Bionik: Ideen aus der Natur für Technik und Mobilität

Unterrichtseinheit
Basis

In dieser Unterrichtseinheit erwerben die Schülerinnen und Schüler zunächst grundlegendes Wissen zur Bionik und erkunden deren Anwendungsfelder und Nutzen. Anschließend wenden sie ihr Wissen im Kontext Mobilität kreativ an und entwickeln eigene bionische Ideen.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Technik / Sache & Technik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 6 bis 8 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt interaktiv, entdeckendes Lernen
  • 5 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Bionische Erfindungen finden sich heute in vielen Produkten: vom Klettverschluss über selbstreinigende Oberflächen bis zu Flugzeugtragflächen und Leichtbau in Architektur, Automobilbau oder Prothetik. Die interdisziplinäre Verbindung von Biologie und Technik ist faszinierend und zukunftsweisend. Der Frage, worin die Faszination der Bionik liegt - in ihrer Vielfalt, Kreativität, Lösungskompetenz, Naturnähe oder Zukunftsfähigkeit - gehen die Lernenden nach, indem sie zentrale Argumente und zahlreiche Beispiele kennenlernen. Dabei befassen sie sich auch mit Grundlagen der Bionik, Entwicklung, Arbeitsweisen und Arbeitsbereichen der noch jungen Wissenschaft.

Die Lernenden erschließen sich in arbeitsteiliger Gruppenarbeit das Wissenschaftsgebiet Bionik und präsentieren ihre Ergebnisse in einem Bionik Slam. Wie bionische Lösungen effizient, nachhaltig und ökonomisch sinnvoll sein können, erfahren sie unter anderem durch eine Videoreihe von Bremer Bionikstudierenden. Ein Artikel aus der von der Biologin und Unternehmensberaterin Janine M. Benyus gegründeten Bionik-Datenbank „AskNature" eröffnet den Blick auf ökonomische Hintergründe. Anschließend wenden die Lernenden ihr Wissen über bionische Innovationen an, indem sie wahlweise die Entwicklung eines Pkw oder eines Verkehrsflugzeugs simulieren. Im Fokus stehen dabei bionische Entwicklungen für Nachhaltigkeit, Funktionalität, Energieeffizienz sowie Materialkosten- und Abfallreduktion. Abschließend prüfen sie in einer Recherche zu Bionik-Studiengängen und einschlägigen technischen Ausbildungsberufen im dualen Studium, inwiefern die Zukunftswissenschaft Bionik für sie eine berufliche Perspektive bietet.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozialform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das Thema Bionik im Unterricht

Unser Alltag und unsere Alltagsgegenstände werden ständig optimiert, zugleich wächst der Ruf nach ökologisch und ökonomisch nachhaltigen Lösungen. Hier setzt die Bionik an: Sie überträgt Prinzipien aus der Biologie auf die Technik, um Produkte leistungsfähiger, ressourcenschonender und effizienter zu machen. Da dieser Innovations- und Wirtschaftszweig zunehmend an Bedeutung gewinnt, sollten Lernende bereits in der Schule einen Einblick in seine aktuelle und zukünftige Relevanz erhalten.

Vorkenntnisse

Grundlagen über biologische Systeme und deren Wechselwirkungen untereinander sind vorteilhaft zur Beurteilung der Wirksamkeit bionischer Ideen und Vorhaben. Eine grundlegende Vorstellung vom Begriff „Bionik“ sollte vorhanden sein. Idealerweise kennen die Schülerinnen und Schüler bereits Alltagsbeispiele wie Klettverschluss oder Lotus-Effekt als bionische Innovationen. Zudem sind grundlegende Englischkenntnisse erforderlich, da einige Materialien und Link-Tipps nur auf Englisch vorliegen.

Didaktisch-methodische Analyse

In dieser Unterrichtseinheit eignet sich vor allem Gruppenarbeit zum Kompetenz- und Wissenserwerb. Die Ergebnisse werden anschließend im Plenum besprochen oder präsentiert. Lediglich der Rechercheauftrag am Ende kann je nach Interesse in Einzel- oder Paararbeit erfolgen. Die Lernenden erweitern dabei nicht nur ihre fachlichen Kompetenzen in Biologie und Technik, sondern stärken durch vielfältige Arbeits- und Präsentationsformen auch ihre Sozial- und Medienkompetenzen.

Die Einheit umfasst fünf Kapitel. Zu jedem gibt es ein Arbeitsblatt und gegebenenfalls Materialblätter mit weiterführenden Informationen. Grundsätzlich können einzelne Kapitel und Arbeitsblätter auch unabhängig eingesetzt werden, sofern das nötige Vorwissen (beispielsweise für Arbeitsblatt 4) anderweitig erarbeitet wurde. Innerhalb der Einheit bauen die Kapitel jedoch aufeinander auf und sollten in chronologischer Reihenfolge bearbeitet werden.

Zu Beginn klären die Lernenden den Begriff Bionik und tauschen sich über ihre Grundlagen aus. Anschließend werden verschiedene Bereiche und Teilgebiete betrachtet sowie erforscht, wie die Bionik für effiziente und nachhaltige Entwicklungen und Innovationen sorgen kann. Abschließend wenden die Lernenden ihr Wissen in der Simulation eines Verkehrsmittels an.

Unterrichtsmaterial "Faszination Bionik" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • übertragen biologische Phänomene auf technische Anwendungen.
  • wenden ihr Wissen über biologische Systeme und deren technische Nutzung an.
  • analysieren biologische Phänomene hinsichtlich ihrer möglichen wirtschaftlichen Bedeutung.
  • entwickeln begründet einen Standpunkt zu aktuellen Forschungstendenzen und -ergebnissen der Bionik.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • nutzen verschiedene digitale und analoge Medien zum Erkenntnisgewinn und als Diskussionsgrundlage.
  • präsentieren Ergebnisse in verschiedenen Formaten.
  • recherchieren selbstständig und bewerten Suchergebnisse hinsichtlich ihrer Aussagekraft.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • präsentieren Arbeitsergebnisse adressatengerecht.
  • arbeiten gemeinsam in verschiedenen Sozialformen.
  • nehmen Rücksicht auf die Bedürfnisse anderer und respektieren Meinungen abseits der eigenen.
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