Feb 212013
 

Als Gegenstand zur Vorbereitung der lokalen Änderungsrate habe ich gestern eine Stunde in der Vorstufe durchgeführt, die problemorientiert die Ermittlung von Steigungen auf verschieden großen Intervallen eines Graphen motivierte. Anhand eines aktuellen Zeitungsartikels zu geplanten Roboter-Einsätzen auf dem Mond, um in tiefen Kratern nach Wasser zu suchen wurde die Leitfrage aufgeworfen, welche Krater ein solcher Roboter mit einer gewissen Steigfähigkeit wieder verlassen kann. Anhand gegebener Graphen ermittelten die Schüler/innen zeichnerisch mehrere durchschnittliche Steigungen und präsentierten diese per Overhead-Folie. Trotz moderner Medien habe ich mich für die Arbeit mit solchen Folien entschieden, da sie während der Erarbeitung in Gruppen problemlos nebenbei gestaltet werden können. In der anschließenden Diskussion wurde thematisiert, wie eine maximale Steigung angenähert werden kann, um damit die lokale Änderungsrate als Ergebnis einer Grenzwert-Betrachtung immer kleinerer Intervalle zum Differenzenquotienten vorzubereiten. Abschließend wurde das Erlernte mit einem einfachen Lückentext und einer Hausaufgabe gesichert.

Als Aufhänger verwendete ich einen Zeitungsartikel zum Roboter-Einsatz auf dem Mond vom Handelsblatt. Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) forscht in Bremen seit Jahren an Robotern, die möglichst energiesparend und beweglich für Forschungen auf dem Mond eingesetzt werden sollen. Durch eine Impulsfrage von mir als Lehrer zu den Herausforderungen eines solchen Robotereinsatzes auf dem Mond sollten die Schüler/innen sich eigenständig der Leitfrage nähern, aber auch weitere wichtige Fragen im Kontext darstellen können.

Ich habe mich entschieden, den Schüler/innen drei Graphen zur Betrachtung zu geben, um einerseits motivierende Teilergebnisse zu sichern, da zwei der drei Graphen bereits sehr schnell eindeutige Aussagen zulassen. Der dritte Graph sollte dann analog zu den einfacheren ersten beiden bearbeitet werden und ist so konzipiert, dass er höhere Anforderungen mit sich brachte. In erster grober Näherung liegt die Steigung des dritten Kraters unter der Steigfähigkeit des Roboters, auf einigen kleinen Intervallen ist die Steigung dann aber über dieser, so dass er diesen Krater nicht verlassen kann. Somit wurde den Schüler/innen durch die Aufgabenstellung nahegelegt, kleinere Intervalle zu betrachten.

Arbeitsblatt Seite1

(Bildnachweise für das Arbeitsblatt: Roboter-Screenshot vom DFKI, Mondkrater unter public domain von der NASA)

Arbeitsblatt Seite2

(Bildnachweise: Eigene Produktion)

Eine der drei Präsentationsfolien

In der Nachbetrachtung hat sich das Problem des Roboter-Einsatzes als Unterrichtsgegenstand gelohnt, die Schüler/innen waren interessiert bei der Sache und die Leitfrage war einfach verständlich und damit der Arbeitsauftrag klar. Nach der Präsentation zielte ich mit einer Frage zur notwendigen, hypothetischen Steigfähigkeit eines Roboters zur Bewältigung eines gegebenen Kraters auf die Ermittlung der maximalen Steigung des Graphen. Diese kann nur als punktuelle Steigung sicher berechnet werden und somit wurde die Betrachtung lokaler Steigungen in den folgenden Stunden vorbereitend motiviert.

Materialien:

Arbeitsblatt-Gruppenarbeit (pdf)

Folie-A (pdf)

Folie-B (pdf)

Folie-C (pdf)

Arbeitsblatt-Lueckentext (pdf)

Arbeitsblatt-Hausaufgabe (pdf)

Jan 172013
 

Diese Woche habe ich eine Hospitationsstunde in der 11.Klasse recht erfolgreich umgesetzt.

Gegenstand der Stunde war ein Text aus dem Bereich meiner Ausbildung. Hierzu hatte ich einleitend einige Folien zum Problemlösen mit Mathematik und zu meiner Ausbildungsstätte, dem DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) und dem Arbeiten an mechanischen Fertigungsmaschinen im Unterrichtsgespräch eingebracht. Leider kann ich die verwendeten Fotos aus Lizenzgründen nicht auf meinem Blog veröffentlichen, aber bei der Eingabe von DESY in Suchmaschinen lassen sich auch so viele interessante Bilder finden.

Anschließend an die Problematisierung verteilte ich Arbeitsblätter in die Kleingruppen und gab den Auftrag, eine Präsentationsfolie vorzubereiten. Dies hatte gegenüber dem Smartboard oder Postern den Vorteil, dass sie zügig beschriftet werden kann und in der Gruppe am Tisch direkt zur Verfügung steht. Es gibt doch immer wieder auch gute Gründe, nicht die modernste, sondern die passendste Technik einzusetzen.

Hier ist die Aufgabenstellung, die zentral für die Stunde war:

Planung der Produktion von Maschinenbauteilen
In einer Firma, die Maschinenteile herstellt gibt es eine Bandsäge, eine Fräsmaschine und eine Drehbank.
Die Bandsäge steht aus betriebsinternen Gründen 9000 Minuten pro Woche zur Verfügung,
die Fräsmaschine 5200 Minuten und die Drehbank 5100 Minuten.
Es sollen drei Maschinenteile hergestellt werden (eine Kegel, ein Flansch und eine Welle).
Der Kegel benötigt 2 Minuten an der Bandsäge, 4 Minuten an der Fräsmaschine und 7 Minuten an
der Drehbank je Stück. Der Flansch benötigt 8 Minuten an der Bandsäge, 6 Minuten an der
Fräsmaschine und keine Zeit an der Drehbank je Stück. Die Welle benötigt 6 Minuten an der
Bandsäge, 1 Minute an der Fräsmaschine und 2 Minuten an der Drehbank je Stück.

Aufgabe:
Berechne die Anzahl der Maschinenteile, die in einer Woche hergestellt werden können,
so dass alle drei Maschinen optimal ausgelastet sind.

Der Text war bewusst komplex gestaltet, um das Strukturieren und mathematisieren von Informationen zu fördern. Dies gelang insgesamt auch recht gut. Die Gelenkstelle zwischen Problematisierung und Erarbeitung hatte ich etwas ungeschickt gestaltet und den Austausch über die Ergebnisse konnte nur angerissen werden abe ansonsten war die Stunde sehr erfolgreich. Die Gruppen entwurfen verschiedene Modell und verwarfen sie teilweise wieder, wie es bei Modellierungsaufgaben typisch ist. Die Sicherung holte ich die anschließende Stunde nach, so dass das Thema abgerundet werden konnte. Besonders zur Sinnstiftung halte ich die Aufgabe für günstig, da Lineare Gleichungssysteme meinen Schüler/innen bisher eher als reines Kalkül begegnet sind und sich im Alltag kaum Anwendungen erschließen.

Spannend war auch, dass eine Gruppe auf eine sehr ungewöhnliche Lösung gekommen war, die auch solide Ergebnisse ergab: Sie gingen schrittweise vor, indem sie erst eine Maschine möglichst effektiv mit zwei Bauteilen auslasteten, um die übrig gebliebene Zeit mit dem dritten Bauteil aufzufüllen. Eine Probier-Methode, die die Einsicht ermöglichte, dass unterschiedliche Strategien zum Ziel führen können.

Hier ist das für die Veröffentlichung gekürzte Material inklusive Stundenentwurf: UE Planung Maschinenbau

Aug 232012
 

Ich würde gerade gerne mehr schreiben, aber da vieles Material, was ich im Unterricht verwende nicht ausschließlich von mir erstellt ist (was ich auch nicht als primäre Aufgabe von Lehrer/innen sehe) sondern Kompositionen darstellt, kann ich gar nicht so viel publizieren, wie ich gerne würde.

Aber gelegentlich werde ich dies selbstverständlich weiterhin tun.

Gutes Material empfehlen kann ich allerdings:

Für meinen Informatik-Unterricht, beispielsweise den Kurs zu Objektorientierter Programmierung, verwende ich häufig die Materialien von meinem Kollegen Uwe Debacher: www.debacher.de der sein Material ebenfalls unter Creative Commons zur Verfügung stellt und viel mit Wiki-Tutorials arbeitet.

Für Lego Mindstorms benutze ich gelgentlich ein Lehrerhandbuch, welches unters traditionelle Copyright fällt und zu kaufen ist und hier dementsprechend nicht veröffentlicht wird. Zudem hat Uwe Debacher auch hier einiges veröffentlicht und ich habe auch eigenes Material bereits auf diesen Blog gestellt, das ich wiederverwende und weiterentwickle. Viele Aufgaben sind in diesem Bereich projektförmig und lassen sich mit den Schüler/innen auch gut gemeinsam in Ideensammlungen ohne zusätzliches Material entwickeln.

Für den Mathematik-Unterricht in der Vorstufe verwende ich teilweise das Arbeitsheft von Klett „Zum Übergang von der Realschule in die Oberstufe„, das ich auf einer Fachtagung zur Brückenfunktion der Vorstufe in den Hamburger Stadtteilschulen zufällig in die Hände bekam, kaufte und sehr angetan war von dem Aufbau als Selbstlern-Heft mit Selbsttests und Übungsaufgaben zu moderner Mathematik, also auch viel Problemlöse- und Modellierungsaufgaben. In der Schule nutzen wir das Buch „Elemente der Mathematik„, welches ich gerne und gut nutze, allerdings fehlen mir auch noch die Konkurrenz-Vergleiche anderer Mathematik-Schulbücher. Inspirierende für die Mathematik finde ich auch immer wieder die online verfügbaren Aufgaben der Hamburger Behörde zu den zentralen schriftlichen Überprüfungen.

Soweit erstmal zum Unterrichten und den Lizenzen. Fortsetzung folgt…

Apr 222012
 

In den letzten Wochen habe ich in meinem Vorstufen-Kurs mehrmals die dynamische Geometriesoftware Geogebra eingesetzt.

Zum einen für Demonstrationen vorne am Smartboard, zum anderen zur eigenständigen Bearbeitung von dynamischen Arbeitsblättern und schlussendlich auch zur Erzeugung von Grafiken per Screenshot für Papierarbeitsblätter und eine Klassenarbeit.

Zur Demonstration des grafischen Ableitens habe ich ein bereits verfügbares dynamisches Material verwendet, das die Tangentensteigung als Spur markiert:

http://www.geogebratube.org/material/show/id/1291

Hier habe ich ein eigenes Arbeitsblatt entwickelt, dass die Möglichkeiten von Geogebra allerdings bei weitem nicht ausschöpft:
http://www.geogebratube.org/material/show/id/6972

Und hier ist einer der Screenshots mit dazugehörigem Arbeitsblatt:

Arbeitsblatt (OpenOffice Datei)

Arbeitsblatt (pdf Datei)

Und die Aufgabe aus der Klausur (wobei ich die Skalierung ungeschickt gewählt hatte, da hätte ich besser von -7 bis +7 als y Bereich wählen sollen:

Insgesamt ist das Arbeiten mit Geogebra vor allem für dynamische Zusammenhänge sehr nützlich und sowohl für Präsentationen von Konzepten als auch zur selbstständigen Bearbeitung sehr hilfreich. Zur Erarbeitung didaktisch passender dynamischer Materialien braucht es etwas Zeit, aber es gibt auch schon eine ganze Reihe frei verfügbarer Materialien, die in ein Unterrichtsvorhaben eingebettet werden können.

Zum anstehenden Thema Kurvendiskussion in meinem Kurs werde ich beispielsweise sicher auf das Material Differentialrechnung – Wendepunkte – Sachsenringkurve verwenden. 

Feb 292012
 

Am vergangenen Montag hatte ich eine Doppelstunde für eine problemorientierte Aufgabe in Mathematik in der Vorstufe mit Hospitation durch die Fachseminarleitung vorgesehen. Unter der Überschrift „Schafft ein Autofahrer es, bei 50 km/h Momentangeschwindigkeit rechtzeitig zu bremsen, wenn ein Reh 20 m vor dem Auto auf der Fahrbahn auftaucht?“ (mit einem vorgegebenen Richtwert für die Bremsverzögerung) sollte ein motivierender Anwendungsbezug für die Differentialrechnung über die Bestimmung eines Weges über die Momentangeschwindigkeit dargestellt werden.

Vorbereitet waren zusätzlich zur Überschrift mit einem plastischen Bild am Smartboard zwei Hilfekarten, die die beiden Grundformeln mit ihren Graphen enthielten. Nach einer längeren Gruppenphase sollten die Lösungswege und Lösungen auf Postern dargestellt und verglichen werden. Abschließend hatte ich zwei Grafiken vorgesehen, um den quadratischen Zusammenhang sowie die Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit deutlich zu machen. Ein sehr physikalisches Thema also, anknüpfend an die vorangegangenen Stunden mit der Bestimmung der Momentangeschwindigkeit beim freien Fall.

Das Tafelbild zum Einstieg

Eine Grafik der ersten Hilfekarte

 Die Motivation zum Thema war gelungen, es wurde über Faustformeln in der Fahrschule diskutiert und auch die Fragestellung an sich war deutlich. Allerdings zeigten sich in den meisten Gruppen sowohl Schwierigkeiten, sich der Problemstellung zu nähern, als auch die Gestaltung der Hilfekarten als zu abstrakt und zu wenig kleinschrittig. Die Darstellung auf Postern gelang nur zwei von vier Gruppen, allerdings konnten wir zum Ende der Stunde zumindest passable Ergebnisse diskutieren und günstiger Weise auch zwei Varianten erkennen. Eine Variante bezog die Reaktionszeit mit ein, die andere nicht. Dies führte zu verschiedenen Ergebnissen und ich griff die Situation auf, um zu verdeutlichen, dass es beim Problemlösen verschiedene Lösungen geben kann und nicht eine Musterlösung vorgesehen ist. Klar ist das eine Modell genauer als das andere, aber falsch ist keine von beiden.

In der Reflexion habe ich einerseits festgestellt, dass ich die Ergebnisse auf jeden Fall in den weiteren Stunden aufgreifen muß, um Klarheit zu schaffen. Als zweites habe ich mich gefragt, ob ich nicht eher Physik als Mathe im Vordergrund der Problemstellung hatte. Aber die beiden Bereiche sind auch sehr eng miteinander verwandt und ich werde im folgende Unterricht darauf achten, dass es nicht physikalisch bleibt. Hier bieten sich vor allem wirtschaftliche Zusammenhänge als Anwendungsgebiet an. Die Kommunikation lief meiner Ansicht nach gut und es gab jederzeit Klarheit, was zu tun ist und meine Hilfsbereitschaft. „Nachsteuerung ist Normalgeschäft“sowie „Problemlösen ist kein Selbstgänger sondern muß systematisch erlernt werden“ sind zwei der Konsequenzen aus diesem relativ offenen Unterrichtsexperiment für mich. Eine Frage für die weitere Arbeit als Lehrer sind meine Kommunikationsprinzipien in Gruppenarbeitsphasen sowie dem Einplanen von mehr Raum für Klärungsprozesse.

In der darauffolgende Stunde habe ich zum einen eine Kopie zum Thema „Problemlösen im Mathematikunterricht“ verteilt als auch das Thema Bremsweg mit Material von Fahrschulen und Beispieldaten sowie den erstellten Postern aufgegriffen. Hier wurde auch von einem Schüler problematisert, wie sehr die Faustformel von den berechneten Werten abwich, wobei ich herausstrich, dass Faustformeln immer „auf Nummer sicher“ erstellt werden, also lieber mehr Zeit und Strecke einplanen, als physikalisch bei optimalen Bedingungen angemessen. Die beiden Grafiken, die ich für den Vortag vorgesehen hatte, hatte ich leider nicht kopiert und konnte sie im Klassenraum auch nicht per Beamer zeigen. Allerdings konnten wir anhand der Berechnungen für 30 km/h und 70 km/h, die am Montag als Zusatz gedacht waren, den Rechenweg noch einmal systematisch festigen.

Material: UE-Bremsweg für den Blog 

Feb 092012
 

Ich habe seit dem 1.Februar nun bedarfsdeckenden Unterricht und daher nicht ganz so viel Zeit, viel zu schreiben. Für den Mathematik Unterricht in der Vorstufe habe ich ein paar Grafiken mit Geogebra vorbereitet und auch den Zusammenhang zwischen den Tangentensteigungen an einer Parabel und der ersten Ableitung mit Hilfe eines netten dynamischen Arbeitsblattes visualisieren können. Als „Aufwärmübung“ habe ich Graphen und Funktionsgleichungen vorgegeben, die zugeordnet werden sollten (siehe Screenshots unten)

Ordne die Funktionen den Graphen zu
f ( x)=x^2+x
g(x)=(x−1)2
h(x )=−x^2+2

Ordne die Funktionen den Graphen zu

f (x)=0,5 x^3−x^2+3
g( x)=−x^3+x^2+3