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Ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­tio­nen

Im Ma­the­ma­tik­un­ter­richt der Klas­sen 7 und 8 wur­den li­nea­re Funk­tio­nen be­reits be­han­delt. Es ist also zu er­war­ten, dass die Schü­le­rin­nen und Schü­ler hier über ein ge­wis­ses Vor­wis­sen ver­fü­gen. Den­noch wird es even­tu­ell einen Be­darf zur Wie­der­ho­lung grund­le­gen­der Ei­gen­schaf­ten (Fach­be­grif­fe, Term­auf­bau, gra­fi­scher Bezug, …) geben. Das vor­lie­gen­de Ma­te­ri­al bie­tet daher in Stun­de 1 eine (na­tür­lich nicht ver­pflich­ten­de) Wie­der­ho­lung an. Da­nach er­folgt dann die Er­wei­te­rung der li­nea­ren Funk­tio­nen auf ab­schnitts­wei­se de­fi­nier­te Funk­tio­nen. Diese wer­den im Nor­mal­fall auf­grund der nicht ver­pflich­ten­den Be­hand­lung im Ma­the­ma­tik­un­ter­richt der Klas­sen 7-8 für die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in­halt­lich neu sein.

Wie­der­ho­lung li­nea­rer Funk­tio­nen (Stun­de 1)

Die vor­lie­gen­de Ein­heit hat zum Haupt­ziel, zwei­di­men­sio­na­le Ob­jekt­um­ris­se mit­hil­fe ab­schnitts­wei­se de­fi­nier­ter li­nea­rer Funk­tio­nen gra­fisch zu ap­pro­xi­mie­ren. Grund­le­gend er­for­der­lich dafür sind gute Kennt­nis­se auf dem Ge­biet der li­nea­ren Funk­tio­nen. Um allen Schü­le­rin­nen und Schü­lern noch­mals die Ge­le­gen­heit zu geben, diese Kennt­nis­se, die aus dem Ma­the­ma­tik­un­ter­richt ge­ge­ben sein müss­ten, auf­zu­fri­schen, fin­det in der ers­ten Stun­de eine Wie­der­ho­lung an­hand des AB 00_­fis_­li­nea­re­Funk­tio­nen­_Wdhg statt. Der Schwer­punkt liegt dabei auf dem Wech­sel der Dar­stel­lungs­for­men „Graph“ und „Term“ von li­nea­ren Funk­tio­nen.

Es ist durch­aus denk­bar, dass leis­tungs­star­ke Klas­sen ge­nü­gend Vor­wis­sen mit­brin­gen und somit kein Be­darf zur Wie­der­ho­lung be­steht. In die­sem Fall kann der Un­ter­richt zu die­ser Ein­heit di­rekt mit den Stun­den 2-3 be­gon­nen wer­den. Als „Kom­pro­miss“ könn­te die­ses AB auch als Ein­stiegs­haus­auf­ga­be von der vo­ri­gen Stun­de (also der letz­ten Stun­de in der zuvor un­ter­rich­te­ten Ein­heit) ein­ge­setzt wer­den, um dann im Un­ter­richt le­dig­lich die Be­spre­chung und Be­ant­wor­tung von zu­ge­hö­ri­gen Fra­gen durch­zu­füh­ren. Auch da­durch kann man si­cher­lich einen zeit­spa­ren­den Ef­fekt er­zie­len, wenn die Klas­se ein aus­rei­chen­des Vor­wis­sen aus dem Ma­the­ma­tik­un­ter­richt ein­bringt. Da sich am Ende der Ein­heit ei­ni­ge span­nen­de, aber auch zeit­auf­wän­di­ge Auf­ga­ben­stel­lun­gen an­bie­ten, ist eine Zeit­er­spar­nis zu Be­ginn si­cher­lich ge­winn­brin­gend – sie darf je­doch nicht zu Las­ten ins­be­son­de­re der Fä­hig­kei­ten zur Um­wand­lung "Graph ↔ Term" von li­nea­ren Funk­tio­nen gehen. In letz­te­rem Fall wäre die kom­plet­te Ein­heit „zum Schei­tern ver­ur­teilt“. Wich­ti­ger als jede Zeit­er­spar­nis ist somit die sorg­fäl­ti­ge Auf­be­rei­tung die­ser Fä­hig­kei­ten! 

Ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­tio­nen (Stun­den 2 – 4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler sol­len in die­sen bei­den Un­ter­richts­stun­den ihr (zuvor wie­der­hol­tes) Wis­sen über li­nea­re Funk­tio­nen auf ab­schnitts­wei­se de­fi­nier­te Funk­tio­nen über­tra­gen. Wahr­schein­lich wur­den sie im Ma­the­ma­tik­un­ter­richt al­len­falls am Rand mit ab­schnitts­wei­se de­fi­nier­ten Funk­tio­nen kon­fron­tiert. Daher wurde der Ein­stieg (Seite 1) des zu­ge­hö­ri­gen AB 01-1-fis_­li­nea­re­Funk­tio­nen-Ab­schnit­te so an­ge­legt, dass zwei „nor­ma­len“ li­nea­ren Funk­tio­nen gra­fisch eine ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­ti­on ge­gen­über­ge­stellt wird. Die Auf­ga­be der Schü­le­rin­nen und Schü­ler ist es zu­nächst, zu be­grün­den, dass das „neue“ Schau­bild tat­säch­lich eine Funk­ti­on dar­stellt. Nach­dem die­ser Punkt ge­klärt ist, soll in einer Think-Pair-Share-Phase ver­sucht wer­den, diese neu­ar­ti­ge Funk­ti­on durch zu­ge­hö­ri­ge Funk­ti­ons­glei­chun­gen zu be­schrei­ben. Der Tipp, dass dazu meh­re­re Glei­chun­gen nötig sind, wird dabei in der Auf­ga­ben­stel­lung schon be­reit­ge­hal­ten.

Im An­schluss soll­te dann der Be­griff „ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­ti­on“ de­fi­niert wer­den. Dies kann durch einen Leh­rer­vor­trag mit Ta­fel­an­schrieb  oder auch mit­hil­fe der Seite 2 des AB 01-1-fis_­li­nea­re­Funk­tio­nen-Ab­schnit­te ge­sche­hen (dar­auf ist die De­fi­ni­ti­on im Kopf­text ent­hal­ten). Die fol­gen­den Übun­gen auf die­ser Seite wid­men sich den Schau­bil­dern sol­cher Funk­tio­nen. Das Ziel ist es an die­ser Stel­le, so­wohl ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­tio­nen mit als auch ohne Sprung­stel­le als mög­li­che Va­ri­an­ten zu ent­de­cken. Au­ßer­dem sol­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, wie zahl­reich Zu­ord­nun­gen die­ser Art in un­se­rem All­tag prä­sent sind – man denke nur an ver­schie­dens­te Ta­ri­fe von Strom­an­bie­tern, Han­dy­nut­zung, Park­häu­sern, usw. .

Im An­schluss an die gra­fi­sche Be­trach­tungs­wei­se wird die Term­schreib­wei­se durch ge­klam­mer­te Terme ein­ge­führt. Die fach­lich wich­tigs­ten In­hal­te dazu fin­det man auf Seite 3 des AB 01-1-fis_­li­nea­re­Funk­tio­nen-Ab­schnit­te zu­sam­men­ge­stellt. Diese Seite könn­te somit di­rekt zur Selbst­er­ar­bei­tung ein­ge­setzt wer­den. Eine in­ten­si­ve­re Aus­ein­an­der­set­zung be­reits in der Ent­wick­lung der Schreib­wei­se kann je­doch si­cher­lich in einem Un­ter­richts­ge­spräch mit sich lang­sam ent­wi­ckeln­dem Ta­fel­an­schrieb ge­sche­hen. Daher wird hier emp­foh­len, diese drit­te Seite le­dig­lich als aus­führ­li­che­res An­ge­bot „zum Nach­le­sen“ zu­sätz­lich zu einem kür­ze­ren Ta­fel­an­schrieb an­zu­bie­ten.

In der ver­blie­be­nen Zeit sol­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­tio­nen viel­fäl­tig üben, ins­be­son­de­re das Zeich­nen, In­ter­pre­tie­ren und Auf­stel­len von Funk­ti­ons­ter­men durch vor­ge­ge­be­ne Punk­te. Das AB 01-2-fis_­li­nea­re­Funk­tio­nen-Ue­bun­gen bie­tet dazu ei­ni­ge An­re­gun­gen.

Wenn die Mög­lich­keit zur Nut­zung von Geo­ge­bra be­steht, so ist das Spiel Punk­te­Sam­meln.ggb eine nette Ab­wechs­lung. Hier wer­den per Zu­falls­ge­ne­ra­tor ei­ni­ge Punk­te im Ko­or­di­na­ten­sys­tem an­ge­zeigt. Es gilt nun für zwei Spie­ler, je­weils eine ab­schnitts­wei­se li­nea­re Funk­ti­on so durch einen Term zu ge­stal­ten, dass deren Schau­bild durch mög­lichst viele die­ser Punk­te ver­läuft. Ge­won­nen hat, wer mit sei­ner Funk­ti­on mehr Punk­te „ein­sam­melt“.

Un­ter­richts­gang: Her­un­ter­la­den [odt][105 KB]

Wei­ter zu Gra­fi­sche Mo­del­lie­rung