Mathematik: Unterrichtsmaterial für die Sekundarstufen

Die Schülerinnen und Schüler entdecken in einer Doppelstunde am Beispiel der Berechnung von Blumenbeetgrößen den Zusammenhang zwischen Flächengrößen und dem Verfahren der Integration. Da die Berechnung verschiedener Ober- und Untersummen arbeits- und zeitintensiv ist, wird bei der Visualisierung die kostenlose Software TurboPlot als „Zeichenknecht“ eingesetzt.Zu Beginn des Unterrichts wird zunächst auf grundlegende mathematische Kenntnisse aus dem Bereich der Flächenberechnung zurückgegriffen, mit deren Hilfe dreieckige Flächengrößen ermittelt werden. Durch eine gezielte Anweisung zur Berechnung der bestimmten Integrale können die Schülerinnen und Schüler schließlich eine Vermutung über den Zusammenhang zwischen Integral und Flächengröße formulieren. Im Rahmen der Flächenberechnung eines nicht linear umrandeten Blumenbeetes erfolgt anschließend die Verallgemeinerung der Thematik auf nichtlineare Funktionen. Dabei wird der Schwerpunkt auf die Visualisierung gelegt, um den Zusammenhang zwischen Flächengrößen und Integration zu verdeutlichen. Auf dessen konkrete mathematische Herleitung wird jedoch verzichtet. Dies kommt dem Unterricht in Grundkursen und Lernenden mit schwächerem Leistungsniveau entgegen.Anhand verschiedener Abbildungen eines Funktionsgraphen werden die Begriffe Ober- und Untersumme eingeführt und das Verfahren der immer genaueren Annäherung an den Flächeninhalt unter einem Graphen verdeutlicht. Schließlich sollen sich die Lernenden von der Richtigkeit ihrer anfangs aufgestellten Vermutung (Zusammenhang zwischen Integral und Flächengröße) überzeugen, indem sie mithilfe der TurboPlot-Software die Annäherung von Ober- und Untersummen an die Fläche unter einer quadratischen Funktion beobachten und die vom Programm angezeigten Werte mit ihrem eigenen Ergebnis des bestimmten Integrals vergleichen.Die Schülerinnen und Schüler sollen ihr Wissen über die Berechnung von Dreiecksflächen anwenden. Funktionen integrieren und die Stammfunktionen an bestimmten Stellen auswerten. den Zusammenhang zwischen Integral und Flächeninhalt entdecken. die Methode der Annäherung mithilfe von Rechtecken an einen Graphen erkennen. die Begriffe Unter- und Obersumme kennen lernen und verstehen, welche Bedeutung deren Differenz hat. sich in die TurboPlot-Software einarbeiten. mithilfe des Computers Werte für Unter- und Obersummen ermitteln und in Arbeitsblätter übertragen. abschließend gemeinsam in der Klasse ihre Beobachtungen zusammentragen. Thema Flächenberechnung mit TurboPlot Fach Mathematik Autorin Sonja Kisselmann Zielgruppe Jahrgangsstufe 12, Grundkurs Zeitraum 2 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Ein Rechner pro zwei Lernende, Software TurboPlot (kostenloser Download aus dem Internet) Planung Verlaufsplan Flächenberechnung mit TurboPlot Hier können Sie sich Arbeitsblätter einzeln ansehen und herunterladen. Die jeweiligen Einsatzszenarien werden skizziert. Zusammenhang zwischen Flächengrößen und Integration In arbeitsteiliger Gruppenarbeit setzen sich die Lernenden mit Dreiecksflächen auseinander, berechnen das bestimmte Integral der zugehörigen linearen Funktion und formulieren eine erste Vermutung über den Zusammenhang zwischen Flächengrößen und Integration. Unter- und Obersummen Die Lernenden setzen sich mit einem Blumenbeet auseinander, das durch eine Parabel begrenzt wird. Fragend-entwickelnd werden Möglichkeiten der Flächenberechnung erarbeitet, bevor die Bildung von Unter- und Obersummen mithilfe von Folien verdeutlicht wird. TurboPlot als zeitsparender Zeichenknecht Die Lernenden nutzen die Software TurboPlot, um zu einer Funktionsgleichung verschiedene Unter- und Obersummen zu visualisieren. Nach einer Präsentationsphase führt die Vervollständigung von Lückentexten zur Konkretisierung der Beobachtungen und begründet den Zusammenhang zwischen Flächeninhalt und Integral. Zu Beginn der Doppelstunde werden die Schülerinnen und Schüler anhand eines Plakats sowie durch einen kurzen Lehrervortrag mit einer Problemstellung konfrontiert: Sie sollen die Flächengrößen verschiedener Blumenbeete berechnen. Nachdem in einem Unterrichtsgespräch Möglichkeiten zur Messung der Flächengröße genannt worden sind und die Berechnung von Dreiecksflächen thematisiert wurde, setzen sich die Lernenden in arbeitsteiliger Gruppenarbeit mit der konkreten Berechnung von zwei dreieckigen Flächen auseinander. Diese ermitteln sie zunächst mithilfe ihrer Kenntnisse aus der Sekundarstufe I. Anschließend werden sie dazu angeleitet, das bestimmte Integral der zugehörigen linearen Funktion zu berechnen. Anhand des Vergleichs der beiden Ergebnisse formulieren sie dann eine erste Vermutung über den Zusammenhang zwischen Flächengrößen und Integration. Die Lernenden erhalten zur Gruppenarbeit eines der beiden Arbeitsblätter und je Gruppe eine Skizze der Blumenbeete. Die Musterlösungen können Sie sich hier ebenfalls herunterladen. Im Anschluss an eine kurze Präsentation der Ergebnisse mithilfe von Plakaten am Ende der ersten Stunden und dem Austausch der Vermutungen der Gruppen bezüglich des Zusammenhangs zwischen Integral und Flächeninhalt wird die Berechnung des Sonnenblumenbeetes, das durch eine Parabel begrenzt wird, thematisiert. Mithilfe des in der ersten Stunde gelernten Verfahrens sollen die Lernenden zunächst gemeinsam die zugehörige quadratische Funktion integrieren und eine Vermutung über die Größe der Fläche äußern. Um die Vermutung jedoch zu bestätigen, wird die Problematik der Flächenberechnung anhand des Funktionsgraphen einer Funktion vierter Ordnung verallgemeinert. Fragend-entwickelnd werden hierzu Möglichkeiten der Flächenberechnung erarbeitet, bevor die Veranschaulichung der Bildung von Unter- und Obersummen mithilfe von Folien schrittweise verdeutlicht wird. Bevor das Integral unter der Parabelfläche ausgerechnet wird, wird die Folie mit der Fläche gezeigt und die Funktion angegeben. Dann berechnen die Schüler gemeinsam das bestimmte Integral und äußern die Vermutung über die Fläche (tafelbild_sonnenblumenbeet.pdf). Die Grafen (grafen.pdf) werden dann mithilfe von Folien nacheinander auf den OHP gelegt, um die Annäherung der Ober- und Untersummen an die Fläche zu verdeutlichen und die Begriffe zu erläutern. Zur wertmäßigen Bestätigung der Vermutung setzen sich die Schülerinnen und Schüler in Partnerarbeit mit der quadratischen Funktion auseinander, durch die das dritte bearbeitete Blumenbeet (Begrenzung durch eine Parabel) abgegrenzt wird (partnerarbeit_turboplot.pdf). Hierzu wird die Software TurboPlot eingesetzt (partnerarbeit_turboplot_anleitung.pdf; siehe auch Internetadresse), in welche die Lernenden die Funktionsgleichung eingeben und sich dann schrittweise verschiedene Unter- und Obersummen anzeigen lassen. Bei TurboPlot handelt es sich um ein kostenloses Programm aus dem Internet. Da die explizite Berechnung verschiedener Ober- und Untersummen mit hohem Rechenaufwand verbunden ist und viel Unterrichtszeit in Anspruch nehmen würde, wird in dieser Phase, in der der Schwerpunkt auf Visualisierung liegt, die Software als Zeichenknecht eingesetzt. Die Sozialform der Partnerarbeit wird hierbei verwendet, damit sich die Lernenden im Umgang mit der Software unterstützen und ihre Beobachtungen diskutieren. Die mithilfe von TurboPlot gemachten Beobachtungen werden auf Arbeitsblättern festgehalten und können anschließend im Rahmen einer kurzen Präsentationsphase mithilfe von Folienabschnitten verglichen werden. Hierbei soll insbesondere die Vervollständigung von Lückentexten zur Konkretisierung der Beobachtungen führen und den Zusammenhang zwischen Flächeninhalt und Integral begründen (partnerarbeit_turboplot.pdf). Zur allgemeinen Formulierung und Einführung der mathematischen Schreibweise des bestimmten Integrals wird am Ende ein kurzer Lückentext im Klassengespräch ergänzt (partnerarbeit_turboplot.pdf, Seite 3). Abschließend erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Übungsaufgabe, die zur Vertiefung des Erlernten dient (arbeitsblatt_vertiefung.pdf).

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Größenvorstellungen" beschäftigen sich die Lernenden mit den Einheiten der Länge. In den verschiedenen Übungen finden auch Textverarbeitungs- und Präsentationsprogramme Anwendung.Kinder nehmen ihre Umwelt aus anderen Perspektiven und oftmals in anderen Dimensionen wahr als Erwachsene. Die Größe eines Raumes, vielleicht aber auch Gegenstände aus ihrer Spielwelt, kommen ihnen möglicherweise "riesig" vor. Unterschiedliche Betrachtungsweisen führen zu verschiedenen Erkenntnissen. Das Arbeiten mit Größen - hier mit den Einheiten der Länge - bereitet vielen Kindern immer wieder Schwierigkeiten, vor allem hinsichtlich des Vorstellungsvermögens. Um diese Probleme schrittweise und systematisch abzubauen, sind regelmäßige über das Schuljahr verteilte Übungen und praktische Erfahrungen in verschiedenster Form hilfreich.Eine sehr wichtige Voraussetzung für die Arbeit mit Größen und Längenmaßen bildet die unmittelbare Anschauung und das praktische Umgehen mit den Dingen. Zusätzlich wenden die Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit ihre bereits erworbenen Kenntnisse über den Einsatz von PowerPoint-Präsentationen an. Der "traditionelle" Mathematikunterricht wird mit dem Einsatz der neuen Medien verknüpft und ergänzt. Besonders zu benennen sind der Methodenwechsel, die Differenzierung, die Selbstkontrolle und der Bezug zur Lebenswelt der Kinder. Der Computer kann vielen Kindern auch noch einen zusätzlichen Motivationsschub geben. Planung und Durchführung Vorbereitende Arbeit für die Lehrkraft Die vorbereitete Präsentation zur Unterrichtseinheit muss im persönlichen Ordner jeder Schülerin und jedes Schülers abgelegt werden. Weiterhin ist es möglich, die Word-Arbeitsblätter in die Ordner zu kopieren, sodass die Kinder die Aufgaben nur noch auf Nebenrechnungszetteln lösen und die Ergebnisse in das Word-Dokument schreiben. Voraussetzungen bei den Schülerinnen und Schülern Die Schülerinnen und Schüler machen sich nach und nach mit den grundlegenden Funktionen von Word und PowerPoint vertraut. Erste Erfahrungen im Umgang mit den Programmen sind notwendig, damit die Kinder ihre Computerkenntnisse bei der Erarbeitung anderer Lerninhalte anwenden beziehungsweise sich dem Lernstoff intensiver widmen können. Jedes Kind benötigt für die Arbeit am Computer einen eigenen, persönlichen Ordner. Vorbereitung mit der Klasse Eine Schülerin oder ein Schüler erklärt, wie man zum eigenen, persönlichen Ordner gelangt. Die Kinder können gegebenenfalls die Schritte mittels Beamer nachvollziehen und einüben. Anschließend öffnen und starten sie die Präsentation und widmen sich der Folie 1. Das im voraus ausgeteilte Arbeitsblatt 1 "Mein Rechenplan" wird nun gemeinsam besprochen. Besondere Aufmerksamkeit soll der Aspekt "Arbeitsweise" finden. Zuordnung von Längenangaben Durch einen Klick auf den Hyperlink innerhalb der Präsentation gelangen die Kinder zur zweiten Folie. Die hier gestellten Aufgaben lösen die Schülerinnen und Schüler am besten in Partnerarbeit. Jedem Bild wird mittels eines farbigen Strichs (Klick auf rechte Maustaste- Zeigeroptionen- Stiftfarbe) eine Längenangabe zugeordnet. Die Kontrolle findet am Lehrer-Computer statt. Jeweils ein Kind erklärt seine Lösung und zeichnet diese ein. Alle Schülerinnen und Schüler können dies per Beamer über die Leinwand nachvollziehen. Zuschneiden von Längenstreifen Bevor die Kinder auf die nächste Folie schalten, muss die Zeigeroption auf "automatisch" zurückgesetzt werden. Auf der dritten Folie erfahren die Schülerinnen und Schüler, welcher Gruppe sie angehören (die Klassenbezeichnung muss hier noch individuell angepasst werden). Sie arbeiten nun an einem PC gemeinsam weiter. Durch einen Klick auf die Gruppe erfahren die Kinder, welchen konkreten Auftrag sie erledigen müssen. Sie sind dabei praktisch tätig, das heißt, das entsprechende Objekt wird mit Zollstock oder Maßband genau gemessen, dieses Maß wird auf die Pappstreifen übertragen (eventuell erfolgt ein Kleben von mehreren Streifen). Die Arbeitsergebnisse befestigen die Kinder an der Pinnwand. Individuell arbeitet dann jedes Kind nach der Rückkehr an seinen Arbeitsplatz im "Stationsbetrieb" weiter. Der zeitliche Rahmen muss auf dieser Folie nach den örtlichen Bedingungen angepasst werden. Arbeit an Stationen Die jeweiligen Stationen bearbeiten die Schülerinnen und Schüler in Einzel- oder Teamarbeit. Die zur Verfügung gestellten Arbeitsblätter können nach den örtlichen Gegebenheiten abgeändert oder ergänzt werden. Die Arbeitsblätter können ausgedruckt und/oder als Dateien bereitgestellt werden. Bei der zweiten Variante sollte jedes Kind sein bearbeitetes Blatt mit neuem Namen abspeichern. Ganz nach dem eigenen Leistungsvermögen und dem individuellen Arbeitstempo lösen die Kinder die Aufträge. Die Arbeitsmaterialien beinhalten Elemente der Selbstkontrolle beziehungsweise ein Ergebnisblatt, welches bei der Lehrkraft eingesehen werden kann. Auswertung Mit einem Klick gelangen die Schülerinnen und Schüler auf die Auswertungsfolie. Nach dem Lesen überprüfen alle im Unterrichtsgespräch die Arbeitsergebnisse der Gruppen. Abschließend schätzt jedes Kind ein: die eigene Arbeitsweise nach der Liste auf dem Rechenplan, die inhaltliche Erledigung. Die Schülerinnen und Schüler addieren beide Teilsummen und notieren sie auf dem Rechenplan. Die Endkontrolle führt die Lehrkraft durch, sodass alle Kinder ihre Ergebnisse einschließlich Plan abgeben. Bei elektronischer Speicherung findet die Ergebnisprüfung am PC statt. Fachspezifische Lernziele Die Schülerinnen und Schüler verwenden die Längeneinheiten km, m, dm, cm, mm. reflektieren Ihre Vorstellungen über die Größen bekannter Objekte. schätzen Streckenlängen durch das Hinzunehmen von "Festgrößen". übertragen Streckenlängen und messen Längen genau auf Pappstreifen. Soziale Lernziele Die Schülerinnen und Schüler lösen in Gruppenarbeit eine gemeinsame Aufgabe. lernen, sich zunehmend kritisch und objektiv einzuschätzen. reflektieren ihr Verhalten und die Lernatmosphäre in der Klasse. Lernziele aus dem Bereich der Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden ihre Kenntnisse und Fähigkeiten im Umgang mit den digitalen Medien an und erweitern diese (Anwendung der Funktion beider Maustasten, sicherer Umgang mit den Programmen PowerPoint und Word).

Diese Unterrichtseinheit zum Thema "Prozentrechnen" zeigt, wie Sie Übungsphasen mithilfe einer Software gestalten und so zur Variation des Mathematikunterrichts beitragen.Kenntnisse in den Themengebieten Prozent- und Zinsrechnung sind im Mathematikunterricht von grundlegender Bedeutung. Der Computer lässt sich in diesen Themengebieten sehr sinnvoll als Übungsmedium nutzen. Robert Rothhardt hat mit seiner Freeware "Prozent" eine Software entwickelt, die alle Anforderungen an ein Übungsprogramm erfüllt und die für Schülerinnen und Schüler einfach und ansprechend gestaltet ist. Hierbei werden die Schüler mit verschiedenen Aufgabentypen konfrontiert. Anschließend können sie ihre eigenen Leistungen selbstständig überprüfen.Zur Vorbereitung des Einsatzes der Übungssoftware "Prozent" findet zunächst eine arbeitsteiligen Gruppenarbeit statt. Hierbei setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit Aufgabentypen auseinander, mit denen sie auch im Rahmen der Übungssoftware "Prozent" konfrontiert werden, die jedoch möglicherweise nicht oder eher selten im Unterricht behandelt wurden. Der Transfer mathematischer Inhalte auf unterschiedliche Aufgabentypen soll ihnen hierdurch erleichtert werden. Die Ergebnisse der Gruppenarbeiten werden anschließend anhand von Plakaten präsentiert und können auch in der späteren Übungsphase jederzeit zur Hilfestellung herangezogen werden. Je nach technischer Voraussetzung kann die Übungsphase am PC schließlich in Einzel- oder Partnerarbeit stattfinden. Mithilfe des Übungsprogramms gelingt an dieser Stelle eine höhere Motivation der Schülerinnen und Schüler. Außerdem werden sie mit einem Programm konfrontiert, das sie auch selber zu Hause nutzen können, um entsprechende Aufgaben zu üben.Die Schülerinnen und Schüler wenden in arbeitsteiliger Gruppenarbeit ihr Wissen in den Gebieten Prozent- und Zinsrechnung auf verschiedene Beispielaufgaben an. stellen ihre Lösungswege und Ergebnisse der Klasse vor. lernen den Computer als Lern- und Übungsmedium kennen. lernen die Übungssoftware "Prozent" kennen und setzen sich selbstständig mit dieser auseinander. transferieren die vorgestellten Lösungsansätze selbstständig auf analoge Aufgaben.