Was haben Saugnäpfe, Klettverschlüsse und Flugzeuge gemeinsam? Sie alle basieren auf Vorbildern aus unserer Umwelt: Die Natur hält viele Lösungen bereit, die wir für technische Entwicklungen nutzen können und mit denen sich die Bionik als Wissenschaftsdisziplin beschäftigt. Auch im Biologieunterricht findet das Thema in unterschiedlichen Bereichen Anwendung und weckt durch seine Alltagsrelevanz und Neuartigkeit das Interesse der Lernenden. Erfahren Sie, welche Beispiele aus der Bionik besonders für die Behandlung im Unterricht geeignet sind und welche Methoden sich zur anschaulichen Vermittlung der Thematik anbieten.
© Panyawatt in iStock / Getty Images Plus via Getty Images
Was ist Bionik?
Der Begriff Bionik setzt sich aus den Begriffen Biologie und Technik zusammen. Die Bionik nutzt als interdisziplinäre, praxisnahe Wissenschaftsdisziplin Phänomene und Strukturen aus der lebenden Natur und überträgt diese auf die Entwicklung technischer Lösungen.
Als recht junge Wissenschaftsdisziplin ist die wirtschaftliche Bedeutung der Bionik noch eher gering. Das Interesse an bionischen Entwicklungen nimmt jedoch stetig zu, weshalb viele Unternehmen in ihrer Bionikforschung auch staatlich unterstützt werden. Durch die Zusammenarbeit von Expert*innen aus Biologie, Ingenieurwissenschaften, Architektur, Physik, Chemie und Materialforschung konnten dadurch in letzter Zeit zahlreiche bionische Produkte entwickelt werden. Genutzt wird hierbei die ausgeklügelte Palette biologischer Strukturen und Prozesse, die sich über Milliarden von Jahren hinweg evolutionär entwickelt und optimiert haben. So entstehen innovative Produkte wie beispielsweise der Schwimmanzug von Speedo: Er wurde nach dem Vorbild der Haihaut entwickelt und profitiert so von einem vergleichsweise geringen Wasserwiderstand.
Bionik als Unterrichtsthema
Die Bionik schafft zukunftsweisende Möglichkeiten und erhielt in den vergangenen Jahren so auch zu Recht verstärkte Aufmerksamkeit als Unterrichtsthema: In zahlreichen Lehrplänen für Sachunterricht, Biologie sowie den Fächerverbund Naturwissenschaft & Technik ist die Bionik bereits verankert. Insbesondere in der Sekundarstufe I spielt Bionik von Klasse 5 bis 8 eine wichtige Rolle, kann jedoch ebenso in der Oberstufe Anknüpfung in komplexeren Transferaufgaben finden. Da viele bionische Themen nicht nur biologisches Fachwissen, sondern auch chemische oder physikalische Gesetzmäßigkeiten mit einbeziehen, eignen sie sich ideal für den fächerübergreifenden Unterricht. Die Lerninhalte im Bereich Bionik stoßen dabei aufgrund der anschaulichen Verbindung von Natur und Technik und den faszinierenden Alltagsbeispielen bei Jugendlichen auf große Beliebtheit.
Beispiele aus der Bionik, die sich für den Unterricht eignen:
- Wärmedämmung nach dem Vorbild von Eisbären
- der Klettverschluss, inspiriert durch die Klette
- Bruchfestigkeit durch optimale Materialverteilung orientiert an Knochen und deren Aufbau
- flüssigkeitsabweisende Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt wie z. B. bei Fassadenfarben nach Vorbild des Lotus-Blattes
- klebstofffreie Haftvorrichtungen durch Nanostruktur, inspiriert durch den Gecko
- der Spinnenseide nachempfundenes Hightechmaterial aus Naturprodukten
- Fassadenverschattung durch gelenkfreie Klappmechanik nach dem Vorbild der Paradiesvogelblume
- selbsthaftende Saugnäpfe, orientiert an den Saugnäpfen von Kraken
Methodische Vielfalt bei bionischen Themen
Methodisch lässt sich das Thema vielseitig in den Biologieunterricht einbetten. Der Einstieg kann beispielsweise über Impulsbilder zum Superhelden Spiderman erfolgen. Die Lernenden werden damit assoziieren, dass er wie ein Gecko klettern und wie eine Spinne Fäden aus den Händen schießen kann. Damit lässt sich leicht der Bogen zum Thema Bionik schlagen. Eine weitere Einstiegsmöglichkeit in den Unterricht bietet ein Memory, in dem Paare aus einer technischen Erfindung und dem jeweiligen Pendant aus der Tier- oder Pflanzenwelt gebildet werden.
Zur Erarbeitung verschiedener bionischer Vorbilder eignet sich eine themenverschiedene Gruppenarbeit. Die einzelnen Gruppen erhalten dabei Arbeitsblätter zu verschiedenen Tier- und Pflanzenklassen sowie daraus entwickelten bionischen Erfindungen wie zum Beispiel „Feuersalamander und atmungsaktive Sportkleidung“, „Kofferfisch und Bionic-Car“, „Gecko und Gecko-Tape“ oder „Andenkondor und Winglets“. Das Material wird innerhalb der Gruppe bearbeitet und gemeinsam kreative Lapbooks gestaltet – also ein Heft, in dem sowohl Bilder und Basteleien als auch Texte und weitere Materialien kreativ platziert werden können. Diese Lapbooks können nach ihrer Fertigstellung im Rahmen eines Gallery-Walks in der Klasse vor- und ausgestellt werden. Auch eine Lernwerkstatt als selbstständige Erarbeitungsmöglichkeit für die Schüler*innen ist denkbar.
Schülerexperimente als Mittel zur Erkenntnisgewinnung
Im naturwissenschaftlichen Unterricht spielt die forschend-entdeckende Herangehensweise an Probleme eine zentrale Rolle. Die Erkenntnisgewinnung kann dabei besonders anschaulich durch einfache Schülerexperimente erreicht werden. Auch zum Thema Bionik bieten sich kleine Schülerexperimente gut an. So können beispielsweise Experimente zum Lotuseffekt, zum Bau stabiler Papierstäbe inklusive Belastungstest sowie zur Untersuchung bionischer Transportsysteme am Beispiel des Blattes durchgeführt werden.
Die Bionik als Unterrichtsthema lässt sich mitreißend gestalten und lädt zum aktiven und kreativen Forschen und Lernen ein. Sie möchten direkt loslegen? Dann finden Sie in unseren komplett ausgearbeiteten Unterrichtsmaterialien für die Naturwissenschaften einfache Einstiege in die Thematik, Methoden zur Vermittlung wichtiger Zusammenhänge und Arbeitsblätter zur Überprüfung des Wissens – die Motivation und der Lernerfolg Ihrer Klasse sind damit gewiss!
