STE-PS Doku Bionik - Die Natur als Erfinder

5/12/2018 STE-PS Doku Bionik - Die Natur als Erfinder - slidepdf.com

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Zusammenfassung der Dokumentation einer Unterrichtseinheit

1. Allgemeine Angaben

Kompetenzorientierte Formulierung des Themas

„Die Natur als Erfinder? - Schülerinnen und Schüler einer 3. Klasse entdecken bei

der Auseinandersetzung mit alltäglichen Erfindungen Vorbilder aus der Natur,

erwerben grundlegendes Fachwissen im Bereich Bionik und erweitern ihre

Methodenkompetenz, indem sie ausgewählte Prinzipien mit naturwissenschaftlichenDenk- und Arbeitsweisen untersuchen“

Autorin / Autor

Birgit Eva Morlock

Klassenstufe Fach / Fächerverbund Zeitumfang in Stunden Schule

3 Mensch, Natur

und Kultur

ca. 20 Schulstunden (und

zwei Vormittage für den

außerschulischen Lernort

und die Präsentation /

Ausstellung des Projekts)

Neugreuth-Schule

Metzingen (GHWRS)

Neugreuthstr. 24

72555 Metzingen

Organisationsform des Unterrichts

Klassenverband (18 Schülerinnen und Schüler) und außerschulischer Lernort

STAATLICHES SEMINAR FÜR DIDAKTIK UND LEHRERBILDUNG NÜRTINGEN (GWHS)



Struktur des Lernprozesses



2. Kompetenzanalyse

Kompetenzorientierte Zielformulierung

„Die Schüler entdecken bei der Auseinandersetzung mit alltäglichen Erfindungen

Vorbilder aus der Natur, erwerben grundlegendes Fachwissen im Bereich Bionik,

erweitern ihre Methodenkompetenz, indem sie ausgewählte Prinzipien mit

naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen untersuchen und entwickeln in der

Teamarbeit soziale Verantwortung sowie Selbstvertrauen in die eigenen Fähigkeiten“

Kompetenzen

Die themenorientierte Unterrichtseinheit wurde so ausgerichtet, dass bei der

Weltwahrnehmung der Schüler angesetzt und an die unterschiedlichen

Vorerfahrungen und Denkweisen der Kinder angeknüpft wurde. Das individuelle

Vorwissen wurde im Unterrichtsgeschehen aufgegriffen, weiterentwickelt und in

„tragfähige Formen des Wissens und Könnens“ (BILDUNGSPLAN 2004: 96)

weitergeführt. Des Weiteren wurde „durch die Verbindung schulischen Lernens mit

dem eigenen Handeln […] das Lernen persönlich bedeutsam und damit nachhaltig“

(ebd.). Da die Schüler ihre Versuche und Experimente in der Gruppe selbständig

planen, durchführen und überarbeiten konnten, wurde der „Aufbau von Einstellungen

und Haltungen“ gefördert und so ein wichtiger Beitrag zur naturwissenschaftlichen

Grundbildung geleistet (ebd.). Eine wesentliche Rolle spielten die forschende

Auseinandersetzung und das problemorientierte Vorgehen, wodurch die Schüler nach

und nach dazu befähigt wurden selbständig zu arbeiten und elementare Denk- und

Arbeitsweisen anzuwenden.



Ausgehend von den oben aufgeführten Kompetenzbereichen aus dem Bildungsplan

und dem kompetenzorientierten Lernziel lassen sich folgende Kompetenzen,

Kriterien und Indikatoren aus der Einheit ableiten:

Anzubahnende Kompetenz im sachlich-fachlichen Kompetenzbereich:Die Schüler entdecken bei der Auseinandersetzung mit alltäglichen Erfindungen

Vorbilder aus der Natur und erwerben grundlegendes Fachwissen im Bereich Bionik

Kriterien:

Aneignung fachspezifischenGrundwissens zum Thema Bionik

Herstellen von Zusammenhängenzwischen Vorbildern aus Natur

und Technik

Indikatoren:Die Schüler… wissen was Bionik bedeutet und können die

Zusammensetzung des Wortes „Bionik“ erläutern kennen Vorbilder aus der Natur und die

entsprechende technische Erfindung(Analogienpaare)

kennen einige wichtige Bioniker (von damals und

heute) und deren Erfindungen können den Nutzen von bionischen Erfindungen für

den Alltag an Beispielen erläutern kennen exemplarische bionische Prinzipien

Anzubahnende Kompetenz im methodisch-strategischen Kompetenzbereich:Die Schüler erweitern ihre Methodenkompetenz indem sie ausgewählte bionische

Prinzipien mit naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen untersuchen

Kriterien:

Anwendung

naturwissenschaftlicher Denk- undArbeitsweisen (für dieUntersuchung von bionischenPhänomenen und Prinzipien)

Selbständiges Arbeiten

Lernprozesse selbständigorganisieren

Sachverhalte recherchieren

Indikatoren:Die Schüler… stellen Vermutungen mittels der Placemat-Methode

und des Concept-Cartoons an wenden entsprechende naturwissenschaftliche

Denk- und Arbeitsweisen an: Beobachten, Messen,Vergleichen, Ordnen, Experimentieren

arbeiten arbeitsteilig in 3er oder 4er-Gruppenzusammen

erschließen sich die Inhalte in kooperativenLernformen selbständig (Partnerinterviews,Lerntempoduett)

dokumentieren ihre Erkenntnisse schriftlich imLerntagebuch

recherchieren selbständig (im Internet oder mithilfedes Thementisches) für die Forscheraufgabe

Anzubahnende Kompetenz im sozial-kommunikativen Kompetenzbereich:Die Schüler erweitern ihre Kommunikations- und Teamfähigkeit durch die Arbeit in

Gruppen

Kriterien:

Rücksichtsvoll undverantwortungsbewusst

miteinander umgehen

Indikatoren:Die Schüler… erarbeiten in Teams Regeln für die Zusammenarbeit arbeiten kooperativ in ihren Gruppen und halten die

Regeln ein

hören einander zu und äußern eigene Vorstellungen übernehmen ihre Rollenaufgabe (Materialwächter,

Regelbeobachter, Vorleser und Schreiber)



Anzubahnende Kompetenz im personalen Kompetenzbereich:Die Schüler entwickeln Selbstvertrauen in ihre eigenen Fähigkeiten

Kriterien:

Selbstvertrauen in eigeneFähigkeiten stärken

Eigenverantwortliche Arbeit in der Gruppe

Persönlichen Lernprozessreflektieren

Indikatoren:Die Schüler…

übernehmen Verantwortung in ihrer Gruppe durchArbeitsteilung (Materialwächter etc.)

wählen selbst einen Themenbereich aus der Einheitfür die Ausstellung bzw. Präsentation vor Publikumaus

präsentieren ihre Ergebnisse einem Experten, denEltern und Schülern

dokumentieren ihren Lernprozess in einemLerntagebuch

3. Sachstruktur des Themenfeldes , Schwerpunktsetzung und Begründung

Zielsetzung

Ziel der Unterrichtseinheit war es, anhand der Präkonzepte und der

Schülerinteressen, unterschiedliche Perspektiven eines Themas aufzugreifen und zu

verknüpfen. Auf dieser Grundlage wird der Lerngegenstand mehrperspektivisch

dargestellt und für die Schüler werden verschiedene Möglichkeiten der

Auseinandersetzung mit ihm offen gehalten. Dies fördert vernetztes Denken und

ermöglicht verständliche Sinnzusammenhänge und einen Lebensweltbezug (vgl.

UNGLAUBE 1997: 45ff). Insbesondere die Bionik als vernetzende

Wissenschaftsdisziplin ist ein Lernbereich, der zur Lösung technischer Probleme

anregt und demnach die Problemlösefähigkeit der Schüler stärkt und so deren

Handlungskompetenz weiterentwickelt. „Durch bionisches Denken und Handeln

werden bei den Lernenden Fähigkeiten zu vernetzten Denkweisen auf der Basis des

‚Ineinanderübergehens‘ von Technik und Natur herausgebildet, die auch zur

Ausprägung eines fächerübergreifenden Entwicklungsdenkens führen können.

Dadurch wird auf elementarer Stufe ein ‚kreatürliches Verhältnis‘ zur Natur

herausgebildet, welches den Reichtum an Pflanzen und Tieren auch als potentielle

Anregungsquelle für technisches Gestalten einschließt“ (BIOKON E.V. 2010). Im

Hinblick auf das Erkunden bionischer Prinzipien wurden hierbei grundlegende

naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen, wie z.B. Beobachten, Messen,

Vergleichen, Ordnen, Erkunden und Experimentieren (vgl. STÄUDEL 2003), gefordert

und

gefördert.



Biologie:Vorbilder aus der Natur (Pflanzen

und Tiere)

Biologie:Vorbilder aus der Natur (Pflanzen

und Tiere)

Technik:Technische Erfindungen und ihre

entsprechenden Vorbilder ausder Natur

Technik:Technische Erfindungen und ihre

entsprechenden Vorbilder ausder Natur

Physik / Chemie:Grundlegende physikalische und

chemische Prinzipien aus der Bionik untersuchen

BIONIKBIOlogie + TechNIK

Deutsch:Lesestrategien, Fachtermini

kennen und anwenden lernen,Vermutungen versprachlichen,

Lernprozesse schriftlichdokumentieren (Lerntagebuch),Hörverstehen (Hörspiel „Bionik

für Kinder“)

Kunst:Bionik-Memory selbst herstellen

(Analogienpaare)

Geschichte:Historische Entwicklung der

Bionik (die ersten Bioniker undderen Erfindungen)



4. Analyse fächerverbundspezifischer Aspekte , Schwerpunktsetzung ,Begründung

Analyse fächerverbundspezifischer Aspekte

Das Verständnis von Scientific Literacy wird in der Literatur häufig auch alsnaturwissenschaftliche Grundbildung beziehungsweise naturwissenschaftliche

Kompetenz bezeichnet (vgl. IPN KIEL). Dahinter steckt ein interdisziplinärer und

mehrperspektivischer Ansatz von Naturwissenschaft und Technik im Unterricht, deren

Ziel es ist, naturwissenschaftliche Grundbildung nachhaltig zu fördern.

Indem in meiner Einheit eine Lernumgebung geschaffen wurde, bei der die Schüler

einer naturwissenschaftlichen Frage- oder Problemstellung begegneten, ermöglichte

dies den Schülern zu staunen, neugierig zu werden, sowie aktiv und entdeckend zu

lernen. Durch handlungsorientiertes Arbeiten und abwechselnde Phasen der

Instruktion und eigenständigen Konstruktion erhielten die Schüler die Möglichkeit

bedeutungsvolles Wissen aufzubauen, sowie den lebenspraktischen Nutzen des

Lernens zu erfahren. Darüber hinaus wurde Raum gegeben, eigene Interessen zu

entwickeln und wertschätzende Einstellungen und Haltungen gegenüber der Natur zu

erlangen, die wiederum die naturwissenschaftliche Grundbildung fördern (vgl.

S TEFFENSKY / S TEINWEG 2009).

Naturorientiertes Lernen ist lebensnah und erfolgt in Kooperation mit der Natur. Die

Lernenden ergründen Phänomene und Wunder der Natur. Bei der Verwirklichung des

naturorientierten Lernens wird ein handelnder Zugang zu den verschiedenen Fächern

geschaffen. Innerhalb dieses Lernens wird ein reales Problemfeld geschaffen, bei

dem die Schüler ihre Neugier entfalten können und Faszination erleben sowie

Erfolgserlebnisse erreichen. Wenn Tiere und Pflanzen zur Lösung von Problemen

helfen, können nachhaltige Beziehungen zum Leben und der Natur aufgebaut werden(vgl. HILL 2003).

In diesem Sinne wurden die Schüler in der Einheit durch die Vernetzung von

biologischem Vorbild und technischer Lösung dazu aufgefordert erworbenes Wissen

vernetzt einzusetzen. Es wurden bionische Prinzipien aus der Natur erkundet und

durch Experimentieren, Entdecken und Nacherfinden technische Lösungen

kennengelernt. Dies war auf der einen Seite Motor des Lernens und sicherte

andererseits nachhaltiges Lernen.



Lernen im Sinne des Konstruktivismus wird nicht als „Wissensvermittlung“

angesehen, bei dem die Steuerung des Lernprozesses einseitig vom Lehrer ausgeht,

sondern wird vielmehr als aktiver und selbstgesteuerter Prozess verstanden. Lernen

als aktiver Prozess bedeutet in diesem Zusammenhang auch, dass der Lernende auf

der Basis seines vorhandenen Wissens neue Informationen interpretiert und

verändert. Dabei bringen die Schüler unterschiedliche Vorkenntnisse und

Assoziationen mit (vgl. GÖTZFRIED 1997: 13ff).

Für meine Einheit bedeutete dies, die Kinder schon bei der Planung aktiv mit

einzubeziehen. So hatten die Schüler während der Einheit die Möglichkeit, ihre

Interessen zu bekunden und sich mit eigenen Fragen auseinander zu setzen. Zudem

entstanden offene Lernsituationen, die ein hohes Maß an Aktivität und

Selbststeuerung seitens der Schüler zuließen und individuelle Lernprozesse

ermöglichten.

„Erstes Ziel naturwissenschaftlichen Unterrichtens ist es, Primärerfahrungen zu

ermöglichen, Phänomene zu betrachten, Fragen an die Natur zu stellen und sie von

ihr selbst beantworten zu lassen. Dabei können die Schülerinnen und Schüler

grundlegende Arbeitstechniken lernen“ (ERLEBNIS NATUR & CO. 1 2005: 7).

Dabei lassen sich naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen zwar

theoretisch nach unterschiedlichen Aspekten gliedern, kommen in der Praxis jedoch

meist in kombinierter Form vor (vgl. STÄUDEL 2003: 19). Hierbei werden die einzelnen

Denk- und Arbeitsweisen an konkreten, den Schülern bedeutungsvoll erscheinenden

Inhalten erschlossen (vgl. PFEIFER 2003: 8f).

Schwerpunktsetzung und Begründung

Classroom Management ist ein weiter Begriff, der alle Maßnahmen umfasst, die

eine effektive Organisation und optimale Nutzung der Lernzeit betreffen. Hierzu

gehören didaktisch-methodische Fragen sowie auch Fragen zur räumlichen

Strukturierung und Nutzung, Angebote zur selbständigen Mitarbeit und letztendlich

auch das aufgebaute Regel-Ritual-Konzept (vgl. HOFFMANN 2004: 65f).

Für meine Einheit wurde deshalb eine ansprechende Lernumgebung gestaltet, die es

den Schülern ermöglichte selbständig zu arbeiten und handlungsorientiert

vorzugehen. Des Weiteren stand den Schülern während der gesamten Einheit ein

Thementisch mit Materialien und Literatur zum Thema „Bionik“ zur Verfügung.

Während der gesamten Einheit stand den Schülern zudem der Laborwagen zur



Verfügung, der vor allem für die Experimente zum Einsatz kam. Zudem halfen die

gemeinsam erarbeiteten Regeln für die Gruppenarbeit und die verteilten

Rollenaufgaben in den Gruppen eine feste Struktur aufzubauen, die durch die

Ritualisierung die effektive Lernzeit erhöhte.

Die Mehrheit des Unterrichts läuft über Sprache ab. Dabei ist die Verbindung von

Sprache und Denken als sehr eng anzusehen und sollte für die Unterrichtsplanung

stets besondere Beachtung finden. Insbesondere der naturwissenschaftliche

Unterricht korreliert mit Sprache in vielfältiger Weise und gerade die

naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen setzen sprachliche Strategien und

Kompetenzen voraus (vgl. KAISER 2004: 78ff). Der enge Zusammenhang von

Sprachkompetenz und Aneignung sachbezogenen Wissens steht somit außer Frage.Lernen heißt in jedem Fach auch Aneignung von Sprache und umgekehrt. Nach dem

genetischen Konzept von Wagenschein kommt es hierbei zentral darauf an, an die

vorhandene Sprache der Kinder anzuknüpfen, diese aufzugreifen und fortzuführen.

Deshalb legte ich großen Wert auf die Einführung der Fachtermini und gab passende

Satzmuster oder Begriffe als Hilfestellung. Zudem wurden die sprachlichen Strukturen

der Kinder aufgegriffen und daran anknüpfend fortgeführt, um die Herausbildung von

Bildungs- und Fachsprache zu stärken.

„Außerschulische Lernorte sind authentische Erfahrungsräume außerhalb des

Schulgeländes, die Lernprozesse anregen, erweitern und ergänzen können“

(HELLBERG-RODE 2004: 145). Insbesondere für den verstärkt erfahrungs- und

handlungsorientiert ausgerichteten Unterricht im Fächerverbund Mensch, Natur und

Kultur, wo konkrete Anschauung, unmittelbares Erleben und der handelnde Umgang

mit lebensweltlichen Phänomenen bedeutsam für den Lernprozess sind, kommt den

außerschulischen Lernorten eine besondere Bedeutung zu. In enger Verbindung

damit steht auch die Forderung nach verstärkter Handlungs- und Problemorientierung

und dem Konzept des „Lernens vor Ort“ (vgl. HELLBERG- RODE 2004).

Aufgrund der oben genannten Vorteile organisierte ich einen Ausflug in Deutschlands

größtes Textilforschungszentrum mit einer Abteilung für bionische Innovationen, das

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) in Denkendorf. Dort sollte den Schülern

erlebnis- und erfahrungsorientierte Lernprozesse ermöglicht, Lebensnähe zur

Thematik Bionik hergestellt und „Lernen mit allen Sinnen“ eröffnet werden.



5. Lernstandserhebung

Lernstandserhebung

Um den Lernvoraussetzungen der Schüler gerecht zu werden, wurde die

Gruppenzusammenstellung nach den Ergebnissen der Peer-Nomination und des

Soziogramms vorgenommen. So sollte ein möglichst optimales Arbeits- und

Lernklima geschaffen werden und die Schüler die Möglichkeit erhalten, ihren

Sympathien und Kompetenzen entsprechend zu arbeiten. Daneben wurde in der

Themenfelderöffnung auch eine Lernstandserhebung durchgeführt und

Schülerfragen formuliert. In der Auswertung der ersten Lernstandserhebung wurde

hierbei deutlich, dass abgesehen von einem Schüler, fast kein fachliches Vorwissen

zum Thema Bionik vorhanden war.

Da die Lernstandserhebung unterschiedliche Anforderungsbereiche beinhaltete,

konnte der Erfolg der Einheit am Ende differenziert ermittelt werden. Aufgrund der

zuvor wenig bekannten Thematik, entschied ich mich ausschließlich qualitative

Fragen zu integrieren und schloss Aufgaben zum Ankreuzen aus, um „echtes

Vorwissen“ zu ermitteln, das nicht auf „Zufallstreffern“ beruhen sollte. Diese

Vorgehensweise sollte außerdem die Reliabilität der ersten und zweiten Erhebung

gewährleisten.

6. Dokumentation und Reflexion von Lernprozessen

Dokumentation und Reflexion von Lernprozessen

Die Schüler dokumentierten ihren Lernprozess während der Unterrichtseinheit in

ihrem Forscherbuch „Bionik“. Daneben wurde ein Lerntagebuch geführt, indem die

Schüler ihren individuellen Lernprozess dokumentierten und ihre Ergebnisse

reflektierten. Die Dokumentation und Reflexion des individuellen Lernprozesses

wurde in schriftlicher oder zeichnerischer Form in das Lerntagebuch eingetragen.Hierbei wurden neu eingeführte Begriffe als Hilfestellung an der Tafel fixiert. Daneben

wurden regelmäßig Reflexionsgespräche im Klassenverband durchgeführt und die

Schüler reflektierten mittels einer Zielscheibe ihre Zusammenarbeit in der Gruppe,

sowie das Vorgehen während der Arbeitsphasen. Auch die Vermutungen, die die

Schüler zu Beginn der Stunde mittels der Placemat-Methode oder den Concept-

Cartoons in den Gruppen aufstellten, wurden in den Gesprächen im Klassenverband

reflektiert.



7 . Anhang

Literaturangaben

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Narr Verlag.- BIOKON E.V. (Hrsg. 2010): Bionik in den Schulen. Bionik und deren Bedeutung

für eine zukunftsorientierte naturwissenschaftlich-technische Bildung. URL:http://www.biokon.net/bildung/schule.html [Stand: 30. Dezember 2010]

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- FISCHER, C. et. al. (o. J.): Förderung von besonderen Begabungen. In: StiftungBildung zur Förderung Hochbegabter (Hrsg.): Individuelle Förderung –Begabtenförderung. Beispiele aus der Praxis.

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- HILL, B. (Hrsg. 2003): Forscher- und Erfinderwerkstatt: Bionik. NaturorientiertesLernen. Münster: Biokon.

- HILL, B. (Hrsg. 2004): Was ist Bionik??? Eine Einführung in dieIntegrationswissenschaft und Zukunftstechnologie. Münster: Biokon.

- HOFFMANN, G. (2004): Classroom Management: Anleitung zur Verhaltensmodifikation in der Schule. In: Preuss-Lausitz, U. (Hrsg.): SchwierigeKinder - Schwierige Schule. Konzepte und Praxisobjekte zur integrativenFörderung verhaltensauffälliger Schülerinnen und . Schüler. Weinheim: BeltzVerlag.

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2004): Bildungsplan 2004 Grundschule.- NACHTIGALL, W. (Hrsg. 1993): Ein paar Millionen Jahre Entwicklungsvorsprung.

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- STEINWEG, A./ STEFFENSKY, M. (Hrsg. 2009): Aufbau naturwissenschaftlicher

Grundbildung. Anregungen zur Gestaltung des mathematischen undnaturwissenschaftlichen Unterrichts von Beginn an. Hannover: MNU PRIMAR.

- UNGLAUBE, H. (1997): Fächerübergreifendes Arbeiten im Sachunterricht - einaltes Konzept in neuem Gewand? In: Meier, R./ Unglaube, H./ Faust-Shiel, G.(Hrsg.): Sachunterricht in der Grundschule. Frankfurt am Main: ArbeitskreisGrundschule - der Grundschulverband e.V.

Verwendete Medien

- KOEBERLIN, M. ET. AL. (2009): KINDER WISSEN MEHR. BIONIK FÜR KINDER.MANNHEIM: SAUERLÄNDER VERLAG. (AUDIO-CD)

- WAS IST WAS (2009): ERFINDUNGEN UND BIONIK. NÜRNBERG: TESSLOFF VERLAG. (DVD)

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