Verwendung Modellen im Mathematikunterricht

Im Mathematikunterricht an Berufsbildenden Schulen wird zunehmend Wert auf die direkte Anwendung mathematischer Theorien in praxisrelevanten Szenarien gelegt. Ein lebensnahes Beispiel hierfür ist ein Modell, das Hochwassersituationen simuliert. Hierbei beobachten die Schülerinnen und Schüler (SuS) in Gruppenarbeit einen, durch eine Pumpe künstlich erzeugten, steigenden Wasserspiegel und nutzen mathematische Methoden, um zu prognostizieren, wann das Modellhaus überschwemmt wird.

Unterrichtsablauf und Methodik

1. Modellaufbau und Einführung: Die Lehrkraft stellt das Modell eines Flusslaufs mit einem angrenzenden Haus vor. Dieses Modell wird verwendet, um die Dynamik von Hochwassern zu simulieren. Die SuS erhalten die Aufgabe, auf Basis des beobachteten Wasseranstiegs Vorhersagen zu treffen.
2. Beobachtungsphase: In dieser Phase messen und dokumentieren die SuS den Wasserstand in regelmäßigen Intervallen. Sie nutzen mathematische Werkzeuge und Konzepte, um die Steigung der Wasserstandskurve zu berechnen und damit die Geschwindigkeit des Anstiegs zu bestimmen.
3. Analyse und Prognose: Die SuS analysieren die gesammelten Daten, um eine Funktion zu erstellen, die den Wasseranstieg beschreibt. Auf Basis dieser Funktion versuchen sie, den Zeitpunkt zu prognostizieren, zu dem das Wasser das Haus erreichen wird. Diese Aufgabe erfordert ein tiefes Verständnis des Steigungsbegriffes bei Funktionen.
4. Präsentation und Diskussion: Nach der Datenanalyse präsentieren die Gruppen ihre Ergebnisse. Sie diskutieren die unterschiedlichen Ansätze und Prognosen. Die Lehrkraft führt durch die Diskussion und stellt sicher, dass alle mathematischen Annahmen und Schlussfolgerungen klar und korrekt sind.
5. Reflexion: Zum Abschluss reflektieren die SuS über die Anwendung der mathematischen Konzepte auf das Modell und bewerten die Genauigkeit ihrer Prognosen. Diese Reflexion hilft den SuS, den Nutzen mathematischer Modelle für die Lösung realer Probleme zu verstehen und fördert das kritische Denken.

Zielsetzung des Unterrichts

Durch solche praktischen Anwendungen wird der Mathematikunterricht nicht nur anschaulich und interessant gestaltet, sondern es wird auch die Bedeutung mathematischer Kompetenzen für reale und oft kritische Situationen verdeutlicht. Die SuS lernen, ihre mathematischen Fähigkeiten aktiv einzusetzen und entwickeln ein Verständnis dafür, wie Mathematik zur Lösung praktischer Probleme beitragen kann.