Mathematische Modellierung in MINT- Projekten

Transkript

1 Mathematische Modellierung in MINT- Projekten Martin Bracke, Forum für Begabtenförderung in Mathematik, Karlsruhe! Modellierungswoche und was kommt danach? Junior-Ingenieur-Akademie MINT Fraunhofer MINT-EC Math Talents 1

2 Definition Authentisches Problem (Bock, B. 2013) Ein authentisches Problem ist ein Problem, welches von einem Kunden gestellt wird, der eine Lösung erhalten will, die für die Kundenbedürfnisse anwendbar ist. Die Problemstellung ist weder gefiltert noch reduziert und ist in vollständiger Allgemeinheit ohne Manipulationen gestellt (d.h. gestellt wie gesehen ). 2

3 Faire Wertung im Laufladen-Cup Ein Projekt im Rahmen der Felix-Klein- Modellierungswoche

4 Aktuelle Wertung P i = t i t s Bsp: Läufer i ist Sieger t i = t s ) P i = = 300 (32 min, 300 P) (70.4 min, 0 P) 4

5 Aktuelle Wertung P i = t i Bsp: t s = 32,t i = 45 ) t s P i = 550 = (32 min, 300 P) (45 min, P) (70.4 min, 0 P) 5

6 Aktuelle Wertung P i = t i Bsp: t s = 36,t i = 45 ) t s P i = 550 = (36 min, 300 P) (45 min, P) (79.2 min, 0 P) 6

7 Aktuelle Wertung Vor- & Nachteile Einfache Berechnung: Daten der jeweiligen Ergebnisliste reichen aus Jeder kann seine Punkte selbst nachrechnen Sieger bekommt immer 300 Punkte Punktzahl immer abhängig von Siegerzeit Platzierung spielt keine Rolle, ausschließlich die Zeit individuelle Schwierigkeit einer Strecke geht nicht ein (negative Punktzahlen möglich) 7

8 Die neue Wertung - Berechnung t?m : t?s : durchschnittliche Zeit des Median-Läufers (5 Jahre) durchschnittliche Siegerzeit (5 Jahre) größere Unabhängigkeit von der Siegerzeit keine feste Punktzahl pro Strecke (eine neue Streckenbestzeit entspricht mehr als 300 Punkten) individuelle Bewertung jeder Strecke Umsetzung ab 2014 mit Webanwendung für Auswertung 8

9 Wahlpflichtfach MINT (JGS 7, 8 & 10) am Heinrich-Heine-Gymnasium Antrag für Junior-Ingenieur-Akademie der Telekom Stiftung in Kooperation mit Felix-Klein-Zentrum in 2010: Wahlpflichtfach MINT als Projektunterricht 3 Unterrichtsstunden pro Woche 3 Jahre Projektlaufzeit in der Mittelstufe Kern: authentisches MINT-Projekt Team-/Softskills-Training (TheoPrax) Kooperationspartner: Wissenschaft (Felix-Klein-Zentrum/TU Kaiserslautern) Industrie 9

10 Ziele des interdisziplinären MINT Unterrichts ROLLE DER MATHEMATIK AUTHENTISCHE PROBLEME VERNETZUNG DER MINT-FÄCHER DOKUMENTATION & PRÄSENTATION BEZUG ZU FIRMEN & INSTITUTIONEN 10

11 Junior-Ingenieur-Akademie: Projekte Start 2010/11: Standortplanung von Windrädern (M, Inf, Phy) Start 2011/12: Batterie, Akku und Brennstoffzelle die Suche nach dem Superspeicher (M, Inf, Ch) Start 2012/13: Bioakustik Automatisches Erkennen von Vogelstimmen (M, Inf, Bio, Phy), Tabletklasse Start 2013/14: Neugestaltung des Pfaff-Geländes in Kaiserslautern (M, Inf, Ek, Phy) Integrierte Kurse in Softskills Exkursionen Regelmäßige Präsentationen und Projektdokumentation Foto: Martin Bracke 11

12 JIA I: Standortplanung von Windrädern Fotos aus der Dokumentation der JIA I Screenshot Sat1-Dokumentation zur JIA I 12

13 JIA II: Batterie, Akku & Brennstoffzelle Die Suche nach dem Superspeicher Diagramme: Laden und Entladen einer Redox- Flow-Zelle (Creative Commons Lizenz) 13

14 JIA III: Bioakustik Automatisches Erkennen von Vogelstimmen Screenshot Audacity Foto: Martin Bracke Foto: Rheinpfalz vom

15 JIA IV: Restrukturierung des Pfaff- Geländes in Kaiserslautern Teilprojekt: Planung einer Elektrotankstelle Fotos: M. Bracke 15

16 Entwicklung der JIA (ab Schuljahr 2012/13) Doppelstunden mit flexibler Zeit-/Inhaltseinteilung, teilweise Teamteaching Ergebnissicherung durch Portfolio (Papier & E-Learning Plattform) NEU: Themenvorschläge von Schülerseite) Kleingruppenunterricht (Miniprojekte innerhalb des gemeinsamen Projekts) Medienkonzept: interaktive Whiteboards, Tablets! Fortbildung: TheoPrax-Fortbildungen für Lehrer Teamteaching/Lehrerteams (Lehrer + Berater)! Ausblick: Nachhaltigkeit: Schüler abgeschlossener JIAs als Berater in aktuelle JIAs einbeziehen (Enrichment-System) 16

17 Fraunhofer MINT-EC Math Talents Start Herbst 2011 (bundesweit 12 SuS, ebenso 12 Chemie Talents) Workshops zur Vermittlung von Theoriewissen (Mathematik, Wiss. Programmieren, Anwendungen) Verbindung von Theorie & Praxis (MINT-Labor) Vernetzung der Teilnehmer durch elearning-plattform Foto: Creative Commons Lizenz (Wikimedia) Fotos: Martin Bracke 17

18 Ein ganz normaler Arbeitstag... Fotos: Felix-Klein-Zentrum für Mathematik (Kaiserslautern) 18

19 Projektideen MINT-EC Talents 2014 Computergestütze Analyse von Strategien im Pool-Billard Smartes E-Bike Die ultimative GPS-Uhr Powered by MINT Wir bauen einen Drohnenschwarm Screenshots aus Software rubitrack 19

20 Unterstützung und Beratung von Schulen bei der Durchführung von MINT-Projekten 20

21 Noch Fragen? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Links: 21