Item 1.2: Brücken bauen – was macht sie stabil?

Im Folgenden wird ein mögliches Vorgehen für eine Unterrichtssequenz zum Thema „Brücken bauen – was macht sie stabil?“ skizziert. Hierbei werden Bezüge zu Item 1.2. hergestellt.

Basisdimension 1: Kognitive Aktivierung

Item 1.2 Ermittlung von Denkweisen und Vorstellungen

Die Lehrkraft ermittelt das aktuelle Verständnis der Schülerinnen und Schüler.

Einstieg / Problemstellung

Die Lehrkraft erzählt die Geschichte eines Ortes, welcher durch einen Fluss geteilt ist. Die Bewohnerinnen und Bewohner müssen eine Fähre nutzen, um von einer Uferseite zur anderen zu gelangen. Die Lehrkraft kann das Szenario mit konkreten Materialien für die Kinder visualisieren. Zunächst findet ein Austausch über alternative Möglichkeiten, den Fluss zu überqueren, statt. Die Schülerinnen und Schüler werden unter anderem den Bau einer Brücke vorschlagen. Hier könnte auch zur Sprache kommen, wozu Brücken überhaupt gebaut werden (z.B. zur Überbrückung von Strecken, die nicht mit einer üblichen, sich unmittelbar auf dem Untergrund befindlichen Straße bebaut werden können). Damit ist die Grundlage für Herausforderungen beim Brückenbau gelegt.

Möglicher Impuls der Lehrkraft als Überleitung zum Erfassen der Präkonzepte: „Stellt euch vor, ihr lebt in diesem Ort. Bisher gibt es bei euch noch keine Brücken über den Fluss. Deshalb überlegt ihr als Bewohnerinnen und Bewohner nun erst einmal, was eine Brücke stabil macht. Stabil bedeutet, dass die Brücke viel aushalten kann.“

Alternativer Einstieg

Die Lehrkraft liest das Buch „Die Kinderbrücke“ (Max Bollinger) vor. Dieses Kinderbilderbuch handelt von Versöhnung und Annäherung. Zwei zerstrittene Bauernfamilien bauen aufgrund der Initiative ihrer Kinder eine Brücke über den Fluss, der sie trennt, um zukünftig miteinander in Kontakt zu treten.

Möglicher Impuls der Lehrkraft als Überleitung zum Erfassen der Präkonzepte: „Stellt euch vor, ihr seid die Bäuerinnen und Bauern aus dem Buch „Die Kinderbrücke“. Bisher gibt es bei euch noch keine Brücken über den Fluss. Deshalb überlegt ihr als Bäuerinnen und Bauern nun erst einmal, was eine Brücke stabil macht. Stabil bedeutet, dass die Brücke viel aushalten kann.“

Hinführung/Vermutungen sammeln

Die Lehrkraft befragt die Schülerinnen und Schüler nach ihren Ideen und Vorstellungen zu einem Thema, indem sie die Kinder auffordert, ihre eigenen Vorstellungen und Konzepte zur Stabilität von Brücken aufzuschreiben und aufzuzeichnen. Die folgenden Beispiele bieten Einblicke in die Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern zu Beginn einer dritten Klasse.

Die Frage lautete hier: Was macht eine Brücke stabil?

Anschließend findet ein Austausch zu aktuellen Verständnissen der Schülerinnen und Schüler bezogen auf die Stabilitätskriterien statt. Beim Sammeln der Schülerbeiträge hält sich die Lehrkraft mit eigenen Kommentaren zurück. Sie fragt nach, wie die Schülerinnen und Schüler zu ihren Vorstellungen oder Antworten gekommen sind und die Lernenden werden aufgefordert, ihre Antworten zu begründen.

Den Schülerinnen und Schülern ist häufig noch nicht bewusst, dass eine größere Menge an Material auch mit größerem Gewicht und höheren Kosten einhergeht. Ein Ziel beim Brückenbau ist, mit möglichst wenig Material auszukommen.

Arbeitsauftrag / Praxisphase

Beim folgenden Bauauftrag können genau jene Möglichkeiten, mit denen man nach aktuellem Verständnis vieler Kinder eine Brücke stabil machen kann (zum Beispiel Stützen, viel Material) nicht genutzt werden.

Möglicher Impuls der Lehrkraft: „Wie schafft ihr es, eine möglichst stabile Brücke aus Papier zu bauen?“

Auftrag: Baut eine Brücke, die einen Abstand von 40 cm zwischen zwei Tischen überspannen kann und die so stabil ist, dass sie ein Spielzeugauto trägt.

Jede Gruppe (3 – 4 Schülerinnen und Schüler) erhält Folgendes: 8 Blatt Papier (A4) sowie kleine Mengen an Klebeband zum Verbinden der Papiere, um die vorgegebene Länge von 40 cm überspannen zu können.

Bei diesem Arbeitsauftrag wird Papier als ein aus Kindersicht vergleichsweise wenig stabiler Baustoff genutzt. Die Konstruktion muss die Lücke zwischen zwei Tischen, die im Abstand von 40 cm zueinanderstehen, ohne Festkleben an der Auflagefläche überspannen. Die Brücke darf nur aufgelegt werden. Des Weiteren ist der Bau von Säulen oder Stützen nicht gestattet. Hier ist ein Rückbezug zur Einstiegsgeschichte möglich: Der Untergrund des Flusses ist so beschaffen, dass keine Stützen verwendet werden können. Diese herausfordernde Gruppenaufgabe führt bei den Schülerinnen und Schülern dazu, dass sie über ihre eigenen, aber auch die Vorstellungen und Konzepte anderer, bewusst nachdenken. Sie können ihre eigenen Präkonzepte überprüfen und erweitern.

Als Differenzierung können den Gruppen Reflexionsfragen zur Verfügung gestellt werden (Beispiele: Wie seid ihr vorgegangen? Was war für euch das größte Problem? Wie habt ihr versucht, dieses zu lösen?). Die Kinder motiviert es, sich einen Namen für ihre Brücke zu überlegen, den sie bei der folgenden Präsentation verwenden können.

Austausch / Reflexion

Nach der Bauphase findet ein Austausch im Plenum statt. Die einzelnen Gruppen präsentieren ihre Brücken und haben zunächst die Aufgabe, ihre Gedanken zur Stabilisierung des Papiers zu äußern.

Möglicher Impuls der Lehrkraft: „Warum wird eure Brücke das Spielzeugauto tragen können?“ („Wie heißt eure Brücke?“)

Auf diese Weise ermittelt die Lehrkraft auch hier das Vorwissen und bestehende Präkonzepte der Lernenden. Dies ist nicht nur relevant bei der Einführung in einen neuen Themenbereich, sondern auch im Verlauf der Lerneinheiten, um kontinuierlich den aktuellen Wissensstand zu erfassen. Die Vorüberlegungen der Gruppe werden auch dann gewürdigt, wenn die Brücke sich nicht als stabil genug erweisen sollte.

Erst jetzt wird die Brücke gemeinsam getestet: „Überspannt die Brücke den Abgrund, ohne hinunterzufallen?“ „Kann sie auch noch das Spielzeugauto tragen?“

Nach dem Testen des jeweiligen Brückenmodells moderiert die Lehrkraft den gemeinsamen Reflexionsprozess: „Was war das größte Problem beim Bau der Brücke?“ „Wie habt ihr versucht, dieses zu lösen?“ „Was könnte man ändern oder weiterentwickeln, damit die Brücke noch stabiler wird?“ Durch das bewusste Nachdenken und Reflektieren kommen die Schülerinnen und Schüler so zu tieferen Verarbeitungsprozessen und damit stärkerer kognitiver Aktivität. Ausgehend davon bauen sie ihr Verständnis des Unterrichtsgegenstands und ihre Denkweisen weiter auf und aus.

Heike Liesche und Carmen Schaut [CC BY SA DE4]

Fotos: Heike Liesche und Carmen Schaut

Schülerinnen und Schüler entwickeln Brückenmodelle aus Papier. CC-BY Heike Liesche, Carmen Schaut

Die zentrale gewonnene Erkenntnis ist, dass Papier durch Umformung zu einem stabileren Baumaterial transformiert werden kann (Stichworte: Rohrprofil, U-Profil, Zickzack-Profil/ stabiles Dreieck).

Weiterdenken

Tiefere Verarbeitungsprozesse werden angeregt, indem die Erkenntnis „Stabilität durch Umformung“ im Folgenden auf die Lebenswelt der Kinder übertragen wird.

Impuls der Lehrkraft: „Wo seht ihr Materialien im Klassenraum oder außerhalb des Klassenraums, die umgeformt und so stabiler gemacht wurden?“ „Kennt ihr Materialien im Klassenraum oder außerhalb des Klassenraums, die umgeformt und so stabiler gemacht wurden?“

Die Entwicklung eines fachwissenschaftlichen Konzepts zu einem Stabilitätskriterium wird angebahnt: „Baumaterialien können durch Umformungen stabiler gemacht werden. Das Durchbiegen der Materialien wird auf diese Weise verringert.“ (Möglich fachliche Erklärung: Aufkommende Druckkräfte (von den Autos auf der Brücke erzeugt) werden durch Umformungen abgefangen, da das gefaltete Papier die entstehenden Zugspannungen aufnehmen kann, ohne seine Form stark zu verändern (Stichworte: Druck-/Zugkräfte; Druck-/Zugspannungen).