Daten und Statistik - Zweck und Ziele

Schüler begegnen Daten und Statistiken in den verschiedensten Situationen im Alltag, sei es in den Nachrichten, in der Werbung oder später im Berufsleben oder an der Universität. Deshalb ist es wichtig, dass sich Schüler einerseits Kompetenzen aneignen, um Statistiken interpretieren zu können und darauf aufbauend vernünftige Urteile fällen können, andererseits müssen Schüler Statistiken nutzen können, um ihre Argumente zu untermauern und zu rechtfertigen. Zahlreiche Datendarstellungen können dafür genutzt werden. Eine Vielzahl an Darstellungsformen bietet eine gute Möglichkeit Verbindungen zwischen den Darstellungen, welche den Schülern offensichtlich sind, herzustellen und die verschiedenen Mittelpunkte und Absichten zu beleuchten, welche die Nutzung empfehlenswert macht, wenn man sich mit Daten und Statistik im Unterricht beschäftigt.

Der größte Vorteil einer ICT Nutzung im Bereich Daten und Statistik ist die um einiges vereinfachte Kreation von anspruchsvollen Datendarstellungen, die entweder per Hand eingetippt oder sogar automatisch durch eine mathematische oder phsikalische Software erfasst wurden. ICT ermöglicht außerdem den Lehrern und Schülern Parameter mühelos zu verändern und die Veränderungen, welche die Variation in den Ergebnissen verursacht, dynamisch zu beobachten.

Absolute und relative Häufigkeit
Für ein Ereignis i ist die absolute Häufigkeit ni die Anzahl wie oft das Ereignis in einem Zufallsexperiment vorkommt. Die relative Häufigkeit ist definiert als der Quotient der absolute Häufigkeit und der Anzahl der Ereignisse N des Experiments:

f_i = \frac{n_i}{N}
Beispiel:
Eine Verkehrszählung
Unsere Tabelle erfasst alle Fahrräder, die in einem gegebenen Zeitabstand gezählt wurden. Die grünen Zahlen enstprechen der relativen Häufigkeit der gezählten Fahrräder an einem Tag.
Uhrzeit Mo Di Mi
00 - 8 16
\frac{16}{37} \approx 43\%
22
\frac{22}{44} = 50\%
31
\frac{31}{69} \approx 45\%
8 - 16 20
\frac{20}{37} \approx 54\%
20
\frac{20}{44} \approx 45\%
34
\frac{31}{69} \approx 49\%
16 - 00 1
\frac{1}{37} \approx 3\%
2
\frac{2}{44} \approx 5\%
4
\frac{4}{69} \approx 6\%
Summe 37 44 69

Piktogramm und Säulendiagramm

Eine Möglichkeit eines Graphens ist ein Piktogramm. Ein Piktogramm nutzt Symbole/Zeichen um Daten darzustellen.

Beispiel:

In diesem sehr kurzen Beispiel siehst du ein Piktogramm der gezählten Fahrräder an einem Ort innerhalb eines bestimmten Zeitintervals.

Tabelle Graphen
Uhrzeit 16-20 Mo Di Mi Gesamt
gezählte Räder 1 2 4 7

Das Applet rechts zeigt wie man aus einem Piktogramm ein Säulendiagramm erstellt.


Applet - Piktogramm

Grundlegende Schlüsselfiguren

Für eine gegebene Folge von Ereignissen \left\{ x_1, x_2, ..., x_n \right\} sind folgende Schlüsselfiguren einige der grundlegensten der deskritpiven Statistik:

Beispiel:

In dieser Tabelle finden wir die oben genannten Größen in Verbindung mit dem Alter von einigen Spielern der spanischen Fussballmannschaft, die 2010 die Weltmeisterschaft gewonnen haben:

Tabelle Schlüssefiguren
Name Alter
Iker CASILLAS 29
Raul ALBIOL 24
Gerard PIQUE 23
Carlos MARCHENA 30
Carles PUYOL 32
Andres INIESTA 26
David VILLA 28
  • Arithmetisches Mittel
    \overline{x} =\frac{29+24+23+30+32+26+28}{7}=\frac{192}{7} \approx 27.43
  • Streuung
    Range =Max-Min=32-23=9
  • Wert des Medians
    Sortiere dies nach der Größe und Wähle den Wert in der Mitte:
    23242628293032

Tortendiagram und vertikales Säulendiagramm
In einem Säulendiagramm können die absolute und die relative Häufigkeit einer Datenstichprobe dargestellt werden. Die Säulen können vertikal oder horizontal gezeichnet werden. Ein Tortendiagramm stellt immer die relative Häufigkeit einer Stichprobe dar.

 

Beispiel:
Eine Verkehrszählung wurde an einem bestimmten Ort durchgeführt. Wir wollen die Ergebnisse graphisch darstellen:

Tabelle Graphen
Zeit Mo Di Mi Gesamt
Zählung 37 44 69 150
Mit der Exceldatei auf der rechten Seite kannst du einige verschiedene Graphen vergleichen.
Beachte: Die Datei funktioniert nur mit Microsoft Office Excel 2007 und 2010, da Open Office und ältere Versionen von Excel diese Funktionen nicht unterstützen.

Applet - Tortendiagramm und Säulendiagramm


Excel-Datei

Boxplot
Ein weiterer wichtiger Graph nennt sich "Boxplot". Dieser stellt eine Anzahl von wichtigen Zahlen in einer klaren Darstellung dar. Du kennst bereits den minimalen und den maximalen Wert und auch den Wert des Medians.
Teile den Median für eine Stichprobe in zwei Hälften,

Ein Boxplot stellt den Bereich der Werte zwischen dem ersten und dem dritten Quartil als Box dar, welche eine Linie beinhaltet die den Median anzeigt. Die so genannten "Whisker" an beiden Enden der Box legen die minmalen und maximalen Werte dar. Manchmal werden beim Boxplot Ausreißer durch abgelegene Punkte dargestellt.

Das Originalbild des Boxplots wurde durch den Nutzer RobSeb via Wikimedia Commons mit der Lizenz CC-BY-SA zur Verfügung gestellt.

 

Beispiel:
Graph

In dem Bild auf der rechten Seite kannst du eine Liste angeordneter Daten finden. Die wichtigen Schlüsselfiguren sind farbig markiert. Der enstrpechende Boxplot ist danaben gezeichnet. Du kannst auf das Bild klicken um es zu vergrößern.


Applet - Boxplot

Varianz und Standardabweichung

Zu guter Letzt gibt es noch zwei weitere Schlüsselfiguren: die Varianz und die Standardabweichung, welche die statistische Streuung der Stichprobe messen.

Beispiel:
Graph

In dem Bild auf der rechten Seite kannst du zum Datensatz 1 und zum Datenstz 2 je einen Boxplot sehen. Die Varianz von Datensatz 1 ist kleiner als die Varianz von Datensatz 2, was durch den engeren Boxplot erkennbar ist.

 


Applet - Varianz