Transportsysteme in der Natur - Bionik zwischen Biologie und Technik

Transportsysteme in der Natur

Gymnasium | Mittlere Schulformen

Naturwissenschaften & Technik

9. | 10. Klasse

3 - 4 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Welche Gemeinsamkeiten haben Blutgefäße und Transportsysteme von höheren Pflanzen? Und wie kann man das Wissen darüber technisch nutzen? Die Bionik gibt Antworten auf diese spannenden Fragen. Sie zeigt, wie wir „clevere“ Lösungen in der Natur für technische Entwicklungen nutzen können. Ihre Schüler erfahren, was hinter dem Begriff Bionik steckt. Sie experimentieren, messen, arbeiten mit Modellen und gelangen somit zu einer multiperspektivischen Betrachtungsweise.
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Kompetenzen

Klassen:9 und 10
Dauer:3–4 Stunden
Kompetenzen:Die Schüler …
  • können Strömungsgeschwindigkeit, Zeit und Volumenstrom im Bezug zum hydrodynamischen Paradoxon erklären,
  • wenden die naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen des Experimentierens und der Arbeit mit Modellen im deduktiv-hypothetischen Erkenntnisweg an,
  • können Funktionen natürlicher Transportsysteme anhand ihrer physikalischen Eigenschaften erklären.
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?
Beteiligte Fächer:Biologie Physik Mathematik Anteil

Inhaltsangabe

V = VorbereitungszeitAb = Arbeitsblatt/Informationsblatt
D = DurchführungszeitFo = Farbfolie* = Materialbedarf pro Forschergruppe
SV = Schülerversuch = Zusatzmaterial auf CD

Stunde 1/2: Fraktale Geometrie der Natur entdecken

MaterialThema und Materialbedarf
M 1 (Fo)Selbstähnlichkeit in der Natur
M 2 (Ab)Die Natur ist der beste Baumeister
M 3 (SV) V: 5 min D: 15 minWir untersuchen unterschiedliche Blätter auf Selbstähnlichkeit*
  • Farnblätter
  • Lupen
  • Blätter von Laubbäumen
M 4 (SV) V: 5 min D: 20 minWir machen die Blattadern in Blütenblättern sichtbar*
  • weiße Blüten (Tulpe, Primel)
  • ein Becherglas
  • eine Lupe oder ein Binokular
  • blaue Tinte
  • Wasser
M 5 (Ab)Funktion fraktaler Strukturen in der Natur
M 6 (Ab)Wir beweisen die Funktion fraktaler Strukturen in der Natur
  • Taschenrechner
  • evtl. Papier zum Basteln von Quader-Modellen
M 7 (SV) V: 5 min D: 15 minWir untersuchen den Zusammenhang von Blattform und Blattaderstruktur*
  • Blätter vom Spitzwegerich
  • Blätter von der Linde
  • eine Lupe

Stunde 3/4: Bionik – Konzepte der Natur

MaterialThema und Materialbedarf
M 8 (SV) V: 10 min D: 10 minWir untersuchen Verzweigungsarten eines Transportsystems*
  • 3 m durchsichtiger Schlauch des Durchmessers d = 0,7 cm
  • sechs Y- und sechs T-Stücke (d = 0,7 cm)
  • zwei Trichter
  • eine Stoppuhr
  • zwei Stative mit Klemmen und Muffen
  • zwei U-förmige Glasrohre
  • zwei Bechergläser mit Knete
  • eine Schere
  • ein Messbecher
  • Wasser
  • ein Lineal
  • ein Taschenrechner
M 9 (SV) V: 10 min D: 10 minWir untersuchen Volumenstrom und Strömungsgeschwindigkeit in einem Transportsystem*
  • 4,5 m durchsichtiger Schlauch (jeweils 1,5 m mit Durchmesser d = 0,4 cm, d = 0,7 cm, d = 1 cm)
  • 18 Y-Stücke (jeweils 6 mit d = 0,4 cm, d = 0,7 cm, d = 1 cm)
  • ein Trichter
  • ein Stativ mit Klemmen und Muffen
  • ein U-förmiges Glasrohr
  • ein Becherglas mit Knete
  • ein wasserfester Filzstift
  • eine Schere
  • ein Messzylinder (gefüllt mit 200 ml Wasser)
  • eine Stoppuhr
  • ein Taschenrechner
M 10 (Ab)Technische Anwendung bionischer Transportsysteme

Minimalplan

Wenn Ihnen weniger Zeit zur Verfügung steht, können Sie auch auf die Versuche zum Einfärben der Blattadern (M 4) und zur Untersuchung der Beziehung zwischen Form des Blattes und Struktur der Blattadern (M 7) verzichten. Damit reduziert sich die Einheit auf

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