Sondergebiete der Technik
Sondergebiete der Technik Sondergebiete der Technik
82 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik III (TG) 1 Bionik als Wissenschaft Jahrgangsstufe 2 Zeitrichtwert Die Schülerinnen und Schüler ordnen die Wissenschaftsdisziplin Bionik zwischen den Polen Biologie und Technik ein. Sie beschreiben die Anforderungen beim Lösen bionischer Fragestellungen mithilfe der Begriffe System und Komplexität. Sie erläutern die Reduktion von Komplexität auf ein bearbeitbares Maß mithilfe von Modellbildung und Simulation. Bionik als Disziplin – Biologie als erkenntnisorientierte Naturwissenschaft – Technik als anwendungsorientierte Ingenieurwissenschaft – Dolmetscherrolle der Bionik Systeme – Lebendige Strukturen als komplexe Systeme – Systemeigenschaften – Reduktion von Komplexität – Modellbildung – Simulation 2 Methodik der Bionik Z. B. Zelle, Organ, Organismus Z. B. Selbstorganisation Z. B. Nervenmembran, Regelkreis Vernetzung, kybernetisches Umweltplanspiel Die Schülerinnen und Schüler vertiefen die Methodik bionischen Arbeitens am Beispiel des Fliegens. Sie beschreiben die methodischen Schritte der Entwicklung von aktuellen biomechatronischen Modellen aus natürlichen Flugvorbildern. Sie vergleichen die theoretische Vorgehensweise von Leonardo da Vinci mit der experimentellen von Otto Lilienthal. Stationen bionischer Methodik – Beobachtung – Erkenntnis aus Theorie und Experiment – Abstraktion einzelner Segmente – Transfer aus der Physik – Übertragung in die Technik – Funktionsintegration zum Modell Ohne experimentelle Überprüfung Strömungslehre, Mechanik Mechatronischer Vogel Berufliches Gymnasium, dreijährige Aufbauform Schulversuch 41-6624.10/104 vom 16.08.2007 LS-FB 4 29.07.11/gi BG2-TG-SV_Sondergebiete-der-Technik_08_3661.doc 6 6
Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik III (TG) 83 3 Umsetzung bionischer Projekte Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Steuerung von Bewegungen in Biologie und Technik an zwei ausgewählten Beispielen aus der Bionik, abhängig von der Ausstattung der Schule. Sie analysieren die Arbeitsweise und den Arbeitsaufwand bei bionischen Projekten und begründen das Vorgehen bei der Umsetzung der Lösungsstrategie. Steuerung von Bewegungen – Modell oder Simulation – Kniescheibensehnenreflex – Fin-Ray-Greifer 4 Projekt Bionik Z. B. Holzmodell zu elektrischen oder pneumatischen Muskeln, Muskelspindel und Muskelkontraktion mikrocontrollergesteuert Z. B. Simulation über CAD-Programm Z. B. mehrfingriger Greifer und Ansteuerung in der Automatisierungstechnik Abhängig von der Ausstattung der Schule lösen die Schülerinnen und Schüler selbständig eine typische Aufgabenstellung aus der Bionik. Hierzu planen und realisieren sie den Bau eines Modells oder führen eine Simulation mit einer geeigneten Software durch. Sie dokumentieren und präsentieren ihre Ergebnisse. Auswahl eines der nachstehenden Themen: Bewegungsbionik Informationsbionik und -management Stoff- und Energiemanagement Schuleigenes Projekt Z. B. Laufroboter, Flugmodell, bionischer Muskel Z. B. zentrale und dezentrale Steuerung eines Laufroboters, Biosensor Z. B. Biologische Wachstumsprinzipien – Leichtbau mithilfe von Soft Skill Option (SKO) und Computer Aided Optimization (CAO) Z. B. Ökosystem – effizientes Ressourcen- Management. Berufliches Gymnasium, dreijährige Aufbauform Schulversuch 41-6624.10/104 vom 16.08.2007 LS-FB 4 29.07.11/gi BG2-TG-SV_Sondergebiete-der-Technik_08_3661.doc 12 24
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Bionik als Wissenschaft<br />
Jahrgangsstufe 2 Zeitrichtwert<br />
Die Schülerinnen und Schüler ordnen die Wissenschaftsdisziplin Bionik zwischen den Polen Biologie<br />
und <strong>Technik</strong> ein. Sie beschreiben die Anfor<strong>der</strong>ungen beim Lösen bionischer Fragestellungen<br />
mithilfe <strong>der</strong> Begriffe System und Komplexität. Sie erläutern die Reduktion von Komplexität auf ein<br />
bearbeitbares Maß mithilfe von Modellbildung und Simulation.<br />
Bionik als Disziplin<br />
– Biologie als erkenntnisorientierte<br />
Naturwissenschaft<br />
– <strong>Technik</strong> als anwendungsorientierte<br />
Ingenieurwissenschaft<br />
– Dolmetscherrolle <strong>der</strong> Bionik<br />
Systeme<br />
– Lebendige Strukturen als komplexe<br />
Systeme<br />
– Systemeigenschaften<br />
– Reduktion von Komplexität<br />
– Modellbildung<br />
– Simulation<br />
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Methodik <strong>der</strong> Bionik<br />
Z. B. Zelle, Organ, Organismus<br />
Z. B. Selbstorganisation<br />
Z. B. Nervenmembran, Regelkreis<br />
Vernetzung, kybernetisches Umweltplanspiel<br />
Die Schülerinnen und Schüler vertiefen die Methodik bionischen Arbeitens am Beispiel des<br />
Fliegens. Sie beschreiben die methodischen Schritte <strong>der</strong> Entwicklung von aktuellen biomechatronischen<br />
Modellen aus natürlichen Flugvorbil<strong>der</strong>n. Sie vergleichen die theoretische<br />
Vorgehensweise von Leonardo da Vinci mit <strong>der</strong> experimentellen von Otto Lilienthal.<br />
Stationen bionischer Methodik<br />
– Beobachtung<br />
– Erkenntnis aus Theorie und Experiment<br />
– Abstraktion einzelner Segmente<br />
– Transfer aus <strong>der</strong> Physik<br />
– Übertragung in die <strong>Technik</strong><br />
– Funktionsintegration zum Modell<br />
Ohne experimentelle Überprüfung<br />
Strömungslehre, Mechanik<br />
Mechatronischer Vogel<br />
Berufliches Gymnasium, dreijährige Aufbauform Schulversuch 41-6624.10/104 vom 16.08.2007<br />
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