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Bionik zwischen Biologie und Technik - Transportsysteme in der Natur

Bionik zwischen Biologie und Technik - Transportsysteme in der Natur

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Sekundarstufe I

NaWi, Biologie, Physik, Mathematik


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Art.Nr.: NWL130302017
Verlag: RAABE Verlag


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Natur und Technik

Raabe Naturwissenschaften, Kl. 9/10

In dieser Unterrichtseinheit erkennen Schülerinnen und Schüler, ausgehend von dem natürlichen, sich immer stärker verzweigenden Blattadersystem diese und ähnliche Strukturen in der Natur. Dazu lernen sie die Vorteile einer fraktalen Verzweigungsform kennen, indem sie diese mithilfe eines Modellexperiments selbstständig ermitteln. Durch das erforderliche Praktizieren von Gruppenarbeit wird ihre Sozialkompetenz gefördert und gleichzeitig das Bewusstmachen des naturwissenschaftlich deduktiven Erkenntnisgewinnungsprozesses gestärkt.

Die anschließende Auseinandersetzung mit dem Modell eines Transportsystems, die das Feststellen des Zweckes, das Testen sowie das Ändern des Modells beinhaltet, bietet den Schülern die Möglichkeit, zusätzlich zu ihrer Experimentierkompetenz ihre Modellkompetenz zu vertiefen. Die Tatsache, dass die physikalischen Bedingungen mit vorher untersuchten botanischen Strukturen sowie auch mit Blutgefäßen im menschlichen Körper in Verbindung gebracht werden, ermöglicht einen starken Bezug zur Lebenswelt und wohlmöglich auch ein tief gehendes Verständnis. Zusätzlich entdecken die Lernenden, dass diese Strukturen scheinbar optimiert an die vorherrschenden Umweltbedingungen vorliegen und somit eine sehr gute Angepasstheit besteht.

Das Thema bietet einen Einblick in das Feld der Bionik, welches zwischen biologischen und physikalischen Fachinhalten angesiedelt ist und diese themenbezogen verbindet.

Kompetenzen: Die Schüler …

  • können das Prinzip der Selbstähnlichkeit erklären und diesem Beispiele aus der Natur zuordnen.
  • betrachten Bionik als eine Schnittstelle zwischen Natur und Technik.
  • können den natürlichen Sachverhalt der Oberflächenvergrößerung sowie des hydrodynamischen Paradoxons mathematisieren.
  • können als Kleingruppe ein Modellexperiment durchführen.
  • sind in der Lage, Daten auszuwerten und Mathematisieren als Untersuchungsweise zu nutzen.
  • nutzen das Modellexperiment als Mittel zur Erkenntnisgewinnung.
  • können Erkenntnisse, die sie an biologischen Strukturen gewonnen haben, auf technische Strukturen anwenden.
Aus dem Inhalt:
  • Was sind fraktale Strukturen und wie erkennt man diese?
  • Welche Vorteile bietet eine fraktale Strukturierung in der Natur?
  • Wie können die in der Natur gefundenen Erkenntnisse für die Technik genutzt werden?

Dauer: 3-4 Stunden

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