Mobilität spielt insbesondere in der modernen Gesellschaft eine wichtige Rolle. Im Alltag sind damit jedoch häufig Verkehrsstaus verbunden. Aber Staus kosten Nerven, verschlingen Zeit und Energie und produzieren zudem überflüssige Schadstoffe. Häufig entstehen bei dichtem Verkehr sogenannte "Staus aus dem Nichts". Wie sie entstehen und was jeder einzelne Verkehrsteilnehmer dazu beitragen kann, sie zu verhindern, zeigen einfache algorithmische Modelle und entsprechende Experimente.
Simulation von Straßenverkehr
Unterrichtseinheit
Wie die Erklärung zur Entstehung von Verkehrsstaus mit mathematischen Mitteln möglich ist, zeigt diese Unterrichtseinheit.
- Mathematik / Rechnen & Logik
- Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
- 5 bis 10 Stunden oder im Rahmen einer Projektwoche
- Software
- 2 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Didaktisch-methodischer Kommentar
Um Verkehr im Detail zu simulieren und zu erklären, wie Stau entsteht, wird das Modell der zellulären Automaten herangezogen. Die Idee wird zunächst am "Spiel des Lebens" eingeführt und anschließend auf ein einfaches Modell zur Verkehrssimulation übertragen. Durch den Alltagsbezug werden auch Lernende angesprochen, die der Mathematik eher skeptisch gegenüberstehen. Die beigefügten Computerprogramme wurden in Python erstellt und können optional zum eigenen Experimentieren und Beobachten eingesetzt werden.
- Das "Spiel des Lebens": Einführung in zelluläre Automaten
Das Modell stammt aus der Biologie und simuliert über Generationen das Entstehen und Vergehen von Zellen. - Zelluläre Automaten zur Verkehrssimulation
Mit zellulären Automaten lässt sich auch der Straßenverkehr recht einfach und gut simulieren. - Einführung eines Trödelfaktors
Mehr Realitätsbezug durch die Einführung des "Trödelfaktors" in das Modell, denn der Verkehr bewegt sich nicht absolut gleichmäßig.
Unterrichtsmaterial "Verkehrssimulation" zum Download
- verkehrssimulation_skript_arbeitsblaetter.pdf
Hier finden Sie das ausführliche Skript inklusive Arbeitsblättern zum Herunterladen als PDF-Datei.
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Vermittelte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen am Beispiel von zellulären Automaten, einfache Algorithmen zu verstehen, anzuwenden und einige ihrer Eigenschaften zu analysieren.
- lernen Möglichkeiten und Grenzen von einfachen Modellen zur Verkehrssimulation kennen.
- variieren Eingabedaten für vorgegebene Programme zur Verkehrssimulation systematisch (Verkehrsdichte) und erkennen dabei grundlegende Eigenschaften des Verkehrsflusses in Abhängigkeit von den Eingabedaten.
- erkennen, dass die durch den Trödelfaktor eingeführte Individualisierung des Verkehrs die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Staus erhöht.
Lösungsvorschlag
- verkehrssimulation_loesungen_arbeitsblaetter.pdf
Damit Ihre Schülerinnen und Schüler die Lösungen auch tatsächlich selbst erarbeiten, stellen wir die Lösungsvorschläge nur im Bereich "Mein LO" zur Verfügung.
Zusatzinformatinen
- Links und Literatur
Hier finden Sie einige Links und weiterführende Informationen zum Thema Verkehrssimulation.
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