empirische Gesetz der großen Zahlen - Mathematikundschule.de
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Seminar für das Lehramt an Gymnasien und Gesamtschulen Jülich<br />
Unterrichtsentwurf zum 3. Unterrichtsbesuch<br />
1 Datenvorspann<br />
Studienreferendarin: Anne Schüller<br />
Email: anne.schueller@gmx.net<br />
Schule: Gymnasium Zita<strong>de</strong>lle Jülich<br />
Fach: Mathematik<br />
Datum: 13.11.2012<br />
Zeit: 07:50 – 08:35 (1. Stun<strong>de</strong>)<br />
Raum: S16<br />
Klasse/Kurs: 7e (23 Schüler, 19 Jungen, 4 Mädchen)<br />
Fachlehrer:<br />
Fachleiterin:
2 Thema <strong><strong>de</strong>r</strong> Unterrichtsstun<strong>de</strong><br />
Erarbeitung <strong>de</strong>s <strong>empirische</strong>n <strong>Gesetz</strong>es <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> am Beispiel „Werfen von<br />
Reißnägeln“.<br />
3 Stun<strong>de</strong>nziel:<br />
Die Schülerinnen und Schüler (SuS) sollen relative Häufigkeiten beim Reißnagelwurf<br />
experimentell erfassen, diese Daten zunächst in Gruppenarbeit und anschließend im Plenum<br />
analysieren und sich somit das <strong>empirische</strong> <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> erschließen.<br />
4 Teilziele<br />
Die SuS sollen...<br />
TZ 1<br />
TZ 2<br />
TZ 3<br />
TZ 4<br />
TZ 5<br />
TZ 6<br />
TZ 7<br />
(Eventualziel)<br />
für das Thema <strong><strong>de</strong>r</strong> Stun<strong>de</strong> motiviert wer<strong>de</strong>n, in<strong>de</strong>m die Lehrperson sie zu einem<br />
Spiel auffor<strong><strong>de</strong>r</strong>t.<br />
ihre eigenen Daten erheben, in<strong>de</strong>m sie drei Mal fünf Reißnägel werfen und die<br />
zugehörigen relativen Häufigkeiten berechnen.<br />
ihre erhobenen Daten mit an<strong><strong>de</strong>r</strong>en SuS zusammentragen, in<strong>de</strong>m sie in<br />
Vierergruppen die kumulierten absoluten Häufigkeiten und die zugehörigen<br />
relativen Häufigkeiten berechnen.<br />
ihre zusammengetragenen Daten visualisieren und diskutieren, in<strong>de</strong>m sie diese<br />
in ein Koordinatensystem einzeichnen und <strong>de</strong>n Verlauf <strong>de</strong>s Graphen<br />
beschreiben und interpretieren.<br />
ihre erhobenen Daten im Plenum präsentieren und die Ergebnisse analysieren,<br />
in<strong>de</strong>m sie ihre Graphen vorstellen und sowohl diese als auch <strong>de</strong>n Graphen<br />
interpretieren, <strong><strong>de</strong>r</strong> die Einzelergebnisse <strong><strong>de</strong>r</strong> gesamten Klasse mit einbezieht.<br />
das <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> selbst formulieren, in<strong>de</strong>m sie einen Merksatz für<br />
<strong>de</strong>n Verlauf <strong>de</strong>s Graphen fin<strong>de</strong>n.<br />
das <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> vertiefen, in<strong>de</strong>m sie überprüfen, ob eine gegebene<br />
Messreihe <strong>de</strong>m <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> folgt.<br />
2
5 Die Unterrichtsreihe<br />
Thema <strong><strong>de</strong>r</strong> Unterrichtsreihe: Wahrscheinlichkeiten<br />
Stellung <strong><strong>de</strong>r</strong> Stun<strong>de</strong> im Reihenkontext:<br />
relative und absolute Häufigkeiten<br />
Laplace-Wahrscheinlichkeit<br />
Summenregel<br />
<strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong><br />
Boxplots<br />
6 Didaktische und unterrichtsmethodische Entscheidungen<br />
Bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Klasse, in <strong><strong>de</strong>r</strong> die heutige Stun<strong>de</strong> stattfin<strong>de</strong>n wird, han<strong>de</strong>lt es sich um eine siebte<br />
Klasse im Fach Mathematik, die ich seit <strong>de</strong>m 02.11.2012 im Ausbildungsunterricht vier<br />
Stun<strong>de</strong>n in <strong><strong>de</strong>r</strong> Woche unterrichte. Bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Lerngruppe han<strong>de</strong>lt es sich um eine sehr unruhige<br />
Klasse. Weiter anzumerken ist, dass <strong><strong>de</strong>r</strong> Anteil <strong><strong>de</strong>r</strong> Schülerinnen sehr gering ist. Bei einer<br />
Klassengröße von 23 Schülern sind lediglich 4 davon Mädchen.<br />
In <strong>de</strong>n vorrangegangenen Unterrichtsstun<strong>de</strong>n wur<strong>de</strong>n zunächst relative und absolute<br />
Häufigkeiten eingeführt. Weiter sind <strong>de</strong>n SuS die Begriffe „Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> Möglichen“ und<br />
„Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> Günstigen“ bekannt. Diese Begriffe wur<strong>de</strong>n anhand von Laplace-Experimenten<br />
weiter vertieft und sollen in <strong><strong>de</strong>r</strong> heutigen Stun<strong>de</strong> erneut aufgegriffen wer<strong>de</strong>n, um <strong>de</strong>n SuS das<br />
<strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> zugänglich zu machen. Bezüglich <strong><strong>de</strong>r</strong> methodischen Aspekte ist<br />
anzumerken, dass in <strong>de</strong>n vorherigen Stun<strong>de</strong>n ein Belohnungssystem zur Vermeidung von<br />
Unterrichtsstörungen geübt wur<strong>de</strong>. Die Lerngruppe wur<strong>de</strong> in zwei Teams aufgeteilt (Team<br />
Fenster und Team Tür). Für je<strong>de</strong>n Zwischenruf erhält das gesamt Team einen Strich. Das<br />
Gewinnerteam bekommt am En<strong>de</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> Stun<strong>de</strong> einen Stempel auf <strong>de</strong>n Hausaufgabenzettel. Wer<br />
10 Stempel zusammen hat, bekommt einmal Hausaufgaben frei.<br />
Im Zentrum dieser Unterrichtstun<strong>de</strong> steht das <strong>empirische</strong> <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong>. Die SuS<br />
sollen sich dieses am Beispiel <strong>de</strong>s Reißnagelwurfs eigenständig erarbeiten. Dazu sollen sie<br />
zunächst ihre individuellen Daten erheben und die zugehörigen relativen Häufigkeiten<br />
berechnen. Anschließend sollen die SuS in Vierergruppen ihre Daten zusammentragen, die<br />
kumulierten absoluten Häufigkeiten berechnen und die zugehörigen relativen Häufigkeiten<br />
angeben, die anschließend in ein Koordinatensystem übertragen wer<strong>de</strong>n sollen. Sowohl dieser<br />
3
Graph als auch <strong><strong>de</strong>r</strong>jenige, <strong><strong>de</strong>r</strong> die Ergebnisse von allen SuS berücksichtigt, soll beschrieben<br />
und interpretiert wer<strong>de</strong>n, was unmittelbar zum <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> führt.<br />
Das Erheben von Daten, Bestimmen von relativen Häufigkeiten und Schätzen von<br />
Wahrscheinlichkeiten aufgrund von Häufigkeiten ist fester Bestandteil im Kernlehrplan. 1<br />
Weiter ist auch das Interpretieren von statistischen Darstellungen laut Kernlehrplan in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Sekundarstufe I vorgesehen.<br />
Als Einstieg habe ich mich für ein Spiel entschie<strong>de</strong>n, um Aufmerksamkeit zu schaffen,<br />
Neugier bei <strong>de</strong>n SuS zu wecken und die SuS für das Thema <strong><strong>de</strong>r</strong> heutigen Stun<strong>de</strong> zu<br />
motivieren. Bei <strong>de</strong>m Spiel geht es um einen Reißnagelwurf. Wenn die Spitze nach oben zeigt,<br />
gewinnt <strong><strong>de</strong>r</strong> Schüler, ansonsten gewinne ich. Drei o<strong><strong>de</strong>r</strong> vier Schüler dürfen einen Reißnagel<br />
nacheinan<strong><strong>de</strong>r</strong> werfen. Nun sollen die SuS sich dazu äußern, ob das Spiel fair ist. Sie sollen<br />
schätzen, wie hoch ihre Gewinnchance war. An dieser Stelle sollten die SuS darauf kommen,<br />
dass die Wahrscheinlichkeit, an<strong><strong>de</strong>r</strong>s als bei Laplace-Experimenten, nicht angegeben wer<strong>de</strong>n<br />
kann und zur Ermittlung <strong><strong>de</strong>r</strong> Wahrscheinlichkeit ein Zufallsexperiment notwendig ist.<br />
Die Wahl für einen Reißnagel habe ich <strong>de</strong>shalb getroffen, weil diese im Vergleich zu<br />
beispielsweise Legosteinen leise sind und die SuS aufgrund <strong><strong>de</strong>r</strong> Größe <strong><strong>de</strong>r</strong> Reißnägel mehrere<br />
Stichproben auf einmal machen können und somit viele Einzelversuche in relativ kurzer Zeit<br />
zusammenkommen.<br />
Die didaktische Schwerpunktsetzung bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Erarbeitung <strong><strong>de</strong>r</strong> Thematik orientiert sich an <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Theorie <strong><strong>de</strong>r</strong> enaktiven, ikonischen und symbolischen Darstellungsebenen <strong>de</strong>s<br />
Lernpsychologen Bruner 2 , <strong><strong>de</strong>r</strong>en Berücksichtigung bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Vermittlung neuer Inhalte laut<br />
seiner Forschung in beson<strong><strong>de</strong>r</strong>em Maße zu einer erfolgreichen Begriffsbildung führt.<br />
In <strong><strong>de</strong>r</strong> Erarbeitungsphase sollen alle SuS zunächst enaktiv ihre eigenen <strong>empirische</strong>n Daten<br />
erheben. Zwar gibt es viele Tabellen, die Daten von diesem o<strong><strong>de</strong>r</strong> ähnlichen<br />
Zufallsexperimenten auflisten, allerdings war es mir wichtig, dass die SuS das <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
<strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> an ihren eigenen echten Daten erarbeitet können, um die Glaubhaftigkeit <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Datenerhebung zu sichern und zusätzlich die Motivation zu för<strong><strong>de</strong>r</strong>n. Damit die<br />
Datenerhebung nicht zu viel Zeit in Anspruch nimmt und <strong>de</strong>nnoch eine hohe Anzahl von<br />
Einzelversuchen möglich ist, werfen die SuS fünf Reißnägel mit Hilfe eines Würfelbechers<br />
gleichzeitig. Die fünf Reißnägel wer<strong>de</strong>n insgesamt drei Mal geworfen, sodass je<strong><strong>de</strong>r</strong> Schüler<br />
1 Vgl. [1] Ministerium für Schule und Weiterbildung <strong>de</strong>s Lan<strong>de</strong>s Nordrhein-Westfalen (2007) S. 16.<br />
2 Vgl. [2] und [3].<br />
4
15 Einzelergebnisse hat. Anschließend soll die relative Wahrscheinlichkeit zu je<strong>de</strong>m Wurf<br />
berechnet wer<strong>de</strong>n. Ich habe mich bewusst dazu entschie<strong>de</strong>n, dass die SuS 3 mal 5 Nägel<br />
werfen und nicht 15 Nägel auf einmal, damit <strong><strong>de</strong>r</strong> Graph, <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> geworfenen Nägel<br />
die relativen Häufigkeiten zuordnet, viele Datenpunkte hat. Diesen sollen die SuS später in<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppenarbeit zeichnen. Schnelle Schüler können noch einen weiteren vierten Wurf<br />
durchführen.<br />
Nach <strong><strong>de</strong>r</strong> Einzelarbeitsphase setzen sich die SuS in Vierergruppen zusammen. Sie<br />
kontrollieren zunächst gegenseitig ihre relativen Häufigkeiten, die sie in <strong><strong>de</strong>r</strong> Einzelarbeit<br />
berechnet haben. Anschließend sollen sie gemeinsam ihre Ergebnisse in einer Tabelle<br />
zusammentragen, in<strong>de</strong>m sie die absoluten Häufigkeiten pro Wurf aufsummieren und die<br />
zugehörige relative Häufigkeit berechnen. Da die SuS bisher noch keine kumulierten<br />
absoluten Häufigkeiten berechnet haben und um Fehler zu vermei<strong>de</strong>n, ist in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Aufgabenstellung ein Hinweis, dass sie die absolute Häufigkeit bezüglich aller geworfener<br />
Reißnägel angeben sollen. Dennoch könnte diese Aufgabe bei einigen Gruppen zu Problemen<br />
führen. Sollte dieser Fall eintreten, wer<strong>de</strong> ich beispielhaft die ersten zwei bis drei Zeilen <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Tabelle gemeinsam auf einer Folie mit <strong>de</strong>n SuS erarbeiten, da das richtige Ausfüllen <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Tabelle Voraussetzung für das Erkennen <strong>de</strong>s <strong>Gesetz</strong>es <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> ist. Nach dieser<br />
symbolischen Darstellung <strong><strong>de</strong>r</strong> Versuchsergebnisse sollen die SuS diese in einem<br />
Koordinatensystem einzeichnen, sodass sie auch einen ikonischen Zugang zu <strong>de</strong>n<br />
Ergebnissen haben. Auf <strong><strong>de</strong>r</strong> Abszissenachse wird die Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> geworfenen Reißnägel<br />
eingetragen und auf <strong><strong>de</strong>r</strong> Ordinatenachse die relative Häufigkeit. Da das Einzeichnen <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Werte nicht <strong><strong>de</strong>r</strong> Schwerpunkt <strong><strong>de</strong>r</strong> Stun<strong>de</strong> ist, wird das Koordinatensystem <strong>de</strong>n SuS<br />
vorgegeben. Während die SuS gemeinsam <strong>de</strong>n Graphen in das Koordinatensystem<br />
einzeichnen, kommt aus je<strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppe ein Sprecher nach vorne und diktiert mir die absoluten<br />
Häufigkeiten <strong><strong>de</strong>r</strong> Einzelversuche. Diese wer<strong>de</strong>n in einer Excel-Tabelle festgehalten, sodass<br />
einerseits <strong><strong>de</strong>r</strong> Graph aus je<strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppe einzeln dargestellt wird und an<strong><strong>de</strong>r</strong>erseits <strong><strong>de</strong>r</strong> Graph, <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
alle Ergebnisse repräsentiert, visualisiert wird. Nach <strong>de</strong>m Einzeichnen <strong>de</strong>s Graphen in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Gruppe sollen die SuS diesen diskutieren und die Wahrscheinlichkeit für einen Sieg schätzen.<br />
Um das gemeinsame Arbeiten innerhalb <strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppe zu unterstützen, habe ich mich dazu<br />
entschie<strong>de</strong>n, dass je<strong>de</strong> Gruppe nur ein Arbeitsblatt bekommt. Weiter habe ich mich dazu<br />
entschie<strong>de</strong>n, <strong>de</strong>n SuS in <strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppenarbeit <strong>de</strong>n Taschenrechner zu erlauben, um die Brüche,<br />
die bei <strong>de</strong>n relativen Häufigkeiten auftreten, auszurechnen, was für das Eintragen <strong><strong>de</strong>r</strong> Punkte<br />
in das Koordinatensystem notwendig ist.<br />
5
Nach <strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppenarbeit folgt die Sichtung <strong><strong>de</strong>r</strong> Schülerergebnisse. Da Fehler beim Ausfüllen<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Tabelle bereits im Vorfeld abgefangen wur<strong>de</strong>n, wer<strong>de</strong>n an dieser Stelle nur noch die<br />
Graphen präsentiert. Zwei o<strong><strong>de</strong>r</strong> drei Gruppen sollen ihren Graphen, <strong><strong>de</strong>r</strong> mit Hilfe von Excel<br />
am Beamer dargestellt wird, vorstellen. Die Wahl <strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppen wer<strong>de</strong> ich <strong><strong>de</strong>r</strong>art bestimmen,<br />
dass die vorgestellten Graphen ein wenig unterschiedlich sind. Die SuS sollen dadurch<br />
feststellen, dass die relative Häufigkeit sich zwar mit zunehmen<strong><strong>de</strong>r</strong> Versuchsanzahl einer<br />
bestimmten Zahl annähert, diese Zahl aber bei <strong>de</strong>n verschie<strong>de</strong>nen Graphen unterschiedlich ist.<br />
Die SuS sollen darauf kommen, dass noch mehr Versuche notwendig sind, um die<br />
Wahrscheinlichkeit zu schätzen. Dies soll motivieren, die Ergebnisse von <strong><strong>de</strong>r</strong> gesamten<br />
Klasse zu betrachten. Auch dieser Graph soll diskutiert wer<strong>de</strong>n. Sollte es zu Problemen mit<br />
<strong>de</strong>m Beamer kommen, wer<strong>de</strong> ich eine Folie auflegen mit einem Beispielgraphen, <strong>de</strong>n ich<br />
vorher selbst durch Experimentieren herausbekommen habe. Weiter wer<strong>de</strong> ich für <strong>de</strong>n Fall<br />
Folien mitbringen, auf <strong>de</strong>n die SuS dann ihren Graphen einzeichnen können.<br />
Anschließend sollen die SuS für die Sicherung das <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> selbst<br />
formulieren. Dazu sollen mehrere Schüler einen Merksatz formulieren. Einen davon wer<strong>de</strong><br />
ich an die Tafel festhalten. Sollten die SuS keinen treffen<strong>de</strong>n Satz formulieren, wer<strong>de</strong> ich<br />
folgen<strong>de</strong> Hilfsfolie auflegen: „Je größer die Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> geworfenen Reißnägel, <strong>de</strong>sto…“ Die<br />
SuS sollen diesen Satz zu En<strong>de</strong> führen. Aufgrund <strong><strong>de</strong>r</strong> didaktischen Reduktion, habe ich mich<br />
dazu entschlossen, das <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> am Beispiel <strong><strong>de</strong>r</strong> Reißnagel zu notieren. Ein<br />
allgemeiner Satz wird bewusst nicht notiert.<br />
Nach <strong><strong>de</strong>r</strong> Erarbeitung <strong>de</strong>s <strong>Gesetz</strong>es folgt eine Vertiefung. Die SuS sollen arbeitsteilig in ihren<br />
Gruppen eine vorgegebene Messreihe untersuchen. Sie sollen herausfin<strong>de</strong>n, ob diese zum<br />
<strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> passt. Drei <strong><strong>de</strong>r</strong> insgesamt sechs Gruppen untersucht eine Messreihe<br />
mit einem Kronkorken. Diese Daten stimmen mit <strong>de</strong>m <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> überein. Die<br />
an<strong><strong>de</strong>r</strong>en drei Gruppen untersuchen eine Messreihe mit einem Legostein. Diese Daten stimmen<br />
nicht mit <strong>de</strong>m <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> überein, da bei 1500 Würfen die relative Häufigkeit<br />
stark schwankt. Den SuS wird an dieser Stelle kein Koordinatensystem vorgegeben, sodass<br />
sie frei wählen können, ob sie rechnerisch o<strong><strong>de</strong>r</strong> zeichnerisch die Aufgabe lösen.<br />
Anschließend wird die Lösung von <strong>de</strong>n SuS an <strong><strong>de</strong>r</strong> Tafel vorgestellt. Für die zeichnerische<br />
Lösung gibt es eine fertige Folie mit einem Koordinatensystem, sodass die SuS nur noch die<br />
Datenpunkte einzeichnen müssen.<br />
6
Sollte am En<strong>de</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> Stun<strong>de</strong> nur wenig Zeit übrig sein, wer<strong>de</strong>n alle sechs Gruppen die gleiche<br />
Aufgabe (Legostein) bearbeiten und die an<strong><strong>de</strong>r</strong>e Aufgabe als Hausaufgabe machen.<br />
7 Literatur<br />
[1] Ministerium für Schule und Weiterbildung <strong>de</strong>s Lan<strong>de</strong>s Nordrhein-Westfalen:<br />
Kernlehrplan für Gymnasium - Sekundarstufe I (G8) in Nordrhein-Westfalen.<br />
Ritterbach Verlag, 2007<br />
[2] Wittmann E.C.: Grundfragen <strong>de</strong>s Mathematikunterrichts. Vieweg. Braunschweig.<br />
1978<br />
[3] Zech F.: Grundkurs Mathematikdidaktik, Theoretische und praktische Anleitungen<br />
für das Lehren und Lernen von Mathematik. Beltz. Weinheim und Basel. 1998<br />
7
8 Geplanter Unterrichtsverlauf<br />
Phasen Inhaltliche Schwerpunkte/ Operationen Sozial und<br />
Aktionsformen<br />
Einstieg<br />
TZ 1<br />
Erarbeitung I<br />
TZ 2<br />
Ein Schüler o<strong><strong>de</strong>r</strong> eine Schülerin wird aufgefor<strong><strong>de</strong>r</strong>t, gegen die<br />
Lehrperson zu spielen. Ist die Spitze <strong>de</strong>s Reißnagels oben,<br />
gewinnt <strong><strong>de</strong>r</strong> Schüler. Die SuS sollen sich zur<br />
Wahrscheinlichkeit, das Spiel zu gewinnen äußern.<br />
Anschließend sollen die SuS ihre Gewinnchancen schätzen.<br />
Die SuS führen zunächst je<strong><strong>de</strong>r</strong> für sich das Experiment<br />
„Würfeln mit Reißnägeln“ durch und sammeln somit<br />
<strong>empirische</strong> Daten.<br />
Anschließend sollen sie die relative Häufigkeit dafür<br />
berechnen, dass die Spitze <strong>de</strong>s Reißnagels nach oben zeigt.<br />
Medien<br />
Anmerkungen zum Lernprozess<br />
UG Reißnagel Das Spiel soll die SuS motivieren,<br />
experimentell Daten zu erheben, um<br />
anschließend die relative Häufigkeit für<br />
einen Spielgewinn zu bestimmen.<br />
EA<br />
AB,<br />
Reißnägel,<br />
Würfelbecher<br />
Durch das individuelle Werfen von<br />
Reißnägeln kann je<strong><strong>de</strong>r</strong> Schüler zur<br />
Datenerhebung beitragen.<br />
TZ 3<br />
TZ 4<br />
Sichtung I<br />
TZ 5<br />
Die SuS kontrollieren gegenseitig die berechneten relativen<br />
Häufigkeiten und tragen in vierer Gruppen ihre Ergebnisse<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong>art zusammen, dass sie anschließend die absoluten und<br />
relativen Häufigkeiten für n = 5, 10, …, 60 kennen.<br />
Aus je<strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppe kommt jeweils ein Schüler nach vorne und<br />
diktiert <strong><strong>de</strong>r</strong> Lehrperson die Ergebnisse aus <strong><strong>de</strong>r</strong> Einzelarbeit.<br />
Diese wer<strong>de</strong>n in einer Excel Tabelle festgehalten.<br />
Während<strong>de</strong>ssen stellen die SuS ihr Ergebnis graphisch dar<br />
und diskutieren anschließend <strong>de</strong>n Verlauf <strong>de</strong>s Graphen.<br />
Zwei Gruppen stellen ihr Ergebnis anhand eines Excel-<br />
Diagramms vor. Die SuS sollen sich zum Verlauf <strong><strong>de</strong>r</strong> Graphen<br />
äußern.<br />
GA<br />
AB, TR<br />
PC (Excel)<br />
ggf. Folie für<br />
ein Beispiel<br />
Die GA bewirkt Sicherheit bezüglich <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Datenauswertung. Durch die bildhafte<br />
Darstellung <strong><strong>de</strong>r</strong> relativen Häufigkeiten im<br />
Koordinatensystem, han<strong>de</strong>lt es sich um<br />
einen ikonischen Zugang, <strong><strong>de</strong>r</strong> zur<br />
Erschließung <strong>de</strong>s <strong>Gesetz</strong>es <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong><br />
<strong>Zahlen</strong> beiträgt.<br />
SV PC, Beamer Präsentationskompetenz wird geschult.<br />
8
Sichtung II<br />
TZ 5<br />
Sicherung<br />
TZ 6<br />
Reflexion<br />
Vertiefung<br />
TZ 7<br />
Sicherung<br />
Die graphische Darstellung <strong><strong>de</strong>r</strong> Ergebnisse aller Schüler, die<br />
mit Hilfe von Excel während <strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppenarbeit von <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Lehrperson zusammengetragen wur<strong>de</strong>n, wird gezeigt.<br />
Die SuS sollen sich dazu äußern, was ihnen am Graphen<br />
auffällt und diesen interpretieren.<br />
Die SuS sollen einen Merksatz formulieren (ggf. mit<br />
Hilfestellung). Dieser wird an <strong><strong>de</strong>r</strong> Tafel festgehalten. Die SuS<br />
schreiben diesen in ihr Regelheft.<br />
Die Lehrperson wirft die Frage in <strong>de</strong>n Raum, ob <strong><strong>de</strong>r</strong> Graph zu<br />
<strong>de</strong>n relativen Häufigkeiten nur bei Reißnägeln so aussieht.<br />
Die SuS bekommen erhobene Daten eines Zufallsexperiments<br />
und sollen überprüfen, ob diese Daten stimmen können.<br />
Präsentation <strong><strong>de</strong>r</strong> Ergebnisse, SuS korrigieren ggf. ihre<br />
Ergebnisse.<br />
UG PC, Beamer<br />
UG<br />
ggf.<br />
Hilfsfolie<br />
Tafel<br />
Der Merksatz soll von <strong>de</strong>n SuS selbst<br />
formuliert wer<strong>de</strong>n.<br />
UG Die SuS sollen die Allgemeingültigkeit<br />
<strong>de</strong>s Satzes erkennen.<br />
GA AB Das <strong>Gesetz</strong> <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>großen</strong> <strong>Zahlen</strong> soll auf ein<br />
weiteres Bespiel übertragen wer<strong>de</strong>n.<br />
SV<br />
Tafel, ggf.<br />
OHP<br />
Präsentationskompetenz wird geschult.<br />
9
9 Anhang<br />
<br />
<br />
<br />
Arbeitsblätter<br />
Lösungen<br />
Hilfsfolien<br />
Arbeitsblatt für die Datenerhebung<br />
Mathematik 7e (Sü) Arbeitsblatt – Reißnägel 13.11.2012<br />
Zeigt die Spitze nach oben<br />
gewinnst du das Spiel.<br />
Wie stehen <strong>de</strong>ine Gewinnchancen?<br />
Aufgabe 1: Daten sammeln<br />
Werfe 3-mal die 5 Reißnägel mit Hilfe <strong>de</strong>s Würfelbechers.<br />
Trage für die drei Würfe in <strong><strong>de</strong>r</strong> Tabelle ein, wie viele Nägel mit<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Spitze nach oben gezeigt haben. Berechne auch die<br />
relativen Häufigkeiten.<br />
Wurf 1<br />
Wurf 2<br />
Wurf 3<br />
Absolute Häufigkeit<br />
für „Spitze nach oben“<br />
Relative Häufigkeit<br />
Wenn du schon fertig bist, kannst du noch einmal werfen und <strong>de</strong>in Ergebnis hier<br />
eintragen:<br />
Wurf 4<br />
Absolute Häufigkeit<br />
für „Spitze nach oben“<br />
Relative Häufigkeit<br />
10
Arbeitsblatt für die Gruppenarbeit<br />
Arbeitsauftrag für die Gruppenarbeit<br />
Aufgabe 2: Ergebnisse kontrollieren<br />
Tauscht Eure Arbeitsblätter im Uhrzeigersinn und kontrolliert,<br />
ob die relativen Häufigkeiten aus Aufgabe 1 richtig sind.<br />
Aufgabe 3: Ergebnisse zusammentragen<br />
Ihr habt zusammen min<strong>de</strong>stens 60 Reißnägel geworfen. Füllt gemeinsam die Tabelle aus.<br />
Tragt in <strong><strong>de</strong>r</strong> zweiten Spalte ein, wie viele Reißnägel insgesamt mit <strong><strong>de</strong>r</strong> Spitze nach oben<br />
gezeigt haben.<br />
Beachtet:<br />
Die „Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> Möglichen“ än<strong><strong>de</strong>r</strong>t sich in je<strong><strong>de</strong>r</strong> Tabellenzeile<br />
Die absoluten Häufigkeiten beziehen sich auf die Anzahl aller geworfener<br />
Reißnägel<br />
Schüler Anzahl geworfener<br />
Reißnägel<br />
5<br />
1<br />
10<br />
15<br />
absolute Häufigkeiten<br />
für „Spitze nach oben“<br />
relative<br />
Häufigkeiten<br />
2<br />
20<br />
25<br />
30<br />
3<br />
35<br />
40<br />
45<br />
4<br />
50<br />
55<br />
60<br />
ggf.<br />
Zusatzwürfe<br />
65<br />
70<br />
75<br />
80<br />
Wenn ihr fertig seid, schickt ihr einen Sprecher nach vorne, <strong><strong>de</strong>r</strong> die Ergebnisse an Frau<br />
Schüller weitergibt. Dieser soll die 4 Arbeitsblätter eines je<strong>de</strong>n Schülers aus <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Gruppe mitnehmen.<br />
11
Aufgabe 4: Daten geeignet darstellen<br />
Stellt Eure Daten in <strong>de</strong>m Koordinatensystem dar, in<strong>de</strong>m ihr bei 5, 10, 15, 20 usw.<br />
ein „x“ bei <strong><strong>de</strong>r</strong> zugehörigen relativen Häufigkeit macht und diese anschließend<br />
verbin<strong>de</strong>t.<br />
Aufgabe 5<br />
Beschreibt <strong>de</strong>n Verlauf <strong>de</strong>s Graphen mit eigenen Worten. Wie groß schätzt ihr<br />
die Wahrscheinlichkeit, dass ihr das Spiel gewinnt?<br />
12
Arbeitsblatt zur Vertiefung<br />
Aufgabe 5<br />
Die Schüler <strong><strong>de</strong>r</strong> 7a haben ein Experiment mit einem Legostein durchgeführt und<br />
folgen<strong>de</strong> Daten erhoben:<br />
Anzahl Würfe Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> 4 en<br />
100 39<br />
500 143<br />
1000 378<br />
2000 604<br />
Aufgrund dieser Daten haben die Schüler beschlossen, dass die<br />
Wahrscheinlichkeit für eine 4 bei 30 Prozent liegt. Passen die Daten zu dieser<br />
Vermutung?<br />
Macht ggf. einen passen<strong>de</strong>n Korrekturvorschlag.<br />
Aufgabe 5<br />
Die Schüler <strong><strong>de</strong>r</strong> 7b haben ein Experiment mit einem Kronkorken durchgeführt<br />
und folgen<strong>de</strong> Daten erhoben:<br />
Anzahl Würfe Anzahl für<br />
„Zacken oben“<br />
100 54<br />
500 192<br />
1000 407<br />
2000 801<br />
Aufgrund dieser Daten haben die Schüler beschlossen, dass die<br />
Wahrscheinlichkeit für „Zacken liegen oben“ bei 40 Prozent liegt. Passen die<br />
Daten zu dieser Vermutung?<br />
Macht ggf. einen passen<strong>de</strong>n Korrekturvorschlag.<br />
13
Mögliche Schülerlösungen<br />
Relative und absolute Häufigkeiten<br />
Schüler<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
Anzahl<br />
geworfener<br />
Reißnägel<br />
absolute Häufigkeiten<br />
für „Spitze nach oben“<br />
relative<br />
Häufigkeiten<br />
5 3<br />
0,6<br />
10 7<br />
0,7<br />
15 7<br />
0,466666667<br />
20 9<br />
0,45<br />
25 13<br />
0,52<br />
30 14<br />
0,466666667<br />
35 16<br />
0,457142857<br />
40 19<br />
0,475<br />
45 20<br />
0,444444444<br />
50 22<br />
0,44<br />
55 26<br />
0,472727273<br />
60 27<br />
0,45<br />
Mögliche Diagramme:<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60 70<br />
14
Mögliches Diagramm aller Ergebnisse:<br />
0,3<br />
0,35<br />
0,4<br />
0,45<br />
0,5<br />
0,55<br />
0,6<br />
0,65<br />
0,7<br />
0,75<br />
0,8<br />
‐40 10 60 110 160 210 260 310 360<br />
Mögliche Schülerlösungen für <strong>de</strong>n Merksatz:<br />
Der Merksatz sollte so beginnen:<br />
- Je größer die Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> Versuche, … o<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
- Je größer die Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> geworfenen Reißnägel, …<br />
- Je mehr Reißnägel geworfen wer<strong>de</strong>n, …<br />
Der Merksatz sollte so en<strong>de</strong>n:<br />
- … <strong>de</strong>sto kleiner wird <strong><strong>de</strong>r</strong> Unterschied zwischen relativer Häufigkeit und <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Wahrscheinlichkeit.<br />
- … <strong>de</strong>sto näher kommt die relative Häufigkeit an die Wahrscheinlichkeit heran.<br />
- … <strong>de</strong>sto <strong>de</strong>utlicher nähert sich die relative Häufigkeit einem festen Wert (<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Wahrscheinlichkeit) an.<br />
- … <strong>de</strong>sto korrekter wer<strong>de</strong>n die Ergebnisse.<br />
Mögliche Schülerlösungen für die Vertiefungsaufgabe<br />
Lego-Achter<br />
Beim Lego-Achter passen die Ergebnisse nicht zu <strong><strong>de</strong>r</strong> Vermutung. Dies kann man entwe<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
zeichnerisch o<strong><strong>de</strong>r</strong> rechnerisch zeigen:<br />
Zeichnerische Lösung:<br />
Durch Eintragen <strong><strong>de</strong>r</strong> Werte in ein Koordinatensystem ergibt sich sofort, dass <strong><strong>de</strong>r</strong> Wert 378<br />
nicht stimmen kann.<br />
Rechnerische Lösung:<br />
30 % von 1000 = 300. Das Experiment ergibt aber 378 4-er.<br />
30 % von 500 = 150. Das Experiment ergibt 143.<br />
Der Wert 378 „tanzt“ offensichtlich aus <strong><strong>de</strong>r</strong> Reihe.<br />
Ein mögliches Ergebnis für 1000 Würfe wären zum Beispiel 305.<br />
Kronkorken:<br />
Analoge Rechnung/Zeichnung ergibt, dass hier die Werte zur Vermutung passen.<br />
15
Hilfsfolien (diese wer<strong>de</strong>n nur bei Bedarf aufgelegt)<br />
Hilfestellung für das Ausfüllen <strong><strong>de</strong>r</strong> Tabelle in <strong><strong>de</strong>r</strong> Gruppenarbeit<br />
Absolute Häufigkeit<br />
für „Spitze<br />
nach oben“<br />
Relative<br />
Häufigkeit<br />
Wurf 1 2 2<br />
5<br />
Wurf 2 4 4<br />
5<br />
Wurf 3 1 1<br />
5<br />
Schüler<br />
1<br />
2<br />
Anzahl<br />
geworfener<br />
Reißna<strong>de</strong>ln<br />
5<br />
10<br />
15<br />
20<br />
25<br />
30<br />
absolute<br />
Häufigkeiten<br />
für „Spitze<br />
nach oben“<br />
relative<br />
Häufigkeiten<br />
usw.<br />
ggf.<br />
Zusatzwürfe<br />
65<br />
70<br />
75<br />
80<br />
16
Hilfestellung für <strong>de</strong>n Merksatz<br />
Je größer die Anzahl <strong><strong>de</strong>r</strong> geworfenen<br />
Reißnägel, <strong>de</strong>sto …<br />
Folie für die Schülerlösungen zur Vertiefungsaufgabe<br />
17