Wie funktioniert GPS und was hat das mit Mathe zu tun?

Im GPS-Modul erhalten die Schüler/innen Einblicke in die Funktionsweise von Navigationssatellitensystemen zur Positionsbestimmung, welche durch die eigene Alltagsanwendung im Auto, auf dem Fahrrad, im Smartphone oder sogar in der Kamera besonders interessant für die Jugendlichen ist. GPS arbeitet mit Hilfe von Satelliten, die in einer Höhe von bis zu 20 000 km um die Erde kreisen. Die Satelliten sind mit einer Atomuhr versehen und senden fortwährend die jeweils aktuelle Uhrzeit zur Erde. GPS-Geräte empfangen diese Information und können damit ihre eigene Position errechnen.

In dem Modul beschäftigen sich die Schüler/innen mit der Positionsberechnung in GPS-Geräten und deren Optimierung. Unter anderem berechnen die Schüler/innen hierbei ihre eigene Position mit Hilfe von GPS-Rohdaten. Fachliche Kompetenzen aus den Bereichen der Analysis, Trigonometrie und Algebra werden in besonderem Maße geschult.

Empfohlen wird dieses Modul für Mathematikkurse der Oberstufe, die sich zum Durchführungszeitpunkt des CAMMP days mit Vektoren im Raum beschäftigen oder für Physikleistungskurse, die in diesem Modul eine Anwendung der Relativitätstheorie erkunden können. So dient das Modul als Ergänzung zum Unterricht. Das Modul ist jedoch auch ohne das Verständnis des Vektorbegriffs durchführbar.

Dauer: ab 5 Stunden (inkl. Mittagspause)
Inhalte: Gleichungssysteme, Tangentengleichungen im dreidimensionalen Raum, Ausgleichsrechnung
Vorwissen: Aufstellen von Geradengleichungen
Teilnehmer: Mathematikkurse der Oberstufe
Erstellt von: Pascal Richter, Christina Roeckerath, Markus Wiener
Anmeldung: Termine können individuell über dieses Formular vereinbart werden.

Material

Auf das interaktive Lernmaterial kann über die Online-Plattform workshops.cammp.online zugegriffen werden. Wie ein Account auf der Plattform erstellt und das Material verwendet wird, wird in diesem Video erklärt. Zusätzlich wird für Lehrkräfte auf der Online-Plattform Begleitmaterial zur Verfügung gestellt, welches über ein Passwort, das per Mail angefragt werden kann, zugänglich ist.

Liste von Publikationen und Vorträgen zu diesem Modul:

Frank, M.; Richter, P.; Roeckerath, C.; Schönbrodt, S. (2018); Wie funktioniert eigentlich GPS? – ein computergestützter Modellierungsworkshop, In: Digitale Werkzeuge, Simulationen und mathematisches Modellieren, Springer Fachmedien: Wiesbaden.
Wiener, M.: Didaktisch-methodische Ausarbeitung eines Lernmoduls zum Thema GPS mit Hilfe von Matlab im Rahmen eines Modellierungstages für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II, Schriftliche Hausarbeit im Rahmen der Ersten Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien und Gesamtschulen, 2015.