2. Ausführen — Anwendung von biophilem Design in der Praxis und Prototyping mit AR

Einleitung

Um vom Verständnis des biophilen Designs zur Anwendung zu gelangen, müssen Lernende erforschen, wie naturbasierte Strategien in reale urbane Räume übersetzt werden können. Biophiles Design ist nicht nur eine Sammlung von Ideen; es ist ein Gestaltungsansatz, der eine durchdachte Integration von Umweltsystemen, Materialien und Technologien in das städtische Gefüge erfordert.

Dieser Teil der Trainingseinheit nimmt eine praktische, kreative und digitale Wendung. Die Lernenden werden dazu ermutigt, wie Planer, Architekten und Stadtökologen zu denken, indem sie neue Ideen vorschlagen, die biophile Prinzipien verkörpern. Gleichzeitig werden digitale Werkzeuge wie Augmented Reality (AR) als unterstützende Plattformen eingeführt, die es den Lernenden ermöglichen, ihre Entwürfe zu visualisieren und zu prototypisieren. AR bietet eine interaktive Ebene für das Lernerlebnis, verbindet konzeptionelles Denken mit räumlicher Planung und fördert das Experimentieren in einer virtuellen Umgebung. Aktuelle Studien bestätigen, dass AR-Werkzeuge das räumliche Bewusstsein und das Designdenken der Lernenden bei der Beschäftigung mit Nachhaltigkeits- und MINT-Projekten verbessern (Wu et al., 2020; Bower et al., 2017).

Dieser Abschnitt fördert technisches und kreatives Wachstum durch die Kombination von fallbasierter Analyse, Design-Prototyping und AR-gestütztem Modellieren. Er hilft, die Lücke zwischen theoretischem Wissen und praktischer Anwendung zu schließen – ein entscheidender Schritt, um junge Lernende zu befähigen, sich Städte vorzustellen, die grüner, gesünder und menschenzentrierter sind.

Design Thinking Challenge: Neugestaltung urbaner Räume mit biophilen Prinzipien

Die kreative Anwendung biophiler Prinzipien beginnt mit der Fähigkeit, Räume durch eine problemlösende Perspektive zu beobachten, zu kritisieren und zu verbessern. Design Thinking, eine strukturierte, menschenzentrierte Methodik, bietet hierfür einen robusten Rahmen. Design Thinking wird häufig in Bildung, Ingenieurwesen und Architektur eingesetzt und fördert Innovation durch Empathie, Ideenfindung, Prototyping und Iteration. Nachhaltigkeit und gebaute Umwelt ermutigen Lernende, komplexe Herausforderungen zu bewältigen, indem sie ökologisches Wissen mit kreativer Erkundung kombinieren (Leal Filho et al., 2024).

Diese Aktivität führt Lernende durch einen Design Thinking-Zyklus, während sie einen bestehenden urbanen Raum neu gestalten – sei es in ihrer lokalen Umgebung oder in einem fiktiven Kontext. Der Prozess beginnt mit einer kritischen Bewertung der aktuellen Einschränkungen des Standorts. Dazu können Hitzebelastung, schlechte Belüftung, fehlende Vegetation, undurchlässige Oberflächen oder geringe Biodiversität gehören. Aus dieser Analyse heraus definieren die Lernenden einen Satz von Bedürfnissen oder Designherausforderungen, die Umwelt- und menschliche Prioritäten widerspiegeln.

Die Ideenfindungsphase führt biophile Lösungen ein: Strategien, die von der Natur inspiriert sind, um Probleme wie Überhitzung, schlechte Luftqualität oder soziale Isolation zu lösen. Basierend auf den im 14 Patterns of Biophilic Design (Browning et al., 2014) beschriebenen Prinzipien werden die Lernenden ermutigt, direkte und indirekte Verbindungen zur Natur zu berücksichtigen, einschließlich Begrünung, Wasserfeatures, Materialauswahl und räumlichen Konfigurationen, die ein Gefühl von Zuflucht oder Aussicht fördern. Lösungen können das Einführen von schattigen Aufenthaltsbereichen mit Baumkronen, die Integration von grünen Wänden zur Verbesserung der Luftqualität und des thermischen Komforts oder die Einbindung von Wasserkanälen zur Aufnahme und Steuerung von Regenwasser umfassen.

Als Teil ihres kreativen Outputs entwickeln die Lernenden einen konzeptionellen Plan für den neugestalteten Raum, wobei sie den Zugang zu Tageslicht, natürliche Luftströmung, Biodiversitätskorridore und sensorische Interaktion mit organischen Materialien in den Fokus stellen. Diese Ideen werden durch biophile Prinzipien und STEM-bezogene Analysen informiert, beispielsweise durch die Anwendung von Geometrie zur Optimierung des Layouts, Biologie zur Auswahl geeigneter Pflanzenarten und Physik zur Planung passiver Belüftungsstrategien.

Um diesen Prozess weiter zu unterstützen, bietet das Global Wellness Institute (2018) einen praxisnahen Rahmen dafür, wie biophiles Design das Wohlbefinden der Gemeinschaft durch Zugang zur Natur, verbesserte Mobilität und sensorische Vielfalt fördern kann. Diese Richtlinien ermutigen Designer, ganzheitlich zu denken und urbane Räume nicht nur als physische Infrastruktur, sondern als Orte für Gesundheit, emotionale Verbindung und Umweltresilienz zu betrachten.

Letztlich fördert diese Herausforderung das Verständnis von biophilem Design als wissenschaftliches und menschenzentriertes Unterfangen, das technisches Denken, Empathie und Kreativität erfordert, um reale urbane Probleme zu lösen.

AR-Prototyping: Visualisierung naturinspirierter urbaner Zukünfte

Nachdem die Lernenden im Rahmen des Design-Thinking-Prozesses ein Neugestaltungskonzept entwickelt haben, gehen sie dazu über, ihre Ideen mit Augmented Reality zu prototypisieren. AR bietet eine spannende Möglichkeit, biophile Visionen zum Leben zu erwecken, indem Lernende natürliche Elemente in einem digitalen Abbild des ausgewählten urbanen Raums platzieren. Diese Phase fördert das räumliche Denken und ermöglicht eine vertiefte Auseinandersetzung mit zuvor konzipierten Designelementen.

Mit Plattformen wie CoSpaces Edu oder Assemblr EDU erstellen die Lernenden interaktive 3D-Visualisierungen, die zentrale biophile Komponenten enthalten. Dazu können baumgesäumte Promenaden, Dachgärten, reflektierende Wasserbecken, natürlich belüftete Korridore oder von fraktaler Geometrie inspirierte Blätterdächer gehören. Ziel ist es, den neugestalteten Raum mit präzisem Augenmerk auf Umweltleistung und Nutzererlebnis zu modellieren.

Aktuelle Studien zeigen, dass AR die Umweltbildung und Kreativität erheblich unterstützen kann, insbesondere wenn Lernende mit Nachhaltigkeitszielen gestalten (Wu et al., 2020). In dieser Übung werden die Lernenden dazu ermutigt, ihre Entwürfe zu kommentieren, die Funktion jedes biophilen Elements zu beschreiben, das zugrunde liegende MINT-Prinzip zu benennen und den erwarteten Nutzen für die menschliche und ökologische Gesundheit darzulegen.

Über das digitale Modellieren hinaus können die AR-Prototypen für Präsentationen und Peer-Reviews genutzt werden, bei denen die Lernenden ihre Designentscheidungen erläutern und verteidigen. Diese reflektierende Phase fördert kritisches Denken und Kommunikationsfähigkeiten und stärkt die Designkompetenz sowie das Umweltbewusstsein.

Schulbasierte Projekte im biophilen Design: Erfahrungsbasiertes Lernen in der Sekundarstufe

Die Einführung biophilen Designs für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe bietet eine kraftvolle pädagogische Möglichkeit, theoretisches Wissen mit realen ökologischen Herausforderungen zu verbinden. In den letzten Jahren haben mehrere weiterführende Schulen in Europa biophilisch orientierte Projekte umgesetzt, die Lernende dazu anregen, gebaute Umgebungen durch naturbasiertes Denken neu zu gestalten. Diese Initiativen fördern das ökologische Bewusstsein, das Wohlbefinden und unterstützen interdisziplinäres Lernen, das Biologie, Umweltwissenschaften, Design und Architektur miteinander verbindet.

Auch wenn sie nicht immer explizit als biophiles Design bezeichnet werden, greifen viele dieser Projekte zentrale biophile Prinzipien auf, wie etwa die Förderung des sensorischen Kontakts mit Naturelementen, die Verbesserung der Luftqualität und die Gestaltung von Lernumgebungen im Freien. Durch solche Aktivitäten sammeln Schülerinnen und Schüler im Alter von 14–18 Jahren praktische Erfahrungen darin, urbane und schulische Räume neu zu denken, indem sie häufig Modelle, Zeichnungen oder Nachhaltigkeitsvorschläge erstellen, die auf ihren Beobachtungen und Interaktionen mit der Natur basieren.

Die Putney High School, Teil des Girls' Day School Trust in London, startete 2021 ein innovatives Pilotprojekt für biophile Klassenzimmer, um zu untersuchen, wie Naturelemente in Lernumgebungen das Wohlbefinden, die Konzentration und das kognitive Engagement der Schülerinnen und Schüler beeinflussen. Das Projekt richtete sich an ältere Lernende der Key Stages 4 und 5 (14–18 Jahre) und wurde in Zusammenarbeit mit Forschenden der Oxford Brookes University und Studio P Architects entwickelt.

Das neugestaltete Klassenzimmer integrierte mehrere Elemente aus den 14 Mustern des biophilen Designs (Browning et al., 2014), darunter:

Natürliche Materialien und Texturen: Holzpaneele, Wolltextilien und unbehandelte Oberflächen reduzierten sensorische Ermüdung und schufen eine beruhigende visuelle Ästhetik.

• Pflanzen und Begrünung: Zimmerpflanzen wurden nicht nur integriert, um eine visuelle Verbindung zur Natur herzustellen, sondern auch, um die Luftqualität zu verbessern und mikro-restaurative Effekte zu bieten.
• Dynamische Beleuchtung: LED-Systeme wurden so eingestellt, dass sie den zirkadianen Rhythmus nachahmen und so Aufmerksamkeit und Stimmungsregulation während verschiedener Phasen des Schultags unterstützen.
• Akustisches Design: Schallabsorbierende Materialien und Ruhezonen wurden integriert, um Überstimulation zu begrenzen und Bereiche kognitiver Rückzugsorte zu schaffen.

Lehrkräfte und Schülerinnen und Schüler, die das Klassenzimmer nutzten, berichteten von verbesserter Konzentration, weniger Stress und einer angenehmeren Lernatmosphäre. Neben der passiven Wahrnehmung von Naturelementen bewerteten die Lernenden auch die Auswirkungen des Klassenzimmers und lernten, kritisch zu reflektieren, wie Umweltgestaltung Gesundheit und Leistungsfähigkeit beeinflusst.
„Das Feedback, das wir von den Schülerinnen und Schülern, die den Raum nutzten, erhalten haben, war überwältigend positiv“, sagte Suzie Longstaff, Leiterin der Putney High. „Sie fühlten sich entspannter, engagierter und stärker mit ihrem Lernen verbunden.“

Während das Putney-Projekt ein führendes Beispiel für biophile Lernumgebungen auf Sekundarstufenniveau ist, konzentriert es sich bislang auf die physische Umweltgestaltung. Zukünftige Iterationen solcher Projekte könnten erheblich davon profitieren, Augmented Reality (AR) einzubeziehen, um Vorstellungskraft und Interaktivität zu steigern.

AR könnte es Schülerinnen und Schülern ermöglichen:

• Verschiedene biophile Raumkonzepte zu visualisieren, bevor ein Raum physisch umgestaltet wird.
• Daten wie Sonnenlichteinfallsrichtung, Luftströmung oder Geräuschpegel in Echtzeit einzublenden.
• Neue Elemente wie begrünte Wände, Wasserelemente oder Öko-Möbel virtuell zu prototypisieren.
• An kollaborativen Stadtgestaltungsprojekten teilzunehmen, indem biophile Zonen auf Schulhöfen, Dächern oder in öffentlichen Bereichen simuliert werden.

Eine solche Integration würde Lernende dazu befähigen, biophile Umgebungen nicht nur zu erleben, sondern auch digital zu gestalten und zu teilen – und dabei MINT-Kompetenzen auf sinnvolle, praxisnahe Weise einzusetzen.

Das Biophilic Classroom Project an der Putney High School ist ein gelungenes Beispiel dafür, wie Lernende der Sekundarstufe von immersiven, naturverbundenen Umgebungen profitieren können. Mit wachsendem Bewusstsein für den Zusammenhang zwischen Umwelt, Lernen und Wohlbefinden bietet dieses Modell eine wertvolle Referenz für andere Schulen, die biophiles Denken integrieren möchten.

Durch die Kombination solcher Initiativen mit digitalen Design- und AR-Prototyping-Tools könnten zukünftige schulbasierte Projekte noch ansprechender, individueller und stärker auf die Lernziele des 21. Jahrhunderts ausgerichtet werden – dort, wo Nachhaltigkeit, Kreativität und Technologie zusammenkommen.