Materialien zu

Evolution am Computer

Das Thema Evolution ist mit mehreren Lernschwierigkeiten verbunden, denn Evolution ist das Ergebnis komplexer Wechselbeziehungen zwischen Organismen, und evolutionäre 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 biologischen Konzepten vor und mit der gesamten Klasse (erfordert einen Computer und Beamer im Klassenzimmer); mithilfe von Arbeitsblättern können verschiedene Aspekte eines Modells dargestellt 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)

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.

Die NetLogo Benutzeroberfläche

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

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Netlogo Benutzeroberfläche Einführung

Unsere NetLogo-Modelle

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

Zwei Förster

Mit diesem Modell können wir die 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?

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Einführende Unterrichtsmaterialien und Diskussionsführer

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?

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Evolution und lückenhafte Ressourcen

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?

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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.

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