Begleitinformationen drucken
Evolution und Optimierung / Evolution and Optimization
Didaktische Hinweise
Die Produktion „Evolution und Optimierung“ ist insbesondere für den Einsatz in der Mittelstufe (schwerpunktmäßig Jahrgangsstufen 7 bis 10) konzipiert. Mithilfe des differenzierten Grafikmaterials (z. B. Vergleich unterschiedlicher Evolutionstheorien) kann sie aber auch in der Oberstufe gut zur Wiederholung und Vertiefung der Thematik eingesetzt werden. Die didaktische Produktion ist vornehmlich für den Biologieunterricht geeignet, um ausgehend von der Behandlung der Evolutionstheorie die Perspektive auf deren Nutzbarmachung für technische Optimierungsprozesse zu weiten. Da im inhaltlichen Fokus der „Brückenschlag“ zwischen Biologie und Technik steht, eignet sich die Produktion ebenfalls gut für alle integrierten naturwissenschaftlichen Fächerverbünde bzw. für einen fächerübergreifenden Unterrichtseinsatz oder projektorientierte Unterrichtsvorhaben.
Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Schwerpunkte eingesetzt werden:
- Variation (natürliche Vielfalt) und Selektion (natürliche Auslese)
- Evolutionstheorie nach Darwin
- Vergleich verschiedener Evolutionstheorien (Lamarck, Darwin, synthetische Evolutionstheorie)
- Bionik
- Evolutionsstrategien als Optimierungsprozesse von Technologien
- Geschachtelte Evolutionsstrategie
Adressaten
Allgemeinbildende Schule (7 – 12)
Vorkenntnisse
Je nach Schwerpunktsetzung des Einsatzes der Produktion ist es hilfreich, wenn die Schülerinnen und Schüler bereits in Grundzügen mit der Evolutionstheorie Charles Darwins vertraut sind.
Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards
Bei der aktiven Auseinandersetzung mit den auf diesem Medium enthaltenen Materialien erwerben die Schülerinnen und Schüler Kompetenzen, die sich in folgender Weise den in den KMK-Bildungsstandards formulierten Kompetenzbereichen zuordnen lassen:
Kompetenzbereich Fachwissen
Die Schülerinnen und Schüler
- stellen strukturelle bzw. funktionelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Organismen dar,
- beschreiben und erklären die Angepasstheit ausgewählter Organismen an ihre Umwelt,
- beschreiben und erklären Ursachen der Evolution an ausgewählten Lebewesen,
- erklären die Variabilität von Lebewesen,
- vergleichen Entwicklungsprozesse in der Technik mit denen in der natürlichen Evolution,
- erläutern den Begriff Bionik anhand konkreter Beispiele,
- stellen Erfolge der Anwendung evolutionsbiologischer Prinzipien auf die Optimierung technischer Produkte dar,
- verbessern ihre englischen Sprachkenntnisse und ihre fachspezifische Kommunikationsfähigkeit.
Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler
- planen einzelne Schritte einfacher Experimente,
- wenden Schritte aus dem naturwissenschaftlichen Weg der Erkenntnisgewinnung auf konkrete Beispiele an,
- differenzieren Typen von Variablen im Rahmen experimenteller Versuchsansätze,
- identifizieren und verbessern konzeptionelle Fehler in experimentellen Versuchsplanungen,
- analysieren Wechselwirkungen mithilfe von Modellen.
Kompetenzbereich Beurteilung/Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler
- beschreiben und beurteilen Erkenntnisse und Methoden der Bionik als aktuelles und interdisziplinäres Forschungsfeld im Rahmen der Biowissenschaften,
- erörtern Handlungsoptionen einer umwelt- und naturverträglichen Teilhabe im Sinne der Nachhaltigkeit,
- bewerten Versuchsansätze auf ihre Angemessenheit,
- nehmen begründet zu Vorstellungen anderer Schülerinnen und Schüler Stellung,
- wenden biologische Konzepte (Evolutionstheorie, Variabilität, Selektion) kritisch in außerfachlichen Kontexten (Entwicklung technischer Produkte) an.
Kompetenzbereich Kommunikation/Methodenkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- kommunizieren und argumentieren in variablen Sozialformen,
- stellen Ergebnisse und Methoden naturwissenschaftlicher Untersuchungen dar und argumentieren damit,
- werten Informationen zu naturwissenschaftlich-technischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen und Darstellungsformen zielgerichtet aus und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht,
- beschreiben und erklären den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen Texten und von Bildern in strukturierter sprachlicher Darstellung,
- wechseln Darstellungsformen zur Repräsentation von Informationen,
- stellen komplexe Sachverhalte verständlich in eigenen Worten und mithilfe der Fachsprache dar,
- erwerben verstärkt englische Sprachkenntnisse und verbessern durch fachspezifische Terminologie ihre Kommunikationsfähigkeit.
Einsatzmöglichkeiten und Inhalt
Der Film „Darwin auf dem Berg“ bietet die Möglichkeit, die im Rahmen des Biologieunterrichts der Mittelstufe von den Schülerinnen und Schülern entwickelte Vorstellung von der biologischen Evolution der Lebewesen auf den Bereich der technischen Produktentwicklung zu transferieren. Diese enge Verknüpfung von technischer Anwendung und klassisch-biologischer Theoriebildung birgt ein hohes Potenzial, um naturwissenschaftliche Interessen zu wecken sowie die Möglichkeit, konzeptuelles Theoriewissen auf neue, bisher ungewohnte Kontexte zu übertragen.
Ein inhaltlicher Schwerpunkt im Unterricht sollte dabei insbesondere darin liegen, die Übereinstimmungen und Abweichungen der Evolutionsstrategie und der ihr zugrunde liegenden biologischen Evolutionstheorie Charles Darwins in den Fokus zu stellen.
Dabei bietet es sich an, insbesondere den zufälligen, nicht-zielgerichteten Charakter von Evolutionsprozessen und den Zusammenhang von „Zufall“ und „Notwendigkeit“ immer wieder zu betonen. In jedem Fall ist es im Zuge dessen wichtig, die Lernenden so oft als möglich auch zu einer kritischen Reflexion ihrer Vorstellungen über den Charakter von Evolutionsprozessen herauszufordern (vgl. z. B. Arbeitsblatt 4). Erst durch die aktive Auseinandersetzung mit möglichen Fehlvorstellungen ist eine nachhaltige kognitive Umstrukturierung hin zu fachlich angemessenen Konzepten möglich.
Sowohl im Rahmen der inhaltlichen Thematisierung der biologischen Evolutionsfaktoren als auch bei der Reflexion deren Übertragung auf die Anwendung „Evolutionsstrategie“, steht das biologische Basiskonzept Variabilität und Angepasstheit im Mittelpunkt und sollte im Unterricht entsprechend herausgestellt werden. Ebenso sind Bezüge zu den Basiskonzepten Entwicklung bzw. Geschichte und Verwandtschaft möglich und sinnvoll.
Unterrichtsmethodisch ist es dabei empfehlenswert, den Film im Ganzen als Abschluss zu einer Unterrichtseinheit „Evolution“ im Rahmen des Biologieunterrichts der Mittelstufe einzusetzen, um so den Fokus auf die Perspektive der technischen Übertragung zu lenken. Die verschiedenen Abschnitte des Films sind jedoch auch einzeln, z. B. zur Verdeutlichung ausgewählter Aspekte der Evolutionstheorie, einsetzbar.
Film (deutsch)
„Darwin auf dem Berg – Evolution und Optimierung“ – Film (10 min)
Seit Jahrmillionen formt die Evolution das Leben auf unserem Planeten: Formen, Strukturen und Fähigkeiten wurden entwickelt und in einem stetigen Prozess weiterentwickelt und verändert, um sich den Herausforderungen des Lebens zielgenau anzupassen. Vor rund 150 Jahren hat ein Mann die Prinzipien der Evolution erkannt und sie benannt: Charles Darwin. Seine Grundsätze zur Variation (natürliche Vielfalt) und Selektion (natürliche Auslese) werden den Schülerinnen und Schülern kurz und prägnant vermittelt.
Wie lassen sich aber diese Prinzipien der natürlichen Vielfalt und der natürlichen Anpassungsstrategien, zur Verbesserung von Technologien verwenden? Der Film zeigt: Wir Menschen nehmen uns die „Ideen" der Natur in vielen technischen Bereichen zum Vorbild. Dieses Zusammenspiel von Biologie und Technik bringt oft spannende und zukunftsweisende Neuerungen hervor. Manche Flugzeuge zum Beispiel fliegen nach dem Vorbild der Storchenflügel. Der animierte Film gibt Einblicke in die faszinierende Welt der Bionik und eröffnet den Schülerinnen und Schülern ein Bewusstsein für einen Wissenschaftszweig, der für zukunftsweisende und naturverträgliche Technologien steht. Durch einen stetigen Bezug auf die natürliche Evolution wird den Lernenden der Zugang zum Thema erleichtert.
Begleitend zum Film können fünf Arbeitsblätter zur Ergänzung, Vertiefung und nachhaltigen Festigung der Lerninhalte verwendet werden. Bei Ihnen steht neben der reinen Vermittlung und Konsolidierung von Fachwissen insbesondere auch die Förderung naturwissenschaftlicher Kompetenzen aus weiteren Kompetenzbereichen (v. a. Erkenntnisgewinnung und Kommunikation) im Vordergrund:
Arbeitsblatt 1: Variation und Selektion – Prinzipien der natürlichen Evolution
Arbeitsblatt 2: Evolution und Optimierung
Arbeitsblatt 3: Bionik – Was ist das?
Arbeitsblatt 4: Evolutionsstrategie – Optimieren in der Technik nach dem Vorbild der natürlichen Evolution
Arbeitsblatt 5: Anwendung der Evolutionsstrategie
Sequenzen (deutsch)
Variation und Selektion (Filmsequenz 1:50 min)
Die Bezeichnungen natürliche Vielfalt und natürliche Selektion wurde von Charles Darwin geprägt. Als Aspekte seiner Evolutionstheorie wurden sie als wesentliche Teile in die moderne Evolutionstheorie übernommen. Die Filmsequenz stellt anschaulich dar, wie Variation in der Natur zustande kommt und was sich hinter dem Begriff natürliche Selektion verbirgt.
Begleitend kann das folgende Arbeitsblatt eingesetzt werden. Mit diesem Arbeitsblatt können die Begriffe Variation und Selektion als wichtige Komponenten der Evolutionstheorie Darwins vertieft werden. Anhand der Aufgaben 2 und 3 ist insbesondere eine Fokussierung auf das Basiskonzept „Variabilität und Angepasstheit“ möglich.
Arbeitsblatt 1: Variation und Selektion – Prinzipien der natürlichen Evolution
Künstliche Evolution in der Forschung (Filmsequenz 2:10 min)
Wie kann man die Prinzipien der Evolution zur Entwicklung und Verbesserung von Technologien verwenden? Die Schülerinnen und Schüler lernen in dieser Filmsequenz den Wissenschaftsbereich der Bionik kennen. Sie erfahren, wie Ingenieure bei ihrer Arbeit vorgehen, um ganz unterschiedliche Technologien zu entwickeln und zu optimieren. Als Beispiel dient das Winkelplatten-Experiment von Prof. Dr. Ingo Rechenberg aus dem Jahr 1964 – ein Schlüsselexperiment in der Geschichte der Bionik. Es zeigt, dass allein durch das Wechselspiel von zufälligen Variationen und der Auslese der am besten angepassten Form ein robustes Optimierungsverfahren entstehen kann.
Zur Vertiefung und Festigung der Inhalte können die nachfolgenden Arbeitsblätter verwendet werden. Das Arbeitsblatt „Evolution und Optimierung“ fordert die Lernenden auf, sich mit der Gegenüberstellung von Optimierungsprozessen in der Technik und dem Herausbilden von Angepasstheiten im Rahmen von Evolutionsprozessen auseinanderzusetzen. Das Reflektieren von drei unterschiedlichen Schülermeinungen, die in einem Concept Cartoon dargestellt werden, soll dazu führen, die eigenen bisher herausgebildeten Vorstellungen selbst kritisch zu hinterfragen. Das Arbeitsblatt „Bionik – Was ist das?“ thematisiert den Begriff Bionik ganz allgemein. Es kann am besten nach Abschluss des gesamten Films zur Sicherung eingesetzt werden, u. U. auch schon in der Unterstufe (6. Jahrgangsstufe), wenn alleine der Aspekt herausgestellt werden soll, dass sich der Mensch bei vielen technischen Entwicklungen bestehende Struktur-Funktions-Zusammenhänge aus der Natur zum Vorbild nimmt.
Der Einsatz des Arbeitsblattes „Evolutionsstrategie“ kann am besten im Rahmen einer methodischen Reflexion von Evolutionsstrategien als Optimierungsverfahren im Allgemeinen und des klassischen Experiments Rechenbergs im Speziellen geschehen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten dabei Gelegenheit, Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung weiterzuentwickeln, indem Sie zu einem Versuch die zugrunde liegende Fragestellung formulieren und den systematischen Umgang mit Variablen reflektieren – beides sind Aspekte, die Schülerinnen und Schülern oft Probleme bereiten und die deshalb entsprechend geübt werden sollten. Zudem bezieht Aufgabe 3 auch den Kompetenzbereich Kommunikation mit ein, indem sie verlangt, Informationen aus einer künstlerisch-bildlichen Darstellungsform in eine textliche Darstellungsweise zu übertragen. Dazu ist eine Kombination verschiedener Wissenselemente über die Inhalte des Films notwendig.
Arbeitsblatt 2: Evolution und Optimierung
Arbeitsblatt 3: Bionik – Was ist das?
Arbeitsblatt 4: Evolutionsstrategie – Optimieren in der Technik nach dem Vorbild der natürlichen Evolution
Die geschachtelte Evolutionsstrategie (Filmsequenz 2:00 min)
Als Evolutionsstrategie wird die Umsetzung biologischer Prinzipien zur Lösung technischer Probleme bezeichnet. Ziel ist es, biologische Phänomene mathematisch zu modellieren und die Evolutionstheorie als mathematisches Optimierungsproblem auszuformulieren. Prof. Dr. Ingo Rechenberg entwickelte im Laufe seiner Forschungskarriere eine Evolutions-Algebra, die eine umfangreiche Evolution simuliert. Mit dieser „geschachtelten Evolutionsstrategie“ können sehr vielschichtige Optimierungen durchgeführt werden. Sei es bei Brücken, Flugzeugen oder gar bei der Komposition von Kaffeemischungen.
Das komplexe Thema wird den Lernenden mithilfe eines Vergleichs nähergebracht. So kann man sich einen Optimierungsprozess wie eine Bergbesteigung im Nebel vorstellen: Auch hier kommt es auf die Schrittlänge an, um den Berggipfel unter nahezu optimalen Bedingungen zu erreichen.
Mithilfe der nachfolgenden Arbeitsblätter kann eine vertiefenden Auseinandersetzung mit dem Thema Evolutionsstrategien erfolgen. Das Arbeitsblatt „Anwendung der Evolutionsstrategie“ kann zur Zusammenfassung und Vertiefung der Behandlung der Evolutionsstrategie als Optimierungsverfahren genutzt werden. Anhand eines einfachen, aber dadurch für die Schülerinnen und Schüler greifbaren Versuchs werden die Herausforderungen für einen Optimierer und die Möglichkeiten der Realisierung einer Evolutionsstrategie thematisiert. Außerdem werden Evolutionsstrategien in der Technik und das Vorbild der biologischen Evolution noch einmal vergleichend gegenübergestellt und Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz der Evolutionsstrategien wiederholt.
Arbeitsblatt 4: Evolutionsstrategie – Optimieren in der Technik nach dem Vorbild der natürlichen Evolution
Arbeitsblatt 5: Anwendung der Evolutionsstrategie
Vorbild Storchenflügel (Filmsequenz 1:50 min)
Die Optimierung von Flugzeugtragflächen ist eines der vielen Beispiele für die Übertragung von Evolutionsstrategien auf technische Anwendungen. Um die Gefahr von im Flug entstehenden Luftwirbeln zu minimieren, werden an den Enden der Tragflächen sogenannte Winglets angebracht. Diese orientieren sich am Vorbild des Storchenflügels, dessen Enden sich durch den Flugwind spreizen, wodurch viel Energie eingespart wird. Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie technische Ideen nach Vorbildern der Natur entstehen und wie am Beispiel der Winglets Technologien durch evolutionsstrategische Optimierungsprozesse Stück für Stück verbessert und weiterentwickelt werden können.
Nachfolgende Arbeitsblätter können zur Ergänzung, Vertiefung und nachhaltigen Festigung der Lerninhalte verwendet werden. Das Arbeitsblatt „Anwendung der Evolutionsstrategie“ kann zur Zusammenfassung und Vertiefung der Behandlung der Evolutionsstrategie als Optimierungsverfahren genutzt werden. Anhand eines einfachen, aber dadurch für die Schülerinnen und Schüler greifbaren Versuchs werden die Herausforderungen für einen Optimierer und die Möglichkeiten der Realisierung einer Evolutionsstrategie thematisiert. Außerdem werden Evolutionsstrategien in der Technik und das Vorbild der biologischen Evolution noch einmal vergleichend gegenübergestellt und Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz der Evolutionsstrategien wiederholt.
Arbeitsblatt 3: Bionik – Was ist das?
Arbeitsblatt 4: Evolutionsstrategie – Optimieren in der Technik nach dem Vorbild der natürlichen Evolution
Arbeitsblatt 5: Anwendung der Evolutionsstrategie
Film (englisch)
„Darwin on the Mountain – Evolution and Optimization“ – film (10 min)
Hier startet der Film „Darwin auf dem Berg – Evolution und Optimierung“ in englischer Sprache. Er ist im bilingualen Unterricht Biologie/Englisch sowie im Fremdsprachen-Unterricht einsetzbar. Begleitend zum Film können folgende Worksheets zur Aufarbeitung, zur Vertiefung, zur Festigung der Lerninhalte oder zum Einüben von sprachlichen Fertigkeiten verwendet werden:
Worksheet 1: Genetic Variation and Natural Selection – Principles of Natural Evolution
Worksheet 2: Evolution and Optimization
Worksheet 3: What is Bionics?
Worksheet 4: Evolutionary Strategy – Optimization of Technology based on Ideas of Adaption and Evolution
Worksheet 5: Applications of the Evolutionary Strategy
Sequences (englisch)
Alle Filmsequenzen und Arbeitsblätter liegen auch in englischer Sprache vor. Sie können im bilingualen Unterricht Biologie/Englisch sowie im Fremdsprachen-Unterricht eingesetzt werden.
Variation and Selection (sequence 1:50 min)
Der Inhalt entspricht der deutschsprachigen Filmsequenz „Evolution und Optimierung“.
Worksheet 1: Genetic Variation and Natural Selection – Principles of Natural Evolution
Artificial Evolution in Scientific Research (sequence 2:10 min)
Der Inhalt entspricht der deutschsprachigen Filmsequenz „Künstliche Evolution in der Forschung“.
Worksheet 2: Evolution and Optimization
Worksheet 3: What is Bionics?
Worksheet 4: Evolutionary Strategy – Optimization of Technology based on Ideas of Adaption and Evolution
The Nested Strategy Research (sequence 2:00 min)
Der Inhalt entspricht der deutschsprachigen Filmsequenz „Die geschachtelte Evolutionsstrategie“.
Worksheet 4: Evolutionary Strategy – Optimization of Technology based on Ideas of Adaption and Evolution
Worksheet 5: Applications of the Evolutionary Strategy
Learning from the Stork (sequence 1:50 min)
Der Inhalt entspricht der deutschsprachigen Filmsequenz „Vorbild Storchenflügel“.
Worksheet 3: What is Bionics?
Worksheet 4: Evolutionary Strategy – Optimization of Technology based on Ideas of Adaption and Evolution
Worksheet 5: Applications of the Evolutionary Strategy
Bilder / Grafiken
Homologie – Mensch und Pferd (Grafik)
Die Grafik zeigt einen Vergleich des Skeletts von Mensch und Pferd. Farblich hervorgehoben sind die homologen Strukturen, welche eine grundsätzliche Übereinstimmung zwischen Mensch und Pferd darstellen. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Begriff Homologie verstehen und lernen, dass sich homologe Merkmale von gemeinsamen Vorfahren ableiten.
Die Beschriftung der Skelettstrukturen kann ein- und ausgeblendet werden. Die Grafik eignet sich auch gut für einen Einsatz am interaktiven Whiteboard. Zum Verständnis des Begriffs Homologie steht außerdem eine Interaktion bereit, in der die übereinstimmenden Skelettstrukturen vom Menschen und weiteren Tierskeletten farblich markiert werden sollen.
Interaktion 1: Homologie der Wirbeltierskelette
Analogie – Maulwurf und Maulwurfsgrille (Bild)
Die Graborgane einer Maulwurfsgrille und eines Maulwurfs werden hier gegenübergestellt. Obwohl sich die Grabwerkzeuge in ihrem Aussehen und auch in ihrer Funktion sehr ähneln (Analogie), sind die Tiere nur entfernt miteinander verwandt. Sie haben sich im Laufe der Evolution jedoch an ähnliche Umweltbedingungen angepasst und so analoge Strukturen ausgebildet. Durch die Lehrkraft sollte in diesem Zusammenhang eine Abgrenzung zum Begriff Homologie erfolgen. Auch wenn auf den ersten Blick meist nicht zu erkennen ist, ob zwei Strukturen unterschiedlicher Arten homolog oder analog sind, lassen sich bei genauerer Betrachtung oftmals deutlich sichtbare Unterschiede herausarbeiten (z. B. Graborgan der Maulwurfsgrille aus Chitin und Hand des Mauswurfs aus knöchernem Innenskelett).
Evolutionstheorien: Jean-Baptiste de Lamarck (Text)
Der Zoologe und Botaniker Jean-Baptiste de Lamarck beschrieb zu Beginn des 19: Jahrhunderts den Evolutionsprozess als eine Umwandlung der Arten aufgrund der Veränderung ihrer Lebensbedingungen und ihrer „inneren“ Bedürfnisse. Für die Vererbung erworbener Eigenschaften konnte man bis heute allerdings keine wissenschaftlichen Belege finden. Für die Erklärung des Evolutionsprozesses hat der lamarckistische Ansatz heute daher keine Bedeutung mehr. Für die weitere Entwicklung der Evolutionstheorie war Lamarck jedoch zu seiner Zeit sehr bedeutsam: Als erster Forscher stellte er eine umfassende Theorie zur Entstehung der Artenvielfalt und der Angepasstheit der Lebewesen vor. Die Texttafel gibt einen Überblick über die grundsätzlichen Aussagen der Evolutionstheorie Lamarcks.
Evolutionstheorien: Charles Darwin (Text)
Charles Darwin (1809-1882) ist wohl eine der bedeutendsten Persönlichkeiten in der Geschichte der Evolutionstheorie. Auf einer fünfjährigen weltweiten Forschungsreise gelangte er zur einer Theorie der Abstammung durch natürlich Auslese, die er 1859 veröffentlichte. In seinem Werk stellt Darwin zum einen die Abstammung von Lebewesen von früheren Formen dar und begründet so die Vielfalt der Arten. Die Ursachen dieser Evolution erklärt er durch die Prozesse der natürlichen Auslese. Viele Aspekte der Evolutionstheorie Darwins wurden auch in die moderne Evolutionstheorie übernommen. Seine These „Survival of the fittest“ hat auch heute noch Bestand. In einer kurzen Übersicht werden die drei wichtigsten Aussagen seiner Theorie dargelegt.
Evolutionstheorien: Lamarck und Darwin im Vergleich (Grafik)
Der wohl bekannteste Vergleich zwischen Lamarcks und Darwins Evolutionstheorien ist das Beispiel der Entwicklungsgeschichte von Giraffenhälsen. Die Grafik zeigt, wie sich der Hals von Giraffen laut der beiden Evolutionstheorien im Laufe von Generationen von „kurz“ nach „lang“ entwickelt haben müsste. Eine Tatsache, zwei Theorien – die beiden Evolutionstheorien können mit den Schülerinnen und Schülern im direkten Vergleich erarbeitet werden. Es ist sinnvoll diese Grafik in Kombination mit den beiden Texttafeln zu Lamarck und Darwin einzusetzen.
Evolutionstheorien: Die synthetische Evolutionstheorie (Text)
Neue wissenschaftliche Erkenntnisse und die immer präziser werdenden Forschungsmethoden führten im Laufe der Zeit dazu, dass die Evolutionstheorie Charles Darwins weiterentwickelt und ergänzt wurde. Auf diese Weise entstand die heute gültige synthetische Evolutionstheorie, die die Erkenntnisse Darwins mit neuesten Wissensständen aus der Genetik, der Ökologie, der Paläontologie und der Systematik ergänzt. In einer Übersicht sind in dieser Texttafel die wichtigsten Grundaussagen der synthetischen Evolutionstheorie zusammengefasst.
Leonardo Da Vinci – Der erste Bioniker (Text)
Ideen aus der Natur zu sammeln und sie auf eigene technische Entwürfe zu übertragen – das inspirierte schon seinerzeit das italienische Universalgenie Leonardo Da Vinci, wie sich in seinen zahlreichen technischen Skizzen auf beeindruckende Weise erkennen lässt. Bereits vor über 500 Jahren nutzte er die Vorbilder aus der Natur und entwarf mit diesen Erkenntnissen erste Flugapparate.
Die Texttafel kann den Schülerinnen und Schülern als Impuls dienen, sich weiter mit dem Thema Bionik zu beschäftigen und sich auf die historischen Spuren dieses Wissenschaftszweiges zu begeben.
Vorgehen in der Bionik (vereinfacht) (Grafik)
Eine übersichtliches Schema zeigt vereinfacht eine der üblichen Vorangehensweisen beim Entwickeln neuer Technologien im Wissenschaftszweig der Bionik. Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie man von einem definierten Problem zur technischen Lösung gelangen kann. Die Grafik lädt dazu ein, Ideen zu sammeln, welche technischen Entwicklungen nach dem Vorbild der Natur entstanden sind und anhand der Grafik die Vorangehensweise der Wissenschaftler durchzuspielen.
Arbeitsblatt 3: Bionik – Was ist das?
Arbeitsblatt 4: Evolutionsstrategie – Optimieren in der Technik nach dem Vorbild der natürlichen Evolution
Arbeitsblatt 5: Anwendung der Evolutionsstrategie
Interaktion
Homologie der Wirbeltierskelette
In dieser Interaktion können die Bestandteile des menschlichen Skeletts und verschiedener tierischer Skelette mit virtuellen Stiften markiert werden. In einer direkten Gegenüberstellung können die Skelette der Wirbeltiere mit dem menschlichen Skelett verglichen werden. So erkennen die Schülerinnen und Schüler auf spielerische Weise, dass die Skelette aller Wirbeltiere homologe Merkmale aufweisen, die auf gemeinsame Vorfahren zurückzuführen sind.
Zudem kann mithilfe der Interaktion die Kompetenz der Transferleistung der Lernenden gefördert werden. Die theoretische Definition von Homologie findet hier auf schülermotivierende Weise praktische Anwendung.
Produktionsangaben
Evolution und Optimierung
Produktion
FWU Institut für Film und Bild, 2014
Konzept
Svenja Weiß
Grafiken
Anika Krings
FWU
Interaktion
Christina Kokkalis
Arbeitsmaterial
Michael Germ
Julia Thielmann
Begleitinformationen
Svenja Weiß
Christina Lehni
Pädagogische Referentin im FWU
Svenja Weiß
Produktionsangaben zum Film
„Darwin auf dem Berg – Evolution und Optimierung /
Darwin on the Mountain – Evolution and Optimization“
Produktion
Michael Tewiele
Herausgabe
FWU Institut für Film und Bild, 2014
Konzeption, Illustration, Animation
Michael Tewiele
Musik
Florian Bodenschatz
Sounddesign
Anja Driemecker
Sprecherin (deutsch)
Beate Reker
Sprecher (englisch)
Dr. Jochen Werner
Übersetzung Filmkommentar
Kitty Summers
Besonderer Dank an
Prof. Dr. Ing. Ingo Rechenberg, Technsiche Universität Berlin, FG Bionik und Evolutionstechnik
Iván Santibáñez Koref, Technsiche Universität Berlin, FG Bionik und Evolutionstechnik
Dr. Jan Ole Kriegs, LWL-Museum für Naturkunde
Nur Bildstellen/Medienzentren:
öV zulässig
© 2014
FWU Institut für Film und Bild
in Wissenschaft und Unterricht
gemeinnützige GmbH
Geiselgasteig
Bavariafilmplatz 3
D-82031 Grünwald
Telefon (089) 6497-1
Telefax (089) 6497-240
E-Mail info@fwu.de
Internet www.fwu.de
Allgemeine Haftung für Internet-Links
Wir betonen ausdrücklich, dass wir keinerlei Einfluss auf die aktuelle sowie zukünftige Gestaltung und die Inhalte externer Internetseiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrücklich von den Inhalten aller externen Internetseiten, auf die wir auf unserer Produktion mit Links verweisen. Die Inhalte externer Internetseiten machen wir uns nicht zu eigen. Für illegale, fehlerhafte oder unvollständige Informationen sowie insbesondere für Schäden durch die Nutzung der gelinkten Seiten haftet ausschließlich der Anbieter der Seite, auf welche verwiesen wird, nicht derjenige, der über Links lediglich auf die jeweilige Veröffentlichung verweist. Sollten Links nicht schalten oder veraltet sein, bitten wir Sie um eine kurze Mitteilung an info@fwu.de.
Wir betonen ausdrücklich, dass wir keinerlei Einfluss auf die aktuelle sowie zukünftige Gestaltung und die Inhalte externer Internetseiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrücklich von den Inhalten aller externen Internetseiten, auf die wir auf unserer Produktion mit Links verweisen. Die Inhalte externer Internetseiten machen wir uns nicht zu eigen. Für illegale, fehlerhafte oder unvollständige Informationen sowie insbesondere für Schäden durch die Nutzung der gelinkten Seiten haftet ausschließlich der Anbieter der Seite, auf welche verwiesen wird, nicht derjenige, der über Links lediglich auf die jeweilige Veröffentlichung verweist. Sollten Links nicht schalten oder veraltet sein, bitten wir Sie um eine kurze Mitteilung an info@fwu.de.