanter. Ur denna erfarenhet kan de sedan genom diskussion dra slutsatsen om hur många gånger större arean och volymen blir. Det får inte endast bli en utantillkunskap om hur många steg kommatecknet ska flyttas eller hur många nollor som ska läggas till.
Vinklar. GVi
Delområde GVi omfattar följande tre diagnoser:
GVi1
Vinklar
GVi2
Vinklar, samband
GVi3
Vinklar problemlösning
Didaktiska kommentarer till delområdet GVi
Vinkel är ett centralt begrepp inom såväl den plana geometrin som inom rymdgeometrin. Det är exempelvis med hjälp av vinklarna man kan skilja en romb från en kvadrat och avgöra att vissa parallellepipeder är rätblock. Den räta vinkeln har således en särskild betydelse. En vinkel kan definieras på två sätt, antingen som området mellan vinkelbenen eller som storleken av den vridning som krävs för att lägga det ena vinkelbenet ovanpå det andra. Den senare definitionen brukar vara enklare att förstå för eleverna. I de fall man pratar om området mellan vinkelbenen kan eleverna få (miss-) uppfattningen att längden på vinkelbenen påverkar vinkelns storlek. En vinkel definieras av två ben (streckat och grått i figuren nedan) som utgår från en gemensam punkt (vinkelspetsen). Figuren visar vinkeln 30° mellan det streckade och det grå vinkelbenet. Vrids det streckade benet ett helt varv är motsvarande vinkel 360°. Om vridningen av ett vinkelben är ett fjärdedels varv är vinkeln 90°, en rät vinkel (se figuren) och om vridningen är ett tolftedels varv är vinkeln 30°.
Vid mätning med gradskiva gäller det att mäta rätt vinkel, den som markerats med en båge. Det är också viktigt att man direkt kan känna igen vissa vinklar och därmed ange vinklars närmevärden. Sådana vinklar är den räta vinkeln, 90°, en halv rät vinkel, 45° och vinklarna i en liksidig triangel, 60°. Hälften av 60° är 30°. Vid lösning av problem som handlar om vinklar förutsätts att eleverna har en god taluppfattning och behärskar grundläggande aritmetik.
Eftersom trianglar, fyrhörningar och andra månghörningar är uppbyggda av sträckor och vinklar är vinklar och vinkelmätning centrala begrepp inom geometrin. Genom att riva av de tre hörnen i en triangel och foga samman dem kan man sluta sig till att vinklarna tillsammans bildar ett halvt varv. Vinklarnas summa är således 180°. Eftersom en fyrhörning är uppbyggd av två trianglar är dess vinkelsumma 360°.
I det centrala innehållet för årskurs 7–9 nämns ”Geometriska satser och formler och behovet av argumentation för deras giltighet”. Detta bör genomsyra undervisningen betydligt tidigare. Genom att, i figuren nedan, utgå från att a + b = 180° och att b + c = 180° finner man t.ex. att och a = c, alltså att vertikalvinklarna är lika stora.
På motsvarande sätt kan man visa att yttervinkeln till en triangel är lika stor som summan av de två motsatta inre vinklarna. I årskurs 7–9 bör man följa upp detta med fler satser som exempelvis satserna om bågvinklar och medelspunkstvinklar, vilket i sin tur leder till intressanta egenskaper om trianglar och fyrhörningar som är inskrivna i en cirkel.