Unterrichtsmaterialien zum Thema "Algebra"

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54 Treffer zu "Algebra"
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Magisches Quadrat digital

Unterrichtseinheit

Dieses magische Quadrat des Künstlers Eugen Jost hat es in sich: die Zahlen 1 bis 49 sind teilweise etwas verschlüsselt und symbolhaft dargestellt. Mit dem beigefügten kleinen Programm wird daraus eine nette Knobelei, die man auf Zeit spielt.Das Magische Quadrat ist Teil des Kalenders des Künstlers Eugen Jost, der zum Jahr der Mathematik erschienen ist und ein Dutzend bedeutsamer Themen der Mathematik aufgreift. In ästhetisch ansprechender Form wird hier die Kunst mit der Mathematik verbunden. Das hier dargestellte Dezember-Blatt ist als kleines elektronisches Ratespiel für den PC aufbereitet. Hierzu müssen die natürlichen Zahlen erraten werden, die hinter den Symbolen jeder Einzelzelle verborgen sind. Dazu tippt man die Lösungen in ein Eingabefeld. Ob die Eingabe richtig oder falsch ist, erfahren die Schülerinnen und Schüler auch durch akustische Signale. Für zusätzliche Spannung sorgt eine eingeblendete Stoppuhr. Auf die Plätze, fertig, los - die Zeit läuft!Das Programm ist im Grunde altersstufenunabhängig. Es ist ab der Klasse 5 einsetzbar, kann aber ebensogut auch bei älteren Schülerinnen und Schülen genutzt werden. Nutzung und Anpassung des magischen Quadrates Hier finden Sie Erläuterungen zur Funktionsweise des Programms sowie zur Möglichkeit der Darstellung eigener magischer Quadrate. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich magischen Quadraten auf spielerische Weise nähern. die grundsätzlichen Eigenschaften magischer Quadrate kennen lernen. Thema Magisches Quadrat digital Autoren Elfi Petterich Fach Mathematik, auch für Vertretungsstunden geeignet Zielgruppe ab Klasse 5 (für alle Klassenstufen als spielerische Ergänzung zu magischen Quadraten) Zeitraum weniger als 1 Stunde Technik Computerarbeitsplätze zur Nutzung des Computermoduls, Lautsprecher müssen aktiviert sein. Ein magisches Quadrat wird durch die folgenden Eigenschaften charakterisiert: Die Summen der Elemente aus jeder Zeile sind gleich. Die Summen der Elemente aus jeder Spalte ergeben dieselbe Zahl. Die Summen in jeder der beiden Diagonalen ergeben ebenfalls diese Zahl. Nutzung des Programms Mit dem ausführenden Programm "Kalender.exe" öffnet sich das magische Quadrat von Eugen Jost. Die einzelnen Zellen können mit der Maus angeklickt werden, so dass sich ein Eingabefeld öffnet, in das ein Codewort eingetippt werden kann. Ziel ist es, herauszufinden, welche Zahl hinter den Zeichen und Symbolen jeder Zelle steckt. Bei richtiger Eingabe erscheint ein Bild mit der entsprechenden natürlichen Zahl, und es ertönt ein bestätigendes Signal. Bei falscher Eingabe bleibt das ursprüngliche Bild bestehen und es erfolgt eine entsprechende Tonsequenz. Eine Stoppuhr beginnt beim ersten Klick zu laufen und endet mit der letzten richtigen Eingabe. Außerdem wird die Anzahl der richtigen sowie falschen Eingaben angezeigt. Im Bedienfeld auf der linken Seite stehen die drei Buttons der Reihe nach für: Das Laden einer anderen Datei ("Laden") Startzustand wieder herstellen ("Neu") Adjustieren der Fenstergröße ("Größe", falls sie versehentlich verändert wurde) Mit dem Programm kann nicht nur Eugen Josts Quadrat angezeigt werden. Auch selbst erzeugte magische Quadrate lassen sich so visualisieren. Sie können unterschiedlich große Rechtecke und Quadrate mit verschiedenen Bildern erzeugen. Um das magische Quadrat zu modifizieren, muss man die Datei "default.cal" mithilfe eines Texteditors (zum Beispiel Notepad) umschreiben und unter neuem Namen speichern. Die "default.cal" Datei ist folgendermaßen aufgebaut: Die erste Zeile besteht aus Zeilenzahl und Spaltenzahl des Quadrats (in diesem Beispiel 7,7). Jede weitere Zeile beschreibt eine einzelne Zelle und ist nach folgendem Schema aufgebaut: bild1, bild2, sound1, sound2, lösung. "bild1" entspricht dem Pfad zur Bilddatei1 (wird zu Beginn angezeigt) "bild2" entspricht dem Pfad zur Bilddatei2 (erscheint nach richtiger Antwort) "sound1" ertönt, wenn die Antwort richtig ist "sound2" ertönt, wenn die Antwort falsch ist "lösung" gibt den Text (oder die Zahl) an, die die Benutzerin oder der Benutzer für die richtige Antwort eintippen muss. Das Programmm wurde in C++ mit Hilfe der Open Source Bibliothek QT erstellt. Zu beachten ist, dass JPEG-Dateien (.jpg) nicht richtig geladen werden können. Bitmap-Dateien (.bmp) oder PNG-Dateinen (.png) sind mit dem Programm kompatibel. Für die Sounds müssen WAVE-Dateien (.wav) verwendet werden.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Magische Quadrate

Unterrichtseinheit

Magische Quadrate faszinieren die Menschen schon seit Tausenden von Jahren. Zur Untersuchung ihrer Eigenschaften werden Exceltabellenblätter genutzt. Die Materialien richten sich an begabte Schülerinnen und Schüler ab Klasse 5.Die frühesten magischen Quadrate werden dem chinesischen Gelehrten Fuh-Hi (2800 v. Chr.) zugeschrieben. Ihre wunderlichen Eigenschaften - gleiche Summen in den verschieden Reihen, Spalten, Diagonalen und noch an vielen anderen Stellen - zu untersuchen, macht Schülerinnen und Schülern von der Grundschule bis zur Oberstufe Spaß. Viele stellen sich dabei die Frage, wie man selbst solche magischen Quadrate erzeugen kann und wie viele es davon gibt. Um sich einen Überblick über die ?4 mal 4?-Quadrate zu verschaffen, werden Linearitätseigenschaften genutzt. Schließlich können über 1.000 (mit etwas mehr Mühe sogar über 3.000) magische Quadrate mit den Zahlen 1 bis 16 erzeugt werden.Die vorliegende Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit magischen "4 mal 4"-Quadraten, wie sie von der Grundschule bis zur gymnasialen Oberstufe untersucht werden können. Schülerinnen und Schüler können sich oder Freunden ein magisches Geburtstagsquadrat errechnen, sobald ihnen negative Zahlen vertraut sind. Es sind auch schon gute Erfahrungen mit Lernenden in der Primarstufe gesammelt worden, die sich, so weit es bei ihren Daten nötig war, auch an negative Zahlen herangewagt haben. Für Schülerinnen und Schüler höherer Jahrgangsstufen gibt es weiterführende Aufgabenstellungen, die zum einen mit dem Lösen von Gleichungssystemen, zum anderen mit Matrizenaddition und skalarer Multiplikation zu tun haben. Oberstufenschülerinnen und -schüler können mit den Eigenschaften von Vektorräumen arbeiten. Auch in niedrigeren Jahrgangsstufen kann man sich mit manchen Vektorraumeigenschaften - ohne die zugehörigen Begrifflichkeiten - auseinandersetzen. Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien Neben der Addition der Linearkombinationen von Grundquadraten können magische Quadrate auch auf anderen Wegen gefunden werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen magische Quadrate als solche erkennen können. magische "4 x 4"-Quadrate auf weitere Eigenschaften hin untersuchen können. aus bereits bekannten magischen Quadraten neue erstellen können. ein magisches Geburtstagsquadrat erstellen können. Hypothesen aufstellen und überprüfen. weitgehend eigenverantwortlich und kooperativ arbeiten. magische Quadrate mit den Zahlen 1 bis 16 erzeugen können (eine nicht ganz einfache Krönung der Arbeit). Thema Magische Quadrate Autorin Dr. Renate Motzer Fach Mathematik Zielgruppe begabte Schülerinnen und Schüler ab Klasse 5 Zeitraum 2-10 Stunden, je nachdem wie viele Fragestellungen bearbeitet werden Technische Voraussetzungen Computer mit Tabellenkalkulationssoftware (hier Microsoft Excel) Einsatz der Tabellenkalkulation Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst vorgegebene oder selbst erzeugte Quadrate darauf hin untersuchen, ob sie magisch sind. Um viel Rechenarbeit zu ersparen, können sie selbst eine Exceltabelle erstellen, wenn sie sich schon mit Tabellenkalkulation auskennen. Andernfalls kann ein vorgegebenes Tabellenblatt benutzt werden (magisch.xls). In diesem Fall sollte vorher diskutiert werden, was sinnvollerweise dort berechnet werden soll. (Wie die Operationen mit Excel umzusetzen sind, kann gegebenenfalls von der Lehrkraft erläutert werden.) Linearkombinationen von Grundquadraten Die Grundquadrate aus Nullen und Einsen sollen von den Kindern zunächst per Hand gefunden werden, die Addition von Linearkombinationen der Grundquadrate kann dann wieder von der Tabelle übernommen werden. Andere magische Quadrate Dass nicht alle magischen Quadrate Linearkombination von Grundquadraten sind, kann anhand eines von der Lehrperson vorgegebenen Quadrats (das auf andere Weise konstruierten wurde) entdeckt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen dazu versuchen dieses Quadrat aus den Grundquadraten zu erzeugen, was jedoch nicht gelingt. Sie können das Nichtgelingen auch dadurch begründen, dass dieses neue Quadrat eine Eigenschaft der Grundquadrate nicht hat, die auf Linearkombinationen übertragen wird. Wenn Sie das nicht sofort erkennen, werden sie von der Lehrperson durch bestimmte Fragen darauf hingeleitet. Quadrate mit den Zahlen 1 bis 16 Schließlich soll untersucht werden, ob man mit den Grundquadraten auch Quadrate erzeugen kann, die genau die Zahlen 1 bis 16 enthalten. Dazu muss manches einfach ausprobiert werden und nach möglichen Koeffizienten und ihrer Verteilung auf die Grundquadrate gesucht werden (man kann zum Beispiel diejenigen des Dürerquadrats nehmen). Die Kinder erleben hier, dass es nicht immer ein Lösungsschema geben muss, sondern dass manches durch systematisches Probieren erreicht werden kann.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Parameter linearer Funktionen mit GEONExT

Unterrichtseinheit

Eine mithilfe der kostenfreien Mathematiksoftware GEONExT erstellte Lernumgebung ermöglicht die dynamische Erarbeitung der Bedeutung der Parameter linearer Funktionen.Die hier vorgestellten Materialien ermöglichen es, den Einfluss der Parameter m und t auf die Lage der Geraden mit der Gleichung y = mx + t experimentell zu entdecken. Hierbei verstärkt die Dynamik die Anschaulichkeit entscheidend und trägt so zu einem erleichterten und vertieften Verständnis dieses Funktionstyps bei. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich mithilfe eines dynamischen Arbeitsblatts den Stoff weitgehend selbstständig oder kooperativ (Einzel- oder Partnerarbeit). Die Lehrerin oder der Lehrer tritt dabei in den Hintergrund und greift nur unterstützend beziehungsweise Impuls gebend ein. Die in den Aufgaben immer wieder verlangte Dokumentation von Erkenntnissen und Ergebnissen trainiert das Verbalisieren und Fixieren mathematischer Kontexte. Hinweise zum Unterrichtsverlauf Der Einsatz dynamischer Mathematik fördert selbstständiges oder kooperatives Arbeiten sowie die Individualisierung des Unterrichts. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Einfluss des Parameters t auf die Lage der Geraden erarbeiten. den Schnittpunkt einer Geraden mit der y-Achse bestimmen. erkennen, dass der Parameter m die Steigung der Geraden bestimmt. einüben, rechnerisch zu überprüfen, ob ein Punkt auf einer Geraden liegt. mathematische Zusammenhänge eigenständig und kooperativ erarbeiten und dokumentieren. Thema Parameter linearer Funktionen Autor Dr. Markus Frischholz Fach Mathematik Zielgruppe Klasse 8 Zeitraum 1 Stunde Technische Voraussetzungen idealerweise ein Rechner pro Person, Browser mit Java-Unterstützung, Java Runtime Environment (kostenloser Download) Software Mit GEONExT (kostenloser Download) können Sie eigene dynamische Materialien erstellen. Zur Nutzung der hier angebotenen Arbeitsblätter ist die Software jedoch nicht erforderlich. Ideale Veranschaulichung Wird der Einfluss der Parameter m und t auf die Lage von Graphen linearer Funktionen an der Tafel oder auf Folie entwickelt, so werden meist mehrere Graphen mit unterschiedlichen Parameterwerten in ein Koordinatensystem eingetragen. Dabei ergibt sich immer das Problem, dass zu viele Graphen die Darstellung unübersichtlich erscheinen lassen. Sind jedoch wenig Graphen eingezeichnet, so ist der Einfluss des jeweiligen Parameters nur noch schwer erfassbar. Dieses Dilemma wird durch die dynamische Darstellung aufgelöst und es entsteht eine ideale Veranschaulichung linearer Funktionen und ihrer Parameter (siehe Abb. 1 bis 3 unten). Selbstständiges oder kooperatives Arbeiten Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich mithilfe eines dynamischen Arbeitsblatts den Stoff weitgehend selbstständig oder kooperativ (Einzel- oder Partnerarbeit). Die Lehrerin oder der Lehrer tritt dabei in den Hintergrund und greift nur unterstützend beziehungsweise Impuls gebend ein. Die in den Aufgaben immer wieder verlangte Dokumentation von Erkenntnissen und Ergebnissen trainiert das Verbalisieren und Fixieren mathematischer Kontexte. Individualisierung des Unterrichts Durch den bewusst offen gehaltenen Umfang der Übung am Ende des dynamischen Arbeitsblatts wird das jeweilige Lerntempo der Schülerinnen und Schüler berücksichtigt. Daraus resultiert eine Individualisierung des Unterrichts. Der Parameter t Zunächst verändern die Schülerinnen und Schüler den Parameter t und stellen fest, dass damit eine Parallelverschiebung des Graphen einher geht (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Durch die Bestimmung mehrerer Schnittpunkte von Graphen mit der y-Achse und dem Vergleich mit der zugehörigen Geradengleichung erkennen die Lernenden, dass die allgemeinen Koordinaten dieses Schnittpunkts (0/t) lauten. Der Parameter m Anschließend wird der Parameter m untersucht. Dabei wird deutlich, dass damit die Steigung des Graphen festgelegt wird. Viele Schülerinnen und Schüler entdecken auch, dass der Neigungswinkel der Geraden von m abhängt. Durch den Spurmodus des Java-Applets wird veranschaulicht (Abb. 2), dass die Gerade - bei einer Veränderung von m - um den Schnittpunkt mit der y-Achse gedreht wird beziehungsweise dass dieser Schnittpunkt von m unabhängig ist. Anwendung des Gelernten Abschießend folgen Übungen, in denen die Schülerinnen und Schüler das neu erworbene Wissen anwenden müssen. Da die Punkte B und C dieselbe x-Koordinate haben (Abb. 3), kann kein Graph gefunden werden, der durch sie verläuft. Dadurch wird die Definition von Funktionen als eindeutige Zuordnung wiederholt. Der Umfang dieser Übungen ist nicht begrenzt, so dass auch leistungsstarke Schülerinnen und Schüler ausreichend Möglichkeiten haben, Aufgaben zu bearbeiten.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Untersuchung von Parabeln mit Excel

Unterrichtseinheit

Schülerinnen und Schüler untersuchen mithilfe von Excel den Einfluss der Vorfaktoren a, b und c auf die Lage und das Aussehen von Parabeln.Quadratische Funktionen begegnen den Lernenden das erste Mal in der Jahrgangsstufe 9. Sie lernen hier, wie man Scheitelpunkte von Parabeln berechnen und aus Funktionsvorschriften ablesen kann und wie Parabeln geöffnet und verschoben sind. Erfahrungsgemäß fällt es Schülerinnen und Schülern immer wieder schwer, Funktionsvorschriften quadratischer Funktionen in die Scheitelpunktsform zu bringen. Dass man aber auch einer Funktionsvorschrift, die noch nicht in die Scheitelpunktsform gebracht wurde, ansehen kann, wie die Parabel verschoben und geöffnet ist, kann im Unterricht mithilfe von Excel anschaulich dargestellt werden. Unterrichtsverlauf und Fazit Die Voraussetzungen und der Einsatz der Excel-Datei werden erörtert. Die Darstellung eines Unterrichtsverlaufs gibt einen Einblick in die Anwendung von Excel in der Praxis. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Bedeutung des Vorfaktors a in der Funktionsvorschrift f(x) = ax 2 + bx + c erkennen und benennen können. erkennen, dass ein negatives (positives) Vorzeichen des Vorfaktors b eine Verschiebung der Parabel nach rechts (links) bewirkt, vorausgesetzt der Vorfaktor a ist positiv (negativ). den Einfluss des Vorfaktors c auf die Lage der Parabel angeben können. anhand vorgegebener Funktionsvorschriften angeben können, wie die Parabel geöffnet und verschoben ist. Thema Untersuchung von Parabeln mit Excel Autorin Sandra Schmidtpott Fach Mathematik Zeitraum 1-2 Unterrichtsstunden (je nach Excel-Vorkenntnissen) Zielgruppe Klasse 9 technische Voraussetzungen Rechner in ausreichender Menge für Partnerarbeit, Beamer Software Excel In den vorangegangenen Unterrichtsstunden haben die Schülerinnen und Schüler die Bestimmung der Scheitelpunktsform einer quadratischen Funktion und alle wesentlichen Eigenschaften und "Verschiebemöglichkeiten" von Parabeln kennen gelernt und vertiefend geübt. Dass man einer quadratischen Funktion, die nicht in Scheitelpunktsform gegeben ist, ansehen kann, wie sie geöffnet und ob sie gestreckt oder gestaucht ist, war den Schülerinnen und Schülern anschaulich klar. Dass man aber auch der Funktionsvorschrift bereits ansehen kann, ob die Parabel nach rechts oder links verschoben ist, bereitete den Schülerinnen und Schülern noch große Probleme. Hier sorgte Excel für Abhilfe. Die Schülerinnen und Schüler arbeiteten eine Stunde lang in Partnerarbeit am Rechner. Eine Einführung in Excel war nicht notwendig, da sie bereits mit dem Programm vertraut waren. Eine kurze Anleitung zur Bedienung des Makros war allerdings wichtig. Den Schülerinnen und Schüler wurde dabei erklärt, in welchen Spalten sie sehen, wie groß die jeweiligen Vorfaktoren a, b und c sind (hier B3, C3, D3). Die Schülerinnen und Schüler beobachteten zunächst, wie sich der Vorfaktor a auf eine Parabel auswirkt und welche Verschiebung der Vorfaktor c zur Folge hat. Da die Auswirkung von b auf das Aussehen der Parabel unmittelbar vom Vorfaktor a abhängt, bereitete die Interpretation häufig Probleme. Einige Schülerinnen und Schüler haben diese Differenzierung völlig außer Acht gelassen. Erst die Hilfestellungen der Lehrkraft oder Mitschüler machten sie darauf aufmerksam. Daraufhin konnten sie ihre falschen oder unvollständigen Lösungen selbstständig korrigieren oder ergänzen. Natürlich kann man den Einfluss der Vorfaktoren auf die Lage und das Aussehen der Parabel auch über das einfache Zeichnen verschiedener quadratischer Funktionen oder über rein mathematische Regeln und Gesetzmäßigkeiten erklären. Auch der Einsatz eines grafikfähigen Taschenrechners wäre an dieser Stelle möglich gewesen. Die Möglichkeit, durch den Einsatz der Excel-Datei und das einfache Verschieben von Scroll-Leisten verschiedene Parabeln unmittelbar zu erzeugen und die Auswirkungen der Vorfaktoren a, b und c zu beobachten, hat sich sehr positiv auf das Verständnis der Zusammenhänge ausgewirkt. Man muss sich jedoch bewusst sein, dass durch das Arbeiten mit der Excel-Datei nur der Grundstein zum Verständnis gelegt wird - das exakte Berechnen muss im Unterricht vertiefend geübt werden.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Indirekte Proportionalität

Unterrichtseinheit

Die Schülerinnen und Schüler berechnen Wertetabellen und übertragen die Zahlen in ein interaktives Koordinatensystem.Mit den hier vorgestellten Materialien sollen die Schülerinnen und Schüler nach der direkten Proportionalität die Darstellung umgekehrt proportionaler Zusammenhänge kennen lernen. Am Anfang steht die Wiederholung des Dreisatzes für die indirekte Proportionalität zuerst in Text- und dann in Tabellenform. Das Ausfüllen der Wertetabellen bildet die Grundlage für das anschließende Eintragen der Werte in ein interaktives Koordinatensystem. Hier erfolgt die Auswertung der Ergebnisse nun auch anschaulich: Die richtig eingetragenen Werte werden als Funktion angezeigt! Einsatzmöglichkeiten und Voraussetzungen Die Unterrichtseinheit zielt in erster Linie auf das Üben des Übertragens von Werten aus einer Wertetabelle in ein Koordinatensystem. Dazu können diese interaktiven Übungen bereits bei der Behandlung dieses Themas im Unterricht als selbstständige Schülertätigkeit angeboten werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die direkte Proportionalität bereits auf diese Weise bearbeitet wurde (siehe Unterrichtseinheit Direkte Proportionalität ). In Klasse 6 empfiehlt sich der Einsatz eines Beamers, wenn die Kinder die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt sind. Interaktives Koordinatensystem Die Schülerinnen und Schüler sollen den Dreisatzes für die indirekte Proportionalität richtig anwenden. Wertetabellen richtig ausfüllen können. Zuordnungsvorschriften der Form y=m/x formulieren können. das Eintragen von Wertepaaren in ein Koordinatensystem beherrschen. erkennen, dass die Graphen indirekt proportionaler Zuordnungen keine ansteigende Geraden mehr ergeben, sondern bestimmte Arten von Kurven: Hyperbeläste (ohne den Begriff zu kennen). Thema Indirekte Proportionalität Autor Jens Tiburski Fach Mathematik Zielgruppe Klasse 6 Technische Voraussetzungen Computerarbeitsplatz (im Idealfall ein Computer pro Kind), Browser mit aktiviertem Javascript

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Direkte Proportionalität

Unterrichtseinheit

Mithilfe der hier vorgestellten Materialien sollen die Schülerinnen und Schüler in Klasse 6 den Schritt von der direkten Proportionalität zur linearen Funktion nahezu selbstständig erarbeiten.Zu Beginn der Unterrichtseinheit erfolgt eine Wiederholung des Dreisatzes für die direkte Proportionalität, zuerst in Text- und dann in Tabellenform (Arbeitsblatt 1). Das Ausfüllen von Wertetabellen bildet die Grundlage für das anschließende Eintragen der Werte in ein Koordinatensystem (Arbeitsblatt 2). Bei der Bearbeitung von Arbeitsblatt 3 erfolgt die Auswertung der Ergebnisse nun auch anschaulich: Die richtig eingetragenen Werte werden als Funktion angezeigt! Einsatzmöglichkeiten Die Unterrichtseinheit zielt in erster Linie auf das Übertragen von Werten aus einer Wertetabelle in ein Koordinatensystem. Dazu können die interaktiven Übungen der Arbeitsblätter entweder nach der Behandlung des Themas im Unterricht zur selbstständigen Schülertätigkeit angeboten werden (eine Unterrichtsstunde), oder bereits für die Erarbeitung des Themas "Darstellung der direkten Proportionalität im Koordinatensystem" verwendet werden (drei Unterrichtsstunden). In Klasse 6 empfiehlt sich der Einsatz eines Beamers, wenn die Kinder die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt sind. Interaktives Koordinatensystem Die Schülerinnen und Schüler sollen den Dreisatz für die direkte Proportionalität richtig anwenden. Wertetabellen richtig ausfüllen. Zuordnungsvorschriften der Form y=mx formulieren. das Eintragen von Wertepaaren in ein Koordinatensystem beherrschen. erkennen, dass die Graphen direkt proportionaler Zuordnungen ansteigende Geraden ergeben, die durch den Koordinatenursprung verlaufen. Thema Proportionalität Autor Jens Tiburski Fach Mathematik Zielgruppe Klasse 6 Zeitraum 1-3 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Computerarbeitsplatz (am Besten ein Computer pro Kind), Browser mit aktiviertem Javascript

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Schulung der Grundvorstellung von Bruchzahlen

Unterrichtseinheit

Interaktive Arbeitsblätter ermöglichen das selbstständige Entdecken. So können sie einen wesentlichen Beitrag zur Ausbildung der Grundvorstellung von Bruchzahlen leisten.Die Auseinandersetzung mit Bruchzahlen bringt neben verschiedenen äußerlich formalen Darstellungsformen, wie unterschiedliche Schreibweisen und Sprechweisen, auch verschiedene im Kontext eingebundene Grundvorstellungen mit sich. Die Auseinandersetzung mit diesen Grundvorstellungen ist besonders notwendig, um den mathematischen Inhalt einem passenden realen Sachzusammenhang zuzuordnen. Grundvorstellungen fungieren dabei als Brückenglieder zwischen der Realität, der Mathematik und den jeweiligen Lernvoraussetzungen.Innerhalb der gesamten Anwendung wurde das Konzept verfolgt, zu den Grundvorstellungen spezielle Übungsaufgaben (im Hauptmenü grün gefärbt) und eine zugrunde liegende Erklärung - oder Entdeckungsseite (gelb gefärbt) - anzubieten. Die Entdeckungsseiten sollen für unerfahrene Schülerinnen und Schüler einen ersten Zugang liefern. Sie verfügen über ein Textfeld, in das die Lernenden ihre Beobachtungen und ersten Versuche zur Beschreibung der verschiedenen Grundvorstellungen der Bruchzahlen schreiben können. Die Texte können nach Ende der Bearbeitung von der Lehrkraft in dem Tabellenblatt "Beobachtungen" eingesehen werden. Damit die Excel-Arbeitsblätter richtig funktionieren, müssen Makros aktiviert sein und die Sicherheitsstufe auf "mittel" eingestellt werden. Hinweise zur Durchführung im Unterricht Die interaktive Excel-Lernumgebung ermöglicht den Schülerinnen und Schülern ein selbstständiges Entdecken der Lerninhalte. Die Schülerinnen und Schüler sollen eigene Vorstellungen zu den verschiedenen Grundvorstellungen der Bruchzahlen entwickeln. ihre eigenen Vorstellungen von Bruchzahlen verbalisieren können. Bruchzahlen als wichtige Bestandteile in ihrer Umwelt identifizieren und Verständnis für Sinn und Bedeutung der einzelnen Aufgaben entwickeln. an die Bedeutung von Bruchzahlen intuitiv herangehen und ein eigenes Verständnis für diese entwickeln, ohne die Begriffe Zähler und Nenner zu benutzen. die Aufgaben nach Abschluss des jeweiligen Entdeckerarbeitsblattes selbst erarbeiten können. Thema Schulung der Grundvorstellung von Bruchzahlen Autor Katrin Hausmann unter Mithilfe von Thomas Borys Fach Mathematik Zielgruppe Klasse 5 oder 6 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Computerraum, Software: Excel Thomas Borys ist Gymnasiallehrer für Mathematik und Physik. Er arbeitet als Studienrat im Hochschuldienst an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe am Institut für Mathematik und Informatik. Technische Voraussetzung Um die Excel-Arbeitsblätter uneingeschränkt nutzen zu können, muss unter "Extras" / "Makros" / "Sicherheit" als Sicherheitsstufe mindestens "mittel" eingestellt werden. Andernfalls funktionieren die Makros nicht korrekt. Allgemeines Der Unterricht sollte für die Durchführung offen gestaltet werden. Dabei kann die Sozialform zwischen Partner- und Einzelarbeit nach den Vorlieben der Lernenden und entsprechend der technischen Voraussetzungen gewählt werden. Die Zeitspanne von zwei Stunden ist großzügig gewählt, sodass die Lernumgebung jedem Lerntempo gerecht wird. Alltagsbezug Insgesamt ist die Anwendung so gestaltet, dass sie den Lernenden möglichst viele Sachzusammenhänge aus dem Alltag bietet. Auf diese Weise sollen der Verständnisprozess unterstützt und das Entwickeln von Grundvorstellungen ermöglicht werden. Die erstellten interaktiven Arbeitsblätter sollen einen wesentlichen Beitrag zur Ausbildung der Grundvorstellung von Bruchzahlen leisten. Folgende verschiedene Gesichter der Bruchzahlen werden dabei angesprochen: Bruchzahl als Teil eines Ganzen Bruchzahl als Teil mehrer Ganzer Bruchzahl als Vergleichsoperator Bruchzahl als Resultat einer Division Bruchzahl als Verhältnis Bruchzahl als Quasikardinalzahl Bruchzahl als Quasiordinalzahl Bruchzahl als absoluter Anteil Visualisierung von Bruchzahlen Um die Grundvorstellungen auszubilden und auch zu schulen, ist die Visualisierung von besonderer Bedeutung. Excel bietet die Möglichkeit, Zahlenwerte mit verschiedenen Diagrammtypen grafisch darzustellen. Durch aktive Steuerelemente, wie zum Beispiel Schieberegler, kann das Kind Veränderungen der Zahlenwerte erzeugen und deren Auswirkung im Diagramm erkennen. Die Arbeitsblätter ermöglichen ein selbstständiges Arbeiten am Computer in Einzel- oder Partnerarbeit. Der interaktive Charakter wird dabei durch Feedbacks über die Ergebnisse erzeugt oder aber auch durch Betätigungen von eingebauten Instrumenten, die eine Veränderung von Zahlenwerten zur Folge haben. Da die Grundvorstellungen der Bruchzahl als Teil eines Ganzen und als Teil mehrerer Ganzer Basis für den Aufbau von weiteren Grundvorstellungen sind, sind Erklärungen und Übungen zu diesen beiden vorangestellt worden. Da erst die Erkenntnis von der Bruchzahl als Teil vom Ganzen weitere Vorstellungen von Bruchzahlen zulässt, wird den Lernenden empfohlen diese Seiten zuerst zu bearbeiten. Die Schülerinnen und Schüler müssen lediglich über grundlegende Kenntnisse im Umgang mit Computern verfügen. Die wichtigsten Funktionen, die für die Bearbeitung der interaktiven Arbeitsblätter notwendig sind, werden zu Beginn in einer kleinen Einführung erläutert, sodass innerhalb der Anwendung keine Probleme auftreten sollten. Im Bezug auf den fachlichen Inhalt "Bruchzahlen" benötigen die Lernenden nicht zwingend Vorkenntnisse. In den Arbeitsblättern wird bewusst auf Bezeichnungen wie "Zähler" und "Nenner" verzichtet, um einen intuitiven und völlig freien Zugang zu den Bruchzahlen zu ermöglichen. Hinweise Für die eigentliche Anwendung der interaktiven Arbeitsblätter im Unterricht genügt generell die Lernumgebung als "Schülerversion". Nur wenn Sie Änderungen in der Programmierung vornehmen möchten, benötigen Sie die "Lehrerversion" ohne Blattschutz, die wir passwortgeschützt anbieten. Thomas Borys ist Gymnasiallehrer für Mathematik und Physik. Er arbeitet als Studienrat im Hochschuldienst an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe am Institut für Mathematik und Informatik.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zu linearen Funktionen setzen sich die Lernenden mit dem mathematischen Funktionsbegriff auseinander und wenden ihn in einer anschaulichen Fragestellung aus der Fernerkundung an. Dabei erarbeiten sie Möglichkeiten zur Korrektur verzerrter Scannerbilder mithilfe einer linearen Funktion. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Zentrales Element dieser Lerneinheit zu linearen Funktionen ist das Beispiel eines Flugzeugs, das für Scanneraufnahmen über eine Landschaft fliegt und durch eine Windböe vom geraden Kurs abkommt. Die dadurch auf dem Scannerbild entstandene Verzerrung können die Schülerinnen und Schüler durch eine Funktion korrigieren. Zusätzlich zum Verständnis der mathematischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auch Aspekte der Fernerkundung kennen. Das Projekt "Fernerkundung in Schulen" (FIS) des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Dabei entstehen neben klassischen Materialien auch Anwendungen für den computergestützten Unterricht.Ziel der Unterrichtseinheit ist es, Aufgaben und die Mechanismen einfacher linearer Funktionen zu verstehen. Durch die praktische Anwendung sollen mögliche Verständnisbarrieren frühzeitig überwunden werden und den Lernenden ein klarer Bezug der mathematischen Inhalte zu realen Situationen aufgezeigt werden, in diesem Fall zur rechnerischen Entzerrung von Scannerbildern. Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe des Moduls das Verständnis für den Sinn und die Charakteristik von einfachen Funktionen festigen, bevor es lehrplangemäß zur Vertiefung dieser Thematik kommt. Es ist jedoch denkbar, Themen wie den Aufbau einer Funktionsgleichung oder die Herleitung einer Funktionsgleichung aus zwei Punkten eines Graphen an das Modul anzulehnen und sich im regulären Unterricht sukzessive die Werkzeuge zur Lösung des Moduls zu erarbeiten. Die mathematische Auseinandersetzung mit dem Funktionsbegriff ist zentrale Aufgabe des Moduls. Zusätzlich lernen die Schülerinnen und Schüler Aspekte der Fernerkundung kennen. Einführung in das Computermodul Das interaktive Modul "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" gliedert sich in ein Startmenü, eine Einleitung und den in drei Bereiche unterteilten Aufgabenteil. Aufgabenteil im Computermodul Hier wird der Aufgabenteil mit den drei Bereichen Analyse, Funktion und Entzerrung des interaktiven Moduls "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" genauer beschrieben. Die Schülerinnen und Schüler können die Entstehung von Scannerbildern nachvollziehen. stellen einen klaren Bezug zwischen den mathematischen Inhalten und der realen Situation her. kennen die Struktur eines digitalen Bildes und können sie auf die Problemstellung übertragen. formulieren die Anforderung an eine Funktion, welche für die Lösung der Problemstellung notwendig ist. verstehen den Sinn und die Arbeitsweise von Funktionen anhand des zu entzerrenden Bildes. Nach der Weiterleitung in diesen Bereich sind in der linken Navigationsleiste drei Felder zu erkennen, über welche die Bereiche 1, 2 und 3 frei anwählbar sind. Im Aufgabenteil sollen die Schülerinnen und Schüler den Kern des Problems der Driftverzerrung erfassen und können nun interaktiv arbeiten. Bereich 1: Analyse Hier stehen den Lernenden zwei Bilder zur Verfügung. Ein unverzerrtes Vergleichsbild und das verzerrte Bild, welches im Laufe der Vorgeschichte entstanden ist. Aufgabe ist es die Unterschiede in den Bildern genau zu definieren. Dabei hilft ihnen ein Tool, mit dessen Hilfe sie in beiden Bildern einen Bildausschnitt vergrößern können. Der Button "Aufgaben" öffnet ein Feld mit den drei innerhalb dieses Bereichs zu lösenden Aufgabenstellungen. Im linken Bereich ist ein Schema abgebildet, welches alle für die Lösung der Aufgaben relevanten Angaben enthält (Abbildung 3, bitte auf den Platzhalter klicken). Ziel ist es, eine Aussage über die Anzahl der Bildspalten treffen zu können, um die die erste und die letzte Bildzeile im verzerrten Bild versetzt sind. Dazu muss der Betrag in Meter, um den das Flugzeug am Ende der Aufnahme abgewichen ist, in Pixel umgerechnet werden. Der Betrag in Bildspalten y, um den die erste, also oberste Bildzeile x versetzt ist, wird als Punkt A in das Graphenmodul auf der rechten Seite eingegeben. Punkt B setzt sich aus dem Versatz der letzten, also untersten, Bildzeile x2 um die Anzahl der Bildspalten y2 zusammen. Bei den Berechnungen wird eine Genauigkeit von zwei Nachkommastellen als ausreichend betrachtet. Dieser Bereich dient der Überprüfung der aufgestellten Funktion. Sie kann unten links in die Felder eingetragen werden. Der Button "Bild entzerren" versetzt die Bildzeilen des verzerrten Bildes entsprechend der eingegebenen Funktion. Die richtige Funktionsgleichung führt auch zum richtigen Ergebnis. Zur Überprüfung ist links noch einmal das verzerrte Bild dargestellt. Der Button mit den entgegengesetzten Pfeilen bietet die Möglichkeit, das unverzerrte Kontrollbild einzublenden. In diesem Bereich kann zum besseren Verständnis der Vorgänge auch experimentiert werden. Grundsätzlich führt eine erhöhte Steigung des durch die Funktionsgleichung beschriebenen Graphen zu einer stärkeren Verzerrung. Der y-Achsenabschnitt beschreibt einen Versatz des Bildes in positive oder negative Richtung. Das Programm beachtet dabei nur diskrete Werte. Kommastellen werden gerundet. So findet die Verschiebung nur in ganzen Pixelwerten statt. Stunde 1 Stundenziel: Der fernerkundliche Hintergrund soll verstanden werden und die Überleitung zur mathematischen Fragestellung durchgeführt werden. Feinziele (FZ): FZ 1: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Entstehung von Scannerbildern nachvollziehen können. FZ 2: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Struktur eines digitalen Bildes kennen und auf die Problemstellung übertragen können. FZ 3: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Anforderung an eine Funktion formulieren, welche für die Lösung der Problemstellung notwendig ist. Phase Inhalt Sozial- / Aktionsform Medien / Dateien Einführung Erläuterungen zur Fernerkundung; Abbildungen zur Entstehung von Scannerbildern; Verdeutlichung über den Startbildschirm des Computermoduls Unterrichtsgespräch Folien 1 und 2; Computer und Beamer; Startbildschirm des Computermoduls Problematisierung Einführung der Problemstellung Gruppenarbeit Computer, Punkt "Einführung" im Computermodul Erarbeitung Schülerinnen und Schüler verdeutlichen sich die Verzerrung anhand der Aufgabenstellungen im Bereich "Analyse". Gruppenarbeit Computer, Punkt "Analyse" im Computermodul Bündelung Zusammenfassen der Erkenntnisse Unterrichtsgespräch Computer und Beamer, Punkt "Analyse" im Computermodul Stunde 2 Stundenziel: Eine lineare Funktion soll aufgestellt werden, mit deren Hilfe das verzerrte Bild entzerrt werden kann. Feinziele (FZ): FZ 1: Die Schülerinnen und Schüler sollen denn Sinn und die Arbeitsweise von Funktionen anhand des zu entzerrenden Bildes verstehen. Phase Inhalt Sozial- / Aktionsform Medien / Dateien Einführung Wiederholung der am Ende der letzten Stunde formulierten Anforderung an die Funktion Unterrichtsgespräch Computer und Beamer, Punkt "Analyse" im Computermodul Problematisierung 1. Es ist noch nicht bekannt, um wie viele Pixel die Bildreihen maximal verschoben sind. 2. Die Funktion selber ist noch nicht bekannt. 3. Die Funktion muss auf das Bild angewendet werden. Gruppenarbeit Computer, Punkt "Funktion" im Computermodul Erarbeitung Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich anhand der Aufgabenstellungen im Bereich "Funktion" die Funktion und testen sie im Bereich "Entzerrung". Gruppenarbeit Computer, Punkte "Funktion" und "Entzerrung" im Computermodul Bündelung Zusammenfassen der Erkenntnisse, auch durch die Möglichkeit mithilfe beliebiger Funktionen das Bild zu verzerren Unterrichtsgespräch Computer und Beamer, Punkt "Entzerrung" im Computermodul Um den Kern der Problematik im Modul erfassen zu können, ist eine kurze Erklärung notwendig, denn die hier behandelte Verzerrung ist nur charakteristisch für Scannerbilder. Die Beispiele aus den Hintergrundinformationen und vor allem die interaktive Animation am Anfang des Moduls sollen hier behilflich sein. Folie 1 zeigt klar den Unterschied zwischen einem normalen Luftbild und einem Scannerbild auf. Um zu verdeutlichen, wo die Vorteile eines Scannerbildes liegen, kann Folie 2 gezeigt werden. Die Unterrichtseinheit "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik durch Animation und Interaktion nachhaltig zu vermitteln. Darüber hinaus ist die durchgeführte Bildkorrektur nur mithilfe eines Rechners durchführbar. Ein Umstand, der den Schülerinnen und Schülern das Medium Computer nicht als reines Informations- und Unterhaltungsgerät, sondern auch als Werkzeug näher bringt. Das Modul ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Es wird durch Ausführen der Datei "FIS_Pixel auf Abwegen.exe" gestartet. Dazu ist ein Adobe Flash Player notwendig. Der erste Bereich des Computermoduls "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" wird nach dem Start automatisch geladen. Die Animation verdeutlicht die Arbeitsweise eines flugzeuggestützten Scanners. Das Flugzeug scannt dabei eine Landoberfläche ab, gleichzeitig wird auf der rechten Seite der gescannte Bildbereich Reihe für Reihe, der aktuellen Flugzeugposition entsprechend, aufgebaut. Abbildung 1 verdeutlicht dies (Platzhalter bitte anklicken). Die mittig angeordneten Pfeile dienen der Beeinflussung des Flugverhaltens. Das gescannte Bild reagiert dabei auf die ausgelösten Manöver und die entstandene Verzerrung wird angezeigt. Wird eine Seitwärtsbewegung ausgelöst, erscheint ein Button. Ein Klick auf den Button "Driftverzerrung bearbeiten" leitet über zum nächsten Menüpunkt. Zur Anpassung der Animation an geringere Rechnerleistung kann die Qualität mithilfe des Buttons im oberen linken Fensterbereich angepasst werden. Der zweite Bereich bietet eine animierte Einführung, in der ein Flugzeug über eine Landschaft fliegt. Abbildung 2 gibt einen Eindruck dieser Animation (bitte auf den Platzhalter klicken). Eine semi-fiktionale Geschichte erzählt kurz, wie es zur Situation der Driftverzerrung gekommen ist, die es auf mathematischem Weg zu lösen gilt. Die "Weiter"-und "Zurück"-Buttons navigieren durch die beiden Abschnitte dieses Bereichs und leiten zum dritten Bereich, dem Aufgabenteil, weiter.

  • Geographie / Informatik / Mathematik
  • Sekundarstufe I

Zahlen und Kalender der Maya

Unterrichtseinheit

In der Unterrichtseinheit "Zahlen und Kalender der Maya" veranschaulichen dynamische Arbeitsblätter mit interaktiven Übungen und 3D-Animationen mit Zahnradmodellen, wie das Zahlen- und Kalendersystem der Maya "tickt". Dabei ist das kleinste gemeinsame Vielfache von Zahlen von zentraler Bedeutung.Am 21. Dezember des Jahres 2012 wird der sogenannte "Long Count" der Maya enden. Nach 5.125 Jahren läuft das Kalendersystem der untergegangenen und immer noch rätselhaften Kultur damit aus. Die Filmindustrie Hollywoods assimilierte dies und produzierte mit dem Katastrophenfilm "2012" von Star-Regisseur Roland Emmerich einen Kassenschlager. Das so ausgelöste Interesse für den Maya-Kalender kann im Unterricht genutzt werden, um Schülerinnen und Schüler mit dem fremdartigen Kalendersystem bekannt zu machen und den Lernenden Einblick in eine ganz andere Schreibweise von Zahlen zu gewähren. Einführung der Lernumgebung per Beamer Schülerinnen und Schüler der Klasse 5 sind den Einsatz interaktiver Arbeitsblätter oft noch nicht gewohnt. Daher sollte der Umgang damit zunächst von der Lehrperson per Beamer gezeigt werden. Auch die Steuerung einer VRML-Animation sollte demonstriert werden. Die 3D-Animationen der Lernumgebung zum Maya-Kalender sorgen für Anschaulichkeit und vereinfachen die Visualisierung von Aufgabenstellungen und Zusammenhängen. Alle animierten GIFs und Videos der Lernumgebung wurden vom Autor mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio 2.0 erzeugt. Hinweise zum Einsatz der Übungen Ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Zahleneingabe bei den Übungen führt zu erhöhter Konzentration und damit zu weniger Frusterlebnissen. Diese entstehen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber formal fehlerhaft (zum Beispiel durch Leerstellen) in die Arbeitsblätter eingegeben werden. Die Angaben werden dann als falsch bewertet. Auch Partnerarbeiten zwischen Schülerinnen und Schülern mit guten Deutschkenntnissen und Lernenden, denen die deutsche Sprache schwer fällt, kann zur Vermeidung von Frusterlebnissen beitragen. Inhalte der Lernumgebung Schülerinnen und Schüler lernen die Maya-Ziffern kennen. Zahnrad-Modelle veranschaulichen die Kalenderzyklen bis hin zum "Long Count", der 2012 enden wird. Die Schülerinnen und Schüler kennen im Lernbereich "Natürliche Zahlen" die Begriffe Teilbarkeit, Vielfache und Teiler sowie Mengen (Klasse 5). gewinnen im Wahlpflichtbereich "Wie die Menschen Zählen und Rechnen lernten" Einblick in das Zählen und in die Schreibweisen von Zahlen in einem anderen Kulturkreis (Klasse 5). setzen sich im Rahmen der Prüfungsvorbereitung mit den Begriffen Teiler- und Vielfachmengen sowie mit Stellenwertsystemen auseinander (Klasse 10). Die Lernenden erhalten zunächst Einblicke in das Zahlensystem der Maya. Ähnlich wie bei uns beruht auch die Mathematik der Maya auf einem Stellenwertsystem. Die Basis des Maya-Systems ist die Zwanzig, es handelt sich also um ein sogenanntes Vigesimalsystem. Auf die Einführung der Grundziffern von Null bis 39 (mit nur drei Symbolen!) folgen interaktive Übungen. Diese festigen das Erkennen und Zuordnen der Ziffern. Es folgt eine kurze Erklärung zur Bildung größerer Zahlen über die Funktion der Stellenwertsetzung. Die Übungen beschränken sich auf den Zahlenraum bis 39. Das Zahnradmodell Nach dem Einstieg in den Zahlenraum folgen prinzipielle Erläuterungen zum Kalendersystem der Maya und zu dem "Kalenderbild" der ineinander greifenden Zahnräder. Zum besseren Verständnis erfolgt die Analyse der ersten Kalendermodelle mithilfe von 3D-Animationen der jeweiligen Zahnrad-Kombinationen. Die Schülerinnen und Schüler haben so die Möglichkeit, durch Mitzählen die Ergebnisse abzuleiten und rechnerisch nachzuvollziehen. Daraus ergibt sich die Erkenntnis, dass die Vielfachbildung der "Zähne" Informationen über die Dauer von Kalenderperioden ermöglicht. Das ist der zentrale Gedanke dieser Unterrichtseinheit. Mithilfe weiterer interaktiver Übungen werden die Bildung von Vielfachmengen sowie die des kleinsten gemeinsamen Vielfachen zweier Zahlen gefestigt. Die in die Arbeitsblätter eingegebenen Antworten werden auf Richtigkeit überprüft, sodass die Schülerinnen und Schüler ständig Feedback über den Erfolg ihrer Bemühungen erhalten. Hinweise zu den 3D-Animationen Neben den animierten GIFs der Lernumgebung können 3D-Darstellungen auch als VRML-Anwendungen aufgerufen werden. Diese haben gegenüber den GIF-Animationen den Vorteil, dass sie die vollständigen Animationen wiedergeben und nicht nur Ausschnitte. Über einen rechten Mausklick in eine VRML-Darstellung öffnet man ein Kontext-Menü, mit dem die 3D-Animation gesteuert werden kann. Auf diesen Grundlagen aufbauend werden im nächsten Abschnitt der Lernumgebung die Kalendersysteme der Maya erläutert: Tzolkin - der heilige Kalender Er besteht aus zwei überlagerten Wellen: 20 Sonnenzeichen und 13 Töne. Dies ergibt 260 Kombinationen. Jedem Tag wird eine Kombination fortlaufend zugeordnet. Haab - der landwirtschaftliche Kalender Dieser Kalender ähnelt unserem Gregorianischen Kalender. Er umfasst 365 Tage. Die Maya verzichteten auf Schaltjahre für die Kalender-Korrektur, weil ihnen das Einhalten der Zyklen wichtiger war: Sie wussten, dass 1507 tropische Jahre 1508 Haab entsprechen. Daraus ergibt sich eine Jahreslänge von 365,2420 Tagen. Die Abweichung von der tatsächlichen Jahreslänge ist geringer als die unseres modernen Kalenders! "Calendar Round" Die Permutation beider Kalender (Tzolkin und Haab) ergab das als "Calendar Round" bekannte System. Dessen Zeichenkombinationen wiederholten sich alle 52 Jahre. Die tragende Rolle dieser Kalendersysteme spielen die Vielfachmengen (beziehungsweise die kleinsten gemeinsamen Vielfachen der heiligen Maya-Zahlen 13, 18 und 20), die durch die "Zahnräder" der Kalender codiert werden. Auch hierzu enthalten die Arbeitsblätter anschauliche 3D-Animationen (siehe Abb. 1). Die oben genannten drei verschiedenen Kalender sind aber noch nicht alles: Für astronomische Berechnungen und Geschichtsaufzeichnungen hatten die Maya noch einen vierten Kalender entwickelt, den sogenannten "Long Count". Dieser Zyklus läuft über 5.125 Jahre hinweg. Die lange Zählung ist nichts anderes als das Angeben der Anzahl von Tagen, die seit einem Nulldatum vergangen sind, in der Form der Mayazahlen. Dieser Kalender endet am 21. Dezember 2012. Die Frage "Was passiert dann?" ist der Ausgangspunkt von Weltuntergangs-Spekulationen und auch der Hintergrund des Hollywood-Katastrophenfilms "2012" von Erfolgsregisseur Roland Emmerich.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Lineare Funktionen – die Funktionsmaschine

Unterrichtseinheit

In der Unterrichtseinheit "Lineare Funktionen" machen die Schülerinnen und Schüler mithilfe des mathematischen Modells der Funktionsmaschine ihre erste Bekanntschaft mit dem Funktionsbegriff. Im weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit wird die lineare Funktion als solche anschaulich und ausführlich mit vielen interaktiven Übungen untersucht.Da der Funktionsbegriff in der weiteren Schullaufbahn der Lernenden einen hohen Stellenwert einnehmen wird, ist es von herausragender Bedeutung frühzeitig fundierte Grundlagen zu schaffen. Deshalb beginnt die Unterrichtseinheit mit dem Modell der Funktionsmaschine (Schmuckbild links bitte anklicken). Die hier vorgestellten interaktiven Übungen der Arbeitsblätter können entweder nach der Behandlung des Themas im Unterricht zur selbstständigen Schülertätigkeit angeboten (eine Unterrichtsstunde pro Arbeitsblatt mit Vorbesprechung und Auswertung) oder bereits für die Erarbeitung des Themas "Lineare Funktionen" verwendet werden. Dabei empfiehlt sich der Einsatz eines Beamers, wenn die Lernenden die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt sind.Die Unterrichtseinheit dient der Erarbeitung des Funktionsbegriffs. Da sehr viele Schülerinnen und Schüler Schwierigkeiten haben, den Funktionsbegriff zu verinnerlichen, wird gerade auf die anschauliche Darstellung der Funktion als Maschine, die Zahlen verändert, Wert gelegt. Das Modell der Funktionsmaschine hat sich in der Mathematik-Didaktik als sehr anschaulich und einprägsam für die Lernenden erwiesen. Die auf dem ersten Arbeitsblatt verwendete Animation soll einen Beitrag zur weiteren Erhöhung dieser Anschaulichkeit leisten. Damit die Animation richtig angezeigt wird, muss ein Flash-Player für den Browser installiert sein und interaktive Webinhalte müssen zugelassen werden. Einsatz der Materialien Hinweise zum Einsatz der Arbeitsblätter, Links zu den Onlinematerialien und Screenshots. Die Schülerinnen und Schüler verinnerlichen anhand der Funktionsmaschine den Funktionsbegriff. kennen Zuordnungsvorschriften linearer Funktionen und wenden diese an. formulieren Zuordnungsvorschriften der Form y=mx+n. beherrschen das Ablesen von linearen Funktionen aus dem Koordinatensystem. beherrschen das Eintragen von linearen Funktionen in ein Koordinatensystem. erkennen Achsenabschnitte als Hilfsmittel zur Darstellung linearer Funktionen. lernen das grafische Lösen linearer Gleichungssysteme kennen. Das erste Online-Arbeitsblatt (funktionsmaschine.html) demonstriert den Schülerinnen und Schülern anhand einer Funktionsmaschine anschaulich, was hinter dem Begriff "Funktion" steckt und vermittelt erste Grundlagen der Begrifflichkeit (Argument, Funktionswert, … ). Alle Arbeitsblätter dieser Unterrichtseinheit stehen online zur Verfügung, können aber auch im Downloadbereich auf der Startseite des Artikels als ZIP-Ordner heruntergeladen werden. Das zweite Arbeitsblatt (funktionsmaschine_II.html) soll den Lernenden mithilfe des Modells der Funktionsmaschine erste Schritte beim Erkennen und Nachvollziehen von Zuordnungsvorschriften ermöglichen. Nach der Erarbeitung des Begriffs "lineare Funktion" kann anhand von Arbeitsblatt 3 (lineare_funktionen_I.html) mit dem Erkennen vorgegebener linearer Funktionen fortgefahren werden. Dabei erhöht sich der Schwierigkeitsgrad der Aufgaben sowie die Anforderungen bei der Beantwortung der Fragen. Das Einzeichnen von linearen Funktionen anhand der Achsenabschnitte wird bei der Bearbeitung von Arbeitsblatt 4 verlangt (lineare_funktionen_II.html). Dabei begegnen die Schülerinnen und Schüler erneut dem interaktiven Koordinatensystem, das ihnen bereits aus den Unterrichtseinheiten zur direkten und indirekten Proportionalität bekannt sein könnte (Unterrichtseinheiten Direkte Proportionalität und Indirekte Proportionalität des Autors im Fachportal Mathematik). Das fünfte Arbeitsblatt (lineare_funktionen_III.html) dient der abschließenden Untersuchung zusammenhängender linearer Funktionen. Ziel ist es, Schnittpunkte linearer Funktionen zu bestimmen - als Grundlage für das grafische Lösen linearer Gleichungssysteme.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I

Die magische Wand im Mathematikunterricht

Unterrichtseinheit

Mit dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Die magische Wand im Mathematikunterricht" gelingt ein spielerischer Jahresrückblick über die Schwerpunktthemen des Mathematikunterrichts in der Höheren Berufsfachschule (Unterstufe).Die Unterstufe liefert das mathematische Rüstzeug für die stärker auf kaufmännische Fragestellungen ausgerichtete Oberstufe. Die curricularen Vorgaben für die Höhere Handelsschule sehen die Behandlung folgender Schwerpunktthemen vor: Kaufmännisches Rechnen, darunter insbesondere: Verhältnisgleichungen und Dreisatz am Beispiel der Währungsrechnung, Prozent- und Zinsrechnung Lineare Funktionen und Gleichungen nebst linearer Gleichungssysteme Quadratische Funktionen und Gleichungen Potenzgesetze, sowie Rechnen mit Logarithmen In einer Stunde sollen im Rahmen eines Quiz' verschiedene Aufgaben aus den genannten Themenbereichen innerhalb einer festgesetzten Zeitdauer gelöst werden. Hinter der "magischen Wand", die per Beamer projiziert wird, verbergen sich die Aufgaben und Fragen, die die Schülerinnen und Schüler lösen müssen. Ich erstellte sie unter Zuhilfenahme der Entwicklungsumgebung "Visual Basic".Die Stunde, deren überwiegender Teil von konkurrierender Gruppenarbeit bestimmt wird, ist als Spielstunde konzipiert. Die Methode wurde gewählt, um der Stunde Dynamik zu verleihen. Der Lehrer nimmt die Rolle des Spielleiters ein. Die "Magische Wand" erstellte ich unter Zuhilfenahme der Entwicklungsumgebung "Visual Basic". Optisch wurde bei der Gestaltung des Spiels auf Analogien bekannter Quiz-Sendungen geachtet. Es ist davon auszugehen, dass dadurch die Spielregeln weitestgehend bekannt sind. Um die Durchgängigkeit des Spielverlaufs nicht zu gefährden, werden selbst bei einer falschen Lösung keine Lösungswege bekannt gegeben. Spielregeln Die magische Wand - Ein spielerischer Jahresrückblick über Themen des Mathematikunterrichts Die Schülerinnen und Schüler reflektieren schwerpunktmäßig die im Mathematikunterricht des vergangenen Schuljahres behandelten Themen und erkennen dabei ihren eigenen Wissenszuwachs. erfahren nochmals den praktischen Bezug der Stoffgebiete. werden durch Spaß am Spiel positiv für die Oberstufe motiviert. schulen die Fähigkeit, aus Texten mathematische Sachverhalte zu formulieren. Zunächst werden die allgemeinen Spielregeln erläutert und Schülergruppen gebildet. Die erste Antwortgruppe wird ausgelost. Anschließend wird das Recht zu antworten im Uhrzeigersinn vergeben. Die Schülerinnen und Schüler wählen selbst die Themen und lösen die Aufgaben; bei richtiger Antwort wird die volle Punktzahl vergeben. Die Punkte könnten zum Beispiel in Form von Punktscheinen verteilt, aber natürlich auch einfach an der Tafel notiert werden. Alle anderen Gruppen bewerten das Ergebnis. Bei richtiger Bewertung erhalten diese die halbe Punktzahl. Die Punkte könnten zum Beispiel in Form von Punktscheinen verteilt, aber natürlich auch einfach an der Tafel notiert werden. Die Gruppe mit den meisten Punkten hat gewonnen.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe II