Bionik - Experimentierset für den Schulunterricht: im Kontext fächerverbindenden Lernens

Fächerübergreifendes und fächerverbindendes Lernen rücken zunehmend in den Fokus einer neuen Lehr- und Lernkultur. Lernerfolg, Kompetenzerwerb und Mehrperspektivität im Unterricht sind daher Kernpunkte zahlreicher aktueller Untersuchungen. Gerade in Hinblick auf konstruktivistische Lernmodelle wird die Notwendigkeit der Fächervernetzung deutlich, denn sie verlangen einen schüleraktiven Unterricht, der sich an den Interessen der Schüler und nicht an Fachgrenzen orientiert. Auch im naturwissenschaftlichen Unterricht gewinnt die ganzheitliche Betrachtung natürlicher Phänomene und komplexer Probleme an Wichtigkeit. Die Lehr- und Bildungspläne der Bundesländer werden deshalb seit einigen Jahren dahingehend ausgerichtet. In Sachsen entstanden bereits seit 2005 im Rahmen der Umprofilierung an sächsischen Gymnasien neue Lehrpläne für fächerverbindenden Profilunterricht. Neben gesellschaftswissenschaftlichem, künstlerischem, sprachlichem und sportlichem Profil erhielt auch das naturwissenschaftliche Profil neu ausgerichtete Lernbereiche, die sich inhaltlich an mehrere Fachgebiete gleichzeitig anlehnen. So auch der Lernbereich 6 „Bionik“. Die Bionik beschreibt eine Arbeitsweise, die an der Schnittstelle mehrerer Disziplinen steht. Biologisch interessante Phänomene bilden dabei die Basis für neue technische Innovationen. Die Biologie wird hier jedoch nicht kopiert, sondern abstrahiert, um lediglich für die Technik sinnvolle Prinzipien zu übertragen. Zunehmend mehr interessieren Unternehmen sich für bionische Lösungen, da diese oft materialschonender, materialsparender und energieeffizienter sind oder auch weil das Label „von der Natur inspiriert“ vom Konsumenten als nachhaltig wahrgenommen wird. Im Bionikunterricht können aufgrund der interdisziplinären Ausrichtung der Bionik neben den naturwissenschaftlichen Fächern Biologie, Physik und Chemie und einer mathematischen Grundausbildung auch angewandte oder artfremde Disziplinen wie Wirtschaft, Technik und Ethik eine Rolle spielen. Ein Schwerpunkt der Zielvorstellungen der fächerverbindenden Profillehrpläne ist die Fähigkeit, wissenschaftliches Arbeiten anzuwenden – hierfür ist gerade der Aspekt des selbständigen, forschenden Lernens entscheidend. In diesem Zusammenhang merken PRENZEL et al. (2007) an, dass hochkompetente Schülerinnen und Schüler, die über häufiges Experimentieren im Unterricht oder über ausgeprägte Anwendungsbezüge und Modellierungen berichten, sich durch ein tendenziell stärkeres Interesse an den Naturwissenschaften auszeichnen. Gerade unter dem Aspekt der Nachwuchsgenerierung für naturwissenschaftliche und technische Berufsfelder und der daraus abzuleitenden Notwendigkeit, größere Anteile der hochkompetenten Jugendlichen für die Naturwissenschaften zu gewinnen, kann die Bionik als interdisziplinäre Arbeitsweise Interesse an Biologie, Technik wie auch im interdisziplinären Grenzbereich fördern – und dies bei Jungen und Mädchen, da nicht nur die Themen sehr vielgestaltig, sondern auch die integrierten Fachgebiete zahlreich sind und den unterschiedlichen Interessen entgegenkommen. Die durch den neuen sächsischen Lehrplan hervorgerufene Situation, den Schülern die Bionik im Profilunterricht mit einem Stundenumfang von 28 Unterrichtsstunden vorstellen zu können, stellte die Lehrer vor neue Probleme. Nicht nur deren begrenzte fachliche Ausrichtung und damit die Einengung des eigenen, an die Schüler vermittelbaren Wissens, sondern besonders der Mangel an geeignetem Arbeitsmaterial überforderte manchen Lehrer. Aufgrund der fachlichen Ausrichtung des Instituts für Botanik der TU Dresden auf dem Gebiet der Bionik suchten deshalb nicht nur zahlreiche Lehrer, sondern auch das Sächsische Bildungsinstitut SBI Möglichkeiten einer Kooperation mit dem Institut. Diese basierte vornehmlich auf Lehrerfortbildungen, die von TU-Mitarbeitern durchgeführt wurden, aber auch auf der Einladung von Schulklassen an das Institut, um Vorträge oder kleinere Experimente durchzuführen. Diese Bildungsarbeit und weitere intensive Nachfrage seitens der Schulen mündeten schließlich in der Überlegung, fachlich fundierte und didaktisch aufgearbeitete Experimentiermodule zu entwickeln und zu publizieren, um sie allen Schulen zur Verfügung zu stellen und nicht nur ausgewählten Schulklassen die Möglichkeit zu geben, sich experimentell mit der Bionik auseinanderzusetzen. Es entstand ein multimodales Experimentierset zum Thema Bionik, welches im Schul- und Projektunterricht erprobt, optimiert und nach der Fertigstellung 2010 im DUDEN-Schulbuchverlag veröffentlicht wurde und sieben modular verwendbare Experimentierthemen zu verschiedenen Themenbereichen der Bionik beinhaltet. Während der Erprobungs- und Optimierungsphase erfolgte eine Evaluierung der entstandenen Arbeitsmaterialien durch die Lehrpersonen und die Schüler anhand von standardisierten Fragebögen. Die Aufgabenentwicklung der sieben Experimentierthemen orientierte sich gleichzeitig an den Kompetenzbereichen der nationalen Bildungsstandards. Interviews mit den Lehrern begleiteten den Entstehungsprozess und gaben erstmals einen Überblick über auftretende Probleme mit fächerverbindendem Unterricht im Fokus der Bionik.:TEIL 1 FORSCHUNGSKONTEXT 1 Bionik im bildungspolitischen Kontext 2 Was ist Bionik? 3 Aufgabenstellung TEIL 2 ENTWICKLUNG DER ARBEITSMATERIALIEN „BIONIK“ 4 Methodik der Aufgabenentwicklung 5 Durchführung 6 Ergebnisse der Arbeitsmaterialentwicklung TEIL 3 EVALUATION DER ARBEITSMATERIALIEN UND EXPERTENINTERVIEWS 7 Methodik der Befragungen 8 Ergebnisse der Fragebögen und Interviews 9 Synthese 10 Ausblick und Handlungsempfehlungen LITERATURQUELLEN ANHAN