Teaching and Learning Logic

Pier Luigi Ferrari and Carlo Marchini


1. Introduction

Logic was included in the official Italian curriculum a few years ago and consequently Italian research in this field is not as developed as in other more traditional subjects.

The curriculum for grades 1-8 (Italian primary and middle school) includes specific contents and methodological guidelines that are closely related to logic. The high school curriculum (grades 9-13), on the contrary, has not been changed for over 50 years, but large-scale experiments (that involve a considerable number of schools) concerning major changes in science and mathematics curriculum have been carried out. At this school-level, logic has been introduced in connection with computer science, with the purpose of promoting a general improvement of contents and methods in mathematics education.

Consequently, today logic is included in mathematics curriculum of almost all grades, from primary to high school, even if in different ways. A common feature is the emphasis on the educational value of the teaching of logic and the interplay with linguistic education.

The trends of Italian research in the teaching of logic can be summarized as follows.

  1. Papers on the role of logic in education. They often are aimed at preventing teachers from misinterpretations and errors since many books and booklets, which are full of errors in logic and naive set theory (both from the mathematical and the educational viewpoint) have been published in Italy.
  2. Papers focusing specific topics concerning logic. The aim is in-service training (related to fundamental topics) or the proposal of ideas for implementing logic in the curriculum, when they are not closely related to some specific. Papers on the interplay between logic and natural language are included in this section.
  3. Papers concerning the specific curriculum of the different grades.
  4. Papers presenting empirical studies. This includes papers which present ideas and materials for teaching logic and which are equipped with some empirical evidence on the results achieved.

2. Theoretical studies

A considerable number of studies are concerned with both curriculumr improvement and in-service training. A reason for this is the lack of specific training of both in-service and prospective teachers. Moreover, specific books containing teaching ideas can hardly be found; the textbooks that exist are often inadequate: even those that present the specific contents correctly generally regard logic as a specific subject, to be studied separately, rather than as an attitude[1] and do not comply with the guidelines included in the official mathematics curriculum. For this reason some studies present teaching units and reports of teaching experiments (with the related hypotheses and reference frames) for training purposes. This focus on teachers' training also agrees with the Guidelines for logic education[2] published by the Association of Symbolic logic: <<Most important, make sure the instructor is interested in and well grounded in logic>>.

2.1. General

In this section are discussed papers concerning the role of logic in mathematics education from a general point of view or focusing on topics without a close relationship to a specific age level.

We start with some papers of Lolli (1989). His theoretical and historical research on the interplay between pure and Applied mathematics and, in particular, on the role of proof in mathematics has produced results that are original and profound. From an educational point of view, his papers have contributed to make clear the nature of links between mathematical logic and human reasoning. This should help people to avoid two different misinterpretations: on the one hand, some oversimplified versions of fallibilist philosophy that deny the value of proof in mathematics, on the other hand, the identification of logic (and mathematical reasoning) with the teaching of few chapters of mathematical logic, such as the truth-functional definition of logical connectives. A careful analysis of the trends in the research on logic education in Italy have been carried out by Arzarello (1991), who has pointed out the links between logic and computer science in education. The links between logic and mathematics education are pointed out by Marchini (1989c, 1989e), Ferro (1993c), Bernardi (1989). In particular, Marchini analyzes the links between natural language and logic models and suggests some teaching ideas, whereas Ferro carefully sketches purposes and features of a first approach to logic.

Lolli presents a detailed account of mathematical induction, which includes an historical analysis and the explanation of the links between induction and different topics in mathematics and computer science. Bonotto and Zanardo (1990) discuss the interplay between artificial and natura languages in mathematics education. Marchini (1990b, 1990c) emphasizes the widespread use of substitutions in mathematics. In particular he gives a number of examples pointing out the role of substitutions in the definition and representation of relations. Bernardi has written some papers devoted mainly to teachers' training and to the suggestion of teaching ideas. In this section we mention his paper (1988) devoted to the discussion of the role of some particular logical games in mathematics education.

2.2. Curriculum

In this section are discussed papers concerning mathematics curriculum at different age levels.

3. Empirical research

In recent years Italian researchers have published fewer empirical papers in logic education than theoretical ones. This may be related to the need of making clear some theoretical issues before performing experiments (also to avoid the already mentioned misinterpretations of logic education). Nevertheless, empirical studies testing the different hypotheses will be required in order to go deeper into the topics.

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Pier Luigi Ferrari Carlo Marchini
Dipartimento di Scienze Dipartimento di Matematica
e Tecnologie Avanzate Università
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