Der Einsatz des 3D-Drucks im Mathematikunterricht

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

Dem Arbeiten mit konkreten Arbeitsmitteln kommt im zeitgemäßen entdeckend organisierten Mathematikunterricht eine wachsende Bedeutung zu. Ein tatsächliches Umgehen mit konkreten realen Objekten und damit die Betonung einer sogenannten enaktiven Ebene wird ermöglicht. Angehende Mathematiklehrerinnen und -lehrer haben in dem beschriebenen Seminar die Möglichkeit Erfahrungen mit mathematischen Lehr-Lern-Situationen in Bezugnahme digitaler Werkzeuge z.B. 3D-Druck zu sammeln, sowie daraus Anregungen für eigene Forschungsprojekte (z.B. Studienprojekte, Abschlussarbeiten) zu erhalten.

Im Mathematikunterricht spielen geeignete Anschauungsmaterialien eine entscheidende Rolle. Für angehende Mathematiklehrerinnen und -lehrer scheint die 3D-Druck-Technologie viel Potenzial zur Entwicklung dieser Anschauungsmaterialien zu haben. Wird in den Grundschulen bereits mit Arbeitsmitteln wie Steckwürfeln, Rechengeld, Rechenwendeltreppen und Hundertertafeln gearbeitet, findet das Arbeiten in den Sekundarstufen häufig eher auf einer ikonischen und symbolischen Ebene statt – dieser Bereich wird deshalb spezifisch in den Blick genommen.

Für den differenzierten und inklusionsorientierten Mathematikunterricht ergeben sich durch die Möglichkeit der selbstständigen Herstellung mathematischer Objekte Chancen zur individuellen Gestaltung und damit ein gezieltes Eingehen auf Schülerinnen und Schüler.

Das Seminar „Einsatz des 3D-Drucks im Mathematikunterricht“ unterstützt Lehramtsstudierenden vor einem theoretischen Hintergrund einen adäquaten Umgang mit fassbaren (mathematischen) Objekten zu vermitteln. Für einen reflektierten Umgang mit 3D-Druckprozessen ist auf der einen Seite ein hohes Maß an technischer Kompetenz und auf der anderen Seite eine Einbettung in derzeitige curriculare Vorgaben notwendig – dieses wird im Seminar thematisiert.

Mit Blick auf die durch die Bundesregierung und weiterer Institutionen geforderte Digitalisierungsoffensive in Deutschland (vgl. http://www.bpb.de/gesellschaft/kultur/zukunft-bildung/213441/digitalisierung-und-schule oder https://www.bmbf.de/de/wanka-deutschlands-schulen-fit-machen-fuer-die-digitale-welt-3419.html) weist das Seminar einen hohen Grad an Aktualität für den Lehrerberuf auf.

Das Lehrprojekt wird im Rahmen eines Seminares bereits mit Studierenden durchgeführt und ist im Studienplan verankert.

Verwendete Plattformen und Tools

Es werden sowohl Notebooks, als auch die entsprechende CAD-Software und 3D-Drucker genutzt.

Der Einsatz des 3D-Drucks im Mathematikunterricht (PDF)

Ansprechpartner und Ansprechpartnerin

Prof. Dr. Ingo Witzke
Fakultät IV – Department Mathematik
Didaktik der Mathematik

Felicitas Pielsticker
Fakultät IV – Department Mathematik
Didaktik der Mathematik

Kontakt
Prof. Dr. Ingo Witzke
witzke@mathematik.uni-siegen.de

Felicitas Pielsticker
pielsticker@mathematik.uni-siegen.de

Einführung von WeBWorK in die mathematische Hochschullehre an der Universität Siegen

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

Im Rahmen eines vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen geförderten Fellowships für Innovationen in der digitalen Hochschullehre wurden etwa 1.500 Aufgaben für die auf mathematische Aufgaben spezialisierte Aufgabenplattform WeBWorK aus einer über 36.000 Aufgaben umfassenden englischsprachigen Aufgabenbibliothek ins Deutsche übersetzt. Ferner wurden neue Aufgaben für WeBWorK entwickelt, die den Anforderungen in der Lehre an der Universität Siegen entsprechen. Teile dieser Aufgaben wurden in mathematischen Vorkursen der Fakultät IV sowie im Vorkurs Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler sowohl im Sommersemester 2017 als auch im Wintersemester 2017/18 erfolgreich eingesetzt. Im Wintersemester 2017/18 wurde WeBWorK zum ersten Mal im Übungsbetrieb zur Vorlesung „Lineare Algebra 1“ eingesetzt. Der Zugriff auf WeBWorK geschieht dabei aus dem Moodle-Kurs zur Vorlesung heraus, was für Studierende besonders komfortabel ist. Jeder Studierende eine eigene Version jeder Aufgabe. Diese unterscheiden sich durch unterschiedliche Zahlen, sind sonst aber vergleichbar. Dies stellt sicher, dass Studierende weiterhin zusammenarbeiten können, ein blindes Kopieren von Lösungen aber nicht möglich ist. WeBWorK interpretiert die Antworten der Studierenden in Abhängigkeit des mathematischen Kontexts der Aufgabe. Die Studierenden erhalten unmittelbar nach dem Absenden ihrer Antworten ein Feedback über deren Korrektheit. Im Fall von nicht korrekten Antworten erhalten sie teilweise Hinweise auf mögliche Fehler. Dieses direkte Feedback ermöglichst es Studierenden im Falle einer falschen Antwort ihre Fehler zu finden und bei einem erneuten Versuch die richtige Antwort abzusenden. Diese Möglichkeit zur Korrektur einer zunächst fehlerhaften Lösung durch Studierende ist bei traditionellen Hausaufgaben, die durch Tutoren korrigiert werden und zeitlich verzögert besprochen werden, normalerweise nicht gegeben. Die von den Studierenden erreichten Punkte werden an Moodle zurückgemeldet, was Lehrenden einen raschen Überblick über den Lernerfolg ermöglicht.

Die zu WeBWorK gehörende Open Problem Library enthält über 36.000 Aufgaben. Diese sind nicht nur für mathematische Veranstaltungen interessant, sondern auch in anderen Disziplinen, in denen Aufgaben mathematisch formuliert werden, wie etwa in den Ingenieurwissenschaften, der Physik, Chemie, den Wirtschaftswissenschaften oder in Disziplinen, in denen Statistik eine Rolle spielt.

Das Ziel des Projektverantwortlichen ist der Aufbau einer gemeinsam genutzten Aufgabenbibliothek. Lehrende, die Interesse an WeBWorK oder dem Einsatz in ihren eigenen Lehrveranstaltungen haben, können ihn gern kontaktieren. Eine Nutzung des universitätseigenen WeBWorK-Servers ist möglich.

Das Lehrprojekt befindet sich in der Durchführung.

Verwendete Plattformen und Tools

WeBWorK, integriert in Moodle

WeBWork (PDF)

Ansprechpartner

Florian Heiderich
Fakultät IV – Department Mathematik
Lehrstuhl für reine Mathematik

Kontakt
Florian Heiderich
heiderich@mathematik.uni-siegen.de