zum Inhalt springen
Powered by

Von der Natur lernen – der Bionik-Lehrpfad in Konstanz

Seit jeher lernt der Mensch von der Natur und versucht, ihre Problemlösungen für sich zu nutzen. In der modernen Wissenschaft nennt man die Lösung technischer Probleme mit Hilfe der Natur Bionik. Und diese Bionik findet man heute an zahlreichen Orten – auch dort, wo man sie nicht vermutet. Hier setzt das Kooperationsprojekt der Universität Konstanz mit dem städtischen Bodensee-Naturmuseum an. Gemeinsam haben Universität und Museum an drei verschiedenen Standorten zoologische wie botanische Beispiele für angewandte Bionik zu einem Bionik-Lehrpfad zusammengefasst. Um Schüler auf spielerische und interaktive Art und Weise an die Thematik heranzuführen, wurden spezielle Übungsmaterialien und Bildungsformate wie zum Beispiel ein Wissenskoffer konzipiert.

Die Idee zum Lehrpfad entstand durch die mehrmalige Betrachtung der Natur. „ Als ich bei einem Bambus in der Wachstumsperiode vor meinem Büro beobachtet hatte, dass dieser mit teilweise 10 Zentimetern am Tag wächst – eine beachtliche Wuchsleistung – kam irgendwann der Gedanke, den Bambus als bionisches Objekt zu betrachten“, so Dr. Gregor Schmitz, der Leiter des Botanischen Gartens der Universität Konstanz. Mit dem Projekt soll insbesondere der Nutzen der Natur für den Menschen verdeutlicht werden, und es sollen andere Nutzenaspekte als allein die Funktion als Nahrungsmittel aufgezeigt werden.

Erkundungstour zwischen Lotus und Geckofüßen

Eine zentrale Station des Lehrpfades zeigt den Lotuseffekt. Dieser Effekt bewirkt bei den Lotuspflanzen, dass das Regenwasser den auf der Pflanze gesammelten Schmutz aufnimmt und dieser dann mit dem Wasser abperlt. „So kann die Pflanze die Gefahr einer schädlichen Pilzinfektion auf den Blättern reduzieren, erklärt Dr. Gregor Schmitz, der die Ausstellungsstücke und begleitenden Texte gemeinsam mit Alexander Schönborn von der Universität Konstanz sowie Martina Kroth vom Bodensee-Naturmuseum konzipiert und gestaltet hat. Dieser Lotuseffekt wird heute technisch bei Oberflächenversiegelungen genutzt: „So können Oberflächen selbstreinigend sein – aus technischer und wirtschaftlicher Sicht werden solche Oberflächen immer bedeutender“, betont Schmitz.

Auf spielerische Art und Weise erklärt der Bionik-Lehrpfad der Uni Konstanz das Funktionsprinzip der Klette © BioLAGO

Auch Kletten sind Pflanzen, von der sich der Mensch wichtige Lösungen für technische Probleme abgeschaut hat – ein klassisches Beispiel für die Abstraktionsbionik. In diesem Teilgebiet der Bionikforschung werden interessante Aspekte in der Natur aufgedeckt und dann für die Entwicklung neuer technischer Lösungen angewandt. „Im Fall der Kletten wurde ihr Prinzip der Klettverbreitung für die Entwicklung des heute überall eingesetzten Klettverschlusses genutzt“, berichtet Dr. Gregor Schmitz.

Ein anderer Teil der Ausstellung widmet sich dem Gecko, insbesondere seinen Füßen. Der Gecko ist das größte Tier, das kopfüber und auch auf sehr glatten Oberflächen an der Decke hängen kann. Dies verdankt er seinen spezialisierten Füßen. Jeder Fuß hat ca. eine Milliarde sehr feiner Härchen, die sogenannten Spatulae. Durch diese Härchen auf der Fußsohle ist der Gecko dazu in der Lage, einen sehr engen Kontakt mit dem Untergrund herzustellen. „Zurzeit wird versucht, dieses Prinzip auf Klebestreifen zu übertragen, die ohne Rückstände abzieh- sowie wiederverwendbar sein sollen“, sagt der Leiter des Botanischen Gartens an der Universität Konstanz.

Interaktives Konzept: Knifflige Aufgaben und Übungsblätter

Hinter dem Konzept des Lehrpfades steht jedoch nicht nur die Absicht, Jung und Alt einen Einblick in die Welt der Bionik zu bieten. Vielmehr haben die Initiatoren vor Ort interaktive Übungsmaterialien erarbeitet, die bei Besuch des Lehrpfades durch Schüler und Lehrer auf spielerische Art und Weise gelöst werden. „Die Übungsblätter richten sich vor allem an unsere Hauptzielgruppe, nämlich an Klassen von der Grundschule bis zur Mittelstufe, deren Unterricht in den Fächern Heimat- und Sachkunde bzw. Biologie sich mit dem Thema Bionik auseinandersetzt“, so Dr. Gregor Schmitz. „Mit den Übungsmaterialien, die von unserer Website heruntergeladen werden können, haben die Schüler dann die Möglichkeit, interaktiv erste eigene Erfahrungen mit der Bionik zu machen.“

Ein Beispiel gefällig?

Hierzu gehören unter anderem Arbeitsblätter, die zu jeder Station begleitend und individuell entworfen wurden. So können sich die Schüler zum Beispiel den Lotuseffekt selbst erarbeiten. Dazu müssen insgesamt neun Aufgaben gelöst werden, in denen schrittweise an die Funktionsweise der Lotuspflanze herangeführt wird.

Die Schüler beginnen mit einer genauen vergleichenden Beobachtung des Verhaltens von Wasser und anderen Flüssigkeiten auf Lotusblättern im botanischen Garten. So wird interaktiv die praktische Bedeutung der Begriffe hydrophob und hydrophil erlernt: Heißes Wachs wird auf Papier getropft und erkaltet dann. Mittels Sprühflasche wird das gesamte Papier mit Wasser benetzt und die jeweiligen Beobachtungen werden auf den Arbeitsblättern notiert. Anschließend lernen die Schüler die Unterschiede zwischen Adhäsions- und Kohäsionskräften kennen, die neben der wachsartigen Blattoberfläche die entscheidende Rolle bei der Funktionsweise des Lotuseffekts spielen.

Zur allgemeinen Demonstration soll Wasser aus einem Eimer in den anderen befördert werden, ohne dass diese ihren Platz verlassen oder gekippt werden dürfen. Dabei steht der Eimer mit Wasser höher als der leere Eimer. Als einziges Werkzeug steht ein Wasserschlauch zur Verfügung. Damit der Versuch gelingt, muss der Wasserschlauch komplett mit Wasser gefüllt und dann in den leeren Eimer gehalten werden. “Dank Höhenunterschied und Kohäsionskräften fließt das Wasser quasi bergauf und fällt dann in den leeren Eimer“, erklärt Schmitz. Als Abschluss wird die Bedeutung des Selbstreinigungseffektes für Anwendungen in Alltag und Technik erklärt und an Beispielen wie etwa wasserabweisenden Wandfarben aufgezeigt.

Wissenskoffer als Alternative zum Frontalunterricht

Dr. Schmitz und sein Team haben darüber hinaus auch einen Bionik-Wissenskoffer konzipiert, mithilfe dessen auf halbexperimentelle Weise die im Lehrpfad vorgestellten Prinzipien verdeutlicht und im wahrsten Sinne des Wortes greifbar gemacht werden sollen. Im Koffer finden sich verschiedene Gegenstände, die die Prinzipien der im Lehrpfad vorgestellten Pflanzen und Tiere verdeutlichen sollen. „Einige der Stücke stammen aus Spielzeugläden, wie zum Beispiel das Klettballspiel, andere wurden speziell in unserer Werkstatt angefertigt, wie das Modell des Bambushalms“, so Schmitz. Mit Hilfe dieses Modells kann den Schülern der Grund für die extreme Stabilität der Bambuspflanze, nämlich die Knoten, die die Pflanze in Sektionen unterteilt, näher gebracht werden.

Durch diese halbexperimentelle Herangehensweise soll bei den Schülern Begeisterung für biologische und vor allem bionische Themen und Fragestellungen geweckt werden. „Der Lehrpfad soll es den Schülern ermöglichen, sich die verschiedenen Funktionsweisen der Beispiele selbst zu erarbeiten und damit eine interaktive Ergänzung zum Frontalunterricht der Schule anbieten“, sagt Dr. Gregor Schmitz.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/von-der-natur-lernen-der-bionik-lehrpfad-in-konstanz