Unsere Website liefert Material für eine Unterrichtssequenz, die durch gezieltes, textbasiertes Programmieren (respektive Anpassen von bereits bestehendem Code) eine Einführung in Populationsökologie beziehungsweise Modelltheorie gibt. Mittels der Gratis-Software Greenfoot (Java-Umgebung) erforschen die SuS durch Anpassen von Parametern die Auswirkungen des Codes auf ihr Modell, das zu Beginn aus Schafen und Gras (Nahrungsquelle) besteht. Neben dem ausprobieren einer Methode zur Schätzung der Populationsgrösse, beschreiben die SuS auch deren zeitlichen Verlauf in einem Diagramm unter Berücksichtigung unterschiedlicher Faktoren. Der Fokus wird dabei auf die Biologie gelegt und die Computersimulation soll stetig mit der realen Situation verglichen werden. Dabei sollen die SuS erkennen, wo die Stärken und Schwächen in dem gewählten Modell liegen. Sie programmieren verschiedene Szenarien mit Hasen als Nahrungskonkurrenten und Wölfen als Fressfeinde und sehen Zusammenhänge zwischen Überleben, Nahrung, Räuber, Beute, etc.
Link zur erstellen Webseite inklusive Passwort
https://java-modelltheorie.jimdofree.com/
Passwort für geschützten Bereich: J4v4undSch4fe
Fokussierte SuS-Aktivität
Die SuS erkennen den Zusammenhang zwischen Nahrungsangebot, Konkurrenz und Ausbreitung (Wachstum) einer Population.
Die SuS simulieren verschiedene Szenarien (Nahrungsmittelkonkurrenz zwischen zwei Populationen, Population mit Fressfeind) und ziehen Vergleiche zur Realität.
Die SuS entdecken den Zusammenhang zwischen Code und Wirkung auf eine spielerische Art (vorgegebene Parameter können verändert werden).
Die SuS üben die zeitliche Messung und graphische Darstellung der Daten aus den verschiedenen Modellsimulationen.
Zielstufe / Zielgruppe
8. oder 9. Klasse Sek
Anzahl Lektionen
6-7 Doppellektionen (2-4 Lektionen pro Woche während 4-7 Wochen)
Unterrichtsformen
Offener, selbstständiger Unterricht – Partnerarbeit
Anzahl benötigte Betreuer/Innen bzw. Lehrpersonen
1-2 Lehrperson(en)
Benötigte Infrastruktur
1 Laptop/Computer pro 2 SuS
Internetzugang
Tabellenkalkulationssoftware (z.B. Excel)
Tags/Schlagwörter
#naturundtechnikunterricht, #wachstumsmodelle, #fressfeind, #konkurrenz, #biologie #population, #greenfoot, #programmieren, #java, #code, #textbasiert, #informatikunterricht, #schafsimulator4000
Die Lernenden simulieren mit der Software Greenfoot das Wachstum einer Schafspopulation. Dabei sollen Sie die Zusammenhänge zwischen Nahrungsangebot, Konkurrenz und Wachstum erkennen und Fressfeinde oder Nahrungskonkurrenten in die Programmierumgebung implementieren und deren Auswirkung beschreiben können. Mit dieser Unterrichtssequenz üben die Lernenden die Arbeit mit Modellen anhand einer Computersimulation und erkennen deren Grenzen und Stärken in Bezug zur Wirklichkeit. Zudem lernen sie gewisse Themen und Fachbegriffe aus der Populationsökologie kennen und anwenden.
Greenfoot ist eine javabasierte Programmierumgebung. Wir stellen Codes zur Verfügung, bei denen Parameter verändert werden können und so die verschiedenen Einflüsse auf die ökologische Umgebung nachgestellt werden können.
Zuerst wird der einfache Zusammenhang zwischen Nahrungsangebot und dem Wachstum einer Population simuliert. Dabei üben die SuS auch, wie die Grösse einer Population beziehungsweise deren Individuendichte bestimmt werden kann. Der zeitliche Verlauf der Populationsgrösse wird in regelmässigen Abständen gemessen und graphisch dargestellt. In einem nächsten Schritt wird in Form von Hasen ein Nahrungsmittelkonkurrent eingebaut. Anschliessend kann das Programm mit einer Fuchspopulation als Fressfeinde erweitert werden. Bei all diesen Szenarien sollen Graphiken erstellt werden (zeitlichen Verlauf der Populationsgrösse bzw. Individuendichte messen), welche die SuS dann vergleichen können.
Die SuS lernen mit Modellen zu arbeiten und sie zu interpretieren. Sie sollen erkennen, das Modelle vereinfachte Abbildungen der realen Welt sind. Sie kennen Ziele und Grenzen von Modellen, wissen wann und wie sie einzusetzen sind und könne sie gezielt nutzen für Vorhersagen.
SuS erhalten einen ersten Einblick in das textbasierte Programmieren mittels Java
SuS können gezielt das Modell (vorgegebene Codes in Greenfoot) bearbeiten, Parameter verändern und die daraus resultierenden Veränderungen beschreiben
SuS erkennen die Feinheiten vom textbasierten Programmieren (Präzision ist entscheidend)
SuS erhalten einen Einblick in das Forschungsgebiet der Populationsökologie und können den Zusammenhang zwischen Nahrungsmittelangebot, Konkurrenz, Fressfeinden und dem Wachstum einer Population beschreiben
SuS können Messungen durchführen und die Resultate mit einer geeigneten Software (z.B. Excel) graphisch darstellen
SuS können den Vorteil und die Limitationen von Modellen beschreiben
Zyklus 3, 8. oder 9. Klasse Sek
1-2 Lehrpersonen benötigt um Hilfestellungen zu leisten (allenfalls SuS, die schnell arbeiten als zusätzliche Hilfspersonen einsetzen)
Die Unterrichtssequenz benötigt idealerweise 6-7 Doppellektionen, also 12-14 Lektionen. Diese können sowohl während dem NT- als auch während dem Informatikunterricht durchgeführt werden. Die Einführungslektion könnte beispielsweise im Informatikunterricht und die nachfolgenden Lektionen im NT-Unterricht durchgeführt werden.
Idealerweise wird das Projekt interdisziplinär durchgeführt und beide Lehrpersonen (NT und Informatik) können jeweils anwesend sein, so dass 2 Lehrpersonen Hilfestellungen geben können. Dies ist aber nicht zwingend.
Bezüglich Infrastruktur braucht es mindestens einen Laptop/Computer pro 2 SuS, Internetzugang und eine Tabellenkalkulationssoftware (z.B. Excel).
Alle Unterlagen für die SuS (Infotexte und Aufgaben) und Anweisungen (Screencasts o.ä.) wie auch der Lehrpersonkommentar (mit didaktischem Hintergrund und Lösungen) finden sich auf der Website.
1. Einführungslektion durch die Lehrperson: Die Lehrperson stellt Greenfoot vor und die SuS können die Software ausprobieren. Auf der Greenfoot-Website gibt es diverse Programme, die von Usern auf hochgeladen worden sind. Diese bieten sich an, um den SuS einen ersten Einblick in die Programmierumgebung zu geben. Es empfiehlt sich, vor der Durchführung der Unterrichtssequenz, die aktuellsten Projekte anzuschauen, damit man den SuS dann geeignete Programme vorschlagen kann. Die Lehrperson kann auch an einem geeigneten Beispiel zeigen, wie der Code verändert werden kann und was für Auswirkungen diese Veränderung hat. Danach sollen die SuS selber ausprobieren und so das Handling mit der Software üben. (Wichtige Konzepte: Klassen, Methoden, Funktionen, Variablen)
2. Einstieg in die Arbeit am Programm: Arbeit an den Aufgabenstellungen auf der Homepage:
A) Einführung in die Programmierumgebung
B) Simulation einer Schafspopulation unter verschiedenen Bedingungen (Hauptteil)
C) Exkurs zur Modelltheorie
3. Abschluss: Die Resultate werden in der Klasse besprochen (evtl. auch zwischen den einzelnen Blöcken des Hauptteils) und die Ergebnisse von den SuS festgehalten (Kommentar/Reflexion ins Heft). Es wäre auch möglich, eine zusätzliche Vertiefung in die Populationsökologie zu schaffen, indem die SuS z.B. ein Plakat zur Thematik erstellen. Dies würde auch eine summative Beurteilung ermöglichen. Ansonsten bietet sich für diesee Unterrichtssequenz eher eine formative Beurteilung in Form einer Selbst- und Fremdeinschätzung zum Lernprozess/Arbeitsverhalten an, welche dann in einem Abschlussgespräch diskutiert werden soll.
Zur Ergebnissicherung verfassen die Lernenden während der Unterrichtssequent regelmässig Kommentare/Reflexionen in ihr NT-Heft. Der Fokus dieser Ergebnissicherung und die Zeitpunkte wurden bewusst nicht vorgegeben, da es stark darauf ankommt, unter welchen Rahmenbedingungen und in welchem Kontext diese Unterrichtssequenz eingeführt wird beziehungsweise worauf der Schwerpunkt (Informatik, Biologie, Mathematik) gelegt wird. Nach unserer Vorstellung könnte der Fokus auf die Stärken und Schwächen der Modellsimulationen im Vergleich zur Wirklichkeit gelegt werden.
Die Reflexion soll in einer abschliessenden Lektion gemeinsam besprochen werden und die SuS erhalten eine formative Rückmeldung der Lehrperson. Dabei soll die Lehrperson ihre eigenen Beurteilungsraster bzw. -kriterien anwenden.
Für eine summative Beurteilung müsste die Lernsequenz in eine grössere Unterrichtseinheit in der Biologie (Populationsökologie) bzw. Informatik (textbasiertes Programmieren) eingebettet werden.
Mit diesem Projekt soll vor allem die allgeimene Zielsetzung des Fachbereiches Natur und Technik verfolgt werden. Zudem wird aber auch auf folgende Kompetenzen des LP21 eingegangen:
NT 9.1 Die Schülerinnen und Schüler können (aquatische) Ökosysteme untersuchen und beurteilen.
b) können die Planung sowie die Durchführung der Beobachtungen (und Experimente) kriteriengeleitet prüfen und mögliche Optimierungen vorschlagen. #Methodenkritik
c) können vertiefende Informationen zu (aquatischen) Ökosystemen (oder zum Wasser) als Lebensgrundlage suchen, mit Modellen deuten und einschätzen. #Nahrungskette, Nahrungsnetze, Konkurrenz
MI 2.2 Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen.
h) können (selbstentwickelte) Algorithmen in Form von lauffähigen und korrekten Computerprogrammen mit Variablen und Unterprogrammen formulieren.
Dabei wird von folgender Grundlage ausgegangen:
NMG 2.3 Die Schülerinnen und Schüler können Wachstum und Entwicklung und Fortpflanzung bei Tieren und Pflanzen beobachten und vergleichen
e) können Informationen zu Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung von Säugetieren erschliessen und festhalten (z.B. Steckbriefen)
Die SuS kennen bereits blockbasiertes Programmieren und haben möglicherweise Bereits erste Erfahrungen mit textbasierten Programmierumgebungen gemacht. Mit dieser Unterrichtssequent sollen vertiefte Erfahrungen zum Programmieren mit Java gemacht werden, um so die allgemeine Informatikkompetenz der SuS zu fördern. Im Fokus der Arbeit steht aber die Biologie. Die SuS lernen den Begriff Population kennen beziehungsweise die Faktoren, welche auf eine Population wirken. Die Grundsätze und -begriffe aus der Populationsökologie werden thematisiert und anhand einer Modellsimulation untersucht. Somit wird auch das Wesen von Modellen beziehungsweise Modellsimulationen untersucht und auf Stärken und Schwächen geprüft. Im Allgemeinen soll auf die Thematik von Modellen vertieft eingegangen und deren Nutzen und Schwierigkeiten an einem ersten Beispiel diskutiert werden.
> Auf das Programmieren kann vertieft eingegangen werden. Im Informatikunterricht kann das textbasierte Programmieren mit Java vertieft werden bzw. keine Vorlage gegeben werden und die SuS programmieren selbstständig eine eigene Umgebung/ein eigenes Modell.
> Die Unterrichtssequenz kann als Exkurs in der Thematik zu Wachstum einer Population beziehungsweise zur Populationsökologie/-genetik verwendet werden.
12. Oktober: Projektskizzenbesprechung / alle und M. Notari
19. Oktober: Abgabe Konzept / alle
26. Oktober: Peerfeedback Konzept / alle und Peers
2. November: Kolloquium Konzept / alle und M. Notari
30. November: Produkt auf der Webseite / alle
Ca. 4. Dezember: Posterdruck / alle
Ca. 11. Dezember: Abgabe Projekt /alle
14. Dezember: Präsentation /alle
Gute Idee und gute Verknüpfung NT und Informatik. Das Thema scheint mir immer noch ein wenig komplex und umfangreich. 4 - 6 Lektionen scheinen mir knapp (liegt vielleicht auch daran, dass ich das Programm nicht kenne), respektive die Tabellenkalkulationen und das Programmieren müssen die SuS bereits vorher im Griff haben. Wenn ihr die notwendige Kompetenzen (Voraussetzungen) der SuS definiert, scheint es mir eher möglich das Projekt in 4 - 6 Lektionen durchführen zu können.