Ideen aus der Natur nutzen

(HINWEIS: Diese Aufgabe besteht aus zwei Teilen: Teil A und Teil B. Beide Teile sind wichtig, um das Lernziel zu erreichen. Wenn die Zeit begrenzt ist, lesen Sie sich beide Teile durch und wählen Sie die Elemente aus, die den Bedürfnissen Ihrer Schülerinnen am besten entsprechen.)*

In dieser Aufgabe sollen die Schülerinnen vor allem lernen, wie man ein Modell entwickelt und wie Biomimikry funktioniert – also die Art und Weise, wie Menschen Ideen aus der Natur nutzen, um Lösungen für menschliche Probleme zu erfinden. Die Schülerinnen werden eine solche Lösung erarbeiten und bauen.
Die Aufgabe enthält einige Anregungen. Ermutigen Sie die Schüler*innen, ihre eigenen Ideen zur Lösung eines menschlichen Problems ihrer Wahl zu entwerfen und auszuarbeiten. Betonen Sie, dass es nicht nur ein einziges richtiges Modell gibt.

• Naturwissenschaftlicher Hintergrund – Ideen aus der Natur nutzen: Biomimikry ist ein Verfahren, bei dem man sich von anderen lebenden Dingen inspirieren lässt, um Lösungen für menschliche Probleme zu entwickeln.
  • Daraus können Ideen entstehen, wenn man versteht, wie Organismen ihre Sinnesorgane oder andere innere und äußere Merkmale nutzen, z. B. mikroskopische Strukturen und Prozesse.
  • Bei dieser Aufgabe sollen die Schüler*innen die Nachahmung auf äußere Merkmale eines Tieres beschränken, die für das menschliche Auge sichtbar sind.
  • Die Beispiele zur Anregung werden mit der Empfehlung ausgegeben, nur solche zu teilen, die mit Licht und Geräuschen zu tun haben (um Einheitlichkeit bei der Aufgabe sicherzustellen). Wählen Sie die Anzahl und Art der Beispiele, die den Lernbedürfnissen Ihrer Schüler*innen entsprechen.
  • Um die Schüler*innen bei der Entwicklung ihrer Ideen zu unterstützen, können Sie auch Bilder/Informationen über verschiedene Körperteile von Tieren zur Verfügung stellen.
• Vorwissen aufbauen – Ideen aus der Natur nutzen: Nutzen Sie Lehrmaterialien aus den Naturwissenschaften wie Informationen, Bilder und Definitionen.
  • Zu den äußeren Körperteilen von Tieren zählen Hörner, Fell, Kiemen, bewegliche Beine, Flügel, Schnäbel, Augen, Federn, Schuppen, Ohren, Stacheln, Antennen, Nasen, Augenlider, Muscheln, Federkiele und bunte Färbungen oder Farbmuster.
  • Tiere nutzen ihre Körperteile, um sich zu vermehren, zu wachsen und in ihrer Umgebung zu überleben, z. B. um sich in Sicherheit zu bringen, indem sie sich an die Umgebung anpassen, ihren Körper schützen oder Raubtiere fernhalten.
  • Menschen nutzen Ideen aus der Natur für eigene Erfindungen. Beispiele für Licht und Ton: 1) Entwurf von LED-Leuchtmitteln in Form einer Glühwürmchenlaterne, die mehr Licht mit weniger Energie erzeugt; 2) Entwurf von leiseren Zügen oder Windkraftanlagen, die dem Schnabel eines Eisvogels nachempfunden sind, um den Lärm in der näheren Umgebung zu reduzieren; 3) Entwicklung von lichtempfindlichen Materialien, die je nach Lichteinfall ihre Farbe ändern, so dass Maschinen und Menschen mit ihrem Hintergrund verschmelzen.
  • Bekannte Erfindungen und ihre Inspirationen aus der Natur: Flugzeuge – Vogelflügel; Hubschrauber – Libellen und Kolibris; Fahrradhelme – Schildkrötenpanzer; U-Boot-Form – Wale; Künstliche Arme – Elefantenrüssel (Einheit Merkmale von Tieren)
  • Die wichtigen Begriffe: Körperteile, Überleben, Erfindung
• Bau- und Programmiererfahrung: Sehen Sie sich die Vorschläge im Unterrichtsplan an. Für diese Aufgabe empfiehlt sich auch,
  • alle Tutorials im Startmenü der SPIKE App zu nutzen;
  • eine oder mehrere der anderen Aufgaben aus der Unterrichtseinheit: Sehen! Hören! Bauen! auszuprobieren, um mehr Bauerfahrung zu sammeln und sich mit den Symbolblöcken in der SPIKE-App vertraut zu machen.
  • Erklären Sie, dass das Programmieren in dieser Aufgabe keine Pflicht ist.
• Materialien: Suchen wählen Sie basierend auf den oben genannten Hintergrundinformationen altersgerechte Informationen, Bilder oder Videos über 1) äußere Tierteile und 2) Biomimikry aus. Für Letzteres suchen Sie nach Biomimikry-Beispielen oder Biomimikry-Beispielen + Licht und Geräusche. Überlegen Sie, wie Sie den Schülerinnen diese wissenschaftlichen Informationen zur Verfügung stellen – wie viele Beispiele, auf welchem Weg Sie die Informationen weitergeben möchten, wie viel Auswahl Sie anbieten möchten und so weiter. Sammeln Sie Arbeitsmaterial, das die Schülerinnen bei der Verbesserung ihrer Modelle unterstützen.

TEIL A (45 Minuten)

• Stellen Sie die Hauptfigur(en) der Geschichte vor und erteilen Sie den ersten Arbeitsauftrag: Daniel, Sofie, Leo und Maria haben gelernt, dass es Leuchtmittel gibt, die von der Art und Weise, wie Glühwürmchen Licht erzeugen, inspiriert sind. Helft ihnen, mehr über weitere Ideen zu erfahren, die wir aus der Natur übernommen haben.

• EINSTIEG – Zeigen Sie den Schüler*innen die Beispiele für Biomimikry und Körperteile von Tieren, die Sie ausgesucht haben, und regen Sie einen kurzen Austausch über das/die Thema/Themen der Unterrichtseinheit.

  • Schaut euch diese Bilder an. Wie nutzen die Tiere diese Körperteile zum Überleben? Können Menschen das auch? (Die Antworten variieren je nach den Biomimikry-Bildern, die Sie ausgewählt haben: Nein, Menschen können nicht: ihr eigenes Licht machen – Glühwürmchen; fliegen oder Schnäbel benutzen, um sich leise zu bewegen – Vögel; tief unter Wasser tauchen – Wal; ihre Köpfe in einen Panzer stecken – Schildkröte.)
  • Welche Erfindungen erinnern an etwas, was Tiere können? (Beispiele: Flugzeugflügel und Hubschrauberblätter, um wie ein Vogel oder Insekt zu fliegen; U-Boote, um wie ein Wal zu tauchen; Helme, um unseren Kopf wie ein Schildkrötenpanzer zu schützen; Glühbirnen, die Licht wie ein Glühwürmchen machen; Züge und Windräder, die sich leise wie ein Vogel bewegen)
  • Seht euch weitere Bilder an. Welche Tierkörperteile zeigen sie? (Die Antworten variieren je nach den Bildern, die Sie von Tierteilen gefunden haben: Hörner, Fell, Kiemen, gelenkige Beine, Flügel, Schnäbel, Augen, Federn, Schuppen, Ohren, Stacheln, Fühler, Nasen, Augenlider, Muscheln, Federkiele und helle Färbungen oder Farbmuster)
  • Denkt an die verschiedenen Körperteile der Tiere. Welches menschliche Problem könnten sie helfen, zu lösen? (Regen Sie die Schüler*innen dazu an, ihre Ideen zu äußern und stellen Sie sie allen als Inspiration zur Verfügung.)

• Jede Gruppe erhält dafür ein SPIKE^™ Essential-Set und ein digitales Endgerät.

• Erläutern Sie, während die Schüler*innen an ihren Lösungen arbeiten, dass sie sich jede beliebige Lösung für ein menschliches Problem ausdenken können, die von einem Tier inspiriert ist. Die Einführung enthält einige Anregungen. Betonen Sie, dass es nicht nur ein richtiges Modell gibt und dass das Programmieren in dieser offenen Projektaufgabe keine Pflicht ist.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • Ideen aus der Einführung zur Anregung nutzen, um ein menschliches Problem zu finden, das sie lösen möchten und einen Körperteil eines Tieres zu wählen, das bei der Problemlösung helfen kann;
  • ihre Idee zeichnen, darunter ein tierisches Körperteil, der sie inspiriert hat, und wie sein Aufbau bei einem menschlichen Problem helfen kann; (das Körperteil des Tieres benennen und entsprechend einkreisen, beschriften oder zeigen, wie sie es in ihrer Idee nutzen;)
  • überlegen, welche Materialien sie am besten verwenden;
  • ein Modell ihrer Idee zu BAUEN;
  • (optional) ihr Modell zu PROGRAMMIEREN, um zu zeigen, wie es funktioniert.

• Geben Sie den Schüler*innen nach der Hälfte der Arbeitszeit die Gelegenheit, sich über ihre Ideen im Rahmen einer vertrauten Unterrichtsroutine auszutauschen und ihre Modelle danach entsprechend zu überarbeiten.

  • Sie sollen ihr Modell testen. Sie sollen es so ändern, dass es so funktioniert, wie geplant.

• Regen Sie die Schülerinnen an, Ideen zu sammeln, wie sich Bastelmaterialien und LEGO^® Elemente kombinieren und so für ihre Entwürfe nutzen lassen. Ermutigen Sie die Schülerinnen, kreativ bei der Auswahl des Problems zu sein, für das sie eine Lösung entwerfen, und bei den gewählten Materialien.

• Sprechen Sie gemeinsam mit der Klasse über ihre Ideen.

• Jede Gruppe soll anhand ihrer Lösung (Modell und Skizzen) Folgendes erklären:

  • Das Problem, das sie lösen und warum sie es lösen wollen.
  • Welchen tierischen Körperteil sie als Inspiration verwendet haben und wie das Tier ihn nutzt.
  • Wie die Erfindung funktionieren soll. (Die Schüler*innen sollen mündlich beschreiben oder visuell präsentieren, wie ihre Lösung funktioniert, müssen aber kein komplett funktionierendes Modell vorlegen.)
  • Ob der Entwurf funktioniert hat oder ob sie ihn verändern mussten.
  • Probleme beim Entwurf, bei denen sie Hilfe bräuchten.

Falls Sie mit Teil B „Erklären“ fortfahren möchten, können die Schüler*innen ihre Modelle weiterverwenden oder sie umbauen, wofür zusätzlich Zeit eingeplant werden muss.

TEIL B (45 Minuten)

• Wiederholen Sie die Schritte aus Teil A – Lassen Sie weitere Gruppen das Gelernte vorführen und erklären.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • (10 Min.) ihre Modelle so lange wiederholen und testen, bis sie wie erwartet funktionieren.
  • (15 Min.) ihre Erfindung vorführen und zeigen, wie sie inspiriert von einem tierischen Körperteil (ein) menschliche(s) Problem(e) löst.

• (5 Min.) Fragen Sie die Schüler*innen, welche Kenntnisse, Ideen und Fähigkeiten ...

  • ihnen geholfen haben, die Aufgabe zu erfüllen;
  • sie beim Bauen gelernt haben.

• Bitten Sie die Schüler*innen, die Sets und Arbeitsbereiche aufzuräumen.

• Ermutigen Sie die Teams durch Fragen dazu, nachzudenken und ihre Entscheidungen zu begründen, die sie beim Bauen und Programmieren getroffen haben.

Checkliste für Beobachtungen

• Sehen Sie sich die Lernziele an (Feld Unterstützung für Lehrkräfte).

• Ermitteln Sie den Fortschritt der Schüler*innen anhand der Checkliste:

  • Ihre Beschreibung und ihr Entwurf zeigen einige Beispiele dafür, wie Tiere externe Merkmale zum Überleben nutzen (unter Verwendung von bereitgestellten wissenschaftlichen Informationen).
  • Ihr Entwurf löst ein menschliches Problem und enthält ein Merkmal, das einen bestimmten tierischen Körperteil nachahmt. (Die Schüler*innen sollen mündlich beschreiben oder visuell präsentieren, wie ihre Lösung funktioniert, müssen aber kein komplett funktionierendes Modell vorlegen.)
  • Sie beschreiben die verwendeten Materialien und die Merkmale ihres Entwurfs.

Selbsteinschätzung

Lassen Sie die Schüler*innen selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht.

• Blauer Stein: Ich denke, ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Gelber Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Grüner Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen. Außerdem kann ich anderen dabei helfen.

Feedback von Mitschüler*innen

Lassen Sie die Schüler*innen in ihren Teams über ihre Zusammenarbeit sprechen.
Ermutigen Sie sie dazu, ihre Rückmeldungen wie folgt zu formulieren:

• Ich fand es gut, wie/dass du …
• Ich würde gern mehr darüber wissen, wie du …

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Die Auswahl reduzieren oder ein bestimmtes menschliches Problem vorgeben und es mit einem bestimmten äußeren Merkmal eines Tieres verknüpfen. Machen Sie deutlich, dass die Schüler*innen ihren Entwurf ohne den Hub oder eine Programmierung bauen können.
  Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:
• Fordern Sie die Schülerinnen auf, ihr Modell zu PROGRAMMIEREN, um zu zeigen, wie ihre Erfindung funktioniert. Sie können die Aufgabe auch noch erweitern, indem sie die Schülerinnen auffordern, zwei oder mehr Merkmale zu kombinieren, um mehrere Probleme damit zu lösen.

• Lassen Sie die Schüler*innen ihre Modellzeichnung (aus „Erforschen“) zu einem Flyer oder einer Anzeige für ihre Erfindung weiterentwickeln. Bitten Sie sie, die Funktionsweise ihrer Erfindung mithilfe von Pfeilen, Kreisen und Beschriftungen zu erklären. Sie können auch einige Wörter oder einen Satz hinzufügen, der erklärt, warum man ihre Erfindung nutzen sollte.

Wenn Sie die Erweiterungen nutzen, dauert die Aufgabe länger als 45 Minuten.