510 Mathematik
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In dieser Arbeit wird mathematisches Papierfalten und speziell 1-fach-Origami im universitären Kontext untersucht. Die Arbeit besteht aus drei Teilen.
Der erste Teil ist im Wesentlichen der Sachanalyse des 1-fach-Origami gewidmet. Im ersten Kapitel gehen wir auf die geschichtliche Einordnung des 1-fach-Origami, betrachten axiomatische Grundlagen und diskutieren, wie das Axiomatisieren von 1-fach-Origami zum Verständnis des Axiomenbegriffs beitragen könnte. Im zweiten Kapitel schildern wir das Design der zugehörigen explorativen Studie, beschreiben unsere Forschungsziele und -fragen. Im dritten Kapitel wird 1-fach-Origami mathematisiert, definiert und eingehend untersucht.
Der zweite Teil beschäftigt sich mit den von uns gestalteten und durchgeführten Kursen »Axiomatisieren lernen mit Papierfalten«. Im vierten Kapitel beschreiben wir die Lehrmethodik und die Gestaltung der Kurse, das fünfte Kapitel enthält ein Exzerpt der Kurse.
Im dritten Teil werden die zugehörigen Tests beschrieben. Im sechsten Kapitel erläutern wir das Design der Tests sowie die Testmethodik. Im siebten Kapitel findet die Auswertung ebendieser Tests statt.
Die Auseinandersetzung mit Simulations- und Modellierungsaufgaben, die mit digitalen Werkzeugen zu bearbeiten sind, stellt veränderte Anforderungen an Mathematiklehrkräfte in der Unterrichtsplanung und -durchführung. Werden digitale Werkzeuge sinnvoll eingesetzt, so unterstützen sie Simulations- und Modellierungsprozesse und ermöglichen realitätsnähere Sachkontexte im Mathematikunterricht. Für die empirische Untersuchung professioneller Kompetenzen zum Lehren des Simulierens und mathematischen Modellierens mit digitalen Werkzeugen ist es notwendig, Aspekte globaler Lehrkompetenzen von (angehenden) Mathematiklehrkräften bereichsspezifisch auszudeuten.
Daher haben wir ein Testinstrument entwickelt, das die Überzeugungen, die Selbstwirksamkeitserwartungen und das fachdidaktische Wissen zum Lehren des Simulierens und mathematischen Modellierens mit digitalen Werkzeugen erfasst. Ergänzt wird das Testinstrument durch selbstberichtete Vorerfahrungen zum eigenen Gebrauch digitaler Werkzeuge sowie zur Verwendung digitaler Werkzeuge in Unterrichtsplanung und -durchführung.
Das Testinstrument ist geeignet, um mittels Analysen von Veranstaltungsgruppen im Prä-Post-Design den Zuwachs der oben beschriebenen Kompetenz von (angehenden) Mathematiklehrkräften zu messen. Somit können in Zukunft anhand der Ergebnisse die Wirksamkeit von Lehrveranstaltungen, die diese Kompetenz fördern (sollen), untersucht und evaluiert werden.
Der Beitrag gliedert sich in zwei Teile: Zunächst werden in der Testbeschreibung das zugrundeliegende Konstrukt und der Anwendungsbereich des Testinstruments sowie dessen Aufbau und Hinweise zur Durchführung beschrieben. Zudem wird die Testgüte anhand der Pilotierungsergebnisse überprüft. Im zweiten Teil befindet sich das vollständige Testinstrument.
Über die besondere Bedeutung von Analogiebildungsprozessen beim Lernen im Allgemeinen und beim Lernen von Mathematik im Speziellen besteht ein breiter wissenschaftlicher Konsens. Es liegt deshalb nahe, von einem lernförderlichen Mathematikunterricht zu verlangen, dass er im Bewusstsein dieser Bedeutung entwickelt ist – dass er also einerseits Analogien aufzeigt und sich diese beim Lehren von Mathematik zunutze macht, dass er andererseits aber auch dem Lernenden Gelegenheiten bietet, Analogien zu erkennen und zu entwickeln. Kurz: Die Fähigkeit zum Bilden von Analogien soll durch den Unterricht gezielt gefördert werden.
Um diesem Anspruch gerecht werden zu können, müssen ausreichende Kenntnisse darüber vorliegen, wie Analogiebildungsprozesse beim Lernen von Mathematik und beim Lösen mathematischer Aufgaben ablaufen, wodurch sich erfolgreiche Analogiebildungsprozesse auszeichnen und an welchen Stellen möglicherweise Schwierigkeiten bestehen.
Der Autor zeigt auf, wie Prozesse der Analogiebildung beim Lösen mathematischer Aufgaben initiiert, beobachtet, beschrieben und interpretiert werden können, um auf dieser Grundlage Ansatzpunkte für geeignete Fördermaßnahmen zu identifizieren, bestehende Ideen zur Förderung der Analogiebildungsfähigkeit zu beurteilen und neue Ideen zu entwickeln. Es werden dabei Wege der Analogiebildung nachgezeichnet und untersucht, die auf der Verschränkung zweier Dimensionen der Analogiebildung im Rahmen des zugrundeliegenden theoretischen Modells beruhen. So können verschiedene Vorgehensweisen ebenso kontrastiert werden, wie kritische Punkte im Verlauf eines Analogiebildungsprozesses. Es ergeben sich daraus Unterrichtsvorschläge, die auf den Ideen zum beispielbasierten Lernen aufbauen.
Das Wissen über kognitive Prozesse oder metakognitives Wissen ist seit den 1970er-Jahren Gegenstand der entwicklungspsychologischen Forschung. Im Inhaltsbereich der mathematischen Informationsverarbeitung ist das Konstrukt jedoch – trotz elaborierter theoretischer Modelle über Struktur und Inhalt – empirisch nach wie vor weitgehend unerschlossen.
Die vorliegende Studie schließt diese Lücke, indem sie die Entwicklung des mathematischen metakognitiven Wissens im Längsschnitt untersucht. Dazu wurde nicht nur der Entwicklungsverlauf beschrieben, sondern auch nach den Quellen für die beobachteten individuellen Unterschiede in der Entwicklung gesucht. Auch die aus pädagogischen Gesichtspunkten interessanten Zusammenhänge zwischen der metakognitiven Wissensentwicklung und der parallel dazu verlaufenden Entwicklung der mathematischen Kompetenzen wurden analysiert.
Das Wissen über Kognition oder metakognitives Wissen ist seit den 1970er Jahren Gegenstand der entwicklungspsychologischen Forschung. Besonders umfangreich wurde Entwicklung und Bedeutung des metakognitiven Wissens im Kontext der Gedächtnisentwicklung vom Vorschul- bis ins Grundschulalter untersucht. Das metakognitive Wissen im Inhaltsbereich der mathematischen Informationsverarbeitung ist – trotz elaborierter theoretischer Modelle über Struktur und Inhalt – empirisch weitgehend unerschlossen. Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um systematisch zu untersuchen, wie sich das mathematische metakognitive Wissen in der Sekundarstufe entwickelt, welche Faktoren für individuelle Unterschiede in der Entwicklung verantwortlich sind und in welchem Zusammenhang die metakognitive Wissensentwicklung mit der parallel verlaufenden Entwicklung mathematischer Kompetenzen steht. Zur Klärung der Fragestellungen wurden vier Messzeitpunkte einer breiter angelegten Längsschnittuntersuchung ausgewertet. Der dabei beobachtete Zeitraum umfasste die fünfte und sechste Jahrgangsstufe. Die Stichprobe bestand aus 928 Schülern der Schularten Gymnasium, Realschule und Hauptschule. Die Messinstrumente zur Erfassung der Entwicklungsveränderungen im mathematischen metakognitiven Wissen und der Mathematikleistung wurden auf Grundlage der item response theory konstruiert und mittels vertikalem linking fortlaufend an den Entwicklungsstand der Stichprobe angepasst. Zusätzlich wurden kognitive (Intelligenz und Arbeitsgedächtniskapazität), motivationale (mathematisches Interesse und Selbstkonzept) und sozioökonomische Merkmale (sozioökonomischer Status der Herkunftsfamilie) der Schüler erhoben. Die Lesekompetenz wurde als Methodenfaktor kontrolliert. Entwicklungsunterschiede und -veränderungen im metakognitiven Wissen wurde mit Hilfe von latenten Wachstumskurvenmodellen untersucht. Im beobachteten Zeitraum zeigte sich eine stetige Zunahme des metakognitiven Wissens. Allerdings verlief die Entwicklungsveränderung nicht linear, sondern verlangsamte sich im Verlauf der sechsten Jahrgangsstufe. Individuelle Unterschiede in Ausprägung und Veränderung des metakognitiven Wissens wurden durch kognitive und sozioökonomische Schülermerkmale vorhergesagt. Die motivationalen Merkmale wirkten sich demgegenüber nicht auf den Entwicklungsprozess aus. Geschlechtsunterschiede zeigten sich im Entwicklungsverlauf als Schereneffekt zugunsten der Mädchen. Unterschiede zwischen den Schülern der drei Schularten erreichten bereits zum Eintritt in die Sekundarstufe Signifikanz. Zudem gewannen Gymnasiasten und Hauptschüler im Entwicklungsverlauf stärker an metakognitivem Wissen hinzu als Realschüler. Explorative Mischverteilungsanalysen in der Stichprobe ergaben drei latente Entwicklungsklassen mit jeweils charakteristischem Veränderungsverlauf. Die Klassenzuweisung wurde von der besuchten Schulart sowie kognitiven und sozioökonomischen Schülermerkmalen vorhergesagt. Die Entwicklungsprozesse im mathematischen metakognitiven Wissen und der mathematischen Leistung standen in einem substanziellen, wechselseitigen Zusammenhang. Geschlechts- und Schulartunterschiede blieben ebenso wie die korrelativen Zusammenhänge zwischen den Entwicklungsprozessen auch nach Kontrolle der individuellen Unterschiede in kognitiven, motivationalen und sozioökonomischen Merkmalen erhalten. Die Befunde bestätigen die konstruktivistischen Entwicklungsannahmen der gedächtnispsychologisch geprägten Grundlagenforschung zum metakognitiven Wissen. Zudem wird mit der Untersuchung des mathematischen metakognitiven Wissens in der Sekundarstufe der traditionelle Forschungsfokus inhaltlich erweitert. Das im Rahmen der Studie konstruierte Instrument zur Erfassung des mathematischen metakognitiven Wissens ermöglicht die Untersuchung weiterer, bislang offener Fragen auf dem Gebiet der metakognitiven Entwicklung.
Mathematica ist ein hervorragendes Programm um mathematische Berechnungen – auch sehr komplexe – auf relativ einfache Art und Weise durchführen zu lassen. Dieses Skript soll eine wirklich kurze Einführung in Mathematica geben und als Nachschlagewerk einiger gängiger Anwendungen von Mathematica dienen. Dabei wird folgende Grobgliederung verwendet: - Grundlagen: Graphische Oberfläche, einfache Berechnungen, Formeleingabe - Bedienung: Vorstellung einiger Kommandos und Einblick in die Funktionsweise - Praxis: Beispielhafte Berechnung einiger Abitur- und Übungsaufgaben
Mathematica ist ein hervorragendes Programm um mathematische Berechnungen – auch sehr komplexe – auf relativ einfache Art und Weise durchführen zu lassen. Dieses Skript soll eine wirklich kurze Einführung in Mathematica geben und als Nachschlagewerk einiger gängiger Anwendungen von Mathematica dienen. Dabei wird folgende Grobgliederung verwendet: - Grundlagen: Graphische Oberfläche, einfache Berechnungen, Formeleingabe - Bedienung: Vorstellung einiger Kommandos und Einblick in die Funktionsweise - Praxis: Beispielhafte Berechnung einiger Abitur- und Übungsaufgaben
In Janssen and Reiss (1988) it was shown that in a location model of a Weibull type sample with shape parameter -1 < a < 1 the k(n) lower extremes are asymptotically local sufficient. In the present paper we show that even global sufficiency holds. Moreover, it turns out that convergence of the given statistical experiments in the deficiency metric does not only hold for compact parameter sets but for the whole real line.
Mathematische Programme mit Gleichgewichtsrestriktionen (oder Komplementaritätsbedingungen), kurz MPECs, sind als äußerst schwere Optimierungsprobleme bekannt. Lokale Minima oder geeignete stationäre Punkte zu finden, ist ein nichttriviales Problem. Diese Arbeit beschreibt, wie man dennoch die spezielle Struktur von MPECs ausnutzen kann und mittels eines Branch-and-Bound-Verfahrens ein globales Minimum von Linearen Programmen mit Gleichgewichtsrestriktionen, kurz LPECs, bekommt. Des Weiteren wird dieser Branch-and-Bound-Algorithmus innerhalb eines Filter-SQPEC-Verfahrens genutzt, um allgemeine MPECs zu lösen. Für das Filter-SQPEC Verfahren wird ein globaler Konvergenzsatz bewiesen. Außerdem werden für beide Verfahren numerische Resultate angegeben.
In der vorliegenden Arbeit werden lineare Systeme elliptischer partieller Differentialgleichungen in schwacher Formulierung auf konischen Gebieten untersucht. Auf einem zunächst unbeschränkten Kegelgebiet betrachten wir den Fall beschränkter und nur von den Winkelvariablen abhängiger Koeffizientenfunktionen. Die durch selbige definierte Bilinearform genüge einer Gårdingschen Ungleichung. In gewichteten Sobolevräumen werden Existenz- und Eindeutigkeitsfragen geklärt, wobei das Problem mittels Fouriertransformation auf eine von einem komplexen Parameter abhängige Familie T(·) von Fredholmoperatoren zurückgeführt wird. Unter Anwendung des Residuenkalküls gewinnen wir eine Darstellung der Lösung in Form einer Zerlegung in einen glatten Anteil einerseits sowie eine endliche Summe von Singulärfunktionen andererseits. Durch Abschneidetechniken werden die gewonnenen Erkenntnisse auf den Fall schwach formulierter elliptischer Systeme auf beschränkten Kegelgebieten unter Formulierung in gewöhnlichen, nicht-gewichteten Sobolevräumen angewendet. Die für Regularitätsfragen maßgeblichen Eigenwerte der Operatorfunktion T mit minimalem positiven Imaginärteil werden im letzten Kapitel der Arbeit am Beispiel der ebenen elastischen Gleichungen numerisch bestimmt.