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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 />

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