Lineare Funktionen-Digitale Lernlandkarte zum selbstgesteuerten Lernen

Schulform
Gymnasium

Fach
Mathematik

Jahrgangsstufe
8. Klasse

Standort
NRW

Verwendete Tools
schulinternes LMS Moodle
H5P (Image Hotspots)
Wiki-Lernpfad „Lineare Funktionen“ von ZUM-Unterrichten (inkl. LearningApps)
ZUMPad
ANTON Lern-App
Geogebra
Mentimeter
Edkimo

Alternative Tools
Lumi H5P-Editor
Lernpfad.ch
Padlet
Oncoo

Autor*in

Franziska Franken 
Studienrätin am Friedrich-Wilhelm-Gymnasium Köln

Beschreibung

Die Unterrichtssequenz besteht im Wesentlichen aus einer digitalen Lernlandkarte zum Thema „Lineare Funktionen“ (eine H5P-Aktivität), die den Lernprozess visualisiert und strukturiert. Die Erarbeitung der einzelnen Inhalte und Kompetenzen erfolgt mit einem Lernpfad von ZUM-Unterrichten, der sich insbesondere durch viele interaktive Übungen auszeichnet, sowie selbst ausgewählte Geogebra-Übungen und youtube-Erklärvideos. Enthalten sind jedoch auch Übungen aus dem Lehrbuch „Lambacher Schweizer 8 – Mathematik am Gymnasium NRW“. Ein weiteres Element ist ein Glossar, welches während der Unterrichtssequenz sukzessive von den Schüler*innen durch eigene Einträge erstellt wird.

Einsetzbares Material

Um den Schüler*innen einen Überblick über die Aufgaben zu geben, sind alle Inhalte über das Glossar auf Moodle aufrufbar.

Das Glossar dient der Übersicht über die geplante Unterrichtssequenz. Das konkrete Material ist unter dem gleichnamigen Punkt 5 aufgeteilt nach Unterrichtsstunden einsehbar und zur Weiterverwendung downloadbar.

Voraussetzungen

Rahmenbedingungen

  • Die Unterrichtssequenz wurde für den Distanz- oder Hybridunterricht geplant, aber im Präsenzunterricht mit einigen Modifizierungen durchgeführt. Einige Schüler*innen haben dafür ein eigenes digitales Endgerät (Tablet oder Laptop) mitgebracht; die anderen haben an Schul-iPads gearbeitet, die für die jeweiligen Mathe-Stunden ausgeliehen werden konnten.
  • Es wird fast durchgehend ein Internetzugang benötigt. Es sollte ein Tablet oder Laptop verwendet werden, da einige interaktive Übungen auf einem Smartphone nicht (gut) dargestellt bzw. angewendet werden können.
  • Sie wurde für die Einführung von Linearen Funktionen in einer 8. Klasse am Gymnasium geplant und durchgeführt. Sie könnte – gegebenenfalls mit Anpassungen – jedoch auch in höheren Jahrgängen oder an anderen Schulformen verwendet werden, z.B. auch zur Wiederholung des Themas in der Einführungsphase (10. Klasse).
  • Notwendige Vorerfahrungen: Proportionale Zuordnungen (aus der 7. Klasse), allgemeiner Funktionsbegriff (unmittelbar vor der Unterrichtssequenz)
Lernstart

Angestrebte Lernziele

  • Inhaltliche Lernziele / Mathematische Kompetenzen
  • Proportionale Zuordnungen als Spezialfall linearer Funktionen, Ursprungsgeraden
  • Steigung einer Geraden (graphisch mit Steigungsdreieck, rechnerisch mit den Koordinaten zweier Punkte)
  • Eigenschaften besonderer Geraden (parallele Geraden, Steigung null)
  • allgemeine Geradengleichung einer linearen Funktion: graphisch und rechnerisch bestimmen, Zuordnen von Funktionsgleichungen und Graphen
  • Nullstelle einer Geraden graphisch und rechnerisch ermitteln
  • Schnittpunkt zweier Geraden rechnerisch bestimmen
  • Anwendung innermathematischer Zusammenhänge in Sachkontexten
  • Medienkompetenzen (gemäß MKR NRW)
  • Medienausstattung (Hardware) reflektiert anwenden, mit dieser verantwortungsvoll umgehen
  • digitale Werkzeuge und deren Funktionsumfang kennen sowie reflektiert und zielgerichtet einsetzen
  • Kommunikations- und Kooperationsprozesse mit digitalen Werkzeugen zielgerichtet gestalten, Informationen teilen
  • Regeln für digitale Kommunikation einhalten

Digitale/Überfachliche Kompetenzen

  • Medienkompetenzen (gemäß MKR NRW)
  • Medienausstattung (Hardware) reflektiert anwenden, mit dieser verantwortungsvoll umgehen
  • digitale Werkzeuge und deren Funktionsumfang kennen sowie reflektiert und zielgerichtet einsetzen
  • Kommunikations- und Kooperationsprozesse mit digitalen Werkzeugen zielgerichtet gestalten, Informationen teilen
  • Regeln für digitale Kommunikation einhalten

Mathematische Kompetenzen

  • Proportionale Zuordnungen als Spezialfall linearer Funktionen, Ursprungsgeraden
  • Steigung einer Geraden (graphisch mit Steigungsdreieck, rechnerisch mit den Koordinaten zweier Punkte)
  • Eigenschaften besonderer Geraden (parallele Geraden, Steigung null)
  • allgemeine Geradengleichung einer linearen Funktion: graphisch und rechnerisch bestimmen, Zuordnen von Funktionsgleichungen und Graphen
  • Nullstelle einer Geraden graphisch und rechnerisch ermitteln
  • Schnittpunkt zweier Geraden rechnerisch bestimmen
  • Anwendung innermathematischer Zusammenhänge in Sachkontexten

Planung

(A)synchrone Kommunikation mit der Lerngruppe

Der Zugriff auf die digitale Lernlandkarte sowie alle weiteren Materialien erfolgte über den klasseninternen Kurs in Moodle. Da die Sequenz im Präsenzunterricht umgesetzt wurde, erfolgte die Kommunikation weitgehend synchron.

Bei der Planung für den Distanz- oder Hybridunterricht war für Fragen und Hilfestellungen eine asynchrone Kommunikation über ein ZUMPad vorgesehen, insbesondere auch für Peer-Feedback zwischen den Schüler*innen. Darüber hinaus hätten die Schüler*innen die Lehrkraft bei Fragen jederzeit über den Messenger innerhalb Moodle kontaktieren können. Außerdem waren regelmäßige begleitende Videokonferenzen sowie individuelle Rückmeldungen zu eingereichten Aufgaben (Aktivität „Aufgabe“ in Moodle) vorgesehen.

Der eTeaching-Burger in der geplanten Sequenz

Icon Hinweis
Um zu sehen, wie sich die im eTeaching-Burger beschriebenen Prinzipien qualitativ hochwertigen Hybridunterrichts in der dargestellten Unterrichtssequenz wiederfinden, klicken Sie auf die Zutaten in der interaktiven Burgergrafik.
eTeachingBurger_FranziskaFranken
Selbstständigkeit Agiles Mindset Technik Feedback Kollaboration Starke Beziehungen

Selbstständigkeit

Die Schüler*innen können mit der digitalen Lernlandkarte in ihrem eigenen Tempo und selbstgesteuert (die Sozialform sollte frei gewählt werden können) lernen – insbesondere, wenn auch zu den Lehrbuch-Aufgaben noch Lösungen zur Selbstkontrolle zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig stellt die Lernlandkarte dauerhaft Transparenz über den Lernprozess her.

Agiles Mindset

Das agile Mindset zeigt sich vor allem in der Konzeption der Unterrichtssequenz, da es möglich ist, sie komplett im Distanzunterricht, aber auch in verschiedenen Formen des Hybridunterrichts sowie im Präsenzunterricht durchzuführen. Selbstverständlich sollten einzelne synchrone Unterrichtsphasen ergänzt werden, die in der Planung erst einmal nicht „abgebildet“ werden. Dies ist jedoch abhängig von der Unterrichtsform und der Lerngruppe bzw. den Bedürfnissen einzelner Schüler*innen flexibel möglich. Die Lehrkraft übernimmt weitgehend die Rolle als Lernbegleiter*in und unterstützt die Lernenden auf ihrem zwar vorstrukturierten, aber doch durch Selbstorganisation und Eigenverantwortung geprägten Lernweg beim Thema „Lineare Funktionen“. Letztlich stellen die Erarbeitungen der Lernlandkarte eine Mischung aus offeneren und binnendifferenzierenden Aufgabenformaten, aber auch kleinschrittigeren Übungen (insbesondere die Aufgaben aus dem Lehrbuch) dar.

Technik

Die Schüler*innen arbeiten nicht ausschließlich, aber zu einem großen Anteil mit digitalen Unterrichtsmaterialien und Tools (vgl. die Liste der verwendeten Tools), deren Funktionsweise bekannt oder sich einfach zu erschließen ist.

Feedback

Im Laufe der Unterrichtssequenz sind mindestens zwei „Schnell-Feedbacks“ (mit Mentimeter), zum Abschluss eine umfangreichere Evaluation (Umfrage mit Edkimo) vorgesehen, um als Lehrer*in ein durchgehendes Feedback von den Schüler*innen zu erhalten. Die Schüler*innen erhalten zum einen ein indirektes Feedback durch die Kontrollmöglichkeiten und integrierten Lösungen, zum anderen ein individuelles Feedback durch (a)synchrone Rückmeldungen im Unterricht (Präsenz oder per Videokonferenz) und zu den eingereichten Lehrbuch-Aufgaben (über die Aktivität „Aufgabe“ in Moodle).

Kollaboration

Kollaboratives Arbeiten ergibt sich insbesondere durch die gemeinsame Erstellung des Glossars (Aktivität „Glossar“ in Moodle; vgl. dazu die Screenshots unter „Konkretes Material“). Die Schüler*innen können im Sinne der Binnendifferenzierung Glossar-Einträge erstellen (vgl. dazu den ersten Praxistipp) oder als gesamte Lerngruppe die Aufgabe erhalten, einen Glossar-Eintrag (zu einem bestimmten Zusammenhang) zu erstellen. Ein weiteres kollaboratives Element ist das in der Lernlandkarte verlinkte ZUMPad, über das sich die Schüler*innen – insbesondere, wenn die Unterrichtssequenz im Distanzunterricht umgesetzt wird – asynchron durch Fragen und Antworten gegenseitig helfen können.

Starke Beziehungen

Sollte die Unterrichtssequenz im Distanz- oder Hybridunterricht durchgeführt werden, stellen synchrone Unterrichtsphasen in Form von Videokonferenzen (gegebenenfalls auch mit Breakout-Räumen) den persönlichen Kontakt zwischen Lehrkraft und Lerngruppe sowie zwischen den Schüler*innen untereinander her. Auch die Mentimeter-Umfragen (vgl. die „Burgerzutat“ Feedback) können zielführend zur Stärkung der Beziehungen genutzt werden.

Logo CC-By-SA Lizenz eTeaching-Burger I Schulnetzwerk des ZfL der Universität zu Köln (https://zfl.uni-koeln.de/schulnetzwerk) I

CC BY SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)

Aufbau der kompletten Unterrichtseinheit

Lineare Funktionen — Digitale Lernlandkarte zum selbstgesteuerten Lernen

1.Unterrichtseinheit Proportionale Funktionen – Ursprungsgeraden
2.Unterrichtseinheit Steigung einer Geraden
3.Unterrichtseinheit Lineare Funktionen – Graphen und Zusammenhänge
4.Unterrichtseinheit Lineare Funktionen – Funktionsgleichung bestimmen
5.Unterrichtseinheit Lineare Funktionen – Abschluss
6.Unterrichtseinheit Lineare Funktionen – Nullstellen
7.Unterrichtseinheit Schnittpunkt zweier linearer Funktionen
8.Unterrichtseinheit Lineare Funktionen – Abschluss II

Icon Hinweis

Differenzierungs-/Individualisierungsmöglichkeiten (optional):
Die hier vorgenommene Gliederung ist variabel in dem Sinne zu verstehen, dass die einzelnen Unterrichtseinheiten nicht durchgehend gleichzusetzen sind mit einer 90-minütigen Unterrichtsstunde (Doppelstunde), sondern je nach Lerngruppe bzw. auch einzelnen Schüler*innen mehr oder weniger Zeit benötigen.

1. Proportionale Funktionen – Ursprungsgeraden

Lernstart

Du wiederholst die Zusammenhänge und Fachbegriffe des Themas „Proportionale Zuordnungen“ aus der 7. Klasse und lernst dabei Funktionen mit der Gleichung y = m * x kennen.

Inhalte

  • Sachkontext „Im Bergwerk“: bestimmte Wassermenge dringt pro Stunde ein, Pumpen sind ausgefallen, Gefahr droht
  • Wertetabelle zur Situation erstellen
  • Proportionalitätskonstante bestimmen
  • Zuordnungsvorschrift aufstellen
  • Funktionswerte mit der Funktionsgleichung berechnen
  • Graph zeichnen
  • Zu einem bestimmten y-Wert den zugehörigen x-Wert graphisch ermitteln

2. Steigung einer Geraden

Lernstart

Nun soll es um die Steigung einer Geraden gehen. Dabei beschäftigst du dich mit folgenden Fragen: Woran erkennt man eine Steigung? Was ist ein Steigungsdreieck? Wie bestimmt man eine Steigung am Graphen, wie rechnerisch? Was bedeutet eine negative Steigung?

Inhalte

  • Visualisierungen der Steigung einer Geraden, Zusammenhang zwischen dem Wert der Steigung m und dem Verlauf der Geraden im KOS
  • Steigungsdreieck und die Formel für die Steigung einer Geraden kennenlernen
  • Steigungen von Geraden graphisch bestimmen / ablesen (anhand eingezeichneter Steigungsdreiecke)
  • zu gegebenen Steigungen die zugehörige Ursprungsgerade zeichnen

3. Lineare Funktionen – Graphen und Zusammenhänge

Lernstart

Als nächstes lernst du nun die Zusammenhänge einer allgemeinen linearen Funktion kennen: Wie verläuft der Graph einer linearen Funktion im Koordinatensystem? Wie ergibt sich daraus die Funktionsgleichung einer linearen Funktion?

Inhalte

  • Zusammenhang: allgemeine Gerade als Verschiebung nach oben/unten einer Ursprungsgeraden
  • allgemeine Funktionsgleichung einer linearen Funktion (inkl. Fachbegriff „y-Achsenabschnitt“) kennenlernen
  • Abgrenzung der Definitionen und Merkmale: Funktion – lineare Funktion – proportionale Funktion
  • Funktionsgleichungen zu gegebenen Graphen erst zuordnen, dann selbst aufstellen
  • Zuordnungsübungen: Verständnis der allgemeinen Geradengleichung, Zusammenhänge zur Lage bzw. zum Verlauf der zugehörigen Geraden
  • Lösen des „Bergwerk“-Problems (vgl. 1. UE)

4. Lineare Funktionen – Funktionsgleichung bestimmen

 

Lernstart

Nun geht es um das Verfahren, wie man die Funktionsgleichung einer linearen Funktion mit der allgemeinen Geradengleichung y = m * x + t rechnerisch aufstellt.

Inhalte

• Funktionsgleichung aus gegebenem Punkt und Steigung bestimmen
• Funktionsgleichung aus zwei gegebenen Punkten bestimmen

5. Lineare Funktionen – Abschluss

Lernstart

Selbstständige Überprüfung der bisher neu gelernten Inhalte

Inhalte

Übungen zur Vertiefung und Festigung der neuen Inhalte: Funktionsgleichungen angeben, Geraden zeichnen, Fachbegriffe, lineare Funktionen in Sachkontexten

6. Lineare Funktionen – Nullstellen

Lernstart

Jetzt lernst du, wie man die Nullstelle, also den Schnittpunkt mit der x-Achse, einer linearen Funktion graphisch und rechnerisch bestimmen kann.

Inhalte

• Entdeckende Übung: Abhängigkeiten / Zusammenhänge zwischen der Nullstelle einer linearen Funktion und ihrer Steigung und ihrem y-Achsenabschnitt
• Berechnen einer Nullstelle; Lösen der linearen Gleichung f(x) = 0

7. Schnittpunkt zweier linearer Funktionen

 

Lernstart

Kreuzen und schneiden sich zwei Graphen von linearen Funktionen, so nennt man diesen Punkt Schnittpunkt S. Dieser Punkt liegt auf beiden Geraden. Du lernst nun, wie man diesen Schnittpunkt berechnet.

Inhalte

• Berechnen eines Schnittpunktes zweier linearer Funktionen; Lösen der linearen Gleichung f(x) = g(x)
• Graphische Bestimmung des Schnittpunktes zweier Geraden (Geraden zeichnen, Schnittpunkt ablesen)
Hinweis: Ergänzt werden könnte hier noch die Lage zweier Geraden zueinander (Schnittpunkt, parallel, identisch), gegebenenfalls auch als Überleitung zum Thema „Lineare Gleichungssysteme“.

8. Lineare Funktionen – Abschluss II

 

Lernstart

Selbstständige Überprüfung der im Weiteren neu gelernten Inhalte.

Inhalte

• Übungen zur Vertiefung und Festigung der neuen Inhalte: Nullstellen und Schnittpunkte bei linearen Funktionen.

Durchführung

Icon Hinweis

Folgende Tipps für die Durchführung:

  1. Eine Herausforderung bei der konkreten Umsetzung, insbesondere im synchronen Präsenzunterricht, ist das unterschiedliche Lerntempo der Schüler*innen. Hilfreich ist an dieser Stelle die Möglichkeit, die Schüler*innen Einträge im Glossar erstellen zu lassen oder sie vorhandene Einträge kommentieren und verbessern zu lassen. Weitere Möglichkeiten zur Binnendifferenzierung wären optionale Lernpfade, „Nerd-Boxen“ etc.
  2. Sollte die Unterrichtssequenz weitgehend im Distanzunterricht umgesetzt werden, wäre es sinnvoll, Lösungen zu den Buch-Aufgaben in die Lernlandkarte zu integrieren, z.B. per QR-Codes. Auf diese Weise können sich die Schüler*innen auch hierbei direkt selbstständig kontrollieren und es entlastet die individuelle Rückmeldung zu eingereichten Aufgaben.
  3. Die interaktiven Übungen des Lernpfads „Lineare Funktionen“ von ZUM-Unterrichten werden nicht in jedem Internetbrowser vollständig dargestellt. Gut geklappt hat es in der Regel mit Safari und Firefox, manchmal hat auch ein erneutes Laden der jeweiligen Internetseite geholfen.

Konkretes Material

Icon Download

Das Glossar dient den Schüler*innen als Orientierung für das Erstellen ihrer Beiträge.

Schüler*innen-Beispiele aus dem Glossar

Glossar-Eintrag – Beispiel 1
Glossar-Eintrag – Beispiel 2
Glossar-Eintrag – Beispiel 3
Glossar-Eintrag – Beispiel 4
Glossar-Eintrag – Beispiel 5

Literaturverzeichnis

Verwendetes Lehrbuch:

Lambacher Schweizer 8 (2019). Mathematik für Gymnasien, Nordrhein-Westfalen. Stuttgart: Ernst Klett Verlag.

Logo CC-By-SA Lizenz

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