Körpermodell

Ein Körpermodell ist ein physisches Modell eines geometrischen Körpers. Während ein geometrischer Körper die idealisierte, mathematische Form eines realen Gegenstands beschreibt, stellt umgekehrt ein Körpermodell eine physische Realisierung („Repräsentant“) des mathematischen Begriffs dar. Körpermodelle zielen dabei auf die haptische Erfahrung des mathematischen Körpers, um das räumliche Vorstellungsvermögen zu entwickeln.[1] Demgegenüber fokussieren Software-Anwendungen für dynamische Raumgeometrie, die heute in Lehre vermehrt anstelle physischer Körpermodelle eingesetzt werden, allein auf den visuellen Sinneskanal (dafür erlauben sie es allerdings auch, die Proportionen des Körpers interaktiv und dynamisch zu verändern und Berechnungen an den virtuell konstruierten Körpern vorzunehmen).

Zweck von Körpermodellen

Körpermodelle werden genutzt, um das räumliche Vorstellungsvermögen zu schulen und insbesondere

  • Begriffe wie Ecke, Kante, Fläche zu veranschaulichen;
  • die Bestimmung der Anzahl der Ecken, Anzahl der Kanten, eines Raumwinkels oder Eckengrads visuell zu unterstützen sowie
  • die räumliche Lage von Raumdiagonale oder Körperhöhe besser zu verstehen oder die Geometrie von Schnittflächen zu untersuchen.

Verschiedene Arten von Körpermodellen

Es gibt Vollkörper, Kantenmodelle oder Flächenmodelle.[2]

Vollkörpermodelle

Mathematische Institute an Hochschulen haben zu Lehrzwecken oftmals eine umfangreiche Sammlung an Vollkörpermodellen, die nicht selten durch Mitarbeiter oder Angestellte gefertigt wurden.[3] Als Material finden u. a. Holz, Metall, Glas, Karton und Papier Verwendung, später auch Kunststoff.

Für zahlreiche Polyeder gibt es überraschend stabile Flechtmodelle; sie werden ohne Verwendung von Klebstoff aus (meist farbigen) Papierstreifen durch Falten und Flechten hergestellt.[4][5][6]

Mit Hilfe von Rapid Prototyping Technologie und 3D-Druckern kann man heute auch komplexe Vollkörpermodelle in wenigen Stunden oder Tagen automatisiert selbst herstellen.[7][8]

Kantenmodelle

Kantenmodelle kann man leicht selbst herstellen, z. B. mit Hilfe von Schaschlik-Spießen (oder Zahnstochern, Trinkhalmen, Pfeifenputzern, Metalldraht, …) und Knete bzw. Wachs – oder auch mittels Klickies,[9] Polydron[10] oder mit Zometool.[11] Für die Lehre werden auch Kantenmodelle aus farbig lackierten Metallstäben vertrieben.[12]

  • Würfelmodell aus Schaschlikspießen und Knete
  • Kantenmodell eines Quaders, Stahl
  • Kantenmodell einer Pyramide, Stahl
  • Kantenmodell eines Polyeders, gezeichnet von Leonardo da Vinci
  • Ikosaederstumpf (oder Fußball-Polyeder) aus Kirschholz

Kantenmodelle erleichtern nicht nur das Zählen der Kanten des Körpers, sie dienen insbesondere dazu, das Zeichnen des Körpers (insbesondere des Schrägbilds) vorzubereiten.

Flächenmodelle

Besonders einfach lässt sich ein Modell aus dem Netz des Körpers zusammengefalteten, zu diesem Zweck wird das Netz um Schlitze und Laschen beziehungsweise um Klebekanten ergänzt.[13][14] Ein aus dem Körpernetz zusammengefaltetes Körpermodell dient insbesondere dazu, das Vorgehen bei der Berechnung des Flächeninhalts der Oberfläche des Körpers zu veranschaulichen.

  • Faltmodell eines Tetraeders
  • Faltmodell eines Würfels
  • Faltmodell eines Oktaeders
  • Faltmodell eines Dodekaeders
  • Faltmodell eines Ikosaeders

Pop-Up-Modelle sind so konstruiert, dass sie sich auf- und wieder zusammenklappen bzw. -ziehen lassen.[15][16]

Fadenmodelle

Bei Regelflächen können Fadenmodelle verwendet werden, um die (Ober-)Fläche zu veranschaulichen.

  • Fadenmodell eines Hyperboloids
  • Fadenmodell des Doppelkegels

Siehe auch

Literatur
  • H. M. Cundy and A.P. Rollett: Mathematical Models. Oxford University Press, London, 1952 (3. Auflage bei Tarquin Publications, 1981)
  • Birgit Brandl: Herstellen von Modellen für den Raumgeometrieunterricht den Raumgeometrieunterricht. Workshop auf dem 12. Bayreuther Workshop auf dem 12. Bayreuther Mathematikwochenende, 15. Oktober 2010, Universität Augsburg
  • Gustav Adolf Lörcher, Horst Rümmele: Schnellmodelle. In: Der Mathematikunterricht (3) 45, 1999, S. 19–31
  • Heinrich Wölpert: Materialien zur Entwicklung der Raumvorstellung im Mathematikunterricht. In: Der Mathematikunterricht 6, 1983, S. 7–42

Einzelnachweise
  1. Geometrie: Körper, in: Duden Mathematik 4, Kommentare zu den Kapiteln, S. 53
  2. Sicheres Wissen und Können, Geometrie im Raum, Sekundarstufe I. Landesinstitut für Schule und Ausbildung Mecklenburg-Vorpommern, Schwerin, 2005
  3. UNIVERSITÄTSSAMMLUNGEN IN DEUTSCHLAND
  4. Polyeder aus Flechtstreifen (Hans-Bernhard Meyer)
  5. Körper flechten (Mathematische Basteleien, Jürgen Köller)
  6. Modular Origami Diagrams (Origami Resource Center)
  7. George W. Hart's Rapid Prototyping Web Page
  8. George W. Hart: Creating a Mathematical Museum on Your Desk. Mathematical Intelligencer 27 (4), 2005
  9. Rüdiger Vernay: Mit Klickies arbeiten – Anregungen, Aufgabenkarten und Kommentare. MUED, Nottuln-Appelhülsen, 2008
  10. Polydron – Mathematikum, Gießen
  11. George W. Hart und Henri Picciotto: Zome Geometry – Hands-on Learning with Zome Models. Key Curriculum Press, 2001
  12. Körper-Kantenmodelle (Memento des Originals vom 29. April 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/mijozi.de der Firma Wiemann Lehrmittel (M. Zirbes)
  13. Hans J. Schmidt: Prof. Dr. Brian Teaser's Körperberechnung (mit Bastelanleitung für Pop-Up-Modelle). Aulis Verlag, 3. unveränderte Auflage 2008
  14. Bastelbögen (Netze mit Klebekanten) für Platonische Körper und Archimedische Körper (Reimund Albers, Universität Bremen)
  15. Walser, Hans: Dynamische Raumgeometrie: Pop-up-Polyeder und Schraub-Polyeder. In: Der Mathematikunterricht 3, 1999, S. 64–74
  16. Pop-Up-Modelle@1@2Vorlage:Toter Link/www.did.mat.uni-bayreuth.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. . Mathematik lehren 54, 1992, S. 32–33
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