Vertiefungsveranstaltung: Bionik - Lernen von der Natur
Die Lehrveranstaltung findet im Rahmen des Lehramtsstudiengangs Technik Sek. I als Vertiefung mit je 2 SWS in jedem Sommersemester statt. Im Mittelpunkt steht die Befähigung der Studierenden, fächerübergreifende und -vernetzende Themen zur Bionik zu gestalten und zu erproben. Die Studierenden lernen die Strategie des naturorientierten Lernens kennen und haben die Möglichkeit, diese projektbezogen umzusetzen.
Dadurch sind die Studierenden u. a. in der Lage:
- die Strategie des naturorientierten Lernens im Unterrichtsfach Technik eigenständig umzusetzen
- bionisches Denken und Handeln zu exemplarischen Themen didaktisch aufzubereiten
- technische Problemlösungsprozesse so zu antizipieren und didaktisch zu modellieren, dass Funktions-, Struktur- und Organisationsprinzipien der lebenden Natur als Inspirationsquelle und Lösungsmuster genutzt werden können
- mit Hilfe von Gesetzmäßigkeiten und Trends der biologischen Evolution konkrete Zielstellungen für technische Entwicklungen zu konzipieren und abzuleiten
- biologische Strukturen lösungsrelevant zu erschließen
- mit der Kenntnis über effiziente, material- und energiesparende Konstruktionen der lebenden Natur ihre Kreativität für bionisches Entwickeln und Gestalten herauszubilden und zu steigern
Bionik - Lernen von der NaturDie Veranstaltung wird projektartig durchgeführt und schließt mit der Präsentation einer Dokumentation eines selbst hergestellten Prototyps ab. | ||
Thema | Schlüsselwörter | Literatur |
Einführung in die Bionik | 1. Definition Bionik 2. Bionik als Integrationswissenschaft 3. Richtungen der Bionik 4. Geschichte der Bionik 5. Besonderheiten und Merkmale bionischer Konstruktionen 6. Strategien und Methoden der Bionik 7. Prinzipien der Bionik 8. Bionischer Denk- und Handlungsprozeß 9. Fallbeispiele | Krause, H. (1986): Natur - Vorbild der Technik. - Frankfurt/M Nachtigall, W. (2000): Biomechanik. - Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg Verlag Hertel, M. (1963): Struktur, Form, Bewegung.- Frankfurt/M: Krausskopf Verlag Matthek, C. (1992): Design der Natur - Der Baum als Lehrmeister. - Freiburg: Rombach Verlag Hill, B. (1991): Naturorientierte Lösungsfindung - Entwickeln und Konstruieren nach biologischen Vorbildern. - Renningen-Malmsheim: Expert Verlag |
Grundlagen und Methoden der Bionik | 1. Ähnlichkeitsanalyse 2. Reynolds-Zahl 3. Schlankheitsgrade 4. Ausgewählte Aspekte der Biomechanik 5. CAO-Methode 6. Evolutionsstrategien 7. Bionischer Methodenbaukasten | Coineau, Y./Kresling, B. (1989) Erfindungen der Natur. - Nürnberg, Hamburg: Tessloff Verlag Nachtigall, W.: Bionik - Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Berlin: Springer Verlag Linde, H. J./Hill, B. (1993): Erfolgreich Erfinden. - Darmstadt: Hoppenstedt Verlag Rechenberg, I. (1973): Bionik, Evolution und Optimierung. - In: Naturwissenschaftliche Rundschau, Bd. 26, Heft 11, S. 465-472 Zerbst, E, (1987): Bionik - Biologische Funktionsprinzipien und ihre technischen Anwendungen. Stuttgart Schwaiger, E. (1994): Größenordnungen in der Natur. - Wien: Verlag Hölder-Pichler-Tempsky Hill, B. (2001): Der Methodenbaukasten - Ein Kompendium von Methoden zur Erkennung und Lösung technischer Probleme. - Aachen: Shaker Verlag |
Evolutionsmuster in Natur und Technik | 1. Evolutionsgesetzmäßigkeiten biologischer und technischer Systeme 2. Biologische Evolution 3. Evolutionstheorien 4. Evolutionsstrategien 5. Evolutionsbionik 6. Fallbeispiele | Rechenberg, I. (1973) Evolutionsstrategie - Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution. - Stuttgart: Frommann - Holzboog Verlag Hill, B. (1997): Innovationsquelle Natur. - Aachen: Shaker Verlag Hill, B. (2000): Gesetzmäßigkeiten der Technikevolution - Mittel zur Ausprägung von technischem Entwicklungsverständnis und technischer Gestaltungsfähigkeit - In: technica didacta, 4(2000)1, Hildesheim, Berlin: Verlag Franbecker, S. 3-26 |
Naturorientierte Innovationsstrategie | 1. Orientierungsmodelle zur Zielbestimmung und Lösungsfindung 2. Systemanalyse 3. Evolutionsstandsbestimmung 4. Analogie-, Variations- und Kombinationsmethode 5. Bewertungsmethoden 6. Gestaltungsprinzipien | Maguerre, H. (1991): Bionik - Von der Natur lernen. - Berlin, München Hill, B. (1999): Naturorientierte Lösungsfindung - Entwickeln und Konstruieren nach biologischen Vorbildern. - Renningen-Malmsheim: Expert Verlag |
Naturorientiertes Lernen | 1. Definition: Naturorientiertes Lernen 2. Naturbezogene Pädagogik 3. Prinzipien naturorientierten Lernens 4. Niveaustufen naturorientierten Lernens 5. Strategie des naturorientierten Lernens 6. Bionischer Denk- und Handlungsprozeß 7. Fallbeispiele und Projekte | Nachtigall, W. (2001) Natur macht erfinderisch. - Ravensburger Buchverlag Arn, W. (1990) Phänomene zwischen Natur und Technik. - Erleben, Experimentieren, Werken, Forschen. - Zürisch Wiesbaden: Quelle und Meyer Verlag Hill, B. (1996): Naturoientiertes Lernen - Eine Einführung in die Bionik für Lehrer. - Aachen: Shaker Verlag Hill, B. (2002): Frag' die Natur - Eine Einführung in Naturorientiertes Lernen. - Hildesheim, Berlin: Verlag Franzbecker |
Naturvorbilder für das Fliegen | 1. Aerodynamik 2. Vogelflug, Insektenflug, Samenflug 3. Vom Vogel zum Flugzeug 4. Lilienthal's Denk- und Arbeitsstil 5. Polardiagramme | Nitsch, St. (1991): Vom Sprung zum Flug - Der Flugtechniker Otto Lilienthal. - Berlin/Brandenburg: Bandenburgisches Verlagshaus Schwipps, W. (1988): Der Mensch fliegt. - Koblenz: Bernhard&Graefe Verlag Hertel, M. (1963): Struktur - Form - Bewegung. - Mainz: Krausskopf Verlag Nachtigall, W. (2000): Biomechanik. - Braunschweig, Wiesbaden: Verlag Vieweg Heepmann, B. (1996): Flug und Fliegen - Vom Ballon zum Airbus. - Berlin: Cornelsen Verlag |
Leichtbauprinzipien der Natur | 1. Minimum-Maximum Prinzip 2. Spannungs-Dehnungs-Diagramm 3. Belastungsfälle 4. Pflanzenstatik 5. Neutrale Faser, Spannungs-Dehnungs-Diagramm 6. Leichtbauprofile 7. E-Modul 8. Einseitig eingespannte Träger | Nachtigall, W. (2000): Biomechanik. - Braunschweig, Wiesbaden: Verlag Vieweg Nachtigall, W. (1997): Vorbild Natur. - Berlin u. a.: Springer Verlag |
Selbstreinigende Oberflächen | 1. Lotus-Effekt, Oberflächenstrukturen von Pflanzen und Tieren 2. Benetzbarkeit von Oberflächen 3. Adhäsion und Selbstreinigung 4. Young'sche Gleichung 5. Rand- und Kontaktwinkel 6. Grenzflächenspannung 7. Technische Anwendungen | Nienhuis, C./Barthlott, W. (1998): Lotusblumen und Autolacke - Ultrastruktur pflanzlicher Grenzflächen und biomimetrische unverschmutzbare Werkstoffe. - In: Biona-report 12, Stuttgart u. a.: Gustav-Fischer Verlag Barthlott, W./Nienhuis, C. (1997): Purity of scared lotus or escape from contamination in biological surfaces. - Planta 202, S. 1-8 |
Der Flossenantrieb | 1. Fortbewegen durch Schwimmen 2. Hydrodynamik 3. Wirkungsgrade von Schrauben- und Flossenantrieben 4. Fortbewegungsarten von Fischen 5. Technische Flossenantriebe 6. Bewegungsübertragung und -umformung durch zentrische und exzentrische Kurbelgetriebe | Nachtigall, W.: (2000): Biomechanik. - Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg Verlag Hertel, M. (1963): Struktur - Form - Bewegung. - Mainz: Krausskopf Verlag |
Wärmedämmung nach Eisbärart | 1. Absorption und Reflexion 2. Wärmelehre 3. Lichtleiteffekt 4. Solarer Wärmegewinn 5. Transparente Wärmedämmung 6. Opake Wärmedämmung | Bossert, U. (1998): Modellexperimente zum Wärmehaushalt der Säugetiere. - In: Biologie in der Schule 47(1998)5, S. 268-271 o. A. (1998) Transparentes Wärmedämm-Verbundsystem: sto Therm Solar. - In Baumeister / Zeischrift für Architektur, Heft 7, Sonderdruck |
Verpackungen der Natur abgeschaut | 1. Verpackungen in Natur und Technik 2. Verpackung und Lebensraum 3. Verpackungsbionik 4. Verpackungsprinzipien 5. Verpackung und Packgut 6. Einflüsse auf Verpackungen | Küppers, U./Tributsch, H. (2002): Verpacktes Leben - Verpackte Technik. - Weinheim: Wiley - VCH Verlag |
Ausgewählte Kopplungsprinzipien und ihre technische Übertragung | 1. Form- Kraft- und Stoffschluß 2. Variationsoperatoren und -merkmale | Nachtigall, W. (1986): Konstruktionen - Biologie und Technik. - Düsseldorf: VDI Verlag |
