Informatik, Gesellschaft und Geschichte · 2. Halbjahr

Kryptowährungen und Blockchain

Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Grundlagen dezentraler Systeme und deren Versprechen.

Über dieses Thema

Lineare Optimierung hilft uns, unter begrenzten Ressourcen die beste Entscheidung zu treffen. In der 10. Klasse lernen die Schüler, wie man Probleme mit mehreren Ungleichungen (Restriktionen) grafisch darstellt. Der 'zulässige Bereich' im Koordinatensystem zeigt alle möglichen Lösungen, und die Zielfunktion hilft dabei, das Optimum (z.B. maximaler Gewinn) zu finden.

Gemäß den KMK-Standards schult dies das logische Strukturieren von Problemen und das Arbeiten mit Halbebenen. Ein zentrales Ergebnis ist die Erkenntnis, dass das Optimum immer an einer Ecke des zulässigen Bereichs liegt. Aktive Lernformate, wie das Lösen von Produktionsrätseln in Teams oder das 'Verschieben' der Zielfunktionsgeraden am Overheadprojektor oder Smartboard, machen die strategische Planung visuell und logisch nachvollziehbar.

Ideen für aktives Lernen

Planspiel: Die Smoothie-Bar

Schüler müssen entscheiden, wie viele 'Beeren-Mix' und 'Tropen-Mix' Smoothies sie herstellen, um den Gewinn zu maximieren. Sie haben begrenzte Mengen an Früchten (Ungleichungen) und zeichnen den zulässigen Bereich in Gruppen.

⏱ 55 Min.·Kleingruppen

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Ich-Du-Wir (Denken-Austauschen-Vorstellen): Die Eckpunkt-Theorie

Schüler überlegen allein, warum die optimale Lösung an einer Ecke liegen muss. Im Paar nutzen sie ein Lineal als 'Zielfunktion' und schieben es über ein Vieleck, um zu sehen, welcher Punkt als letztes berührt wird.

⏱ 25 Min.·Partnerarbeit

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Forschungskreis: Diät-Problem

In Kleingruppen lösen Schüler ein klassisches Optimierungsproblem: Wie stellt man eine Mahlzeit zusammen, die alle Vitamine enthält (Mindestmengen), aber so günstig wie möglich ist? Sie vergleichen ihre grafischen Lösungen.

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Schüler zeichnen oft die falsche Seite der Geraden als zulässigen Bereich ein.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Die 'Nullpunktprobe' hilft: Man setzt (0|0) in die Ungleichung ein. Ist die Aussage wahr, gehört der Ursprung zum Bereich. Aktives Markieren mit Textmarkern in verschiedenen Farben macht die Schnittmenge der Halbebenen sichtbar.

Häufige Fehlvorstellung

Es wird geglaubt, dass man nur ganzzahlige Lösungen verwenden darf.

Was Sie stattdessen lehren sollten

In der Theorie sind alle Punkte im Bereich möglich. In der Praxis (z.B. bei Autos) muss man runden. Lehrkräfte sollten zeigen, dass der nächste ganzzahlige Punkt nicht immer der optimale ist. Das fördert genaues Hinsehen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein zulässiger Bereich?

Der zulässige Bereich ist die Menge aller Punkte (x,y), die alle vorgegebenen Ungleichungen (Einschränkungen) gleichzeitig erfüllen. Grafisch ist das meist ein Vieleck im Koordinatensystem.

Wie findet man grafisch das Maximum?

Man zeichnet die Zielfunktion für einen beliebigen Wert ein und verschiebt diese Gerade parallel so weit wie möglich nach außen, bis sie den zulässigen Bereich gerade noch an einem Punkt (meist einer Ecke) berührt.

Was sind Restriktionen?

Restriktionen sind die Nebenbedingungen in Form von Ungleichungen, wie zum Beispiel: 'Es stehen maximal 100 Arbeitsstunden zur Verfügung' (2x + 3y <= 100).

Warum ist lineare Optimierung für Unternehmen wichtig?

Unternehmen nutzen sie täglich für Logistik, Schichtplanung oder die Zusammenstellung von Tierfutter. Durch aktives Lösen solcher Aufgaben verstehen Schüler, wie Mathematik hilft, Verschwendung zu vermeiden und Effizienz zu steigern.

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