Einsatzmöglichkeiten und Technische Varianten

Die Schülerinnen und Schüler können fertige Modelle nutzen oder auch selbstständig Modelle entwickeln (Systemanalyse, Modellbildung, Simulation).

Einsatz im Unterricht

Dem (virtuellen) Experiment mit dem Modell geht - wie im "richtigen Forscherleben" - eine Phase der Hypothesenbildung voraus. Geeignete Themen für die Arbeit mit dynamischen Modellen lassen sich bereits ab Klasse 9 in der Informatik, der Mathematik, den Natur- und Gesellschaftswissenschaften sowie im Wirtschaftsunterricht finden. Gebrauchsfertige Modelle können von den Schülerinnen und Schülern in Partnerarbeit erforscht oder von der Lehrkraft per Beamer präsentiert und im Plenum diskutiert werden. Im Rahmen des Unterrichts können aber auch eigene Modelle entwickelt werden, um zum Beispiel zuvor aufgestellte Hypothesen zu überprüfen. Als Unterrichtsform bietet sich dabei die selbstständige Gruppenarbeit an. Nach der Experimentierphase lohnt es sich, auf mögliche Artefakte einzugehen, um mit der Klasse eine Diskussion über die Aussagekraft von Computermodellen zu führen. Zu dieser Thematik gibt es einen sehr guten Artikel (John D. Sterman, Learning in and about complex systems, 1994). Eine ausführliche Beschreibung der Einsatzmöglichkeiten von Modellbildungssoftware finden Sie hier:

  • Modellbildung und Simulation
    Der Artikel liefert allgemeine Informationen zum Thema Systemanalyse, Modellbildung und Simulation im Unterricht.

Technische Varianten

Screenshot eines mit Powersim erstellen Modells zur Preisbildung
+Preisbildung

Kompartmenbasierte Modellierung

Den verschiedenen Programmen zur Modellbildung liegen unterschiedliche Konzepte zugrunde. Der Kompartment-Ansatz arbeitet mit Zustandsvariablen, die mit Zu- und Abflüssen untereinander verbunden sind, analog zu einem System gekoppelter Differentialgleichungen. Abb. 1 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt einen Screenshot aus einem mit Powersim erstellen Modell zur Preisbildung: Startpreis, Preisanpassungsfaktor und Angebotsmenge lassen sich per Schieberegler variieren. Die Entwicklungen der Angebot- und Nachfragemenge werden in Diagrammen dargestellt.

Screenshot eines mit NetLogo erstellen Modells zur Ameisenstraße
+Ameisenstraße

Agentenbasierte Modellierung

Dieser Ansatz arbeitet nicht mit Zustandsvariablen, Zu- und Abflüssen. Stattdessen führen eine große Zahl teils voneinander abhängiger Individuen (in der Fachsprache "Agenten" genannt) gleichzeitig vorher programmierte "Handlungen" Schritt für Schritt aus. Dieses Ausführen oder Durchrechnen von Modellen erlaubt es, die Beziehung zwischen dem individuellen Verhalten der einzelnen Agenten auf der Mikroebene und dem Verhalten des Gesamtsystems auf der Makroebene zu untersuchen. Abb. 2 zeigt einen Screenshot aus der NetLogo-Simulation einer Ameisenstraße. Die Position des Ameisennestes (lila) befindet sich in der Mitte der zweidimensionalen virtuellen Ameisenwelt. Rundherum befinden sich drei Futterquellen in verschiedenen Entfernungen zum Nest. Mit den Schiebereglern können die Zahl der Ameisen, die Diffusions- und die Verdunstungsrate eines Duftstoffes variiert werden. Bei der Erstellung eigener Modelle im Unterricht liegt der Vorteil agentenbasierter Programme darin, dass den Schülerinnen und Schülern der Entwurf von Agentenverhaltensregeln - sozusagen "vom Agenten aus gesehen" - näher liegt als das Denken in abstrakten Zustandsvariablen sowie Zu- und Abflussraten.

Frei nutzbares Material
Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.