Aktuelles Lexikon   Simulation

Schon seit den 60er Jahren werden Versuche unternommen, sehr komplexe oder dynamische Situationen aus der realen Welt zu modellieren und Vorgänge mit Rechnerunterstützung zu simulieren. Die Palette von Anwendungsgebieten für Modellbildung und Simulation ist enorm breit, und umfaßt sowohl die Überprüfung von Hypothesen bzgl. Alltägliches wie Warteschlangen, bis hin zu Experimenten in so gefährlichen Bereichen wie der Kernspaltung, oder der möglichst realitätsnahen Simulation der Führung eines Flugzeugs, die zur Ausbildung von Piloten eingesetzt wird.

Bei der Simulation von einfachen Sachverhalten, wie z.B. Warteschlangen, werden mathematische Modelle mit Annahmen über die mittlere Ankunftszeit und Verweildauer von Kunden im Laden sowie der Bearbeitungsgeschwindigkeit an der Kasse konstruiert. In der Simulation wird dann die durchschnittliche Länge der Warteschlangen berechnet, und es kann so die optimale Anzahl von offenen Kassen ermittelt werden.

Mit den fortschreitenden technischen Möglichkeiten können auch so komplexe Systeme wie die Regelung von Atomraftwerke oder klimatischen Untersuchungen modelliert werden. In der Simulation kann dann z.B. untersucht werden, ob Prozeduren für die Schnellabschaltung die gewünschten Effekte haben können, oder es können tatsächlich die möglichen Auswirkungen des Flügelschlags eines Schmetterlings auf das Weltklima untersucht werden.

Für die Schule interessant sind sowohl allgemeine Simulationsprogramme, mit denen ein eigenes Modell entworfen und bearbeitet werden kann, als auch einige der speziellen Simulationsprogramme, die sich besonders für Themen im Biologie- oder Geographieunterricht eignen. Es gibt mehrere Programme explizit für den Schuleinsatz mit dem z.B. Systeme wie eine Population von Hasen und Füchse untersucht werden können. Parameter wie die Fruchtbarkeit, die Sterblichkeit und das Futterangebot können verändert werden, und es kann untersucht werden, welche Auswirkungen diese Parameter auf die Gesamtbevölkerung haben können. Auch epidemiologische Untersuchungen über die Verbreitung von Tuberkulose oder AIDS können gemacht werden. Damit ist es möglich Modelle, die ansonsten wegen der recht komplizierten mathematischen Formeln nicht berechenbar wären, bildhaft darzustellen. Die Schülerinnen und Schüler können experimentell ihre eigenen Hypothesen über die Auswirkungen verschiedener Maßnahmen überprüfen.

Solche Software sollte aber nicht allzu sorglos eingesetzt werden. Es ist leicht möglich, in Unkenntnis der mathematischen Modelle, die der Simulation zu Grunde liegen, oder durch Übersehen von wichtigen Rückkoppelungen oder Eingabegrössen, verfälschte Ergebnisse zu erzielen. Genauso wie die Ergebnisse einer Berechnung mit einem Taschenrechner auf ihre Richtigkeit überprüft werden sollten, müssen auch die Simulationen in sich schlüssig sein. Der übereifrige Einsatz von Rechnersimulationen, statt in der Schule machbare Realexperimente durchzuführen wie z.B. die Entladung von Kondensatoren im Physikunterricht, ist wegen eines Verlusts des Realitätsbezugs abzulehnen. Aber für Experimente, die sonst entweder zu gefährlich oder zu teuer wären, oder viel zu lange dauern würden, kann die Rechnersimulation eine sinnvoller Ergänzung sein.


Literatur:
[1] K.-H- Simon, "Realität spielen", c't 9/92 S. 88-93:
[2] Michael Weigand, "Moebius - ein Software-Werkzeug zur Modellbildung und Simulation", Computer + Unterricht 7, Sept. 1992.

Autor: Debora Weber-Wulff
Erschienen: C & U, Heft 8, 1992.