Aufgabe der Woche – Seite 10

Mit einer Aufgabe aus dem Frankfurter Weihnachtstrail möchten wir heute die letzte „Aufgabe der Woche“ in diesem Jahr vorstellen und dabei auf die Möglichkeit der Thematisierung von Wahrscheinlichkeiten im Rahmen von MCM aufmerksam machen.

Aufgabe: Packstation im Westend (Aufgabennummer: 779)

Du sollst zwei Pakete für den Chef abholen. Du weißt nicht wie groß sie sind. Du rätst hinter welchen der gelben Fächer sie liegen könnten (in jedem Fach kann nur ein Paket liegen). Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Pakete auch wirklich hinter den von Dir getippten Fächern liegen?

Zunächst muss geklärt werden, wie viele Fächer es gibt. Anschließend kann berechnet werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit man das erste Fach und das zweite Fach richtig tippt. Hierbei sind kombinatorische Überlegungen dahingehend notwendig, ob die Reihenfolge eine Rolle spielt. Als Antwortformat wurde bei dieser Aufgabe Multiple Choice gewählt, wobei die korrekte Lösung durch zwei Antwortmöglichkeiten ausgedrückt werden kann: einmal als Bruch und einmal als Abschätzung mit Prozent, was die Äquivalenz beider Formen unterstreicht. Die Aufgabe wird ab Klasse 9 empfohlen.

Mit dieser Aufgabe verabschiedet sich das MCM Team in die Weihnachtspause und wünscht allen Nutzern eine schöne Weihnachtszeit sowie ein gutes neues Jahr. Wir sind gespannt, wie wir im neuen Jahr das MCM Projekt weiterentwickeln können und freuen uns auf eine spannende Zeit!

Als Aufgabenersteller für MathCityMap ist es wichtig, die Umwelt durch eine „mathematische Brille“ zu betrachten. So werden Gebäude zu Quadern, Rasenflächen zu Vielecken oder – wie in der aktuellen Aufgabe der Woche – Gewächshäuser zu halben Zylindern.

Aufgabe: Gewölbtes Gewächshaus (Aufgabennummer: 1950)

Berechne den Materialbedarf an Wellplastik für das Gewächshaus. Gib das Ergebnis in m² an.

Beim Lösen der Aufgabe wird dieser mathematische Blick auch bei den SchülerInnen geschult. Dabei geht es zunächst um das Erkennen des Objekts als halben liegenden Zylinder. Ist dies geschafft, müssen Radius, der Umfang des Halbkreises und Höhe gemessen werden, damit der Materialverbrauch berechnet werden kann. Dies entspricht der Oberfläche des halben Zylinders, die mithilfe von Formeln für den Flächeninhalt eines Kreises und der Mantelfläche eines Zylinders bestimmt werden kann.

Durch Kooperation mit der MOOC Arbeitsgruppe der Universität Turin, freuen wir uns über erste MCM Aufgaben in Italien, wo auch die heutige Aufgabe der Woche angelegt ist.

Aufgabe: Gebäudehöhe (Aufgabennumer: 2045)

Bestimme die Höhe des Gebäudes. Gib das Ergebnis in Metern an.

Die Höhe lässt sich auf verschiedene Weisen annähern, z.B. durch Schätzen oder den Strahlensatz. Besonders elegant kann man die Aufgabe lösen, indem man nach Strukturen und Mustern in der Gebäudefassade sucht. Bei diesem Gebäude fallen direkt die Querstreifen auf, die sich bis zum Dach finden lassen. Für die Gesamthöhe ist es also nur nötig, die Höhe eines Querstreifens zu ermitteln, sowie die Anzahl der Streifen zu zählen. Kleinere Abweichungen vom Muster können mithilfe von Schätzungen angenähert werden.

Mithilfe dieser Methode kann die Aufgabe bereits von SchülerInnen der Klassenstufe 6 gelöst werden. Bei älteren SchülerInnen werden die verschiedenen Lösungsmöglichkeiten im besten Fall vor Ort diskutiert und anhand der Einfachheit und Genauigkeit bewertet.

Im Hamburger Stadtteil Wilhelmsburg wurden im Herbst diesen Jahres zahlreiche Aufgaben im Rahmen der Stiftungstage 2017 angelegt. Die angelegten Aufgaben überzeugen – ganz im Sinne des MCM Konzepts – insbesondere durch ihre altersübergreifende und thematische Vielfalt, die wir exemplarisch in der heutigen Aufgabe der Woche darstellen möchten.

Aufgabe: Rote Fläche (Aufgabennummer: 1964)

Wie groß ist die rote Fläche, auf der die Tischtennisplatte steht? Gib das Ergebnis in m² an.

Schnell wird klar, dass sich die gesamte Fläche nicht durch ein einzelnes geometrisches Objekt approximieren lässt, bzw. dies nur unter deutlichen Einbußen bezüglich der Genauigkeit möglich ist. Es bietet sich demnach an, die gesuchte Fläche in disjunkte Teilflächen zu zerlegen, die mithilfe von Formeln berechnet werden können. Dies geschieht am besten mithilfe einer Skizze. Eine besondere Herausforderung sind dabei die geschwungenen Ränder, an denen Abschätzungen und Annäherungen notwendig sind. Nach Messungen und Berechnungen folgt der Gesamtflächeninhalt durch Addition der Flächeninhalte aller Teilflächen.

Die Fläche lässt sich mithilfe von Rechtecken und Dreiecken beschreiben. Zudem ist das Prinzip der Zerlegung und Additivität von Flächeninhalten Voraussetzung zur Lösung des Problems. Die Aufgabe lässt sich ab Klasse 7 einsetzen.

Wie bereits vor einigen Wochen führt uns die Aufgabe der Woche auf den afrikanischen Kontinent, genauer auf den etwa 1000 Meter hohen Tafelberg in Kapstadt. Dort befindet sich ein Denkmal aus Stein, das zugleich ein ideales Objekt für eine MCM Aufgabe darstellt.

Aufgabe: Tafelberg Denkmal (Aufgabennummer: 1791)

Bestimme die Masse des Steindenkmals. Gib das Ergebnis in Kilogramm an. 1 cm³ Granit wiegt 2,6 g.

Zunächst muss die Form des Steins genauer betrachtet werden. Bei der Wahl eines geeigneten Modells bietet sich ein Prisma mit trapezförmiger Grundfläche an. Dafür ist es notwendig von kleineren Abweichungen zum idealen Körper abzusehen sowie mit dem Stein gedanklich zu operieren. Anschließend werden die notwendigen Daten ermittelt und mithilfe der Flächeninhaltsformel eines Trapezes, der Volumenformel eines Prismas sowie der angegebenen Dichte ergibt sich das gesuchte Gewicht des Steins.

Die Aufgabe zeigt, dass sich MCM im Laufe der letzten Jahre zu einer internationalen Plattform für authentische „outdoor“ Mathematikaufgaben entwickelt hat und bereits an vielen markanten Plätzen Aufgaben angelegt wurden. Wir freuen uns auf weitere Aufgaben und sind gespannt, in welchen Ländern und Regionen als nächstes neue MCM Aufgaben entstehen werden.

Im Rahmen einer Lehrerfortbildung am Johanneum Gymnasium Herborn ist eine Modellierungsaufgabe entstanden, die wir Ihnen heute als „Aufgabe der Woche“ vorstellen möchten.

Aufgabe: Brick in the Wall (Aufgabennummer: 2040)

Die Mauer auf dem Schulhof soll neu besprüht werden. Dabei ist geplant, für das Loch in der Wand auch Farbe zu sparen. Berechne die zu besprühende Fläche in m². Gib das Ergebnis mit zwei Nachkommastellen an.

Die Herausforderung bei dieser Aufgabe besteht darin, das vorhandene Loch in der rechteckigen Mauer möglichst genau anzunähern. Dafür können verschiedene Modelle gewählt werden. Zum einen könnte man das Loch als Kreis annehmen und einen durchschnittlichen Durchmesser ermitteln. Genauer wird das Ergebnis jedoch durch Annäherung des Lochs als Ellipse und Messung der Achsen.

Die Aufgabe erfordert ein gewisses Maß an Kreativität und zeigt, dass die eindeutige Mathematik in der Umgebung außerhalb des Klassenraums an ihre Grenzen stößt. Die SchülerInnen erwerben Modellierungskompetenzen, insbesondere in der geschickten Wahl eines mathematischen Modells. Die verschiedenen Lösungswege und Ergebnisse der SchülerInnen bilden demnach eine ideale Grundlage zur Diskussion günstiger Modelle. Thematisch kann die Aufgabe mit Behandlung von Kreis und Ellipse ab Klasse 9 eingesetzt werden.

Heute möchten wir Ihnen eine Aufgabe aus Speyer vorstellen, die dort von Katalin Retterath angelegt wurde. Darin geht es um den berühmten Jakobsweg, der durch die Stadt bis nach Santiago de Compostela führt.

Aufgabe: Jakobspilger (Aufgabennummer: 1614)

Miss/schätze die Schrittweite des Jakobspilgers. Wie viele Schritte müsste er machen, wenn er die ca. 2.500 Kilometern bis Santiago de Compostela wandert?

Wie kam Ihnen die Idee die Aufgabe für MathCityMap zu erstellen?

Ich bin Beraterin für Unterrichtsentwicklung in Mathematik am Pädagogischen Landesinstitut in Rheinland-Pfalz. Wir Matheberater erstellen schon seit einigen Jahren mathematische Stadtrallyes, die sowohl bei unseren Schülern, als auch in den Fortbildungsveranstaltungen gut angenommen werden. Erst haben wir mit LearningApps experimentiert, dann mit Actionbound – beide waren OK, aber nicht wirklich zufriedenstellend. Wir haben über das Projekt Matheforscher MathCityMap kennengelernt und möchten unsere Aufgaben hier nach und nach einpflegen und das Tool testen.

Welche mathematischen Kompetenzen und Inhalte sind mit der Aufgabe verbunden?

Die SchülerInnen müssen schätzen und/oder messen, mit großen Zahlen arbeiten. Die Aufgabe wird von einer Gruppe gelöst – so spielt Kommunzieren auch eine große Rolle und wenn die SchülerInnen ihre Lösungsidee einander erklären und begründen (was wünschenswert wäre), dann auch Argumentieren.

Wurde die Aufgabe bereits von SchülerInnen getestet oder haben Sie in sonstiger Form Feedback erhalten?

Die Aufgabe selber ist von SchülerInnen (vieler Altersklassen) schon getestet worden, allerdings noch mit Actionbound. Die SchülerInnen konnten die Aufgabe ohne größere (inhaltliche) Schwierigkeiten lösen – mit den Einheiten und Anzahl der Nullen lief es allerdings nicht mehr so gut.

Ich habe erst zwei-drei Aufgaben bei MathCityMap eingetragen, um die Software zu testen. Eine Erprobung des Tools wird frühestens in Frühling in Frage kommen.

Das MCM Team bedankt sich für das Interview und freut sich schon auf weitere Aufgaben in Speyer!

Mit zwei Trails in Salzburg können wir nun auch Österreich als 9. Land mit einem MCM Trail begrüßen. Die aktuelle Aufgabe der Woche stellt daraus eine Aufgabe im Themenbereich Mantel- und Oberfläche eines Zylinders vor. Sie befindet sich im Trail an der naturwissenschaftlichen Fakultät der Paris-Lodron Universität Salzburg.

Aufgabe: Lampe (Aufgabennummer: 1908)

Wie groß ist die zu streichende schwarze Fläche einer Lampe ohne die Bodenplatte? Gib das Ergebnis in m² an. Runde auf zwei Nachkommastellen.

Die SchülerInnen erkennen die Lampe zunächst als zylinderförmig und bestimmen dann die schwarzen Flächen. Dafür ist es notwendig die Lampe in zwei Zylinder aufzuteilen. Für den oberen kleinen Zylinder werden Mantelfläche sowie der Deckel berechnet, für den unteren Zylinder lediglich die Mantelfläche. Dafür sind Höhe sowie Radius zu messen. Anschließend werden die einzelnen Flächen addiert und ergeben die zu streichende Gesamtfläche.

Die Aufgabe lässt sich dem Themenbereich Geometrie und insbesondere geometrische Körper (Zylinder) zuordnen und kann ab Klasse 9 eingesetzt werden.

Eine beliebte MathCityMap Aufgabenstellung befasst sich mit dem Volumen von Brunnen und der Frage, wie viel Liter Wasser enthalten sind. Die Fragestellung lässt dabei verschiedenste geometrische Themen für sämtliche Klassenstufen zu, je nachdem welche Form der gewählte Brunnen hat (rechteckig, kreisförmig, …). Die Aufgabe der Woche stellt dabei eine besondere Herausforderung dar, da der zu berechnende Brunnen aus verschiedenen geometrischen Körpern modelliert werden muss.

Aufgabe: Brunneninhalt (Aufgabennummer: 1420)

Wie viele Liter Wasser befinden sich in dem abgebildeten Brunnen?

Der hier abgebildete Brunnen lässt sich mithilfe eines Quaders und eines Zylinders (aufgeteilt in zwei Teile) modellieren. Wurde dies erkannt, so müssen die notwendigen Größen erhoben werden sowie die einzelnen Volumina berechnet werden. Abschließend wird die Umrechnung in Liter gefordert. Die Aufgabe mit Zylinder lässt sich ab Klasse 9 einsetzen; einfachere Brunnenformen sind bereits ab Klasse 6 möglich.

Je nach Brunnenkonstruktion kann die Erhebung der Daten zur Herausforderung werden und die SchülerInnen müssen bei dabei kreativ vorgehen. Beispielsweise kann der Umfang eines Kreises hilfreich für die Ermittlung des Durchmessers werden. Nicht zuletzt durch solche Überlegungen wird der flexible Umgang mit mathematischen Formeln und Zusammenhängen gefördert.

Auch in dieser Woche präsentieren wir eine Aufgabe der Woche, die sich schnell und unkompliziert auf andere Standorte übertragen lässt. Im Mittelpunkt der Aufgabe steht die Rolltreppe mit einer physikalischen Fragestellung.

Aufgabe: Rolltreppe (Aufgabennummer: 1805)

Mit welcher Geschwindigkeit in m/s fährt die Rolltreppe? Gib das Ergebnis auf zwei Nachkommastelle genau an.

Um die Aufgabe zu lösen, ist es notwendig, zwei Werte zu ermitteln: Die Länge der Rolltreppe (zum Beispiel anhand der Abdeckung neben dem Handlauf) sowie die Dauer einer Fahrt mit der Rolltreppe. Am besten werden beide Werte direkt in den Einheiten Meter und Sekunde erhoben, damit anschließend die Geschwindigkeit ermittelt werden kann.

Für die Aufgabe müssen die SchülerInnen die Einheit m/s kennen. Hierbei kann eine Verbindung von Physik und Mathematik im Geschwindigkeitskonzept erkannt werden. Die Aufgabe ist ab Klasse 8 einsetzbar.

Kategorie: Aufgabe der Woche

Aufgabe der Woche: Packstation

Aufgabe der Woche: Gewölbtes Gewächshaus

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Aufgabe der Woche: Tafelberg Denkmal

Aufgabe der Woche: Brick in the Wall

Aufgabe der Woche: Jakobspilger

Aufgabe der Woche: Lampe

Aufgabe der Woche: Brunneninhalt

Aufgabe der Woche: Rolltreppe