Die Arbeit untersucht, welche Bedeutung die Mathematik in Zeiten der Corona-Krise hat.
Politische Entscheidungen zur Eindämmung der Verbreitung des Corona-Virus in Deutschland werden maßgeblich von wissenschaftlichen Erkenntnissen, z. B. durch das Robert-Koch-Institut (RKI) beeinflusst. Insofern ist es wichtig, grundlegende mathematische Zusammenhänge und Kenngrößen zu verstehen. Im ersten Teil wird die Arbeit daher die mathematischen Sachverhalte exponentielles Wachstum, Reproduktionszahl und Letalität erläutern und sie im Zusammenhang mit der Corona-Infektionswelle in Deutschland stellen.
Der zweite Teil betrachtet in Ausschnitten, welche Auswirkungen die COVID-19-Pandemie auf den Fachbereich der Mathematik hat. Welche Veränderungen ergeben sich in den Bereichen Bildung und Arbeitsmarkt?
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Hinführung zum Thema
1.2 Fragestellung und Aufbau
2. Mathematische Kennzahlen zur Beschreibung Infektionsgeschehen
2.1 Exponentielles Wachstum
2.2 Reproduktionszahl
2.3 Letalität
3. Auswirkungen der Krise auf den Fachbereich Mathematik
4. Fazit
5. Literaturverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Hinführung zum Thema
Die Mathematik ist durch die COVID-19-Pandemie1 in aller Munde. Reproduktionszahl, Verdopplungszeit, Wachstumskurven, Infektions- und Sterberaten werden in der breiten Öffentlichkeit diskutiert. Das Verständnis mathematisch-naturwissenschaftlicher Zusammenhänge ist wichtig, um vielfältige Informationen über Infektionszahlen und deren Entwicklung zu verstehen und sich nicht von „Fake-News“ täuschen zu lassen.2 Die Mathematik ist erforderlich, um Kennzahlen zu berechnen, die aktuelle Entwicklung der Pandemie grafisch anschaulich darzustellen, mathematische Simulationsmodelle zu erstellen und deren Wahrscheinlichkeit anzugeben.
In Zusammenarbeit mit anderen Naturwissenschaften ist die Mathematik unabdingbar, um die Krise zu bewältigen. Sie liefert bspw. Angaben zum Bedarf an benötigter Infrastruktur wie Intensivbetten und Beatmungsgeräte und visualisiert, wie sich Schutzmaßnahmen auf das Infektionsgeschehen auswirken.3
Durch die Schulschließungen fand wochenlang kein Mathematikunterricht in herkömmlicher Form statt und die Lehrkräfte und Schüler*innen mussten neue Wege für das Lehren und Lernen finden. Außerdem hat die Krise den MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik) einen Schub verliehen. Durch die notwendige fortschreitende Digitalisierung, z. B. in der Online-Lehre, wächst der Bedarf an Fachkräften, vor allem im Bereich der Informationstechnik.
1.2 Fragestellung und Aufbau
Im vorliegenden Kontext möchte die Arbeit untersuchen, welche Bedeutung die Mathematik in Zeiten der Corona-Krise hat.
Politische Entscheidungen zur Eindämmung der Verbreitung des Corona-Virus in Deutschland werden maßgeblich von wissenschaftlichen Erkenntnissen, z. B. durch das Robert-Koch-Institut (RKI) beeinflusst.4 Insofern ist es wichtig, grundlegende mathematische Zusammenhänge und Kenngrößen zu verstehen. Im ersten Teil wird die Arbeit daher die mathematischen Sachverhalte exponentielles Wachstum, Reproduktionszahl und Letalität erläutern und sie im Zusammenhang mit der Corona-Infektionswelle in Deutschland stellen.
Der zweite Teil betrachtet in Ausschnitten, welche Auswirkungen die COVID-19-Pandemie auf den Fachbereich der Mathematik hat. Welche Veränderungen ergeben sich in den Bereichen Bildung und Arbeitsmarkt?
2. Mathematische Kennzahlen zur Beschreibung Infektionsgeschehen
2.1 Exponentielles Wachstum
Exponentielles Wachstum bzw. exponentieller Verfall beschreiben Prozesse, bei denen sich eine Ausgangsmenge N in gleichen zeitlichen Abständen um den Faktor p ändert. Dieser Faktor (Prozentsatz) wird immer abhängig von der Ausgangsmenge zu dem bereits vorhandenen Bestand addiert bzw. subtrahiert. Im Gegensatz wird beim linearen Wachstum immer die gleiche Menge ( Z ) hinzugefügt oder weggenommen: N ( t + 1) = N ( t ) + Z.
Exponentielles/r Wachstum bzw. Verfall kann mit der Funktionsgleichung N ( t ) = N0 × pt beschrieben werden. Dabei ist N ( t ) die Größe der Ausgangsmenge nach der Zeit t, N0 gibt die Größe der Menge zum Startzeitpunkt und p den Wachstums- bzw. Zerfallsfaktor an. Ist p ˃ 1 handelt es sich um einen Wachstums-, bei p ˂ 1 um einen Zerfallsprozess.5 Die veränderliche Größe ( t ) steht bei der Exponentialfunktion der Form f ( x ) = ax, wobei a ∈ ℝ, a > 0, a ≠ 1, im Exponenten.
Die Verdopplungs- bzw. Halbwertszeit bezeichnet die Zeit, in der sich die Ausgangsmenge verdoppelt bzw. halbiert. Diese ist bei exponentiellen Änderungsprozessen konstant. Die folgende Formel beschreib die Verdopplungszeit T : N ( t + T ) = 2 × N ( t ). Daraus ergibt sich folgender Zusammenhang: Je kleiner die Verdopplungszeit, desto größer ist der Wachstumsfaktor p und umso stärker ist das exponentielle Wachstum.
[...]
1 COVID-19 bezeichnet die Krankheit, die durch den SARS-CoV-2-Virus ausgelöst wird.
2 Vgl. Dachverband der Geowissenschaften (DV Geo) u. a.: Stellungnahme der Fachgesellschaften zur COVID-19-Pandemie vom 06.05.2020. URL: https://www.wissenschaft-verbindet.de/pdf/Stellungnahme_ der_Fachgesellschaften_zu_Corona.pdf – Download vom 27.08.2020, S. 1.
3 Vgl. ebd.
4 Vgl. Kropp, Sabine: Corona-Krise: Wie wichtig ist Expertenwissen in der Politik? Letzte Aktualisierung: 29.05.2020. URL: https://www.bpb.de/politik/innenpolitik/coronavirus/310712/expertenwissen – Download vom 27.08.2020.
5 Vgl. O. A.: Exponentielles Wachstum. URL: https://de.serlo.org/mathe/funktionen/ anwendungszusammenhaenge-anderes/wachstums-zerfallsprozesse/exponentielles-wachstum - Download vom 27.08.2020.