Lambacher-Schweizer und der Strahlensatz

Der Strahlensatz in Klasse 9 ist in den letzten Jahren immer mehr zum Problem geworden: bei Aufgaben, in denen der Kartoffelbrei nicht vorgekaut war und man etwa selbständig eine Skizze machen musste, hatten die Schüler zunehmend Schwierigkeiten, um es mal vornehm auszudrücken. Glücklicherweise haben die Bildungsplaner (wie kann es sein, dass in einer Demokratie niemand weiß, wer das macht?) darauf reagiert und den Strahlensatz nach Klasse 8 geschoben (wo stattdessen der Satz des Pythagoras hingehören würde, weil dieser nämlich zur Einführung der  Quadratwurzeln passt). 

Der Band 8 des LS wurde für den Bildungsplan 2016 überarbeitet, folgerichtig kann man auch dem Autorenverzeichnis nicht ansehen, wer für die Änderungen in diesem Band zuständig ist, weil untern den Dutzenden von Autoren auch die stehen, die am entsprechenden Band von vor 20 Jahren mitgeschrieben haben. Dass die Einführung wohl recht schnell ging, kann man schon der Tatsache entnehmen, dass auf der zweiten Seite als Zusatzmaterial für LS Band 8 das Arbeitsheft LS 7 angepriesen wird. Ansonsten ist zu konstatieren, dass der Verlag keinen Lehrer gefunden hat, der über Physikkenntnisse verfügt, wie man sie früher auf der Hauptschule vermittelt hat - wie anders kann man sich die folgende Angabe auf Seite 77 erklären?

    1 cm\(^3\) Stahl wiegt ca. 7,9 g/cm\(^3\);

1 Satz, 2 Fehler. Setzen 6 hätte man das früher kommentiert.

Aber jetzt zum Strahlensatz, oder was die Autoren des LS sich darunter vorstellen. Den Strahlensatz können heutige Autoren in Deutschland anscheinend nur noch mit Hilfe der zentrischen Streckung beweisen, oder zumindest glauben sie das. Also beginnt das Abenteuer mit einer Definition der zentrischen Streckung:

Dazu ist so Einiges zu sagen. Zuerst gehört die Voraussetzung \( k > 0\) an den Beginn ("mit dem Streckzentrum S und dem Streckfaktor \( k > 0\)"), denn sonst ist Aussage (1) schon falsch, weil P' im Falle \( k < 0 \) nicht auf dem Strahl SP liegt, sondern auf dem entgegengesetzten. In (2) dagegen ist k > 0 überflüssig, weil Streckenlängen grundsätzlich positiv sind. Zweitens ist zu sagen, dass eine zentrische Streckung durchaus auch S auf einen Punkt abbildet, nämlich auf sich selbst; würde man das sagen, dann könnte man sogar zeigen, dass eine zentrische Streckung genau einen Fixpunkt hat, wenn nicht gerade k=1 ist.

Ein flüchtiger Blick auf die Skizze lässt einen im Text nach den Größen i und j suchen; die findet man dort aber nicht. Auch ist nicht klar, was das k in der Skizze überhaupt zu bedeuten hat - mir deucht, dass es sich dabei gar nicht um den Streckfaktor handelt. Was andererseits nicht schlecht ist, denn die Abbildung zeigt alles Mögliche, nur keine zentrische Streckung: R' müsste in einem solchen Fall 1,5 mal so weit von S wegliegen wie R, aber das ist nicht der Fall. 

 Weiter im Text:

"Man kann zeigen" heißt übersetzt "Das müsst ihr jetzt glauben". Mathe 5, Religion 1: selig wer glaubt, ohne zu sehen. Warum man das zeigen kann, aber nicht im LS, bleibt das Geheimnis der Autoren. Dass Geraden auf parallele Geraden abgebildet werden, gehört anscheinend nicht mehr zum Glaubensbekenntnis; allerdings ist schon der erste Satz des Beweises falsch: selbstverständlich gibt es Geraden g, deren Bild g' mit g einen Punkt gemeinsam haben, nämlich alle Geraden durch S. Und wenn es um eine zentrische Streckung mit k=1 geht, sogar alle Geraden. Hätte man sich über Fixpunkte bei zentrischen Streckungen unterhalten, wären die Ausnahmefälle klar zu benennen gewesen, und der Beweis wäre ein Kinderspiel: offenbar hat die zentrische Streckung in der Skizze zwei Fixpunkte, nämlich S und P. Also ist entweder S = P (Gerade durch S) oder k=1. 

Kommen wir jetzt zum eigentlichen "Beweis" des Strahlensatzes.

Natürlich gibt es, wenn g und h parallel sind, zentrische Streckungen, die g auf h abbilden. Sogar unendlich viele. Die helfen aber nichts, denn wir brauchen zentrische Streckungen, die P auf P' und Q auf Q' abbilden; wenn man diese vier Punkte nicht hat, bekommt man auch kein Streckzentrum S. Die Voraussetzungen sind also, dass es parallele Geraden PQ und PQ' gibt derart, dass PP' und QQ' sich in genau einem Punkt S schneiden. Und weil die Autoren offenbar Angst hatten, den Beweis zu versauen, haben sie ihn als Übungsaufgabe 15 an die Schüler delegiert. Vermutlich eine ihrer eher intelligenten Entscheidungen.

Wir halten fest: Zentrische Streckungen werden eingeführt, damit man den Strahlensatz beweisen kann. Ein Drittel des Beweises (Geradentreue) muss man glauben, ohne ihn sehen zu können, ein Drittel wird vorgeführt, aber mit Lücken und Fehlern, und das letzte Drittel ist Übungsaufgabe für Schüler. 

Wissenschaftler innen und außen

 Ich habe letztens in der Zeitung MINT Zirkel von Klett (Dezember 2021) geblättert - nichts Aufsehenerregendes, aber ordentlich gemacht, was bei Klett inzwischen was heißen will. Selbstverständlich wird dort korrekt gendersensibel durchdekliniert - Sprache verändert sich, wie manche Menschen gerne behaupten, in etwa so, wie sich 1933 Kaufgewohnheiten geändert haben, nachdem die Braunhemden mit etwas Druck von oben nachgeholfen haben. Und so heißt es da eben:

       Wenn wir so weitermachen, wird die Erde für uns unbewohnbar. Und dennoch bleiben wir                       Weltmeister*innen im Verdrängen und Zaudern.

Ich behaupte mal, dass die deutsche Sprache für uns unsprechbar wird, lange bevor der Planet vor die Hunde*/Hündinnen geht (inzwischen gibt es, so hört man immer häufiger, sogar Krankenschwesterinnen). Aber ich will auf etwas anderes hinaus. Ich habe mal die Wissenschaftler*innen herausgeschrieben, deren Resultate in dieser Zeitung vorgestellt werden. Voici: unter den Astronom*innen und Forscher*innen im Artikel "Neues aus der Milchstraße" kommen vor:

Sergey Khopershov (MPI Garching)

Tomas Ruiz-Lara (Instituto de Astrofisika de Canarias)

Chris Purcell (University of Pittsburgh)

In den andern Artikel sieht es auch so aus, als würden es vor allem Wissenschaftler*innen mit männlich klingenden Vornamen geben: John-Dylan Hayes, Timothy Pennings, Christoph Pöppe, Thomas Hoppe, Claas Wegner, Patrick Löffler usw. usf.

Lediglich eine Professorin hat sich in diese Reihe eingeschlichen: Ira Dietheim, Professorin für Didaktik an der Uni Oldenburg, die gerne möchte, dass man Schülern ab Klasse 4 Künstliche Intelligenz, wegen mangelnder Fachlehrer notfalls fachfremd, beibringt.

Ich sag's mal so: Die Frau spielt in ihrer eigenen Liga.

   

StäWiKo

 Ich habe kaum einen Artikel eines "Bildungsforschers" aus den letzten 20 Jahren gelesen, in dem das Heilmittel für den dahinsiechenden Mathematikunterricht nicht Lehrerfortbildung gewesen ist. Inzwischen haben wir Dutzende von Instituten, in denen die am Fließband promovierten Erziehungswissenchaftler und Psychologen  angestellt sind, um die Bildung zu vermessen, und eine StäWiKo, eine Ständige Wimpf-Kommission, die die Kultusministerkonferenz berät. Tatsächlich will die Kultusministerkonferenz, so die FAZ, "viel enger als bisher mit der Bildungsforschung an einer Verbesserung des Unterrichts arbeiten". Da wünschen wir ihnen viel Glück und gratulieren zu der Erkenntnis, dass das Hauptproblem in Sachen schlechte Schüler nicht etwa eine falsche Schulwahl, der miserable Bildungsplan oder die hundsmiserablen Lehrbücher sind, sondern die Lehrer, die, man wagt es kaum zu sagen, jetzt fortgebildet werden sollen. In einem 10-Jahresplan. So viel Zeit braucht man wohl, damit die Öffentlichkeit bis dahin vergisst, wer diesen Scheißdreck angeleiert und jährlich knapp 10 Mio Euro verböllert hat. 

Ziegen und Ziegenböcke

 Ich sollte wirklich in kein Schulbuch mehr schauen. Aber manchmal muss man die Dinger wegräumen und öffnet dann doch wieder eins. Diesmal war es Delta 9; da hat der Herr Goy, der Mathe.delta 11/12 für das Basisfach zusammengestellt hat, nicht als Autor, sondern nur als Berater seine Finger drin. 

Jetzt sollte man meinen, dass es nach 30 Jahren Ziegenproblem in Schulbüchern möglich sein sollte, wenigstens das Problem korrekt zu beschreiben. Stattdessen legt man den Schülern ein Kauderwelsch vor, das ich im Abitur mit Punktabzug bestrafen würde. Wer glaubt, dass Schülerinnen dadurch, dass man ihnen einen derartigen Text vorlegt, zu einem MINT-Studium angeregt werden, hat in einer Schule nichts verloren und sollte tunlichst auch die Finger davon lassen, schriftliche Spuren zu hinterlassen. Erstaunlich auch, dass der Spielleiter ebenso wenig gegendert ist wie die Ziege. Auch dass das Ziegenproblem eine Problemlösung sein soll, ist sprachlich Murks, mag aber als Freudscher Versprecher durchgehen, weil die anvisierte Lösung sehr wohl ein Problem ist.

 

Denn was die Aufgabe selbst angeht: Die Behauptung, dass der/die/das Teilnehmer drei Türen öffnen muss, bis am Ende das Auto als Gewinn erscheint, ist falsch. Aber man kann sich ja mal verzählen. Dann sind zuerst Nieten hinter zwei Türen, danach eine Ziege - was denn nu? 

Was sich nach all den Jahren ebenfalls herumgesprochen haben sollte, ist, dass die richtige Antwort vom Kenntnisstand und Verhalten  des Spielleiters abhängen: kennt er die richtige Tür, öffnet er immer eine zweite Tür, will er dem Kandidaten schaden? Lauter Fragen, von deren Antwort die Lösung des Problems abhängt. Aber eine mathematisch richtige Darstellung scheint zweitrangig zu sein, wenn man Genderdeutsch beherrscht. Oder befrauscht.

 

Klett zum letzten

Ein letztes Mal zu Kletts grausligem Machwerk. Schon letztes Mal haben sich die Autoren nicht entblödet, nach dem Abstand eines Storchs um 14:00 h zu einem anderen um 11:30 h zu fragen. Man will also nicht einmal mehr den Anschein erwecken, es könnte um ein reales Problem gehen. Das gilt auch für punktförmige Feen, die sich - man ahnt es schon - geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit durch Deutschland bewegen:

Auch hier scheint wichtig zu sein, dass t in Minuten gemessen wird, denn sonst stünde es ja nicht da. Vielleicht gehört diese Angabe ja aber auch zu einer ganz anderen Aufgabe?

Ich muss zugeben, dass ich keine Ahnung habe, wie man diese Aufgabe ohne zusätzliche Annahmen lösen soll. Eine Annahme, die sich aufdrängt, ist die, dass die Autoren keinen blassen Schimmer davon haben, was sie da eigentlich machen. 

Wichtig scheint ebenfalls zu sein, dass man sich einen punktförmigen Zeppelin vorstellen kann. Aus diesem Grunde gibt's ein Bildchen dazu:

Hier ist die Zeiteinheit nicht wichtig, sonst stünde sie wohl da. Auch die Längeneinheit sucht man vergeblich, ebenso wie einen Hinweis darauf, wo der Boden ist. Vielleicht gibt es aber auch keinen Boden - zumindest die Qualität der Bücher bei Klett und anderen Schulbuchverlagen wird ja neuerdings  auf einer nach unten offenen Skala gemessen.

Dass sich schneidende Geraden ohne Schnittpunkte auskommen können, ist auch so eine Neuheit:

Da die Stützvektoren hier keinerlei Rolle spielen, hätte man ja bei g und h den gleichen nehmen können und so vermieden, dass man sich blamiert. Aber das setzt die Fähigkeit zum Denken voraus. 

Die vielleicht grusligste Aufgabe aus einem heutigen Schulbuch in reality maths ist die folgende:

Ich kann mich dunkel daran erinnern, dass wir solche Aufgaben nicht in der Oberstufe, sondern in der Grundschule gerechnet haben. Und wir haben in der Regel, im Gegensatz zu den Autoren, das richtige Ergebnis erhalten.

Relativität der Gleichzeitigkeit

 Aus dem Arbeitsbuch Mathematik Oberstufe Analytische Geometrie von Klett.

Ohne Worte:

Zwei Flugzeuge fliegen geradlinig

 Ich kann diese Aufgaben über punktförmige Flugzeuge, die sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig fortbewegen, schon lange nicht mehr sehen. Aber den Murks, den Klett mir andrehen will, kann ich mit Worten kaum beschreiben:

Schon der erste Satz ist sinnfrei: "Zwei Flugzeuge fliegen über Deutschland und starten zum gleichen Zeitpunkt."  Was denn nun? Fliegen sie oder starten sie erst noch? Für die Aufgabe spielt das keine Rolle, weil wir Abiturienten darauf trainieren, die Geradengleichungen abzuschreiben und den Schnittpunkt zu bestimmen, und zwar unabhängig davon, wie der Schwachsinn eingekleidet ist. Die Flugbahnen stehen da; wenn s und r die ganzen reellen Zahlen durchlaufen, können wir daraus schließen, dass diese Flugzeuge nie gestartet sind, weil sie seit unendlichen Zeiten auf ihren Geraden unterwegs sind. Da tun sich Fragen auf: Wer hat sie vor Anbeginn der Zeiten aufgetankt, und wie wahrscheinlich ist es, dass sie sich im Jahre 2021 in derselben Galaxis im selben Planetensystem und dann auch noch über Deutschland treffen?

Normalerweise kann man sich bei diesem Typ Aufgaben darauf verlassen, dass die xy-Ebene den Boden beschreibt, etwa die Ebene, auf der sich die Startbahn befindet. Davon haben sich die Aufgabensteller (alle drei sind Lehrer am Wilhelm-Hausentein​-Gymnasium, zwei davon propagieren die Unterrichtsmethode des flipped-classroom) frei gemacht, außer das erste Flugzeug fliegt zurück in die Vergangenheit.  Dass die Flugbahn des ersten Flugzeugs die angegebene Form hat, enthält keinerlei Information, weil man jede Gerade mit dieser Gleichung beschreiben kann, wenn man sein Koordinatensystem geeignet wählt. 

Wenn sich die Gleichungen auf dasselbe Koordinatensystem beziehen, kann man in der Tat nachprüfen, ob sie sich schneiden. Das haben die drei Lehrer auch hingekriegt: s = 3 und t = 0. Die Flugbahnen kreuzen sich also. Und jetzt sollen wir prüfen, ob die Gefahr einer Kollision besteht. Natürlich besteht die, weil praktisch immer mehr als zwei Flugzeuge den deutschen Himmel durchfliegen und wir nur die Bahnen von zweien kennen. Gehen wir also davon aus, dass die beiden Flugzeuge gemeint sind. Die Lösung der Autoren ist einfach und klar: Weil die Flugzeuge den Schnittpunkt zu unterschiedlichen Zeiten durchfliegen (s = 3 und t = 0), besteht keine Kollisionsgefahr. 

Auf die Frage, wie doof man sein muss, um so etwas schreiben zu können, habe ich noch keine Antwort gefunden. Wir wissen nicht, ob die Längeneinheit km oder m oder mm sind, ob die Zeiten in Sekunden oder Millisekunden gemessen werden, ja nicht einmal, ob s und t dieselbe Einheit haben oder ob s=0 und t=0 denselben Zeitpunkt bedeuten. Es ist ja angesichts der Angabe, dass die beiden Flugzeuge zum gleichen Zeitpunkt starten, fast schon naheliegend, dass s = 3-t ist; allerdings würden die Flugzeuge dann auch am gleichen Ort starten. Für Flugzeuge im modernen Mathematikunterricht ist das vermutlich kein Problem.

Vielleicht ist der realitätsbezogene Unterricht ja doch das, was der Name suggeriert. Ein reality star ist ja auch kein Star in der Realität, und eine reality show enthält vieles, aber eben nichts aus der Welt, wie wir sie kennen. Man könnte das Schulfach, das immer noch den Namen Mathematik trägt, vielleicht demnächst in reality maths umtaufen. Klingt sexy und trifft den Nagel auf den Kopf.