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GrafikenGrafiken
Datum:Datum: 11.12.0611.12.06
Referentin: Referentin: Maria ArzbergerMaria Arzberger
Seminar: Seminar: „Statistische Software in der Lehre“„Statistische Software in der Lehre“
Professor: Professor: UnwinUnwin
Lehrstuhl:Lehrstuhl: für Rechnerorientierte Statistik und Datenanalysefür Rechnerorientierte Statistik und Datenanalyse
Was sind die Vor- und Nachteile der Programme Excel, Mondrian und R beim
Einsatz von Grafiken im Unterricht?
GliederungGliederung
1. Lehrplan1. Lehrplan
2. Datensätze2. Datensätze
3. Erstellen von Grafiken in Excel3. Erstellen von Grafiken in Excel
4. Arbeiten mit Grafiken in Mondrian4. Arbeiten mit Grafiken in Mondrian
5. Einsatz von Grafiken aus R im 5. Einsatz von Grafiken aus R im UnterrichtUnterricht
6. Didaktischer Vergleich der drei 6. Didaktischer Vergleich der drei ProgrammeProgramme
1. Lehrplan1. Lehrplan 6.Klasse: Relative Häufigkeit (6Std.) 6.Klasse: Relative Häufigkeit (6Std.) 7.Klasse: Mathematik im Alltag: Daten, 7.Klasse: Mathematik im Alltag: Daten,
Diagramme und Prozentrechnung (11Std.)Diagramme und Prozentrechnung (11Std.) 8. Klasse: Stochastik: Laplace-Experimente 8. Klasse: Stochastik: Laplace-Experimente
(12Std.)(12Std.) 9.Klasse: Stochastik: Zusammengesetzte 9.Klasse: Stochastik: Zusammengesetzte
Zufallsexperimente (11Std.)Zufallsexperimente (11Std.) 10Klasse: Stochastik: Zusammengesetzte 10Klasse: Stochastik: Zusammengesetzte
Zufallsexperimente (10Std.)Zufallsexperimente (10Std.) 11.Klasse: Wahrscheinlichkeitsbegriff (13Std.)11.Klasse: Wahrscheinlichkeitsbegriff (13Std.) 12.Klasse: Stochastik: Binomialverteilung und 12.Klasse: Stochastik: Binomialverteilung und
ihre Anwendung in der beurteilenden Statistik ihre Anwendung in der beurteilenden Statistik (23Std.)(23Std.)
2.1. Datensatz der DNNB-2.1. Datensatz der DNNB-UmfrageUmfrage
Amerikanische DNNB – Umfrage von 1998Amerikanische DNNB – Umfrage von 1998 Religiosität von Personen verschiedener Religiosität von Personen verschiedener
Schichten Schichten Kategorien: Kategorien:
Häufigkeit der KirchenbesucheHäufigkeit der Kirchenbesuche Fundamentalismus als größere Gefahr heuteFundamentalismus als größere Gefahr heute Bedeutung von Religion im eigenen LebenBedeutung von Religion im eigenen Leben AlterAlter KinderKinder Stadt – LandStadt – Land BildungBildung Bildung des EhepartnersBildung des Ehepartners Region der UmfrageRegion der Umfrage EinkommenEinkommen
2.2. SMSA Datensatz2.2. SMSA Datensatz
StadtStadt SterberateSterberate BevölkerungsdichteBevölkerungsdichte Nichtweisse in %Nichtweisse in % EinkommenEinkommen StickoxidbelastungStickoxidbelastung NiederschlagNiederschlag
SMSA Erhebung in Amerika:
Kategorien:
3. Erstellen von Grafiken 3. Erstellen von Grafiken in Excelin Excel
3.1. Säulendiagramme in 3.1. Säulendiagramme in ExcelExcel
Arbeitslose in Österreich nach Arbeitslose in Österreich nach AltersgruppenAltersgruppen
Arbeitslose in Österreich nach Altersgruppen
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
15 bis unter19 Jahre
19 bis unter25 Jahre
25 bis unter30 Jahre
30 bis unter40 Jahre
40 bies unter50 Jahre
50 bis unter55 Jahre
55 bis unter60 Jahre
über 60 Jahre
Alterskategorie
Arb
eits
lose
Reihe1
Vorteile:
• liefert Legende mit
• Leicht zu beschriften
• Sehr anschaulich
Nachteile:• Achsenbeschriftung Beschriftung muss man von Hand erstellen• nimmt ansonsten automatisch y-Achse als Überschrift
Säulendiagramm von Säulendiagramm von AGEAGE
AGE
0102030405060708090
100
1 400 799 1198 1597 1996 2395 2794 3193
AGE
Nachteil:• zu viele Daten• unübersichtlich• X-Achsen-beschriftung unpassend• teilt Alter nicht automatisch in Klassen ein, sondern „plottet“ jeden Eintrag
Lösung:
• man müsste eine Häufigkeitstabelle von Excel erstellen lassen
• des weiteren eine neue Tabelle mit Intervallgrenzen anfertigen
• diese in ein neues Format bringen
-> Klassen
kompliziert
3.2. Liniendiagramm in 3.2. Liniendiagramm in ExcelExcel
Liniendiagramm vom Liniendiagramm vom Durchschnittseinkommen Durchschnittseinkommen
im Jahr in den im Jahr in den verschiedenen Städtenverschiedenen Städten
Einkommen
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56
Einkommen
Vorteile:
• viele Vorführeffekte wie in Word und Power Point
• gleiche Handhabung
•anschaulich
• Schülerfreundlich
3.3. Kreisdiagramm in 3.3. Kreisdiagramm in ExcelExcel
Kreisdiagramm von der Häufigkeit Kreisdiagramm von der Häufigkeit der Kirchenbesucheder Kirchenbesuche
Vorteile:• bunt• anschaulich
CHURCH 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Nachteile:Excel schafft es nicht alle in „Klasse 1“ sich befindenden Daten in einem Kreissegment anzuordnen und prozentual darzustellen!
3.4. Punktdiagramm in 3.4. Punktdiagramm in ExcelExcel
Punktdiagramm Punktdiagramm Sterberate/Stickoxid-belastung Sterberate/Stickoxid-belastung
(SMSA)(SMSA)
Stickoxidbelastung
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80
Sterberate
Sti
ck
ox
idb
ela
stu
ng
Problem: Vertauschung der Achsen
Punktdiagramm Punktdiagramm AGE/PERINCOM AGE/PERINCOM (DNNB-Umfrage)(DNNB-Umfrage)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 20 40 60 80 100
Alter
Pe
rin
co
m
Punktdiagramm Punktdiagramm City/EinkommenCity/Einkommen(SMSA)(SMSA)
???
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 20 40 60 80
CityE
ink
om
me
n
Einkommen
4. Arbeiten mit 4. Arbeiten mit Grafiken in Grafiken in MONDRIANMONDRIAN
Bei der DNNB-Bei der DNNB-Umfrage wurde Umfrage wurde das das Einkommen Einkommen bereits im bereits im Datensatz in Datensatz in Klassen Klassen eingeteilt.eingeteilt.
4.1. Daten in Mondrian4.1. Daten in Mondrian
• Kategorieelle, qualitative Daten
•Nominaldaten: Verschiedenartigkeit; z.B. Farben•Ordinaldaten: Rangordnung; z.B. die Sterne bei den Hotels
• Stetige, metrische, quantitative Daten (gleichmäßige Abstände)
Stetige Daten
Kategorieelle Daten
4.2. Missing value plot4.2. Missing value plot
4.3. 4.3. BarchartsBarcharts
Vorteil: Reihenfolge der Barcharts lässt sich sehr einfach ändern
4.4. Histogramme4.4. Histogramme
Vorteil:X-Achse der Histogramme leicht verschiebbar
Klassenbreite der Klassenbreite der Histogramme ändernHistogramme ändern
Interaktion zwischen Interaktion zwischen Histogrammen und Barcharts:Histogrammen und Barcharts:
In welchem Alter gehen die Leute am Wenigsten in In welchem Alter gehen die Leute am Wenigsten in die Kirche?die Kirche?
4.5. Spinogram4.5. Spinogram
Vorteil: Man sieht die Proportionen
4.6. Bloxplot4.6. Bloxplot
Nachteil:Median sowohl als auch Quantile erhält man lediglich durch ungefähren Mausklick auf die Striche
Wer verdient zwischen 86,000 100,000 $ Wer verdient zwischen 86,000 100,000 $ im Jahr?im Jahr?
4.7. Parallel Boxplot4.7. Parallel Boxplot
4.8. Mosaic Plot4.8. Mosaic Plot
Level of education completed
Ed
uca
tion
leve
l of
resp
on
den
t‘s
spou
se
Level of education completed
Mosaic Plot with Mosaic Plot with FluctuationFluctuation
Level of education completed
Ed
uca
tion
leve
l of
resp
on
den
t‘s
spou
se
4.9. Scatterplot4.9. Scatterplot
4.10. Boxplot Y by X4.10. Boxplot Y by X
Ergebnis: Steigt wenig
5. Einsatz von Grafiken aus 5. Einsatz von Grafiken aus R im UnterrichtR im Unterricht
JGR Plot (a)JGR Plot (a)
5.1. Erstellen von 5.1. Erstellen von Boxplots mit RBoxplots mit R
Parallel Boxplots:Parallel Boxplots: boxplot(SMSA)boxplot(SMSA)
Nachteil:
• Gleiche Skalierung für alle Boxplots
• erkennt Daten nicht und plottet folglich auch kategorielle Daten
Vergleich mit MondrianVergleich mit Mondrian
Vorteil:• Mondrian „plottet“ nur stetige Daten in einem Boxplot • Mondrian skaliert jede Kategorie automatisch individuell
Vergleich mit MondrianVergleich mit Mondrian
c<-Bevoelkerungsdichte c<-Bevoelkerungsdichte
boxplot(c)boxplot(c)
names(a)[1] "city" "Mortalitaetsrate" "Bevoelkerungsdichte"[4] "X.Nichtweisse" "Einkommen" "Stickoxidbelastung" [7] "Niederschlag"
Beschriftung der Beschriftung der BoxplotsBoxplots
boxplot(Niederschlag,main="Niederschlag")
5.2. Erstellen von 5.2. Erstellen von Histogrammen mit RHistogrammen mit R
hist(AGE)hist(AGE)
hist(AGE,xlim=c(0,100))hist(AGE,xlim=c(0,100))
Änderung der Grenzen der X-Achse
hist(AGE,breaks=seq(0,1hist(AGE,breaks=seq(0,100,10))00,10))
Festsetzen der Klassenbreiten
hist(AGE,breaks=hist(AGE,breaks=c(0,5,15,25,30,55,65,75,85,95,100))c(0,5,15,25,30,55,65,75,85,95,100))
Vorteil: man kann die Klassen manuell auch in verschiedenen Breiten eingeben
hist(CHURCH)hist(CHURCH)
5.3. Balkendiagramme in 5.3. Balkendiagramme in RR
c<-as.factor(CHURCH)c<-as.factor(CHURCH)plot(cplot(c))
barplot(Stickoxidbelastung)
Stickoxidbelastung
0
50
100
150
200
250
300
350
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55
Stickoxidbelastung
In ExcelLancaster, PA
Nachteil:Es ist nicht mehr nachvollziehbar welcher Balken was ist
5.4. Streudiagramme in 5.4. Streudiagramme in RR
plot(CHURCH,RELIGIONplot(CHURCH,RELIGION))
b<-b<-MortalitaetsrateMortalitaetsrate
c<-c<-BevölkerungsdichteBevölkerungsdichte
plot(b,plot(b,c)c)
5.5. Kreisdiagramme in 5.5. Kreisdiagramme in RR
pie(Stickoxidbelastung)pie(Stickoxidbelastung)
pie(CHURCH)pie(CHURCH)
Nachteil:• R nimmt keine lückenhaften Daten an, man muss „no answer“ in eine positive Zahl umschreiben• Grafik ist Unsinn
5.6. Mosaic Plots in R5.6. Mosaic Plots in R
t<-(table(EDUC,CHURCH))
plot(t)
6. Didaktischer Vergleich 6. Didaktischer Vergleich der drei Programmeder drei Programme
Didaktischer Vergleich der Didaktischer Vergleich der drei Programmedrei Programme
EigenschaftEigenschaftenen ExcelExcel MondrianMondrian RRAnimation/Animation/Farben/Pfeile/Farben/Pfeile/Interaktion mit Interaktion mit anderen anderen ProgrammenProgrammen
Sehr einfach Sehr einfach wie in Wordwie in Word
Sehr Sehr kompliziertkompliziert
Leicht zu Leicht zu kopieren; kopieren;
jedoch ohne jedoch ohne VorführeffekteVorführeffekte
DatenerkennuDatenerkennungng
neineinn
UnterscheidUnterscheidet et
kategorieellkategorieelle von e von
stetigen stetigen DatenDaten
neineinn
KeineKeine KeineKeineSehr gutSehr gutInteraktion Interaktion zwischen zwischen verschiedenen verschiedenen PlotsPlots
Didaktischer Vergleich der Didaktischer Vergleich der drei Programmedrei Programme
EigenschaftEigenschaftenen ExcelExcel MondrianMondrian RR
Neues FensterNeues Fenster
FensterbeschrifFensterbeschriftungtung
AchsenbeschriftAchsenbeschriftungung
Reihenfolge der Reihenfolge der Barcharts Barcharts ändernändern
mit dem mit dem BefehlBefehl auf Eingabeauf Eingabe automatisch automatisch JavaGD() oder JavaGD() oder JavaGD(300,400) JavaGD(300,400)
automatischautomatisch automatisch automatisch keine keine
Keine, außer beimKeine, außer beimJaJa Säulendiagramm Säulendiagramm Nicht ImmerNicht Immer
umschreibenumschreiben Leicht änderbar auf kompliziert Leicht änderbar auf kompliziert MausklickMausklick
Didaktischer Vergleich der Didaktischer Vergleich der drei Programmedrei Programme
EigenschaftEigenschaftenen ExcelExcel MondrianMondrian RR
EnglischkenntniEnglischkenntnissesse
Fazit der Fazit der VorteileVorteile
Fächerübergreifender Unterricht mit Erdkunde, Biologie usw. leicht möglich
Nicht erforderlich Geht auch durch Nicht erforderlich Geht auch durch Absolut Absolut erforderlicherforderlich
rumprobierenrumprobieren um Befehle zu um Befehle zu findenfindenVorkenntnisse Vorkenntnisse
vorhandenvorhanden
Spielerisches Spielerisches Entdecken Entdecken
leicht möglich leicht möglich auch ohne auch ohne
LehrerLehrer
Für Für wissenschaftlicwissenschaftlic
hes Arbeiten hes Arbeiten geeignetgeeignet
ZusammenhänZusammenhänge werden ge werden
grafisch sehr grafisch sehr anschaulich anschaulich dargestellt dargestellt
durch durch InteraktionenInteraktionen
Church
Ed
ucati
on
Children