Rivius Gymnasium Attendorn

Rivius Gymnasium der Stadt Attendorn

Schwerpunktthema: BYOD – Chancen und Herausforderungen für den Mathematikunterricht und in Prüfungen

Unterrichtsassistent:innen: Engelberth, Lukas & Germer, Insa

Berichte der Unterrichtsassistent:innen

Einführung zu Bruchzahlen anhand 3D-gedruckter Anschauungsobjekte

Ein Exit-Game inklusive 3D-gedrucktem Anschauungsmaterial zur Anwendung des Satz des Pythagoras und verschiedenen Beweisideen

Die Schüler:innen der Klasse 9 beschäftigten sich mit dem Satz des Pythagoras. Dazu wurde neben der Anwendung des Pythagoras auch eine Beweisidee des Satzes von den Schüler:innen mittels 3D-gedrucktem Legematerial erarbeitet (vgl. Foto). Durch Ausprobieren am Material konnten die Schüler:innen entdecken, dass sich vier kongruente rechtwinklige Dreiecke auf zwei verschiedene Arten zu einem Quadrat mit der Seitenlänge a+b (Summe der Länge der Katheten der Ausgangsdreiecke) ergänzen lassen. Im gemeinsamen Austausch über die Legefiguren erkannten die Schüler:innen den allgemeingültigen Zusammenhang a²+b²=c².

Vorbereitend auf die Klassenarbeit gestalteten wir für die Klasse ein digitales Exit-Game im Stil von Halloween. Das Spiel simuliert die Flucht aus dem gruseligen „Haus der Mathematik“. Die Aufgaben, welche die Schüler:innen bearbeiten müssen, umfassen verschiedene Wiederholungs- und Übungsaufgaben rund um das Thema Pythagoras. Für jede absolvierte Teilaufgabe erhalten die Schüler:innen eine Ziffer des Codes, welche sie am Ende des Exit-Games eingeben müssen, um aus dem „Haus der Mathematik“ zu entkommen.

Verjüngungsrohre mithilfe der 3D-Druck-Technologie im Q2 Leistungskurs selbst entwickeln

3D-Druck und GeoGebra

Nach dem Distanzunterricht konnten wir nun endlich in der Schule die neuen 3D Drucker in Empfang nehmen. Schüler und Lehrer haben mit großen Augen die Drucker begutachtet.
Herr Müller kam sofort mit der Idee eigene Verbindungsstücke zwischen zwei Rohren zu konstruieren. Diese Idee kam auf, da Herr Müller in seiner Hauseigenen Werkstatt oft das Problem der Verbindungsstücke mit zwei Rohren hatte. Ebenfalls bemerkte er einen ständigen Leistungsabfall in der Sauganlage. Um ein Alltäglich Mathematisches Problem zu lösen, sah er die Möglichkeit darin dieses mit der 3D Druck Technologie zu optimieren. Hierzu planten wir einen Projekttag mit dem Oberstufen LK von Herrn Müller. Der Projekttag fand am Ende des Schuljahres 2020/2021 statt. Der Arbeitsauftrag wurde über ein Arbeitsblatt verfasst. Die Schüler hatten die Aufgabe ein Verbindungsstück zu konstruieren, welches ein möglichst geringen Leistungsabfall hat. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass der Übergang Knickfrei, Krümmungsfrei und Sprungfrei ist. Zudem bekamen die Schüler eine Schieblehre und zwei Rohre. Die Schüler:innen haben sich zunächst Gedanken über eine mögliche Funktion gemacht, die diese Eigenschaften (welche vorgegeben waren) erfüllt. Die Schüler:innen sind hierbei auf unterschiedliche Ergebnisse gekommen. Diese wurden mittels GeoGebra in 3D Grafiken visualisiert. Ich half den Schüler:innen dabei die verschiedenen Funktionen in GeoGebra zu nutzen. Die Schüler:innen testen in einem zweiten Projekttag (nach den Ferien), inwiefern ein Leistungsabfall bei den verschiedenen Konstruktionen zu verzeichnen ist.

Im Grundkurs der Einführungsphase wird zum Ende des Schuljahres mit dem Thema Verktorgeometrie begonnen. Frau Aust sah die Möglichkeit darin, diese über den 3D Drucker einzuführen. Bevor die Schüler:innen den Arbeitsauftrag bekamen Spielzeug zu entwerfen, wurden die Schüler:innen in einer Separaten Unterrichtsstunde mit der CAD Software Tinkercad vertraut gemacht. Hier lernten die Schüler:innen die Funktionen des Programms kennen und konstruierten als erstes einen gezinkten Würfel. Die Schüler:innen bekamen nun als zweite Aufgabe Spielzeug zu entwickeln, welches in 3D-Bauwerke überführt werden kann. Hierbei kamen die Schüler:innen zu ganz unterschiedlichen Ergebnissen.

Auch für Herrn Herrmann habe ich weitere Applets für den Unterricht zu Funktionen über GeoGebra erstellt. Für das Thema Sinus und Kosinus, habe ich einen Einheitskreis entworfen, an dem Sinus und Kosinus visualisiert dargestellt werden kann. Dieser soll dazu dienen, dass Schüler:innen die Beziehungen von Sinus und Kosinus am Einheitskreis verstehen.

3D-Druck und TinkerCad im MU

Die 3D-Druck Technologie bietet viele Möglichkeiten um didaktisch begründet im Mathematikunterricht eingesetzt zu werden. Eine dieser Einsatzmöglichkeiten erprobte ich zuletzt mit einer fünften Klasse inklusive begleitender Lehrkraft. Um das Thema der Körpernetze in fünften Klasse zu vertiefen, sollten die Schüler Plättchen konstruieren, aus denen ein Körper des jeweiligen Anfangsbuchstaben ihres Namens zusammengesetzt werden kann. Dazu nutzen die Schüler das Programm TinkerCadTM auf iPads um aus vorbereiteten Bausteinen die benötigten Plättchen herzustellen.
Wie Sie auf der Abbildung sehen können, werden aus den Bausteinen links Figuren zusammengesetzt welche, ähnlich einem Segmentdisplay, Buchstaben darstellen (zum Beispiel ein L, siehe rechts). Diese Teile sind zur besseren Orientierung im Programm blau, grün und rot eingefärbt. Im Druckprozess werden diese aber gleichfarbig gedruckt.

Insbesondere an dieser Stelle bietet sich ein großes Lernpotential. Sie müssen sich sehr auf ihre Vorstellungskraft konzentrieren um die benötigen Körperseiten zu erkennen und in den richtigen Maßen zu erstellen. Nach dem Drucken werden die Teile über die Kanten mit Tesafilm aneinandergeklebt, sodass sie als Körpernetz auf und wieder zugeklappt werden können. Die Figur im Bild ist einer der Testdrucke, bei denen noch verschiedene Drucker und damit verschiedene Farben kombiniert wurden. Auch die einzelnen Teile wurden nach diesem Testdruck noch optimiert. Zu Veranschaulichung der Grundidee ist dieses Bild aber gut geeignet.
Insgesamt sind aber sowohl die Lehrkraft als auch ich sehr zufrieden mit den bisherigen Entwicklungen. Insbesondere die haptische Erfahrbarkeit der Drehung der Teile um ihre jeweiligen Achsen erleichtert den Schülern das Verständnis von Körpernetzen. Die Lehrkraft führte noch an, dass insbesondere „die relativ lange Zeit zwischen Planung und Fertigstellung die Schüler zwingt, sehr genau zu arbeiten“. Die Schüler konnten nicht unmittelbar auf fehlerhafte Maße reagieren, etwa wie beim Ausschneiden aus Papier, sondern mussten umso mehr ihr perspektivisches Denken trainieren.

Implementation von GeoGebra und Learningapps

Im ersten Projektmonat ging es darum, den Lehrern verschiedene Möglichkeiten des Distanzlernens zu zeigen. Hier drehte sich die Nutzung im mathematischen Bereich auf GeoGebra. Dort hat der Lehrer die Möglichkeit den Schülern Schulbuchartig die Inhalte zu vermitteln. Über die GeoGebra Classroomfunktion besitzt der Lehrer die Option, dass er die bearbeiteten Inhalte der Schüler einsehen kann. Neben dem Einsatz von GeoGebra war auch die reichhaltige Nutzung von Learningapps gegeben. Diese Apps die dort erstellt werden, konnten dann in die Nutzung von Classroombücher integriert werden, sodass der Schüler lediglich die GeoGebra zu öffnen hat und nicht über verschiedene Links die Inhalte zusammensuchen muss.

Hauptsächlich sollte Unterrichtsmaterial erstellt werden für die Oberstufe, welche kurz vor dem Abitur steht. Hierzu wurde zu den verschiedenen Themen ein Übungsbuch erstellt, welches ebenfalls mit Wiederholungstexten bestückt wurde. Auch die 9. Klasse bekam via Learningapps in GeoGebra ein Buch an die Hand, in dem geübt werden konnte. Ebenfalls bekamen sie zu quadratischen Funktionen einzelne Quizzes, die von den Schülern wiederholt gemacht werden können.

Im Wechselunterricht sollen die Klassen getrennt voneinander unterrichtet werden. Da sich die Problematik eines gemeinsamen Leistungsstandes verdeutlichen wird (,da die eine Hälfte der Klasse nur 2 Unterrichtsstunden und die andere Hälfte 4 Unterrichtsstunden haben wird) sollen die besprochenen Inhalte für die Selbstlerner in GeoGebra eingepflegt werden. Im Wechselunterricht wird besonders gezielt auf Fragen und Üben eingegangen.