Simulation einer Ameisenstraße mit NetLogo

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

Didaktisch-methodischer Kommentar

• Mögliche Themenfelder
  Die Simulation der Ameisenstraße kann beispielhaft das Prinzip der Selbstorganisation veranschaulichen, zum Beispiel im Rahmen der Ökologie oder bei der Behandlung von Hyperzyklen (Entstehung des Lebens). Zudem kann die Simulation das Thema Staaten bildende Insekten "würzen".
• Unterrichtsverlauf und Arbeitsmaterial (I)
  Mit der Simulation "Game of Life" lernen die Schülerinnen und Schüler das Grundprinzip der agentenbasierten Modellierung kennen. Nach der Beobachtung einer realen Ameisenstraße steigen sie in die virtuelle NetLogo-Ameisenwelt ein.
• Unterrichtsverlauf und Arbeitsmaterial (II)
  Die Schülerinnen und Schüler experimentieren weitgehend selbstständig mit der virtuellen Ameisenstraße. Vor dem Start der Experimente sollen konkrete Erwartungen formuliert werden.
• Unterrichtsverlauf und Arbeitsmaterial (III)
  In der Diskussionsphase kann - falls die Zeit reicht - auch die Aussagekraft von Simulationen prinzipiell hinterfragt werden. Zum Abschluss sollte auf jeden Fall der Bogen zum Thema "Selbstorganisation" gespannt werden.

Download

Internetadresse

• NetLogo
  Die Homepage von NetLogo. Von hier aus kann die Software und ein ausführliches Handbuch heruntergeladen werden. Hier finden Sie auch "Models Library", die ebenfalls kostenlos heruntergeladen werden kann. Diese enthält auch eine "Ant"-Simulation. Für den Einsatz im Unterricht sollten Sie jedoch die Ameisenstraßensimulation verwenden, die Sie im Downloadbereich dieses Artikels herunterladen können (ameisenstrasse.nlogo)!

Zusatzinformationen

• Links und Literatur
  Mehr Infos zur Ameisenstraße, zur Selbstorganisation und zu Netlogo.

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.