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Aus­sa­gen­lo­gik

5. Stun­de: Sit­zen, Ru­dern und Um­fül­len – Lo­gik­rät­sel und Gra­phen

Ab­lauf und In­hal­te Hin­wei­se

Fokus: Gra­phen als heu­ris­ti­sches Hilfs­mit­tel

  • Prä­sen­ta­ti­on der Haus­auf­ga­ben durch SuS, Er­läu­te­run­gen
  • Ko­gni­ti­ve Ak­ti­vie­rung, z.B. mit Rät­sel: „Feh­ler­haf­te Sätze“ Sen­si­bi­li­sie­rung für die Aus­sa­gen­lo­gik
  • Auf­ga­be Ge­burts­tags­run­de (AB, Nr. 1)

    Auf­trag 1: Ich-Du-Wir-Prin­zip: EA (1 min), dann PA: „Sucht eine mög­li­che Sitz­ord­nung“, Prä­sen­ta­ti­on durch SuS, evtl. beide Lö­sun­gen, Wei­ter­füh­rung: Um nun alle Sitz­ord­nun­gen zu fin­den, sind Gra­phen hilf­reich …
  • Auf­trag 2: „Vi­sua­li­siert das Be­zie­hungs­ge­fü­ge als Graph“ Prä­sen­ta­tio­nen, falls S. nur den Gra­phen „X nicht neben Y“ prä­sen­tie­ren, zu­sätz­li­cher Auf­trag 2b: „Zeich­net ein, wer neben wem sit­zen kann“ (Ge­eig­ne­te Kan­ten­fär­bun­gen)
  • Auf­trag 3: Re­fle­xi­on: Wie kann man vor­ge­hen?

    → Be­zie­hungs­ge­fü­ge als Graph vi­sua­li­sie­ren.

    → Ha­mil­ton-Krei­se (Sitz­ord­nun­gen) su­chen

    → alle Ha­mil­ton-Krei­se er­mit­teln, falls dies mög­lich ist

    (Datei: 05_au­g_a­b_­lo­gi­k_gra­phen_N­r1_­loe­sung.ggb)

  • Ge­rich­te­te (Teil-) Gra­phen als heu­ris­ti­sches Hilfs­mit­tel

    Auf­ga­be (EA/PA) Schwie­ri­ge Über­fahrt (AB,Nr.2)

    Auf­trag: „Stel­le einen mög­li­chen Fahr­plan auf ...“ , Prä­sen­ta­ti­on durch SuS / Team, ggf. Er­gän­zun­gen

    Rück­blick: Rolle der Hilfs­mit­tel Ta­bel­le, in­for­ma­ti­ve Figur

    Wei­ter­füh­rung: Lö­sung mit ge­rich­te­tem Gra­phen im LV

  • An­wen­dun­gen, Aus­wahl aus Fun­dus, z.B. Auf­ga­be: 3 Krüge (AB, Nr.3), mög­li­cher Auf­trag: „Stellt eure Lö­sung mit einem ge­rich­te­ten Gra­phen dar.“
  • evtl. wei­te­re Übungs­auf­ga­ben, Haus­auf­ga­be
  • Ma­te­ri­al:

    AB Logik

    Übung Logik

  • Rät­sel: siehe Er­läu­te­run­gen
  • Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung durch auf­trags­ge­steu­er­te Er­ar­bei­tung mög­lich, al­ter­na­tiv kann bei Auf­ga­be 1 das Auf­fin­den aller Lö­sun­gen auch ge­mein­sam mit der Klas­se an der Tafel ent­wi­ckelt wer­den.
  • Dif­fe­ren­zie­ren­der Zu­satz­auf­trag bei Auf­ga­be1: Fin­det alle Sitz­ord­nun­gen.
  • Zur Un­ter­stüt­zung bei Auf­trag 2 kön­nen die Ecken eines re­gel­mä­ßi­gen Sechs­ecks als Kno­ten an der Tafel vor­ge­ben wer­den (ggf. mehr­mals). Nach Auf­trag 4 ist die Vi­sua­li­sie­rung mit der ge­nann­ten Datei mög­lich.
  • Das Fähr­mann-Pro­blem wer­den die meis­ten SuS mit Ta­bel­len oder „in­for­ma­ti­ven Fi­gu­ren“ lösen. Die wich­ti­ge Rolle die­ser bei­den heu­ris­ti­schen Hilfs­mit­tel soll­te ge­wür­digt wer­den, bevor Kan­ten­zü­ge ge­rich­te­ter Gra­phen als Al­ter­na­ti­ve ins Spiel ge­bracht wer­den (z.B. im LV mit Geo­Ge­bra-Datei, s. Er­läu­te­run­gen).
  • Nim-Spie­le wie in Auf­ga­be 5 oder bei etwas mehr Zeit auch das Spiel „Sprouts“ er­mög­li­chen al­ter­na­ti­ve en­ak­ti­ve Zu­gän­ge (vgl. Er­läu­te­run­gen)

Er­läu­te­run­gen

In die­ser Stun­de sol­len die SuS er­ken­nen, dass Gra­phen als heu­ris­ti­sches Hilfs­mit­tel zum Pro­blem­lö­sen sehr hilf­reich sein kön­nen. Das sym­me­tri­sche Sitz­ord­nungs­pro­blem in Auf­ga­be 1 stl­let den Bezug zu den vor­an­ge­gan­ge­nen Stun­den her, ins­be­son­de­re zu Ha­mil­ton-Krei­sen. Wäh­rend in dabei die Deu­tung der Stüh­le als Kno­ten noch na­he­lie­gend ist, wer­den ab Auf­ga­be 2 neue Blick­win­kel er­öff­net, bei denen Zu­stän­de als Kno­ten und deren Än­de­run­gen als ge­rich­te­te Kan­ten auf­ge­fasst wer­den. In Auf­ga­be 2 sind dies z.B. Kon­stel­la­tio­nen am Ufer, in Auf­ga­be 3 Was­ser­men­gen in den Ge­fä­ßen. Ge­zeigt wird dies an ein­fa­chen „Klas­si­kern“, die mit der Stra­te­gie des Vor­wärts­ar­bei­tens lös­bar sind. Aus Sicht der Gra­phen­theo­rie wer­den ge­eig­ne­te Kan­ten­zü­ge ein­fa­cher Di­gra­phen1 ver­wen­det, um Lo­gik­rät­sel über­sicht­lich zu lösen. Es wurde dar­auf ver­zich­tet, Di­gra­phen per De­fi­ni­ti­on ein­zu­füh­ren, sie sol­len nur in­tui­tiv ver­wen­det wer­den.

Mög­li­ches Rät­sel für den Ein­stieg in den The­men­be­reich Aus­sa­gen­lo­gik zu Stun­den­be­ginn:

Feh­ler­haf­te Sätze2

(1) Die­ser Sats ent­hält zwei Feler.

(2) Diser Satz end­hält drei Feh­ler.

Jeder die­ser bei­den Sätze stellt im Sinne der Logik eine Aus­sa­ge dar, die ent­we­der wahr (rich­tig) oder falsch sein kann.

a) Wel­cher der bei­den Sätze ist falsch, wel­cher rich­tig? Be­grün­de deine Mei­nung.

b) Än­de­re in jeder Aus­sa­ge ein Wort, so dass aus einer wah­ren Aus­sa­ge eine fal­sche wird oder um­ge­kehrt aus einer fal­schen Aus­sa­ge eine rich­ti­ge .

  • a) Beide Sätze sind wahre Aus­sa­gen. Satz (1) ent­hält zwei or­tho­gra­phi­sche Feh­ler (Sats, Feler). Satz (2) ent­hält drei Feh­ler, zwei or­tho­gra­phi­sche (Diser, end­hält) und einen ma­the­ma­ti­schen, näm­lich den Zähl­feh­ler „drei“ statt „zwei“.
  • b) Die Aus­sa­ge von Satz (1) wird z.B. falsch , wenn man noch einen Recht­schreib­feh­ler macht oder das Wort „vier“ statt „zwei“ ver­wen­det, also einen ma­the­ma­ti­schen Feh­ler ein­bin­det. Die Aus­sa­ge von Satz (2) wird falsch, wenn er z.B. nur einen Recht­schreib­feh­ler ent­hält oder man einen ma­the­ma­ti­schen Feh­ler ein­baut, z.B. Durch Ver­wen­dung des Wor­tes „vier“ statt „drei“.

Man kann hier die im Vor­der­grund ste­hen­den or­tho­gra­phi­schen Feh­ler von ma­the­ma­ti­schen Feh­lern ab­gren­zen und ggf. auch wei­ter­füh­ren­de As­pek­te der Aus­sa­gen­lo­gik in den Blick neh­men, z.B. über die Ne­ga­ti­on der Auss­sa­gen. Na­tür­lich ei­ge­nen sich auch zahl­rei­che an­de­re Rät­sel zur Sen­si­bi­li­sie­rung für den Be­reich der Aus­sa­gen­lo­gik.3

Hin­wei­se zu den ein­zel­nen Auf­ga­ben:

  1. Ge­burts­tags­run­de (Sitz­ord­nung)

    Abbildung Logik 1

    Im Un­ter­richt wer­den die SuS wahr­schein­lich mit einer ge­fun­de­nen Lö­sung zu­frie­den sein. Die Klas­se fin­det viel­leicht beide Lö­sun­gen, aber es bleibt die Un­si­cher­heit, ob damit wirk­lich alle Lö­sun­gen er­fasst wur­den. Erst durch die Frage nach der Exis­tenz wei­te­rer Lö­sun­gen kann der Nut­zen der Ver­an­schau­li­chung als Graph ver­mit­telt wer­den. Damit dies durch kom­bi­na­to­ri­sche Über­le­gun­gen auch gut ge­klärt wer­den kann, wur­den die Be­din­gun­gen so ge­wählt, dass im Ein­füh­rungs­bei­spiel nur zwei Sitz­ord­nun­gen (Ha­mil­ton-Krei­se) mög­lich sind: BFC­DE­AB , BFC­DA­EB. Es bie­tet sich an, von den Kno­ten der Ord­nung 2 aus­zu­ge­hen, da diese zwi­schen ihren Nach­bar­kno­ten lie­gen müs­sen. Im Bei­spiel ist da­durch die Se­quenz BFC (bzw. CFB) fest­ge­legt. Die bei­den Mög­lich­kei­ten las­sen sich leicht fol­gern. Die Vi­sua­li­sie­rung kann mit einem Baum­dia­gramm an der Tafel er­fol­gen (oder al­ter­na­tiv mit der dafür kon­zi­pier­ten Datei 05_au­g_a­b_­lo­gi­k_gra­phen_N­r1­loe­sung.ggb).

    Das Rät­sel lässt sich viel­fäl­tig mo­di­fi­zie­ren. In einer leich­te­ren Va­ri­an­te könn­te man z.B. auch zu­las­sen, dass Anton neben Frie­da sitzt, die bei­den „Kom­ple­men­tärgra­phen“ hier­zu sind hier ab­ge­bil­det. Dann gäbe es 7 Lö­sun­gen bzw. Ha­mil­ton­krei­se: ABEDC­FA, AB­FC­DEA, ADE­BC­FA, ADCF­BEA, AEB­DC­FA, AED­CB­FA und AEDBC­FA.

    Abbildung Logik 2

    Eine Lö­sung wäre zwar schnell ge­fun­den, aber die kom­bi­na­to­ri­sche Frage nach allen mög­li­chen Ha­mil­ton-Krei­sen würde ei­ni­ge Zeit er­for­dern. Diese Va­ri­an­te eig­net sich daher eher als dif­fe­ren­zie­ren­de Zu­satz­auf­ga­be.

    Es ste­hen wei­te­re an­spruchs­vol­le­re Va­ri­an­ten mit 3 oder 5 mög­li­chen Sitz­ord­nun­gen be­reit (z.B. 05_au­g_a­b_..._N­r1_­mit­3krei­sen­_­loe­sung.ggb). Der Rät­sel­text muss dann nur ent­spre­chend an­ge­passt wer­den, indem mehr oder we­ni­ger ein­schrän­ken­de Be­din­gun­gen for­mu­liert wer­den. Beim Er­stel­len ähn­li­cher Rät­sel bie­tet es sich prin­zi­pi­ell an, rück­wärts zu ar­bei­ten, d.h. vom voll­stän­di­gen Gra­phen aus­zu­ge­hen, suk­zes­si­ve Be­din­gun­gen zu for­mu­lie­ren und die zu­ge­hö­ri­gen Kan­ten zu strei­chen.

  2. Schwie­ri­ge Über­fahrt

    Abbildung Logik 3

    Die SuS wer­den die­ses Pro­blem si­cher ohne Gra­phen, son­dern mit Ta­bel­len oder an­de­ren in­for­ma­ti­ven ge­eig­ne­ten Fi­gu­ren lösen. Dann kann man in der Rück­schau das über­sicht­li­che Vor­ge­hen mit­hil­fe des re­le­van­ten Aus­schnitts eines ge­rich­te­ten Gra­phen als Leh­rer­vor­trag ein­füh­ren. Dazu steht die Geo­Gebra­da­tei 05_au­g_a­b_­lo­gi­k_gra­phen_N­r2_­loe­sung.ggb zur Ver­fü­gung, mit der sich die Fahr­ten wie oben an­ge­deu­tet nach­ein­an­der ein­blen­den las­sen, wäh­rend die Ar­gu­men­ta­ti­on vor­ge­tra­gen wird. Eine grö­ße­re Her­aus­for­de­rung für die Ver­tie­fung bie­ten da­nach die er­gän­zen­den Auf­ga­ben Nr.3 und 6 auf dem Übungs­blatt, bei denen es kei­nen Fähr­mann gibt, son­dern alle Be­tei­lig­ten gleich­be­rech­tigt ru­dern dür­fen.

  3. Hin­wei­se zu Um­füll­rät­seln (Nr. 3 und 5) – gra­phi­sches Lö­sungs­ver­fah­ren

    Auf dem AB wur­den zum Ein­stieg zwei ein­fa­che­re Um­füll­pro­ble­me ein­ge­bun­den. Die Lö­sun­gen las­sen sich auch gra­phisch er­mit­teln. Das Ver­fah­ren wurde bei der Be­schrei­bung des Hin­ter­grunds am Bei­spiel der Auf­ga­be 3 aus­führ­lich er­läu­tert4. Für die Ein­bin­dung im Un­ter­richt kann die Datei 05_au­g_a­b_­um­fu­ell­gra­phen_8-5-3.ggb ein­ge­setzt wer­den, um den Ge­dan­ken­gang schritt­wei­se und an­schau­lich zu ent­wi­ckeln.

    Er­gän­zend soll das Ver­fah­ren hier noch­mals am Bei­spiel der kom­ple­xe­ren Auf­ga­be 5b) des Übungs­blat­tes skiz­ziert wer­den:

    Es sol­len 12 Liter Ap­fel­saft hal­biert wer­den, die sich in einem gro­ßen Krug be­fin­den. Zwei wei­te­re leere Krüge mit 7 l bzw. 5 l Fas­sungs­ver­mö­gen sind vor­han­den … .

    Man wählt sich ein pas­sen­des Par­al­le­lo­gramm (hier z.B. a = 7 LE, b = 5 LE, b = 5 LE, α = 60°), auf des­sen Kan­ten man „Bil­li­ard spielt“. Ma­the­ma­tisch ge­se­hen sucht man im zu­grun­de lie­gen­den Gra­phen der Füll­zu­stän­de den kür­zes­ten Kan­ten­zug vom Kno­ten (12,0,0) zum Kno­ten (6,6,0). Dabei be­ginnt man unten links im Kno­ten „0“, der dem Zu­stand (12,0,0) ent­spricht und vi­sua­li­siert die Um­schütt­vor­gän­ge durch Pfei­le. Der Weg einer fik­ti­ven Bil­li­ard­ku­gel wird an den Kan­ten des Par­al­le­lo­gramms nach dem be­kann­ten Re­fle­xi­ons­ge­setz fort­ge­setzt („Ein­falls­win­kel gleich Aus­falls­win­kel“5). So er­ge­ben sich diese bei­den mög­li­chen Lö­sun­gen:

    Abbildung Logik 4

  4. Stra­te­gie­spie­le zur Ver­tie­fung

    In Nr. 4 wurde ein be­son­ders ein­fa­ches Spiel aus­ge­wählt, um die un­ge­wohn­te Dar­stel­lung als Graph nicht zu über­frach­ten. Es wurde auf dem Ar­beits­blatt ein­ge­bun­den, da es sich auch für einen spie­le­ri­schen Ein­stieg oder Aus­klang eig­net. An­spruchs­vol­le­re „Nim­spie­le“ und an­de­re Stra­te­gie­spie­le bie­ten zahl­rei­che An­knüp­fungs­punk­te zur wei­te­ren Ver­tie­fung.

    Hier­zu ab­schlie­ßend noch drei An­re­gun­gen6), die auf­grund ihres Mo­ti­va­ti­ons­gra­des si­cher­lich auch in einer Weih­nachts­stun­de Ver­wen­dung fin­den könn­ten:

    Abbildung Logik 5

    Nim 16 Spiel­stei­ne (z.B. Mün­zen) lie­gen wie zu sehen im Drei­eck. Jeder darf aus einer der waag­rech­ten Rei­hen 1,2 oder 3 Stei­ne neh­men, die aber ne­ben­ein­an­der lie­gen müs­sen. Es wird ab­wech­selnd ge­zo­gen, wer den letz­ten Stein neh­men muss, hat ver­lo­ren.

    Abbildung Logik 6

    Nimbi (von Piet Hein): Auf jedem Schnitt­punkt liegt eine Münze, die zu drei Rei­hen ge­hört, einer waag­rech­ten und zwei dia­go­na­len. Die Spie­ler neh­men sich ab­wech­selnd aus einer Reihe so viele (ohne Lücke) ne­ben­ein­an­der lie­gen­de Mün­zen wie sie möch­ten (min­des­tens eine, höchs­tens alle). Wer die letz­te Münze neh­men muss, hat ver­lo­ren. Eine si­che­re Ge­win­stra­te­gie zu Nimbi ist nicht be­kannt.

    Sprouts7(„Ro­sen­kohl“)

    Das Spiel für zwei Spie­ler star­tet im ein­fachs­ten Fall mit zwei be­lie­bi­gen Punk­ten, die nach fol­gen­den Re­geln zu einem Gra­phen aus­ge­baut wer­den dür­fen:

    1. Die Spie­ler ver­bin­den ab­wech­selnd zwei schon vor­han­de­ne Punk­te durch eine be­lie­bi­ge Linie oder einen Punkt mit sich selbst durch eine Schlei­fe und zeich­nen an­schlie­ßend auf die Linie bzw. Schlei­fe einen neuen Punkt.
    2. Über­schnei­dun­gen von Li­ni­en sind ver­bo­ten.
    3. Von kei­nem Punkt dür­fen mehr als 3 Stri­che aus­ge­hen.
    4. Ge­won­nen hat der, der als letz­ter einen Zug aus­füh­ren kann.
    Abbildung Logik 7

    Das Bild zeigt das Ende eines mög­li­chen Spie­les, die bei­den Start­punk­te A und B waren vor­ge­ge­ben. Von den Punk­ten A ,B , 1 und 3 gehen drei Stri­che aus, sie dür­fen nicht wei­ter ver­wen­det wer­den. Die Punk­te 2 und 4 hät­ten zwar noch einen Strich „frei“, kön­nen aber nicht ohne Über­schnei­dun­gen der Kan­ten ver­bun­den wer­den. Der zwei­te Spie­ler hat ge­won­nen, da er als letz­ter die Punk­te B und 3 ver­bun­den und Punkt 4 auf die Linie ge­zeich­net hat. Der Reiz des Spiels liegt u.a. in der Ver­wen­dung von Schlei­fen, um die Ver­bind­bar­keit ein­zu­schrän­ken. Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen die Ge­winn­stra­te­gie für den 2. Spie­ler ent­de­cken oder er­ar­bei­ten. Spie­ler 1 hat prin­zi­pi­ell drei Mög­lich­kei­ten zur Er­öff­nung:

    Abbildung Logik 8

    Abbildung Logik 9

    Bei a) ver­bin­det Spie­ler 2 die Punk­te A und 1 mit­ein­an­der, Spie­ler 1 kann dann nur noch bei B eine Schlei­fe zeich­nen. Wie im oben kann Spie­ler 2 dann die Punk­te B und 3 ver­bin­den. Bei b) ver­bin­det Spie­ler 2 die Punk­te A und B wie skiz­ziert. Alle vier Punk­te haben nun noch einen Strich frei. Spie­ler 1 wird also zwei der Punk­te in­ner­halb (oder au­ßer­halb) des Ge­biets ver­bin­den, wor­auf Spie­ler 2 die an­de­ren bei­den Punk­te au­ßer­halb (bzw. in­ner­halb) ver­bin­det und ge­winnt. Bei c) ver­bin­det Spie­ler 2 die Punk­te A und 1. Spie­ler 1 muss dann eine Schlei­fe bei B zeich­nen und Spie­ler 2 geht wie bei der Schlei­fe an A vor und ge­winnt.

    Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­den die Stra­te­gie nicht in­ner­halb einer Schul­stun­de fin­den, daher wird von E. Witt­mann emp­foh­len, stär­ker zu len­ken und nach der Er­ar­bei­tung der drei Er­öff­nungs­va­ri­an­ten in der Dis­kus­si­ons­pha­se je­weils die güns­tigs­ten Züge von Spie­ler 2 vor­zu­ge­ben, die dann ana­ly­siert wer­den, um die Ge­winn­stra­te­gie zu ent­wi­ckeln.

    An­re­gun­gen zur Ver­tie­fung:

    • Be­grün­den las­sen, dass das Spiel nach spä­tes­tens 5 Zügen be­en­det ist.
    • Mit 3 statt 2 Punk­ten be­gin­nen (dann ist das Spiel nach spä­tes­tens 8 Zügen be­en­det).

1 Ein Graph heißt Di­graph (von di­rec­ted - ge­rich­tet), wenn jede sei­ner Kan­ten nur in einer be­stimm­ten Rich­tung durch­lau­fen wer­den darf.

2 Er­wein Flach­sel: „Hund­er­fünf­zig Mathe-Rät­sel“, Klett-Ver­lag, Stutt­gart, 1982, S.113

3 z.B. aus dem Un­ter­stu­fen­wett­be­werb „Pro­blem des Mo­nats“: „Fal­sche Wahr­hei­ten“ von Mai 2016

4 siehe Hin­ter­grund. Wei­te­re In­for­ma­tio­nen sind auch über die Web­links auf der Seite https://​de.​wi­ki­pe­dia.​org/​wiki/​Umfüll­rät­sel zu­gäng­lich (ab­ge­ru­fen am 13.4.2018).

5 Als Ein­falls- bzw. Aus­falls­win­kel wer­den in der Phy­sik die Win­kel zwi­schen Strahl und Lot (Or­tho­go­na­le zur Kante im Auf­treff­punkt) be­zeich­net, wo­ge­gen beim Bil­li­ard eher der Win­kel von Strahl und Kante im Fokus steht.

6 Vgl. Anne Hil­gers (Red.): „Spie­len und Kno­beln mit der Ma­the­welt“, Fried­rich-Ver­lag, 2004, S. 12

7 Vgl. Erich C. Witt­mann: „Punk­te und Li­ni­en – 3 Ideen für Ein­zel­stun­den“, in Ma­the­ma­tik leh­ren 10, 1985, S. 45-47, Witt­man be­zieht sich dabei auf Mar­tin Gard­ner: „Ma­the­ma­ti­cal Games. Of sprouts and Brus­sels sprouts, games with a to­po­lo­gi­cal fla­vour,“ Sci­en­ti­fic Ame­ri­can 217 (July 1967), S. 112-115

 

 

6. Stun­de: Wem ge­hört der Fisch? Lo­gik­rät­sel und Ta­bel­len

Ab­lauf und In­hal­te Hin­wei­se

Fokus: Ta­bel­len als heu­ris­ti­sches Hilfs­mit­tel

  • Prä­sen­ta­ti­on der Haus­auf­ga­ben durch SuS, Er­läu­te­run­gen
  • Ko­gni­ti­ve Ak­ti­vie­rung mit ein­fa­chem Logik-Rät­sel, z.B. „Nach­barn“, Sen­si­bi­li­sie­rung für die Aus­sa­gen­lo­gik
  • Auf­trag 1: Lo­gik­rät­sel „Drei Freun­din­nen“ lösen (AB, Nr. 1), Ich-Du-Wir-Prin­zip: EA (1 min), PA (ca. 3 min) Prä­sen­ta­tio­nen durch SuS, Aus­tausch zu ver­schie­de­nen Ar­gu­men­ta­tio­nen, Er­gän­zung zum Per­spek­tiv­wech­sel durch Lehr­kraft (ggf. mit Prä­sen­ta­ti­on „Drei_Freun­din­nen.odp“)

    Auf­trag 2a: „Ein­stein­rät­sel“ („Ze­bra­rät­sel“), (AB, Nr. 2) Legt für das Ein­stein­rät­sel eine pas­sen­de Ta­bel­le an. Prä­sen­ta­ti­on, ggf. auch schon erste Ein­trä­ge, Er­gän­zun­gen

    Auf­trag 2b: „Löst das Rät­sel nun schritt­wei­se“ Lö­sungs­schrit­te über­sicht­lich do­ku­men­tie­ren Even­tu­ell Zwi­schen­prä­sen­ta­tio­nen durch SuS. Am Ende Prä­sen­ta­ti­on der Ge­samt­lö­sung

    Auf­trag 3: Re­fle­xi­on: Wel­che Stel­le war be­son­ders schwer? Wel­che Stra­te­gi­en haben ge­hol­fen?

  • Wahl je nach Ver­lauf:

    Auf­ga­be „Stu­di­en­or­te“ (AB,Nr.3), um an­de­re Art der Ta­bel­len­nut­zung zu er­ar­bei­ten oder „Su­do­ku“ (Nr.4)

  • An­wen­dun­gen, Aus­wahl aus Fun­dus oder an­de­ren er­gän­zen­den Samm­lun­gen8

  • evtl. wei­te­re Übungs­auf­ga­ben, Haus­auf­ga­be
  • Ma­te­ri­al:

    AB Lo­gik­rät­sel

    Übung Lo­gik­rät­sel

    06_Drei_Freun­din­nen.odp

    06_Ein­stein­raet­sel.odp

  • Rät­sel „Nach­barn“: s. Er­läu­te­run­gen
  • Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung durch auf­trags­ge­steu­er­te Er­ar­bei­tung
  • Zur in­halt­li­chen Vor­be­rei­tung des Ein­stein­rät­sels dient Auf­ga­be 1: Hin­wei­se zum Per­spek­tiv­wech­sel ein­bin­den (vgl. Er­läu­te­run­gen). Falls das Ein­stein­rät­sel für die Klas­se zu schwer er­scheint, kann zu­nächst auch Auf­ga­be 1 des Übungs­blat­tes („Im Kino“) ge­wählt wer­den.
  • Das Su­do­ku in Nr. 4 soll­te nicht im Vor­der­grund ste­hen, könn­te aber am Stun­den­en­de ge­nutzt wer­den.
  • Al­ter­na­tiv wäre auch ein Aus­blick auf den in Klas­se 9 vor­ge­se­he­nen Um­gang mit Wahr­heits­ta­feln mit Auf­ga­be 4 des Übungs­blat­tes mög­lich (vgl. Er­läu­te­run­gen).

Er­läu­te­run­gen

In die­ser Stun­de sol­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Ta­bel­len zur Lö­sung von be­stimm­ten Lo­gik­rät­seln ver­wen­den und deren Nut­zen er­ken­nen. Fol­gen­des be­wusst ein­fach ge­hal­te­ne Rät­sel könn­te dabei zu Stun­den­be­ginn zur ko­gni­ti­ven Ak­ti­vie­rung ge­nutzt wer­den:

Nach­barn

Mar­tha, Gerd und Nele sind Nach­barn, ihre Häu­ser ste­hen ne­ben­ein­an­der in einer Reihe. Be­stimmt die Farbe von Gerds Haus unter den fol­gen­den Be­din­gun­gen:

(1) Das rote Haus steht links vom gel­ben Haus.

(2) Mar­tha wohnt links von Gerd, das grüne Haus steht rechts von Nele.

(3) Gerd wohnt rechts des grü­nen Hau­ses.

Ihre Schü­le­rin­nen und Schü­ler könn­ten so ar­gu­men­tie­ren:

Das grüne Haus be­fin­det sich in der Mitte, denn es steht rechts von Nele (2.) und links von Gerd (3.) Im grü­nen Haus muss dem­nach Mar­tha woh­nen. Da das rote Haus links vom gel­ben Haus steht (1.), er­gibt sich fol­gen­de Kon­stel­la­ti­on von links nach rechts: Nele / rot, Mar­tha / grün und Gerd / gelb. Zu er­war­ten ist auch der Ein­satz einer Ta­bel­le bei der Lö­sungs­fin­dung.

Falls dies nicht von Sei­ten der SuS er­folgt, soll­te nach der Prä­sen­ta­ti­on einer Schü­ler­lö­sung eine Ta­bel­le zur un­ter­stüt­zen­den Vi­sua­li­sie­rung er­stellt wer­den, z.B.:

Abbildung Logik 10

An die­ser Stel­le kann die Klas­se fest­le­gen, wie die Rei­hen­fol­ge der Ar­gu­men­ta­ti­on do­ku­men­tiert wer­den soll, z.B. durch eine vor­an­ge­stell­te Num­me­rie­rung der Ein­trä­ge wie oben. Das im Zen­trum ste­hen­de Ein­stein­rät­sel könn­te auch di­rekt ge­stellt wer­den. Im Stun­den­ent­wurf wurde al­ler­dings eine in­halt­li­che Vor­be­rei­tung durch Auf­ga­be 1 ge­plant, indem die Ver­wen­dung einer Ta­bel­le re­flek­tiert und be­stimm­te Ar­gu­men­ta­ti­ons­mus­ter ex­em­pla­risch be­leuch­tet wer­den. Für beide Rät­sel ste­hen Prä­sen­ta­tio­nen im opd-For­mat zur Ver­fü­gung. Auf dem er­gän­zen­den Übungs­blatt steht ein dem Ein­stein­rät­sel nach­emp­fun­de­nes Lo­gik­rät­sel mit nur je­weils vier Merk­ma­len zur Ver­fü­gung, das eben­falls zum Ein­stieg ge­nutzt wer­den könn­te.

Es fol­gen An­mer­kun­gen zu den ein­zel­nen Auf­ga­ben.

  1. Drei Freun­din­nen

    Die in der Mus­ter­lö­sung ge­wähl­te Ar­gu­men­ta­ti­on dürf­te den meis­ten Schü­le­rin­nen und Schü­lern na­he­lie­gen. Sie geht von den be­tei­lig­ten Per­so­nen aus und be­trach­tet die wei­te­ren Merk­ma­le je­weils mit di­rek­tem Bezug zu den Per­so­nen. Es soll­ten aber auch an­de­re Stra­te­gi­en ex­em­pla­risch ver­deut­licht wer­den. Für das Ein­stein­rät­sel ist z.B. ein Per­spek­tiv­wech­sel wie der fol­gen­de hilf­reich:

    Abbildung Logik 11

    1 steht fest, da­nach vi­sua­li­siert man die Aus­sa­gen (1.) und (3.) als „Blö­cke“, die hier je­weils über­ein­an­der­lie­gen­de Zel­len be­le­gen. (3.) kann dabei nicht zu Haus 1 ge­hö­ren, da dort be­reits Kla­vier ge­spielt wird. (1.) kann eben­falls nicht zu Haus 1 ge­hö­ren, da Anna links von Tina woh­nen muss (4.). Damit müs­sen die mar­kier­ten Blö­cke also zu Haus 2 oder 3 ge­hö­ren und es folgt mit Blick auf die Sport­ar­ten, dass für Haus 1 nur noch Hand­ball in Frage kommt. Der zur Lö­sung er­for­der­li­che Per­spek­tiv­wech­sel lässt sich hier gut als Wech­sel von der senk­rech­ten zur waag­rech­ten Sicht deu­ten. Zu­erst sind die ver­ti­kal an­ge­ord­ne­ten Merk­ma­le (z.B. „Tina macht Judo“) im Blick, bevor der Blick auf die ho­ri­zon­ta­len Be­zie­hun­gen ge­lenkt wird, um nach dem Aus­schluss­prin­zip die Sport­ar­ten-Zeile zu er­gän­zen. Mit der Datei 06_Drei_Freun­din­nen.odp kann der Per­spek­tiv­wech­sel be­spro­chen wer­den.

  2. Ein­stein­rät­sel

    Die­ses wohl be­rühm­tes­te Lo­gik­rät­sel wird häu­fig Al­bert Ein­stein zu­ge­schrie­ben, der ge­sagt haben soll, dass höchs­tens 2% der Welt­be­völ­ke­rung in der Lage wären, es zu lösen. Es gibt al­ler­dings kei­ner­lei Hin­wei­se auf den Ver­fas­ser oder eine Ver­bin­dung zu Al­bert Ein­stein. Das Rät­sel wurde erst­mals 1962 ver­öf­fent­licht, ca. 7 Jahre nach Ein­steins Tod.

    Aus­führ­li­che­re und über­sicht­li­che­re Lö­sun­gen für das Ein­stein­rät­sel wer­den im In­ter­net an­ge­bo­ten und ver­wen­den für neue Fol­ge­run­gen je­weils neue Ta­bel­len. Man be­nö­tigt so al­ler­dings meist über 10 Ta­bel­len, die dann als Blan­ko­ko­pier­vor­la­ge zur Ver­fü­gung ge­stellt wer­den müss­ten. Für die un­ter­richt­li­che Um­set­zung er­schien dies wenig prak­ti­ka­bel. Hier bie­tet sich eher die schritt­wei­se Ent­wick­lung in einer Ta­bel­le (z.B. an der Tafel) an, wobei die ein­zel­nen Fol­ge­run­gen dann wie in der Mus­ter­lö­sung num­me­riert und er­läu­tert wer­den kön­nen. Im In­ter­net wer­den auch Kreuz­ta­bel­len als Lö­sungs­vor­la­ge für das Ein­stein­rät­sel an­ge­bo­ten, deren Ein­satz mög­lich wäre. Die ei­gent­li­che Aus­sa­gen­lo­gik wird zwar durch das eher „sche­ma­ti­sche“ Ab­ar­bei­ten in den Hin­ter­grund ge­drängt, durch die Nut­zung von „Lo­gik­lösern“ könn­ten me­di­en­af­fi­ne SuS aber durch­aus dazu an­ge­regt wer­den, ei­ge­ne Lo­gik­rät­sel zu er­stel­len und zu über­prü­fen.9

    Un­ab­hän­gig vom ge­wähl­ten heu­ris­ti­schen Hilfs­mit­tel müs­sen die SuS letz­lich bei der Lö­sungs­fin­dung fest­ge­leg­te Hür­den meis­tern. Bei der in der Mus­ter­lö­sung ge­wähl­ten Ar­gu­men­ta­ti­ons­rei­hen­fol­ge sind es bei­spiels­wei­se die noch leich­te­ren Schrit­te 4 und 7, vor allem aber der er­for­der­li­che Per­spek­tiv­wech­sel bei Fol­ge­rung 12, bei dem man nach dem Aus­schluss­prin­zip auf das Ge­tränk in Haus 1 schließt. Man kann dabei nicht wis­sen, wie die Klas­se vor­an­kommt und wird ggf. mit dem nö­ti­gen Fin­ger­spit­zen­ge­fühl er­gän­zen­de len­ken­de Auf­trä­ge geben, die den je­wei­li­gen Ar­gu­men­ta­ti­ons­schritt an­bah­nen. In der Regel soll­te das Rät­sel aber gut zu lösen sein. Zur Re­fle­xi­on könn­te auch die Datei 06_Ein­stein­raet­sel.odp ge­nutzt wer­den. Bei den Übungs­auf­ga­ben steht als Va­ri­an­te Auf­ga­be 1 („Im Kino“) mit vier be­tei­li­gen Per­so­nen zur Ver­fü­gung.

  3. Stu­di­en­or­te

    Bei die­sem Rät­sel­typ geht es um zwei Haupt­merk­ma­le (hier z.B. Name und Stu­di­en­ort) und ein un­ter­ge­ord­ne­tes aber wich­ti­ges Hilfs­merk­mal (hier das Stu­di­en­fach). Die Ta­bel­le dient eben­falls als heu­ris­ti­sches Hilfs­mit­tel zur Vi­sua­li­sie­rung der Fol­ge­run­gen, damit der rote Faden nicht ver­lo­ren geht. Da hier aber nur nach der Pas­sung von Name und Stu­di­en­ort ge­fragt ist, ge­nü­gen die Ein­tra­gun­gen „+“ bzw. „-“. Die ein­zel­nen Fol­ge­run­gen kön­nen auch wie­der num­me­riert und er­gän­zend er­läu­tert wer­den. Bei den Übungs­auf­ga­ben wur­den mit Auf­ga­be 2 und 3 wei­te­re Rät­sel die­ser Art ein­ge­bun­den, die z.B. auch als Haus­auf­ga­be ge­nutzt wer­den könn­ten.

  4. Su­do­kus

    Es wurde er­gän­zend ein leich­tes Su­do­ku auf­ge­nom­men, da diese Rät­sel­form si­cher­lich mo­ti­vie­rend wir­ken kann. In Bezug auf uni­ver­sel­le heu­ris­ti­sche Hilfs­mit­tel bie­tet sie al­ler­dings we­ni­ger Po­ten­zi­al als die aus­ge­wähl­ten Lo­gik­rät­sel, mit denen die im Fokus ste­hen­de Aus­sa­gen­lo­gik bes­ser pro­pä­deu­tisch vor­be­rei­tet wer­den kann. Den­noch könn­te die­ses Su­do­ku als Aus­gangs­punkt für eine Ver­tie­fung die­nen, in der dann auch spe­zi­fi­sche Lö­se­stra­te­gi­en be­leuch­tet wer­den könn­ten.10

    Da davon aus­zu­ge­hen ist, dass ei­ni­ge Schü­ler die Re­geln ken­nen und diese der Klas­se er­läu­tern kön­nen, wurde auf dem Blatt auf die Auf­lis­tung ver­zich­tet. Der Voll­stän­dig­keit hal­ber seien sie hier kurz ge­nannt: Die Zif­fern 1 bis 9 müs­sen so ver­teilt wer­den, dass jede Zif­fer genau ein­mal in jeder Spal­te, ein­mal in jeder Zeile und ein­mal in jedem der der neun klei­nen Qua­dra­te vor­kommt.

Lo­gik­rät­sel in ko­ope­ra­ti­ven Übungs­pha­sen

Aus­drück­lich emp­foh­len wird das „Ge­würz­re­gal“ (Datei 07_au­g_a­b_­Ge­würz­re­gal.odt) - ein Lo­gik­rät­sel aus Schles­wig-Hol­stein, des­sen Be­ar­bei­tung in be­son­de­rem Maße kom­mu­ni­ka­ti­ve Kom­pe­ten­zen för­dert. Es wurde nach der Idee eines na­ment­lich nicht mehr er­mit­tel­ba­ren Kol­le­gen am In­sti­tut für Qua­li­täts­ent­wick­lung an Schu­len Schles­wig-Hol­stein (IQSH) ent­wi­ckelt und wird von Herrn Hel­mut Mal­las zur nicht-kom­mer­zi­el­len Nut­zung zur Ver­fü­gung ge­stellt.11

Da­ne­ben bie­ten sich auch kom­mer­zi­el­le Lo­gik­rät­sel­samm­lun­gen an, die im Un­ter­richt als Auf­ga­ben­pool für ko­ope­ra­ti­ve Übungs­pha­sen ge­nutzt wer­den könn­ten.12

8 Vgl. z.B. Hans J. Schmidt: „Prof. Dr. Brian Teaser´s Denk-Mal-Rät­sel“, Aulis-Ver­lag, Köln, 2009 oder „Prof. Dr. Brian Teaser im Su­do­ku-Fie­ber“, Aulis-Ver­lag, Köln, 2006

9 z.B. Lo­gik­löser von J. Sing­ler, URL: http://​www.​jsing­ler.​de/​apps/​lo­gik­loe­ser (ab­ge­ru­fen am 8.5.2018).

10 Eine le­sens­wer­te Samm­lung ver­schie­de­ner Su­do­ku-Stra­te­gi­en von Wolf­gang Urban fin­det man unter http://​www.​hib-​wien.​at/​leute/​wur­ban/​ma­the­ma­tik/​su­do­ku_​stra­te­gie.​pdf (zu­letzt ab­ge­ru­fen am 19.4.2018).

11 Herr Mal­las stellt seine reich­hal­ti­ge Ma­te­ri­al­samm­lung für die nicht-kom­mer­zi­el­le Nut­zung im Bil­dungs­be­reich zur Ver­fü­gung, Kon­takt per email: hel­mut.​mal­las@​iqsh.​de (An­fra­ge auch mög­lich an: olaf.​grund@​fb75-​rpk.​de )

12 z.B. „Think-Logik-Rät­sel“ bzw. „Think - noch mehr Logik-Rät­sel“ des Ra­vens­bur­ger-Ver­la­ges

 

 

7. Stun­de: Wie­der­ho­lung „Kreuz und quer“

Ab­lauf und In­hal­te Hin­wei­se

ko­ope­ra­ti­ve bin­nen­dif­fe­ren­zie­ren­de Wie­der­ho­lungs­stun­de

  • Prä­sen­ta­ti­on der Haus­auf­ga­ben durch SuS, Er­läu­te­run­gen
  • Ko­gni­ti­ve Ak­ti­vie­rung mit einem klei­nen Rät­sel oder einer Auf­ga­be nach ei­ge­ner Wahl,
  • ggf. Ein­füh­rung der Me­tho­de
  • Me­tho­de: Wo finde ich je­mand, der … ?

    SuS be­ar­bei­ten in wech­seln­den Teams Auf­ga­ben zur Wie­der­ho­lung aus­ge­wähl­ter in­halts­be­zo­ge­ner Kom­pe­ten­zen

    ggf. wer­den ein­zel­ne Auf­ga­ben im Ple­num von SuS prä­sen­tiert oder ge­mein­sam be­spro­chen

    evtl. wei­te­re Übungs­auf­ga­ben aus Fun­dus, Haus­auf­ga­be

  • Ma­te­ri­al:

    Übung Wie­der­ho­lung

  • Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung durch ko­ope­ra­ti­ve Me­tho­de, Infos, Be­schrei­bung siehe Datei „04_au­g_­Me­tho­de-Wo_­fin­de_ich_ je­mand.pdf“
  • Al­ter­na­tiv könn­te hier auch eine ko­ope­ra­ti­ve Grup­pen­ar­beits­pha­se zum „Ge­würz­re­gal-Rät­sel“ von Hel­mut Mal­las an­ge­schlos­sen wer­den.

Er­läu­te­run­gen

Diese Wie­der­ho­lungs­stun­de soll einen mo­ti­vie­ren­den Ab­schluss er­mög­li­chen, bei dem die ver­schie­de­nen er­wor­be­nen Kom­pe­ten­zen an­ge­wen­det wer­den kön­nen. Zu zen­tra­len In­hal­ten der Ein­heit wur­den hier­zu die Auf­ga­ben 1-7 kon­zi­piert.

Auf­ga­be 8 bie­tet dar­über hin­aus die Mög­lich­keit, geo­me­tri­sche As­pek­te in den Vor­der­grund zu stel­len und so zur Geo­me­trie­ein­heit über­zu­lei­ten, falls sich diese an­schlie­ßen soll­te. Als dif­fe­ren­zie­ren­der Zu­satz­auf­trag wurde der b)-Teil auf­ge­nom­men, bei dem fle­xi­ble dy­na­mi­sche Vor­stel­lun­gen zur Lö­sung er­for­der­lich sind. Diese Auf­ga­be lässt sich sehr gut va­ri­ie­ren und kann die SuS auch zu ei­ge­nen Un­ter­su­chun­gen an­re­gen.13

Für Auf­ga­be 5 steht die Datei 07_au­g_a­b_wie­der­ho­lun­g_N­r5_­loe­sung.ggb zur Vi­sua­li­sie­rung der Ha­mil­ton-Krei­se bzw. Sitz­ord­nungs­rei­hen­fol­gen zur Ver­fü­gung. Bei Auf­ga­be 6 wurde auch die gra­phi­sche Lö­sungs­fin­dung mit­hil­fe des Kan­ten­zugs im Bil­li­ard­gra­phen“ ein­ge­bun­den. Bei Be­darf kann die Datei 07_au­g_a­b_wie­der­ho­lun­g_N­r6_­loe­sung.ggb zur Er­läu­te­rung der bei­den Lö­sun­gen in 7 bzw. 18 Um­füll­vor­gän­gen ein­ge­setzt wer­den.

13 Es­ther Schmitt: „Kno­bel-Auf­ga­ben für die 5. und 6. Klas­se“ Reihe Eins­Plus., Cor­nel­sen Scrip­tor, 2004, S.68 vgl. auch Erich C. Witt­mann: „Wer macht die meis­ten Schnitt­punk­te?“, in: „Punk­te und Li­ni­en – 3 Ideen für Ein­zel­stun­den“, Ma­the­ma­tik leh­ren 10, 1985, S. 45-47

 

 

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [odt][407 KB]

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [pdf][435 KB]

 

Wei­ter zu Li­te­ra­tur