Heiko Etzold

• Die Vielfältigkeit des Winkelbegriffs ist gleichermaßen spannend wie herausfordernd in Hinblick auf seine Zugänge im Mathematikunterricht der Schule. Ausgehend von verschiedenen Vorstellungen zum Winkelbegriff wird in dieser Arbeit ein Lehrgang zur Vermittlung des Winkelbegriffs entwickelt und letztlich in konkrete Umsetzungen für den Schulunterricht überführt. Dabei erfolgt zunächst eine stoffdidaktische Auseinandersetzung mit dem Winkelbegriff, die von einer informationstheoretischen Winkeldefinition begleitet wird. In dieser wird eine Definition für den Winkelbegriff unter der Fragestellung entwickelt, welche Informationen man über einen Winkel benötigt, um ihn beschreiben zu können. So können die in der fachdidaktischen Literatur auftretenden Winkelvorstellungen aus fachmathematischer Perspektive erneut abgeleitet und validiert werden. Parallel dazu wird ein Verfahren beschrieben, wie Winkel – auch unter dynamischen Aspekten – informationstechnisch verarbeitet werden können, so dass Schlussfolgerungen aus derDie Vielfältigkeit des Winkelbegriffs ist gleichermaßen spannend wie herausfordernd in Hinblick auf seine Zugänge im Mathematikunterricht der Schule. Ausgehend von verschiedenen Vorstellungen zum Winkelbegriff wird in dieser Arbeit ein Lehrgang zur Vermittlung des Winkelbegriffs entwickelt und letztlich in konkrete Umsetzungen für den Schulunterricht überführt. Dabei erfolgt zunächst eine stoffdidaktische Auseinandersetzung mit dem Winkelbegriff, die von einer informationstheoretischen Winkeldefinition begleitet wird. In dieser wird eine Definition für den Winkelbegriff unter der Fragestellung entwickelt, welche Informationen man über einen Winkel benötigt, um ihn beschreiben zu können. So können die in der fachdidaktischen Literatur auftretenden Winkelvorstellungen aus fachmathematischer Perspektive erneut abgeleitet und validiert werden. Parallel dazu wird ein Verfahren beschrieben, wie Winkel – auch unter dynamischen Aspekten – informationstechnisch verarbeitet werden können, so dass Schlussfolgerungen aus der informationstheoretischen Winkeldefinition beispielsweise in dynamischen Geometriesystemen zur Verfügung stehen. Unter dem Gesichtspunkt, wie eine Abstraktion des Winkelbegriffs im Mathematikunterricht vonstatten gehen kann, werden die Grundvorstellungsidee sowie die Lehrstrategie des Aufsteigens vom Abstrakten zum Konkreten miteinander in Beziehung gesetzt. Aus der Verknüpfung der beiden Theorien wird ein grundsätzlicher Weg abgeleitet, wie im Rahmen der Lehrstrategie eine Ausgangsabstraktion zu einzelnen Winkelaspekten aufgebaut werden kann, was die Generierung von Grundvorstellungen zu den Bestandteilen des jeweiligen Winkelaspekts und zum Operieren mit diesen Begriffsbestandteilen ermöglichen soll. Hierfür wird die Lehrstrategie angepasst, um insbesondere den Übergang von Winkelsituationen zu Winkelkontexten zu realisieren. Explizit für den Aspekt des Winkelfeldes werden, anhand der Untersuchung der Sichtfelder von Tieren, Lernhandlungen und Forderungen an ein Lernmodell beschrieben, die Schülerinnen und Schüler bei der Begriffsaneignung unterstützen. Die Tätigkeitstheorie, der die genannte Lehrstrategie zuzuordnen ist, zieht sich als roter Faden durch die weitere Arbeit, wenn nun theoriebasiert Designprinzipien generiert werden, die in die Entwicklung einer interaktiven Lernumgebung münden. Hierzu wird u. a. das Modell der Artifact-Centric Activity Theory genutzt, das das Beziehungsgefüge aus Schülerinnen und Schülern, dem mathematischen Gegenstand und einer zu entwickelnden App als vermittelndes Medium beschreibt, wobei der Einsatz der App im Unterrichtskontext sowie deren regelgeleitete Entwicklung Bestandteil des Modells sind. Gemäß dem Ansatz der Fachdidaktischen Entwicklungsforschung wird die Lernumgebung anschließend in mehreren Zyklen erprobt, evaluiert und überarbeitet. Dabei wird ein qualitatives Setting angewandt, das sich der Semiotischen Vermittlung bedient und untersucht, inwiefern sich die Qualität der von den Schülerinnen und Schülern gezeigten Lernhandlungen durch die Designprinzipien und deren Umsetzung erklären lässt. Am Ende der Arbeit stehen eine finale Version der Designprinzipien und eine sich daraus ergebende Lernumgebung zur Einführung des Winkelfeldbegriffs in der vierten Klassenstufe.…
• The diversity of the concept »angle« can be both exciting and challenging when looking at how to access it in mathematics education in schools. In this thesis, based on different ideas of the angle concept, a training course for conveying the concept will be developed and translated into concrete implementations for school teaching. First, there will be a didactical subject matter discussion of the angle concept, which will be accompanied by an angle definition from information theory. Through the didactical subject matter discussion, a definition for the angle concept will be developed which is guided by the question of what kind of information about an angle is needed in order to describe it. This way, the diverse ideas of the angle concept discussed in mathematics didactics literature can be once again derived and validated from a mathematical point of view. In parallel, a method will be described of how an angle - even one with dynamic aspects - can be handled in terms of information technology, so that conclusions can beThe diversity of the concept »angle« can be both exciting and challenging when looking at how to access it in mathematics education in schools. In this thesis, based on different ideas of the angle concept, a training course for conveying the concept will be developed and translated into concrete implementations for school teaching. First, there will be a didactical subject matter discussion of the angle concept, which will be accompanied by an angle definition from information theory. Through the didactical subject matter discussion, a definition for the angle concept will be developed which is guided by the question of what kind of information about an angle is needed in order to describe it. This way, the diverse ideas of the angle concept discussed in mathematics didactics literature can be once again derived and validated from a mathematical point of view. In parallel, a method will be described of how an angle - even one with dynamic aspects - can be handled in terms of information technology, so that conclusions can be drawn from a definition from information theory for dynamic geometry environments for instance. Considering how abstraction of the angle concept can take place in mathematics education, the Idea of Grundvorstellungen will then be connected to the structural principle of the Ascent From the Abstract to the Concrete. Based on the connection of these two theories, a training course will be developed that aims to construct an initial abstract of certain aspects of the angle concept which, in turn, aims at enabling the generating of Grundvorstellungen towards components of the angle concept and at operating with it. For this, the structural principle will be adapted – specifically to realize the transition from angle situations to angle contexts. For one aspect, the angular field, there will be a description of learning actions and demands on a learning model that supports students’ concept acquisition. The angular field, in this step, will be represented by vision fields of animals. Activity theory, on which the structural principle is based, depicts the recurring theme throughout this thesis when generating design principles that lead towards the development of an interactive learning environment. For this, the Artifact-Centric Activity Theory model will be used in order to describe connections between students, the mathematical topic and the to-be-created app. The use of the app in classroom situations, as well as its rule-governed development, are components of the model. Following a Design-Based Research approach, this learning environment will then go through several cycles of test, evaluation and revision. For this purpose, a qualitative setting will be applied using Semiotic Mediation. It will be used to investigate how far design principles, as well as their implementation, impacts on the quality of student’s learning actions. As an outcome of this thesis, a final version of the design principles and an ensuing learning environment that introduces the concept of »angular field« in grade four teaching will be created.…