20.04.2013

Mehrdeutigkeit bei der Abbildung dreidimensionaler Körper und Training des räumlichen Vorstellungsvermögen

Nicht jeder kann leicht die Lage eines Objektes im Raum auf ein Blatt Papier perspektivengetreu wiedergeben oder umgegekehrt anhand von maßstabs- und proportionsgetreuen zweidimensionalen Zeichnungen die Lage des Objekts im dreidimensionalen Raum erkennen.
Dafür braucht man künstlerische Fähigkeiten und eine gute räumliche Vorstellungskraft, die man auch mit etwas Übung steigern kann. Das Letztere werden wir heute hier ein bisschen versuchen unter Anwendung einiger Hilfsmittel der analytischen Geometrie (ein Koordinatensystem und Koordinaten zur eindeutigen Bezeichnung der Lage im Raum von Punkten).

Bei jeder zweidimensionalen Abbildung eines dreidimensionalen Körpers verliert man etwas Information, auch wenn die Zeichnung perfekt erstellt wurde. Dieser Informationsverlust kann Mehrdeutigkeiten bzw. optische Täuschungen verursachen. Die Abbildung eines durchsichtigen Würfels lässt zum Beispiel zwei Interpretationen zu:
Bei einer Sichtweise blicken wir von oben rechts (die grüne Würfelseite ist in diesen Fall die hintere Seite des Würfels) und bei der anderen von unten links auf den Würfel (die grüne Seite ist nun die vordere Seite des Würfels).
Es fällt einem nicht immer leicht, von einer Sichtweise in die andere umzuschalten.
Diese zwei Sichtweisen erkennt man vielleicht etwas besser, wenn der Würfel nur halbdurchsichtig ist:

Vorderseite: weiß - Hinterseite: grün                                   Vorderseite: grün - Hinterseite: weiß
Die punktierte Linien deuten verdeckte Kanten an.

und noch viel besser, wenn man den Würfel bzw. Einheitswürfel in ein rechtwinkliges Koordinatensystem plaziert und die Koordinaten einiger seiner Eckpunkte angibt:

Vorderseite: weiß - Hinterseite: grün                                         Vorderseite: grün - Hinterseite: weiß
Der Eckpunkt (000) liegt hinter der                                            Der rot eingetragene Diagonalvektor
halbdurchsichtigen weißen Vorderseite                               geht vom Urspung (000) zum Punkt (111)

Hier ein weiteres Beispiel, das sich auf dem selben Problem des Informationsverlustes basiert:



Man kann in diesem Fall ein oder zwei Würfel erkennen:



Koordinatenachsen, Koordinaten der Punkte und punktierte Hilfslinien erleichtern die Veranschaulichung eines dreidimensionalen Körpers in einer zweidimensionalen Zeichnung und entfernen Mehrdeutigkeiten. Sie ersparen aber einem nicht unbedingt das Weitertrainieren für ein besseres räumliches Vorstellungsvermögen. 

Weitere interaktive Trainingsübungen zum räumlichen Vorstellungsvermögen und zur Einführung in die analytische Geometrie kannst du auf der Blog-Seite Lin. Algebra Sek. II (Tabelle 2, Zeile 1) finden.

Zum Abschluss noch zwei lustige Bilder zu zweideutige Konstruktionen:


Durch die Perspektive getäuscht




14.04.2013

Mathetraining mit Gleichungssysteme


Wie viele rote Karos erfüllen die Gleichung?




Anschauungsvermögen
und
Kreativität
Ermittle v in höchstens drei Rechenschritte



Einfallsreiche
Kombinationsfähigkeit
Lineare Gleichungssysteme kann man systematisch mit dem gaußschen Eliminationsverfahren lösen


Abstraktion
Hier einige Lern- bzw. Übungsmaterialien zum gaußschen Eliminationsverfahren oder kurz Gauß-Verfahren:

Übung


09.04.2013

Welche Unterrichtsnotizen sind die besten?

Bart Simpson hat gerade gemerkt, dass er seine Mathenotizen verloren hat. Er hat überall gesucht und findet sie nicht. Er ist jetzt ganz verzweifelt, weil er sich nicht für die Mathearbeit zu lineare Gleichungssysteme vorbereiten kann ....

Das ist der schlimmste Tag meines Lebens

Sein Vater Homer hat es erfahren und gibt nun Bart einen guten Ratschlag.....

Der schlimmste Tag deines Lebens bis jetzt!

Es gibt immer einen Ausweg und in diesem Fall kann Bart relativ leicht aus der verzweifelten Situation rauskommen: es fehlen noch drei Tage bis zur Mathearbeit und er kann noch morgen Klassenkameraden darum bitten, ihm seine Notizen über Gleichungssysteme kurz auszuleihen, um sie zu fotokopieren.

Bart hat am nächsten Tag die Notizen von zwei Schulfreunde fotokopieren können (zwei weil er nicht ganz sicher war, ob seine Freunde immer im Unterricht aufpassen und richtig mitschreiben, obwohl einer von ihnen sogar versucht seine Notizen im Cornell-Stil zu machen).

Im folgenden wird ein Auszug der Notizen (auf deutsch!) seiner Freunde (Mark und Klaus) aufgeführt.
Welche meinst du sind die besten für die Vorbereitung auf die Mathearbeit? Und warum?

Notizen von Mark:


Notizen von Klaus:




Klaus hat seine Notizen im annähernd Cornell-Stil gemacht. (Mehr über das Cornell-Notizsystem auf diese englischen Wikipedia-Seite)
Findest du dieses Notiz-System praktisch?

Ratschlag: Versuche die Gründe für deinen Notizvorzug in deine eigene Unterrichtsnotizen anzuwenden.

Mit den eigenen gut gemachten Notizen lernt man am bestem!

08.04.2013

Wie kann ich meine Noten verbessern?










  1. Schreibe eine Überschrift: Datum der Unterrichtsstunde und die Bezeichnung des Themas.
  2. Notiere sauber die Hauptaussagen (Tafelaufzeichnungen, wichtige Erklärungen) und die Lösungsschritte der durchgeführten Übungen.
  3. Erlaube genügend Raum um spätere Ergänzungen und gegebenenfalls Korrekturen vornehmen zu können. 
  4. Lass einen Rand frei für spätere Anmerkungen oder Symbole zur Markierung von Besonderheiten (z.B. wichtig (!) oder verstehe nicht (?) oder Definition...), die dir das Nachlernen erleichtern werden und gegebenenfalls daran erinnern, den Lehrer am nächsten Tag über das was du nicht verstehst zu fragen.
  5. Trage die erteilte Hausaufgaben ein.
  6. Fertige deine Mitschrift vorzugsweise auf gelochten DIN-A4-Blättern an (für Mathe, Physik und Chemie am Besten kariertes Papier), die du dann gleich in der richtigen Reihenfolge in deine Mappe heften kannst. Dies hat den Vorteil gegenüber einem Heft für jedes Fach, dass du später noch ergänzende Informationsblätter geordnet hinzufügen kannst.
  7. Sehr nützlich für die Erstellung von übersichtliche Notizen zum effizienten Lernen und zur Wiederholung des Lernstoffs ist das Cornell-Notiz-System, das im folgenden Bild veranschaulicht wird: