Simulation einer Ameisenstraße mit NetLogo

Schülerinnen und Schüler erkunden mit einer agentenbasierten Simulationsumgebung das Verhalten von Ameisen und entdecken dabei, wie die einzelnen Tierchen im Zusammenspiel mit zahlreichen Artgenossen das Phänomen einer Ameisenstraße erzeugen.
 

Viele Schülerinnen und Schüler sind im Wald schon einmal einer Ameisenstraße begegnet. Liegt in der Nähe eines Ameisenhaufens etwas Futter, zum Beispiel ein kürzlich verendeter Regenwurm oder ein verloren gegangenes Stückchen Kuchen, stellt sich am Futterplatz bald ein emsiges Kommen und Gehen ein. Auf einer wohldefinierten Route eilen die Arbeiterinnen herbei und kehren futterbeladen zum Nest zurück. Im Rahmen dieser Unterrichteinheit kommt das kostenlose Simulationswerkzeug NetLogo zum Einsatz. Die Schülerinnen und Schüler erleben das zentrale systemtheoretische Konzept der "Selbstorganisation" am Beispiel von Futter suchenden Ameisen. Von Selbstorganisation spricht man, wenn auffällige raum-zeitliche Strukturen aufgrund der Wechselwirkung zahlreicher Systemteile selbstständig entstehen, ohne dass dazu ein übergeordneter "Koordinator" oder "Organisator" notwendig ist.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • das Grundprinzip der agentenbasierten Modellierung (Agenten, Regeln und Zeitschritte) kennen.
  • das Phänomen und den Begriff der Selbstorganisation kennen lernen; sie sollen erkennen, dass Ordnung in der Natur durch die Interaktion zahlreicher Systemteile selbstständig entstehen kann, ohne dass ein übergeordneter "Koordinator" notwendig ist.
  • erkennen, dass eine kleine Parameterveränderung an einem komplexen System unerwartet große Auswirkungen und umgekehrt eine große Parameterveränderung praktisch keine Auswirkung haben kann.
  • lernen, dass einem Experiment immer eine Phase der Erwartungsbildung vorausgeht und eine Phase der Interpretation folgt.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaSimulation einer Ameisenstraße mit NetLogo
AutorDr. Johannes Kottonau
FachBiologie
ZielgruppeSekundarstufe II (zum Thema Selbstorganisation), als Zusatzmaterial zum Thema Ameisen oder Staaten bildende Insekten auch Sekundarstufe I
Zeitraum5 Stunden (1 Stunde für die Einführung in NetLogo, 2 Doppelstunden für die Ameisenstraßen-Simulationen)
Technische VoraussetzungenComputer mit Betriebssystem Windows, Macintosh oder Linux, Bildschirmauflösung mind. 1024 x 768 Pixel, Erfüllung der Systemvoraussetzungen für NetLogo;
ideal: ein Lehrer-Computer mit Beamer plus jeweils 1 Rechner pro 2 Schülerinnen und Schüler,
minimal: ein Lehrer-Computer mit Beamer
SoftwareNetLogo (kostenloser Download aus dem Internet);
Java Virtual Machine (JVM), wird beim Download mitgeliefert - wenn eine bereits vorher installierte JVM verwendet werden soll, dann muss deren Version mindestens 1.4.1, besser höher sein;
NetLogo-Modelldateien "ameisenstrasse.nlogo" und "game_of_life.nlogo" (siehe Download)
PlanungVerlaufsplan

Didaktisch-methodischer Kommentar

Download

materialien_ameisenstrasse.zip
 

Internetadresse

Zusatzinformationen

Informationen zum Autor

Dr. Johannes Kottonau unterrichtet die Fächer Biologie und Chemie am Gymnasium in Frauenfeld (Schweiz). In seiner Dissertation hat er sich mit der Entstehung politischer Einstellungen vor den Bundestagswahlen befasst. Dabei hat er mithilfe eines agentenbasierten Modells Werbestrategien für Parteien optimiert. Das Modell simuliert das mentale Verhalten von hundert virtuellen Wählern in einem sozialen Kommunikationsnetzwerk.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
    Hier können Sie Kontakt mit Dr. Johannes Kottonau aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
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