Technologieeinsatz im Mathe- Unterricht Wie kann ein Unterricht mit technischen Hilfsmitteln sinnvoll gestaltet werden? Gedanken und Anregungen zum Einsatz von Technologie im Unterricht anhand einiger Beispiele

§ Der Lehrplan (HAK 2004) Der „normale Lehrplan“ für die HAK gibt die Verpflichtung für den Einsatz von Technologie im Unterricht vor (Tabellenkalkulation und/oder GTR und/oder CAS). Die Autoren des Lehrplans weisen ausdrücklich auf den verpflichtenden Einsatz von Technologie hin. Die Inhalte des Lehrplans können schon von der Menge her nur mit Technologie bewältigt werden. Das reine Operieren soll reduziert werden.

Computereinsatz im Unterricht Computerangereicherter Unterricht Sporadischer und zeitlich sehr begrenzter Rechnereinsatz. Computerunterstützter Unterricht Der Rechner wird gezielt in den normalen Unterricht integriert. Computergestützter Unterricht Hier erarbeiten Lerngruppen selbständig mit Hilfe geeigneter Programme ganze Stoffbereiche. Der Lehrer ist Moderator. Computergesteuerter Unterricht Der Rechner verwaltet den Lernprozess des Schülers. z.B. Mathe – Trainer auf CD.

Welche Hilfsmittel gibt es? Grafikfähige Taschenrechner GTR (mit und ohne CAS) mit passenden Emulatoren für den PC. Tabellenkalkulationen TKS (Excel) Programme mit guten grafischen Fähigkeiten und CAS –Systemen. (TI-InterActive!; MathCad) Online-Kurse und Tutoren im Internet Mathe- CDs als Lernhilfen mit Übungsaufgaben.

Anforderungen an ein geeignetes Softwarepaket Textverarbeitung mit integrierten mathematischen Fähigkeiten. Symbolisches Computer Algebra System. Gute Grafikfähigkeiten. Schnittstellen mit anderen Programmen und Hardware zur Messung von Daten. Fähigkeit, Daten über das Internet auszutauschen. Leichte Erlernbarkeit.

Vorteile eines Technologieeinsatzes im Matheunterricht Grafikfähigkeit Schüler können Grafen per Knopfdruck und ohne lange Berechnungen visualisieren. Kurze Rechenzeiten In gleichen Zeiten können mehr Aufgaben gelöst werden. Es ergibt sich dadurch ein besserer Einblick in die Struktur der Aufgaben. Gesetzmäßigkeiten können besser erkannt werden. Experimentelles und selbständiges Arbeiten Da die Ergebnisse mit Einsatz geeigneter Programme schnell überprüft werden können, ist ein selbständiges Forschen der Schüler leicht möglich. Eine ständige Kontrolle durch den Lehrer ist nicht notwendig.

Vorteile eines Technologieeinsatzes im Matheunterricht Realistische Aufgaben Da keine Rücksicht mehr auf „schöne“ Zahlen genommen werden muss, können Aufgaben komplexer und realitätsnäher werden. Überbrückung von Wissenslücken Der Rechner übernimmt grundlegende Rechenfunktionen. Dadurch kommt der Schüler mit erheblich weniger Vorwissen als im herkömmlichen Unterricht aus. Verkürzung langer Übungsphasen Algorithmen müssen nicht mehr in dem Ausmaß wie bisher geübt (trainiert) werden. Wichtig ist jetzt das Modellbilden, das Finden von Lösungsansätzen und das Interpretieren von Lösungen. Das Rechnen von Routineaufgaben tritt in den Hintergrund.

Nachteile des Technologieeinsatzes im Matheunterricht Kopfrechnen Diese sehr wichtige Fähigkeit wird aufgrund mangelnder Übung weiter nachlassen. Verlust algebraischer Fähigkeiten Da CAS-Systeme verstärkt algebraische Umformungen übernehmen, wird die Fähigkeit zu „rechnen“ weiter zurückgehen. Überbrückung von Wissenslücken Alter Lernstoff muss nicht immer wieder angewendet und wiederholt werden. Somit können sich Fähigkeiten nicht festigen, da das „Training“ fehlt.

Nachteile des Technologieeinsatzes im Matheunterricht Abhängigkeit und Gläubigkeit Schüler werden kaum mehr in der Lage sein, einfache Rechnungen ohne Hilfsmittel auszuführen. Oft werden die Ergebnisse ohne zu reflektieren kritiklos akzeptiert. Sicherung von Ergebnissen Der Schüler muss einen Weg finden, nicht nur die Ergebnisse zu notieren, sondern auch einen Teil des Lösungsweges zu protokollieren. Die klassische Rechnung im Heft entfällt. Rahmenbedingungen Verfügbarkeit von PCs und von geeigneten Programmen; Klassengröße; geeigneter Klassenraum

Neue Inhalte und Ziele Der Einsatz von Technologie macht es notwendig, Inhalte und Ziele im Matheunterricht neu zu definieren. Die neuen Ziele sollten eher allgemeinbildend oder sehr anwendungsorientiert sein. Ein Unterricht nach herkömmlichen Mustern und mit herkömmlichen Aufgabestellungen wäre eine Verschwendung von Möglichkeiten. Neue Aufgaben können praxisbezogener sein und müssen an eine einfache Berechenbarkeit mit „schönen“ Zahlen weniger angepasst sein. Die Verwendung von Technologie im Mathe-Unterricht mit „alten“ Beispielen wäre eine Verringerung des Niveaus der Ausbildung! Historische Entwicklung Spielerische Erarbeitung des Stoffes Arbeiten in Kleingruppen Kritischer Umgang muss besprochen werden!

White Box – Black Box Dieses Konzept stammt von Bruno Buchberger und sieht vor, dass in der White Box die Schüler den Stoff ohne nennenswerten Technologieeinsatz vermittelt bekommen. Wenn die Schüler den Algorithmus verstanden haben, wird dieser zur Black Box d.h. der Computer übernimmt das Ausrechnen. In dieser zweiten Phase werden Anwendungen und praxisnahe, rechenintensive Beispiele behandelt. Die Schüler können sich so ganz auf die konkrete Aufgabe konzentrieren. Sie können entscheiden und begründen. Den Lösungsprozess „störende“ Rechnungen übernimmt der Computer.

Technologie im Unterricht Ein Vergleich der Einsatzmöglichkeiten. Ortsveränderung physisch Mathematik intellektuell Gehen Kopfrechnen Fahren mit dem Fahrrad Rechnen mit Papier und Bleistift Fahren mit dem Auto Rechnen mit Technologie-unterstützung (Automation) Fahren mit dem Rollstuhl Rechnen mit Technologie-unterstützung (Kompensation)

Technologie im Unterricht Die wichtigsten Punkte für den Einsatz von Technologie im Unterricht sind: Das Trivialisieren Das Experimentieren Das Visualisieren

Technologie im Unterricht Trivialisieren Mit einem numerischen Taschenrechner ist es genau so einfach 2*3 wie 2,123456*32,45634 zu berechnen. Mit einem geeigneten Programm ist es genauso einfach die lineare Funktion y = 2x – 1 wie die Funktion zu zeichnen. Die Berechnung der Ableitungsfunktion von y = x² ist für ein geeignetes Programm genauso einfach wie die Ableitungsfunktion von zu berechnen. Geübte Mathematiker hätten bei diesem Beispiel schon Probleme. Black Box – White Box Prinzip

Technologie im Unterricht Experimentieren Die wesentlichen Schritte einer mathematischen Entwicklung lassen sich darstellen wie folgt: Durch Anwenden bekannter Algorithmen werden Beispiele erzeugt, an denen beobachtet wird. Daraus ergibt sich eine Vermutung, die bewiesen wird. Es entsteht gesichertes Wissen - ein Theorem. Das brauchbare Wissen des Theorems wird in neue Algorithmen implementiert und auf neue Daten angewendet. Dadurch ergeben sich neue Beispiele, die wieder zu neuen Beobachtungen führen....... Neuer Algorithmus Beispiele Vermutung Theorem beobachten implementieren anwenden Algorithmus beweisen

Technologie im Unterricht Visualisieren Darunter versteht man das Sichtbarmachen eines Sachverhaltes oder eines Vorganges. Dabei ist die Unmittelbarkeit des Vorganges von großer Bedeutung. Mit geeigneter Software erhält man z.B. nach Eingabe eines entsprechenden Terms sofort eine gewünschte (richtige) Grafik, die dann inhaltlich diskutiert und mit dem eingegebenen Term in Verbindung gebracht werden kann. Diese Unmittelbarkeit und die Richtigkeit der Darstellung hat sich besonders bei lernschwachen Schülern als leistungsfördernd erwiesen.

Erkenntnisse aus dem österreichischen Derive-Projekt Das Derive-Projekt (Leitung: Dr. Helmut Heugl) hat ca. 8 Jahre lang die Auswirkungen des CAS-Einsatzes im Unterricht flächendeckend österreichweit untersucht. Ein Vergleich mit Kontrollklassen ohne CAS-Einsatz ergab folgende bemerkenswerte Punkte: Die eigenständige Schülerarbeit ist gestiegen. Die Arbeit in Kleingruppen (2 Schüler) wurde sehr positiv empfunden. Die Belastung für Lehrer und für Schüler ist angestiegen. Es war ein ständiger Leistungsdruck gegeben. Lehrer waren nicht mehr reine Vermittler des Wissens sondern eher Betreuer und Lieferanten neuer Ideen. 1997/1998 österreichweit ca. 2000 Schüler untersucht

Neuere Untersuchungen Eine neuere Untersuchung aus dem Jahr 2003 mit >2000 Schülern (Dr.Heugl/ Dr. Urban-Woltron) brachte ein überraschendes Ergebnis: Beim Problemlösen ohne Technologieeinsatz ergab sich dabei folgende Reihung: 1. Schüler, die im Unterricht den GTR (TI 83Plus) verwenden 2. Schüler, die CAS verwenden (V200) 3. Schüler, die „klassischen“ Unterricht (TI-30) hatten.

Auswirkungen auf lernschwache Schüler Der Einsatz von Technologien kann lernschwachen Schülern helfen sich stärker auf neue Inhalte zu konzentrieren. Mathe-Programme übernehmen einen großen Teil des benötigten Vorwissens. Zuvor gelernte Inhalte werden allerdings nicht gefestigt und vertieft. Bei Schülern, die mathematische Zusammenhänge nicht verstehen kommt es zu einem Leistungsabfall. Punkte, die bisher für operative Fähigkeiten vergeben wurden, werden nicht mehr vergeben. Sehr (denk)schwache Schüler werden fast chancenlos! Bei Schülern, die schwach im Kopfrechnen sind, die aber Zusammenhänge verstehen, wird es zu Leistungssteigerungen kommen.

Notengebung Die bisherige Leistungsbeurteilung war auf das Anwenden von Algorithmen ausgelegt. Durch den Einsatz von Technologien ist diese Vorgangsweise hinfällig. Eine Zweiteilung von Prüfungsarbeiten wäre sinnvoll: Denksport Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt ohne jedes Hilfsmittel. Geprüft wird die „geistige Fitness“. Wichtig ist der Lösungsweg, nicht das Ergebnis. Problemlösung Hier soll die Fähigkeit geprüft werden, die gegebenen Werkzeuge (Technologie) bei der Problemlösung zu nutzen. Wichtig ist das Ergebnis, nicht der Lösungsweg.

Worauf man noch achten sollte.... Der Technologieeinsatz ist nicht Zentralpunkt des Unterrichts. Technologie dient nur dazu Inhalte besser und verständlicher zu vermitteln. Trotz aller Aktualität des EDV-Einsatzes im (Mathe-) Unterricht, dürfen grundlegende operative Fähigkeiten nicht verloren gehen. Ein Minimum an operativen Fähigkeiten muss auch bei intensivem Technologieeinsatz erhalten bleiben. Durch den Einsatz der Technologie soll sich – neben anderen positiven Auswirkungen - auch eine Zeiteinsparung ergeben. Diese sollte für Interpretation, Variation und das Erstellen von Querverbindungen genutzt werden.

Worauf man noch achten sollte.... Ein Computeralgebrasystem kann mühelos komplizierteste Gleichungen lösen. Meist wird ein Ergebnis ausgespuckt, ohne Möglichkeit die Richtigkeit durch Überprüfen der Zwischenschritte sicherzustellen. Eine Forderung an CAS-Systeme für den Unterricht ist daher die Möglichkeit Zwischenrechnungen anzuzeigen. Auf einen kritischen Blick auf die Ergebnisse einer Rechnung oder einer grafischen Darstellung sollte die volle Auslieferung an die Technik verhindern. Die Anzahl der verwendeten Technologien sollte beschränkt werden.

Zitate Der Einsatz von Technologien kann den Schülern viele Algorithmen abnehmen. Der Einsatz von Technologien kann jedoch das Denken und das Auffinden des richtigen Lösungsweges nicht ersparen. frei nach H.C. Reichel Wenn es nicht notwendig ist einen Computer zu verwenden, dann ist es notwendig keinen Computer zu verwenden. frei nach Helmut Heugl Guter Unterricht wird durch Technologieeinsatz weder besser noch schlechter. frei nach Horst Hischer Der Computer zwingt uns zum Nachdenken über Dinge, über die wir auch ohne Computer längst hätten nachdenken müssen. Hans Schupp Jeder Computer ist nur so gut wie die Person, die ihn bedient. Friedrich Tinhof