Modelle nutzen und erstellen – Methoden
Hier erfährst du, was ein biologisches Modell ist und wie es dir dabei hilft, komplexe Strukturen und Funktionen zu verstehen. Du entdeckst die Welt der Denk- und Anschauungsmodelle in der Biologie und lernst ihre Unterschiede kennen. Interessiert? All das und noch viel mehr wartet auf dich im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Modelle nutzen und erstellen – Methoden
Modelle nutzen und erstellen – Biologie
Sicher hast du ein Bild im Kopf, wie ein Dinosaurier beispielsweise der T-Rex vermutlich aussah. Doch woher weiß man, wie ein Dinosaurier wirklich aussah? Das lässt sich mit sogenannten Modellen herausfinden. Aber was versteht man unter einem Modell in der Biologie? In diesem Lerntext erfährst du auf einfache Weise erklärt, was ein Modell ist, welche Modelle es gibt und welche Vor- und Nachteile Modelle haben können.
Welche Modelle gibt es in der Biologie? – Definition von Modelltypen
Ein Modell ist ein vereinfachtes Abbild der Wirklichkeit und hat die Aufgabe, eine bestimmte Struktur oder Funktion zu veranschaulichen oder neue Erkenntnisse und Phänomene zu erschließen. Ein Vorteil von Modellen ist, dass zum Beispiel ein Ablauf oder ein Aufbau auf eine einfache Weise dargestellt wird und damit ein komplexes Thema verständlicher wird. Nachteilig ist, dass Modelle kein reales Bild der Wirklichkeit abgeben, sondern nur eine Vereinfachung darstellen.
Man spricht dabei von Denkmodellen oder Anschauungsmodellen.
Denkmodelle werden auch als ideelle oder theoretische Modelle bezeichnet. Damit werden biologische und andere naturwissenschaftliche Phänomene verständlicher gemacht. Denkmodelle helfen dabei, komplexe Vorgänge einfach zu erklären. Beispielsweise gehören zu den Denkmodellen das Teilchenmodell der Aggregatzustände oder die Evolutionstheorien.
Aus Fossilienfunden wie Knochen und Zähne konnten theoretische Konstrukte entwickelt werden, z. B. wie die Knochen eines T-Rex miteinander verbunden waren. Durch weitere Funde und neueste Erkenntnisse werden diese Denkmodelle gestützt oder entsprechend angepasst. Daraus lassen sich dann Anschauungsmodelle entwickeln. Diese zeigen, wie der T-Rex möglicherweise aussah. Aber zum Beispiel die Färbungen der Dinosaurier können nur erahnt werden, da sich bei Fossilienfunden keine Hinweise darauf finden lassen.
Anschauungsmodelle in der Biologie
In der Biologie werden die Anschauungsmodelle nochmals in Strukturmodelle und in Funktionsmodelle unterteilt.
Biologische Strukturmodelle – Definition
Strukturmodelle sind materielle Modelle. Diese geben den Bau eines Lebewesens oder Teile davon möglichst naturgetreu wieder. Zum Beispiel der Aufbau eines Auges, den du dir in der folgenden Abbildung ansehen kannst, ist ein Beispiel für ein Strukturmodell.
Biologische Funktionsmodelle – Definition
Das Funktionsmodell veranschaulicht Funktionen, Prozesse und Mechanismen, also das Zusammenspiel verschiedener Strukturen. Man meint damit die zeichnerische Darstellung oder bauliche Nachbildung des Zusammenwirkens von Körperteilen und/oder Organen von Lebewesen. Zum Beispiel ist ein Gelenkfunktionsmodell ein solches Funktionsmodell. Ein anderes Beispiel für ein Funktionsmodell kannst du in der folgenden Abbildung sehen. Es handelt sich hier um ein Bewegungssystem – also wie es im Zusammenspiel zwischen Muskeln, Gelenken und Knochen zur Beugung und Streckung im Oberarm kommt.
Modelle nutzen und erstellen in der Biologie – Zusammenfassung
Bisher hast du den Umgang mit einem Modell in der Biologie und die Modellarten kennengelernt. Du hast dabei erfahren, welche Arten von Modellen es gibt. Darüber hinaus hast du auch gelernt, wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Modelle nutzen.
Die folgende Tabelle gibt dir zusammenfassend noch einmal einen guten Überblick über einige der verschiedenen Modelle in der Biologie.
| Modelle Biologie | Prinzip | Beispiel |
|---|---|---|
| Denkmodell | gedankliche Modelle | Teilchenmodelle wie die Aggregatzustände |
| Strukturmodell | Aufbau biologischer Objekte | Aufbau des Auges |
| Funktionsmodell | biologische Prozesse und Vorgänge | Gelenkfunktionsmodell |
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Thema Modelle in der Biologie, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Modelle nutzen und erstellen – Methoden
Methode - Mit Modellen arbeiten und Modelle herstellen
Hallo, in einem Museum für Naturkunde steht ein Modell eines T-rex. Aber wie gelangten die Biologen zu diesem Modell? Der T-rex ist ja bereits vor vielen Millionen Jahren ausgestorben. Hast du dich also schon einmal gefragt, wie ein solches Modell entwickelt und hergestellt wird? Und was ist ein biologisches Modell überhaupt und welche Typen gibt es? Kennst du vielleicht noch weitere Modelle oder kannst du sie auch selbst herstellen? All dies erfährst du auf jeden Fall in diesem Video Methodenvideo: “Mit Modellen arbeiten und Modelle herstellen”
Der T-rex lebte als fleischfressender Dinosaurier in der Kreidezeit, also so etwa vor 68 bis 66 Mio. Jahren. Aus Skelettfunden kann man schließen, dass er etwa eine Länge von 12,4 Metern hatte und ein stolzes Gewicht von 6,8 Tonnen auf die Waage brachte. In manchen Museen werden, wie du siehst, nicht nur die Knochenfunde ausgestellt, sondern ein originalgetreues Modell eines T-rex präsentiert? Aber entspricht dieses Modell wirklich dem Original in vollem Umfang?
Da man durch Fossilienfunde zwar feste Bestandteile, wie Knochen und Zähne finden konnte, Weichteile allerdings diese lange Zeit nicht überdauern können, sind Aussagen über die Beschaffenheit und Farbe der Haut schwierig.
Dieses Beispiel zeigt, dass Modelle theoretische Konstrukte sein können, also Denkmodelle, die durch die Biologen entwickelt werden. Dabei wurden diese Modelle durch Funde und neuste Erkenntnisse gestützt. Sie dienen auch der Veranschaulichung. Deshalb spricht man von Anschauungsmodellen.
Solche Anschauungsmodelle kann man nochmals unterscheiden. Strukturmodelle zeigen den Aufbau von biologischen Objekten. Ein Beispiel dafür ist das Modell eines menschlichen Auges. Es zeigt dir alle wesentlichen Bestandteile eines menschlichen Auges, natürlich vergrößert und speziell eingefärbt, damit du auch alles gut erkennen kannst.
Daneben gibt es auch noch Funktionsmodelle. Sie zeigen dir biologischen Prozesse und Abläufe. Sie sind oft stark vereinfacht und auf das Wesentliche reduziert, so dass sie den Zusammenhang und die Reihenfolge der Abläufe richtig wiedergeben. So macht ein Funktionsmodell einer Katzenpfote das Herausschnellen der spitzen Krallen zwischen den Ballen zum Festhalten der Beute deutlich. Hier siehst du ein solches Modell. Durch Ziehen am Faden wird dir der Krallenmechanismus verdeutlicht.
Hier wird auch deutlich, dass ein solches Modell noch eine weitere Funktion erfüllen kann. Es kann nämlich nicht nur bereits Bekanntes erläutern, sondern hilft, v.a. Wissenschaftlern, auch dabei, neue und unbekannte Naturerscheinungen zu erforschen. Sie entwickeln dann neue Modelle und prüfen diese. Dann müssen auch Änderungen am Modell vorgenommen werden. So passiert es auch, dass in Naturkundemuseen Modelle von ausgestorbenen Tieren wieder und wieder verändert werden, da nach und nach neue Erkenntnisse gewonnen werden.
Das wohl berühmteste Beispiel, bei dem Wissenschaftler Modelle als Ausgangspunkt für ihre Forschung verwendeten, ist die Aufklärung der DNA-Doppelhelix von James Watson und Francis Crick.
Sie veröffentlichten ihr Modell im Frühjahr 1953. Doch wie kamen sie zu ihren Erkenntnissen und welche Rolle spielte dabei das Modell? Sie nutzen das Modell zur Dokumentation ihrer Erkenntnisse, die sie aus zahlreichen Untersuchungen am Molekül der DNA gewonnen hatten. Durch immer neue Erkenntnisse und Thesen veränderten sie ihr Modell immerwährend. Bis sie es schließlich veröffentlichten.
Du siehst also: Modelle sind nicht nur Anschauungsobjekte in deinem Biologieraum, sondern auch Instrumente der Wissenschaftler, um Erkenntnisse über neue Phänomene zu erschließen.
Bei Modellen unterscheidet man grundsätzlich Denkmodelle und Anschauungsmodelle. Bei den Anschauungsmodellen, können wir nochmals in Strukturmodelle und Funktionsmodelle unterscheiden.
Strukturmodelle geben den Aufbau von biologischen Objekten wieder, Funktionsmodelle verdeutlichen biologische Prozesse und Vorgänge. Dabei kann ein Modell nie eine Kopie des Originals sein, sondern weißt stets Unterschiede zum biologischen Original auf. Oft ist es stark vereinfacht oder nur eine fokussierte Darstellung des Originals. Weiterhin sind v.a. Strukturmodelle oft vergrößert oder verkleinert dargestellt, um eine gute Anschaulichkeit möglich zu machen. Wissenschaftler nutzen Modelle auch um neue Naturphänomene zu erforschen.
Jetzt weißt du, wenn du nächstes Mal ein Modell eines T-rex siehst, dass man sich bis heute nicht sicher sein kann, wie er wirklich ausgesehen hat, da noch keine eindeutigen Funde die Hautfarbe oder die Beschaffenheit der Haut zeigen konnten.
Tschüss und bis zum nächsten Mal.
Modelle nutzen und erstellen – Methoden Übung
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Gib die Definition von Modellen wieder.
TippsWenn ein Modell tatsächlich 1:1 der Wirklichkeit entspräche, würde es sich keiner mehr anschauen. Denn warum sollte man eine perfekte Kopie des Originals betrachten, wenn man auch einfach das Original betrachten kann?
LösungEin Modell ist eine vereinfachte oder fokussierte Abbildung der Realität. Es ist nie eine Kopie des Originals.
Der Zweck eines Modells besteht darin, einen Sachverhalt anschaulich darzustellen. Das hilft nicht nur uns beim Verstehen eines Themas, sondern unterstützt auch Wissenschaftler dabei, etwas zu erforschen.
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Bestimme die verschiedenen Modelltypen.
TippsEs handelt sich hier um zwei grundlegende Typen von Modellen, wobei der eine Typ noch in zwei weitere Modelltypen unterschieden werden kann.
Drei der vier Definitionen beschreiben Anschauungsmodelle.
LösungEin Denkmodell wird meist nur gedanklich konstruiert. Deshalb kann man es in diesem Fall nicht anfassen. Es kann alles Mögliche abbilden. Ein Denkmodell könnte man zum Beispiel auch durch eine mathematische Gleichung darstellen. Diese Modelle sind besonders nützlich in der Wissenschaft. Sie werden immer weiter verfeinert, um der unbekannten Realität möglichst nahe zu kommen.
Anschauungsmodelle haben dagegen eher den Zweck etwas darzustellen, sodass es leichter zu verstehen ist. Das sind die Modelle, die du aus dem Bioraum in der Schule kennst. Anschauungsmodelle lassen sich noch einmal in Strukturmodelle und Prozessmodelle unterscheiden.
Strukturmodelle zeigen ein biologisches Objekt oder einen biologischen Aufbau. Steht bei euch in der Schule nicht zum Beispiel ein Modell des menschlichen Skeletts? Dies ist ein klassisches Beispiel für ein Strukturmodell.
Auch Prozesse und Abläufe können mithilfe von Modellen veranschaulicht werden. Dieser Modelltyp heißt Prozessmodell. Praktisch handelt es sich hierbei meist um Objekte, die sich bewegen lassen und somit eine biologische Funktionsweise darstellen. Ein Modell einer ausfahrbaren Katzenkralle ist zum Beispiel solch ein Prozessmodell.
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Erkläre das Modell des menschlichen Brustkorbs.
TippsÜberlege kurz, wie deine Atmung funktioniert. Wodurch und wohin fließt die Luft, wenn du einatmest?
LösungMit einfachen Mitteln lässt sich ein Funktionsmodell der Lunge erstellen.
Die Flasche repräsentiert den Brustkorb. Der Luftballon an der unteren Flaschenöffnung stellt das Zwerchfell dar. Die Luftballons im Inneren der Flasche stellen die Lungenflügel dar. Diese sind verbunden mit der Luftröhre, welche im Modell mit den Strohhalmen, die durch die Knete nach außen führen, dargestellt ist. Beim Einatmen wölbt sich das Zwerchfell. Im Modell zieht man dafür am unteren Luftballon. Im Modell und in der Wirklichkeit entsteht nun ein Unterdruck in den Lungenflügeln und Luft wird durch die Luftröhre hineingesogen.
Probiere doch einmal, dieses Modell selbst nachzubauen!
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Erkläre die Vorgehensweise von Watson und Crick bei der Erstellung eines DNA-Modells.
TippsHier siehst du den Aufbau der DNA, links die Doppelhelix und rechts die Basen. Du kannst sehen, dass sich eine kleine Base immer mit einer größeren paart.
Watson und Crick vergleichen ihr Modell immer wieder mit der Wirklichkeit, um die Lösung zu finden.
LösungWatson und Crick waren beide noch sehr junge und unbekannte Wissenschaftler, als sie die Struktur der DNA-Doppelhelix entschlüsselten. Ihre Methode basierte auf der Erstellung eines Modells, welches sie immer wieder mit Versuchsergebnissen verglichen. Passte die Realität nicht zu den Annahmen, die sie in ihrem Modell machten, veränderten sie das Modell. Das taten sie so lange, bis alles passte.
Watson und Crick erhielten für ihre großartige Arbeit den Nobelpreis. Allerdings sollte man auch die Wissenschaftler nicht vergessen, die ihre Arbeit ermöglichten. Wie zum Beispiel Rosalinde Franklin, deren Röntgenbilder viele Hinweise zur Entschlüsselung gab.
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Beschreibe das Dinosauriermodell des Naturkundemuseums.
TippsEine Rekonstruktion ist eine Nachbildung eines Objektes. Zum Beispiel mit dem Zweck ein Modell zu erstellen.
Aufgrund des Skeletts wissen wir zum Beispiel, dass der T. rex auf zwei Beinen ging.
LösungDer Museumsdirektor dankt dir für deine Hilfe! Es ist ihm wichtig, seinen Besuchern zu verdeutlichen, dass es sich bei dem Modell nicht um einen originalen T. rex handelt und dass wir uns nicht sicher sein können, dass der Dinosaurier genau so aussah. Es handelt sich um ein Modell, eventuell aber um ein sehr gutes.
Beeindruckend ist das riesige Modell des Dinosauriers allemal!
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Analysiere den Nutzen des Lotka-Volterra-Modells.
TippsEin Anschauungsmodell kann man meistens anfassen, auch wenn man das nicht immer darf.
Viele Räuber fressen viele Beutetiere.
LösungDas Lotka-Volterra-Modell hilft dabei, die Entwicklung zweier Populationen zu verstehen, die voneinander abhängig sind. Mithilfe mathematischer Gleichungen konnte die Entwicklung vereinfacht und anschaulich dargestellt werden. Das Modell hilft nun Wissenschaftlern dabei, konkrete und wirkliche Beziehungen zwischen Räubern und ihrer Beute zu verstehen.
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Der T-rex sieht er aus wie
ein Baryonix
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danke
Hallo :)
schau dir zunächst mal dieses Video an um dir Fachwissen anzueignen. http://www.sofatutor.com/biologie/videos/der-mensch-wirbelsaeule-und-wirbel
Dann solltest du dir überlegen, dass die Anordnung deiner 4 Elemente immer abwechselnd sein muss: Wirbel, Bandscheibe, Wirbel, Bandscheibe.
Die Wirbel sollten dabei aus einem festen, unelastischen Material sein (z.B. Holz) und die Bandscheiben sollten aus einem weichen Material sein (Gummi, Stoff). Du kannst natürlich auch gern mehr Wirbel und Bandscheiben auf einem Draht anreihen um eine komplette Wirbelsäule darzustellen. Es kommt drauf an wie detailliert du das Modell bauen sollst und ob es sich um ein Strukturmodell oder ein Funktionsmodell handelt.