Lesson Topic: Exploring Biomimicry 

 Target Grade Level: First Grade Though written to target first grade learners, you may find that this lesson is also applicable to K‐2nd grade learners with some modifications.       Overview In this two‐part lesson, students will learn about the designs and strategies living things rely on for their survival that have inspired human innovation. Biomimicry occurs when inventions to solve human challenges or problems are based on observations of adaptations in nature. Students will apply their understanding of biomimicry by designing an invention to solve a problem of their choice based on something they observed in nature. The first part of the lesson is focused on student understanding of biomimicry. The second part involves time outdoors applying their understanding.  Catalina Ecological Principle #1:  What “every student should know” to be an ecologically literate world citizen.   Next Generation Science Standards (NGSS) Connections:   Performance Expectations 1‐LS1‐1: Use materials to design a solution to a human problem by mimicking how plants and/or animals use their external parts to help them survive, grow and meet their needs. K‐2‐ETS1‐1: Ask questions, make observations and gather information about a situation people want to change to define a simple problem that can be solved through the development of a new or improved object or tool.  

Science and Engineering Practices Constructing Explanations and Designing Solutions: Constructing explanations and designing solutions in K‐2 builds on prior experiences and progresses to the use of evidence‐based accounts of natural phenomenon and designing solutions. i. Use materials to design a device that solves a specific problem or provides a solution to 

a specific problem (1‐LS1‐1).  

Disciplinary Core Ideas LS1.A: Structure and Function i. All organisms have external parts. Different animals use their body parts in different 

ways to see, hear, grasp objects, protect themselves, move from place to place and seek, find and take in food, water and air. Plants also have different parts (e.g., roots, stems, leaves, flowers, fruits) that help them survive and grow (1‐LS1‐1). 

  

LS1.D: Information Processing i. Animals have body parts that capture and convey different kinds of information needed 

for their growth and survival. Animals respond to these inputs with behaviors that help them survive. Plants also respond to some external inputs (1‐LS1‐1). 

 Crosscutting Concepts Structure and Function i. The shape and stability of structures of natural and designed objects are related to their 

function(s). (1‐LS1‐1) Connections to Engineering, Technology and Applications of Science: Influence of Science, Engineering and Technology on Society and the Natural World i. Every human‐made product is designed by applying some knowledge of the natural 

world and is built using materials derived from the natural world (1‐LS1‐1).   Lesson Objectives Students will explore examples of biomimicry. Students will define biomimicry. Students will observe designs and systems in nature. Students will record observations. Students will design an invention inspired by their observations in nature. Students will share their inventions with their peers.  Vocabulary Reviewing the Biomimicry Presentation Preparation will provide context for how these vocabulary words will be used in your instruction.   Bio: prefix meaning “life” Mimicry: imitation, copying Biomimicry: when solutions to human challenges imitate natural adaptations or design Adaptation: structure or behavior that helps an organism better survive in its environment  Camouflage: an adaptation in appearance where something blends into its surroundings Blubber: a fatty layer under the skin that retains an animal’s body heat Solar panel: an invention to help humans use the sun’s energy as a power source Solar Energy: light and heat energy harnessed by the sun  Seed Dispersal: when seeds are transported away from a parent plant by wind, an animal or other mechanism Drag: when something does not move through air smoothly due to its shape Aerodynamic: having a shape that reduces drag when moving through air Engineering: a field of science focused on design  Materials 

Biomimicry Presentation Preparation (Provided) This information can be shared with students through lecture or interactive techniques. It can also be used to create a multimedia presentation.  

Scientific Specimens or Photos of Specimens (Provided)  If you have access to scientific specimens, also called biomaterials, these can be used as engaging learning tools. A suggested list of relevant biomaterials follows, but educators are encouraged to use 

  

those that they have available. Due to environmental protection laws, access to some types of biomaterials may be limited. If biomaterials are not available, you may use the photographs provided to conduct this lesson.   

‐ Eagle talon ‐ Hoof (full or remnant) ‐ Mammal Pelt/Fur (full or partial) ‐ Squirrel Skull (full or partial) ‐ Dandelion Flower (Seed Phase: White) ‐ Tree w/a Large Canopy (Photo) 

 

Biomimicry Observation Datasheet: Double Sided (Provided) 

Observing Nature Datasheet: Double Sided (Provided)   Educator Preparation To prepare for this lesson: 

Locate scientific specimens (biomaterials) or print and laminate the provided photos. You may also choose to use a combination of photos and specimens.  

Arrange items into stations through which students will rotate. 

Make photocopies of the provided Biomimicry Observation Datasheet and Nature Observation Datasheet. 

 Procedure: Part 1 Matching Inspiration to Invention  

1. Inform students that they will learn about biomimicry today. Using the provided Biomimicry Presentation Preparation document, familiarize students with biomimicry and its definition. Explain to students that the first part of the lesson will focus on defining biomimicry, and that the second part of the lesson will allow them to apply what they have learned. 

2. Explain to students that living things in nature rely on strategies and designs that help them survive. Exploring these lessons from nature can provide inspiration to solve human problems. Humans frequently study these adaptations to help them develop solutions to challenges we face in society. The provided Biomimicry Presentation Preparation will support this step of the lesson. 

3. After working through examples as a group, inform students that they will now be working at stations to connect designs from nature to the human inventions they inspired. 

4. Place students into 4‐6 groups at the different stations organized during Educator Preparation. The number of stations will depend on how many biomaterials you have available and/or your class size.  Next, prompt students to draw the item at their station on the provided Biomimicry Observation Datasheet. 

5. Encourage students to discuss the item at their station and to collaborate with each other to determine the human invention that might have developed from observation of this example in nature. Allow students to draw their ideas about the invention, even if they differ from others in their group. 

6. Have students rotate to the next station while remaining in their groups. Encourage group discussion throughout the experience, allowing enough time for students to draw before rotating to the next station. 

  

7. After the rotation is complete, discuss each item as a class. Encourage students to share their invention ideas and explain their decision making processes. Conclude the lesson by reviewing the definition of biomimicry, connecting the lesson introduction to the final group discussion.  

8. Prepare students for the field trip portion of the lesson by encouraging them to consider a human challenge or problem that inspiration from nature might help them to solve. You may need to provide examples to prompt their thinking. A sample prompt might be:  “Think of a problem you have had on the playground, at your house or on the school bus. Think of your toys, clothes or games. When did you have a problem that you needed to get an adult to help you solve?”  Here are a few examples of problems relevant to first graders: 

My pants get wet while going down a wet slide. 

My hands get blisters when playing on the playground bars. 

I can’t reach my bike in the garage. 

I can’t tie my shoes. 

The ball I like to play with is stuck on the roof at school.   

9. Inform students that the next part of the lesson will include spending time outdoors to look for adaptations or solutions in nature to address the challenge they have identified.  

10. Conduct any preparations necessary for a field trip as required by your school policies, along with those necessary to equip students to learn outside the classroom.   Evaluation: Part 1 

Students can be evaluated using the following rubric, which focuses on both classroom participation and completion of the provided Biomimicry Observation Datasheet. 

Activity  1  2  3 

Engaging in  Discussion 

Student watches others, but does not participate 

Student attempts to participate in parts of the exercise 

Student actively participates by providing correct answers  

Biomimicry Observation Datasheet 

Student watches others, but does not write on datasheet 

Student partially completes the datasheet or completes it with errors 

Student completes the datasheet without errors  

  Procedure: Part 2 Observations in Nature  

1. Before departing for your field trip, ensure that you have copies of the provided Observing Nature Datasheet for each of your students, along with extra pencils. You may want to provide clipboards to make writing easier. Alternatively, pieces of cardboard can be used to provide a stable writing surface to students.  

2. Accompany students to the outdoor space of your choice. This may be a local nature center, garden or even just a space outside the classroom. The focus of the trip will be to observe nature’s patterns and systems.  

  

3. Outdoor spaces can be exciting for students. Prior to starting the learning activity, you may want to provide time for open exploration or active movement within the designated space. This can help students focus on the learning activity with fewer distractions. 

4. Conduct a learning warm up with students by having them complete the first side of the provided Observing Nature Datasheet. This will help them recall the first part of the lesson and associated discussion. After completion, encourage students to share their answers with their peers. 

5. When the first page has been completed, prompt students to flip to the second side of the provided Observing Nature Datasheet. Refer to Part 1 of this lesson when you asked students to consider a human challenge they wanted to solve. Ask students to record this challenge in the space provided.  Next, explain to students that they will have time to explore nature for inspiration to create an invention that might solve their identified problem.  

6. To prepare students for thinking creatively, spend time in the designated space pointing out plants and discussing how their adaptations or physical attributes might inspire a solution to a human challenge or problem.  

7. When students are ready to work independently, direct them to begin exploring the designated outdoor space. Prompt students to search for a nature item or system that connects to their identified problem, and to draw this in the first box on the provided template.  

8. Next, prompt students to draw an invention inspired by nature to solve their identified problem or challenge in the second box on the provided template. Circulate among students, providing support where necessary.  

9. Depending on student learning style, you can also encourage your students to look at the physical attributes of what they see first and to discuss how these attributes might provide inspiration for solving their identified problems. This will help students to match observed adaptations with their identified problems.  

10. To conclude the lesson, encourage students to share their drawings with one or more peers. Provide time for students to point out the object or system in nature that inspired their inventions and explain the inventions they created and the problems they were intended to solve.   Evaluation: Part 2 

Students can be evaluated using the following rubric, which focuses on both classroom participation and completion of the provided Nature Observation Datasheet. 

Activity  1  2  3 

Nature Observation Datasheet Side 1  

Student watches others, but does not write on datasheet 

Student partially completes the datasheet or completes it with errors 

Student completes the datasheet without errors  

Nature Observation Datasheet Side 2 

 

Student records a problem to solve but does not complete the illustration portion 

Student partially completes the illustration portion or completes it, but with group support 

Student completes the illustration portion independently and in its entirety 

 

  

Biomimicry Presentation Preparation  

The following recommendations are provided to prepare for the biomimicry lesson. This information can be developed into a multimedia presentation, delivered with the help of a white board or overhead projector, or discussed verbally during “circle time,” as per the educator’s discretion. Inclusion of photos or biomaterial objects in this lesson will help with instruction. These can be gathered from books, websites or fellow educators.   Lesson Introduction 

Discuss what prefix and suffix mean.  

Introduce the prefix “bio,” which means life. Discuss examples of things that are alive. 

Introduce the word “mimicry,” which means to copy. Discuss examples of mimicry. 

Lead students to determine that “biomimicry” means to copy life.  

Build on this definition by explaining that humans often use adaptations, patterns and systems that exist in nature as models for inventions intended to solve human problems or challenges.  

 Content Discussion and Application 

Discuss examples of biomimicry with students using images to support discussion. The following examples can be used:  o A bird’s aerodynamic movement through the air inspired the design of airplanes. o The blubber that keeps a whale or sea lion warm inspired the design of wetsuits. o Animal camouflage inspired the use of camouflage clothing worn by humans. o The barbs of a burdock plant inspired the design of Velcro. o The way sunflowers grow in order to face the sun inspired the design of solar panels. 

 

Discuss the process of design. The vocabulary word “engineering “can be used during discussion. Walk students through the steps that a person might take in order to design an invention to solve a problem or challenge. This process might include making observations, making a trial design, testing the design and then making changes to improve the design. Focus on designs modeled after nature in line with the examples provided above.  

 

Encourage students to try higher level thinking.  o Show an image of a pangolin which has thick, overlapping scales. Ask students to discuss 

what invention these scales may have inspired with a friend. There are many possible correct answers. One of the most interesting inventions you might come across on the internet is a special backpack modeled after the pangolin.  

o A second example is woodpeckers. Explain to students that a woodpecker has a special tongue that protects its brain when it hammers into wood with its beak. Ask them to think about situations in which special head protection might be important to them, and 

  

the type of equipment this design in nature could have inspired. It is likely that they may think of a bike or scooter helmet.  

Lastly, lead students through the station activity described in the procedure section of the lesson using the below information to guide the experience: o A fishhook is modeled after the talon of a fish‐catching eagle. o The shoes we wear are modeled after the protective hoof of an animal. o Jackets that keep us warm are modeled after the fur of mammals. o Tools, such as a chisel or hammer, are modeled after the gnawing teeth of animals like 

squirrels. o Parachutes that guide us gently to the ground are modeled after seeds that float through 

the air, such as those of a dandelion. o Umbrellas that keep us dry are modeled after large leaves, or the dense canopy of trees in a 

forest.                                   

  

  Photo Resources: Matching Inspiration to Invention 

 

 

  

 

Name:____________________  

Biomimicry Observation Datasheet  

               

Draw the natural item. 

               

Draw a related invention. 

                 

Draw the natural item.  

                 

Draw a related invention.  

    

  

 

Name:____________________  

Observing Nature Data Sheet  

  

      

   

Sally is cold. Draw something she can wear to stay warm. Look at the bear for inspiration. 

   

 

   

 

 

Bobby is outside at night.  Draw something he could use to see in the dark. 

Look at the bug for inspiration.     

  

 

Design an Invention  

Write a PROBLEM you would like to solve:  ___________________________________________________________________________________________  ___________________________________________________________________________________________  ___________________________________________________________________________________________  ___________________________________________________________________________________________  

Draw what you saw in nature that could help:               

   Draw your invention to solve the problem.  

   

  

Try it on Catalina!  While Part 2 of this lesson can take place anywhere, it was designed for use at the Wrigley Memorial & Botanic Garden on Catalina Island off the coast of California. If you have the chance to conduct your field trip on Catalina, here are a few tips that can be used to tailor the lesson to apply the Island’s unique plant life.   Many of the plants in the Garden have structures and adaptations that align with modern day applications. We encourage students to look at adaptations and explore how these might be used to inspire a solution to a modern‐day problem.   Lesson Location:  Wrigley Memorial & Botanic Garden, Avalon Canyon  Student Grouping Suggestion: We suggest dividing students into two groups, depending on class size and chaperone numbers. The lesson will begin in the Native Plant section of the garden for orientation. Next, the groups will take turns exploring two different areas of the garden, switching after spending approximately 20 minutes in each space. Area 1 is the habitat between the restroom and the Cactus Garden. Area 2 is the Cactus Garden. The lesson will be completed in the Native Plant section of the garden with a group discussion focused on using our senses to explore plant life.  Sensory Extension: Some of the plants in the garden that can inspire exploring with senses are included below. As with any sensory exploration, we ask that: 

Students do not pick leaves or damage plants. 

Students do not conduct any tasting. 

Students touch plants carefully, and only with direction of an educator.  Bioinspired Examples by Area: Small signs at the base of each plant will help you and your students identify them by species. The following plants can be highlighted as you discuss examples of biomimicry:   Area 1: Habitat Between Restroom and Cactus Garden 

o Aloe: Fibrous tissue is like modern string. o Dragon tree: Large leaves could provide rain protection like an umbrella. o Agave: Fibrous tissue is like modern string. o Jade: Waxy leaves could serve as a model of waterproofing.  o Sotol: The serration on the leaves is like certain types of knives.  o Cholla: These sharp barbs could function like barbed wire. 

  

o Silver dollar plant:  The powdery substance on its leaves serves as a model for sunscreen. 

o Hairbrush cactus: This plant has a structure that might be useful as a hairbrush. o Crown of thorns: These sharp barbs could function like barbed wire. 

  Area 2: Cactus Garden 

o Cactus spines: Spines serve as a model for needles.  o Barrel cactus: This plant is shaped like a bowl. When its spines are plucked by an 

educator, it can make a musical sound. o Cactus: The ribs of a cactus as it decomposes have a sword shape. o Palm leaf: Palm leaves are similar to a structure needed for a broom or a fan.  

 Area 3: Native Plants (Sensory Exploration) 

o St Catherine’s Lace: Experience its delicate structure through touch. o Bladder pod: Experience the unique feel of the air‐filled seeds  o Toyon tree: Foxes experience the berries of this plant through taste. o White Sage: Experience this plant through scent. o Current: Experience this plant through scent. o Cherry tree: Foxes experience the berries of this plant through taste.  o Lemonade berry: Students can experience the scent of the leaves. Foxes experience the 

berries of this plant through taste. o Manzanita: Students can experience the waxy touch of the leaves, and the cold touch of 

the bark. o Laurel Sumac: Students can explore a unique leaf shape through touch. 

 Conclusion Conducting the field trip portion of this lesson on Catalina presents an opportunity to discuss the Catalina Island Conservancy’s conservation work, along with the unique ecology of the Island. Discussion topics can include how life travels to island habitat through the 3Ws (wind, wing and wave), and how to distinguish between native and non‐native plants. The Garden is an excellent place to find endemic plants. Endemic plants are species only found here on Catalina Island. Protecting these plants is especially important. During your visit, you might see enclosures around certain plants. These protective enclosures prevent our endemic plants from being eaten by the Island’s non‐native wildlife.   For information about the Catalina Island Conservancy, please visit our website: www.catalinaconservancy.org.