Ein Bericht von Manfred Berberich (StD)
Im zweiten Schulhalbjahr 1993/94 konnte ich in zwei Klassen parallel das
Unterrichtsthema "Simulation dynamischer Systeme" durchführen.
Hardwareausstattung der Integrierten Gesamtschule
In der Schule sind drei Computerräume mit folgender Ausstattung vorhanden:
- 10 Stück 486er-Rechner, mit Windows 95, Anschaffungsjahr 1996
- 10 Stück 286er-Rechner, Farbmonitore, DOS 5.0 Anschaffungsjahr
1990
- 16 Stück 486er-Rechner mit 4MB-RAM, NOVELL-Netz mit 486er-Server,
Windows 3.1 , Anschaffungsjahr 1993
Im Netz ist ausschließlich Software installiert, die unter
WINDOWS läuft. Die 10er-Version von MODUS befindet sich auf den 286er-Rechnern.
Klassen und Unterrichtsfach
Der Unterricht fand in einer 9. (nur außnahmsweise) und in einer
10. Klasse im mathematischen-naturwissenschaftlichen Zug der Schule statt.
Ich unterrichtete die Klasse im Fach Arbeitslehre-Wirtschaft, 2-stündig
pro Woche. Für die Unterrichtserprobung habe ich 26 Wochenstunden,
wie auch im Lehrplan vorgesehen, angesetzt. Durch unvorhersehbare Ereignisse
sind jedoch 8 Stunden ausgefallen.
Erfahrungsbereich der Schüler
Eine mündliche Umfrage am Anfang des Unterrichts ergab, daß
ungefähr die Hälfte der Schüler Zugriff auf einen Computer
haben. Dies ist entweder der eigene Computer, der Computer der Eltern oder
der eines Freundes. (Ich glaube diese Situation ist nicht repräsentativ.
Die Verfügbarkeit über einen Computer ist üblicherweise
nicht so hoch).Ungefähr 80% dieser Computer wurden in den letzten
zwei Jahren gekauft. Das Betriebssystem WINDOWS ist überwiegend installiert
und den Schülern bekannt.
Vorwissen der Schüler, Sollzustand
In den 8. Klassen wird die Unterrichtseinheit "Informationstechnische Grundbildung"
vermittelt. Bis zur 10. Klasse ist an der IGMH
die Einführung in das Betriebssystem WINDOWS geplant. Im Rahmen des
Faches Arbeitslehre-Technik werden Konstruktionszeichnungen mit MEGA-CAD
for WINDOWS erstellt. Im Fach Deutsch und Arbeitslehre-Wirtschaft wird
mit WINWORKS gearbeitet.
Istzustand
In der Klasse 9 waren die meisten Kenntnisse aus der 8. Klasse noch vorhanden.
Der Umgang mit WORKS und dort speziell mit den Modulen Textverarbeitung
und Tabellenkalkulation stellten für die Schüler kein Problem
dar. Dies ist auf die vertiefte Anwendung der Software in den Fächern
Deutsch, Mathematik und Arbeitslehre zurückzuführen.
Die 9. Klasse hatte bis zu diesem Zeitpunkt im Unterricht noch keine
Erfahrungen mit WINDOWS gemacht, sodaß es hier sinnvoll erschien,
mit dem Simulationssystem MODUS zu arbeiten.
Für die Klasse 10 war die Anwendung der Programme mit WINDOWS-Oberfläche
kein Problem. Es lag daher nahe, mit POWERSIM
die geplante Unterrichtseinheit zu realisieren.
Unterrichtsverlauf
Nach der allgemeinen Einführung konzentrierten sich die Unterrichtsbeispiele
mehr auf den Bereich Gemeinschaftskunde/Wirtschaft. Modelle selbst zu erstellen.
In beiden Klassen wurde mit den gleichen Beispielen gearbeitet. Die
verwendeten Werkzeuge waren jedoch unterschiedlich. Zum Einstieg in das
Thema wurden die verschiedenen Wachstumsformen in Klasse 9 mit WORKS 2.0
und in der Klasse 10 mit WINWORKS gearbeitet. Darauf folgten die einfachen
Bevölkerungsmodelle. Bei zunehmender Komplexität wurde auf die
Modellbildungswerkzeuge MODUS, bzw.
POWERSIM umgestellt. Die Schüler erledigten die Aufgaben mit hoher
Motivation und viel Phantasie, aber auch mit Kritik und Diskussion über
die Berechtigung, mit geschätzen Zahlen die Zukunft zu prognostizieren.
Im weiteren Verlauf wurden Bevölkerungsmodelle mit realistischen
Zahlen des Statistischen Bundesamtes und des Amtes für Statistik und
Wahlen der Stadt Mannheim erstellt und diskutiert. Einige Schüler
hatten sich bereiterklärt, das Material selbst zu beschaffen. Danach
wurden die grundlegenden Wachstumsstrukturen der Bevölkerungsmodelle
auf das Wachstumsverhalten des Produktionsfaktors Kapital in Industrieländern
übertragen.
Anwendung komplexer Modelle
Im weiteren Verlauf wurden folgende Modelle bearbeitet:
- "Generation" Wie zuverlässig sind Prognosen? Sind unsere
Renten gesichert?
- "Tourismus und Umwelt" Eine Insel wird erobert.
- "Fischfangquoten" Die Europäische Union berät über
Fischfangquoten.
- "Umweltdynamik"
Dem Raumschiff Erde droht der Untergang
(Aufgaben und Lösungsvorschläge finden Sie im Arbeitsbuch
von Dieter Koller: (Hrsg.) Simulation dynamischer Vorgänge, Klett-Verlag,
Stuttgart, 1995) .
Das letzte Thema wurde besonders intensiv systemdynamisch im Unterricht
bearbeitet, denn es hatte einen besonders aktuellen Bezug: Vom 5. bis 13.
September 1995 fand in Kairo die "Internationale Konferenz über Bevölkerung
und Entwicklung" statt. Abgesandte aus 184 Nationen trafen sich, um über
die katastrophale Bevölkerungsexplosion zu beraten.. Grundlage war
das Modell "Umwelt" von H. Bossel ("Modellbildung und Simulation", vieweg
-Verlag, 1992).
Im weiteren Verlauf ergaben sich interessante Diskussionen über
die Schuldfrage des ökologischen Crash-Kurses auf der Erde. Ungebremstes
Konsumdenken in den Industrieländern, oder ungezügeltes Bevölkerungswachstum
in den Entwicklungsländen, oder auch beides?
Für den Gemeinschaftskundeunterricht, so meine Erkenntnis,
ergeben sich durch dieses fächerverbindende Thema enorme Möglichkeiten,
Lernziele zu verwirklichen, die bislang nur schwer oder überhaupt
nicht erreicht werden konnten.
Besonderes im Unterrichtsverlauf der Klasse 9
Die Schüler der 9. Klasse hatten kaum Probleme, den exponentiellen,
begrenzen und logistischen Verlauf eines Wachstumsprozesses zu verstehen.
Auch die Einführung in das Programm MODUS am Beispiel des einfachen
Bevölkerungsmodells, bereitete keine Schwierigkeiten. Die Schüler
konnten verblüffend schnell mit dem Werkzeug umgehen. Ganz im Gegensatz
zu meinen eigenen Erfahrungen, die ich Anfangs mit diesem Programm gemacht
hatte. Mir bereitete das atypische Verhalten der Maus und die eigenwillige
Fenstertechnik, das Bearbeiten des Tabelleneditors, das Ausdrucken der
Flüssediagramme und Formeln für Arbeitsblätter, erhebliche
Schwierigkeiten, nachdem sich bei mir durch den häufigen Umgang mit
WINDOWS andere Bearbeitungsvorgänge eingeschliffen hatten.
Besonderes im Unterrichtsverlauf der Klasse 10
Geringe Kritik gab es am Anfang in der 10. Klasse nach der Ankündigung,
daß ein neues Programm eingeführt werden sollte. Die Klasse
schien mit neuen Programmen überlastet. Der Hinweis auf ein WINDOWS-Programm
beruhigte die Schüler, da dies auf eine kurze Einarbeitungszeit hoffen
ließ.
Die Einarbeitung in das System und das gleichzeitige
Erstellen des einfachen Bevölkerungsmodells nahm dann auch nur
eine Unterrichtsstunde in Anspruch. Mir gab der Einwand der Schüler
zu denken. Es ist sicherlich richtig aufpassen, daß die Schüler
nicht mit Spezialprogrammen überfrachtet werden. Ziel muß es
sein, mit möglichst einer Systemoberfläche in allen Anwendungen
auszukommen. Im weiteren Verlauf des Unterrichts zeigte sich dann, daß
mit
POWERSIM lieber gearbeitet wurde,
als mit der Tabellenkalkulation.
Ich könnte mir vorstellen, daß aus den genannten Gründen
in der 10. Klasse das Programm MODUS nicht auf die gewünschte Akzeptanz
gestoßen wäre.
Was nicht mehr möglich war
Ursprünglich hatte ich geplant, in den letzten Stunden die beiden
Klassen zusammenzuführen. Sie sollten sich gegenseitig, in Partnerarbeit,
die erstellten Modelle mit ihrem Werkzeug präsentieren. Ich wollte
in dieser Phase weitgehend stiller Beobachter sein und die Arbeitsweise
und Kommentare der Schüler registrieren. Leider kam es nicht mehr
dazu. Ich hatte übersehen, daß in den letzten 14 Tagen vor den
Sommerferien ein gemeinsamer Termin für beide Klassen sehr schwierig
zu finden ist.
Ausblick
In die Konstruktion von Modellen kann mit den Aufgaben zur Kapitalverzinsung
und mit den einfachen Bevölkerungsmodellen gut eingeführt werden.
Der Einstieg über die Tabellenkalkulation und der Übergang auf
ein Modellbildungssystem bei zunehmender Komplexität der Modelle,
ist bestimmt der beste und sicherste Weg.
Wenn der Umgang mit der Tabellkalkulation nicht neu ist, erscheint
mir der Einsatz eines Taschenrechners überflüssig. Es war jedoch
nicht einfach, den Schülern zu Beginn der Unterrichtseinheit zu vermitteln,
was vernetztes
Denken, das Denken in Zusammenhängen eigentlich bedeutet. Es fehlt
diesen ersten Modellen die Komplexität, das Netz im eigentlichen Sinne.
Vielleicht sollte man bei dieser Vorgehensweise den Begriff "vernetztes
Denken" erst dann besprechen, wenn die Modelle komplexer werden und
ein Netz zu erkennen ist. Meines Erachtens lernten die Schüler vernetztes
Denken sehr gut durch die Anwendung komplexer Modelle. Auch die Motivation
der Schüler steigerte sich mit zunehmender Komplexität von Unterrichtsstunde
zu Unterrichtsstunde.
Ich halte es für sehr wichtig, daß für das Fach Gemeinschaftskunde
komplexe Modelle entwickelt und im Unterricht bearbeitet und diskutiert
werden.
In einer Fortbildungsveranstaltung des Oberschulamts Karlsruhe
mit dem Thema "Computereinsatz im Gemeinschaftskunde- und Geschichtsunterricht"
wird auch das Thema "Simulation
dynamischer Vorgänge" bearbeitet.
Die Methode der Diagrammform geht auf Forrester (1961,
Massachusetts Institute of Technology - MIT) zurück. Wichtigstes
Kennzeichen dieser Methode ist die explizite Darstellung der "Flüsse"
der einzelnen Zustandsgrößen. Man unterscheidet:
Bestandsgrößen (Bevölkerung, Kapital) zeigen zu jedem
Zeitpunkt einen bestimmten Wert, der durch Flußgrößen
(Änderungsraten) zunimmt oder abnimmt.
Flüßgrößen kann man sich wie Ventile vorstellen,
die bestimmen, um wieviel sich die Bestandsgröße pro Zeiteinheit
ändert. Diese Notation wurde zunächst von STELLA auf dem Macintosh
realisiert und in neuerer Zeit von anderen Softwareherstellern übernommen.
Die Darstellung bei MODUS ist etwas anders. Zustandsgröße ist
das Symbol der Tonne. Das ist einleuchtend. Eine explizite Unterscheidung
in Flüsse und Wirkungen wird nicht vorgenommen. Von einem Flüssediagramm
per Definition kann man nicht sprechen.
Soll ein Bestand abnehmen muß in der Formel das Subtraktionszeichen
gesetzt werden, da sonst z.B. die Sterberate zur Bevölkerung addiert
wird. Der Übergang vom Wirkungsdiagramm in das Modellbildungssystem
scheint dadurch etwas leichter. Einen grundlegenden didaktischen Vorteil
habe ich in dieser Darstellungsform jedoch nicht erkannt.
Bei Systemen mit traditionellen Flüssediagrammen (STELLA, POWERSIM,
VENSIM)
wird ein Abfluß immer von der Zustandsgröße subtrahiert
und somit eine Fehlerquelle verhindert. Übernimmt man Flüssediagramme
aus der Literatur (Bossel, Ossimitz oder Meadows) in MODUS, bereitet das
dem ungeübten Anwender Schwierigkeiten.
Ich möchte mich daher Günther Ossimitz anschließen
in dem er auf S. 29 seines Buches "Materialien zur Systemdynamik" vorschlägt,
sich an die "für den schulischen Einsatz auf ein von Forrester zurückgehenden
Typus von Flußdiagrammen zu konzentrieren."
(Vgl: Günther Ossimitz "Materialen zur Systemdynamik"; Schriftenreihe
Didaktik der Mathematik, Universität für Bildungswissenschaften
in Klagenfurt, Band 19)
Empfehlungen
Wir können davon ausgehen, daß WINDOWS ein Standard ist, der
noch lange Zeit unser Leben begleiten wird. Wenn eine Wahlmöglichkeit
besteht, setzt das Kollegium der
Integrierten
Gesamtschule Mannheim nur noch Progamme ein, die unter dem Betriebssystem
WINDOWS laufen. Andere Programme finden nur noch in Ausnahmefällen
Anwendung. Die Kollegen möchten nicht immer wieder neue Benutzeroberflächen
lernen. Neben fächerübergreifenden Aspekten der Informatik sind
auch softwareübergreifende Aspekte zu beachten.
Die Schule ist keine von der Umwelt abgeschnitte Institution, sondern
vielmehr eingebunden in viele gesellschaftliche Prozesse, Strömungen
und Entwicklungen. Die Schule ist Teil eines gesellschaftlichen Netzwerks.
Außerhalb der Schule vollzieht sich auf dem Gebiet der neuen Technologien
ein sehr schneller Wandel. Standards auf dem Gebiet der Computertechnologie
kann die Schule nicht setzen. Sie werden ihr von außen vorgegeben.
Die Schule sollte sich diesen Standards nicht entziehen, sondern die Schüler
auf die Praxis vorbereiten. Ich möchte im kommenden Schuljahr versuchen,
mit einem komplexen Modell (z.B. mit dem Umweltmodell
von Bossel) zu beginnen. Die Schüler haben im vorgegeben Modell ausschließlich
die Aufgabe, die Parameterwerte zu ändern und ihre Auswirkungen zu
beobachten und zu diskutieren.
Die kommende Version von POWERSIM ermöglicht das partielle Sperren
der Eingabe. Die Schüler hätten durch diese Vorgehensweise gleich
eine Vorstellung von vernetztem Denken und wie komplex die Zusammenhänge
in der Realität sind.
Ich bin davon überzeugt, daß es für alle beteiligten
Personen in der Schule sinnvoll ist, mit Werkzeugen zu arbeiten, die grundlegenden
Charakter und langen Bestand haben. Ich kenne die Klagen von vielen Kollegen,
die sich in zeitraubenden Selbststudien neue, angeblich wichtige Programmiersprachen
und Anwenderprogramme beigebracht haben, um sie im Unterricht einzusetzten.
Zum Teil waren diese Mühen umsonst, da die Software von der Entwicklung
überholt wurde und eine Weiterentwicklung auf neue Systemplattformen
nicht mehr stattfand.
Am Beispiel des Bevölkerungsmodells wird eine
Einführung in die Handhabung des Modellbildungssystems POWERSIM
veröffentlicht.
Hier können Sie weitere
Berichte von Unterrichtserprobungen finden
Studiendirektor Manfred Berberich, 08.01.1997; e-mail : Berberich@lehrer1.rz.uni-karlsruhe.de
überarbeitet: 11.01.1999