Βιομιμητισμός: συσχετίζοντας τη μορφή και τη λειτουργία με εξελικτικές και οικολογικές αρχές Teach article

Η ενασχόληση με τη βιομιμητική σχεδίαση βοηθά τους μαθητές να εξερευνήσουν τις αρχές που διέπουν τη μορφή και τη λειτουργία των οργανισμών σε σχέση με την…

Εισαγωγή

Με τους μαθητές να ασχολούνται τόσο πολύ χρόνο με τους υπολογιστές, το μάθημα αυτό προσφέρει την ευκαιρία να μελετήσουν τη φύση και να γίνουν δημιουργικοί. Οι μαθητές, μέσω της σχεδίασης, θα εφαρμόσουν πολλές επιστημονικές δεξιότητες, όπως η παρατήρηση, η εξαγωγή συμπερασμάτων, η μέτρηση, ο πειραματισμός, η έρευνα, η ανάλυση δεδομένων και η διατύπωση στοιχειοθετημένων υποθέσεων καθώς και δεξιότητες μηχανικής, όπως ο σχεδιασμός και η δημιουργία πρωτοτύπων. Επίσης θα αναπτύξουν τη δημιουργικότητά και τις συνεργατικές δεξιότητες τους.

Η εξέλιξη είναι κομβικής σημασίας στα μαθήματα βιοεπιστημών. Όταν όμως αντιμετωπίζεται απομονωμένη από τα υπόλοιπα θέματα, πολλοί μαθητές δεν καταφέρνουν να αντιληφθούν το ρόλο της ως κινητήρια δύναμη. Η παρούσα δραστηριότητα διερευνά την εξέλιξη και τις σχετικές με αυτήν έννοιες της φυσικής επιλογής, της προσαρμοστικότητας και του ανταγωνισμού υπό το πρίσμα του βιομιμητισμού. Είναι επίσης ένα εξαιρετικό θέμα για την υποστήριξη εννοιών όπως «μορφή και λειτουργία» καθώς και την περιγραφή της σχέσης μεταξύ προσαρμογών και οικολογικών θέσεων, κάνοντας αναφορές στο βιομιμητισμό μέσω του σχεδιασμού.

Δραστηριότητα 1

Η δραστηριότητα εισάγει τους μαθητές στην έννοια του βιομιμητισμού με επαγωγική προσέγγιση, κατά την οποία κατασκευάζουν έναν ορισμό από παραδείγματα. Είναι προτιμητέο να μην αναφερθούν στην τάξη, οι αρχικοί ορισμοί των μαθητών, αλλά να αποτελέσει η εξαγωγή τους, προϊόν προσωπικής προσπάθειας. Η δραστηριότητα διαρκεί 10-15 λεπτά.

Materials

• Δραστηριότητα1 φύλλο εργασίας μαθητή
• Δραστηριότητα 1 φύλλο εργασίας εκπαιδευτικού

Διαδικασία

1. Μοιράζεται σε κάθε μαθητή το φύλλο εργασίας μαθητή.

2. Οι μαθητές καλούνται να παρατηρήσουν τα ζευγάρια εικόνων του φύλλου εργασίας. Κάθε ένα αποτελεί ένα παράδειγμα βιομιμητισμού.
3. Κοιτάζοντας τα ζεύγη εικόνων, καλούνται να σκεφθούν τα εξής:
   • Τί κοινό έχουν οι δύο εικόνες;
   • Πώς πιστεύετε ότι συνδέονται οι δύο εικόνες μεταξύ τους;
   • Τί ομοιότητες παρατηρείτε σχετικά με τις μορφές, τα σχήματα ή τα φυσικά χαρακτηριστικά τους;
   • Τί είναι παρόμοιο σχετικά με τις λειτουργίες τους;

4. Ο εκπαιδευτικός χρησιμοποιεί πληροφορίες από το φύλλο εργασίας εκπαιδευτικού της Δραστηριότητας 1 για να βοηθήσει τους μαθητές.
5. Τέλος ζητά από τους μαθητές να γράψουν μία ή δύο προτάσεις για να ορίσουν το βιομιμητισμό.

Δραστηριότητα 2

Η δραστηριότητα ενθαρρύνει τους μαθητές να σκεφτούν λύσεις βιομιμητισμού με έναυσμα κάρτες ενεργειών. Οι κάρτες ενεργειών περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά όπως κίνηση, αποβολή άχρηστων ουσιών, καθαρισμό, φιλτράρισμα, προσκόλληση (δείτε παράδειγμα παρακάτω), επικοινωνία, αποθήκευση άνθρακα και ροή νερού. Η δραστηριότητα απαιτεί 15–30 λεπτά.

Υλικά

• Πηγές για μαθητές Δραστηριότητας 2: οι διαφάνειες μπορούν να τυπωθούν ως φύλλο εργασίας (δύο διαφάνειες ανά σελίδα ή μία διαφάνεια σε κάθε σελίδα μπρος-πίσω) ή να μοιραστούν ηλεκτρονικά.
• Ηλεκτρονικοί υπολογιστές ή tablet με σύνδεση στο διαδίκτυο για την αναζήτηση πληροφοριών

Διαδικασία

1. Ανατίθεται σε κάθε ζευγάρι ή μια μικρή ομάδα μαθητών, μία ή δύο κάρτες ενεργειών τις οποίες θα χρησιμοποιήσουν στα επόμενα βήματα.

2. Οι μαθητές μελετούν τις κάρτες για να κατανοήσουν τη δράση και το παράδειγμα που παρουσιάζεται κάθε φορά.
3. Οι μαθητές σκέφτονται τρόπους με τους οποίους η φύση λύνει το πρόβλημα στις κάρτες ενεργειών που μελέτησαν.
4. Σε ζευγάρια ή ομάδες, ερευνούν και αναζητούν έναν άλλο οργανισμό που εκτελεί αυτή την ενέργεια.
5. Οι μαθητές παρουσιάζουν στην τάξη τα ακόλουθα:
   1. Περιγραφή της ενέργειας που τους ανατέθηκε.
   2. Παρουσίαση παραδείγματος ή υπόδειξης που υπάρχει στις κάρτες τους.
   3. Αναφορά του ονόματος του οργανισμού που ερεύνησαν.
   4. Σύντομη περιγραφή του οργανισμού, του ενδιαιτήματος και του οικοσυστήματος του.
   5. Περιγραφή των χαρακτηριστικών του οργανισμού που του επιτρέπουν να λύνει την ενέργεια που μελετήθηκε.
   6. Παρουσίαση της εξήγησης τους για το πώς τα χαρακτηριστικά του οργανισμού, τον βοηθούν να προσαρμοστεί στην απαιτούμενη ενέργεια (σύνδεση μορφής και λειτουργίας).
6. Κατά την συζήτηση στην τάξη, ο εκπαιδευτικός πρέπει να ενθαρρύνει τις ιδέες που αφορούν τη σύνδεση μορφής και λειτουργίας, τις προσαρμογές που μπορούν να βελτιώσουν τη φυσική κατάσταση και την επιτυχία στον ανταγωνισμό καθώς και τη σημασία της εξέλιξης με σκοπό τη δημιουργία των καλύτερων σχεδίων οργανισμών στη φύση.

Δραστηριότητα 3

Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, οι μαθητές θα εφαρμόσουν τις γνώσεις του σχετικά με τις βασικές βιολογικές έννοιες της προσαρμογής, της εξέλιξης, της μορφής και της λειτουργίας σε σχέση με το βιομιμητισμό μέσω μιας εργασίας πρόκλησης σχεδιασμού. Αυτή η δραστηριότητα απαιτεί 45 λεπτά.

Υλικά

• Πηγές μαθητών για τη Δραστηριότητα 3

Διαδικασία

• Ανατίθεται η πρόκληση σχεδιασμού σε κάθε ζευγάρι ή ομάδα μαθητών.
• Οι μαθητές συμπληρώνουν ομαδικά τον πίνακα στο φύλλο εργασίας μέσω διαδικτυακής έρευνας. Ο πίνακας περιλαμβάνει τις ακόλουθες εργασίες:
  1. Αναγνωρίστε τη λειτουργία: Τί χρησιμοποιεί ή τί κάνει καλά ένας οργανισμός; Για παράδειγμα, μετακινείται, αποθηκεύει νερό, αιχμαλωτίζει τροφή ή συλλέγει το νερό της βροχής. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε βοηθητικά την Ταξινόμηση Βιομιμητισμού.
  2. «Βιολογίστε» την ερώτηση
     • Ποιοι είναι οι καλύτεροι τρόποι που επιλέγει η φύση για την πραγματοποίηση της λειτουργίας;
     • Γράψτε μια ερώτηση για τη λειτουργία σας.
     • Παραδείγματα: πώς κινούνται οι οργανισμοί; πώς θα αποθηκεύσει η φύση το νερό; πώς πιάνουν οι οργανισμοί την τροφή; πώς συλλαμβάνει η φύση το νερό της βροχής;

3. Ανακαλύψτε τις καλύτερες πρακτικές της φύσης
   • Χρησιμοποιήστε δεξιότητες παρατήρησης, έρευνας, εκδρομών πεδίου, τεχνολογίας όπως μικροσκόπια ή μεγεθυντικούς φακούς κ.α. 
   • Κρατήστε σημειώσεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ο παρατηρούμενος οργανισμός επιτυγχάνει τον στόχο της επιλεγμένης λειτουργίας και απαντήστε στην ερώτηση του β.
4. Καταγράψτε ιδέες για τη σχεδίαση σας.
   • ιδέες σχεδιασμού μπορείτε να σκεφτείτε;
   • Σχεδιάστε τις ιδέες σας χρησιμοποιώντας τα υλικά που παρέχονται ή επιτρέπεται από τον εκπαιδευτικό.
   • ξηγήστε πώς η ιδέα σας ανταποκρίνεται στα ακόλουθα κριτήρια:
     1. Βιωσιμότητα
     2. Λειτουργικότητα
     3. Ενεργειακή απόδοση
     4. Κόστος παραγωγής (περικοπή κόστους υλικών)
     5. Επαναπροσδιορισμός και μείωση των απορριμμάτων

Συζήτηση

Μετά το μάθημα, κάντε μια συζήτηση με τους μαθητές σχετικά με τις ακόλουθες τρεις ερωτήσεις προβληματισμού:

• Πώς επηρεάζει η δομή, την λειτουργία (και το αντίστροφο) στη φύση;
• Πώς η φύση, μέσω της εξέλιξης, έχει δημιουργήσει προσαρμογές που ταιριάζουν περισσότερο στο περιβάλλον τους;
• Γιατί πρέπει να αναζητούμε στη φύση μοντέλα για τις δικές μας διαδικασίες σχεδιασμού στο πλαίσιο της επίλυσης ανθρώπινων προβλημάτων;

Τροποποιήσεις και επεκτάσεις

Ανάλογα με τους χρονικούς περιορισμούς ή το επίπεδο των μαθητών, αυτή η δραστηριότητα μπορεί να γίνει με μία συγκεκριμένη πρόκληση σχεδιασμού για όλη την τάξη, διαφορετικές προκλήσεις για διαφορετικές ομάδες ή χωρίς συγκεκριμένες προκλήσεις και εργασία ελεύθερου θέματος. Όταν ολόκληρη η τάξη έχει την ίδια πρόκληση, μπορείτε να οργανώσετε καλύτερα τη δραστηριότητα και να παρέχετε συγκεκριμένες πηγές και παραδείγματα για να βοηθήσετε τους μαθητές. Ωστόσο, επιτρέποντας στους μαθητές να επιλέξουν τη δική τους πρόκληση, τους παρέχετε ένα επιπλέον κίνητρο για να εργαστούν πιο αποδοτικά.

Άλλες τροποποιήσεις και επεκτάσεις είναι η παροχή της δυνατότητας στους μαθητές να κατασκευάσουν φυσικά μοντέλα, εφόσον το επιτρέπει ο χρόνος. Επιπλέον, η χρήση μιας μεθόδου απολογισμού παζλ (δείτε παρακάτω για περίληψη) μπορεί να ενισχύσει το ενδιαφέρον και τη συμμετοχή των μαθητών κατά τις παρουσιάσεις των σχεδιασμών που έφτιαξαν. Δείτε τις πρόσθετες πηγές για περισσότερες λεπτομέρειες.

---

Supporting materials

Δραστηριότητα 1 Φύλλο Εργασίας

Δραστηριότητα 1 Πηγές Εκπαιδευτικού

Κάρτες Δραστηριότητας 2

Δραστηριότητα 3 Φύλλο Εργασίας

Δραστηριότητα πληροφοριών και επέκτασης

Download

Download this article as a PDF

---

Share this article

• twitter
• facebook
• linkedin

---

Subscribe to our newsletter

Subscribe to our newsletter

Subscribe