Naturwissenschaften

Simulation einer Ameisenstraße mit NetLogo

Veröffentlicht am 03.11.2004
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 5 Stunden (1 Stunde für die Einführung in NetLogo, 2 Doppelstunden für die Ameisenstraßen-Simulationen)
  • Unterrichtsplanung, Arbeitsmaterial, Audiovisuelles Medium, Anwendung/Software, Arbeitsblatt, Lernkontrolle
  • 1 Arbeitsmaterial

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.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

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.
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Vermittelte 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
  • 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 "Ameisenstraße"

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Avatar 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.

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