Das Forschungsteam hat in 85 Mathematikklassen der Sekundarstufe 1 die mathematische Unterrichtseinheit zum Thema „quadratische Gleichungen“ begleiten. Um ein ganzheitliches Bild des Mathematikunterrichts zu gewinnen und Unterrichtsmerkmale mit dem Lernerfolg der Schülerinnen und Schüler in Verbindung setzen zu können, werden Videoaufzeichnungen des Unterrichts mit Leistungstests, Befragungen der Schülerinnen und Schüler sowie der Lehrkräfte verknüpft (Projekt).
Im Fokus des Unterrichts stehen Potenzsätze und negative Exponenten. Zu Beginn der Unterrichtsstunde singt die Klasse ein Begrüßungslied. Dann wiederholen sie die Inhalte der letzten Unterrichtsstunde zum Thema Potenzsätze. Im Plenum halten sie fest, für welche Gültigkeitsbereiche sie die Potenzsätze betrachtet und angewandt haben. Sie wiederholen, dass sie die Basis aus reellen Zahlen bilden und die Exponenten aus positiven natürlichen Zahlen. Dann führt die Lehrkraft die Erweiterung des Gültigkeitsbereichs des Exponenten als neues Thema ein. Hierzu notiert sie zunächst die bekannten Gültigkeitsbereiche an der Tafel. Die Klasse wiederholt dann ihre Kenntnisse zu Zahlenmengen. Hierauf aufbauend leiten sie einzelne Schritte zur Erweiterung des Gültigkeitsbereichs des Exponenten ab. Die Lehrkraft hält die einzelnen Schritte an der Tafel fest. Zu jedem Schritt erarbeitet die Klasse unter Beachtung der Gültigkeit der Potenzsätze eine Definition der Zahlenmenge. Gemeinsam betrachten sie Beispielterme zu den einzelnen Definitionsschritten der Zahlenmengen. Zur Übung der Anwendung schreibt die Lehrkraft eine Beispielaufgabe an die Tafel, die die Klasse gemeinsam löst. Sie formen den Term mit dem negativen Exponenten mittels Kehrbruch um und wenden den vierten Potenzsatz auf den Term an. Im letzten Stundendrittel erarbeitet die Klasse hierauf aufbauend einen rechnerischen Beweis für die Gültigkeit der Potenzsätze. Hierzu nutzen sie ihre Kenntnisse zur Anwendung der Potenzsätze auf natürliche Exponenten sowie die zuvor erarbeiteten Definitionen. Hiervon leiten sie zunächst die Regeln für die negativen Exponenten ab. Dann stellen sie den mathematischen Beweis auf, in dem sie die Potenzsätze auf Terme mit negativen Exponent anwenden. Zum Abschluss erteilt die Lehrkraft die Hausaufgaben. (DIPF/kw)
