Projektkurs Bionik - St.Josef-Gymnasium Bocholt - das Kapu

Direkt zum Seiteninhalt

Hauptmenü:

UNTERRICHT > Fachschaften > Biologie

Erstmals im Schuljahr 2011/12 wurde den Schülern der Jahrgangsstufe 11 des G-8-Bereiches die Möglichkeit geboten, einen Projektkurs zu wählen. Die Schüler belegen einen zusätzlich zweistündigen Unterricht für beide Halbjahre. Die achtwöchige Facharbeit entfällt dafür.
Der Projektkurs ist so angelegt, dass sich die Teilnehmer individuellen Vorhaben widmen, die sie weitgehend selbstständig planen und eigenständig erarbeiten. Die Konzeption eröffnet durch den geforderten „langen Atem“ die Möglichkeit zu intensiver, wissenschaftspro-pädeutischer Auseinandersetzung mit einem Thema.

8-beiniger Roboter


Für mich als Lehrer mit der Fächerkombination Biologie und Chemie stand sofort fest, den Schülern ein Angebot zu machen, zumal eine derart angelegte Projektarbeit eine neue Art von Unterricht darstellte. Interessant und spannend erschien mir die Möglichkeit, Schüler in einer naturwissenschaftlichen Projektarbeit ein Schuljahr lang zu begleiten. Bedingung war, dass der Schüler ein experimentelles Thema wählt. Für das Oberthema „Bionik“ entschied ich mich, da die hiesige Fachhochschule bei dem Informationstag der Oberstufe mit einigen Dozenten dieses Fachbereiches vertreten war und bei mir Interesse weckte. Seit 2010 wird das Fach „Bionik“ an der Fachhochschule Bocholt als Studienfach angeboten.

In jedem Schulfach werden die Unterrichtssequenzen durch Lernpläne vorgegeben. Das biologische Teilgebiet der Bionik wird dort nicht explizit erwähnt, d. h. dass es keine ausgearbeiteten Unterrichtsinhalte gibt. Angebotenes Material bezieht sich fast ausschließlich auf den Sek I-Bereich. Der erste Schritt bestand darin, Themen zu finden, die für den Schüler interessant sind, die er wissenschaftlich intellektuell versteht, bearbeiten und experimentell durchführen kann. Zudem mussten die Materialien in der Schule vorhanden oder kostengünstig zu kaufen sein.

Erstaunt war ich, dass drei Schülerinnen und sieben Schüler dieses Angebot annahmen. Nicht nur für mich, auch für die Schüler war diese Art von Unterricht Neuland, gemeinsam haben wir uns auf dieses Experiment eingelassen.

Als Einstieg in die Thematik machten wir zu Beginn des Schuljahres eine Exkursion in den Botanischen Garten Köln. Für die Ausstellung „Was die Technik von Pflanzen lernt“ hatten wir eine sachkundige Führung gebucht. An anschaulichen biologischen Exemplaren erhielten wir einen Einblick in die Biodiversität, also der Vielfalt der Pflanzenwelt sowie die Erforschung des Zusammenhangs von Form, Struktur und Funktion der biologischen Vorbilder.

Spannungsoptischer Versuch
Spannungsoptischer Versuch
Mikroskopisches Bild der Haihaut


Viele erfolgreiche bionische Produkte, wie der Klettverschluss oder die selbstreinigende Fassadenfarbe mit Lotus-Effekt® gehen von Pflanzen aus und haben Einzug in unser Alltagsleben gehalten. Die nächste Exkursion im zweiten Schulhalbjahr führte uns in das Naturkundemuseum in Münster, „Natur und Technik“ lautete das Thema. Viele Schüler erhielten hier weitere Anregungen für ihr Projekt, das sie bereits bearbeiteten.


Um den Schülern die Vorgehensweise einer Projektarbeit näherzubringen, haben wir gemeinsam zwei Projekte über einen Zeitraum von zwei Monaten bearbeitet: „Der Flossenstrahl-Effekt – Natur als Lösungsquelle für technische Innovation“ und „Der Lotus-Effekt – Physikalische Grundlagen, biologische Bedeutung und technische Möglichkeiten“. Zwischenzeitlich hatten die Schüler sich für Themen aus einem von mir angebotenen Themenkatalog entschieden.


Folgende Themen wurden gewählt:

  • Bionik in logistischen Prozessen (Jannis Ebbing)

  • Bionische Duftdetektion – Neurobiologie und entomologische Olfaktorik (Arlinda Ramay)

  • Der Hai – nicht nur ein Feind des Menschen (Nadine Hüfner)

  • Der Mensch – der neue König der Lüfte? (Lisa Hegmann)

  • Der Termitenbau als Beispiel für passive Lüftung (Markus Bruns)

  • Die Bienenwabe als Verpackung der Zukunft? (Markus Essing)

  • Evolutionsbionik (Jonathan Lennartz)

  • Flosse contra Schiffsschraube (Matthias Pennekamp)

  • Robotik – Bewegungsabläufe bei Robotern (Hendrik Reichenberg)

  • Spannungsoptische Untersuchungen der auf den Baum einwirkenden Belastungen (Felix Buthmann)


Jetzt hieß es für jeden Schüler, sich mit dem Thema vertraut zu machen, Quellen zu suchen und zu studieren, Experimentieranleitungen zu lesen und auf deren Durchführbarkeit zu achten. So benötigten drei Schüler für ihre Versuche einen Windkanal.

Verschiedene Wabenstrukturen
Bionik in logistischen Prozessen

Leider konnte uns die Fachhochschule hier nicht aushelfen, da der Bau eines Windkanals erst im nächsten Semester geplant ist. Ein Luftstromgerät aus der Physik diente als Ersatz, die zusätzlichen Materialien dazu wurden von Schülern selbst mit geringem Kostenaufwand hergestellt, so wurde z. B. die Oberflächenstruktur der Haihaut aus Knete nachmodelliert oder Luftströme durch das Ablenken von angebrachten Baumwollfäden deutlich gemacht.

Kreativität und Ideenreichtum war bei allen Schüler gefragt, um sinnvoll technische Anwendungen mit einfachen Mitteln umzusetzen. Alle Schüler waren sehr experimentierfreudig und zeigten „tüfftlerische Fähigkeiten“. Viele Stunden haben wir gemeinsam zusammen gesessen und nach technischen Möglichkeiten für die Umsetzung gesucht:

  • Wie stellt man aus Plastikblumentöpfen und Plastikeimern, gelben Säcken und viel PU-Schaum einen ca. 0,5 m hohen Termitenhügel her?

  • Wie misst man die Temperatur der darin zirkulierenden erwärmten Luft?

  • Wo besorgt man sich Polycarbonatplatten, aus denen Baumstammformen gesägt werden, die dann auf den Overhead-Projektor gelegt und mit Polarisationsfolie abgedeckt bei Druckausübung unterschiedliche Spektralfarben erzeugen?

  • Wer ist der günstigste Anbieter für Polarisationsfolie?

  • Welche Kraftmesser benötigt man, wo werden diese angebracht?

  • Wie befestigt man Querstreben in einer selbst gebauten Regenrinne, um bei einem konstanten Wasserstrom die Sedimentabtragungen zu untersuchen? Dabei muss die Ausrichtung der Querstreben auch noch variabel sein.

  • Wer versteht das Schaltschema einer Platine, auf die Kondensatoren und Widerstände gelötet werden müssen, um einen amperometrischen Duftdetektor zu bauen?

  • Wo kauft man Heuschrecken, deren Antennen für diese Versuche benötigt werden?

  • Wo gibt es ein 2 Meter langes Waschbecken, in dem man die Kraft und Geschwindigkeit eines selbst gebauten, mit Motor betriebenen Bootes in Fahrt messen kann?

  • Aus welchem Material baut man eine wasserfeste Flosse, die dann an Stelle des Propellers eingesetzt wird?

  • Wo besorgt man sich Haifischhaut, wie lässt sie sich mikroskopieren?


Ausgeholfen hat der Aqua Zoo in Düsseldorf.

Spannend wurde es, als jeder Schüler sein Projekt mit dem Experiment vorstellen durfte. Bis auf den Duftdetektor (nach einer Messung versagte das Gerät) funktionierten alle Versuche und die Messergebnisse waren überzeugend.

Evolutionsbionik

Neuland im Unterricht zu betreten war für uns alle ein Erfolg. Hervorheben möchte ich die gute Teamarbeit. Obwohl jeder Schüler sein eigenes Projekt zu bearbeiten hatte, war die Hilfsbereitschaft groß, Probleme anderer Teilnehmer zu diskutieren und nach Lösungsmöglichkeiten zu suchen.

Mir hat dieses Jahr mit allen Schülern – trotz der 8. und 9. Stunde freitags - viel Freude bereitet.

Ernst Voß



Flosse contra Schiffsschraube
Der Termitenbau als Beispiel für passive Lüftung
Messung im Luftstrom

Messung im Luftstrom
Duftdetektorische Untersuchung
 
Suchen
Copyright 2015. All rights reserved.
Zurück zum Seiteninhalt | Zurück zum Hauptmenü