Η τριγωνομετρία είναι ένας κλάδος των μαθηματικών που ασχολείται με τη μελέτη συναρτήσεων που αφορούν στις γωνίες. Οι συναρτήσεις αυτές, που είναι γνωστές ως τριγωνομετρικοί αριθμοί, έχουν πολυάριθμες χρήσεις και καλύπτουν διάφορες περιοχές της επιστήμης και της καθημερινής ζωής. Ενδεικτικά, οι τριγωνομετρικοί αριθμοί αξιοποιούνται στην ανάλυση και επίλυση προβλημάτων γεωμετρίας, φυσικής, μηχανικής, γεωγραφίας, αστρονομίας, αλλά και στη δημιουργία ψηφιακών εικόνων και στην ανάλυση ήχου.
Αν και ο όρος τριγωνομετρία καθιερώθηκε το 1595 από τον Γερμανό μαθηματικό Bartholomäus Pitiscus, οι πρώτες τριγωνομετρικές έννοιες προέκυψαν από παρατηρήσεις των αρχαίων αστρονόμων. Καθώς οι απευθείας μετρήσεις των αποστάσεων μεταξύ των πλανητών ήταν αδύνατες, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν τις γωνίες στους υπολογισμούς τους. Ο Ίππαρχος, που θεωρείται ο θεμελιωτής της τριγωνομετρίας, δημιούργησε πίνακες που ανέφεραν τιμές για τις τριγωνομετρικές συναρτήσεις, οι οποίοι συνέβαλαν στην ανάπτυξη της αστρονομίας και της ναυσιπλοΐας. Τέλος, υπάρχουν τεκμήρια που αποδεικνύουν ότι οι αρχαίοι Αιγύπτιοι, Βαβυλώνιοι, Ινδοί και Κινέζοι ασχολήθηκαν ιδιαίτερα με τη μελέτη των γωνιών, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη τριγωνομετρικών εννοιών.
Οι μαθητές έρχονται πρώτη φορά σε επαφή με την τριγωνομετρία στη Β γυμνασίου, όπου και ορίζονται οι τριγωνομετρικοί αριθμοί για οξείες γωνίες. Φέτος στα πλαίσια της διδασκαλίας, ομάδα τεσσάρων μαθητριών ανέλαβαν να μελετήσουν την έννοια της εφαπτομένης και να την παρουσιάσουν στην ολομέλεια της τάξης. Στόχος της δραστηριότητας ήταν όλοι οι μαθητές να κατανοήσουν την νέα έννοια με έναν παιγνιώδη, διασκεδαστικό και αλληλεπιδραστικό τρόπο. Για να προσεγγίσουν το θέμα αρχικά οι μαθήτριες κλήθηκαν να συνθέσουν ένα τρισδιάστατο puzzle που απεικονίζει τον Πύργο της Πίζας. Η ενασχόληση των παιδιών με puzzle έχει διάφορα οφέλη. Συμβάλει στην ανάπτυξη της συγκέντρωσής τους και ενισχύει τις ικανότητες επίλυσης προβλημάτων. Επίσης, καλλιεργεί την υπομονή και την επιμονή και όταν τα παιδιά εργάζονται σε ομάδες ενισχύει διάφορες κοινωνικές δεξιότητες.
Εικόνα 1: Σύνθεση puzzle από τις μαθήτριες
Εικόνα 2: Τελική εικόνα puzzle
Στη συνέχεια οι μαθήτριες συνέλεξαν πληροφορίες σχετικές με τον Πύργο της Πίζας που είναι μια ιδιαίτερα φημισμένη κατασκευή. Αποτελεί καμπαναριό του καθεδρικού ναού της πόλης και χτίστηκε μεταξύ 1173 και 1372. Ο πύργος είναι παγκοσμίως γνωστός λόγω της κλίσης (περίπου 4 μοιρών) που παρουσιάζει. Εξαιτίας αυτής της κλίσης είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει στους μαθητές την έννοια της εφαπτομένης.
Τέλος, οι μαθήτριες χρησιμοποιώντας μια κλωστή σαν νήμα της στάθμης, μέτρησαν τις αποστάσεις που χρειάζονταν για να υπολογίσουν την κλίση του ομοιώματος, ώστε να την συγκρίνουν με αυτή που βρήκαν στις πληροφορίες. Για να συγκριθεί η πραγματική κλίση με αυτή που προέκυψε από τους υπολογισμούς αξιοποιήθηκε εφαρμογή που σχεδιάστηκε στο λογισμικό geogebra.
Εικόνα 3: Εφαρμογή σε περιβάλλον Geogebra
Αν και οι μετρήσεις των μαθητριών έδωσαν αποτελέσματα πολύ κοντά στα πραγματικά, συζητήθηκαν ποιοι θα μπορούσαν να είναι οι πιθανοί λόγοι για οποιεσδήποτε αποκλίσεις.
Μια δεύτερη ομάδα που αποτελούνταν από τρεις μαθητές κλήθηκαν να κατασκευάσουν μια τριγωνομετρική υπολογιστική μηχανή, αξιοποιώντας απλά υλικά. Χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι μακετόχαρτου, λίγο τετραγωνισμένο χαρτί, ένα δείκτη ρολογιού και ένα διπλόκαρφο κατασκεύασαν μια μηχανή που υπολογίζει το ημίτονο και το συνημίτονο μιας οξείας γωνίας.
Εικόνα 4: Κατασκευή τριγωνομετρικής υπολογιστικής μηχανής
Στην κατασκευή που έκαναν, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να περιστρέψει τον δείκτη του ρολογιού, έτσι ώστε να σχηματίζει με τον οριζόντιο άξονα οξεία γωνία της επιλογής του. Πάνω στον δείκτη σε απόσταση 10 εκατοστών οι μαθητές θεώρησαν σημείο Μ. Στη συνέχεια κλήθηκαν να συγκρίνουν το ημίτονο και το συνημίτονο της γωνίας με τους δύο αριθμούς που αντιστοιχούν στις συντεταγμένες του Μ. Διαπίστωσαν ότι η προβολή του σημείου στον οριζόντιο άξονα αντιστοιχεί στο συνημίτονο, ενώ η προβολή στον κατακόρυφο άξονα αντιστοιχεί στο ημίτονο της γωνίας. Στην ολομέλεια της τάξης συζητήθηκε γιατί συμβαίνει αυτό. Εκεί οι μαθητές είχαν τη δυνατότητα να πειραματιστούν και με τη ψηφιακή εκδοχή της μηχανής τους που κατασκευάστηκε στο geogebra.
Εικόνα 5: Εφαρμογή σε περιβάλλον Geogebra
Η ίδια κατασκευή ανατέθηκε και σε μαθητής της Γ τάξη διευρύνοντας το πεδίο εφαρμογής. Αυτή η κατασκευή μπορεί να αξιοποιηθεί στη διδασκαλία των σχέσεων που συνδέουν τους τριγωνομετρικούς αριθμούς παραπληρωματικών γωνιών.
Εικόνα 6: Κατασκευή τριγωνομετρικής υπολογιστικής μηχανής
Εικόνα 7: Εφαρμογή σε περιβάλλον Geogebra