Item 2.1: 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 2.1. hergestellt.
Basisdimension 2: Konstruktive Unterstützung
Item 2.1 Qualität des Feedbacks
Das Feedback, das die Lehrkraft den Schülerinnen und Schülern gibt, ist zum Weiterlernen hilfreich.
Einstieg / Problemstellung
Die Lehrkraft erzählt die Geschichte eines Ortes, welcher durch einen Fluss geteilt ist. Die Bewohnerinnen und Bewohner des Ortes 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
Impuls der Lehrkraft: „Stellt euch vor, ihr seid die Bäuerinnen und Bauern aus dem Buch „Die Kinderbrücke“. Bisher gab es noch keine Brücken bei euch am Fluss. Darum wollt ihr nun erst einmal überlegen, was eine Brücke denn stabil macht.“
Die Schülerinnen und Schüler sind aufgefordert, ihre eigenen Vorstellungen und Konzepte zur Stabilität von Brücken aufzuschreiben und aufzuzeichnen. Diese folgenden Beispiele bieten Einblicke in die Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern zu Beginn einer dritten Klasse.
Die Fragen lauteten hier: Wozu braucht man eine Brücke? 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.
Die Stabilität von Brücken führen Kinder häufig auf das Vorhandensein von Säulen/ Stützen, auf die Befestigung der Konstruktion und auf das Material (Art und Dicke des Baustoffs) zurück. Ihre Vorstellungen decken bereits zentrale Aspekte zur Stabilität ab. Dies gilt es sichtbar zu machen und wertzuschätzen.
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. Ihre Vorstellungen zur Stabilität können hier in Form eines Feedbacks durch die Lehrkraft aufgegriffen werden: „Ihr habt gesagt, dass viele Stützen und dickere Balken eine Brücke stabiler machen. Das ist richtig. Aber wie ist es bei einer Brücke aus Papier?“
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.
Während der Bauphase agiert die Lehrkraft als Lernbegleitung und unterstützt die einzelnen Gruppen bei Bedarf durch Impulse (ko-konstruktive Unterstützung). Die Lehrkraft formuliert Rückmeldungen in einem freundlichen, wohlwollenden Ton, auch, wenn sie auf Fehler oder Mängel aufmerksam macht.
Im Rahmen der Aufgabe als Lernbegleitung ist es hilfreich, sich mit den Schülerinnen und Schülern ausgehend von ihren ersten eigenen Brückenkonstruktionen darüber auszutauschen, welche Gedanken bzw. Annahmen bei dem Problemlöseversuch leitend waren. Hierbei kann zur Sprache kommen, ob die Ideen der Gruppe bereits zielführend sind: „Ist die Papierbrücke bereits so stabil, dass sie über dem Abgrund liegen bleibt?“ „Kann sie bereits mit Gewicht belastet werden?“ „Welche nächsten Schritte könnten sinnvoll sein?“ Die Lehrkraft fokussiert in ihren Rückmeldungen und Kommentaren auf den Prozess der Aufgabenlösung.
Häufig legen Kinder beispielsweise zunächst die Papiere versetzt übereinander, um mehr Materialdicke zu erzeugen. Ein Feedback könnte lauten: „Ihr habt die Blätter übereinander geklebt und wolltet die Fahrbahn so dicker machen.“ „Ihr habt recht - dickeres Material ist oft stabiler. Hier reicht es so nicht.“ „Das Papier muss nicht so platt bleiben, wie es ist. Ihr dürft es auch verändern.“ „Probiert mal verschiedene Veränderungen aus.“
Im weiteren Bauprozess haben die Kinder nun die Möglichkeit, ihre Brückenkonstruktionen zu optimieren. Die Rückmeldungen und Kommentare der Lehrkraft helfen den Schülerinnen und Schülern dabei, ihre Fehler zu erkennen und ihr weiteres Vorgehen zu verbessern.
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: „Welche Konstruktion/Welcher Bereich eurer Brücke führt dazu, dass eure Brücke das Spielzeugauto tragen wird?“ („Wie heißt eure Brücke?“)
Erst jetzt wird die Brücke gemeinsam getestet und ein Spielzeugauto erstmals darauf platziert. Die Lehrkraft moderiert im Anschluss an die Stabilitätsprüfung den gemeinsamen Reflexionsprozess.
Während dieser Phase ist ein sachliches und konstruktives Feedback der Lehrkraft bedeutsam. Es kommt hierbei darauf an, worauf sich das Feedback bezieht und wie es formuliert und dargeboten wird. Bedeutsam ist es, auf das Durchbiegen des Papiers einzugehen sowie auf den Druck von oben durch das Auto. Das Feedback bezieht sich darauf, nachzufragen und sich erläutern zu lassen, welche Ideen die Gruppen jeweils hatten, um das Durchbiegen zu verhindern: „Welche Ideen haben sich als tragfähig erwiesen und welche nicht?“ Auch dann, wenn das Bauwerk sich als nicht stabil genug erweisen sollte, werden die Überlegungen der Gruppe zur Problemlösung gewürdigt und weitergedacht. Zudem besteht die Möglichkeit, gemeinsam durch kleine Änderungen und Nachbesserungen am Bauwerk die Stabilität weiter zu erhöhen. Hierbei wird deutlich, dass Fehler wichtig sind und helfen, zu lernen. Nicht zielführende Problemlöseversuche werden von der Lehrkraft genutzt, um sachlich auf fehlerhafte Denkweisen der Kinder einzugehen. Hierbei stellt sie Schülerinnen und Schüler bei Fehlern nicht bloß.
Bei der Verallgemeinerung der Erkenntnisse kann als Feedback deutlich werden, dass einige Gruppen das Prinzip der Umformung bereits genutzt haben beziehungsweise das Umformen des Papiers als Lösung für ein Konstruktionsproblem gefunden haben.
Ein Rückbezug zu den eingangs verschriftlichen Vorstellungen und Konzepten bezüglich der Stabilitätskriterien wird hergestellt (siehe Phase: Hinführung/ Vermutungen sammeln).
Heike Liesche und Carmen Schaut [CC BY SA DE4]
Die zentrale gewonnene Erkenntnis ist, dass Papier durch Umformung zu einem stabileren Baumaterial transformiert werden kann (Stichworte: Rohrprofil, U-Profil, Zickzack-Profil/ stabiles Dreieck), ohne dass sehr viel Material verwendet werden muss. 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).