Konzept für die Maßnahme: Computereinsatz im Mathematikunterricht der Sekundarstufe II in Schleswig-Holstein CIMS SH

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1 Ausgangssituation Konzept für die Maßnahme: Seite 1 von 9 Der Einsatz elektronischer Medien im Unterricht ist seit langem eine Forderung des Schleswig-Holsteinischen Lehrplans. Mit der Implementierung der Bildungsstandards, die einen verständigen und sinnvollen Einsatz von elektronischen mathematischen Werkzeugen fordern, und den kommenden Lehrplanänderungen im Zuge der Profiloberstufe und von G8 ist der Zeitpunkt gekommen, den Einsatz derartiger Werkzeuge einen deutlichen Schritt voran zu treiben. Zur Zeit gibt es in Schleswig-Holstein nämlich nur wenige Erfahrungen, was die Einbindung elektronischer Medien, die wie Graphikrechner und Taschencomputer mit integriertem Computer-Algebra-System (CAS) über den einfachen elektronischen Taschenrechner hinausgehen, betrifft, obwohl der Einsatz im Unterricht, in schriftlichen Prüfungen und sogar in der Abiturprüfung seit Jahren zulässig ist. Ein wesentlicher Grund für die Zurückhaltung der Lehrkräfte dürfte darin zu finden sein, dass der Einsatz der neuen Technologien eine Weiterentwicklung des Unterrichts in Richtung einer stärkeren Kompetenzorientierung und Individualisierung des Lernprozesses unvermeidbar macht, indem es den Schülerinnen und Schülern ein mächtiges Werkzeug in die Hand gibt, das sich nur durch konsequenten Einsatz in einem experimentellen, forschenden Unterricht amortisiert. Die Feststellung positiver Ergebnisse einer Integration elektronischer Medien, sowie die Erarbeitung von Materialien und Konzepten zum Thema würde verstärkend auf den unterrichtlichen Einsatz rückwirken und zu einer breiteren Akzeptanz dieser Medien führen. Von dem Hintergrund einer zunehmenden länderübergreifenden Kooperation mit Hamburg wäre ein dem Hamburger CAS-Projekt CIMS analoges Projekt CIMS-SH im Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Ressourcen und die ähnlichen Fragestellungen wünschenswert. Situation in Deutschland und Europa 1. Graphikrechner und CAS-Taschencomputer (=Taschencomputer mit Computer- Algebra-System, kurz CAS-TC) nehmen gemeinsam mit Tabellenkalkulationsprogrammen und dynamischer Geometriesoftware einen breiten Raum in der mathematikdidaktischen Diskussion ein. Eine stärkere Verbreitung wird seitens der pädagogischen Forschung befürwortet. Insbesondere die nach TIMSS und PISA geforderten Kompetenzen Modellieren und Problemlösen sollen mit Hilfe dieser Werkzeuge besser vermittelt werden.

2 Seite 2 von 9 2. Nachdem in der Mehrzahl der europäischen Länder derartige Hilfsmittel bereits standardmäßig im Unterricht eingesetzt werden (Beispiele für eine flächendeckende Einführung sind die Niederlande und Frankreich), stellen entsprechende Überlegungen auch eine Mehrzahl der deutschen Bundesländer an. In Baden-Württemberg wurde von den damaligen Projektbeteiligten die verpflichtende Einführung von CAS-Taschencomputern befürwortet, nach dem Veto der Schulträger hat man sich letztlich auf den Graphikrechner verpflichtend ab Klasse 11 am Gymnasium geeinigt. Der Einsatz von CAS ist Versuchsschulen vorbehalten, wobei jedes Gymnasium auf Antrag beim Kultusministerium Versuchsschule werden kann. Zur Zeit arbeiten etwa 10% der Schulen in der Oberstufe systematisch mit CAS-TC. Diese Schulen schreiben ein eigenes Zentralabitur. In Niedersachsen gab es für alle Mathematiklehrer verpflichtende Schulungen rund um den Einsatz eines Graphikrechners im Unterricht. Es wurde zudem eine Vielzahl von Unterrichtsmaterialien entwickelt. Auch waren die Schulbuchverlage frühzeitig mit eingebunden, so dass geeignete Lehrwerke zeitgerecht entwickelt werden konnten. Heute ist ab Klasse 7 die Verwendung mindestens eines Graphikrechners verbindlich, im Rahmen der Möglichkeiten der Schule wird CAS empfohlen. Zur Verstärkung dieser Entwicklung beginnt 2005 ein auf 5 Jahre terminiertes, breit angelegtes CAS-TC Projekt. (Calimero) In Thüringen darf jedes Gymnasium, soweit es die Finanzierung und Lehrerfortbildung sichert, CAS-TC ab Klasse 10 einsetzen. Rund 25% aller Gymnasien haben sich bislang für diesen freiwilligen Einstieg entschieden. Seitens des Kultusministeriums werden hierzu zwei verschiedene zentral gestellte Abituraufgaben angeboten. Auch in Mecklenburg-Vorpommern hat man den Schulen eine Übergangsfrist eingeräumt, während der es zwei verschiedene zentral gestellte Abiturprüfungen gibt. Ab 2008 ist allerdings für alle Schüler am Gymnasium CAS-TC im Abitur Pflicht. Sachsen nimmt weiterhin eine Vorreiterrolle ein. Ab dem Schuljahr 2005/06 wird ab der Klasse 8 am Gymnasium die Verwendung eines CAS verbindlich. Bayern führt aktuell einen Modellversuch zum Einsatz von CAS-TC beginnend ab Klasse 10 durch (M3). Hamburg führt mit Beginn dieses Schuljahres ein CAS Projekt durch. (CIMS) In Nordrhein-Westfalen wurde das Verwenden von Medien und Werkzeugen als eigene prozessbezogene Kompetenz in den neuen Lehrplan für die Sekundarstufe 1

3 Seite 3 von 9 aufgenommen. Der Einsatz von CAS ist hierbei in die vielfältigen Aktivitäten von Sinus- Transfer integriert, eine flächendeckende Einführung ist in Planung. Im Saarland wird CAS-TC im Rahmen des Projektes CASSIS evaluiert. Berlin bietet bereits bei der kommenden ersten Runde der zentralen Abiturprüfungen differenzierte Prüfungsaufgaben jeweils mit oder ohne CAS-Einsatz an. Ziele der Maßnahme CIMS S-H In dieser Maßnahme soll systematisch erprobt werden, wie der Einsatz von elektronischen Hilfsmitteln mit Schwerpunkt auf Taschencomputern mit Computer-Algebra-System (CAS- TC), die Qualität des Mathematikunterrichts in Schleswig-Holstein verbessern kann und welche Chancen und Möglichkeiten darin stecken. Zum einen sollen durch das CIMS-SH-Projekt belastbare Erkenntnisse über die Einsatzmöglichkeiten in Schleswig-Holstein gewonnen werden, zum anderen können die Ergebnisse mit denen anderer Bundesländer zusammengeführt werden, um zu einer weiter reichenden Abstimmung zwischen den Bundesländern zu gelangen. Ab September 2006 startet ein Schulversuch in Klasse 11, in dem der Einsatz von CAS-TC erprobt wird. Die Zulassung der Technologie im Zentralabitur 2008 ist gewährleistet. Auf der Grundlage der gewonnenen Erfahrungen sollen Fragen wie die verbindliche Einführung entsprechender Technologien und eine Ausdehnung ihres Einsatzes auf die Klassen der Sekundarstufe I ausgedehnt werden. Sinnvoll wäre der Einsatz in Klasse 8 spätestens in 2011, also zum Zeitpunkt, an dem der erste G8 Durchgang die achte Klasse erreicht. Der Einsatz von elektronischen Hilfsmitteln im Mathematikunterricht ist kein Selbstzweck. Er dient neben einer größeren Visualisierungsmöglichkeit vielmehr dazu, durch Entlastung von Routinen die Möglichkeit zu bieten, anwendungsorientierter und sinnhafter zu unterrichten und den Blick auf das Wesentliche zu schärfen. Inhalte werden in anderer Weise als bislang akzentuiert und insbesondere die Methoden im Richtung auf einen stärker schülerzentrierten Unterricht verändert. Das hat auch eine Veränderung von Klassenarbeiten und Klausuren zur Folge. Deshalb unterscheiden sich Abituraufgaben mit (intensivem) Computer- oder CAS- TC-Einsatz von denen ohne einen derartigen Einsatz (nicht in allen, aber in einigen wesentlichen Teilaufgaben) 1. Für zukünftige Fortbildungsveranstaltungen sollen aus den am Projekt beteiligten Schulen geeignete Multiplikatoren hervorgehen. 1 Vgl. H. Knechtel und W. Weiskirch: Abituraufgaben mit Grafikrechnern und Taschencomputern, Schroedel Verlag

4 Unterstützung durch CASIO und TEXAS INSTRUMENTS Die beiden genannten Firmen sind momentan die einzigen Hersteller der CAS- Seite 4 von 9 Taschencomputer. Sie sind bereit, das CIMS-SH-Projekt, wie auch schon das Hamburger CIMS-Projekt, durch kostenlose Bereitstellung von Taschencomputern für die Projektschulen in erheblichem Maße zu unterstützen. Struktur der Maßnahme Wir empfehlen die Maßnahme nach einer der beiden unten aufgeführten Varianten zu organisieren: - Im ersten Jahr werden in einer Klassenstufe Materialien erarbeitet, ausprobiert und eventuell anschließend überarbeitet (erste Phase). - Auf den Erfahrungen des ersten Jahres wird im nächsten (dem zweiten) Jahr aufgebaut und die Materialien des ersten Jahres werden in der gleichen Klassenstufe benutzt und eventuell wieder überarbeitet. - Im dritten Jahr schließlich stehen genügend Erfahrungen und Materialien aus den ersten beiden Jahren zur Verfügung. Darauf aufbauend kann dann landesweit der CAS- TC-Einsatz in dieser Klassenstufe vorgesehen werden. 2006/ / / / Phase Erarbeitung und erste Erprobung Klasse 11 Klasse 12 Klasse Abiturprüfung mit CAS-Einsatz für alle Versuchsschulen 2. Phase Überarbeitete Materialen werden erprobt Klasse 11 Klasse 12 Klasse Abiturprüfung mit CAS-Einsatz für alle Versuchsschulen

5 2) Technologieeinsatz: Was wird erprobt? Seite 5 von 9 Beim Modellversuch sollen die Klassen 11 mit einem CAS-TC, zum Beispiel den TI-Modellen Voyage 200 oder TI-89 Titanium oder dem Casio-Modell Classpad ausgestattet werden. Beide Systeme sind mit einer dynamischen Geometriesoftware und einem Tabellenkalkulationsprogramm ausgestattet, verfügen damit also über die für einen modernen Mathematikunterricht erforderlichen Basisprogramme. Vorteile: - Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit Taschencomputern mit CAS, die nur etwas größer sind als normale Taschenrechner und auf denen ein Großteil der benötigten Software vorhanden ist. - Die Schülerinnen und Schüler haben die Taschencomputer ständig zur Verfügung und benutzen sie, wann immer sie es für notwendig erachten. Das Werkzeug wird damit zu einem natürlichen Werkzeug. Der Gang in den Computerraum ist immer von eine gewissen Künstlichkeit geprägt. - Gruppenarbeiten sind besser organisierbar und das Arbeiten zu Hause wird erleichtert. - Der Einsatz von Mathematiksoftware muss nicht langfristig geplant werden und ist nicht von der Verfügbarkeit von Computerräumen abhängig sondern nur von inhaltlichen Notwendigkeiten. Insbesondere bei Klausuren gibt es keine Probleme dadurch, dass nicht jeder Schüler einen Computer für sich zur Verfügung hat. Im Hamburger CIMS-Projekt arbeiten einige Schulen mit den Taschencomputern, während andere Schulen am PC arbeiten. Ob diese Möglichkeit auch bei CIMS S-H eingeräumt werden soll, wird zu prüfen sein. In der Maßnahme CIMS S-H soll nicht nur die Umsetzung von einem Mathematikunterricht mit einem verstärkten CAS-Einsatz erprobt und erarbeitet werden. Es soll darüber hinaus auch die Praktikabilität der Rechner - besonders auch mit Blick auf die Profiloberstufe - im Hinblick auf deren verbindlichen Einsatz im Mathematikunterricht, wie das bereits in einigen Bundesländern vorgehen ist, getestet werden. Wissenschaftliche Begleitung CIMS wird in Hamburg von Frau Prof. Dr. Bruder von der TU Darmstadt AG 11 (Fachdidaktik der Mathematik) wissenschaftlich begleitet. Da hier bei ähnlicher Fragestellung ein ähnliches Projekt evaluiert wird, ist es überlegenswert, auf eine erneute, komplette Evaluation des prin-

6 Seite 6 von 9 zipiellen Einsatzes von CAS-TC in Schleswig Holstein zu verzichten und lediglich auf regionale Fragestellungen einzugehen. Frau Prof. Dr. Bruder arbeitet dabei einerseits mit der Abteilung Qualitäts- und Standardsicherung des Landesinstituts in Hamburg zusammen. Gemessen wird die Akzeptanz bei Lehrern und Schülern, Veränderungen beim Problemlöseverhalten sowie das Basisverständnis von händischer Mathematik. Darüber hinaus wirkt Frau Prof. Bruder bei der Entwicklung und Durchführung eines Erarbeitungs- und Fortbildungskonzepts mit. Organisation An der Maßnahme sollten zwischen 5 und 10 Schulen beteiligt sein, wobei zu klären ist, wie die Ausstattung durch die Hersteller aufgeteilt werden kann. An den beteiligten Schulen sollen in der Klasse 11 zwei parallele Kurse an der Maßnahme teilnehmen, in der Klasse 12 und 13 ist zu klären, ob entweder je ein Grund- und ein Leistungskurs bzw. zwei Grundkurse oder zwei Leistungskurse an der Maßnahme teilnehmen. Im Flächenstaat Schleswig-Holstein ist es empfehlenswert das Projekt in (zwei) Regionalgruppen aufzuteilen. Für jede Region sollte zumindest ein Koordinator bestimmt werden, der verantwortlich für die Kommunikation und Abstimmung mit den Projektbeteiligten ist. Darüber hinaus sollte an jeder Schule eine projektverantwortliche Person benannt werden, die die Bedürfnisse und Belange der Schule repräsentiert. Die Einbindung des IQSH wird mit diesem zu klären sein. Was wird von den Schulen und den beteiligten Lehrerinnen und Lehrer erwartet? Bei den beteiligten Schulen soll jeweils die ganze Fachschaft (und nicht nur einzelne Lehrer) hinter dem Versuch stehen. Schulleitungen sollen sich verpflichten, besonders interessierte Kollegen in den entsprechenden Kursen für die Dauer der Maßnahme einzusetzen. Insbesondere müssen sich genügend Kolleginnen und Kollegen am Anfang der Maßnahme bereit erklären, als Erprobungslehrer daran teilzunehmen. Außerdem erscheint es sinnvoll, dass zumindest die beteiligten Kolleginnen und Kollegen der ersten Phase über Erfahrungen im Umgang mit elektronischen Hilfsmitteln im Mathematikunterricht verfügen. Die Schulen sollen sich verpflichten, an dem gesamten Zeitraum an dieser Maßnahme teilzunehmen. Die beteiligten Lehrerinnen und Lehrer haben einerseits die Aufgabe, sich selbst qualifizieren zu lassen, d. h. an entsprechenden Fortbildungen und an Treffen zum Erfahrungsaustausch teilzunehmen.

7 Seite 7 von 9 Andererseits sollen die Kolleginnen und Kollegen Materialien (Arbeitsblätter, Aufgabenbeispiele, Klassenarbeiten, usw. ) erarbeiten und/oder vorhandene Materialen auf ihre Einsetzbarkeit zu überprüfen und ihre Erfahrungen weitergeben. Bei der Fortbildung sowie bei der Materialerstellung und Sammlung besteht die Möglichkeit nach Absprache mit Frau Prof. Dr. Bruder die für das Hamburger CIMS Projekt zur Verfügung gestellte Unterstützung teilweise mit in Anspruch zu nehmen. So führt Frau Prof. Bruder beispielsweise eigene Seminarveranstaltungen, teilweise auch online, an denen sich Schleswig-Holstein in Absprache mit dem IQSH beteiligen könnte. Auch ein Austausch der Materialien zwischen den beiden Projekten kann durch die bereitgestellte Internetplattform unterstützt werden. Fortbildungskonzept Die Ausbildung der beteiligten Kolleginnen und Kollegen soll die folgenden drei Module enthalten: Erwerbung von technischen Kompetenzen im Umgang mit dem CAS Zielvorstellungen für einen modernen Mathematikunterricht erarbeiten und Aufgabenformate entwickeln Methodenkompetenzen für den Unterricht wie auch Moderations- und Beratungskompetenzen erwerben An Fortbildungsveranstaltungen sind für die Kolleginnen und Kollegen halbjährliche Treffen der beteiligten Kolleginnen und Kollegen sowie zwei Kompaktveranstaltungen pro Jahr am Wochenende (Freitag-Sonnabend) vorzusehen. Diese dienen auch zum Austausch ihrer Erfahrungen. Bei der Ausrichtung dieser Fortbildung kann auf die Kompetenz und die Ressourcen von T³ (siehe Seite 9) nach Absprache zurückgegriffen werden. Eine erste Kompaktveranstaltung soll noch im Schuljahr 2005/2006 stattfinden, damit die Kolleginnen und Kollegen gut vorbereitet in das nächste Schuljahr gehen können. Diese Kompaktveranstaltung beinhaltet eine Einführung in die Benutzung der Hardware, aber vor allen Dingen eine Entwicklung einer Zielvorstellung für die Maßnahme sowie einer Zeitplanung. Die Kolleginnen und Kollegen der zweiten Phase sollen erproben, inwieweit sie mit den erstellten Materialien zurechtkommen. Zusätzlich werden für sie auch Fortbildungen angeboten.

8 Ressourcen Konzept für die Maßnahme: Seite 8 von 9 Für die Aufgabe der Koordination und der inhaltlichen Unterstützung durch Fortbildungen und Unterrichtshospitationen müssen Entlastungen zumindest für die Koordinatoren der Regionalgruppen für die Dauer der Maßnahme gewährleistet werden. Es ist wünschenswert Ihnen eine noch zu bestimmende Stundenzahl auf ihr Deputat im gleichen Schuljahr anzurechnen. Eine Entlastung auch der Projektverantwortlichen an den Schulen ist empfehlenswert. Wie findet man Schulen? Es müsste möglichst bald, spätestens bis Ende März 2006, eine offizielle Ausschreibung für Schulen geben, die sich für die Teilnahme an der Maßnahme teilnehmen möchten. Der Zuschlag sollte möglichst am Anfang des zweiten Schulhalbjahres erfolgen, damit eine genügend lange Vorbereitungszeit ermöglicht wird. Zu klären Bevor die Maßnahme weiter im Detail ausgearbeitet wird und entsprechende Schritte eingeleitet werden sollen, werden die folgenden Fragestellungen zu klären sein: Wenn in der Klasse 11 begonnen wird, wie kann bei einem Kurssystem der Fortbestand der Projektgruppe garantiert werden? Welche Kurse werden in Klasse 12 am Projekt teilnehmen (Leistungskurse, Grundkurse, je ein Leistungs- und ein Grundkurs?) Wie soll die Kooperation mit CIMS in Hamburg aussehen, zum Beispiel bzgl. Materialentwicklung, Fortbildungen und wissenschaftlicher Begleitung? Wie viele Schulen sollen am Projekt teilnehmen? Wie soll die Koordination im Projekt aussehen? Soll es Regionalgruppen geben? Wird das IQHS an der Koordination beteiligt? Gibt es Entlastungsstunden für die am Projekt teilnehmenden Lehrkräfte? Welche Beiträge können Sponsoren der Industrie, das Kultusministerium, das IQSH leisten?

9 Anhang: Vorstellung des Projektpartners T³ Seite 9 von 9 T³ ist eine Abkürzung für Teachers Teaching with Technology. Dahinter verbirgt sich eine internationale non-profit Organisation, deren Ziel es ist, Lehrerfortbildung zum Einsatz von neuen Medien im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht zu organisieren. T³ hat in Deutschland seinen Sitz am Zentrum für Lehrerbildung an der Universität Münster. T³ wird bundesweit durch ein Netzwerk von rund 500 Referenten getragen, die die Fortbildungen durchführen und Unterrichtsmaterialien entwickeln. Die Fortbildungen werden hinsichtlich Zeit, Ort und Themen individuell nach den Wünschen der Teilnehmer organisiert. Dies gilt insbesondere bei den schulinternen Fortbildungen. Daneben bietet T³ in fast allen Bundesländern eintägige Regionaltagungen als Querschnittsveranstaltungen an. Texas Instruments unterstützt die Arbeit von T³ seit 1997 im Rahmen eines Drittmittelprojektes finanziell und materiell, z.b. durch die Bereitstellung von Leihgeräten für Fortbildungen. Weitere Informationen: Westfälische Wilhelms-Universität Münster Zentrum für Lehrerbildung Robert-Koch-Str Münster Tel.: 0251/ Fax: 0251/ t3.info@uni-muenster.de Internet: Ansprechpartner für T³ Schleswig-Holstein: Dr. Karl-Heinz Keunecke Gorch Fock Str Kiel Tel.: 0431/ Fax: 0431/ kh.keunecke@keukiel.de