Henrik Ossadnik, Jürgen Roth
Interdisziplinär Wissen vernetzen und Positionen diskutieren
Neue Pandemie – bekanntes Szenario?
Selten gab es ein Thema, das die Menschheit so beschäftigt, eingeschränkt und Verhaltensweisen verändert hat wie die Corona-Pandemie. Auch vor neuen Pandemien wird gewarnt (Vogelgrippe …). Die zentralen Fragen lauten dann:
Wie lassen sich Entwicklungen eines zukünftigen Infektionsgeschehens abbilden? Welches Grundwissen und welche Modellierungsannahmen werden dazu benötigt? Wie lassen sich daraus entstehende Modelle interpretieren?
Diese Fragen, mit denen sich die Epidemiologie beschäftigt, spielen auch für Schülerinnen und Schüler eine wichtige Rolle und können zu einem interessanten Unterrichtsgegenstand werden. Die hier vorgestellte Lernumgebung „Corona modellieren“ (Arbeitsblatt 1 – 3 ) greift die interdisziplinäre Auseinandersetzung mit diesen Problemen der Epidemiologie in Form einer naturwissenschaftlich-mathematischen Modellierung auf. Das Wechselspiel zwischen Biologie und Mathematik kann insbesondere in einem fächerübergreifenden Unterricht gut thematisiert werden.
Konzept der Lernumgebung
BNE und Epidemiologie
Die Lernumgebung „Corona modellieren“ fördert verschiedene Gestaltungskompetenzen, die bei der Bewältigung zukünftiger Herausforderungen gebraucht werden. Vor allem geht es um das Erschließen eines komplexen Themengebiets. Das Konzept einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) wurde bei der Gestaltung der Lernumgebung als übergeordneter Rahmen allen (didaktischen) Entscheidungen (Konzeption, Ausgestaltung der Aufgaben oder Medieneinsatz) zugrunde gelegt.
Kennzeichnend für die Epidemiologie sind die vielfältigen Wechselwirkungen und Wirkungsgefüge innerhalb der betrachteten Systeme. Probleme lassen sich nicht durch das Abarbeiten vorgefertigter Schemata oder Algorithmen lösen. Hier sind kreatives Denken, die Fähigkeit zum Systemdenken und die Beschreibung komplexer Zusammenhänge unter Zuhilfenahme der Mathematik gefordert. Verflochtene Vorgänge werden greifbarer, indem sie in kleine Teile strukturiert werden. So können sie in entsprechenden Modellen manipuliert und analysiert werden (Ableitinger 2010, Grundmann 2017).
Naturwissenschaftlich-mathematisches Modellieren
Inhaltlich geht es um die Modellierung der Corona-Pandemie. Diese Krankheit ist jedoch nur ein Beispiel. Prinzipiell sind die betrachteten Modelle – und darauf beruhende Prognosen der Ausbreitung – auf jede beliebige Infektion mit pandemischem Charakter übertragbar.
Grundlage der hier vorgestellten fächerübergreifenden Lernumgebung ist eine angepasste Form des sogenannten integrierten Modells der naturwissenschaftlich-mathematischen Modellierung (Abb. 1
, nach Meister/Upmeier zu Belzen 2018). Dabei wird die Modellierung naturwissenschaftlicher Phänomene mit mathematischen Repräsentationen kombiniert. Man löst sich von der Modellierung mit Hilfe von Funktionsgraphen und lässt verschiedene mathematische Denkweisen zu – auch über die Aspekte des funktionalen Denkens in den Teilprozessen des Mathematisierens hinaus.
Charakteristisch bei diesem Vorgehen ist die Unterscheidung zwischen Realität/Erfahrungswelt und der Modellwelt, der zyklische Charakter und die Bezeichnung einzelner Teilprozesse (ähnlich zu Blum/Leiß 2007) finden. Der Mehrwert – im Vergleich zu anderen Modellierungskreisläufen – liegt in der strikten Unterscheidung zwischen Realität und Modellwelt und dem, durch neu hinzugefügte Teilprozesse fokussierten Wechselspiel zwischen naturwissenschaftlichen und mathematischen Betrachtungen.
Die…
