Onder de loep

2024 wordt het verkiezingsjaar in België. Redenen genoeg om uit te pakken met de wiskunde die achter deze verkiezingen zit. Hoe worden stemmen omgezet in zetels? We bespreken verschillende systemen om dit te doen. Victor D’hondt, een Gentse jurist en wiskundige, werd wereldberoemd met zijn algoritme om stemmen om te zetten in parlementszetels. Hoewel er meerdere systemen zijn om stemmen om te zetten in zetels, zullen we zien dat elk systeem een aantal tegenstrijdigheden kent. Eens de zetels verdeeld zijn, stelt zich uiteraard nog de vraag wie die zetels gaat bemannen in het parlement. Als afsluiter bekijken we de gemeenteraadsverkiezingen en de methode Imperiali, een merkwaardig maar vooral onevenredig zetelverdelingssysteem. Het mooie achter al deze systemen is dat ze relatief eenvoudig aan te brengen zijn. Zelfs in de eerste graad kun je een wiskundeles besteden aan de verkiezingen, een lesje op het kruispunt tussen burgerschap en wiskunde.

Aan de hand van voorbeelden schetsen we een leerlijn voor het gebruik van GeoGebra door de leerlingen in wiskundelessen. Het zijn geen vooraf klaargemaakte GeoGebra-apps; de leerlingen vertrekken telkens van het lege basisscherm. Voor elke graad van het secundair onderwijs voorzien we twee of drie lesactiviteiten. Voor de eerste graad hebben we het over eigenschappen van vlakke figuren, vlakke transformaties en evenredigheden. Voor de tweede graad schakelen we GeoGebra in bij bivariate statistiek en ruimtemeetkunde. Voor de derde graad bespreken we algemene sinusfuncties, het berekenen van afgeleiden en integralen met o.a. het ComputerAlgebraSysteem van GeoGebra en het rekenen met matrices.

Deze loep bestaat uit negen historische fragmenten die bruikbaar zijn bij bepaalde leerstofonderdelen. We bespreken de priemgetallen en het getalbegrip bij de Oude Grieken, de invoering van de decimale getallen door Simon Stevin, de grafische voorstellingen van statistische data bij Florence Nightingale… Sommige fragmenten focussen op wiskundige begrippen en redeneringen uit het verleden en bevatten ook opdrachten voor leerlingen. In andere fragmenten lees je verhalen over de historische context of anekdotes over beroemde wiskundigen. Die kun je de avond voor de les lezen en dan vertellen aan je leerlingen.

In o.a. de studierichting humane wetenschap komt er meer aandacht voor statistiek. Dit moet deze leerlingen beter voorbereiden op vervolgstudies zoals psychologie, pedagogie of sociologie. We brengen het toetsen van hypothesen eerst informeel aan en pas daarna gaan we in op het kansmodel van de binomiale verdeling en de betrouwbaarheidsintervallen. De nadruk ligt eerder op interpretatie en inzicht dan op wiskundige formules. We eindigen met het verslag van een vakoverschrijdend project.

De hervorming van het secundair onderwijs in de eerste graad bracht, naast nieuwe eindtermen voor de A- en de B-stroom, ook eindtermen basisgeletterdheid voor wiskunde, Nederlands, digitale competenties en financiële geletterdheid met zich mee. Basisgeletterdheid omvat een aantal essentiële doelen die je nodig hebt om als geletterde en gecijferde burger aan de maatschappij te kunnen participeren. In deze loep verdiepen we ons in de wiskundige inhoud van deze eindtermen basisgeletterdheid. We reiken haalbare ideeën aan om zinvol en met de nodige diepgang met deze doelen in de klas om te gaan. We geven een omschrijving van gecijferdheid, we kijken naar een aantal evoluties die de invoering van de eindtermen basisgeletterdheid wiskunde verklaren. Daarna onderzoeken we hoe die eindtermen exact zijn opgesteld en op welke manier ze geïntegreerd kunnen worden in de reguliere (wiskunde)lessen. We sluiten af met een hoofdstuk over het evalueren van de basisgeletterdheid.

Een groep is een algebraïsche structuur, een abstract patroon dat je terugvindt bij meetkundige transformaties, getallen, matrices, veeltermen… en dat een sleutelbegrip vormt in de hogere wiskunde, de fysica en de cryptografie. Overal waar het gaat over een invariant, iets dat behouden blijft wanneer iets verandert, zit daar een groep achter. Leerlingen van de derde graad in richtingen met ‘gevorderde wiskunde’ zullen daar in de nabije toekomst mee kennis maken. We brengen groepen en cayleytabellen aan vanuit twee contexten: de symmetrie van vlakke figurenen en het modulorekenen. Groepen in verschillende contexten zijn soms ‘hetzelfde’ en dit motiveert het werken in een abstracte groep. Na enkele abstracte bewijsjes en de studie van voorbeelden en tegenvoorbeelden, keren we terug naar de symmetrie maar dan in de ruimte. Het ‘slim tellen’ van symmetrieën van veelvlakken leidt tot de stelling van Lagrange over deelgroepen en nevenklassen.

Met de zogenaamde digisprong krijgen in meer en meer scholen de leerlingen een laptop. Hierdoor gaat de grafische rekenmachine vaak naar de uitgang: de GR-exit. In deze loep bekijken we welke moeilijkheden en mogelijkheden hierdoor ontstaan. Wat met toetsen en examens? GeoGebra zal meer gebruikt worden: we geven enkele voorbeelden uit de klas. Ook het programmeren in Python krijgt een plaatsje in de wiskundeles. We laten zien hoe je dit in de tweede graad kunt aanbrengen. We eindigen ten slotte met een theoretisch kader over het doel van informatietechnologie en computers in het onderwijs.

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.