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Unterrichtsmaterialien zu

Evolution und Nachhaltigkeit
am Computer

Die Themen Evolution und Nachhaltigkeit sind mit mehreren Lernschwierigkeiten verbunden, denn sie sind das Ergebnis komplexer Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt, und evolutionär-ökologische Prozesse spielen sich meist über größere Raum- und Zeitdimensionen ab. Diese Prozesse sind weit entfernt von unserer Alltagserfahrung, in der wir eher kurzfristige und direkte Wechselbeziehungen erleben, und in denen wir eher Individuen wahrnehmen und nicht sich verändernde Populationen.

Computersimulationen bzw. dynamische Modelle können helfen, diese Lernschwierigkeiten zu überwinden - ähnlich wie Teleskope und Mikroskope erlauben sie es, Sachverhalte zu erkennen, die mit dem “bloßen Auge” nicht sichtbar sind. Computersimulationen können Prozesse über größere Raum- und Zeitdimensionen modellhaft darstellen, und eignen sich daher besonders für das Beobachten, Untersuchen und Verstehen von ökologischen Zusammenhängen, Populationsmustern, und evolutionären Prozessen.

Computersimulationen können je nach technischen Rahmenbedingungen und Zielstellungen auf unterschiedliche Weise im Unterricht eingesetzt werden:

als interaktive Methode für die Vermittlung und Diskussion von Konzepten vor und mit der gesamten Klasse (erfordert einen Computer und Beamer im Klassenzimmer); mithilfe von Arbeitsblättern können in Einzel- oder Gruppenarbeit verschiedene Aspekte eines Modells und Verständnisfragen erarbeitet werden
angeleitete oder selbständige Durchführung von Experimenten und Projekten durch SchülerInnen (erfordert Zugang zu mindestens einem Computer pro Gruppe/SchülerIn)
Programmierung von Modellen (Informatikunterricht)

Lehrerfortbildungen zu Evolution am Computer

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NetLogo - eine Modellierungsplattform für den Schulunterricht

Wir entwickeln Modelle mithilfe der kostenfreien Modellierungssoftware NetLogo. NetLogo ist eine Software für die sogenannte agentenbasierte Modellierung, die vom Bildungswissenschaftler Uri Wilensky am Center For Connected Learning and Computer-Based Modelling, Northwestern University, USA, in den 1990ern entwickelt wurde.

Aufgrund der vielfältigen Einsetzbarkeit, der benutzerfreundlichen Umgebung, der ansprechenden Visualisierungen und der Verfügbarkeit von vielzähligen Modellen wird NetLogo insbesondere in den USA in der naturwissenschaftlichen Bildung eingesetzt. Auch in der natur- und sozialwissenschaftlichen Forschung wird NetLogo verwendet, um Prozesse und Zusammenhänge in sozial-ökologischen Systemen besser zu verstehen.

Unsere aufeinander aufbauenden NetLogo-Modelle setzen den Schwerpunkt vorrangig auf Themen der Evolutionsbiologie, Verhaltensökologie und -ökonomie, Kooperation und nachhaltiger Ressourcennutzung in sozial-ökologischen Systemen.

Download der NetLogo-Software

Wir entwickeln digitale Lernumgebungen zu unseren NetLogo-Modellen auf der OpenEvo Lernplattform. Diese werden gegen Herbst 2022 zur Verfügung stehen.

Die NetLogo Benutzeroberfläche

Diese Folien geben eine Einführung in die grundlegenden Elemente und Funktionen der NetLogo-Benutzeroberfläche.

Präsentation herunterladen

Netlogo Benutzeroberfläche Einführung

Unsere NetLogo-Modelle

Die folgenden sind Beispiele unserer NetLogo-Modelle, mit denen Konzepte der Evolutionstheorie, Ökologie, Verhaltensökologie und Nachhaltigkeit vermittelt werden können.

Zwei Förster

Mit diesem Modell können wir beobachten was geschieht, wenn zwei Lebewesen die gleiche Ressource nutzen. Welche Auswirkungen hat ihr Verhalten für sie selbst, für den anderen und für die Ressource?

Modell ausprobieren

NetLogo-Modell herunterladen:

nlogo-Datei (benötigt NetLogo-Software)
html-Datei (läuft im Browser)

Übersicht der Modell-Benutzeroberfläche

Unterrichtsmaterialien

Evolution und Konkurrenz um Ressourcen

Mit diesen Modellen können wir beobachten, was geschieht, wenn sich das Verhalten von Lebewesen auf ihren Fortpflanzungserfolg auswirkt. Wie kann sich nachhaltige Ressourcennutzung in einer Population auf Dauer aufrecht erhalten, wenn "gierige" Ressourcennutzer immer einen Vorteil haben?

NetLogo-Modell Evolution und Konkurrenz um Ressourcen (Wald)

NetLogo-Modell Evolution und Konkurrenz um Ressourcen (abstrakter)

Evolution in einer Inselwelt

Mit diesem Modell können wir beobachten, wie sich Populationen in einer strukturierten Welt entwickeln. Unter welchen Umweltbedingungen haben nachhaltige Ressourcennutzer einen Vorteil gegenüber "gierigen" Ressourcennutzern?

Evolution, soziale Wahrnehmung und Bestrafung

Mit diesem Modell können wir beobachten, wie sich das Auftreten von sozialen Verhaltensweisen auf die Evolution einer Population auswirken kann. Wenn "Schummler" erkannt und in Zaum gehalten werden, kann sich ihr Verhalten nicht in einer Population ausbreiten.

Tatsächlich sind soziale Verhaltensweisen, und in unserer Art die Existenz von sozialen Normen und Institutionen, wichtige Mechanismen für die Aufrechterhaltung von nachhaltiger Ressourcennutzung und anderer Kooperationsformen in einer Gemeinschaft.

Evolution von Ressourcennutzung durch Nachahmung

Dieses Modell ähnelt den obigen Modellen zu Evolution und Konkurrenz um Ressourcen, fügt jedoch kulturelle Evolutionsprozesse durch Nachahmung von Verhalten hinzu. Es werden verschiedene Nachahmungsregeln simuliert: Nachahmung der Mehrheit, der Minderheit, der Erfolgreichsten, der Erfahrensten oder der Eltern. Je nach Nachahmungsregel, Innovationsrate und der Mobilität der Agenten kann man die Entstehung und Verbreitung von Normen und Traditionen nachhaltiger oder nicht nachhaltiger Ressourcennutzung beobachten.