Mathematik im Beruf Eine empirische Untersuchung www.mathematik-im-beruf.de von Matthias Heidenreich Ein Projekt des Regierungspräsidiums Karlsruhe Abt. 7, Schule und Bildung 1. Zielsetzung.......................................................................................................................... 3 1.1. Ausgangssituation ....................................................................................................... 3 1.2. Intention ...................................................................................................................... 3 1.3. Rahmenbedingungen ................................................................................................... 4 2. Gewinnung von Daten ........................................................................................................ 5 2.1. Onlinebefragung .......................................................................................................... 5 2.2. Fragebogen .................................................................................................................. 5 2.3. Teilnehmer .................................................................................................................. 6 2.4. Interviews .................................................................................................................... 6 3. Ergebnisse Fragebogen...................................................................................................... 8 3.1. Teilnehmer .................................................................................................................. 8 3.2. Ausbildung und Beruf ................................................................................................. 8 3.3. Benötigte Mathematik im Beruf .................................................................................. 9 3.4. Schulmathematik und Beruf ...................................................................................... 12 3.5. Korrelationen ............................................................................................................. 16 4. Interviews ......................................................................................................................... 19 4.1. Fallstudie 1 ................................................................................................................ 19 4.2. Fallstudie 2 ................................................................................................................ 20 4.3. Fallstudie 3 ................................................................................................................ 21 4.4. Fallstudie 4 ................................................................................................................ 22 5. Zusammenfassung ............................................................................................................ 23 Literatur ............................................................................................................................... 24 Internetquellen ..................................................................................................................... 25 Anhang ................................................................................................................................. 27 A) Fragebogen .................................................................................................................. 27 B) Antworten Frage 3c).................................................................................................... 34 C) Antworten Frage 3f) .................................................................................................... 37 D) Antworten Frage 3h) ................................................................................................... 39 2 1. Zielsetzung 1.1. Ausgangssituation „Die Konzeption mathematischer Grundbildung ist einer Komplementarität von Anwendungsorientierung und Strukturorientierung verpflichtet„1. Das bedeutet, anwendungsbezogenes Arbeiten allein, nur motiviert durch die vordergründige Brauchbarkeit, kann mathematisches Wissen nicht ins Allgemeine hinein vertiefen. Umgekehrt bleiben mathematische Strukturen ohne Bindung zu Anwendungen, Bildern, Kontexten für Schüler oftmals leere Hüllen. Mathematik als Unterrichtsfach muss sich zudem am allgemeinen Bildungsauftrag des Gymnasiums orientieren. Eine der wesentlichen Forderungen dieses Auftrages ist Lebensvorbereitung und Weltorientierung. Hierzu gehört auch eine Vorbereitung auf Studium, Weiterbildung und Beruf. Ein Teil hiervon bezieht sich auf propädeutische Vermittlung von Begriffen und Verfahren, welche im tertiären und beruflichen Bereich eine verbreitete Anwendung finden. Während gemeinhin zwar die Bedeutung von Grundlagen der Mathematik für eine erfolgreiche Berufsausübung und Lebensbewältigung nahezu unbestritten ist, kann Schule diese oftmals nicht nachhaltig aufzeigen. Trotz immenser Bemühungen und Reformen bzgl. dieses Aspektes haftet Mathematik in der öffentlichen Meinung noch immer der Ruf von Nutzlosigkeit und Realitätsferne der Beispiele an. Mit Kritik am vergangenen und heutigen Unterricht wird nicht gespart, verbunden mit der monotonen Forderung nach mehr Lebensnähe. Betrachtet man das Problem historisch so muss man feststellen, dass sich seit den Meraner Reformen zu Beginn des 20. Jahrhunderts der heutige Mathematikunterricht in einer wahren Renaissance der Anwendungen befindet2. So werden heute gar die Stimmen wieder lauter, die gar schon die Waage im Ungleichgewicht sehen und einen Korrekturbedarf anmelden. Jeder Lehrende, der schon einmal versucht hat ein reales Problem der Arbeits- oder Lebenswelt in den Mathematikunterricht zu transferieren, hat einige Hürden zu meistern: Verfremdungen, unzulässige Vereinfachungen, Überforderung der Schüler, fehlende Sachkenntnis, fehlende Aktualität usw. Zudem ist ein weiterer Umstand hinderlich. Lehrende an Gymnasien haben selten Erfahrungen oder umfangreiches Wissen über fächerspezifische Anforderungen innerhalb der Arbeitswelt. Beispiele hieraus werden notgedrungen aus Lehrbüchern übernommen oder in unzutreffender Weise abgeändert. 1.2. Intention Eine Untersuchung der tatsächlich verwendeten Mathematik in beruflichen Tätigkeiten erscheint sinnvoll und notwendig. Ähnlich gelagerte Untersuchungen wurden in der Vergangenheit vor allem in der Berufsfeldforschung im Sinne einer Evaluation von Lerninhalten einzelner Berufe gemacht. So findet man beispielsweise in Lehrplänen von beruflichen Schulen für einzelne Lehrberufe Auflistungen für die in diesem Beruf notwendigen Mathematikkenntnisse3. 1 H. Winter in [19] G. Kaiser in [12] 3 Lehrpläne neue Berufe, z.B. unter http://www.lernfelder.schule-bw.de/download/index.html 2 3 Diese wurden meist von Institutionen aus der beruflichen Bildung oder von der Industrie im Sinne einer Qualitätssicherung erstellt und evaluiert4. Bei all diesen Untersuchungen fehlt aber vorwiegend der Bezug zur Schulform Gymnasium. Das ist umso verwunderlicher, da Abgänger von gymnasialen Bildungseinrichtungen zwar oft ein Studium anschließen, in diesem aber nicht zwangsläufig eine mathematische Vertiefung stattfindet. Die Beantwortung der folgenden Leitfragen soll helfen, die Verwendung von Mathematik im beruflichen Tätigkeitsfeld und den Einfluss der Schule darauf zu klären: a) Welche Bedeutung hat Mathematik zur erfolgreichen Ausübung des Berufs? b) In welchen Berufsbildern kommen mathematische Inhalte verstärkt vor? c) Welche Inhalte sind das? Werden diese Inhalte in der Schule (ausreichend) behandelt? d) Handelt es sich hierbei um tatsächliche Inhalte, Methoden oder fundamentale Ideen? e) Auf welchem Anforderungsniveau geschieht dieses im Beruf? f) Wie real sind so genannte anwendungsorientierte Aufgaben in der Schule? Das Projekt soll zunächst eine deskriptive Untersuchung sein. Anschließen soll sich an die Befragung eine retrospektive Ex-Post-facto-Untersuchung5. Das heißt, erst nach der Erhebung werden mögliche Zusammenhänge dargestellt und nach Ursachen hierfür geforscht. In einer späteren Phase können dann Schlüsse und Konsequenzen aus den gewonnenen Ergebnissen folgen oder entsprechende Nachfolgeuntersuchungen anregt werden. Mit Einführung des achtjährigen Gymnasiums treten an die Stelle von Lehrplänen zielorientierte Bildungsstandards, welche zu 30% von den Schulen festgelegt werden. Im Idealfall kann die Untersuchung auch hier eine Entscheidungshilfe für die Auswahl bestimmter Standards sein. Falsch verstanden wäre die Intention der Untersuchung dahingehend, dass eine alleinige Verwertbarkeit in künftigen Berufen zu einer Auslese oder Aufwertung bisherigen Stoffes führen soll. Reine und damit anwendungsfreie Mathematik muss weiterhin im Sinne von Humboldt ihren festen Platz im Mathematikunterricht haben. Diese Rolle wird aber umso weniger Ziel von Diskussionen sein, wenn der anwendungsbezogene und direkt verwertbare Teil der Schulmathematik seinem Anspruch auch gerecht wird. 1.3. Rahmenbedingungen Die Gesamtleitung und Federführung für das Projekt liegt beim Regierungspräsidium Karlsruhe, Abteilung 7 (Schule und Bildung). Mit der Durchführung des Projektes wurde Herr StD Heidenreich, Fachberater für Mathematik mit Schwerpunkt Kooperation mit der Wirtschaft betraut. Das Projekt startete im Frühjahr 2005 und soll bis zum Sommer 2007 vorerst beendet sein. Geographischer Schwerpunkt der Untersuchung ist der Regierungsbezirk Karlsruhe. Schwerpunkt der Untersuchung sollen Berufe sein, welche eine allgemeine Hochschulreife voraussetzen. 4 Bundesinstitut für Berufsbildung (BIBB): http://www.bibb.de/de/ 5 In der empirischen Forschung wird auch der Begriff ‚Korrelative Studie’ verwendet. 4 2. Gewinnung von Daten 2.1. Onlinebefragung Als ökonomische Erhebungsmethode wurde eine Online-Befragung von Berufstätigen als sinnvoll erachtet Die Umfrage samt Auswertung wurde komplett internetbasiert durchgeführt, womit sich der Aufwand im Gegensatz zu Papierfragebögen deutlich verringert. Ein weiterer Vorteil dieses Instruments ist die adaptive Frageführung, d. h. auf Basis von bereits erfassten Antworten (so genannte Filter), werden weitere Fragen angepasst oder ausgeblendet. Dies erhöht in der Regel die Akzeptanz der Teilnehmer und reduziert die Abbrecherquote. Bedacht werden müssen bei dieser speziellen Art der Befragung die Besonderheiten des Mediums Internet bei der Erstellung der Fragebögen hinsichtlich Layout, Länge, und Motivation der Teilnehmer6. Die Fragebögen wurden mit Hilfe einer professionellen Umfragesoftware7 konzipiert und mittels Excel ausgewertet. Zugang zu der Befragung und eine umfassende Information über das gestartete Projekt war über eine eigens geschaffene Internetseite8 gegeben. Innerhalb der ersten Monate wurde ein Fragebogen entwickelt und speziellen Testpersonen vorgelegt. Aufgrund des Auswahlverhaltens der Testpersonen und einzelner Rückmeldungen wurde der Fragebogen an bestimmten Stellen optimiert, einzelne Fragen umformuliert oder gestrichen. Beispielsweise konnte bei der Auswertung festgestellt werden, an welcher Stelle der Befragung ein Tester die Befragung abbrach. Eine Häufung war z. B. dort festzustellen, an welcher personenbezogene Daten (Email-Adresse) erfragt wurden. Ein deutlicherer Hinweis auf Datenschutzbestimmungen sowie eine Klarstellung auf die Intention der Befragung erzielte hier Abhilfe. 2.2. Fragebogen9 Auf der Startseite werden die Teilnehmer auf Datenschutzbestimmungen und Besonderheiten bei der Beantwortung hingewiesen. Die Identifikationsitems beschränken sich auf Alter, Geschlecht und Emailadresse (für Rückfragen und spätere Interviews notwendig). Auf der folgenden Seite sollen die Befragten Angaben zu ihrer Schullaufbahn und ihrem ausgeübten Beruf machen. Den eigentlichen Kern der Erhebung bilden die Fragen zur benötigten Mathematik im Beruf. In einem ersten Abschnitt wird hier die Bedeutung von Mathematik zur Ausübung des Berufs quantifiziert. Diese wird im Anschluss durch eine semantische Matrix mit anschließender offener Antwortmöglichkeit spezifiziert. Ähnlich strukturiert ist der Abschnitt, in dem die Teilnehmer den Einfluss und die Bedeutung der in der Schule erfahrenen Mathematik für ihre berufliche Tätigkeit einschätzen sollen. Zunächst wird anhand einer Skala erfragt, wie nützlich die Berufstätigen die Schulmathematik retrospektiv beurteilen. Im Folgenden wird versucht festzustellen, ob und wie viel Anwendungsbeispiele im jeweiligen Schulunterricht vorkamen. Wird diese Frage mit 6 Optimierung von www-Umfragen: http://www.globalpark.de/de/mydocs/Artikel_Optimierung_www_umfragen.pdf Online-Befragungssoftware für Hochschulen, Universitäten und Forschungseinrichtungen: www.unipark.de 8 Internetseite des Projektes: www.mathematik-im-beruf.de 9 Die Endfassung des Fragebogens ist im Anhang zu finden 7 5 mindestens ‚manchmal’ beantwortet, so sollen die Probanten hierzu ein Beispiel nennen. Abschließend sollen die Teilnehmer beantworten, ob die Schulmathematik eine ausreichende Vorbereitung auf die beruflichen Anforderungen leistete. Gegebenenfalls kann dieses durch eine offene Angabe spezifiziert werden. Die Abschlussseite erfragt die Bereitschaft der Teilnehmer, an einem möglichen Interview teilzunehmen und gibt diesen die Möglichkeit, ein abschließendes Statement zur Thematik abzugeben. 2.3. Teilnehmer Die Rekrutierung von verlässlichen Teilnehmern ist ein nicht zu unterschätzendes Problem. Durch Email-Verteiler lässt sich zunächst eine große Anzahl von potentiellen Teilnehmern ansprechen. Erfahrungen aus ähnlich gelagerten Untersuchungen zeigen aber, dass diese unpersönliche Art der Kontaktaufnahme zu sehr geringen Rücklaufquoten (<10%) führt. Bei solch einer geringen Rücklaufquote sind die Teilnehmer in keiner Weise repräsentativ und somit nur bedingt geeignet. Eine Alternative, aber auch kostenintensivste Methode ist das Heranziehen von so genannten Internet Access Panels10. Es handelt sich hierbei um ein Pool von auskunftswilligen Personen mit hinreichender Internetaktivität, welche zu verschiedenen Befragungen bereitstehen. Dabei ist größtenteils gewährleistet, dass die Abbrecherquote gering ist und bestimmte Panels zugleich die zu untersuchende Grundgesamtheit (z. B. Berufstätige) verlässlich abbilden. Die Motivation dieser Teilnehmer ist meist ein Bonussystem des jeweiligen Betreibers des Panels. Aus diesen Gründen ist anzunehmen, dass diese Teilnehmer nach der Befragung nicht mehr für ein Interview bereitstehen. Aus den genannten Gründen wurde bei der Befragung ein anderer Weg eingeschlagen. Innerhalb des Regierungsbezirks Karlsruhe wurden verschiedene Firmen und Berufsverbände über das Anliegen der Untersuchung durch Vorträge oder Zusenden von Informationsmaterial informiert. So gelang es, innerhalb einzelner Betriebe Ansprechpartner zu gewinnen. In einer zweiten Stufe forderten diese ihre Mitarbeiter auf, an der Befragung teilzunehmen. Parallel zu dieser Methode war die Befragung über die Projekthomepage für jeden zu erreichen. Durch eine entsprechende Abfrage im Fragebogen konnten die Ergebnisse zwischen personalisierter und anonymer Befragung unterschieden werden, also ob die Teilnehmer auf eine spezielle Einladung oder über die Homepage an der Befragung teilgenommen hatten. Das genannte Vorgehen bedingt, dass die Befragten keine repräsentative Stichprobe der Berufsgesamtheit in Deutschland darstellt. Unbenommen dessen kann die Befragung Tendenzen aufzeigen und mögliche Nachfolgeuntersuchungen anregen. 2.4. Interviews Nach der Onlinebefragung schlossen sich einzelne Interviews mit Teilnehmern an. Diese mündlichen Befragungen waren qualitativ ausgerichtet und orientierten sich am Prinzip eines Leitfaden-Interviews. Im Einzelnen bedeutet dies, dass Fragen und Fragereihenfolge nur lose vorab festgelegt sind. Die Gesprächführung ist zwar weiterhin asymmetrisch, aber im Unterschied zum Fragebogen wesentlich flexibler und an den Erfordernissen der konkreten Gesprächssituation orientiert. Die Fragen werden in ihrer Formulierung und Ausführlichkeit den Bedürfnissen der Befragten angepasst. Um das Antwortpotential der Interviewpartner 10 Internet Access Panels: http://www.globalpark.de/de/mydocs/Artikel_Internet-Access-Panels.pdf 6 auszuschöpfen, wird auf vorformulierte Antworten verzichtet. Ein Leitfaden, ist der “rote Faden”, der sich nach der Vorstellung der Interviewer vom mutmaßlichen Gesprächsverlauf durch das Gespräch ziehen wird (idealisierende Antizipation). Im Sinne einer Normalitätserwartung ist die Abfolge der Fragen im Angesicht des konkreten Kontextes je nach Situationen zu variieren. Die in Punkt 4 dargestellten Interviews wurden nach dem folgenden Leitfaden durchgeführt und nahmen jeweils ca. 60 Minuten in Anspruch: Information des Interviewpartners - Vorstellung, Interviewform + Dauer, Notizen (Aufzeichnung) - Sinn und Zweck der Untersuchung - Einwilligung zur (anonymen) Veröffentlichung als Fallbeispiel Persönliche Daten, Lebenslauf des Interviewpartners - Name, Alter, schulischer Werdegang, Beruflicher Werdegang - Welchen Beruf üben Sie zur Zeit aus, wie lange? - Welche Funktion innerhalb des Betriebes? Mathematischer Werdegang - Mathematik in der Schule (Grund- oder Leistungskurs) - Mathematische Schulleistungen - Erlebter Mathematikunterricht (Lehrerzentriert, Anwendungen,…) - Waren Sie mit Ihrem Mathematikunterricht damals (jetzt retrospektiv) zufrieden? - Was hat Ihnen gefehlt? - Fortbildung/Studium in Mathematik? Mathematik im Beruf - Wie häufig benötigen Sie Mathematik in Ihrem Beruf - Welche Mathematik (inhaltlich) ist das? - Auf welchem Anforderungsniveau kommt die Mathematik hier zum Einsatz? - Haben Sie Anwendungen in der Schule kennen gelernt, welche nun prinzipiell zum Einsatz kommen? - Haben Sie das Gefühl, dass der MU ihre Problemlösefähigkeit, analytisches Denken, Abstraktionsfähigkeit entscheidend geschult hat? - Haben Sie innerhalb ihrer Abteilung/Firma Experten, auf deren mathematischen Kenntnisse Sie zurückgreifen können? Kenntnisse Ihrer Kollegen/Kunden? Die Dokumentation des Interviews erfolgte durch eine digitale Aufzeichnung, welche im Anschluss ausgewertet wurde. 7 3. Ergebnisse Fragebogen 3.1. Teilnehmer Insgesamt wurde die Befragung von 179 Personen beendet (bei 256 Teilnehmern). Antworten von Abbrechern wurden nicht gewertet. Somit betrug die Rücklaufquote ca. 70%, was bei einer Onlinebefragung als hoher Wert anzusehen ist. Das Durchschnittsalter der Befragten betrug ungefähr 32 Jahre, davon waren 67% männlich und 33% weiblich. Die durchschnittliche Bearbeitungszeit des Fragebogens war 10 Minuten. 3.2. Ausbildung und Beruf Knapp 90% der Befragten hatten als Schulabschluss Abitur, zwei Drittel hiervon auch noch ein abgeschlossenes Studium. Ungefähr ein Viertel der Teilnehmer waren Berufsanfänger (Berufserfahrung unter einem Jahr), die Hälfte hatte eine 2- bis 10-Jährige Berufserfahrung, das restliche Viertel hatte mehr als zehn Jahre Erfahrung in dem ausgeübten Beruf. Eine Aufschlüsselung nach Berufsgruppen zeigt Abbildung 1: Abbildung 1: Teilnehmer nach Berufsgruppen Fast Dreiviertel der Befragten gaben an, nach der Schulzeit mathematische Inhalte durch Studium oder Fortbildung vertieft zu haben. 8 3.3. Benötigte Mathematik im Beruf Um eine Maßskala zu erhalten wurden die Antworten hier mit den Werten 1(Nie), 2(Selten), 3(Manchmal) 4(Oft) und 5(Sehr Oft) kodiert. Frage 3a) Wie häufig benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf mathematische Fähigkeiten/Kenntnisse? Hier gaben gut zwei Drittel der Befragten an, mathematische Fähigkeiten oder Kenntnisse oft oder sehr oft zu benötigen. Die Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse detailliert: Abbildung 2: Antworthäufigkeiten Frage 3a) Die Befragten wurden danach aufgefordert, die verwendete Mathematik zu spezifizieren. Hier wurden oft die mathematischen Fachtermini zur besseren Verständlichkeit durch Begriffe aus der Umgangssprache ersetzt (z.B.: Arbeiten/Rechnen mit Formeln statt Algebra) Frage 3 b): In welchem Umfang benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf … Rechnen mit Überschlagsr elektronische echnen, n Schätzen Hilfsmitteln Geometr. Zeichnungen erstellen/ verwenden Geometr. Berechnunge n durchführen Räumliches Vorstellungs Vermögen Größen messen/ umwandeln/ darstellen Prozent-/ Dreisatzrech nung anwenden Nie Nie Nie Nie Nie Nie Nie Nie Nie 0 5 6 66 77 35 30 9 16 0% 3% 3% 37% 43% 20% 17% 5% 9% Selten Selten Selten Selten Selten Selten Selten Selten Selten 9 15 6 46 42 35 32 23 21 5% 8% 3% 26% 23% 20% 18% 13% 12% Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal 58 40 41 33 31 37 25 36 34 32% 22% 23% 18% 17% 21% 14% 20% 19% Oft Oft Oft Oft Oft Oft Oft Oft Oft 70 71 56 18 18 33 50 59 50 39% 40% 31% 10% 10% 18% 28% 33% 28% Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft 42 48 70 16 11 39 42 52 58 23% 27% 39% 9% 6% 22% 23% 29% 32% Kopfrechen 9 Grafiken verwenden/ erstellen Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt 3,81 3,79 3,99 2,28 2,13 3,03 3,23 3,68 3,63 Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab 0,85 1,02 1,03 1,30 1,24 1,43 1,42 1,16 1,29 Wahrscheinlichkeitsrechnung mit Formeln arbeiten Differential/ Integralrech nung anwenden Numerische Verfahren/ Näherungsre chnungen Modellieren/ Simulieren Algorithmen verstehen/ erstellen Tabellen verwenden/ erstellen Statistiken verwenden/ erstellen Nie Nie Nie Nie Nie Nie Nie Nie 8 13 67 17 90 83 77 82 4% 7% 42% 9% 50% 46% 43% 46% Selten Selten Selten Selten Selten Selten Selten Selten 9 39 42 28 39 42 29 25 5% 22% 26% 16% 22% 23% 16% 14% Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal Manchmal 25 49 26 39 26 27 27 29 14% 27% 16% 22% 15% 15% 15% 16% Oft Oft Oft Oft Oft Oft Oft Oft 60 38 16 40 14 9 19 19 34% 21% 10% 22% 8% 5% 11% 11% Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft Sehr Oft 77 40 9 55 10 18 27 24 43% 22% 6% 31% 6% 10% 15% 13% Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt Durchschnitt 4,06 3,30 2,11 3,49 1,97 2,09 2,39 2,32 Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab Standardab 1,08 1,24 1,21 1,32 1,21 1,31 1,49 1,47 Frage 3 c): Konkretisieren Sie die für Sie wichtigsten Fähigkeiten/Kenntnisse! (auch wenn sie zuvor nicht genannt waren)! Jeder Teilnehmer konnte hier bis zu drei offene Antworten auf die Frage geben. Diese wurden in die untenstehenden Kategorien eingeordnet. Die Zahl in der Klammer gibt an, wie oft die genannte Fähigkeit/Kenntnis als Wichtigste genannt wurde. Exemplarisch sind einzelne Nennungen angeführt (alle Antworten sind im Anhang B) zu finden) a) Kopfrechnen/Rechnen (35) - Gebührenzahlungen, also reicht Addition - Man muss ohne Taschenrechner einfachere Rechnungen richtig durchführen können. … b) Überschlag (38) - Abschätzen von Datenspeicher - Gefühl für Korrektheit der Ergebnisse (Kontrolle durch Überschlagsrechnen) … c) Statistik/Wahrscheinlichkeitsrechnung (29) 10 … Umgehen mit Statistiken; Interpretation, auch mit Hilfe von Signifikanztests, Korrelationsberechnungen, Intervallschätzungen Erstellen von Histogrammen nach verschiedenen Kriterien für Forderungsportfolien d) Darstellung/Tabellen/Grafiken (42) - Grafiken und Tabellen über Access/ >SQL oder Excel erstellen und auswerten/ interpretieren - Verwendung von ansprechenden/vereinfachenden Grafiken (für Marketing-Zwecke) … e) Differential/Integralrechnung (8) - Modellierung von technischen Systemen durch lin./nichtlin. Differentialgleichungen - Laplacetransformation, Rechnen im Frequenzbereich … f) Plausibilisieren/Problemlösen/Logik (17) - Fähigkeit, eine Sache in Teilaspekte aufteilen zu können - Erkennen von systematischen Zusammenhängen … g) Modellieren/Simulieren (7) - Simulation von akustischen Erscheinungen in Matlab - Modellierung von Strömungsverläufen … h) Bürgerliches Rechnen/Dreisatz/Prozentrechnung (41) - Chemisches Rechnen - Fachwissen für Bestellwesen kalkulationstechnisch … i) Formeln/Einheiten/Größen (36) - Einheiten verschiedener Maßsysteme (USA/F/D/GB) zusammenfassen und berechnen - Mengen und Format- sowie Werkumfangsberechnungen … j) Geometrie (23) - Räumliches Vorstellungsvermögen (genaue Kenntnisse der menschlichen Anatomie) - Anfertigung von "geometrischen", gelenkspezifischen Zeichnungen … h) Rechnen mit elektronischen Hilfsmitteln (14) - Einsatz von Taschenrechner und PC zur Berechnung - Berechnungen in Matlab zur Signalverarbeitung … l) Algorithmen (11) … Troubleshooting von Elektronischen Systemen -> Algorithmen und Schaltpläne verstehen und reparieren Entwicklung von Algorithmen m) Sonstiges (17) - Berechnung umfangreicher Gleichungssysteme - Verstehen und erklären von math. Sachverhalten aller Art für Schulungen … 11 3.4. Schulmathematik und Beruf Die Probanten sollten nun rückblickend Auskunft darüber geben, ob die in der Schule erlernte Mathematik in ihrem jetzigen Beruf zum Einsatz kommt. Frage 3 d): Konnten Sie die in der Schule erlernten Fähigkeiten/Kenntnisse in ihrem Beruf verwenden? Hier gaben knapp 60% an, die erlernte Mathematik oft oder sehr oft zu verwenden. Weniger als 10% konnten die Schulmathematik nicht oder selten einsetzen. Abbildung 3 zeigt die genaue Verteilung der Antworten. Abbildung 3: Antworthäufigkeiten Frage 3d) Frage 3 e): In der Schule werden in Mathematik teilweise auch Anwendungsaufgaben/situationen behandelt. Haben Sie in Ihrer Schulzeit Aufgaben/Situationen behandelt, welche – zumindest prinzipiell – in Ihrem Beruf vorkommen? Hier ergab sich ein anderes Bild als zuvor. Über die Hälfte gab an, keine oder kaum Anwendungsbeispiele ihres Berufes im Schulunterricht behandelt zu haben. Abbildung 4: Antworthäufigkeiten Frage 3e) 12 Die Befragten wurden nun aufgefordert konkrete Beispiele zu nennen. Frage 3 f): Könnten Sie ein Beispiel zu solch einer Anwendungsaufgabe/-situation nennen? Trotz einer entsprechenden Filterbedingung (3 f) wurde nur eingeblendet, falls die vorige Frage mit mindestens manchmal beantwortet wurde) konnten viele Teilnehmer keine oder nur unzutreffende Antworten geben. Die untere Antwort verdeutlicht das Dilemma. „Nein, ich kann mich nicht mehr an konkrete Aufgabenstellungen erinnern. Die Angabe "manchmal" im der vorhergehenden Frage war reine Gefühlssache.“ Von den geschilderten Beispielen stammen ein Drittel aus dem Bereich Prozentrechnung/Zinsrechnung/Dreisatz, ein knappes weiteres Drittel aus Geometrie oder Naturwissenschaften. Nur wenige Teilnehmer nannten Beispiele aus der Oberstufenmathematik. Exemplarisch sind einzelne Nennungen angeführt (alle Antworten sind im Anhang C) zu finden): a) Bürgerliches Rechnen (27) - Prozentrechnen: Umrechnen von Rezeptzusammensetzungen auf andere Volumina - Dreisatzrechnungen um Einheiten umzurechnen … b) Geometrie (10) … Beispiel aus der Geometrie: Finden Sie 10 Koordinaten die auf einer Kreisbahn mit Radius 8 um den Punkt 4/2 liegen. Winkelfunktionen bei der Längenmessung von unsichtbaren Kanten c) Naturwissenschaften (11) - - Berechnungen zu Federkraft und Auslenkung fallen vor allem aus dem Physikunterricht ein. Für überschlägige Rechnungen benutze ich diese auch bei der Entwicklung von Gummidämpfern Ableitung von Gleichungen, Flächeninhalte, die z. B. einer Arbeit entsprechen … d) Differential und Integralrechnung (9) - Gewinnoptimierung durch Differentialrechnung - Berechnung von Flächeninhalten bzw. Volumina durch Integralrechnung … e) Sonstiges (18) - Berechnung von Azimuth und Elevation einer Satellitenschüssel, abhängig von Standort und Satellitenposition (geostationär) - Acess Datenbank zum Erstellen einer Lieferantenstatistik … Mit der schulischen Vorbereitung auf das Arbeitsleben waren die meisten Probanten zufrieden: Frage 3 g): Würden Sie sagen, dass Sie in der Schule ausreichend auf die mathematischen Anforderungen in Ihrer beruflichen Tätigkeit vorbereitet wurden? Über die Hälfte beantwortete die obige Frage mit ‚Größtenteils’ oder ‚Ja’, nur 11% fühlten sich vom Mathematikunterricht schlecht auf ihre beruflichen Anforderungen vorbereitet. Die genauen Ergebnisse zeigt Abbildung 5. 13 Abbildung 5: Antworthäufigkeiten Frage 3g) Frage 3 h): Welche Inhalte bzw. Methoden bzw. Fähigkeiten fehlen Ihrer Meinung nach? Hierbei handelte es sich um keine Pflichtfrage, d. h. die Beantwortung war den Teilnehmern freigestellt. Ungefähr zwei Drittel nutzten die Gelegenheit und äußerten sich zur Thematik. Zumeist benannten die Befragten inhaltliche Defizite, teilweise wurde aber auch Kritik an der generellen Gewichtung im Mathematikunterricht geübt. Exemplarisch sind einzelne Nennungen angeführt (alle Antworten sind im Anhang D) zu finden): a) Kritik bzgl. inhaltlicher Lücken (55) Bürgerliche Mathematik (9) … Dreisatzrechnen verstärken. Die wenigsten konnten das! Zinseszinsberechnung, so was können nur Haupt- und Realschüler ;-) Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik (18) - Deutlich mehr Wahrscheinlichkeitsrechnung Statistik und Operations Research werden im Studium zwar benötigt, sind im Detail wahrscheinlich zu anspruchsvoll für die Schule - deshalb höchstens Grundzüge, d.h. wie liest man eine Statistik (Median, Artihm. Mittel...) oder was ist ein Netzplan. … Computer & Informatik (12) - - für zukünftige Anforderungen ist eine verstärkte Quervernetzung zum Informatikbereich (speziell Datenbankanwendungen) nützlich. Zum Beispiel: Was verbirgt sich konkret hinter den Funktionen in MS Excell, MS Access? -> Hemmschwelle abbauen, Effizienz im beruflichen Alltag abbauen Ich war - altersbedingt - nicht auf den PC vorbereitet, es gab ihn noch nicht. Heute ist er für mich das wichtigste Arbeitsgerät, das mir alle Berechnungen abnehmen kann. An meinen Kindern sehe ich, dass dieses hervorragende Werkzeug leider auch heute nicht praxisgerecht genutzt wird. Wozu Fortran lernen, wenn man nicht weiß, wie man Excel nutzt. Die uralte Programiersprache nutzt niemandem. … Numerik (5) - es fehlen meiner Meinung nach, numerische Methoden bzw. die Bedeutung dieser Methoden für die Anwendungen … Sonstige inhaltliche Nennungen (5) 14 - Winkelfunktionen, Gleichungen zu oberflächlich - komplexe Zahlen zu wenig + DGls … b) Kritik bzgl. Anwendungen & Praxisbezug (23) - - Die Verbindung des theoret. Tuns mit der realen praktischen Anwendung Der Bezug zur Praxis fehlte leider oft. Konkrete Einsatzmöglichkeiten wurden nicht aufgezeigt. Wir lernten damals für die Schule. Schulrechnungen sind zu weit konstruiert. Der reale Kontakt / Anwendung muss deutlich verstärkt werden und die Verbindung zu anderen naturwissenschaftlichen Gebieten (z.B. Physik) verstärkt werden. Mathematik ist für die (sehr wichtigen!) technischen Disziplinen nun mal nicht Selbstzweck, sondern unabdingbare Voraussetzung! … c) Kenntnisse ausreichend oder übersteigen die Anforderungen (12) - Bin mit dem Stoffumfang während meiner Schulzeit zufrieden Wahrscheinlichkeitsrechnung war in der Mittelstufe ein Schwerpunkt - das hab ich nie wieder gebraucht! … d) Generelle Kritik (12) - - Mathematik wurde mir nur als Rechenmethode vermittelt. Beweisführung, das eigentliche Wesen der Mathematik wurde mir nicht vermittelt. Es ging nie über Plausibiltätsbetrachtungen hinaus. Das schnelle überschlägige Abschätzen, ob ein Ergebnis realistisch ist, bzw. ob eine Lösung sinnvoll und machbar ist … e) Sonstige Aussagen (18) - Meine berufliche Tätigkeit ist in mathematischer Hinsicht zu komplex, um darauf in der Schule vorbereitet zu werden. Weiß ich nicht, meine Stärken liegen in den Sprachen, Mathematik war immer eine Qual … Die Häufigkeiten bei c) sind nur bedingt interpretierbar. Ein Drittel der Befragten machte keine Angaben, was verschiedene Schlüsse zulässt. Nämlich dass tatsächlich keine Defizite vorlagen (29% bei Frage 3g)) oder anderen Gründe für die Nichtbeantwortung bestanden (keine Akzeptanz der Frage, Teilnehmer fühlt sich nicht kompetent,…) 15 3.5. Korrelationen Im Folgenden sollen keine Korrelationen im Sinne einer Korrelationsanalyse aufgezeigt werden. Dieses würde voraussetzen, dass die retrospektive Ex-post-facto-Untersuchung eine genügende externe Validität besitzt. Durch die nicht repräsentative Auswahl der Befragten ist hiervon aber nicht auszugehen (siehe Kap. 2.4.). Betrachtet man beispielsweise das Alter oder die Zugehörigkeit zu bestimmten Berufsgruppen der Befragten, so bestätigt sich diese Überlegung. Diese Einschränkung beinhaltet den Verzicht auf die Angabe von Kovarianzen und Korrelationskoeffizienten. Dies würde eine statistische Validität vortäuschen, welche die gemachte Untersuchung nicht leisten kann und will. Unbenommen dessen kann die Gegenüberstellung von relevanten Variablen durch Kreuztabellen Tendenzen aufzeigen und mögliche Nachfolgeuntersuchungen anregen. Die Auswahl dieser Paare von Variablen ist in gewissem Bereich willkürlich. Bei über 30 Befragungsitems ergibt sich ja eine potenzielle Zahl von ca. 1000 möglichen Korrelationen. Untersucht wurden deshalb solche Merkmalspaare, welche mögliche kausale Zusammenhänge vermuten ließen. Die Darstellung erfolgte sehr einfach mit Hilfe von Pivot-Tabellen in Excel. In der Kreuztabelle 1 wurde das Alter der Versuchspersonen in Relation zur Zufriedenheit mit der schulischen Vorbereitung gesetzt. Eine hohe Korrelation könnte bedeuten, dass die schulische Vorbereitung im Verlauf der letzten Jahrzehnte besser (schlechter) geworden ist. Es wäre aber natürlich auch denkbar, dass Schule immer positiver erscheint, je länger man sie rückblickend betrachtet. Unbenommen dessen zeigt die Tabelle keine Auffälligkeiten, die den einen oder anderen Schluss nahe legen. Unabhängig vom Alter der Versuchspersonen scheint die Zufriedenheit mit der schulischen Vorbereitung im Fach Mathematik konstant. 3g): Würden Sie sagen, dass Sie in der Schule ausreichend auf die mathematischen Anforderungen in Ihrer beruflichen Tätigkeit vorbereitet wurden? 1a): Alter 20-29 30-39 40-59 Gesamt: relativ Gesamt: absolut Nein 11,76% Selten 7,06% Teilweise Größtenteils 28,24% 23,53% Ja Gesamt 29,41% 100,00% 10 6 24 20 25 85 1,72% 3,45% 32,76% 34,48% 27,59% 100,00% 1 2 19 20 16 58 0,00% 2,78% 36,11% 30,56% 30,56% 100,00% 0 1 13 11 11 36 6,15% 5,03% 31,28% 28,49% 29,05% 100,00% 11 9 56 51 52 179 Kreuztabelle 1: Alter – Zufriedenheit mit der Vorbereitung in der Schule 16 Die Kreuztabelle 2 soll den Einfluss des Alters der Berufstätigen auf den Umfang der benötigten Mathematik aufzeigen. Auch hier lassen sich keine signifikanten Zusammenhänge erkennen. 3a): Wie häufig benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf mathematische Fähigkeiten/Kenntnisse? 1a): Alter 20-29 Nie 0% Selten 13% Manchmal 14% Oft 49% Sehr oft 24% Gesamt 100% 0 11 12 42 20 85 30-39 0% 7% 19% 38% 36% 100% 0 4 11 22 21 58 40-59 0% 11% 36% 33% 19% 100% 0 4 13 12 7 36 0% 11% 20% 42% 27% 100% 0 19 36 76 48 179 Gesamt: relativ Gesamt: absolut Kreuztabelle 2: Alter – Umfang der verwendeten Mathematik Die Kreuztabelle 3 soll einen möglichen Einfluss des Geschlechts der Berufstätigen auf den Umfang der verwendeten Mathematik aufzeigen. Hier scheint es eine Korrelation dahingehend zu geben, dass der Anteil von Mathematik bei weiblichen Berufstätigen anteilig geringer ist. Ein Grund dürfte wohl in der Berufswahl liegen und darin begründet sein, dass Männer tendenziell eher technisch-naturwissenschaftliche Berufe auswählen und ausüben. Eine Untersuchung des Zusammenhangs auf nur diese Berufsfelder lässt sich aufgrund der zu geringen Anzahl der untersuchten Personen nicht realisieren. 3a): Wie häufig benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf mathematische Fähigkeiten/Kenntnisse? 1b): Geschlecht Männlich Weiblich Gesamt: relativ Gesamt: relativ Nie 0% Selten Manchmal 8% 17% Oft 44% Sehr oft Gesamt 32% 100% 0 9 20 53 38 120 0% 17% 27% 39% 17% 100% 0 10 16 23 10 59 0% 11% 20% 42% 27% 100% 0 19 36 76 48 179 Kreuztabelle 3: Geschlecht – Umfang der verwendeten Mathematik Interessant erscheint auch die Gegenüberstellung von Zufriedenheit mit der schulischen Vorbereitung zum Umfang der verwendeten Mathematik (Kreuztabelle 4). Hier fällt ins Auge, dass unter den eher Unzufriedenen (Spalte 1-3) anteilig etwas mehr Personen sind, welche häufig Mathematik im Beruf benötigen. Eine mögliche Erklärung wäre, dass Lücken (woher auch immer) umso stärker empfunden werden, wenn die entsprechenden Fähigkeiten öfters benötigt werden. Oder umgekehrt formuliert: Vorhandene Lücken treten nicht in Erscheinung oder werden als Mangel empfunden, wenn zur Bewältigung des Berufes keine oder wenig Mathematik benötigt wird. 17 3g): Würden Sie sagen, dass Sie in der Schule ausreichend auf die mathematischen Anforderungen in Ihrer beruflichen Tätigkeit vorbereitet wurden? 3a): Wie häufig benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf mathematische Fähigkeiten/Kenntnisse? Manchma l 0% 9% Nie Selten Oft Gesamt Sehr oft 0% 0 0 1 10 0 11 Selten 0% 0% 11% 33% 56% 100% 0 0 1 3 5 9 Teilweise 0% 4% 18% 50% 29% 100% 0 2 10 28 16 56 Größtenteils 0% 10% 18% 41% 31% 100% 0 5 9 21 16 51 Ja 0% 23% 29% 27% 21% 100% Gesamt: relativ Gesamt: absolut 91% 100% Nein 0% 0 12 15 14 11 52 0% 11% 20% 42% 27% 100% 0 19 36 76 48 179 Kreuztabelle 4: Vorbereitung der Schule – Umfang der verwendeten Mathematik In Tabelle 5 (Schulabschluss – Umfang der verwendeten Mathematik) ist eine leichte Tendenz dahingehend zu erkennen, dass der Umfang der verwendeten Mathematik mit der Schulbildung ansteigt. Allerdings ist die Anzahl bei den Schulabschlüssen Hauptschule und Realschule (die Untersuchung richtete sich ja primär an Personen mit Schulabschluss Abitur) zu gering, um hier sinnvolle Schlüsse zu ziehen. 3a): Wie häufig benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf mathematische Fähigkeiten/Kenntnisse? 2a): Abschluss ohne Abschluss Nie 0% Selten Manchmal 0% 0% Oft 100% Sehr oft 0% Gesamt 100% 0 0 0 2 0 2 0% 40% 40% 0% 20% 100% 0 2 2 1 5 0% 7% 21% 71% 0% 100% 0 1 3 10 0 14 0% 15% 15% 41% 28% 100% 0 6 6 16 11 39 Studium 0% 9% 19% 45% 26% 100% 0 8 17 40 23 88 Promotion 0% 6% 26% 26% 42% 100% Hauptschule Realschule Abitur Gesamt: relativ Gesamt: absolut 0 2 8 8 13 31 0% 11% 20% 42% 27% 100% 0 19 36 76 48 179 Kreuztabelle 5: Schulabschluss – Umfang der verwendeten Mathematik 18 4. Interviews 4.1. Fallstudie 1 Herr L., Finanzanalyst, 30 Jahre, Abitur, Bankausbildung, Studium BWL, 3 Jahre Berufserfahrung Mathematischer Werdegang: Der Befragte besuchte in der Schule einen dreijährigen Leistungskurs in Mathematik. Seine Schulleistungen waren meist im sehr guten Bereich. Nach der Schule wurden die Mathematikkenntnisse im Grundstudium durch Besuch der Pflichtvorlesungen Algebra und Analysis ausgeweitet, nach dem Vordiplom durch Wahlvorlesungen in Statistik vertieft. Mit dem Schulunterricht in Mathematik war der Interviewte sowohl rückblickend als auch direkt nach der Schule sehr zufrieden. In der Schule war der Unterricht stark lehrerzentriert. Das fragend-entwickelnde Verfahren war praktisch die einzige vorherrschende Unterrichtsform. Herr L. berichtet weiter, dass er die gesamte Mathematik als stark kalkülorientiert erlebte, Anwendungen wurden selten behandelt und dienten zumeist der reinen Veranschaulichung mathematischer Begriffe und Verfahren. Dies habe er aber nicht als Mangel empfunden und fühlte sich gut auf die Anforderungen im Studium und seinen späteren Beruf vorbereitet. Die starke Ausrichtung des Unterrichts hin zur formalen Mathematik lies für ihn ein Studium der Mathematik jedoch nicht interessant erscheinen. Mathematik im Beruf: Herr L. arbeitet bei einer weltweit operierenden Ratingagentur. Eine der Hauptaufgaben ist das Erstellen von Bonitätsbewertungen für Immobilienverbriefungen (ABS = Asset backed securities (Forderungsgedeckte Wertpapiere)). Hierzu gab der Befragte an, jeden Tag umfangreiche mathematische Fähigkeiten zur Ausübung seines Berufes zu benötigen. Er nannte Mathematik neben allgemeinen Schlüsselqualifikation und juristischen Kenntnissen als die wichtigste Voraussetzung, seinen Beruf erfolgreich auszuüben. Als wichtigste inhaltliche Fähigkeit nannte der Befragte den Umgang mit statistischen Verteilungen und deren Kenngrößen. Eine Verbriefung von Immobilienkrediten besteht beispielsweise aus einer sehr hohen Anzahl von Einzelkrediten. Für diese wird nach bestimmten Kriterien eine Verteilung (Standard-Normalverteilung, Log-Normalverteilung, Binomialverteilung) angenommen und entsprechende Kennwerte (Arithmetisches Mittel, Median, Standardabweichung) ermittelt und bewertet. Die Berechnung und Darstellung erfolgt mit Hilfe von einer Tabellenkalkulation und der statistischen Auswertungssoftware SPSS11. Herr L. gab an, die Berechungen vom Prinzip selbst ausführen zu können, was jedoch aufgrund der sehr großen Datenmenge (Bsp.: n = 50000) praktisch nicht möglich ist. Bei bestimmten Portofolien (z.B. große Einzelkredite bei Immobilienfinanzierungen), bei denen die Charakteristika einzelner Kredite eine Rolle spielt und/oder die Ausfallswahrscheinlichkeit einzelner Kredite untereinander korreliert werden zur Schätzung von Verlustszenarien Monte-Carlo-Simulationen eingesetzt. Als weitere mathematische Anwendungen innerhalb seiner beruflichen Tätigkeit gab er die Verwendung von umfangreichen LGS zwecks Optimierung sowie die Berechnung von Integralen (Wahrscheinlichkeiten bei Verteilungen) an. Die Verwendung von Grundlagen der 11 Statistical Package for the Social Sciences 19 Programmierung (Visual Basic in Excel) habe er sich selbst während der beruflichen Tätigkeit angeeignet. Im Finanzsektor seien zudem eine absolut sicherer Umgang mit finanzmathematischen Begriffen und Methoden eigentlich selbstverständlich. Es komme jedoch trotzdem vor, dass Geschäftspartner oder Kunden mit finanzmathematischer Ausbildung zum Teil erschreckende Mängel in diesen Bereichen aufwiesen. 4.2. Fallstudie 2 Frau G., Preisberaterin, 28 Jahre, Abitur, Studium VWL/BWL, 3 Jahre Berufserfahrung Mathematischer Werdegang: Frau G. belegte in der Schule einen dreijährigen Leistungskurs in Mathematik. Ihre Schulleistungen schwankten zwischen guten und sehr guten Zensuren. Nach der Schule wurden die Mathematikkenntnisse im Grundstudium durch Besuch der Pflichtvorlesungen Algebra und Analysis vertieft. Mit dem Schulunterricht in Mathematik war die Befragte nur rückblickend zufrieden. Bedingt durch gute Noten und eine mathematisch orientierte Prägung des Elterhauses wurde der Mathematikunterricht gerne besucht. So gelang es ihr, die für Studium und Beruf benötigten Grundkompetenzen zu erwerben. Jedoch schaffte es die Lehrerin laut Frau G. nicht, die tatsächliche Bedeutung von Mathematik herauszustellen und so für eine zusätzliche Motivation zu sorgen. Der Unterricht war stark lehrerzentriert, offene Unterrichtsformen kamen dementsprechend nicht zum Einsatz. Frau G. schilderte den Unterricht als straff organisiert, aber wenig kreativ oder abwechslungsreich. Sie erlebte den Unterricht dahingehend, dass von der Lehrerin vorgeführte Techniken angeeignet und eingeübt wurden. An wesentliche Anwendungen konnte sich die Befragte nicht erinnern. Mathematik im Beruf: Frau G. arbeitet als Unternehmensberaterin bei einem weltweit operierenden Pharmaunternehmen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, den am Markt durchsetzbaren Preis für neu zugelassene Pharmaprodukte zu ermitteln. Sie gab in der Befragung an, dass Mathematik in ihrem Beruf eine sehr wichtige Rolle spielt. Gezielter Einsatz von mathematischen Methoden zur Preisfindung findet zwar nicht täglich statt, jedoch gib es Phasen innerhalb des Berufes, in denen ein Umgang mit diesen unverzichtbare Grundvoraussetzung ist. Eine der Hauptaufgaben besteht in der Befragung von Personen aus dem medizinischen Sektor. Hierzu müssen Fragebögen entwickelt und ausgewertet werden. Kenntnisse aus deskriptiver und normativer Statistik seien deshalb zwingend notwendig. Zwar werden die Auswertungen mit Hilfe der spezielle Software SPSS durchgeführt, jedoch erfordert der routinierte Einsatz hiermit eine fundierte Kenntnis von statistischen Methoden und Begriffen (Kennwerte, Verteilungen, Fehler 1. und 2. Art). Ebenfalls zum Einsatz kommen Tabellenkalkulationsprogramme, welche Grundlagen im Umgang mit Formeln und Variablen erfordern. Als weiteres Tätigkeitsfeld nannte die Befragte schließlich die Preisbildung mittels geeigneter Modelle. Vereinfacht dargestellt steigt mit zunehmendem Marktpreis die Absatzmenge. Eine entsprechende Mathematisierung führt auf einfachen Funktionen mit einer Variablen (linear, 20 quadratisch). Die Berechnung des idealen Preises ist ein Extremwertproblem, welches sich elementar oder mit den Schulkenntnissen der Differentialrechnung lösen lässt. 4.3. Fallstudie 3 Herr W., Elektroingenieur, 30 Jahre, Abitur, Studium Elektrotechnik, 1 Jahr Berufserfahrung Mathematischer Werdegang: Der Befragte belegte in der Schule einen dreijährigen Leistungskurs in Mathematik. Zunächst begann er danach ein Studium als Wirtschaftingenieur. Er begründete dies unter anderem damit, dass ihm die mathematischen Anforderungen in einem reinen Ingenieurstudium zu hoch erschienen. Nach einigen Semestern wechselte er schließlich zu dem Fach Elektrotechnik. Nach dem Grundstudium und dem Besuch der Pflichtvorlesungen in Mathematik vertiefte er dieses in Informationstechnik und Systemtechnik. Hierin war nach seinen Aussagen der Anteil von mathematischen Vorlesungen geringer als in anderen Schwerpunktrichtungen. Innerhalb der Schule schwankten seine Leistungen in Mathematik sehr stark, er begründete dies vor allem dahingehend, dass seine Motivation sehr vom Lehrer abhängig war. Herr W. schilderte den Oberstufenunterricht in Mathematik als sehr prägend und eindrucksvoll. Hier hätte es der Lehrer immer wieder geschafft, den konventionellen Unterricht durch ungewöhnliche Fragestellungen, Anwendungen, Knobelaufgaben und teilweise experimentelle Mathematik zu öffnen. So sei es ihm gelungen, Interesse und Freude am Fach groß zu halten. Neben der Prägung durch den Beruf des Vaters sei dies mit einer der Gründe gewesen, ein naturwissenschaftliches Studium zu wählen. Mathematik im Beruf: Herr W. arbeitet als Elektroingenieur bei einem großen Hersteller für industrielle SensorSysteme (Prozess- und Fabrikautomation). Seine Haupttätigkeit ist die Entwicklung von Bauteilen zum Einsatz innerhalb der Fabrikautomation. Er gab an, dass er zwar häufig Mathematik in seinem Beruf benötige, diese jedoch fast nie über die Kenntnisse der Mittelstufe hinausgehe. Der Einsatz höherer Mathematik käme nur sehr selten vor. Die Aneignung dieser in der Schule oder während des Studiums empfand er aber keineswegs als überflüssig. Sicherheit und Routine im täglichen Umgang – auch von elementarer Mathematik – hätte er erst durch längere und vertiefende Behandlung erhalten. Zudem würde man von ihm als Ingenieur erwarten, dass vertiefende Kenntnisse in Mathematik bei Bedarf vorhanden seien. Als Beispiele nannte er räumliches Vorstellungsvermögen und elementare Geometriekenntnisse (Konstruktionen, Abstände,...) bei der Entwicklung von Bauteilen mit speziellen CAD-Programmen. Der Einsatz von Tabellenkalkulationsprogrammen (z.B. Berechnungen von Kosten) oder Datenbankenprogrammen (Materialplanung für Vorfertigung) sowie das Erstellen von elektrischen Schaltplänen erfordere zudem neben grundlegenden Programmierkenntnissen auch einen sicheren Umgang mit Variablen und Formeln. Jedoch komme man auch hier mit Mittelstufenkenntnissen zurecht. Als Beispiel für anspruchsvollere Mathematik nannte Herr W. die Berechnung von Ausfallswahrscheinlichkeiten für sicherheitsrelevante Bauteile. Diese müsse nicht nur berechnet oder modelliert werden, sondern zwecks Abnahme durch den TÜV mathematisch sauber dokumentiert werden. 21 4.4. Fallstudie 4 Herr E., Physiker, 42 Jahre, Abitur, Studium Physik, Promotion und Habilitation in Mechanik mehr als 10 Jahre Berufserfahrung Mathematik in der Schule: Nach seinem Abitur studierte Herr E. Physik mit der Schwerpunktrichtung Mathematik. Im Anschluss an das Studium folgte eine Zeit als Assistent, welche er mit der Dissertation in theoretischer Physik abschloss. Hieran schloss sich eine Habilitation in Mechanik und eine Tätigkeit als Privatdozent an einer technischen Universität. Herr E. gab in der Befragung an, dass Mathematik und Chemie in der Schule seine Lieblingsfächer gewesen seien. Als besonders eindrucksvoll schilderte er die Momente in der Schulmathematik, in denen der Nutzen der zuvor erlernten Methoden deutlich wurde, beispielsweise der Einsatz von trigonometrischen Methoden zur Bestimmung unzugänglicher Strecken oder einfache Beispiele aus der Geodäsie. Seinen Oberstufenunterricht empfand er als spannend und eine gute Vorbereitung auf sein späteres Studium. Zwar sei der eigentliche Unterricht nach heutigen Maßstäben gemessen, eher als konservativ zu bezeichnen, doch habe er dies nicht als Manko empfunden. Zur damaligen Zeit seien zudem offene Unterrichtsformen in Mathematik unüblich gewesen. Als wesentlichen Aspekt nannte Herr E. die engagierte und gewissenhafte Arbeit des Lehrers. Inhaltlich sei im Schulunterricht sogar teilweise über das normale Maß hinaus unterrichtet worden, was im Studium ersichtlich geworden sei und auch ein Verdienst des damaligen Lehrers war. Mathematik im Beruf: Seit 4 Jahren arbeitet Herr E. in der Forschungsabteilung eines großen Unternehmens, welches in den Kerngeschäftsfeldern Dichtungs- und Schwingungstechnik, Vliesstoffe und Haushaltsprodukte tätig ist. Er steht einer Arbeitsgruppe vor, in der sämtliche Strömungsberechnungen des Unternehmens mit Hilfe von Computer Aided Engineering durchgeführt werden. Schwerpunkt bildet der Bereich Gummi (Entwicklung und Materialprüfung). Naturgemäß sei die Verwendung von Mathematik eine der wichtigsten Grundlagen zur Bewältigung seiner beruflichen Tätigkeit. Dies schließe zum einen die sicherere Beherrschung von Rechenfertigkeiten, wie das Lösen von einfachen gewöhnlichen oder partiellen Differentialgleichungen und Methoden der Vektoranalysis ein. Zum anderen verlange die Modellierung von Vorgängen im Kontinuum eine Abstraktion eines technisch-physikalischen Sachverhaltes in ein mathematisches Modell. Diese Mathematisierung sei sehr schwierig und deshalb auch häufig mit Fehlern behaftet. Bevor man nun mit Hilfe von numerischen Modellen eine Näherungslösung des Problems errechnet, wird ein stark vereinfachtes Modell von Hand gelöst. In diesem Modellbildungsprozess ist vor allem das kritische Hinterfragen von numerisch gewonnenen Ergebnissen unabdingbar. Als Beispiel nannte er den Durchgang durch ein Bündel semipermeabler Membranen. Dieses lässt sich vereinfach durch eine einzelne Membran mit kreisförmigem Querschnitt modellieren und durch eine geschlossene Lösung analytisch berechnen. Herr E. bemerkte, dass im Umgang mit Kunden und anderen Abteilungen nicht selten mathematische Lücken anzutreffen seien – teilweise gar bei Personen mit naturwissenschaftlichem Hintergrund. Ebenfalls habe er das Gefühl, dass die mathematischen Kenntnisse bei den heutigen Studenten teilweise sehr oberflächlich seien. 22 5. Zusammenfassung Im Folgenden sind Ergebnisse von Kapitel 3 und 4 zusammenfasst dargestellt: - Knapp 70 % der Berufstätigen benötigen in Ihrem Beruf Mathematik ‚oft’ oder ‚sehr oft’. - Die häufigsten Nennungen für verwendete Mathematik stammen aus den Bereichen Daten und Darstellung (Tabellen, Grafiken, Statistiken) und Elementare Mathematik (Kopfrechnen, Überschlag, Dreisatz- und Prozentrechnung). Bedacht werden muss hier allerdings ein Kumulierungseffekt. - Teilgebiete, welche schwerpunktmäßig in der Sekundarstufe II unterrichtet werden (Differential- und Integralrechnung, Numerik, Modellieren, Algorithmen), erfahren eine seltenere Nennung. Falls hieraus aber Kenntnisse und Methoden benötigt werden, dann in großem Umfang und im Zentrum der beruflichen Tätigkeit. - Aus dem Bereich Elektronische Rechenhilfen werden sehr häufig Tabellenkalkulation und Algorithmen als wichtigste Hilfsmittel/Methoden aufgezählt. - Geometrische Berechnungen und Zeichnungen werden im Vergleich zu anderen Teilgebieten seltener benötigt. - Fast 60 % der Teilnehmer gaben an, dass die in der Schule erlernte Mathematik im Beruf zum Einsatz kommt, nur 10% konnten diese nicht oder selten einsetzen. - An Anwendungsaufgaben aus der Schule, welche eine Nähe zum Beruf hatten, konnten sich nur Wenige erinnern. Nur 10% gaben an, in der Schule oft oder sehr oft solche Beispiele kennen gelernt zu haben. Die meisten Nennungen stammten aus dem Bereich Prozentrechnung/Zinsrechnung/Dreisatz oder aus der Geometrie und den Naturwissenschaften. - Generell stellten die Berufstätigen der Schulmathematik ein gutes Zeugnis aus: Über 50 % fühlten sich gut auf den Beruf vorbereitet, nur 11 % hatten das Gefühl einer schlechten Vorbereitung. - Auf die Frage nach fehlenden Inhalten oder Methoden in der Schule bemängelten viele Befragte, dass statistische Methoden und Tabellenkalkulation zu kurz oder gar nicht unterrichtet worden seien. Ebenfalls wurde häufig beanstandet, dass Anwendungen und Praxisbezug in der Schule zu wenig Gewicht hätten. - Eine Korrelation scheint zwischen Geschlecht und Umfang der verwendeten Mathematik zu bestehen: Weibliche Berufstätige üben eher Berufe aus, in denen wenig Mathematik benötigt wird. - Ebenfalls scheint ein Zusammenhang zwischen Umfang der verwendeten Mathematik und Schulabschluss zu bestehen: Je höher der Schulabschluss, desto mehr Mathematik wird im Beruf verwendet. 23 - Die Fallstudien machen deutlich, dass der Einfluss der Schule auf die spätere Berufswahl immens ist. Fast alle Befragten gaben an, dass die Person des Lehrers und die Erfolge oder Misserfolge im Fach Mathematik einen entscheidenden Einfluss auf die spätere Berufswahl hatte. - Auch in der Ausübung des späteren Berufes setzt sich dieses fort. Berufstätige, welche dem Fach Mathematik positiv gegenüberstehen, setzen dieses Instrument häufig zur Bewältigung von Aufgaben ein. Im Gegensatz hierzu werden mathematische Aufgaben häufig von denen umgangen oder delegiert, welche von sich behaupten, ein unzureichendes mathematisches Rüstzeug zu besitzen. - Das Anforderungsniveau der Mathematik korreliert nicht unbedingt mit dem Umfang. So gibt es einige Befragte, welche Berufe mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt ausüben, innerhalb derer die verwendete Mathematik aber nicht über den Stoff der Mittelstufe hinausgeht. Literatur [1] Abele; A., Neunzert H., Tobies R.: Traumjob Mathematik, Birkhäuser 2004 [2] Baireuther, P. : Konkreter Mathematikunterricht,Bad Sazdetfurth: Franzbecker 1990 [3] Blum W.: Anwendungsbezüge im Mathematikunterricht – Trends und Perspektiven. In: Trends und Perspektiven. Schriftenreihe der Mathematik, Bd. 23. Wien 1996 [4] De Lange, J et al.: Innovation in maths education by modelling and applications. Chichester, 1993 [5] Heymann, H. 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Bitte beantworten Sie wenn möglich alle aufgeführten Fragen, auch die Angaben zu ihrer Person. Die Erhebung, Verarbeitung und Nutzung erfolgt nach strengen Vorgaben des deutschen Datenschutzrechtes mit Hilfe des renommierten Unternehmens Globalpark GmbH. Ihre Daten werden anonymisiert ausgewertet und nicht an Dritte weitergegeben. Hinweise zum Datenschutz Ihre Teilnahme ist sehr wichtig! Nur eine hohe Beteiligungsquote führt zu aussagekräftigen Resultaten. Für Rückfragen: [email protected] Vielen Dank für ihre Mitarbeit und Engagement! 27 1. Allgemeine Angaben zur Person a) Alter Jahre b) Geschlecht männlich weiblich c) Email-Adresse Die Adresse wird vertraulich behandelt und nicht weitergegeben. Hinweise zum Datenschutz d) Wie wurden Sie auf die Umfrage aufmerksam gemacht? Hinw eis/Aufforderung meines Arbeitgebers E-mail von den Projektverantw ortlichen Beim Surfen Sonstiges 28 2. Angaben zu Ausbildung und Beruf a) Schul/Hochschulabschluß kein Abschluss Hauptschulabschluß Realschulabschluß Abitur abgeschlossenenes Studium Promotion b) Welchen Beruf üben Sie aus? c1) Welcher Branche gehört Ihr Unternehmen an? c2) In welchem Unternehmen arbeiten Sie? BASF Freudenberg Grosskraftw erk Mannheim Pepperl+Fuchs RNV Andere d) Über wie viele Jahre Berufserfahrung in diesem Beruf verfügen Sie? 1 2-5 5-10 mehr als 10 e) Haben Sie nach Ihrer Schulzeit im Rahmen eines Studiums oder einer Fortbildung mathematische Inhalte vertieft? ja nein 29 3. Angaben zur Mathematik im Beruf a) Wie häufig benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf mathematische Fähigkeiten/Kenntnisse? nie selten manchmal oft sehr oft b) In welchem Umfang benötigen/benötigten Sie in Ihrem Beruf die unten genannten mathematischen Fähigkeiten/Kenntnisse? nie selten manchmal oft Kopfrechnen Überschlagsrechnen/Schätzen Rechnen mit elektronischen Hilfsmitteln geometrische Zeichnungen erstellen geometrische Berechnungen durchführen Räumliches Vorstellungsvermögen Größen messen/umwandeln/darstellen Prozentrechnung/Dreisatzrechnung anwenden Grafiken verwenden/erstellen Tabellen verwenden/erstellen Statistiken verwenden/erstellen Wahrscheinlichkeitsrechnung mit Formeln arbeiten Differential/Integralrechnung anwenden Numerische Verfahren /Näherungsrechnungen Modellieren/simulieren Algorithmen verstehen/erstellen c) Konkretisieren Sie die für Sie wichtigsten Fähigkeiten/Kenntnisse! (auch wenn sie in b) nicht genannt waren) 1. 2. 3. 30 sehr oft d) Konnten Sie die in der Schule im Mathematikunterricht erlernten Fähigkeiten/Kenntnisse in Ihrem Beruf verwenden? nie selten manchmal oft sehr oft e) In der Schule werden in Mathematik teilweise auch Anwendungsaufgaben/-situationen behandelt. Haben Sie in Ihrer Schulzeit Aufgaben/Situationen behandelt, welche - zumindest prinzipiell- in Ihrem Beruf vorkommen? nie selten manchmal oft sehr oft f) Könnten Sie ein Beispiel zu solch einer Anwendungsaufgabe/-situation nennen? g) Würden Sie sagen, dass Sie in der Schule ausreichend auf die mathematischen Anforderungen in Ihrer beruflichen Tätigkeit vorbereitet wurden? nein selten teilweise Größtenteils Ja h) Welche Inhalte bzw. Methoden bzw. Fähigkeiten fehlen Ihrer Meinung nach? 31 4. Sonstiges a) Wir wären eventuell an mehr Details interessiert und würden Sie gerne an Ihrem Arbeitsplatz befragen. Wären Sie prinzipiell zu solch einem Interview (mit Einverständnis des Arbeitgebers) bereit? ja nein b) Kennen Sie jemanden, dessen Tätigkeit für unsere Untersuchung interessant ist? Die Adresse wird vertraulich behandelt und nicht weitergegeben. Kontakt (Email oder Adresse) c) Platz für sonstige Mitteilungen: 32 Vielen Dank für Ihre Teilnahme! 33 B) Antworten Frage 3c) Konkretisieren Sie die für Sie wichtigsten Fähigkeiten/Kenntnisse! (auch wenn sie zuvor nicht genannt waren)! Die Zahlen in Klammern geben die Häufigkeit der Nennung an: Statistische Verfahren, Wahrscheinlichkeitsrechnung (29) - Statistik (14) Ausgleichungsrechnung, Darstellung bzw. Kreation von Kennfeldern und Diagrammen Varianzanalysen mit SAS Statistische Auswertungen (Wahrscheinlichkeitsrechnung) Deskriptive Statistik (z.B. Mittelwerte, Korrelationen, Standardabweichungen...) Tabellen und Grafiken interpretieren, Statistiken auswerten, Kennzahlen erstellen Umgehen mit Statistiken; Interpretation, auch mit Hilfe von Signifikanztests, Korrelationsberechnungen, Intervallschätzungen statistische Auswertung von Messdaten Auswertung und Analyse von Daten in Tabellen, Statistiken, Grafiken,... (z.B. MS Office) Inferenzstatistik (Z.B. Varianzanalysen) Statistik (Erstellen von Verteilungen von Zufallsvariablen, Berechnung von Korrelationen) Arbeiten mit Wahrscheinlichkeitsverteilungen Erstellen von Histogrammen nach verschiedenen Kriterien für Forderungsportfolien Auswerten von Messergebnissen Statistiken zur Schätzung/Messung von Programmlaufzeiten Bestimmung von Kennzahlen aufgrund von Unternehmensdaten Darstellung, Tabellen, Grafiken (42) - Tabellen (12) Tabellenkalkulation (10) Grafiken erstellen/verwenden (6) Kennlinien/ Kurven deuten/ verstehen (2) Erstellen von Tabellen für den Unterricht und die Notenauswertung / Notenprogramme Buchhaltung Funktionen und deren Ableitungen (hauptsächlich Geradengleichungen), d.h. (Gewinn-)Maximum,... Darstellung der Daten Erstellung von Prozessdiagrammen Preise berechnen/ermitteln (anhand von Tabellen) Tabellen & Graphiken, Arbeit mit dem Programm SPSS Preisberechnungen und Konditionen für Marketingaktionen Grafiken und Tabellen über Access/ >SQL oder Excel erstellen und auswerten/ interpretieren Datenvisualisierung Klare Darstellung von Berechnungsschritten zwecks Dokumentation Verwendung von ansprechenden/vereinfachenden Grafiken (für Marketing-Zwecke) Differenzial/Integralrechnung (8) - Differential- und Integralrechnung (4) Modellierung von technischen Systemen durch lin./nichtlin. Differentialgleichungen Differentiale und Differentialgleichungen folglich Integration etc.. Laplacetransformation, Rechnen im Frequenzbereich Zustandsraumdarstellung von DGLs, Untersuchung div. Eigenschaften wie Stabilität, ... 34 Kopfrechnen + Rechnen (35), Überschlag (38) - Kopfrechnen (28) Überschlagsrechnen/Abschätzen (26) Grundrechenarten (4) Gebührenzahlungen, also reicht Addition Man muss ohne Taschenrechner einfachere Rechnungen richtig durchführen können. durch meine Tätigkeit in einer Patentabteilung berechne ich hauptsächlich amtliche Fristen Abschätzen von Datenspeicher Verhältnisse/Relationen richtig einschätzen schnell das Wesentliche sehen, schnell überschlagsmäßig etwas berechnen Balance halten zwischen Überschlagsrechnen und Detailprognosen schnelle Abschätzung von Größenordnungen wichtig – Potenzrechnung Gefühl für Korrektheit der Ergebnisse (Kontrolle durch Überschlagsrechnen) Abschätzen können ob Ergebnisse von Berechnungen richtig sind Abschätzen von Größenverhältnissen Kostenabschätzungen (Überschlagsrechnungen) Bewerten von PC-Ergebnissen ist äußerst wichtig, um Eingabefehler oder die Verwendung falscher Tools zu erkennen bzw. eine ungefähre Vorstellung von möglichen Ergebnissen zu haben aufgrund mathematischer Kenntnisse. Abschätzungen von Kosten incl. entsprechenden Umlagen, etc. /monetäres Bewerten von Produktänderungen Plausibilisieren/Logik/Problemlösen (17), Simulieren/Modellieren (7) - Simulieren/Modellieren (4) Plausibilisieren von Ergebnissen (3) Logisches Denken (3) Finden von Dimensionslosen Größen, die gegeneinander aufgetragen werden können (Kommunikation). analytisches Denken Wie gehe ich an ein Problem ran, damit ich einen Lösungsweg finde, Problemerfassung Abstraktes Denken/Verstehen mathematischer Modelle Simulation von akustischen Erscheinungen in Matlab Fähigkeit, eine Sache in Teilaspekte aufteilen zu können Erkennen von systematischen Zusammenhängen FEM-Simulationen Verständnis komplexer Zusammenhänge grundlegendes Verständnis von mathem. Möglichkeiten/Fähigkeiten, auch %-Rechn., 3-Satz, Algebra Überblick Allgemeines mathematisches Verständnis/ mathem. und physikalisches Vorstellungsvermögen Gesamtheitliche Zusammenhänge erkennen Einfache Darstellung von komplexen Themen Bürgerliches Rechnen, Prozent- und Zinsrechnen/Dreisatz (41) - Prozentrechnen (14) Dreisatz (12) Kalkulationen (4) Absatz und Umsatz für Marketingaktionen inkl. Konditionen (z.B. Produkte für 6+1) Verhältnisse ausrechnen (1:5,...) und umsetzen können (1:5 heißt 1 Teil dies, 4 Teile das) kaufmännische Rechnung aller Art für die Führung meines Geschäfts chemisches rechnen Buchhaltung 35 - Berechnen von Verbrauchsmengen Bilanzierung von Massen-, Wärme- und Impulsströmen Fachwissen für Bestellwesen kalkulationstechnisch Kalkulationen für evtl. Investitionen erstellen (neue Techniken beurteilen) Berechnung von Ansatzgrößen (Wie viel Gramm eines Stoffes sollen eingesetzt werden?) wichtig ist mit Volumenströmen, Temperaturen, Drücke und Behälterinhalten zu arbeiten, einschätzen können Formeln, Einheiten, Größen (36) - Formeln verstehen/anwenden/erstellen(12) Einheiten umwandeln/arbeiten(7) Größen umwandeln/arbeiten (6) Berechnung von Größen, Volumen und Konzentrationen Maßeinheiten umrechnen (auch in Pixel) Währungen umrechnen Kenntnisse der auf Frequenzverhältnissen basierenden musikalischen Harmonik Umrechnen (unterschiedliche Einheiten) Mengen und Format- sowie Werkumfangsberechnungen Rechnen können, mit einer Formel was anfangen können Einheiten verschiedener Maßsysteme (USA/F/D/GB) zusammenfassen und berechnen Flächen/Volumenberechnung Berechnung elektrischer Kennwerte Erstellen von Planwechselkursen der Währungsparitäten# Geometrie (23) - Räumliches Vorstellungsvermögen (11) Geometrisches Zeichnen/Darstellung (5) Geometrische Berechnungen (3) Räumliches Vorstellungsvermögen und genaue Kenntnisse der menschl. Anatomie zur... Bewerten von Zeichnungen, 3D-Datensätzen, Detailanalysen von konstruktiven Details Darstellungen von Unterrichtsgegenständen durch Grafiken/Zeichnungen ...Anfertigung von "geometrischen", gelenkspezifischen Zeichnungen und damit... Rechnen mit elektronischen Hilfsmitteln (14), Algorithmen (11) - - Rechnen mit elektronischen Hilfsmitteln (10) Numerische Verfahren (2) Computer und Taschenrechner sind Arbeitsgeräte Entwicklung von Algorithmen Bei der Programmierung von Webanwendungen mit Verbindungen zu Datenbanken müssen optimale Abfrage-Algorithmen und effiziente Speicherverteilung modelliert und getestet werden. Das heißt, man berechnet relativ simple Aufwände von Schleifen etc. Programmieren von mathematischen und logischen Algorithmen Programmierkenntnisse zur Erstellung von Algorithmen aufstellen und anwenden von Algorithmen Algorithmen verstehen/erstellen Algorithmenerstellung, verstehen und erkennen ob die berechnete Lösung zum dem Problem sinnvolle Ergebnisse liefert Programmierung (Algorithmen, Formeln) Troubleshooting von Elektronischen Systemen -> Algorithmen und Schaltpläne verstehen und reparieren Verstehen und erstellen von Formeln und Algorithmen für das abstrahieren von Einzelfällen (Beispielwerte) auf allgemeingültige Formeln zur Einbindung in Programmcode. 36 - Entwicklung von Algorithmen erfordert im Allgemeinen die Fähigkeit strukturiert zu denken Berechnungen in Matlab zur Signalverarbeitung Sonstiges (17) - - Winkelfunktionen Setzen von Prioritäten auf Basis des Vorstellungsvermögens der Faktoren Zeit, Raum, Kapital, Arbeit. Mathematisches Grundverständnis aufbauen Als Kybernetiker muss man in der Lage sein, jede Art von anwendbarer Mathematik anzuwenden. Binärarithmetik Operations Research Verstehen und erklären von math. Sachverhalten aller Art für Schulungen Die letzten 5 Punkte sind absolutes Handwerkszeug, das man als Kyb. unbedingt beherrschen muss. ...Beurteilung bzw. Berechnung biomechanischer Auswirkungen auf die jeweilige Struktur. Sprache / Ausdrucksvermögen es werden so gut wie keine Kenntnisse gebraucht Als ehemaliger Physiktutor (2000-2003): Die Studenten wiesen erhebliche Mängel im Umgang mit: imaginären Zahlen; Differential und Integralrechung; Auflösen von Gleichungen; Erstellen von Grafiken auf. Genauigkeit Kommunikation und Terminplanung Rechenfertigkeit mit Papier und Bleistift (Lösen einfacher ODEs und PDEs, Vektoranalysis) Berechnung umfangreicher Gleichungssysteme Szenarioanalyse anfertigen C) Antworten Frage 3f) Könnten Sie ein Beispiel zu solch einer Anwendungsaufgabe/-situation nennen? Die Zahlen in Klammern geben die Häufigkeit der Nennung an: Beispiele aus dem Bereich Bürgerliches Rechnen (29) - - - Prozentrechnung (6) Dreisatz (8) Dreisatzrechnungen um Einheiten umzurechnen Einkommenssteuer Berechnung von Rezepturen. In der Schule wurde Prozentrechnen oder Dreisatz am Beispiel des Schwarzpulvers erklärt. Die ganze "höhere" Mathematik der Oberstufe war nie - auch nicht während des Studiums - erforderlich. Grundlagen der Buchhaltung Allgemeine Addition Hochrechnung Zinsberechnung, Wirtschaftlichkeitsberechnung Prozentrechnen: Umrechnen von Rezeptzusammensetzungen auf andere Volumina Prozentrechnung, Gaußsche Normalverteilung Zinseszins, Kostenkalkulation Prozentrechnung zur Ermittlung finanzmathematischer Ergebnisse Wie verändern sich Stückkosten in Abhängigkeit von Gesamtstückzahlen, techn. 37 - Lösung, etc. Z.B: ansetzen einer Lösung. Wie viel Gramm einen Stoffes benötige ich um eine 3% Lösung anzusetzen? Beispiele aus dem Bereich Geometrie (10) - Da ich Ingenieur bin, verwende ich geometrische Berechnungsverfahren sehr oft. Dies wurde uns in der Schulzeit sehr intensiv unterrichtet Beispiel aus der Geometrie: Finden Sie 10 Koordinaten die auf einer Kreisbahn mit Radius 8 um den Punkt 4/2 liegen. Flächen- und Volumenberechnungen geometrische Flächen-Volumenberechnungen Analytische Geometrie (Bestimmung von Geradengleichungen) Geometrie Umfangsberechnungen, Inhaltsberechnungen Vectorrechnung (für grafische Anwendungen während dem Studium) Winkelfunktionen bei der Längenmessung von unsichtbaren Kanten Anwendungsbeispiele aus der Trigonometrie Beispiele aus dem Bereich Naturwissenschaften (11) - - Biomechanik, Statistik Fallstudien der Technischen Mechanik Aufgaben für Physik Berechnungen zu Federkraft und Auslenkung fallen vor allem aus dem Physikunterricht ein. Für überschlägige Rechnungen benutze ich diese auch bei der Entwicklung von Gummidämpfern Physikalische Größen anwenden, z.B. Kraft= Masse x Beschleunigung, ist aber schwer genaue Beispiele zu nennen wenn ich eine Leitung mit x Metern Länge habe und darüber Strom mit y Ampere leiten will wie dick muss diese sein… nein leider erinnere ich mich nicht Ableitung von Gleichungen, Flächeninhalte, die z. B. einer Arbeit entsprechen Das Ohmsche Gesetz wenn es darum ging den Strom auszurechen was für eine Sicherung man einsetzen muss. Wurfgesetze als Beispiel von überlagerten Bewegungen Berechnung eines Biegebalkens am TG z.B. Kräfteverteilung, Hebelgesetze,... aus der Physik Beispiele aus dem Bereich Differential und Integralrechnung (9) - Anwendungen e- / ln-Funktionen Gewinnoptimierung durch Differentialrechnung Integration, Differentiation, Kurvendiskussion (Bestimmung Minima Maxima) Ableiten!!!, Matrizen, Polynome ,Integration, Im Prinzip alles! Vorrangig die Integral- / Differentialrechnung Berechnung von Flächeninhalten bzw. Volumina durch Integralrechnung Differentialrechnung/Integralrechnung Flächenberechnung unter Kurven Extremwertaufgaben Sonstiges (18) - - nicht aus dem Stehgreif Alle Schulbuchaufgaben Kennzahlen Statistik Das hat mit Grundschule Mathe wenig zu tun Optimierung innerhalb eines Minimax-Problems (nicht das genaue Problem, aber die allgemeine Vorgehensweise, angewandt z.B. auf ein Entropieprinzip oder eine lineare Stabilitätsanalyse) Ob als Betriebswirt oder Ingenieur - den Umgang mit Zahlen muss man überall 38 - beherrschen. Mir ist ein Fall bekannt, wo in einem Altersheim die Dosierung der Medikamente vom Pflegepersonal falsch berechnet wurde. Man sieht: Elementar ist das während der Schulzeit gewachsene Gefühl für Zahlen und Formeln - unabhängig von der Anwendung. Konkrete Anwendungsaufgaben erleichtern vielleicht das Lernen durch bessere Anschaulichkeit - die wesentlichen Fähigkeiten und Kenntnisse sind allerdings generell notwendig und vielerorts einsetzbar. Berechnung von Azimuth und Elevation einer Satellitenschüssel, abhängig von Standort und Satellitenposition (geostationär) Computer-AG (Pascal-Programmierung) Acess Datenbank zum Erstellen einer Lieferantenstatistik Preise bei der Angebotserstellung errechen -> z.B. Zielpreis ist gegeben, wie verteile ich die Nachlässe auf verschiedene Produkte um dabei die Provision zu maximieren. Preistabelle für Nutzer eines Systems erstellen und dabei Maximum aus statistischer Verteilung von Nutzergruppen abschätzen Formelerstellung Diagramme/Grafiken, Sinussatz, Strahlensatz, Fragestellungen aus Textaufgaben richtig Interpretieren Rechnen mit Matrizen; Aufstellen von Gleichungen (z.B.: Dreisatz, Integrale, Näherungslösungen) zur Ausrechen vom Break-Even-Point. z.B. Kurvendiskussion. Dies hilft ein besseres Verständnis für eine Funktion zu bekommen Kurvendeutung; was sagt welcher Teil der Kurve aus, was bedeuten die Bereiche in Schaubild Keine Angaben (19) - Nein, ich kann mich nicht mehr an konkrete Aufgabenstellungen erinnern. Die Angabe "manchmal" im der vorhergehenden Frage war reine Gefühlssache. Nein (10) Feld leer (8) D) Antworten Frage 3h) Welche Inhalte bzw. Methoden bzw. Fähigkeiten fehlen Ihrer Meinung nach? Die Anzahlen in Klammern geben die Häufigkeit der Nennung an: Kritik bzgl. inhaltlicher Lücken (55) a) Bürgerliche Mathematik (9) - In der Berufsschule hatten sehr viele Probleme mit Dreisatz- und Prozentrechnung - Dreisatzrechnen verstärken. Die wenigsten konnten das! - Zinseszinsberechnung, so was können nur Haupt- und Realschüler ;-) - einfache Dinge, wie Prozentrechnung und Dreisatz werden oft vernachlässigt, - Dreisatz, Brutto-Netto-Rechnung (was ist das überhaupt...) - Dreisatz, Prozentrechnung - An Gymnasien kommt 3 Satz und Prozentrechnung oft zu kurz. - Finanzmathematik, - Grundrechenarten sitzen nicht gut genug, um darauf aufbauend z.B. Bruchrechnung/Prozentrechnung etc. zu erlernen b) Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik (18) - Statistik, Statistik und nochmals Statistik - praktische Statistik (Versuch und Auswertung???) - Deutlich mehr Wahrscheinlichkeitsrechnung - Statistik, vor allem für naturwissenschaftliche Anwendungen 39 - - - insbes. Kopfrechnen, Arbeiten mit Tabellen/Statistiken Umgang mit deskriptiver und Differenzialstatistik Statistik und Tabellen verwenden/erstellen Statistik und Operations Research werden im Studium zwar benötigt, sind im Detail wahrscheinlich zu anspruchsvoll für die Schule - deshalb höchstens Grundzüge, d.h. wie liest man eine Statistik (Median, Artihm. Mittel...) oder was ist ein Netzplan. Statistik (5) Die überwiegenden Fähigkeiten hat das Studium vermittelst, auf das die Schule sehr gut vorbereitet hat, bis auf die wichtigen Punkte: Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung die bei mir in der Schule trotz Leistungskurs in Mathe/Physik nicht durchgenommen wurden. numerische Methoden, statistische Methoden Stochastik, Integration von Stochastischen Prozessen Mehr Informationen zu Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnungen Wahrscheinlichkeitsrechnung (Standard-Verteilungen), Kombinatorik c) Computer + Informatik (12) - Anwendung in MS Excel - falls Schule keinen eigenen Informatikunterricht anbietet, müssten zumindest im Mathematikunterricht Grundlagen der Informatik vermittelt werden - Erstellen von Tabellenkalkulationen bzw. Umgang mit Excel - Tabellenkalkulation; Einsatz von Standardprogrammen - Umsetzung der allgemeinen Rechenkenntnisse in die aktuelle Arbeitswelt im PC - Umgang mit Excel, Erarbeitung von Kalkulationen und Statistiken - für zukünftige Anforderungen ist eine verstärkte Quervernetzung zum Informatikbereich (speziell Datenbankanwendungen) nützlich. Zum Beispiel: Was verbirgt sich konkret hinter den Funktionen in MS Excell, MS Access? -> Hemmschwelle abbauen, Effizienz im beruflichen Alltag abbauen - Grundzüge der Programmierung insbesondere in den gängigen Officeanwendungen wie Excel (VBA) and Access (SQL). - Programmierkenntnisse, "Gefühl" für Algorithmen - Binärrechnung, Algorithmenerstellung, Grundzüge von modernen Algorithmen für Datenübertragung (Hash und Parity Werte) und Verschlüsselung (Primzahlen)… - Das Anwenden von mathematischen Kenntnissen in Standardsoftware (wie z.B. Microsoft Excel) - Sprich wie komme ich zu den benötigten Formeln. - Ich war - altersbedingt - nicht auf den PC vorbereitet, es gab ihn noch nicht. Heute ist er für mich das wichtigste Arbeitsgerät, das mir alle Berechnungen abnehmen kann. An meinen Kindern sehe ich, dass dieses hervorragende Werkzeug leider auch heute nicht praxisgerecht genutzt wird. Wozu Fortran lernen, wenn man nicht weiß, wie man Excel nutzt. Die uralte Programiersprache nutzt niemandem. d) Numerik (5) - es fehlen meiner Meinung nach, numerische Methoden bzw. die Bedeutung dieser Methoden für die Anwendungen - Mehr Informationen zu Numerischen Lösungsansätzen - Numerische Verfahren - Numerik (2) e) Sonstige inhaltliche Nennungen (12) - Differentialrechnung mit mehreren Variablen - Ein wirklich tiefes Verständnis von Differential- und Integralrechung, welches damit Aufgaben außerhalb der üblichen Flächenberechungen etc. lösbar macht. - Wirtschaftsmathematik - komplexe Zahlen zu wenig + DGls - Komplexe Zahlen - Mehr Kopfrechnen und Schätzen - komplizierte Differentialgleichungen - Mehr Rechnen mit Physikalischen Formeln und Einheiten. Umstellen und Auflösen - Winkelfunktionen, Gleichungen zu oberflächlich - kopfrechnen, Tabellen erstellen 40 - Als ehemaliger Physiktutor (2000-2003) fehlten den Studenten folgende Fähigkeiten: Umgang mit imaginären Zahlen; Differential und Integralrechung; Auflösen von Gleichungen; Erstellen von Grafiken auf, Matrizen-Algebra, … Kritik bzgl. Anwendungen & Praxisbezug (23) - - - - - - - realitätsbezogene Schätzaufgaben, wirtschaftsbezogene Case Studies à la Assessment Center Wirtschaftliche Anwendungen Weg von der reinen Theorie - hin zur Praxis. Wo kommen im Alltag mathematische Probleme/ Anwendungen auf uns zu? Didaktische Aspekte mehr anwendungsbezogenes Wissen Praxisbezug anwendungsorientierte Aufgaben Der Praxisbezug fehlt. praktikable sachliche Anwendungen aus Wissenschaft und Technik, die Verbindung zw. den Naturwissenschaften (Ma, Ch, Ph, Bio) Darstellung der Anwendungsmöglichkeiten Verknüpfung Mathematik mit Anwendung. Mathematik muss sich viel mehr an konkreten Anwendungsbeispielen aus z.B. der Physik oder technischen Mechanik orientieren. Es fehlt sehr viel der Lebensbezug. Mit Geld umgehen zu lernen ist für mich auch eine Aufgabe des Mathematikunterrichts. Versicherungen, Kredite, sozusagen die "Mündigkeit" des Bürgers wird vernachlässigt. Dies ist aber meiner Meinung nach gewollt, wie in den USA wird eine systematische "Verdummung" der Bevölkerung angestrebt, denn nur dumme Bürger lassen sich manipulieren es fehlten anwendungsbezogene Aufgaben im Mathematikunterricht. Diese gab es eher im Physikunterricht Die Verbindung des theoret. Tuns mit der realen praktischen Anwendung Praxisorientierte Beispiele. Sinnvoll sind hier z.B. Unternehmensplanspiele o.ä. Gerade in der Universität wird viel zu viel Theorie unterrichtet, die vollkommen unnötig ist (je nach Beruf versteht sich) - zumindest unnötig für Wirtschaftsingenieure Praxisbezug, z.B. wie kann man Satz von Pythagoras im Alltäglichen Leben verwenden oder as sind Modelle und wie können sie einem helfen. mehr Praxisnähe, zum Teil wird viel Theorie vermittelt, die man später nicht braucht Praxisbezug, aktuelle Themenstellung Schulrechnungen sind zu weit konstruiert. Der reale Kontakt / Anwendung muss deutlich verstärkt werden und die Verbindung zu anderen naturwissenschaftlichen Gebieten (z.B. Physik) verstärkt werden. Mathematik ist für die (sehr wichtigen!) technischen Disziplinen nun mal nicht Selbstzweck, sondern unabdingbare Voraussetzung! Der Bezug zur Praxis fehlte leider oft. Konkrete Einsatzmöglichkeiten wurden nicht aufgezeigt. Wir lernten damals für die Schule. Praxisbezug Zusammenhängen in die Mathematik mehr Beispiele aus der Physik im Mathematikunterricht. Transfer der erlernten Kenntnisse bei praktischen Aufgabenstellungen Gewinn, Kosten etc. eines Unternehmens ausrechen (Maximum,...). Man sollte einfach normale Geradengleichungen auf die Erfordernisse z.B. eines Unternehmens anpassen. So werden die Inhalte auch logischer, sie sind besser zu merken und einfach realistischer! Wenn Sie in die höhere Mathematik einsteigen fällt es oft schwer die Kenntnisse in die Realität um zu setzen Kenntnisse ausreichend oder übersteigen die Anforderungen (12) - keine, Uni liefert Notwendiges nach für meinen Beruf reichen meine Mathematikkenntnisse aus. Keine (4) 41 - Eigentlich keine. Im Gegenteil. Wir haben in der Schule viel mehr gemacht, als was ich später zum unterrichten (Grundschule) brauche keine, die Mathematik in der Schule war umfangreicher als in der beruflichen Anwendung. Bin mit dem Stoffumfang während meiner Schulzeit zufrieden keine, dafür braucht man ein Studium Inhaltlich fehlt nichts. Ich benötige sehr viele der gelernten Dinge gar nicht in meinem Beruf. Ist schon zu lange her, man hat sich im Beruf spezialisiert.... Es fehlten keine Inhalte, die höhere Mathematik wurde nur während des Studiums gelehrt. Wahrscheinlichkeitsrechnung war in der Mittelstufe ein Schwerpunkt - das hab ich nie wieder gebraucht! Generelle Kritik (12) - - - - - Die Fähigkeit zu abstrahieren, Ergebnisse sinnvoll zu interpretieren. Mathematik formaler zu behandeln (in der Schule jedoch schwer möglich) analytisches/abstraktes Denken abstrakte Mathematik (Beweise, Beweise, Beweise üben) wie man konkrete Probleme mit Mathe lösen kann Mathematik wurde mir nur als Rechenmethode vermittelt. Beweisführung, das eigentliche Wesen der Mathematik wurde mir nicht vermittelt. Es ging nie über Plausibiltätsbetrachtungen hinaus. Wenn in der Schule alles vermittelt würde, bräuchte man wohl nicht mehr studieren! Nein - die Schule sollte ein gutes Fundament in den Kenntnissen der Mathematik liefern. Egal ob man später Arzt, Ingenieur oder Englischlehrer wird. Für tiefer gehende Beschäftigung mit der Mathematik dient - falls notwendig - das Studium. Was viel stärker ausgebildet werden sollte, ist das Bewusstsein, wie wichtig mathematische Kenntnisse und Fähigkeiten im heutigen Leben sind. In Zeitungen finden sich häufig fehlerhafte Diagramme und Statistiken, bei denen man mit einem geübten Blick leicht erkennt, dass beispielsweise eine Verteilung mit über 100% Gesamtanteil dargestellt wird. In einer technischen Welt sollte ein mündiger und verantwortungsvoller Bürger in der Lage sein, Zahlen und rechnerische Sachverhalte (z.B. Bundeshaushalt, Rentenentwicklung, Firmenbilanz) korrekt zu interpretieren und einzuordnen. Das bringt den Jugendlichen (unserer Zukunft) mehr, als die (nicht überall benötigte) Fähigkeit, das Integral von 1/sin²x zu berechnen... oft keine Eigenleistung erforderlich, sondern nur Nachvollziehen ähnlicher Fälle; Vermittlung der Grundlagen der Analysis unzureichend > ermöglicht tieferes Verständnis für Zusammenhänge man könnte die ganze Mathematik schneller durchziehen Das schnelle überschlägige Abschätzen, ob ein Ergebnis realistisch ist, bzw. ob eine Lösung sinnvoll und machbar ist die wichtigen Dinge in der Mathematik fürs Leben (individuell oder im Beruf)werden so nicht ausdrücklich weitergegeben und auch nicht so vermittelt, dass sie sitzen. (Allgemeinbildung Mathematik) Bei fehlte das "Handwerkszeug"; Kopfrechnen, Schätzen, mathematische Zusammenhänge schnell erkennen Sonstige Aussagen (18) - - Meine berufliche Tätigkeit ist in mathematischer Hinsicht zu komplex, um darauf in der Schule vorbereitet zu werden. Im Vergleich zu anderen Studenten aus anderen Bundesländern (nicht BW oder BAY) wurde uns eine bessere Methodik gelehrt, was sich während dem Studium als wichtiger herausstellte, als das Abdecken aller mathematischen Gebiete während der Schulzeit. Die Methodik kann später kaum noch umtrainiert werden, ein neues Gebiet jedoch kann schnell verstanden werden. alles was in der Uni gelehrt wurde. Die Mathematik im Studium erschien hart, demnach ist die Mathe in der Schule zu schwach. Es fehlte die Selbstverständlichkeit 42 - - - - - Schule und Studium lieferten Fähigkeiten, die die meines Berufes übersteigen Bis jetzt konnte ich eigentlich jedes Problem lösen. Einfacher wäre es vielleicht gewesen, wenn ich manche Probleme schon aus dem Matheunterricht gekannt hätte. Reduzierung auf das wichtige, um sich nicht in der Vielfalt zu verlieren In der Realschule spezifischer auf die Berufe eingehen und eher mal in der Hinsicht was rechnen und nicht so ein kram was man eh nicht mehr gebrauchen kann später. Weiß ich nicht, meine Stärken liegen in den Sprachen, Mathematik war immer eine Qual Die Mathematik, die ich für die Arbeit benötige habe ich im Großen und Ganzen in der Schule gelernt, aber für das Studium war meine Grundausbildung(Leistungskurs Mathematik) nicht ausreichend. Im Studium habe ich noch die Matrizenrechung und partielles Integrieren gelernt. Belastungen (N), Drücke (bar), el. Strom, technisch ließ es zu wünschen übrig! In Zusammenhang mit dem Studium auf jeden Fall kann ich mich konkret nicht daran erinnern Es fehlt mir die komplette mathematische Ausbildung an der Hochschule, was die Schule aber auch nicht leisten kann. Trotzdem liefert die Schule eine gute Grundlage für das Studium. Mathematik der höheren Klassen zu theoretisch und daher auch uninteressant. die, die dann im Studium kamen Was bei uns noch gut war: Es durften keine programmierbaren Taschenrechner verwendet werden. Dann kann man zwar manche Aufgabe nicht, oder nur sehr schwer machen, aber man kann sich auf wesentlichen Prinzipien beschränken, und diese dafür umso besser verstehen. Weniger Taschenrechner, graphischer Taschenrechner in der Schule abschaffen, da er in der Realität nicht existiert Ich hatte das Glück, einen sehr guten Mathematikunterricht erhalten zu haben. Der Übergang zum Studium ist dadurch sehr erleichtert worden. Computerkenntnisse wurden kaum vermittelt; dies war aber kein Nachteil, da sich diese Lücke(?) problemlos (im Gegensatz zu fundamentalen Lücken in der Theorie) leicht schließen ließ! kann ich nicht bewerten 43