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Zur Bedeutung diskreter Arbeitsweisen im Mathematikunterricht
Silke Thies (2002): Zur Bedeutung diskreter Arbeitsweisen im Mathematikunterricht. Dissertation, Justus-Liebig-Universität Gießen.
Erhältlich unter http://bibd.uni-giessen.de/ghtm/2002/uni/d020154.htm
Tag der mündlichen Prüfung: 03.09.2002.
Zusammenfassung
Im Mathematikunterricht der Sekundarstufen spielen die Inhalte und Methoden der diskreten Mathematik bisher nur eine untergeordnete Rolle. In der vorliegenden Arbeit wird die Bedeutung diskreter Inhalte für den Mathematikunterricht untersucht und es wird analysiert, welche Möglichkeiten neue Technologien – insbesondere Tabellenkalkulationsprogramme (TKP) – beim Lehren und Lernen von (diskreten) Begriffen sowie zur Behandlung diskreter Problemstellungen im Unterricht eröffnen. Die zentrale Fragestellung ist dabei, was unter diskreten Arbeitsweisen verstanden wird und in welcher Beziehung diese zum Verständnis diskreter Begriffe stehen.
Das erste Kapitel vermittelt einen Einblick in die wichtigsten Bereiche Diskreter Mathematik und skizziert die historisch-genetisch
relevanten Entwicklungslinien.
Im zweiten Kapitel wird das didaktische Potenzial diskreter Themen für den Mathematikunterricht untersucht. Hierzu werden bestehende
fachdidaktische Vorschläge für die einzelnen Teilgebiete der Diskreten Mathematik analysiert. Im Rahmen dieser Analyse kristallisieren
sich drei für den Mathematikunterricht wesentliche Aspekte (Problemlösen, Begriffsbilden, Anwenden) heraus, die anhand von Beispielen
illustriert werden.
Im Hinblick auf den empirischen Teil der Arbeit wird im dritten Kapitel die Bedeutung von Handlungen im Lernprozess aufgezeigt sowie
Modelle zur Analyse des Verstehens vorgestellt. Dabei wird die zentrale Rolle operativer Prinzipien herausgearbeitet. In Anschluss daran
erfolgt eine Charakterisierung des Begriffs 'Arbeitsweisen', die es ermöglicht, beobachtbare Tätigkeiten und Handlungen der Schüler am
Rechner auf der Ebene der mathematischen Objekte, der Darstellungsebene und der Werkzeugebene genauer zu beleuchten.
Im vierten Kapitel werden unter Berücksichtigung der skizzierten Lerntheorien didaktisch-methodische Möglichkeiten aufgezeigt, die sich
durch den Einsatz eines Tabellenkalkulationsprogramms bei der Behandlung diskreter Inhalte eröffnen.
Im fünften Kapitel wird die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte empirische Untersuchung vorgestellt. Ziel der Untersuchung war es,
die Arbeitsweisen von Schülern einer 11.-Jahrgangsstufe sowie einer Gruppe von Studierenden im Umgang mit den Begriffen 'Folge und
Differenzenfolge' bzw. 'Z-Funktion und Differenzenfunktion' zu erfassen und hinsichtlich des zugrunde liegenden bzw. erreichten
Verständnisses zu analysieren. Zu diesem Zweck wurde ein Lern- und Versuchsprogramm auf der Basis des TKP Excel konzipiert.
Das erhobene Datenmaterial wird im sechsten Kapitel qualitativ und quantitativ ausgewertet und im siebten Kapitel hinsichtlich
möglicher Konsequenzen für den Mathematikunterricht interpretiert. Dabei wird deutlich, dass der Themenkomplex 'Differenzenfunktionen'
elementar zugänglich ist. Weiterhin kann die Möglichkeit des einfachen Wechselns zwischen den Darstellungen Tabelle und Graph sowie
die Möglichkeit des dynamischen Visualisierens zur Entwicklung von Begriffsvorstellungen, insbesondere von Vorstellungen von
Differenzenfunktionen als spezielle Änderungs(raten)funktionen, beitragen. Das Werkzeug TKP unterstützt dabei einen experimentellen
Zugang zu Begriffsbildungsprozessen und Problemlösungen. Hierbei ist jedoch das stete In-Beziehung-Setzen zu theoretischen
Überlegungen unbedingt erforderlich. Weiterhin setzt eine sinnvolle und effektive Auseinandersetzung mit den mathematischen Inhalten
eine grundlegende Einführung in die technischen Bedienungselemente eines TKP voraus.
Wie die Untersuchung zeigte, kann durch den Einsatz eines TKP ein inhaltliches Verständnis für die Begriffe Differenzenfolge bzw.
Differenzenfunktion entwickelt und die Problemlösekompetenz gefördert werden. Inwiefern dieses Vorverständnis dann im Rahmen des
späteren Analysisunterrichts gewinnbringend aufgegriffen werden kann und wie das Zusammenspiel experimenteller Methoden und
theoretischer Reflexion im Rahmen von Problemlöseprozessen über einen längeren Zeitraum hinweg initiiert und aufrechterhalten werden
kann, ist im Rahmen weiterer Untersuchungen zu klären.