Quelltext der Seite Workshop Analytische Geometrie GeoGebra-Tagung


{{Kurzinfo-1|Seite_BL}}

== Einführung in die Nutzung von GeoGebra 3D ==

=== Die Bedienung von GeoGebra 3D kennenlernen ===
'''Hinweise zur Bedienung:''' Mit der neuen Grafik 3D-Ansicht gibt es auch ein paar wichtige Neuigkeiten im Vergleich zur 2D-Ansicht bezüglich der Bedienung und zu den möglichen Einstellungen.

* Die '''Ansichtsrichtung''' lässt sich mit Werkzeugen (letzte Werkzeug-Box) ändern bzw. mit der Maus (linke Maustaste , rechte Maustaste, linke Maustaste mit  {{Taste|STRG}}). Zusätzlich gibt es Möglichkeiten in der Gestaltungsleiste für spezielle Ansichten.
::''Ausführlich wird dies in einem {{Video}} [http://www.youtube.com/watch?v=LnKxHuOEEiU Film] erklärt, wobei aber eine ältere GeoGebra3D-Version verwendet wird! Bis auf zusätzliche Tasten ist die Bedienung gleich und die Symbole quasi identisch.''

* Die '''Ansicht in sichtbaren Bereich verschieben''' kann man mit dem entsprechenden Werkzeug (letzte Werkzeug-Box) oder mit der Maus (mittlere Maustaste bzw. linke Maustaste mit {{Taste|Shift}})

* '''Zoomen''' geht mit zwei Werkzeugen (letzte Werkzeug-Box) oder mit dem Mausrad.

* Bei der '''Bewegung von Punkten''' gibt es zwei Möglichkeiten, die <u>per Klick auf den Punkt</u> geändert werden können. Man kann den Punkt entweder in x-y- oder z-Richtung bewegen. Je nach Einstellungen zum '''Punktefang''' (siehe Gestaltungsleiste) rasten die Punkte an dem Koordinatengitter (sichtbar oder nicht) ein und ermöglichen so ganzzahlige Koordinaten von Hand einzuzeichnen.

* Für die '''neue Ansicht''' gibt es neue '''Einstellungen''' (erreichbar über das Menü oder über das Zahnrad rechts oben). 
** Dazu gehören auch verschiedene Arten von Perspektiven, die man über die Gestaltungsleiste auswählen kann.

=== Wichtige Informationen rund um die Eingabe und das Zeichnen von Vektoren ===
* Neben dem Werkzeug zum Zeichnen von Vektoren mit Hilfe von zwei Punkten gibt es noch zwei Textbefehle:
** <code>Vektor[Punkt]</code> ... erzeugt den Ortsvektor zu einem Punkt
** <code>Vektor[Anfangspunkt, Endpunkt]</code>  ...erzeugt einen Vektor zwischen zwei Punkten, wobei man diese auch berechnen kann, wie etwa <code>Vektor[A, A + b]</code> wenn A ein Punkt und b ein Vektor ist.
:'''Tipp:''' Man kann auch standardmäßig den Buchstaben "O" für den Ursprung verwenden.


* Bei der Eingabe von <code>(1,2,3)</code> in die Eingabezeile kann man einen Vektor <u>oder</u> einen Punkt zeichnen.
** <code>(1,2,3)</code> erzeugt einen Punkt
** <code>A=(1,2,3)</code> erzeugt ebenfalls einen Punkt
** <code>a=(1,2,3)</code> erzeugt einen Vektor vom Ursprung zum Punkt <code>(1,2,3)</code>
** Man kann Punkte und Vektoren auch nachträglich umbenennen, wenn man andere Namen haben will.


* GeoGebra verfolgt ein Konzept, bei dem beim Rechnen nicht zwischen Punkten und Vektoren unterschiedenen wird (''siehe [https://www.oemg.ac.at/DK/Didaktikhefte/2007%20Band%2040/VortragMalle.pdf G. Malle]''). So kann man mit Punkten rechnen wie mit Vektoren. Hier ein paar Beispiele:
** Den Mittelpunkt der Punkte A und B erhält man durch <code>(A+B)/2</code>
** Der Punkt A am Ursprung gespielt ist der Punkt <code>-A</code>
** Der Punkt A an Punkt B gespiegelt ist <code>B + (B-A)</code>


{{Auftrag|Probieren Sie die Werkzeuge der 3D-Aussicht und die Eingabe von Punkten und Rechnungen mit Punkten selber aus. Mehr Infos zu den einzelnen Werkzeugen gibt es auf [https://wiki.geogebra.org/de/3D_Grafik_Werkzeuge dieser Seite] im GeoGebra-Wiki-Handbuch. Dazu gibt es noch [https://wiki.geogebra.org/de/Vektor_%26_Matrix_(Befehle) eine Seite] mit einigen Textbefehlen zu Vektoren und Matrizen, zu denen es kein Werkzeug gibt. Natürlich können auch alle Werkzeuge als Textbefehl in der Eingabezeile genutzt werden!}}


{{Auftrag|'''ERGÄNZUNG:''' Bestimmen Sie mit einem Befehl den Schwerpunkt eines Dreiecks mit Hilfe der Eckpunkte.}}

== GeoGebra 3D im Unterricht  ==
Hier ein paar Ideen, wie man die 3D-Version von GeoGebra im Unterricht nutzen kann. Zu diesem Themen folgen dann später konkrete Beispiele und Übungen.
* Die Schüler bekommen '''freie Zeichenaufgaben'''
::''Hier geht es um das Kennenlernen von GeoGebra 3D und gleichzeitig um das Kennenlernen des 3-dimensionalen Raumes. Was bisher nur theoretisch behandelt werden konnte, können die Schüler nun direkt umsetzen.''
::: <u>Beispiel:</u> Ebener Quader, Pyramide oder Haus nach Maßvorgaben zeichnen und dazu die Eckpunkte berstimmen/berechnen.

* '''Vorgegebene Arbeitsblätter''' sollen durch die Schüler benutzt oder ergänzt werden.
::: <u>Beispiel:</u> Addtionsaufgaben wie in den Büchern können nun direkt bearbeitet werden. Man kann Lösungen eingeben und schauen, ob es stimmt oder am Fehler erkennen, wo flasch gedacht wurde.
::: <u>Beispiel:</u> Quader nach vorgebenen Punkten schräg im Raum konstruieren, wie es bisher nur auf dem Papier in 2D gemacht wird.
::: <u>Beispiel:</u> Entdecke die Eigenschaften des Skalarproduktes
::: <u>Beispiel:</u> Untersuchung von Matrizen und Abbildungen

* '''Lösen''' raumgeometrischer Aufgaben ''' durch interaktives Konstruieren'''.
::''Mithilfe von GeoGebra 3D ist es möglich, analytisch-geometrische Aufgaben auch ohne Rechenkalkül exakt zu lösen. Dabei unterstützt die Funktionalität des Programms die Entwicklung und Anwendung raumgeometrischen Wissens und fördert zugleich die Raumvorstellung der Schülerinnen und Schüler.''
::: <u>Beispiel:</u> Interaktives Konstruieren ist mit fast allen typischen Schulbuchaufgaben möglich.

* ''' Rechnerische Lösungen von Aufgaben''' können in GeoGebra 3D '''kontrolliert''' werden.
::''Die Schüler zeichnen die gegebenen Objekte und ihre Lösung in das virtuelle Koordinatensystem ein und kontrollieren die Richtigkeit. Da die exakten Lösungen nicht immer direkt in der Konstruktion ablesbar (erkennbar) sind, müssen diese ggf. nachräglich konstruiert werden.''
:::<u>Beispiel:</u> Liegt der Punkt auf der Geraden?
:::<u>Beispiel:</u> Ist die Geraden senkrecht zu der Ebene?

* Als '''Visualisierungswerkzeug''' für 3D-Szenen
:: ''GeoGebra3D bietet die nun endlich die Möglichkeit, die 2D-Bilder aus den Büchern 3-dimensional und dynamisch darzustellen. Sie sind dabei variabel und können von von allen Seiten angeschaut werden.''
:::<u>Beispiele:</u> Parameterformen bei Geraden/Ebenen, Normalenform, Koordinatenform, usw.

== Beispielaufgaben mit Musterlösungen ==
{{Auftrag|Die folgenden Aufgaben sind für Sie gedacht, um das Erstellen von speziellen Zeichnungen und Konstruktionen in 3D zu üben. Auf der verlinkten Seite finden Sie Anleitungen als Texte oder Videos.
:Suchen Sei sich von den folgenden Übungsaufgaben einige nach eigenem Kenntnisstand aus und bearbeiten Sie diese.}}

=== Beispiele für Freie Zeichenaufgaben ===
{{Kurzregel|'''Ziele:''' Lernen Sie, wie man Punkte über die Eingabezeile und mit mit den Werkzeugen eingeben kann. Nutzen Sie erste Werkzeuge und üben Sie den Umgang mit dem der 3D-Grafik-Ansicht.}}
::* {{Bronze}} [[Zeichnen eines Quaders von Hand mit vorgegebenen Maßen]]
::* {{Bronze}} [[Zeichnen einer quadratischen Pyramide mit variablen Maßen]]

=== Beispiele für das Ergänzen von Zeichnungen ===
{{Kurzregel|'''Ziele:''' Lernen Sie wie man Vektoren von Hand eingibt und gezielt Vektoren zwischen vorgegebenen Punkten zeichnet. Lernen Sie kennen, dass GeoGebra auch mit Punkten rechnen kann und wann ein Punkt oder ein Vektor erzeugt wird.
:<u>Wichtiger Hinweis:</u> Auch wenn die Vektoren in den Zeichnungen meist eine Beschriftung haben, bei der ein Vektorpfeil über dem Namen steht, so muss doch immer der Name ohne Pfeil zum Rechnen verwendet werden, da dies der richtige Name innerhalb von GeoGebra ist. <u>Beispiel:</u> Der Vektor <math>\vec{a}</math> hat eigentlich den Namen <math>a</math>.
:Die Beschriftung mit dem Vektorpfeil wird von Hand ergänzt, indem man bei den Einstellungen im Tab "Grundeinstellungen" die Beschriftung <code>"$$\vec %n$$"</code> verwendet.
}}

::* {{Bronze}} [[Einzeichnen von fehlenden Kanten Vektoren zu einem Tetraeder]]
::* {{Bronze}} [[Ergänzen der Eckpunkte eines Spates]] 
::* {{Bronze}} [[Vervollständige eine Pyramide bei gegebenen Kantenvektoren]]
::* {{Silber}} [[Die Koordinaten eines 3D-Vektors durch einen Quader verdeutlichen]]
::* {{Silber}} [[Erstellen eines Werkzeuges für das Zeichnen von Vektoren an bestimmten Stellen]]

=== Beispiele zur Nutzung als Visiualisierungswerkzeug ===

Viele Schüler haben Probleme, dass Konzept des "Parameters" zu verstehen. Ebenso bei den Normalenformen. Und obwohl die Koordinatenform bei Ebenen sich kaum von den Geradengleichungen aus der Mittelstufe unterscheiden, fällt es vielen Schülern schwer, die Bedeutung der Gleichung zu verstehen.

Statt statischen Zeichnungen im Buch können in GeoGebra dynamische Zeichnungen mit Hilfe von Schieberegler erstellt werden. Oder man verwendet Gleiter auf den Ebenen, um einen Punkt auf dem Objekt zu haben, dessen Koordinaten-Werte man mit Hilfe von dynamischem Text zur Kontrolle in die Gleichung einsetzt.

{{Kurzregel|'''Ziele:'''Lernen Sie Möglichkeiten kennen, wie man interaktive Zeichnungen für die Vektorrechnung erstellen kann. 
:<u>Hinweis:</u> Zu den folgenden Beispielen gibt es jeweils Anleitungen in Form von Videos, sowie die fertigen Dateien zum Ausprobieren.}}
::* {{Gold}} [[Parametergleichung von Geraden in 2D darstellen (Video)]]
::* {{Gold}} [[Parametergleichung von Ebenen in 3D darstellen (Video)]]
::* {{Gold}} [[Koordinatenform von Ebene mit variablen Koeffizienten und Spurgeraden (Video)]]
::* {{Gold}} [[Koordinatenform von Ebenen über Spurpunkte festlegen (Video)]]
::* {{Gold}} [[Normalenform von Ebenen darstellen (Video)]]

===Beispiele für das Lösen mithilfe interaktiven Konstruierens ===
{{Kurzregel|'''Ziele:''' Probieren Sie aus, wie es ist, eine Aufgaben zeichnerisch und nicht recherisch zu "lösen". 

:''Die Aufgabenstellungen finden Sie auf dem im Workshop ausgeteilten Aufgabenblatt. Unter den folgenden Links können Sie die zu jeder Aufgabe passende Datei (mit den gegebenen Grundkonstruktionen wie z.B. Punkt, Gerade,...) herunterladen. Daneben gibt es zu jeder Aufgabe eine exemplarische Musterlösung in Form eines Anleitungsvideos, bzw. als fertige GeoGebra-Datei.''}}
::* {{Silber}} [[GeoGebra3D - Anwendung in der Linearen Algebra/Aufgabe 1|Materialien zu Aufgabe 1]]
::* {{Silber}} [[GeoGebra3D - Anwendung in der Linearen Algebra/Aufgabe 2|Materialien zu Aufgabe 2]]
::* {{Silber}} [[GeoGebra3D - Anwendung in der Linearen Algebra/Aufgabe 3|Materialien zu Aufgabe 3]]
::* {{Gold}} [[GeoGebra3D - Anwendung in der Linearen Algebra/Aufgabe 4|Materialien zu Aufgabe 4]]
::* {{Silber}} [[GeoGebra3D - Anwendung in der Linearen Algebra/Aufgabe 5|Materialien zu Aufgabe 5]]
::* {{Silber}} [[GeoGebra3D - Anwendung in der Linearen Algebra/Aufgabe 6|Materialien zu Aufgabe 6]]


<!--=== ??? === 

Wird vielleicht zu viel, wenn wir auch noch CAS reinnehmen, oder?


'''Infos:''' Zahlen bestimmen, mit Vektoren rechnen, Parameter berechnen auch in Verbindung mit CAS?

* Lage von drei Punkten untersuchen, Flächeninhalt zeichnerisch bestimmen und mit Hilfe von Vektorprodukt
* Maße in einer Pyramide ablesen (eher für die Klasse 10?)
* Lage von drei Punkten im CAS untersuchen
-->

== Ausblick: Ein neuer Unterricht in linearer Algebra? ==
Führt eine, mit GeoGebra nun allen Schülern verfügbar 3D-Ansicht, zu einem neuen Unterricht? Mit dem CAS ist das für die Analysis ja angestrebt und teilweise umgesetzt worden. Einige Didaktiker haben sich dazu schon Gedanken gemacht und haben Ideen geliefert.

* Animationen von Punkten und anderen Objekten mit Hilfe von Schiebereglern (linear, beschleunigt, kreisförmig,  ...)
:{{Gold}} [[Kreisförmige Animation eines Punktes auf einem beliebigen Kreis]]
* Man könnte nun auch andere Formen von Punktemengen betrachten außer Gerade, Ebene und Kugel
** GeoGebra bietet inzwischen viele Formen an.
** Anwendung der Idee von Parameter- und Koordinatengleichungen auf neue Formen 
** Funktionen f(x,y)
** Rotationskörper könnten mit Parameterlinien und Folgen erstellt werden
* Das '''CAS''' und die Tabellenkalkulation übernehmen die aufwendigen Rechnungen zur Bestimmung von Lösungen von Gleichungssystemen.
** Nutzung von Skalarprodukt, Vektorprodukt, Determinanten, Matrizen, usw.
** Lösen von Gleichungssystemen (auch unter- bzw. überbestimmt)


* Der Benutzer [https://www.geogebra.org/hawe Hawe] hat einige Beispiel ausgetüftelt, wie man das '''CAS mit Analytischer Geometrie''' nutzen kann und sie mit Kommentaren auf der Materialplattform von GeoGebra veröffentlicht: [https://www.geogebra.org/m/NXx4E8cb GeoGebra-Book online]

== Interessante Links zu weiteren Materialien auf der GeoGebra-Homepage ==

* GeoGebraBooks zur Darstellenden Geometrie von [https://www.geogebra.org/m/MB2ucsMt#material/wJYpMKrs Georg Wengler] bzw. [https://www.geogebra.org/m/WecmbtwA Andreas Lindner]
* GeoGebraBook zum Thema [https://www.geogebra.org/m/PEQfwqWe Analytische Geometrie - 3D] von Andreas Lindner und Hubert Dammer
* GeoGebraBook [https://www.geogebra.org/m/nJzV8Euq Vektorrechnung mit GeoGebra3D] von Birgit Lachner

[[Kategorie:Workshop]]