Simulation von Straßenverkehr

Veröffentlicht am 09.12.2010
  • Mathematik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 5 bis 10 Stunden oder im Rahmen einer Projektwoche
  • Software
  • 1 Arbeitsmaterial

Wie die Erklärung zur Entstehung von Verkehrsstaus mit mathematischen Mitteln möglich ist, zeigt diese Unterrichtseinheit.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Mobilität spielt insbesondere in der modernen Gesellschaft eine wichtige Rolle. Im Alltag sind damit jedoch häufig Verkehrsstaus verbunden. Aber Staus kosten Nerven, verschlingen Zeit und Energie und produzieren zudem überflüssige Schadstoffe. Häufig entstehen bei dichtem Verkehr sogenannte "Staus aus dem Nichts". Wie sie entstehen und was jeder einzelne Verkehrsteilnehmer dazu beitragen kann, sie zu verhindern, zeigen einfache algorithmische Modelle und entsprechende Experimente.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Um Verkehr im Detail zu simulieren und zu erklären, wie Stau entsteht, wird das Modell der zellulären Automaten herangezogen. Die Idee wird zunächst am "Spiel des Lebens" eingeführt und anschließend auf ein einfaches Modell zur Verkehrssimulation übertragen. Durch den Alltagsbezug werden auch Lernende angesprochen, die der Mathematik eher skeptisch gegenüberstehen. Die beigefügten Computerprogramme wurden in Python erstellt und können optional zum eigenen Experimentieren und Beobachten eingesetzt werden.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler

  • lernen am Beispiel von zellulären Automaten, einfache Algorithmen zu verstehen, anzuwenden und einige ihrer Eigenschaften zu analysieren.
  • lernen Möglichkeiten und Grenzen von einfachen Modellen zur Verkehrssimulation kennen.
  • variieren Eingabedaten für vorgegebene Programme zur Verkehrssimulation systematisch (Verkehrsdichte) und erkennen dabei grundlegende Eigenschaften des Verkehrsflusses in Abhängigkeit von den Eingabedaten.
  • erkennen, dass die durch den Trödelfaktor eingeführte Individualisierung des Verkehrs die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Staus erhöht.

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Avatar Dr. Anton Schüller

ist stellvertretender Leiter der Abteilung Simulationsanwendungen am Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI.

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