Onder de loep

Een parameterkromme is meer dan een kromme: je krijgt ook informatie over waar je begint, hoe je de kromme doorloopt, hoe snel en waar je stopt. Hierbij interpreteren we de parameter als de tijd. Een zelfde kromme kan op verschillende manieren geparametriseerd worden. In deze loep bekijken de schuine worp, Lissajousfiguren en het ontwerpen van (paas)eieren. Enkele historische krommen zoals de cissoïde van Diocles en de cycloïde passeren de revue. We eindigen met een toepassing uit de wegenbouw: de clothoïde, waarbij de kromming geleidelijk aan verandert zodat je niet uit de bocht vliegt. De parametervergelijkingen van deze kromme bevatten integralen die je niet exact kunt berekenen. Om een clothoïde te benaderen en te tekenen maken we gebruik van een Pythonprogramma.

Een nieuwe eindterm voor de tweede graad doorstroomfinaliteit gaat over het grafisch voorstellen van bivariate statistische gegevens onder de vorm van een spreidingsdiagram en het beschrijven van het verband tussen de twee variabelen met behulp van een trendlijn. In deze loep laten we zien hoe je deze leerinhouden in de klas kunt behandelen. Het is een onderwerp dat op de grens zit tussen statistiek en functieleer en het vormt een uitstekende gelegenheid om in te gaan op het gebruik van functies als wiskundig model voor fenomenen uit de realiteit. We leggen expliciet de band met het gebruik van spreidingsdiagrammen en trendlijnen in wetenschapsvakken en in de media. We gaan ook in op de vaak voorkomende misvatting dat samenhang tussen twee variabelen automatisch een oorzakelijk verband met zich mee zou brengen.

Optimalisatieproblemen oplossen met behulp van lineaire programmering, is een nieuwe eindterm. Het is een onderdeel van operationeel onderzoek, typische wiskunde van de handelsingenieur. Een interessant aspect van lineaire programmering is de combinatie van het visuele (het werken op de grafiek) en het algebraïsche. Wat je doet met de ongelijkheden en de winst- of kostenfunctie, of wat je in de matrices doet bij de simplexmethode, kun je grafisch interpreteren en de inspiratie voor wat je algebraïsch doet komt van het grafische. Dat over en weer gaan leidt tot inzicht. Bovendien geeft het een inkijk in enkele echte toepassingen van ongelijkheden. Deze combinatie van het visuele en het algebraïsche vormt de rode draad doorheen deze loep. Bij het grafisch oplossen voorzien we enkele uitbreidingsoefeningen, waarin gebruik gemaakt wordt van parameters.

Kennis van logica kan leerlingen helpen om bewijzen beter te doorgronden, het nut van tegenvoorbeelden in te zien… Daarnaast vormt logica, op het kruispunt van wiskunde en filosofie, een stukje algemene cultuur. Door de opkomst van de informatica heeft de logica nog aan belang gewonnen. De nieuwe eindtermen en leerplannen voorzien een leerlijn logica, met in de tweede graad de propositielogica met o.a. waarheidstabellen. In deze loep willen we inspiratie bieden voor deze lessen. We gaan in op het verschil tussen de taal van de logica en de dagelijkse omgangstaal. We behandelen waarheidstabellen en passen die toe op schakelingen en logische poorten. Het bewijs uit het ongerijmde geven we speciale aandacht. In de klassieke logica geldt het ‘uitgesloten derde’: een uitspraak kan enkel waar of onwaar zijn. Op het einde van deze loep kijken we even over het muurtje naar een andere soort logica, driewaardige logica.

Gastauteur Cinder Neyens creëerde voor haar bachelorproef een website met instapproblemen voor wiskundelessen in de eerste graad. Voor deze loep heeft zij een aantal voorbeelden uit haar website geselecteerd horend bij verschillende onderwerpen van het leerplan. Deze instappen zijn kant en klaar. Het zijn korte activiteiten om op een leuke manier te starten en de aandacht van de leerlingen te richten op het onderwerp van de les. Deze loep is ook een uitnodiging voor de lezer om zelf dergelijke instappen te creëren en te delen met collega’s.

Op het moment dat COVID-19 bijna een jaar ons leven tekent, willen we onze ervaringen gebruiken om ons onderwijs te verbeteren. We werden gedwongen om in sneltempo vele nieuwe dingen te leren. Tijdens de hete zomer van 2020 keken we vanop een afstand kritisch terug. Nieuwe dingen uitproberen zorgt immers voor nieuwe inzichten. Deze loep is een poging om een aantal van deze inzichten scherp en concreet te maken. We zoeken uit hoe ‘wat we toen leerden’ ons onderwijs kan versterken. Deze loep is zeker geen pleidooi voor digitaal leren of afstandsonderwijs. We kiezen vol overtuiging voor nabij en interactief onderwijs maar we zijn niet vies van digitale hulpmiddelen die dit onderwijs kunnen versterken of onszelf kunnen ondersteunen. Eerst lichten we enkele inzichten toe die de coronacrisis scherper maakte, vervolgens lees je over ervaringen die we niet zonder meer los willen laten en vragen we ons af hoe ze ons onderwijs kunnen versterken. Daarna geven we een aantal bronnen die we tijdens de coronacrisis (her)ontdekten en die we waardevol vinden. Tot slot eindigen we met een kleine ‘toolkit voor noodgevallen’.

In deze coronatijd overstelpen de media ons met uitgebreid cijfermateriaal. Zelden werd het belang van wiskunde zo duidelijk onderstreept voor de hele maatschappij. Toch loopt de itnerpretatie van dit materiaal nogal eens fout. In deze loep doen we een bescheiden poging om helderheid te brengen in dit kluwen van informatie. We zoomen in op drie Covid-gerelateerde thema's die bruikbaar zijn in de lessen wiskunde. We brengen de beruchte contactbubbels in verband met grafentheorie. Vervolgens bespreken we een item in verband met kansrekening in het kadeer van teststrategieën voor Covid-19. In het laatste deel focussen we op een uitgewerkte onderzoeksopdracht over de discrete versie van heet beruchte SIR-model. We leveren in deze loep materiaal voor in de klas en achtergrond om te kunnen vertellen elk jaar.

Meetkunde in hogerdimensionale ruimten staat nergens op het leerplan in het secundair onderwijs. Toch zijn leerlingen meer dan eens geïntrigeerd door de mythische vierde dimensie. In deze loep proberen we antwoorden te geven op hun vragen zonder het begripdimensie heel theoretisch te definiëren. We leggen uit hoe we vierkanten en driehoeken in hogere dimensies kunnen voorstellen en hoe we het aantal punten, lijnstukken, ... van deze lichamen kunnen tellen. Verder proberen we het analytischrekenwerken de vectoralgebra vanuit de vertrouwde driedimensionale ruimte omhoog te tillen naar hogerdimensionale ruimten. Dit gebeurt op basis van analogie.

Een graaf bestaat uit ‘knopen’ die wel of niet verbonden zijn door ‘bogen’. De grafentheorie, ontstaan met de bruggen van Koningsbergen in de 18de eeuw, is nu overal aanwezig als wiskundig model voor het internet, sociale netwerken, routeplanners... en doet binnenkort ook haar intrede in de eindtermen wiskunde voor de tweede graad. We laten in deze loep zien hoe leerlingen met grafen (zullen) kunnen redeneren, puzzelen en bewijzen zonder veel voorkennis of algebraïsche hindernissen. Ze leren ook diverse situaties modelleren in een zelfde taal van knopen en bogen. Bij de meeste ‘echte’ toepassingen gaat het om reusachtige grafen en zijn er systematische algoritmen nodig om hierin bv. kortste wegen te vinden, of om alle knopen efficiënt met elkaar te verbinden. Exemplarisch laten we de leerlingen kennis maken met het algoritmisch denken dat hiervoor nodig is.

Eerstegraadsfuncties komen in vele gedaanten voor in het secundair onderwijs, soms open en bloot, zoals in de tweede graad, maar nu en dan ook op onverwachte plaatsen verspreid over alle jaren. In deze loep werken we relevante toepassingen uit, zoals thermische uitzetting en temperatuurschalen. We laten zien hoe je eerstegraadsfuncties kunt inzetten bij het voorbereiden van de kettingregel voor afgeleiden en we bespreken differenties bij eerstegraadsfuncties met één en met twee veranderlijken. Tot slot bespreken we twee toepassingen in de statistiek: regressielijnen die een samenhang in bepaalde datasets beschrijven en de Q-Q plot (quantile-quantile plot).