Zur Information
Hier entsteht ein digitales Mathematik-Schulbuch für die Oberstufe. Im Folgenden werden die sechs Themenbereiche des Buchs kurz vorgestellt:
1. Grundlagen
Der Themenbereich Grundlagen wiederholt das Funktionskonzept, das für die anschließende Bearbeitung der Analysis essentiell ist. Außerdem werden die Themen Folgen und Grenzwerte betrachtet, die oft als Grundlage für die Analysis verwendet werden.
Geplante Erweiterungen
Eine geplante Erweiterung ist eine explizite Thematisierung mathematischer Arbeitsweisen.
2. Differentialrechnung
Dieser Themenbereich kann aufbauend auf den Grundlagen-Kapiteln behandelt werden. Es ist jedoch auch eine direkte Behandlung ohne vorherige Betrachtung von Folgen und Grenzwerten möglich; dann wird ein propädeutischer Grenzwertbegriff verwendet.
Die Kapitel in diesem Themenbereich führen schrittweise das Ableitungskonzept ein, betrachten Funktionsuntersuchungen (vorrangig für ganzrationale Funktionen) und erweitern dann die Erkenntnisse auf Exponentialfunktionen sowie weitere Ableitungsregeln (Produktregel, Quotientenregel, Kettenregel, Umkehrregel). Hierbei wird Wert auf ein Verständnis für das Rechnen mit und Verketten von Funktionen gelegt. Es ist problemlos möglich, nur eine Auswahl dieser Regeln zu behandeln.
Geplante Erweiterungen
Aktuell (Stand Februar 2026) werden Anwendungsaufgaben für Wachstumsprozesse und periodische Vorgänge entwickelt. Diese sollen noch im Schuljahr 2025/26 fertiggestellt werden.
3. Integralrechnung
Der Themenbereich Integralrechnung führt Integrieren über den Rekonstruktionsaspekt ein und verbindet das frühzeitig mit der Vorstellung orientierter Flächeninhalte. Der Aspekt der Umkehrung der Ableitung kommt erst später hinzu, sodass der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung eine echte Entdeckung darstellt.
Im Anschluss werden Anwendungen der Integralrechnung wie das Bestimmen von Flächeninhalten zwischen Funktionsgraphen behandelt.
Geplante Erweiterungen
Im Laufe des Jahres 2026 (bis Juni/Juli) soll der Themenbereich minimal umstrukturiert werden. Dabei sind folgende Ergänzungen geplant: Integrieren von weiteren Funktionsklassen (Exponentialfunktion, Logarithmus, trigonometrische Funktionen), Berechnung von Rotationsvolumina, uneigentliche Integrale.
4. Analytische Geometrie
In diesem Themenbereich werden schrittweise erst Vektoren, dann Geraden und schließlich Ebenen eingeführt. Dabei werden schwerpunktmäßig Gleichungen in Parameterform betrachtet, um das Verständnis für die verschiedenen geometrischen Objekte mit ihren Eigenschaften sowie das Zusammenspiel von Geometrie und Algebra zu schulen.
Erst im Anschluss wird das Skalarprodukt eingeführt, um einfacher mit Ebenen arbeiten zu können. Dabei steht erst die Orthogonalitätsprüfung im Vordergrund. Auf dieser Basis werden dann auch Abstandsberechnungen betrachtet. Die geometrische Interpretation des Skalarprodukts mithilfe der Kosinusformel wird erst am Ende des Themenbereichs angestrebt, wobei dann Winkelberechnungen in verschiedenen Situationen durchgeführt werden können.
Geplante Erweiterungen
Bei der nächsten Überarbeitung des Themenbereichs (im Schuljahr 2026/27) sollen folgende Aspekte ausgeschärft werden:
- Das Zusammenspiel zwischen Geometrie und Algebra soll noch stärker in den Vordergrund rücken. Grundlage ist ein Modell für Darstellungsarten, das im Projekt QuaMath des Deutschen Zentrums für Lehrkräftebildung Mathematik (DZLM) behandelt worden ist. Eine wichtige Erweiterung zur bisherigen Betrachtung auf o-mathe bildet dabei die explizite Unterscheidung elementar-geometrischer und pfeil-geometrischer bzw. elementar-algebraischer und vektoriell-algebraischer Darstellungen.
- Es soll ein klares Farbgebungskonzept für das Zusammenspiel von Geometrie und Algebra eingeführt werden.
- Die geometrische Interpretation des Skalarprodukts soll aus- und umgebaut werden. Grundlage ist ein fachdidaktisch fundierter Lernpfad aus dem Projekt QuaMath. Neben dieser umfangreichen Darstellung soll auch ein Kurzweg integriert werden, der nichtsdestotrotz einen verstehensfundierten Umgang mit der Kosinusformel ermöglicht.
5. Lineare Algebra
In manchen Bundesländern ist die Lineare Algebra als eine Alternative zur Analytischen Geometrie vorgesehen. Zugleich sind Teile daraus – nämlich das Lösen Linearer Gleichungssysteme – in allen Bundesländern verbindlich, weil sie in der Analytischen Geometrie, aber auch in der Analysis benötigt werden.
Aus diesem Grund gibt es zwei Fassungen des Kapitels zu Linearen Gleichungssystemen – einmal als Einschub, wenn das Thema z.B. beim Rekonstruieren von Funktionen aus gegebenen Eigenschaften oder beim Berechnen von Geradenschnittpunkten gerade benötigt wird. In der Langfassung wird eine stärkere Vernetzung zur Vektorrechnung und Matrizenrechnung hergestellt.
Der Rest des Themenbereichs beruht auf der Einführung von Vektoren und Matrizen als Zahlenschemata, mit denen Rechnungen möglich sind. Dies wird in der Regeln anhand von Problemsituationen betrachtet, bei denen Datensätze mit diesen neuen Hilfsmittel verarbeitet werden können.
6. Stochastik
Da die Stochastik in der Sekundarstufe I je nach Bundesland recht unterschiedlich tiefgehend behandelt wird, ist dieser Themenbereich so konzipiert, dass keine Vorkenntnisse nötig sind. Es müssen folglich die Inhalte, die bereits verstanden sind, ausgelassen oder als Wiederholungsanlass genutzt werden.
Die Wahrscheinlichkeitsrechnung wird anschaulich auf Grundlage von Zufallsexperimenten und Ergebnissen eingeführt, bevor Formalisierungen über Ereignisse bis zu dem Axiomen von Kolmogorow betrachtet werden.
Im Anschluss werden schrittweise verschiedene Aspekte der Stochastik beleuchtet: Simulationen, Abhängigkeit/Unabhängigkeit, Kombinatorik, Zufallsgrößen, Binomialverteilung, Schätzen und Hypothesentests. Die Reihenfolge ist dabei nicht starr vorgegeben; bei jedem Kapitel sind die nötigen Vorkenntnisse benannt.
Geplante Erweiterungen
Für die nächste Überarbeitung des Themenbereichs (im Schuljahr 2026/27) sind folgende Änderungen geplant:
- Es sollen Inhalte zur Normalverteilung hinzugefügt werden.
- Im Projekt Projekt QuaMath des Deutschen Zentrums für Lehrkräftebildung Mathematik (DZLM) wurde ein didaktisch fundierter Lernpfad für Prognoseintervalle entwickelt. Auf Basis dieses Lernpfads soll das Thema „Schätzen von Häufigkeiten und Wahrscheinlichkeiten“ besser aufbereitet werden, wobei ein schneller Zugang erhalten bleiben soll, ohne die Verstehensorientierung zu behindern.