Daten visualisieren (Diagramme)
Weiterführend:
- Vorwissen: Häufigkeiten & Tabellen
- Als Nächstes: Statistische Kennwerte (Lage- und Streumasse)
- Grundlagen & Datenerhebung
- Statistik kritisch hinterfragen
Lehrplan 21
MA.3.A.1.kGrundanspruchBegriffe absolute und relative Häufigkeit, x-Koordinate, y-Koordinate, x-Achse, y-Achse, Einheitsstrecke, Wahrscheinlichkeit; Masseinheiten Geschwindigkeit (km/h, m/s, kB/s, dpi)MA.3.C.1.dGrundanspruchDaten in Tabellen und Diagrammen darstellen und interpretieren; Zufallsexperimente durchführenMA.3.C.2.dGrundanspruchZu Texten, Tabellen und Diagrammen Fragen stellen, Berechnungen ausführen, Ergebnisse interpretieren und überprüfenMA.3.A.1.hBegriffe Proportionalität, Flächeninhalt, Volumen, Mittelwert, Kreisdiagramm, Säulendiagramm, Liniendiagramm, Daten, Häufigkeit, Zufall, Speicher; Masseinheiten Flächenmasse, Zeit (d, h, min, s)MA.3.C.1.eDaten statistisch erfassen, ordnen, darstellen und interpretieren (z.B. Schulwege)MA.3.C.1.gDaten mit dem Computer in Diagrammen darstellen; Wahrscheinlichkeit einzelner Ereignisse vergleichenMA.3.C.2.hWertetabellen, Diagramme, Sachtexte, Terme und Graphen einander zuordnen und interpretieren; Sachsituationen nach funktionalen, statistischen und probabilistischen Gesichtspunkten bearbeiten
Quelle: Aargauer Lehrplan Volksschule, Fachbereich Mathematik (August 2022)
Eine kleine Zeitreise
Abschnitt betitelt „Eine kleine Zeitreise“Die Idee, Zahlen als Bilder darzustellen, ist erstaunlich jung. Bis ins 18. Jahrhundert arbeiteten Statistiker fast ausschliesslich mit Tabellen. Erst der Schotte William Playfair (1759–1823) revolutionierte diese Praxis. In seinem Werk “The Commercial and Political Atlas” von 1786 veröffentlichte er das erste moderne Liniendiagramm und das erste Balkendiagramm. 1801 folgte das Kreisdiagramm in seinem “Statistical Breviary”. Playfair erkannte, dass Menschen Muster in Bildern schneller erfassen als in Zahlenkolonnen.
Eine besonders einflussreiche Pionierin war Florence Nightingale (1820–1910). Die britische Krankenschwester entwickelte während des Krimkriegs ein sogenanntes Rosendiagramm. Damit zeigte sie, dass im Krieg mehr Soldaten an Infektionen starben als an Kampfverletzungen. Ihre Grafiken überzeugten das britische Parlament, die sanitären Verhältnisse in Militärspitälern zu reformieren. Nightingale war damit eine der ersten Personen, die Statistik gezielt für Politik einsetzte.
Einen weiteren Meilenstein setzte Karl Pearson um 1895. Er prägte den Begriff Histogramm für eine spezielle Form des Säulendiagramms, das kontinuierliche Daten in Klassen einteilt. Pearson war auch Mitbegründer der modernen Statistik und einer der ersten Professoren für dieses Fach.
Im 20. Jahrhundert brachte der amerikanische Statistiker John Tukey (1915–2000) den Kasten-Plot (Boxplot) in die Schulen. Sein Buch “Exploratory Data Analysis” von 1977 prägte eine ganze Generation von Datenanalytikerinnen und Datenanalytikern.
Heute erstellen wir Diagramme mit wenigen Klicks am Computer. Die Grundprinzipien, die Playfair und Nightingale entwickelten, gelten jedoch unverändert: Klarheit, Ehrlichkeit und Aussagekraft stehen im Zentrum jeder guten Visualisierung.
Die Grundlagen
Abschnitt betitelt „Die Grundlagen“Ein Diagramm übersetzt Zahlen in geometrische Formen. Die Länge einer Säule, der Winkel eines Kreissektors oder die Höhe eines Punktes steht für eine Datenmenge. Damit ein Diagramm aussagekräftig ist, musst du zuerst die Art deiner Daten erkennen.
Je nach Datentyp eignet sich ein anderer Diagrammtyp:
- Säulen- und Balkendiagramme zeigen absolute Häufigkeiten für Kategorien oder diskrete Werte.
- Kreisdiagramme stellen Anteile am Ganzen dar. Sie eignen sich für relative Häufigkeiten.
- Liniendiagramme visualisieren Veränderungen über die Zeit.
- Histogramme stellen die Verteilung stetiger Daten dar, die in Klassen zusammengefasst sind.
Jedes Diagramm braucht drei Elemente: einen Titel, beschriftete Achsen und eine klare Skalierung. Ohne diese Angaben bleibt selbst die schönste Grafik wertlos.
Die Kernmethode
Abschnitt betitelt „Die Kernmethode“Ein gutes Diagramm entsteht nicht zufällig. Du gehst in festen Schritten vor.
Für ein Kreisdiagramm rechnest du die Winkel aus. Der Vollkreis hat . Wenn eine Kategorie den Anteil hat, gilt für ihren Sektorwinkel :
Bei relativen Häufigkeiten gilt , also:
Für Histogramme gilt eine zusätzliche Regel. Du teilst den Wertebereich in gleich breite Klassen ein. Die Höhe jeder Säule entspricht der Häufigkeit der Klasse. Zwischen den Säulen gibt es keine Lücken, denn die Daten sind stetig.
Bei einem Liniendiagramm trägst du zuerst die Datenpunkte als Kreuze ein. Danach verbindest du sie mit geraden Strecken. Die x-Achse zeigt meist die Zeit, die y-Achse den Messwert.
Plane die Skala grosszügig. Wenn deine Werte von bis reichen, eignet sich eine y-Achse von bis in -Schritten besser als von bis .
Beispiel 1: Säulendiagramm zur Lieblingsfrucht
Abschnitt betitelt „Beispiel 1: Säulendiagramm zur Lieblingsfrucht“In einer Klasse mit Schülerinnen und Schülern wurde nach der Lieblingsfrucht gefragt. Die Auswertung ergab:
| Frucht | Häufigkeit |
|---|---|
| Apfel | |
| Banane | |
| Erdbeere | |
| Birne |
Lösung:
Es handelt sich um qualitative Daten. Ein Säulendiagramm passt.
Die y-Achse beschriftest du mit “Anzahl Nennungen” und skalierst sie von bis in -Schritten. Die x-Achse erhält die vier Kategorien. Jede Säule wird gleich breit und mit demselben Abstand gezeichnet.
Die Säulen erreichen die Höhen , , und . Der Titel lautet: “Lieblingsfrucht in Klasse 8b”.
Kontrolle: . Die Summe entspricht der Klassengrösse.
Beispiel 2: Kreisdiagramm zu Transportmitteln
Abschnitt betitelt „Beispiel 2: Kreisdiagramm zu Transportmitteln“Eine Umfrage unter Lernenden zur Anreise zur Schule ergab:
| Transportmittel | Anzahl |
|---|---|
| Zu Fuss | |
| Velo | |
| Bus | |
| Auto |
Lösung:
Du berechnest zuerst die relativen Häufigkeiten und daraus die Sektorwinkel.
Zu Fuss: , also .
Velo: , also .
Bus: , also .
Auto: , also .
Kontrolle: . Stimmt.
Jetzt zeichnest du den Kreis und trägst die Winkel mit dem Geodreieck ab. Jedes Segment beschriftest du mit Kategorie und Prozentwert.
Die häufigsten Stolpersteine
Abschnitt betitelt „Die häufigsten Stolpersteine“Diagramme können informieren, aber auch täuschen. Typische Fehler entstehen oft unbewusst. Ein paar Warnungen helfen dir, sie zu vermeiden.
Beispiel 3: Histogramm zu Körpergrössen
Abschnitt betitelt „Beispiel 3: Histogramm zu Körpergrössen“Die Körpergrösse von Jugendlichen wurde gemessen. Die Werte liegen zwischen cm und cm. Du teilst sie in Klassen der Breite cm ein.
| Klasse (in cm) | Häufigkeit |
|---|---|
Lösung:
Die Daten sind stetig. Also wählst du ein Histogramm.
Die x-Achse reicht von bis cm. Die Klassenbreiten sind gleich, die Säulen stehen lückenlos nebeneinander.
Die y-Achse zeigt die Häufigkeit und reicht von bis .
Die Säulen erreichen die Höhen , , , , , , . Das Maximum liegt bei der Klasse cm.
Kontrolle: . Alle Messwerte sind erfasst.
Das Histogramm zeigt eine typische Glockenform. Die mittleren Klassen sind am häufigsten, die Ränder seltener.
Beispiel 4: Liniendiagramm zur Temperatur
Abschnitt betitelt „Beispiel 4: Liniendiagramm zur Temperatur“Eine Wetterstation hat die Tageshöchsttemperatur in Bern über eine Woche gemessen:
| Tag | Temperatur (°C) |
|---|---|
| Mo | |
| Di | |
| Mi | |
| Do | |
| Fr | |
| Sa | |
| So |
Lösung:
Die Temperatur ändert sich stetig mit der Zeit. Ein Liniendiagramm passt.
Die x-Achse trägt die Wochentage, die y-Achse die Temperatur in °C. Sinnvolle Skala: bis in - oder -Schritten.
Du markierst sieben Punkte bei den gemessenen Werten und verbindest sie mit geraden Strecken.
Das Diagramm zeigt: Die Temperatur steigt von Montag bis Donnerstag, erreicht am Donnerstag mit das Maximum und sinkt dann wieder. Die durchschnittliche Tageshöchsttemperatur beträgt:
Der Verlauf ist typisch für eine sommerliche Hochdruckphase.
Vertiefung
Abschnitt betitelt „Vertiefung“Ein Diagramm zu zeichnen ist das eine. Es richtig zu lesen und zu interpretieren das andere. In der Oberstufe wird von dir erwartet, dass du Diagramme kritisch hinterfragst.
Die Wahl des Diagrammtyps hängt von der Fragestellung ab. Willst du Anteile zeigen, wähle das Kreisdiagramm. Willst du einen zeitlichen Verlauf zeigen, wähle das Liniendiagramm. Willst du eine Verteilung stetiger Daten darstellen, wähle das Histogramm.
In der Statistik verwendet man oft auch Prozentangaben. Ein Kreisdiagramm zeigt dann nicht absolute Zahlen, sondern den prozentualen Anteil. Vorteil: Du kannst verschiedene Gruppen direkt vergleichen, auch wenn die Gruppengrössen unterschiedlich sind. Nachteil: Die absoluten Zahlen gehen verloren. Ein Kreisdiagramm ohne Angabe der Stichprobengrösse ist unvollständig.
Ein weiteres Thema ist die Skalierung. Logarithmische Skalen eignen sich, wenn die Daten über mehrere Grössenordnungen reichen. Sie sind in der Erdbebenforschung (Richterskala) oder in der Akustik (Dezibel) Standard. In der Schule arbeitest du meistens mit linearen Skalen.
Moderne Visualisierungen kombinieren oft mehrere Diagrammtypen. So kann ein Klimadiagramm Temperatur als Linie und Niederschlag als Säulen im selben Koordinatensystem darstellen. Die Doppelachse links und rechts erlaubt verschiedene Einheiten.
Diagramme sind auch in Computerprogrammen wie Excel, LibreOffice Calc oder Google Sheets schnell erstellt. Die Software übernimmt die Berechnung der Winkel und das Zeichnen. Dein Job als Lernende oder Lernender ist, den richtigen Diagrammtyp zu wählen und das Ergebnis kritisch zu prüfen.
Beispiel 5: Vergleich zweier Klassen (Doppelsäulendiagramm)
Abschnitt betitelt „Beispiel 5: Vergleich zweier Klassen (Doppelsäulendiagramm)“Die Klassen 8a und 8b wurden gefragt, welches Fach sie am liebsten haben:
| Fach | Klasse 8a | Klasse 8b |
|---|---|---|
| Mathe | ||
| Deutsch | ||
| Sport | ||
| Musik |
Lösung:
Ein Doppelsäulendiagramm passt. Für jede Kategorie stehen zwei Säulen nebeneinander, eine pro Klasse.
Die x-Achse trägt die vier Fächer. Die y-Achse reicht von bis in -Schritten.
Pro Kategorie zeichnest du zwei gleich breite Säulen, zum Beispiel blau für 8a und rot für 8b. Zwischen den Kategorien lässt du einen grösseren Abstand.
Eine Legende oben rechts erklärt die Farben.
Interpretation: In 8a ist Sport am beliebtesten ( Stimmen), in 8b Deutsch ( Stimmen). Mathe wird in beiden Klassen häufig genannt, bei 8a etwas stärker.
Kontrolle: Lernende in 8a. Lernende in 8b. Die Klassengrösse stimmt.
Übungen
Abschnitt betitelt „Übungen“Arbeite die folgenden zehn Aufgaben der Reihe nach durch. Die Lösungen findest du am Ende des Artikels.
-
In einer Umfrage nach dem Lieblingssport antworteten Kinder: Fussball , Tennis , Schwimmen , Turnen . Welcher Diagrammtyp eignet sich am besten?
-
Berechne die relative Häufigkeit von Fussball in Aufgabe 1. Gib sie als Dezimalzahl und als Prozent an.
-
Eine Klasse hat Kinder. davon haben braune Haare. Wie gross ist der Sektorwinkel für “braune Haare” in einem Kreisdiagramm?
-
Zeichne (auf Papier) ein Säulendiagramm für folgende Daten: Montag , Dienstag , Mittwoch , Donnerstag , Freitag verkaufte Eissorten.
-
Eine Firma hat einen Umsatz von CHF. Davon kommen aus dem Export. Wie gross ist der entsprechende Sektorwinkel?
-
Welche Diagrammart eignet sich für die monatliche Niederschlagsmenge über ein Jahr? Begründe.
-
In einem Histogramm sind die Klassen , , , vorhanden. Die Häufigkeiten sind , , , . Wie viele Werte wurden insgesamt erfasst?
-
Ein Kreisdiagramm zeigt drei Sektoren mit , und . Ist das Diagramm korrekt? Begründe.
-
Du willst die Körpergrössen einer Klasse mit Werten von bis cm in Klassen einteilen. Wie breit ist jede Klasse?
-
Bei einer Abstimmung wurden Stimmen abgegeben. stimmten mit “Ja”. Wie gross ist der Sektorwinkel für “Ja” in einem Kreisdiagramm?
Das Wichtigste in Kürze
Abschnitt betitelt „Das Wichtigste in Kürze“Diagramme verwandeln Zahlen in Bilder. Du wählst den Diagrammtyp nach Datenart und Fragestellung. Säulen- und Balkendiagramme zeigen absolute Häufigkeiten bei Kategorien. Kreisdiagramme stellen Anteile am Ganzen dar und nutzen den Vollkreis von . Liniendiagramme zeigen Veränderungen über die Zeit. Histogramme visualisieren Verteilungen stetiger Daten und verwenden lückenlose Säulen. Für Kreisdiagramme berechnest du den Sektorwinkel mit . Jedes Diagramm braucht einen Titel, beschriftete Achsen und eine passende Skala. Beginne die y-Achse möglichst bei . Kontrolliere am Schluss, ob sich die Werte zur Gesamtzahl beziehungsweise zu addieren.
Lösung anzeigen
Lösung anzeigen
Lösung anzeigen
Lösung anzeigen
Lösung anzeigen
Ausblick
Abschnitt betitelt „Ausblick“Im nächsten Thema befasst du dich mit statistischen Kennwerten wie dem Mittelwert, dem Median und den Streumassen. Diese Zahlen fassen grosse Datenmengen in wenigen Kennziffern zusammen. Oft ergänzen sie Diagramme. Später lernst du auch den Boxplot kennen, ein Diagramm, das Lage- und Streumasse gleichzeitig visualisiert. Auch das Streudiagramm, das den Zusammenhang zwischen zwei Merkmalen darstellt, wird dir bald begegnen.
Lösungen
Abschnitt betitelt „Lösungen“1. Ein Säulendiagramm eignet sich am besten. Die Daten sind kategorial (Sportarten) mit absoluten Häufigkeiten. Alternativ geht auch ein Kreisdiagramm, wenn du die Anteile betonen willst.
2. Die relative Häufigkeit ist . In Prozent sind das .
3. Anteil: . Sektorwinkel: .
4. Du zeichnest eine x-Achse mit den Wochentagen und eine y-Achse von bis in -Schritten. Die Säulen haben die Höhen , , , , . Alle Säulen sind gleich breit, die Abstände identisch. Titel: “Verkaufte Eissorten pro Tag”.
5. Relativer Anteil: . Sektorwinkel: .
6. Ein Säulendiagramm eignet sich gut, weil die Monate als Kategorien auftreten und die Niederschlagsmenge eine Menge pro Monat ist. Ein Liniendiagramm wäre auch möglich, wenn du den Verlauf betonen willst. Am häufigsten wird in Klimadiagrammen ein Säulendiagramm für Niederschlag verwendet.
7. Gesamtzahl: . Es wurden Werte erfasst.
8. Summe der Winkel: . Das Diagramm ist nicht korrekt, denn der Vollkreis hat . Der Fehler liegt bei .
9. Spannweite: cm. Klassenbreite: cm. Jede Klasse ist cm breit. Mögliche Einteilung: , , , , , .
10. Relativer Anteil: . Sektorwinkel: .
Quellen
- Lehrplan 21 — Mathematik — Deutschschweizer Erziehungsdirektoren-Konferenz (D-EDK)
- Lehrplan Volksschule Aargau — Mathematik — Kanton Aargau, Departement Bildung, Kultur und Sport