SPIEL HANDBUCH MECHANIK ENERGIE FÜR LEHRPERSONEN … · Das vorliegende Handbuch für Lehrpersonen «Spiel, Mechanik, Energie» umfasst 25 Lernumgebungen mit vielen herausfordernden

Das vorliegende Handbuch für Lehrpersonen « Spiel, Mechanik, Energie » umfasst 25 Lernumgebungen mit vielen herausfordernden Aufgabenstel-lungen zu den drei Themenfeldern « Spiel / Freizeit », « Mechanik / Trans-port » und « Elektrizität / Energie » und dient der konkreten Planung und Durchführung des Unterrichts. Die Lernumgebungen sind praxiserprobt und initiieren einen kompetenzorientierten Unterricht.

Die Lehrmittelreihe «Technik und Design» für Technisches und Textiles Gestalten ist in Zusammenarbeit mit Expertinnen und Experten aus Fachwissenschaft, Didaktik und Praxis entstanden und orientiert sich am Lehrplan 21.

Die vier Bände thematisieren die Erschliessung von Technik und Design. Das Konzept der Reihe ist auf einen mehrperspektivischen Unterrichtsansatz ausgerichtet und integriert fachüber- greifende Bezüge zu «Natur, Mensch, Gesellschaft» sowie zu «Medien und Informatik».

Die Reihe setzt sich wie folgt zusammen :

Für Lehrpersonen• Grundlagen• Handbuch für Lehrpersonen Spiel, Mechanik, Energie• Handbuch für Lehrpersonen Freizeit, Mode, Wohnen

Für Lernende• Lernheft• Lernapp für Smartphone und Tablet

Auf der Lehr- und Lernplattform www.technikunddesign.chstehen Zusatzmaterialien für Lehrpersonen und Lernende zur Verfügung.

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www.technikunddesign.ch

Technik und Design

HANDBUCH FÜR LEHRPERSONEN

2. und 3. Zyklus

SPIELMECHANIK

ENERGIE

Thomas Stuber u. a.

UG_Technik_Design_SME_HfL_1A_17.indd 5 27.03.17 15:11

Die Bände der Lehrmittelreihe weisen eine fortlaufende Nummerierung auf, damit Querverweise in den Grundlagenband, der die Teile I bis III enthält, möglich sind. Das vorliegende Handbuch für Lehrpersonen beginnt deshalb mit Teil IV.

Vorwort – T. STUBER 9 Einleitung – T. STUBER 10

TECHNIK UND DESIGNTechnik- und Designverständnis

IV – 01 Fachverständnis – A. KÄSER & T. STUBER 20

FACHDIDAKTIKLehren und Lernen

V – 01 Technikdidaktische Grundlagen – A. KÄSER & T. STUBER 30V – 02 Lernen ermöglichen – PROF. DR. K. MÖLLER 62

Kompetenzförderung

V – 03 Kompetenzorientierung– PROF. DR. M. ADAMINA & T. STUBER 68V – 04 Beurteilung – T. STUBER & PROF. DR. M. ADAMINA 74

UNTERRICHTSVORHABEN ITechnologieorientierte Konstruktionsaufgaben (Schwerpunkt 2. Zyklus)

VI – 01 Umgang mit Holz – T. STUBER 82VI – 02 Umgang mit Kunststoff – T. STUBER & B. BRINER 94VI – 03 Umgang mit Metall – T. STUBER 108VI – 04 Umgang mit Wellkarton – T. STUBER 120

UNTERRICHTSVORHABEN IIThemenorientierte Konstruktionsaufgaben (Schwerpunkt 2. Zyklus)

Spiel/Freizeit

VII – 01 Umgang mit Spannung – T. STUBER 134VII – 02 Umgang mit Fliehkraft – T. STUBER 146

6 Inhaltsverzeichnis

Lehrbuch_Lehrpersonen_SpielMechanikEnergie_1A_17.indb 6 29.03.17 15:06

Mechanik/Transport

VII – 03 Umgang mit Rückstoss – T. STUBER 158VII – 04 Umgang mit Getrieben – T. STUBER 170VII – 05 Umgang mit Mechanik – T. STUBER 180VII – 06 Umgang mit Elektroleichtmobilen – T. STUBER 192

Elektrizität/Energie

VII – 07 Umgang mit Windkraft – T. STUBER 204VII – 08 Umgang mit Elektrizität – T. STUBER, B. MÖSCHING & R. HEGGLIN 216VII – 09 Umgang mit Fotovoltaik – M. AEPLI 228VII – 10 Umgang mit Solarbooten – M. AEPLI 240

Medien/Informatik (Modullehrplan)

VII – 11 Umgang mit LEGO-Robotik – H. HOFER, P. SASDI & R. ZILLER 252

UNTERRICHTSVORHABEN IIIAnwendungsorientierte Konstruktionsaufgaben (Schwerpunkt 3. Zyklus)

Spiel/Freizeit

VIII – 01 Gummipower – T. STUBER, B. MÖSCHING & U. WENGER 266VIII – 02 Nutzlose Maschinen – T. STUBER 278

Mechanik/Transport

VIII – 03 Effiziente Fahrzeuge – T. STUBER 290VIII – 04 Getriebefahrzeuge – T. STUBER & F. ZWAHLEN 302VIII – 05 Flirt mit der Robotik – U. WENGER 314VIII – 06 Roboterfahrzeuge – V. DITTLI, T. EMMENEGGER, G. FREI & F. ZWAHLEN 326


VIII – 07 Windkraftanlagen – D. KADEN & F. ZWAHLEN 340VIII – 08 Elektromagnetismus – U. RIESEN & T. STUBER 352VIII – 09 Erneuerbare Energie – U. RIESEN & T. STUBER 368VIII – 10 Solarfahrzeuge – M. AEPLI 380

Literaturverzeichnis 392 Abbildungsverzeichnis 395

7Inhaltsverzeichnis


VORWORT«TECHNIK UND DESIGN»

Die Lehrmittelreihe basiert auf den Ergebnissen des Entwicklungsprojekts der Pädagogischen Hochschule Bern mit dem Titel «Räder in Bewegung – ein Lehrmittelprojekt im Technischen Gestalten zur Förderung des Technikverständnisses». Das Projekt wurde parallel zum Lehrplan 21 entwickelt, dauerte vier Jahre und wurde anschliessend erweitert.

«Technik und Design» für Technisches und Textiles Gestalten ist in Zusammenarbeit mit Expertinnen und Experten aus der Fachwissenschaft, Didaktik und Praxis entstanden. Die Reihe besteht aus

– einem Grundlagenband, der rund 50 Beiträge zu den Themenfeldern des Lehrplans 21 und zur Fachdidaktik enthält und Lehrerinnen und Lehrern ein Basiswissen vermittelt,

– zwei Handbüchern für Lehrpersonen, die je 25 Lernumgebungen mit zahlreichen Aufgabenstellungen zum Techni-schen und Textilen Gestalten enthalten,

– einem Lernheft für Schülerinnen und Schüler mit Aufgabenstellungen zu den Lernumgebungen sowie Lernwerk-stätten und Technologiekarten, die Themen vertiefen und über Werkzeuge, Materialien und Verfahren informieren, sowie digitalen Medien in Form einer App und einer Lehr- und Lernplattform mit vielen Zusatzmaterialien.

DANK AN ALLE BETEILIGTEN

Das Projekt beziehungsweise die Erweiterung ermöglichten die aufgeführten Institutionen und Personen.

Herzlichen Dank

– der Pädagogischen Hochschule Bern für die grosszügige finanzielle Unterstützung des ursprünglichen Projekts und Evelyne Wannack für die Begleitung,

– der Leitung, den Praxislehrpersonen und den Studierenden des IVP NMS für das Mittragen des Projekts,

– den Experten und Expertinnen, namentlich der Professorin Kornelia Möller und den Professoren Marco Adamina und Wilfried Schlagenhauf, die die fachdidaktischen und fachwissenschaftlichen Grundlagen für das Projekt verfasst haben,

– Andreas Käser, der als Autor und Critical Friend eine Stütze war,

– Christine Rieder, Dozentin für Didaktik in Design und Technik an der PH FHNW, Institut Sekundarstufe, die die Beiträ-ge zum Textilen Gestalten konzipierte und lektorierte,

– den zahlreichen Autorinnen und Autoren, den Teilnehmenden in den Weiterbildungskursen und den Schülerinnen und Schülern aus Burgdorf,

– dem hep verlag für die Unterstützung und Begleitung in der Erweiterungsphase, namentlich Peter Egger, Manuel Schär, Simon Siegrist und Fiona Hasler,

– Benedikt Dittli (www.dittli.ch) für die Umschlaggestaltung und das Grafikkonzept, Roman Ziller für die gekonnte und präzise Umsetzung,

– den diversen Lektoren, namentlich Viktor Dittli für das Fachlektorat und Ueli Aeschlimann für das Physiklektorat,

– den Assistierenden Roman Ziller, Florian Zwahlen, Bernhard Mösching und Simone Mast, die das Projekt längere Zeit tatkräftig mitgetragen haben, und

– Regula Jakob Stuber und meiner Familie, die das Projekt jahrelang unterstützt haben.

9Vorwort


Die Lehrmittelreihe bietet den Lehrpersonen Hilfen und Planungsgrundlagen zur Umsetzung des Lehr-

plans 21 im Technischen und Textilen Gestalten. Sie geht von einem zeitgemässen Technik- und Design-

verständnis aus, ermöglicht kompetenzorientierten Unterricht und trägt zur MINT-Förderung bei.

Entwurf Übersicht Lernumgebungen integrieren

10 Einleitung


ÜBERBLICK

Die heutige Welt und der Alltag von Kindern und Jugendlichen ist geprägt von Technik und Design. Es braucht eine zeitgemässe techni-sche und ästhetische Bildung, um den verant-wortungsvollen Umgang mit den technischen und gestalteten Produkten und Objekten des täglichen Lebens zu lernen bzw. zu unterstüt-zen. Das Autorenteam der Lehrmittelreihe «Technik und Design» liefert sowohl die nöti-gen Grundlagen für die entsprechende Unter-richtsvorbereitung als auch Anregungen und konkrete Aufgabenstellungen für eine kompe-tenzorientierte didaktische Umsetzung.

Die Schülerinnen und Schüler erwerben technisches Können und Wissen anhand exemplarischer Inhalte aus den Themenfeldern des Lehrplans 21. Die Vertrautheit mit fachspezifischen Denk- und Handlungs-weisen ermöglicht ihnen, das eigene technische Handeln an Werten und Massstäben auszurichten. Alltäg-liche Erfahrungen führen in Verbindung mit einem breiten Kontextwissen zu einem Bewusstsein für den Sinn und den Wert von Technik und Design in unserer Gesellschaft.

Die Lehrmittelreihe «Technik und Design» stützt sich auf aktuelle Erkenntnisse der Fachdidaktik und Fachwissenschaft. Im Sinn von Best Practice berücksichtigten Autorinnen und Autoren Erfahrungen aus der Unterrichtspraxis. Die Lehrmittelreihe besteht aus einem Grundlagenband, aus Handbüchern für Lehrpersonen, aus einem Lernheft für Schülerinnen und Schüler, einer App und der Lehr- und Lernplatt-form www.technikunddesign.ch.

Der Titel der Lehrmittelreihe wurde von der Projektleitung bewusst gesetzt: Ein weit gefasstes Verständnis von Technik beinhaltet auch die Design- und die Lebensweltorientierung. Design ist somit ein Aspekt von Technik. Deshalb heisst die Lehrmittelreihe Technik und Design. >I–01, I–02, I–03

Einleitung

Abb. 01 | Recherche zur Funktionsweise von Generatoren

Entwurf Übersicht Lernumgebungen integrieren

11T. Stuber


PARADIGMENWECHSEL LP21FACHBEZEICHNUNGEN

Arbeitsschule, Nadelarbeit, Knaben- oder Mädchenhandarbeitsunterricht, Werken oder Handfertigkeit – lange Zeit gab es in der deutschsprachigen Schweiz eine Vielzahl von Namen für ein Fach, das um Bildungsabsichten, Fachverständnis und damit um Ziele, Inhalte und didaktische Prinzipien rang. In einer Lehrplananalyse wurden in den untersuchten Deutsch-schweizer Kantonen über 2000 Ziele für den Bereich Gestalten gezählt.1 Mit dem Lehrplan 21 beabsichtigten die Erziehungsdirektorinnen und -direkto-ren, Fachbezeichnungen und Fachinhalte zu vereinheitlichen.

FACHMODELLE UND AUSWIRKUNGEN

Fachkonzepte wurden in der Schweiz unterschiedlich gehandhabt. Inhalte wurden je nach Fachverständnis, Fähigkeiten oder Vorlieben der Lehrper-son umgesetzt – im Sinn des handwerklichen, des kunstpädagogischen und/oder des technischen Modells.2 Traditionellerweise standen in der Schweiz eher ästhetische Anliegen im Vordergrund. Viele Lehrpersonen, insbesondere auf der Primarstufe, haben das kunstpädagogische Modell vertreten. Über die Gründe lässt sich spekulieren: Vielleicht liegt es daran, dass die Kunst ein höheres Ansehen als das Handwerk bzw. die Technik hat, vielleicht hat es auch mit mangelnder Fachkompetenz im handwerklichen und technischen Bereich zu tun.3 Meist stand ein Produkt und dessen oft rezeptive Herstellung im Vordergrund. Zusammenhänge mit der (techni-schen) Lebenswelt der Lernenden waren die Ausnahme.

1 Fries, Mätzler & Morawietz 2007.2 Birri, Oberli & Rieder 2003, Lehrmittel Fachdidaktik Technisches Gestalten/Werken, S. 25.3 Vgl. Stuber 2010, S. 147–155.

Abb. 02 | K ompetenzorientierter Unterricht fördert auch das selbstständige Lernen, hier mit der Lernwerkstatt Getriebe.

Die Fachmodelle der Schweiz

Das handwerkliche Modell erreichte seinen Höhepunkt mit dem Handfertig-keitsunterricht der Arbeitsschule kurz nach 1900. Merkmale dieses Modells sind Arbeit und Fleiss, die Methode des Vorzeigens und Nachmachens und die Vorbereitung aufs Berufsleben und auf die Hausfrauenarbeit. Material- und Verfahrenskenntnisse standen im Vordergrund. Beeinflusst von der Kunsterziehungsbewegung entstand später das kunstpädagogische Modell. Merkmale dieses Modells sind die Abhängigkeit von der Kunsterziehung, die Entfaltung der schöpferischen Kräfte im Kind und die Auseinander-setzung mit ästhetischen Inhalten. Ab 1980 verbreitete sich in der Schweiz teilweise das technische Modell. Kennzeichen dieses Modells ist die praktisch-handelnde, problemorien-tierte Auseinandersetzung mit techni-schen Gegenständen mit dem Ziel, verantwortungsbewusst mitzugestalten. >II–02

12 Einleitung


ORIENTIERUNG AM LEHRPLAN 21

Die zentrale Kompetenzorientierung im Lehrplan 21 prägt Ziele und Inhalte der Lehrmittelreihe. Ausgangspunkt sind die in der Einleitung des Lehrplans for-mulierten Themenfelder: «Spiel/Freizeit», «Mechanik/Transport», «Elektrizi-tät/Energie», «Bau/Wohnbereich» und «Mode/Bekleidung». «Themenfelder beinhalten gesellschaftlich bedeutsame Themen aus Design und Technik, die über das Handeln, das Herstellen und das Reflektieren erschlossen werden.»4 An diesen Themen und Inhalten sollen Kompetenzen aus allen drei Kompe-tenzbereichen (Wahrnehmung und Kommunikation, Prozesse und Produkte, Kontexte und Orientierung) gefördert werden, mit unterschiedlicher Gewich-tung. «Der Kompetenzbereich Prozesse und Produkte beansprucht in der Re-gel einen grösseren zeitlichen Anteil als die beiden anderen Bereiche».5

Die Handlungs- und Problemorientierung im Sinn eines konstruktivisti-schen Lernverständnisses ist Grundlage des Unterrichts. Schülerinnen und Schüler sollen gestalterische und technische Prozesse nicht nur nachah-men, sondern verstehen, einschätzen und umsetzen lernen. Damit entwi-ckeln sie Kompetenzen, die sich auch im Alltag anwenden lassen.

Der Lehrplan 21 vereinheitlicht neben den Kompetenzen und den Fach- inhalten auch die Fachbezeichnung. Die Bezeichnung «Technisches und Textiles Gestalten» löst die Vielfalt bisheriger Namen ab, in Anlehnung an die Fachbezeichnung im Werkweiser, dem in der Deutschschweiz am wei-testen verbreiteten Lehrmittel dieses Fachs.

4 Lehrplan 21, S. 8.5 Lehrplan 21, S. 13.

Abb. 03 | Kartonagearbeit des Projektleiters aus seiner Schulzeit: Für das Fotoalbum der Eltern musste der Fünftklässer den Konstruktionsplan seines Werklehrers umsetzen.

Technik und DesignGrundlagen, Handbücher für Lehrpersonen,

Lernheft, Lehr- und Lernplattform, App

Wahrnehmung und Kommunikation Prozesse und Produkte Kontexte und Orientierung

Mechanik/Transport

Mode/Bekleidung Bau/Wohnbereich


Spiel/Freizeit

Fördert Kompetenzen aus den drei Kompetenzbereichen des LP 21

Beinhaltet die fünf Themenfelder des LP 21

Abb. 04 | Lehrmittelreihe «Technik und Design» mit Inhaltsbezug zum Lehrplan 21

Lehrplan 21

«Übersichtlich, einfach und verständlich» – so lautete die Vorgabe der Erziehungsdirektorenkonferenz: Der neue deutschschweizerische Lehrplan löst die bisherigen kantonalen Lehrpläne ab, um die Ziele der Schule gemäss dem Auftrag der Bundesverfassung (BV Art. 62) zu harmonisieren. Der Lehrplan heisst in Anlehnung an die 21 Projektkantone und das 21. Jahrhundert Lehrplan 21. Praktikerinnen und Praktiker sowie Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktiker formulierten Kompetenzen, die verbindlich festlegen, was Schülerinnen und Schüler am Ende der 2., 6. und 9. Klasse wissen bzw. können müssen. Thomas Stuber, Projektleiter der vorliegenden Lehrmittelreihe, war Mitglied des Lehrplan-21-Projektteams Gestalten.

13T. Stuber


AUFBAU LEHRMITTELDIE GRUNDLAGEN

Im Grundlagenband werden fachdidaktische Aspekte ausgeführt und The-men fachwissenschaftlich im Sinn einer Sachanalyse aufbereitet. Die Bei-träge stammen von ausgewiesenen Expertinnen und Experten. Sie decken eine breite Palette von relevanten Inhalten ab und vermitteln ein breites Basiswissen. Als Ergänzung der Beiträge stehen Lehrhilfen für die Lehr-personen als PDF-Dateien auf der Lehr- und Lernplattform zur Verfügung.

DIE HANDBÜCHER FÜR LEHRPERSONEN

Die beiden Handbücher «Spiel, Mechanik, Energie» und «Freizeit, Mode, Wohnen» orientieren sich an den Themenfeldern des Lehrplans 21. Im vor-liegenden Handbuch werden Bereiche wie Fliehkraft, Getriebe, Elektrizität oder Fotovoltaik in themenorientierten Konstruktionsaufgaben aufgebaut und in darauf basierenden anwendungsorientierten Konstruktionsaufga-ben weitergeführt. Der Band «Freizeit, Mode, Wohnen» widmet sich dem Textilen Gestalten und weiteren technischen Unterrichtsvorhaben. Sport- und Freizeitkleidung sind genauso Thema wie Spiel- und Sportgeräte, Pro-duktgestaltung und Upcycling.

DAS LERNHEFT

Das Lernheft für Schülerinnen und Schüler bietet unter anderem Informa-tionen zu Materialien, Werkzeugen und Verfahren, exemplarische Aufga-benstellungen zu den Unterrichtsvorhaben, Hilfsmittel zur Selbst- und Fremdbeurteilung und Lernwerkstätten.

DIE APP UND DIE LEHR- UND LERNPLATTFORM

Eine App für Schülerinnen und Schüler und eine Lehr- und Lernplattform ergänzen die Lehrmittelreihe. Mit der App können die Lernenden den Ar-beitsstand ihres Projekts mithilfe von Text, Bild und Video dokumentieren, ihr Fach- und Kontextwissen mit Testfragen überprüfen und sich über Ver-fahren, Werkzeuge und Hilfsgeräte informieren. Die Lehr- und Lernplatt-form www.technikunddesign.ch (auch www.tud.ch) bietet ergänzende Lehr- und Lernhilfen.

Grundlagen

Handbücher für Lehrpersonen «Spiel, Mechanik, Energie»

und «Freizeit, Mode, Wohnen»

Lernheft Lernplattform

Lehrplattform

App

Lehrpersonen

Schülerinnen und Schüler

Analoge Medien Digitale Medien

Sachanalyse und Vertiefung

Kompetenzorientierter Unterricht

Unterrichtsunterstützung

Querverweise

Die Unterrichtsvorhaben in den Hand -büchern für Lehrpersonen strukturieren die Lernumgebungen und vernetzen sie mit Querverweisen. Pfeil und Farbcode stehen für die folgenden Zuteilungen:

– >II–02 (grüner Pfeil und Zahlencode): entsprechender Beitrag in den Grund lagen,

– >IV–01 (blauer Pfeil und Zahlencode): entsprechender Beitrag innerhalb des Handbuchs,

– >Heft, >App oder >tud.ch (roter Pfeil und Text): mit «tud.ch» wird auf die Lehr- und Lernplattform www.technikunddesign.ch verwiesen, mit dem Begriff «Heft» auf das Lernheft für Schülerinnen und Schüler und mit «App» auf die Lernapp für mobile Geräte.

Abb. 05 | Veranschaulichung der Lernumgebungen der Lehrmittelreihe

14 Einleitung

2_0_001_Einleitung.indd 14 30.03.17 15:36

DIE LERNUMGEBUNGEN

Die Lehrmittelreihe «Technik und Design» präsentiert fünfzig umfassende Lernumgebungen. Jede Umgebung besteht aus einem Netzwerk von Auf-gabenstellungen, Texten, Bildern, Technologiekarten, Lernvideos und wei-teren Angeboten in verschiedenen Teilen der Lehrmittelreihe. Sämtliche Umgebungen weisen einen deutlichen Alltagsbezug auf. Anschauliche Bil-der aus Technik und Design belegen die Orientierung an der Lebenswelt und unterstützen durch ihre affektive Wirkung auch den emotionalen Zu-gang zu den Themen.

Koordiniert und strukturiert werden die Lernumgebungen durch die Unter-richtsvorhaben. Die Lernumgebungen zeigen, wie Lernende in unterschied-lichen Lernsituationen an der Entwicklung verschiedener Kompetenz- stufen arbeiten können. Die Themen werden spiralförmig bzw. kumulativ erarbeitet. Mit den themenorientierten Aufgabenstellungen (Unterrichts-vorhaben «Umgang mit …», Schwerpunkt 2. Zyklus) werden fachliche und methodische Grundlagen aufgebaut, die später mit den anwendungsorien-tierten Aufgabenstellungen (meist im 3. Zyklus) angewendet, weitergeführt, ergänzt und vertieft werden.

Die Lernumgebungen enthalten instruktionale und konstruktivistische Ele-mente. Technologiekarten und -videos zur Unterstützung von Verfahrens- und Materialkenntnissen ermöglichen einen angeleiteten Handlungsspiel-raum. Konstruktivistische Elemente wie die Lernhilfen und die Lernwerkstätten strukturieren und fördern das eigenständige Experimen-tieren und Entwickeln. Das Verhältnis von instruktionalen und konstrukti-vistischen Aufgabenstellungen entscheidet über die Offenheit der Lernum-gebung.

Grundlagenband:Sachanalyse zu- Technik und Design- Fachdidaktik- Themenfelder und Kontexte

Lernheft:- Aufgabenstellungen- Planungshilfen- Lernwerkstätten- Technologiekarten

www.technikunddesign.ch:Lehrhilfen zu- Technik und Design- Fachdidaktik- Themenfelder und Kontexte

www.technikunddesign.ch:Lernhilfen zu- Technick und Design- Fachdidaktik- Themenfelder und Kontexte

App «Technik und Design»:- Projektjournal- Nachschlagewerk- Lernkarten

Handbuch für Lehrpersonen «Spiel, Mechanik, Energie» undHandbuch für Lehrpersonen «Freizeit, Mode, Wohnen»:Kompetenzorientierter Unterricht zu- Technik erkunden- Produkt entwickeln- Begutachtung

Sachanalyse und Vertiefung

Kompetenzorientierter Unterricht

Unterrichtshilfen

Abb. 06 | Lernumgebungen des Lehrmittels «Spiel, Mechanik, Energie». Eine vollständige Zusammen-stellung mit Bezug auf Lernheft, Lern- und Lehr-hilfen findet man auf der Lehr- und Lernplattform. >tud.ch

Angemessene Unterstützung (Scaffolding)

Komplexe Lernaufgaben, die Problem-stellungen enthalten und die möglichst eigenständig zu lösen sind, können Lernende überfordern, was zu Demoti-vation und Interessenverlust führen kann. Es ist daher wichtig, die Schüle-rinnen und Schüler so zu unterstützen, dass die Aufgaben für sie zu bewältigen sind. Die Lernumgebungen der Lehrmit-telreihe sind so konzipiert, dass Lernende auf ihrer jeweiligen Kompe-tenzstufe arbeiten und entsprechend ihrem Lernstand unterstützt werden können. >II–02

Binnendifferenzierung

Die Aufgabenstellungen in den Unter-richtsvorhaben, das Lernheft und die Angebote auf der Lehr- und Lern-plattform ermöglichen Differenzie-rungen und Individualisierungen. Bewusst wurde im Handbuch für Lehr-personen die Unterteilung der Unter-richtsvorhaben im 2. und 3. Zyklus unterlassen, da ein Thema je nach Vor-wissen und Voraussetzungen der Ler-nenden (oder der Lehrperson) auf verschiedenen Schwierigkeitsgraden angegangen werden kann.

Technologie Lernumgebungen Unterrichtsvorhaben I Technologieorientierte Konstruktionsaufgaben (Schwerpunkt 2. Zyklus)

Grundlagenbeiträge

Materialien Holz Umgang mit Holz VI–01 Holz I–09

Kunststoff Umgang mit Kunststoff VI–02 Kunststoff I–10

Metall Umgang mit Metall VI–03 Metall I–11

Wellkarton Umgang mit Wellkarton VI–04 Papier I–12

ThemenfelderLP 21

Lernumgebungen Unterrichtsvorhaben II Themenorientierte Konstruktionsaufgaben (Schwerpunkt 2. Zyklus)

Unterrichtsvorhaben III Anwendungsorientierte Konstruktions- aufgaben (Schwerpunkt 3. Zyklus)

Grundlagenbeiträge

Spiel/Freizeit Spielzeuge und Antriebe mit Spannung

Umgang mit Spannung VII–01 Gummipower VIII–01 Spiel und Technik III–01Bewegliches Spielzeug III–04

Fliehkraft und Maschinen

Umgang mit Fliehkraft VII–02 Nutzlose Maschinen VIII–02 Spiel und Technik III–01Bedeutung des Spiels III–02

Mechanik/Transport

Rückstoss mit Nachhaltigkeit

Umgang mit Rückstoss VII–03 Effiziente Fahrzeuge VIII–03 Rückstoss und Raumfahrt III–20Mobilität und Transport III–21

Getriebe und Kraft Umgang mit Getrieben VII–04 Getriebefahrzeuge VIII–04 Maschinen III–18Elektrofahrzeuge III–27

Mechanik und Anwendungen

Umgang mit Mechanik VII–05 Flirt mit Robotik VIII–05 Maschinen III–18Robotik III–19

Leichtbau und Übersetzungen

Umgang mit Elektroleichtmobilen VII–06 Roboterfahrzeuge VIII–06 Leichtbau III–26Robotik III–19


Windkraft und Energie Umgang mit Windkraft VII–07 Windkraftanlagen VIII–07 Elektrizität III–22Energie III–23

Elektrizität und Elektromagnetismus

Umgang mit Elektrizität VII–08 Elektromagnetismus VIII–08 Elektrizität III–22Energie III–23

Fotovoltaik und erneuerbare Energien

Umgang mit Fotovoltaik VII–09 Erneuerbare Energie VIII–09 Elektrizität III–22Solarenergie III–24

Solarantriebe und Solartechnologie

Umgang mit Solarbooten VII–10 Solarfahrzeuge VIII–10 Solarenergie III–24Leichtbau III–26

Medien/Informatik(Modullehrplan)

LEGO-Technik und Robotik

Umgang mit LEGO-Robotik VII–11(Programmieraufgaben)

Robotik III–19

15T. Stuber


AUFBAU DER HANDBÜCHER FÜR LEHRPERSONEN

Die Unterrichtsvorhaben strukturieren wie beschrieben die Lernumgebun-gen. Sie sind folgendermassen aufgebaut:

Die beiden Einstiegsseiten des Unterrichtsvorhabens haben Motivations- und Überblickscharakter: Das Startbild mit einem Leadtext macht den Be-zug zum Alltag deutlich. Die Überblicksseite (Überschrift «Technik und De-sign erkunden», grau hinterlegt) fasst die Gegenwartsbedeutung bzw. den Bezug zu Technik und Design zusammen und initiiert Erkundungsideen. Be-wusst zeigen die Startseiten keine Produkte von Arbeiten der Lernenden.

Auf die Einstiegsseiten folgt eine Doppelseite mit Informationen zur Beglei-tung des Unterrichts (Überschrift «Vorhaben begleiten», grau hinterlegt). Auf der linken Seite sind die zentralen Lehrplanbezüge aufgeführt (blau hin-terlegt), gefolgt von Informationsquellen mit Hinweisen zu Begleitmaterial oder weiterführenden Informationen ausserhalb der Lehrmittelreihe. Zu-sätzlich sind ausgewählte Kontextbezüge zum Thema mit Aufgabenstellung und Lehrplanbezug formuliert (grau hinterlegt). Auf der rechten Seite folgt ein Überblick zu den nachfolgenden Aufgabenstellungen. Die metho-disch-didaktischen Hinweise beinhalten immer einen Kommentar zum Le-bensweltbezug mit einer Aufgabenstellung (grau hinterlegt) und Hinweise zu den Unterrichtshilfen der Lernumgebung. Unter Unterrichtshilfen werden alle relevanten Lernwerkstätten aus dem Lernheft sowie alle Oberbegriffe der Lehr- und Lernhilfen (z. B. Lehrhilfen Kreisel) aufgeführt. In den Unter-richtsvorhaben werden die konkreten Titel der Lehr- und Lernhilfen ge-nannt (z. B. Lehrhilfe Königskreisel). Lehrpersonen können die benötigten PDFs der Lehr- und Lernhilfen gemäss der Auflistung unter Unterrichtshil-fen auf tud.ch herunterladen.

Anschliessend wird eine Aufgabenstellung ausführlich für den Unterricht beschrieben (Überschrift «Produkt entwickeln», grau hinterlegt). Der Ab-lauf folgt dem Designprozess im Lehrplan 21. Auf der linken Seite befinden sich jeweils Bilder, Skizzen, weiterführende Informationen, zusätzliche Aufgabenstellungen und Lehrplanbezüge. Grau hinterlegte Aufgabenstel-lungen sind für Schülerinnen und Schüler formuliert. Es folgen Hinweise zur Begutachtung des Prozesses oder des Produkts. Abschliessend werden

Abb. 01 | Das kleinste Solarmobil der Welt

Nach dem Bundesamt für Energie könnten bis zum Jahr 2050 rund 20 % des derzeitigen Strombedarfs

durch Fotovoltaik erzeugt werden. Fotovoltaik ist eine junge Technologie. Die Forschung optimiert laufend

ihre hochwertigen Produkte.

TECHNIK UND DESIGN ERKUNDEN

VERWENDUNG

Nachhaltigkeit: Europa, Amerika und China brauchen mehr Energie, als ihnen zusteht. Ziel einer nachhaltigen Energiepolitik muss es sein, dass die Gesellscha ̃ nur so viel Energie nutzt, wie aus erneuerbaren Energiequellen geliefert wird.

Sonnenenergie: Die Sonnenenergie kann aktiv durch Sonnenkollektoren zur Wärmeerzeugung sowie durch Fotovoltaikanlagen zur Stromer-zeugung genutzt werden. Die Solarzellen von Fotovoltaikanlagen bestehen aus Halbleitern, wie sie bei der Herstellung von Computerchips verwendet werden. Diese erzeugen unter Licht Elektrizität.

Potenzial: Bis zum Jahr 2050 könnten rund 20 % des derzeitigen Strombedarfs durch Fotovoltaik erzeugt werden.1 Fotovoltaik ist eine junge Technologie. Die Forschung optimiert laufend ihre hochwertigen Pro-dukte. >III–24

IDEEN

Alltagsgegenstände: Im Spiel-, Freizeit- und Wohnbereich Produkte suchen, die mit Solarzellen angetrieben werden. Solarbetriebene Taschenrechner, Solaruhren, Solartaschenlampen und Solarspielzeug gehören zunehmend zum Alltag.

Berufe: Die Solarbranche hat kürzlich den Beruf des Solarteurs geschaffen. Exkursionen zur Werkstatt eines Solarteurs oder auf eine Baustelle durchführen. Ideal sind auch Niedrigenergiehäuser, die auf Anfrage besichtigt werden können.

Erkundungen: Im Umkreis des Schulhauses Häuser und Geräte mit Solarzellen suchen, diese in einer Tabelle erfassen und gemeinsam überlegen, wozu sie genutzt werden.

«Wache Anschauung»: Neben der Herstellung von Produkten sind auch Fragen nach dem Sinn und der Gebrauchstaug-lichkeit von technischen Errungenschaften zu thematisieren, z. B. in einem offenen Lehrgespräch, vgl. Lehrhilfen An-schauung und Technik (Erneuerbare Energien, Pioniere oder Solarspielzeuge). >tud.ch

Aufträge, Recherchen und Inputs der Lehrperson, auch im Fachbereich NMG, erweitern das Kontextwissen.

1 Bundesamt für Energie

Umgang mitFotovoltaik

228 229L E K T I O N E N8–14

T H E M E N F E L DElektrizität/Energie

K L A S S E5.–9.

K O N S T R U K T I O N S A U F G A B E NthemenorientiertUmgang mit Fotovoltaik VII – 09

Abb. 07 | Einstiegsseite der Unterrichts vorhaben mit Motivations- und Überblicks charakter

Navigationszeile

Diese bietet einen Überblick zur Art der Aufgabe, zum Themenfeld, zur vorge-schlagenen Stufe und zur Unterrichts-dauer. Es wird unterschieden zwischen technologie-, themen- und anwen-dungsorientierten Aufgaben. Das Themenfeld zeigt den Bezug zum Lehrplan 21. Die Hinweise zur Klasse und zur Anzahl Lektionen sind Richt-werte und gelten für das gesamte Unterrichtsvorhaben, nicht für die einzelne Seite.

Leadtext

Überblicksseite

Erkundungsideen

16 Einleitung


Varianten der zentralen Aufgabenstellung dargestellt. Diese können weiter-führend, komplexer oder einfacher sein.

BEDEUTUNG UND QUALITÄTSMERKMALE

Lehrmittel haben auch eine gesellschaftliche Funktion: Im Zusammenhang mit der Wirksamkeit von Lehrplänen wird etwa die Meinung geäussert, Lehrmittel seien die heimlichen Lehrpläne.1 Tatsächlich bestimmen Lehr-pläne das Geschehen in den Schulen nur teilweise, im Alltag bleiben sie oft unwirksam. Während der langjährigen Entwicklung der nun vorliegenden Lehrmittelreihe waren sich die Projektleitung und das Autorenteam der pä-dagogischen, didaktischen und gesellschaftlichen Bedeutung von Lehrmit-teln sehr wohl bewusst. Die sorgfältige Arbeitsweise, die komplexen Ver-netzungen und das umfassende Werk sind Zeugnis davon.

Um höchsten Qualitätsansprüchen zu entsprechen, standen bei der Ent-wicklung dieser Lehrmittelreihe folgende allgemeine Qualitätsmerkmale im Zentrum2 (in Anlehnung an die Qualitätskriterien des Evaluationsinstru-ments Levanto3 der interkantonale Lehrmittelzentrale ilz):

– Pädagogisch-didaktischer Bereich: Lehrplan- und Zielgruppenorientie-rung; Individualisierung und innere Differenzierung; Lehr- und Lernhil-fen; Methodenvielfalt und fachspezifische Arbeitsformen.

– Thematisch-inhaltlicher Bereich: sachlich-fachliche Korrektheit mit Wis-senschaftsbezug und Praxistauglichkeit; Transparenz der Konzeptionen; exemplarische Auswahl und Aufbereitung der Lerninhalte.

– Formal-gestalterischer Bereich: Gestaltung bezüglich Strukturierung, Übersichtlichkeit und Verständlichkeit, Bedienung sowie stufengerechte Umsetzung.

1 Reusser 2009, Oelkers 2010.2 Die Zusammenstellung ist eine Zusammenfassung von Kriterien oder Kriterienkatalogen verschiedener Autoren und Autorin-

nen: Wirthensohn 2010, Bättig, Oberli & Rieder 2010, Heitzmann & Niggli 2010, Stuber et al. 2009, Zemp 2009. Das Handbuch für Lehrpersonen «Spiel, Mechanik, Energie» wurde hinsichtlich der aufgeführten Qualitätsmerkmale in der Praxis erprobt. Die Ergebnisse dieser Evaluation waren Grundlage von Optimierungen.

3 www.levanto.ch

Abb. 02 | Die Fliehkraft des Ketten-karussells begeistert Jung und Alt.

Abb. 03 | Solarpanel

Abb. 04 | Solarheuschrecke: Ein Exzenter auf der Motorwelle verursacht Vibrationen, wodurch sich das Insekt zitternd bewegt.

Abb. 05 | Standkarussell in Bois Miniatures

Abb. 06 | Solarkreiselspielzeug

Abb. 07 | Karussell im Freilichtmuseum Ballenberg von Kaiser Wilhelm aus Bayern, gebaut 1898 in der Slowakei

VORHABEN BEGLEITEN

HINWEISE ZU DEN AUFGABENSTELLUNGEN

Karussells gibt es in verschiedenen Bauformen. Bei der Grundform des Solar-karussells steht die Entwicklung eines geeigneten Antriebs im Vordergrund. Die Variante hängender Antrieb zeichnet sich durch den ungewohnten Antrieb aus. Die Variante Standkarussell geht mechanisch in eine eigenständige Rich-tung, weil ein Getriebemotor eingesetzt wird. Die Variante Solarspielzeug eig-net sich als Einstieg, als Zusatzaufgabe oder als eigenständiges Projekt.

Themenfelder und Kontexte: >III–22, III–24

Erweiterung: Unterrichtsvorhaben Umgang mit Solarbooten >VII–10 und Solarfahrzeuge >VIII–10

METHODISCH-DIDAKTISCHE HINWEISE

Lebenswelt

Kinder lieben Karussells, fast alle haben Erfahrungen damit. Beim Ketten-karussell sind die einzelnen Sitze mit Ketten an einem Drehkranz aufge-hängt. Bei schneller Fahrt schwenken sie wegen der Fliehkraft zur Seite aus. Auf der Grundidee des Karussells sind Achterbahnen entwickelt wor-den, bei denen die Sitze während der Fahrt gedreht oder gekippt werden.

Spielerischer Umgang mit Fotovoltaik fördert das Technikinteresse für diese Schlüsseltechnologie. Es ist faszinierend, einzig mit der Energie des Lichts Solarspielzeuge anzutreiben. Fotovoltaik erfordert den effizienten Umgang mit Solarmotoren, Solarzellen, Konstruktion und Material.

Unterrichtshilfen

Mit der Lernwerkstatt Fotovoltaik lassen sich Grundlagen erarbeiten. Je nach Voraussetzungen der Lernenden sind die Lernwerkstätten Elektrizi-tät, Getriebearten und Getriebe einsetzbar. >Heft

Die Lernhilfen Elektrizität stehen zur Verfügung. Damit können Kontextbe-züge erarbeitet werden. >tud.ch, App

Aufgabenstellung

Berichtet über eure Erlebnisse mit Karussells. Wer hat Erfahrungen mit Solarspielzeugen?

Informationsquellen

Info zu Solarenergie:www.sses.ch

Jugendsolarprojekt:www.greenpeace.ch/jugendsolar

Beratung und Material für Solarmodellbau:www.tueftler.ch

Fotovoltaik

Der Begriff «Fotovoltaik» besteht aus den Teilen «Foto» (Licht) und «Volt» (Mass für die Spannung beim elektrischen Strom). Er umschreibt treffend den Vorgang, dass Licht von Solarzellen in elektrischen Strom umgewandelt wird.

Thermisch genutzte Sonnenenergie mit Sonnenkollektoren ist effizient und sinnvoll. Fotovoltaik wird zurzeit stärker gefördert und verbreitet sich darum schneller. In vielen Schulhäusern wird dank der kostendeckenden Einspeise-vergütung Solarstrom ins Netz eingespeist.

Geschichte Karussell

Das älteste dokumentierte Karussell stammt aus dem Jahr 1620. In England wurde 1863 das erste von einer Dampf-maschine angetriebene Karussell gebaut. Die langsam fahrenden Karusselle sind meist mit Fahrzeugen oder Tieren bestückt.

Aufgabenstellungen mit Kontextbezug

– Recherchiert Aspekte zur Geschichte des Karussells und der Spielzeuge, beispielsweise bezüglich verwendeter Werkstoffe.

– Solarzellen gibt es noch nicht lange. Sucht Informationen zur Erfindung dieser Innovation.

LP 21 Kontexte und Orientierung

Erfindungen und Entwicklungen: Die Schülerinnen und Schüler können Erfindungen und deren Folgen verstehen und bewerten (2. Zyklus: Energieumwandlung; 3. Zyklus: z. B. Bionik, Energiebereitstellung).

LP 21 Wahrnehmung und Kommunikation

Produkte begutachten: Die Schülerinnen und Schüler können Erwartungen an das eigene Produkt mit dem erzielten Resultat und den Kriterien der Aufgabenstellung vergleichen und Optimierungen formulieren (2. Zyklus).

LP 21 Prozesse und ProdukteElektrizität/Energie: Die Schülerinnen und Schüler kennen Energiespeicher und Energiewandler und können damit Produkte entwickeln (2. Zyklus: Batterie oder Akku, Solarzelle oder Generator).

Experimentieren und Entwickeln: Die Schülerinnen und Schüler können zu ausgewählten Aspekten Lösungen suchen und eigene Produktideen entwickeln (2. Zyklus).

Formgebende Verfahren: Schneiden (Karton), Sägen, Schleifen, Kleben, Blindnieten, Weichlöten (2. Zyklus)

LP 21 Kontexte und OrientierungErfindungen und Entwicklungen: Die Schülerinnen und Schüler können technische Innovationen und deren Folgen einschätzen (2. Zyklus: z. B. Energiespeicherung, Energieumwandlung).

230 231L E K T I O N E N8–14

T H E M E N F E L DElektrizität/Energie

K L A S S E5.–9.

K O N S T R U K T I O N S A U F G A B E NthemenorientiertUmgang mit Fotovoltaik VII – 09

Abb. 08 | Doppelseite mit Informationen für die Lehrperson zur Begleitung des Unterrichts

Technikspezifische Qualitätsmerkmale

Techniklehrmittel gewinnen ihre Besonderheit durch thematische Bezüge und durch die Erweiterung des manuellen Tuns zu übergreifenden, vernetzten technischen Handlungen. Burkhard Sachs (2001) fordert fachspezifische Merkmale wie

– mehrperspektivisches Technikver-ständnis als Grundlage technischer Bildung,

– Problem- und Handlungsorien-tierung,

– technikbezogenes Wissen sowie technikbezogene Fähigkeiten und Fertigkeiten,

– Bedeutungs- und Bewertungsbezug und

– Primär- und Sekundärerfahrungen mit Realobjekten.

Zentrale Lehr- planbezüge

Informations-quellen

Aufgaben- stellung mit Kontextbezug

Ausgewählte Kontextbezüge Begleitung des

Unterrichts

Methodisch-didaktische Hinweise

Unterrichtshilfen

Lebensweltbezug mit Aufgabenstellung

17T. Stuber


ÜBERSICHT GRUNDLAGENBAND

Der Grundlagenband der Lehrmittelreihe «Technik und Design» beinhaltet mehr als fünfzig Beiträge von Expertinnen und Experten und bildet die Ba-sis für eine umfassende Unterrichtsvorbereitung. In allen Unterrichtsvor-haben des Handbuchs für Lehrpersonen wird auf diese Grundlagentexte verwiesen. Der Übersichtlichkeit halber ist hier das Inhaltsverzeichnis ab-gebildet, mit einem Kurzkommentar in der rechten Spalte.

Stand 5.9.16 Kommentar zu Technik und Design

Diese Beiträge zeigen das Technik- und Designverständnis, die Vernetzung zu den Fach- und Bezugswissenschaften, zur Technologie sowie historische Aspekte zur Industrie- und Designgeschichte.

Kurzfassungen der Beiträge I–01, I–02, I–03 sind in diesem Handbuch für Lehrpersonen unter dem Titel «Fachverständnis» zusammengefasst.

Kommentar zu Fachdidaktik

Die Beiträge sind unterteilt in die Bereiche Lehren und Lernen sowie Kompetenzförderung und zeigen die aktuellen Themen der Fachdidaktik.

Der Beitrag «Technikdidaktische Grundlagen» ist in diesem Handbuch für Lehrpersonen auch vorhanden, ebenso Kurzfassungen der Beiträge II–02, II–07 und II–08.

TECHNIK UND DESIGNTechnik- und Designverständnis

I – 01 Technik und technische Bildung – PROF. DR. W. SCHLAGENHAUFI – 02 Design und Designverständnis – A. KÄSERI – 03 Technische und ästhetische Bildung – A. KÄSER & T. STUBER

Fach- und Bezugswissenschaften

I – 04 Technikinteresse – DR. K. GÜDELI – 05 Technik begreifen – PROF. DR. A. HEITZMANNI – 06 Technik und Naturwissenschaft – DR. HABIL. G. FRIEDRICHI – 07 Haptik-Design – PD DR. M. GRUNWALDI – 08 Design Preis Schweiz – M. HUETER & K. ALBERT

Technologie

I – 09 Holz – Bedeutung und Verwendung – PROF. DR. F. PICHELINI – 10 Kunststoff – Einteilung und Gebrauch – F. MEIERI – 11 Metall – Bedeutung und Verwendung – H. GRAFI – 12 Papier – Bedeutung und Verwendung – DR. P. F. TSCHUDINI – 13 Systematik textiler Verfahren – DR. A. SEILER-BALDINGER

Historische Aspekte

I – 14 Industriegeschichte Schweiz – DR. H. P. BÄRTSCHII – 15 Produktdesign – DR. C. SCHINDLER

FACHDIDAKTIKLehren und Lernen

II – 01 Technikdidaktische Grundlagen – A. KÄSER & T. STUBERII – 02 Lernen ermöglichen – PROF. DR. K. MÖLLERII – 03 Frühe technische Bildung – PROF. DR. K. MÖLLERII – 04 Entwicklungsorientierte Zugänge – K. WEBERII – 05 Bildliteralität – A. KÄSERII – 06 Medien und Informatik – R. ZILLER

Kompetenzförderung

II – 07 Kompetenzorientierung – PROF. DR. M. ADAMINA & T. STUBERII – 08 Beurteilung – T. STUBER & PROF. M. ADAMINAII – 09 Textile Dingwelten erschliessen – C. BECKERII – 10 Selbstwirksamkeit – PROF. DR. R. ISLER

18 Einleitung


LiteraturnachweiseAutorenteam (2015). Gestaltungsräume. Bern: schulverlag plus.Bättig, H. et al. (2010). Qualitätskriterien zur Erstellung von Lernobjekten. Pädagogische Hochschule Zürich. Creative Commons Lizenz. Birri, C.; Oberli, M. & Rieder, C. (2003). Fachdidaktik. Basel und St. Gallen: [email protected], E. (2014). Weiter im Fach. Textiles Gestalten erkenntnis- und lernendenorientiert unterrichten. Hohengehren: Schneider Verlag.Fries, A.-V.; Mätzler, B. & R. & Morawietz, A. (2007). Lehrplananalyse der gestalterischen Fächer. Zürich: Verlag Pestalozzianum.Heitzmann, A. & Niggli, A. (2010). Lehrmittel – ihre Bedeutung für Bildungsprozesse und die Lehrerbildung. Beiträge zur Lehrerbildung, 28 (1), 6–19.Lehrplan 21 (2014). Lehrplan 21. Deutschschweizer Erziehungsdirektoren-Konferenz, Luzern. Verfügbar unter: <http://vorlage.lehrplan.ch/downloads.php> [01.01.2016].Oelkers, J. (2010a). Bildungsstandards und deren Wirkung auf die Lehrmittel. In: Beiträge zur Lehrerbildung, Heft 1, 2010, 33–49.Oelkers, J. (Hrsg.). Handwörterbuch Erziehungswissenschaft (881–896). Weinheim: Beltz.Reusser, K. (2009). Unterricht. In: S. Andresen, R. Casale, T. Gabriel, R. Horlacher, S. Larcher Klee & J. Oelkers (Hrsg.), Handwörterbuch Erziehungswissenschaft (881–896). Weinheim: Beltz.Stuber, T. et al. (2009). Checkliste für Lehrmittel Technisches Gestalten. Institut für Bildungsmedien, Pädagogische Hochschule Bern.Stuber, T. (2010). Lehrmittel für technisches und textiles Gestalten. Beiträge zur Lehrerbildung, 28 (1), 147–155.Wirthenson, M. (2010). Levanto – Das Evaluationstool für Lehrmittel. Verfügbar unter: <http://www.ilz.ch/projekte/levanto.html> [04.06.2011].Zemp, B. W. (2009). Lehrplan kommt vor Lehrmittelkoordination. In: Bildung Schweiz, 5 (a), 8–9.

Kommentar zu Themenfelder und Kontexte

Die Themenfelder gemäss Lehrplan 21 beinhalten gesellschaftlich bedeutsame Themen aus Technik und Design, die über das Handeln, das Herstellen und das Reflektieren erschlossen werden.

Die Beiträge bilden die Grundlage für eine vertiefte Sachanalyse und sind auf die Themen und Inhalte der Unterrichtsvorhaben ausgerichtet.

Im zweiten Handbuch für Lehrpersonen «Freizeit, Mode, Wohnen» werden Inhalte aus den Themenfeldern «Mode/Bekleidung», «Bau/Wohnbereich» (und teilweise «Spiel/Freizeit») abgedeckt.

THEMENFELDER UND KONTEXTESpiel/Freizeit

III – 01 Spiel und Technik – PROF. DR. H. J. SCHLICHTINGIII – 02 Bedeutung des Spiels – T. STUBERIII – 03 Spielen, Gestalten und Lernen – K. WEBERIII – 04 Bewegliches Spielzeug – DR. R. KAYSELIII – 05 Medien und Freizeit – I. LEVEN

Mode/Bekleidung

III – 06 Mode, Wirtschaft und Konsum – C. LUGINBÜHLIII – 07 Trendanalyse Mode – J. VAN ROOIJENIII – 08 Innovation und Berufsbilder – S. AMPORTIII – 09 Technische Textilien – N. BACHMANNIII – 10 Intelligente Textilien – S. WIDMERIII – 11 Transkultureller Austausch – DR. A. S. MÜLLER

Bau/Wohnbereich

III – 12 Nachhaltiges Bauen – PROF. DR. A. FRANGIIII – 13 Der textile Raum – L. GLANZMANNIII – 14 Do-it-yourself – S. HACKENSCHMIDTIII – 15 Recycling – K. INAUENIII – 16 Produktekreislauf und Materialien – DR. C. SCHINDLER

Mechanik/Transport

III – 17 Räder in Bewegung – DR. C. MAISEIII – 18 Maschinen – PROF. W. BIENHAUSIII – 19 Robotik – PROF. DR. J. P. KELLERIII – 20 Rückstoss und Raumfahrt – PROF. DR. K. ALTWEGGIII – 21 Mobilität und Transport – DR. M. JERETIN-KOPF


III – 22 Elektrizität – DR. R. KÖTHEIII – 23 Energie – D. KADEN (& T. STUBER)III – 24 Solarenergie – M. AEPLIIII – 25 Mobilität und Energie – B. PILLERIII – 26 Leichtbau – PROF. C. DRANSFELDIII – 27 Elektrofahrzeuge – PROF. DR. A. VEZZINI

19T. Stuber


Pro Jahr werden in der Schweiz fünf Millionen Kubikmeter Holz geerntet. Die Ausnutzung des Rohstoffs ist hoch,

weil in Holzwerkstoffen auch minderwertiges Holz verwertet werden kann. Holz wird unter anderem im Haus-,

Brücken- und Schiffsbau, im Verpackungsbereich sowie bei Inneneinrichtungen und Möbeln eingesetzt.

82 Umgang mit Holz


TECHNIK UND DESIGN ERKUNDEN

VERWENDUNG

Nutzbares Holz: Die Schweiz hat das älteste Waldschutzgesetz weltweit. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts wurde festgelegt, dass nicht mehr Holz geschlagen werden darf, als nach-wächst. Heute werden pro Jahr etwa fünf Mil-lionen Kubikmeter Holz geerntet, das sind zwei Drittel des im Schweizer Wald jährlich nachwachsenden nutzbaren Holzes.

Holzwerkstoffe: Holz ist der Rohstoff zur Herstellung von Holzwerkstoffen. Bei der Ent-wicklung von Holzwerkstoffen gilt es, die guten Eigenschaften des Holzes zu bewahren. Die Veränderung des Gefüges von Holz durch Zerkleinern und das Wiederzusammenfügen in ausgerichteter Anordnung verringern das Quellen und Schwinden.

Die Dimensionen von Platten und Balken aus Holzwerkstoffen gehen weit über die Abmessungen eines Baums hinaus. Weil in Holzwerkstoffen auch weniger qualitatives Holz verwertet werden kann, ist eine hohe Ausnutzung des Rohstoffs gewährleistet. Die grösste Verwendung findet Holz im Haus-, Brücken- und Schiffsbau sowie bei der Herstellung von Möbeln, Verpackungen und bei Inneneinrichtungen. >I–09

IDEEN

Holz: Video «Holz – die Filme» (NZZ Format, 2007). Historische, moderne, handwerkliche und industrielle Verwendungs-formen anschaulich dargestellt.

Holzberufe: Der Besuch eines handwerklichen Betriebs wie einer Sägerei, Zimmerei, Schreinerei, Drechslerei oder eines Forstbetriebs zeigt die Bedeutung des Themas und die berufliche Orientierung. Es lassen sich auch das Unterrichtsver-fahren Technikbiografie >S. 59 und die Lernhilfen Berufe (Holzberufe) >tud.ch einsetzen.

Spielzeugproduktion: Holzspielzeuge von zu Hause mitbringen lassen. Ergänzend Bild mit den Kopfüberkreiseln projizie-ren. Vermuten lassen, wie diese Spielzeuge hergestellt wurden und was sie kosten. Themen wie «Handwerk und Indus-trie», «Massenproduktion», «Herstellungsarten und -materialien» im Zusammenhang mit unterschiedlichen Produk-tionskosten ansprechen. Positive und negative Folgen diskutieren (Lernhilfen Produktion >tud.ch).

Aufträge, Recherchen und Inputs der Lehrperson, auch im Fachbereich NMG, erweitern das Kontextwissen.

Umgang mit Holz

Abb. 01 | Musikkreisel aus Bambus (Bali)

83L E K T I O N E N4–10

T H E M E N F E L DTechnologie

K L A S S E3.–6.

K O N S T R U K T I O N S A U F G A B E NtechnologieorientiertVI – 01


Abb. 02 | Kopfüberkreisel als handwerkliches und industrielles Produkt. In Rotation versetzt, stellt der Kreisel das normale Kreiselverhalten auf den Kopf, indem er sich selbst auf den Kopf stellt.

Abb. 03 | Schreinerarbeiten mit der CNC-Fräse ersetzen den Drechslerberuf und vieles mehr.

Informationsquellen

Informationen zu Holz: YouTube: Bibliothek der Sachgeschichten Holz www.nzz-format-shop.ch www.wasistwas.de

Informationen zu Material: www.materialarchiv.ch

DVD Holz sicher bearbeiten: www. suva.ch

Wald-Wild-Spiel: www.waldwild.ch

Drechslerei

Das Drechslerhandwerk ist eines der ältesten Gewerbe. Die erste Drechselbank entstand vermutlich aus dem Fiedelbohrer. Beim Drechseln dreht sich das Werkstück und das Dreheisen wird auf einer Auflage gegen das Werkstück so geführt, dass Holzspäne weggeschnitten werden. Der Beruf des Holzhandwerkers beinhaltet heute die Fachrichtungen Drechslerei und Weissküferei. Der Drechsler stellt Tisch- und Stuhlbeine, Treppen-geländersprossen, Säulen, Schalen, Kunstobjekte und Spielsachen her. Die Weissküferei produzierte alle Gegenstände für die Sennerei wie Milchbottiche und Buttergefässe.

Aufgabenstellungen

Sucht Informationen und Bilder zum Thema «Spielzeuge im Mittelalter». Erarbeitet Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu heutigen Spielzeugen.

LP 21 Kontexte und Orientierung

Bedeutung und symbolischer Gehalt: Schülerinnen und Schüler kennen kulturelle und historische Aspekte von Objekten und können deren Bedeutung für den Alltag abschätzen (2. Zyklus: z. B. Spiel).

LP 21 Wahrnehmung und Kommunikation

Dokumentieren und Präsentieren: Die Schülerinnen und Schüler kennen die Fachbegriffe der im Prozess verwendeten Werkzeuge, Maschinen, Materialien und Verfahren und können diese anwenden (2. Zyklus).

LP 21 Prozesse und ProdukteFormgebende Verfahren: Sägen, Bohren (Holzwerkstoffe), Schleifen, Kleben (2. Zyklus)

Oberflächenverändernde Verfahren: Ölen, Wachsen, Färben, Lasieren

Material: Die Schülerinnen und Schüler können Eigenschaften von Materialien benennen und diese bewusst einsetzen (2. Zyklus: Holzwerkstoffe; 3. Zyklus: Massivholz).

Werkzeuge und Maschinen: Die Schülerinnen und Schüler können Werkzeuge und Maschinen verantwortungsbewusst und der feinmotorischen Entwicklung entsprechend korrekt einsetzen (2. Zyklus: Dekupiersäge, Ständerbohrmaschine; 3. Zyklus: Tellerschleifmaschine, Bandsäge).

LP 21 Kontexte und OrientierungHandwerk und Industrie: Die Schülerinnen und Schüler können handwerkliche und industrielle Herstellung vergleichen.

84 Umgang mit Holz


Abb. 04 | Holzleisten und Rundstäbe aus dem Lager >S. 39

Abb. 05 | Holzwerkstoffplatten aus dem gemeinsamen Materiallager

VORHABEN BEGLEITEN

HINWEISE ZU DEN AUFGABENSTELLUNGEN

Die Aufgabenstellung Turbokreisel eignet sich zur Erarbeitung von Grund-lagen in der Holzbearbeitung, genauso wie die Varianten Geschicklichkeits-kreisel und unförmiger Kreisel. Der Schwerpunkt des Unterrichtsvorha-bens liegt auf den Verfahren, ausser bei der abschliessenden Aufgabe Helipropeller. Dort steht das Tüfteln im Zentrum.

Themenfelder und Kontexte: >I–09, III–01, III–02, III–04

Erweiterung: Unterrichtsvorhaben Umgang mit Fliehkraft >VII–02

METHODISCH-DIDAKTISCHE HINWEISE

Lebenswelt

Heute hat kaum noch jemand einen Bezug zu verschiedenen Holzarten, ih-ren Eigenschaften und ihrem Nutzungszweck. Holz ist Holz, ob verleimt oder massiv, ob weich oder hart, ob teuer oder billig. Die vorgeschlagenen Einstiege bilden den Ausgangspunkt, Holzarten kennenzulernen und die Brücke zur Lebenswelt der Lernenden zu schlagen.

Unterrichtshilfen

Die Technologiekarten (Bohren, Sägen, Kleben usw.) >Heft unterstützen die Lernenden, genau wie die Technologievideos. >App Der Teil «Faszination Technik» eignet sich als Einstieg und fördert das Technikinteresse. Die ver-schiedenen Verfahren, Werkzeuge und Geräte (inklusive Sicherheitsanwei-sungen) sollten durch die Lehrperson eingeführt werden.

Die Lernwerkstatt Erproben und Üben erweitert vorhandenes Wissen und Können im Werkstoffbereich. Die Lernwerkstatt Kreiselfaktoren ist die Grundlage. Die Lernwerkstatt Kreisel und Technik ergänzt das Kontextwis-sen. >Heft

Die Lehrhilfen Kreisel und Anschauung und Technik und die Lernhilfen Holz, Kreisel, Produktion, Medien und Berufe stehen zur Verfügung. >tud.ch

Aufgabenstellung

– Viele Konstruktionen und Gegen-stände sind aus Holz. Achtet z. B. eine Stunde auf «alles Holzige» und protokolliert. Stellt Vermu-tungen auf, warum so viel Holz gebraucht wird.

– Recherchiert kulturelle und historische Aspekte zur Bedeutung des Waldes einst und jetzt.

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K L A S S E3.–6.



Abb. 06 | Das Technikmuseum Holz schafft den emotionalen Bezug.

Abb. 07 | 150 Jahre Unterschied: das Holzzahnrad einer alten Uhr und ein mit Laser hergestelltes Werbegeschenk als Vorlage für den selbst hergestellten Zauberkreisel (links)

Abb. 08 | Blaskreisel aus Papier nach Vorlage

86 Umgang mit Holz


Abb. 09 | Schlusspräsentation des Turbokreisels mit farbigem MDF und Acrylglas

PRODUKT ENTWICKELN

TURBOKREISELAUFGABENSTELLUNG

Entwickle einen Turbokreisel, der durch einen Luftstrom angetrieben wird. Stelle zuerst eine Kreisscheibe und den Kreiselstab her. Bohre auf einer Kreislinie in regelmässigen Abständen etwa 5 mm grosse Löcher. Starte den Kreisel und blase mit einem Trinkhalm in Lauf-richtung in die Löcher. Wie lange kannst du den Kreisel antreiben?

Funktion: Durch Blasen den Kreisel beschleunigen können.

Konstruktion: Holzwerkstoffe bohren, sägen, schleifen und leimen können.

Gestaltung: Farbscheiben bewusst gestalten können.

Technologie: Holz sägen, bohren, schleifen (mit der Schleifhilfe für Räder) und kleben können.

Material: MDF, Sperrholz (6–12 mm), Rundstab, Trinkhalm

Hinweise: Im Vordergrund stehen Holzkenntnisse und die Holzbearbeitung. Pappelsperrholz bis 6 mm Dicke lässt sich mit der Sägehilfe für Räder aussägen.

DESIGNPROZESS

Sammeln und Ordnen

Technikmuseum Holz: Kinder suchen zu Hause Gegenstände, die aus Holz hergestellt wurden: Spielzeuge, Gebrauchs-gegenstände und Mitbringsel aus den Ferien. Sie berichten über die Geschichte des Gegenstands und ihre Beziehung dazu. Die Gegenstände werden nach Holzarten, Massivholz- und Holzwerkstoffen, Einzel- und Serienanfertigung usw. geordnet. Die Lehrperson stellt Fragen, kommentiert die Einteilungen und stellt die Gegenstände aus.

Technisches Experiment, Papierturbokreisel: Die Vorlage (Lehrhilfe Benham-, Spiralscheibe, Papierturbokreisel) auf fes-tes Papier (160 g/m2) kopieren und ausschneiden. Die starken Linien der Flügel ebenfalls schneiden, die feinen Linien vorsichtig anritzen und die Flügel etwa 45° nach oben falten. In die Mitte von unten einen gewölbten Reissnagel stecken und als Gegenstück einen kleinen Korkzapfen daraufkleben. Durch einen Luftstrom (gerichtetes Blasen mit Trinkhalm) beginnt der Kreisel zu drehen. Mithilfe eines Stroboskops wird die Drehzahl bestimmt: Dort, wo sich ein stehendes Bild ergibt, zeigen die aufgedruckten Zahlen die Umdrehungen pro Minute an. Ein einfaches Stroboskop ist eine Glühlampe, ihre Helligkeit schwankt aufgrund der Wechselspannung des Netzes mit einer Frequenz von 100 Hz.

Kontext handwerkliche und industrielle Produktion: Mit den Lernhilfen Automatisierung, handwerkliche Unikate und Seri-enarbeit Unterschiede erarbeiten. Was sind die Vorteile der Einzel-, der Serien- und der Massenproduktion? Vergleichen mit der eigenen Herstellung und je nach Bedürfnis der Lernenden die Herstellung der Kreisel als Serienarbeit durchfüh-ren. Mithilfe der Testfragen in der App können Schülerinnen und Schüler selbstständig Lernstandserhebungen zu den gewählten Lernhilfen durchführen.

Kreiselherstellung: Benötigte Verfahren je nach Voraussetzungen einführen. Tellerschleifmaschine oder Dekupiersäge und entsprechende Hilfsgeräte erleichtern die Herstellung von Kreiseltellern (Lehrhilfe Herstellung des Kreiseltellers). Kreisel können mit dem geeigneten Holzwerkstoff (Pappelsperrholz) auch von Hand gesägt werden. In der Variante un-förmiger Kreisel wird gezeigt, wie das Zentrum auch bei unförmigen Kreiseln gefunden wird. Dasselbe Prinzip lässt sich auch bei nicht perfekt runden Kreiseln anwenden. Hinweise zum Auswuchten finden sich im Unterrichtsvorhaben Um-gang mit Fliehkraft. >S. 151

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K L A S S E3.–6.



Abb. 10 | Ein Holzmusterkatalog fördert die Kenntnisse zu den verschiedenen Holzarten. Bei der Herstellung kann das Sägen von gleichlangen Holzteilen mit der Gehrlade geübt werden.

Abb. 11 | Holzkenntnisse lassen sich mit den Holzmustern (z. B. von Lignum) testen.

Abb. 13 | Löcher, die zu nahe am Kreisel-mittelpunkt liegen, führen zu deutlich weniger Antrieb. Zu kleine Löcher bieten zu wenig Widerstand. Der Kreisel lässt sich auch von Hand drehen, hier mit zwei «Begleitern».

Aufgabenstellung

Verändert die Scheibe zum Zauberkreisel, indem ihr grössere Löcher in regelmässigen Abständen bohrt. Wenn ihr die Scheibe kreiseln lässt, werden die Löcher zu einem durchsichtigen Ring.

LP 21 Prozesse und Produkte

Formgebende Verfahren, Trennen: Die Schülerinnen und Schüler können die Verfahren erkunden, zunehmend selbstständig und genau ausführen und üben: sägen, bohren (2. Zyklus: Weichholz, Holzwerkstoffe; 3. Zyklus: Massivholz, Metallhalbzeuge, Acrylglas).

Auswuchtkreisel

Dieses Experiment zeigt den Bezug zum technischen Alltag. Sobald der Kreisel schnell dreht, stehen sich die beiden Metallkugeln genau gegenüber. Damit sind die Auswirkungen der Fliehkraft wie bei der Waschmaschine sichtbar: Die Wäsche flieht nach aussen. Sie verteilt sich zudem zu Beginn des Schleudergangs regelmässig und gleicht so, wie die Kugeln im Auswuchtkreisel, die Unwucht aus.

Abb. 12 | Demonstrationsexperiment Auswuchtkreisel

88 Umgang mit Holz


Abb. 14 | Der Zylinderkreisel kann auch aus zwei Holzkugeln, die mit einer Achse verbunden sind, bestehen. Die Geschwin-digkeit eines auf der Zylinderoberfläche angebrachten Punkts setzt sich aus beiden Geschwindigkeiten zusammen: Wenn die Länge des Zylinders ein Vielfaches des Durchmessers misst, stellt sich ein statio-näres Punktmuster ein. Die Anzahl der Punkte entspricht dem Vielfachen.Ucke & Schlichting 2011, S. 12 ff.

Technisches Experiment, Stabkreisel: Etwa 50 mm eines Rundstabs absägen. Mit Mustern experimentieren. Wie bringt man den Stab zum Rotieren? Mit dem Zeigefinger auf das Ende des Stäbchens drücken und es wegschnip-sen.

Analyse (Materialuntersuchung): Die Schülerinnen und Schüler erhalten Massiv- und Sperrhölzer sowie MDF-Reststücke. Diese durch Tasten und Riechen untersuchen, vergleichen, ordnen und beschreiben. Die Lehrper-son ergänzt mit Informationen zu Eignung, Eigenschaften, Herstellung, Nachhaltigkeit und Preis. Je nach Voraussetzungen Aufträge aus der Lern-werkstatt Erproben und Üben durchführen.

Holzkenntnisse: Zusätzlich zur praktischen Arbeiten lassen sich im Sinn der Differenzierung für einzelne Lernende Lernhilfen Holz einsetzen (vgl. auch Grundlagen >I–09).

Experimentieren und Entwickeln

Technisches Experiment, Testkreisel: Mit Holzwerkstoffen aus der Restenkiste lang drehende Kreisel konstruieren. Tellergrösse (z. B. max. ø 10 cm), Spitze und Herstellungszeit (30 min) vorgeben. Wer schafft die längste Drehzeit?

Technisches Experiment, Turbokreisel: Mit dem Testkreisel weiterexperimentieren. Auf einer Kreislinie regelmässig Lö-cher bohren, Grösse mindestens 5 mm. Wer schafft es, seinen Testkreisel durch Blasen mit einem Trinkhalm in Schwung zu halten? Das Experiment lässt sich enger fassen, indem den Teams Anzahl und Grösse der Löcher zugeordnet werden, um deren Einfluss herauszufinden. Allerdings muss vom gleichen Typ Kreisel ausgegangen werden.

Auswertung: Wettbewerb durchführen. Beim Experiment Testkreisel sind die Kreiselfaktoren massgebend. >Heft Beim technischen Experiment Blaskreisel gibt es zwei zusätzliche Faktoren. Einerseits den Anstellwinkel des Blasrohrs: Wie beim Windrad ist ein Winkel von 45 ° am effizientesten. Wichtig ist, den Luftstrom zu dosieren. Wenn zu stark geblasen wird, kippt der Kreisel um. Es gilt also durchs Experimentieren den idealen Luftstrom zu erreichen. Andererseits sind Lochgrösse und -zahl variabel: entweder viele kleinere Löcher oder wenig grosse.

Planen und Herstellen

Mit der Entwicklung der Testkreisel wurden Grundlagen geschaffen: Die Kinder planen die eigene Umsetzung, bestim-men Grösse, Holzwerkstoffe und setzen einen gestalterischen oder technischen Schwerpunkt. Material und Arbeits-schritte mit der Lernhilfe Planung festlegen. >Heft

BEGUTACHTUNG

Produkt begutachten: Alle starten ihren Turbokreisel gleichzeitig. Wann fällt der erste um? Mit und ohne Blasen versu-chen, als Klasse Rekorde zu brechen. Die Klasse weitere Spielformen erfinden lassen, z. B. Kreisel einmal andrehen, einatmen und einmal blasen bzw. einmal Kreisel antreiben. Wer schafft die Rekordzeit? Gruppenwettkämpfe oder Ein-zelrekorde sind denkbar. Optimierungsmöglichkeiten gemeinsam reflektieren.

Dokumentieren und Präsentieren: Was habe ich durch den Turbokreisel gelernt? Kann ich die Holzwerkstoffe, Werkzeuge und Maschinen mit der korrekten Bezeichnung benennen? Kann ich in Zukunft die Dekupiersäge und die Ständerbohr-maschine korrekt einsetzen? Mithilfe der App Lernkontrolle zur Technologie durchführen. >App

VARIANTEN

Teile der vorgestellten Arbeit lassen sich für die nachfolgenden Varianten adaptieren. Je nach Voraussetzungen (Lernen-de, Technikraum, Lehrperson) können die Aufgaben auch parallel durchgeführt werden. Im Folgenden sind nur zusätzli-che Hinweise zur Unterrichtsdurchführung erwähnt.

Geschicklichkeitskreisel und unförmiger Kreisel sind vom Schwierigkeitsgrad her ähnlich. Die Variante Helipropeller ist die anspruchsvollste und aufwendigste Aufgabe.

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K L A S S E3.–6.



Abb. 15 | Übung macht den Meister.

Abb. 16 | Spielbrett zuerst aus Karton entwickeln

VARIANTE

GESCHICKLICHKEITSKREISELAUFGABENSTELLUNG

Stelle einen Geschicklichkeitskreisel mit einem kurzen Stab und ein Spielbrett her. Optimiere den Kreisel nach dem Prinzip des Auswuch-tens. Ziel des Spiels ist es, den Kreisel auf dem Spielbrett auf vor-bestimmten Routen oder auch nur um die Löcher herum zu führen, ohne dass er vom Brett fällt oder in einem Loch stecken bleibt.

Material: Karton, Sperrholz, Rundstab

Hinweise: Die Aufgabe eignet sich wie der Turbokreisel als Einstieg. Voraus-setzung ist, dass die Lernenden einen Kreisel schnell und einhändig andre-hen können. Es empfiehlt sich, die Spitze rund zu schleifen.

DESIGNPROZESS

Sammeln und Ordnen

Vorgehen analog der Aufgabe Turbokreisel. Die Materialuntersuchung auf Sperrhölzer beschränken.


Zuerst den Spielkreisel nach den Vorgaben fertigen und das Andrehen üben.

Das Spielbrett mit einem Modell aus Karton entwickeln. Form und Grösse aufzeichnen. Die Löcher mit einem Holzspiralbohrer bohren, etwa 2 mm grösser als der Kreiselstabdurchmesser, und das Spielbrett testen.


Die Kartonmodelle aus Sperrholz sägen und schleifen. Das Spielbrett lasie-ren oder ölen. Unverdünnte Acrylfarbe ist ungeeignet.

BEGUTACHTUNG

Turniere durchführen, dabei die Kinder Spielregeln festlegen lassen. Zur Erleichterung des Starts das Spielbrett zuerst auf den Tisch legen, den Kreisel starten und dann erst das Spielbrett anheben.

Spielregeln

Die Kinder sollen Spielideen erfinden und festlegen, wie sie den Kreisel starten: mit der besseren oder schlechteren Hand, nach dem Start zuerst in die Luft werfen und wieder fangen und dann Runden drehen u. a.

Abb. 17 | Die Kreiselspitze in der Bohrmaschine einspannen und mit einer Feile rund schleifen.

90 Umgang mit Holz


Abb. 18 | Für den Delfinkreisel eignet sich als Vorzeichenhilfe ein Kreis. Es lassen sich alle Figuren zum Kreiseln bringen, solange der Entwurf der Kreiselform innerhalb dieses Kreises und der Mittelpunkt in der vorgezeichneten Figur liegt.

Abb. 19 | Wellkartonmodelle aus bedruckten Teilen aussägen und falls gewünscht anschliessend mit einem anderen Material umsetzen

Abb. 20 | Mithilfe eines Nagels gelingt die Zentrierung. Sobald der Kreisel im Gleichgewicht ist, leicht drücken und genau dort das Loch für den Kreiselstab im Durchmesser des Stabs bohren.

VARIANTE

UNFÖRMIGER KREISELAUFGABENSTELLUNG

Damit unförmige Kreisel funktionieren, müssen sie zentriert wer-den. Experimentiere zuerst mit einem Wellkartonmodell, bevor du eine Sperrholzvariante herstellst. Als Kreiselstab nimmst du einen nicht zu langen Rundstab. Teste, bevor du den Stab einleimst. Das Verschieben des Tellers kann die Dreheigenschaften verbessern.

Material: Wellkarton, Sperrholz, Rundstab

Hinweise: Bei unförmigen Kreiseln muss der Zentrumspunkt innerhalb des Kreisels liegen; beim Modellbau aus Wellkarton und mithilfe eines Nagels lässt sich diese Bedingung leicht überprüfen. Grundsätzlich müssen Well-karton- bzw. Leichtbaukreisel langsamer gestartet werden. Ab Laufzeiten von 10 Sekunden lohnt sich eine Umsetzung mit Holz.

DESIGNPROZESS

Sammeln und Ordnen

Technisches Experiment: Zu zweit aus der Restenkiste ein Stück Sperrholz auswählen, dieses mithilfe eines Nagels zentrieren, bohren und zum Test-kreisel umfunktionieren.

Auswertung: Eignen sich alle Formen? Gut geeignet sind symmetrische Formen wie Käfer, Schildkröte und Frosch, weil sie in etwa eine Kreisform haben. Andere Formen sind schwieriger zu zentrieren.


Eigene Formen direkt auf Wellkarton skizzieren. Aussägen, zentrieren, bohren und Rundstab einsetzen. Mit dem Geodreieck den rechten Winkel zwischen Stab und Kreiselteller überprüfen und erst dann den Stab einlei-men.


Ein gut funktionierendes und ein gestalterisch ansprechendes Modell lässt sich in Massivholz, mit Holzwerkstoffen oder Acrylglas umsetzen.

BEGUTACHTUNG

Die Kreisel spielend präsentieren und untereinander austauschen. Opti-sche Wirkung und Dreheigenschaften kriterienorientiert begutachten.

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K L A S S E3.–6.



Abb. 21 | Bambus-Kinderspielzeug aus Japan

Fächerverbindung NMG und TTG

In der Natur kommen Propeller als Samen des Ahorns vor. Auch sind sie als Spielzeug zu kaufen. Mit einem Gummiband lassen sich diese Produkte in die Luft spicken und sinken rotierend zu Boden, wie Ahornsamen.

Einstieg NMG: Pflanzen verbreiten sich auf verschiedene Weise. Aus dem Alltag kennen Kinder meist den Samenflug des Löwenzahns.

Einstieg TTG: Rotierende Spielzeuge faszinieren und regen zum Eigenbau an.

Gemeinsames Experiment: Baue einen Flugpropeller nach Anleitung. >Heft

Fragestellungen NMG: Warum haben einige Samen grosse bzw. kleine Flügel? Warum rotieren Ahorn- oder Eschensamen beim Sinkflug?

Fragestellungen TTG: Wie muss ich den Propeller bauen, damit er möglichst lange in der Luft dreht? Wie baue ich den Propeller, sodass er schnell oder langsam rotiert?

Helikopter

Die Flügel eines Rotors haben dasselbe Profil wie Flugzeugflügel. Da die Luft oben den längeren Weg zurücklegen muss, strömt sie oben schneller als unten. Dadurch wird sie «dünner» und ein Unterdruck oder Sog entsteht. Beim Hubschrauber gleicht der Heckrotor das Drehmoment des Hauptrotors aus, damit sich das Fluggerät nicht mitdreht.

VARIANTE

HELIPROPELLERAUFGABENSTELLUNG

Entwickle einen Helipropeller mit Starthilfe, der möglichst weit fliegt. Das Profil, die Anzahl und der Winkel der Propellerflügel sind Fak-toren für den Auftrieb. Je straffer die Startschnur um die Achse des Propellers gewickelt wird, desto höher ist die Geschwindigkeit des Helipropellers. Tüftle an Möglichkeiten, den Propeller noch schneller starten zu lassen.

Material: Griff: Dachlatte und Holzwerkstoffe wie Dreischichtplatte oder Birkensperrholz. Propeller: Flugzeug- oder Birkensperrholz (Dicke 4 mm), Eschenleiste oder Polystyrol (Dicke 2–3 mm)

Hinweise: Flugversuche lassen sich draussen oder windunabhängig in der Sporthalle durchführen. Übung und eine optimale Starthilfe machen den Meister. Voraussetzung für die Herstellung der Propeller ist der Umgang mit Dekupiersäge, Feile, Heissluftföhn oder Linearbiegegerät.

DESIGNPROZESS

Sammeln und Ordnen

Helipropeller lassen sich nach dem Vorbild der Natur konstruieren. Schrau-benflieger, beispielsweise die Samen des Ahorns, verbreiten sich mit rotie-renden, spiralförmigen Bewegungen. Das Thema «Samenausbreitung» kann parallel und fächerverbindend im Fachbereich Natur, Mensch und Gesellschaft (NMG) behandelt werden, ebenso warum ein Rotor wie ein Flugzeugflügel geformt ist und deshalb fliegt.

Unter Drehflüglern versteht man Fluggeräte, die ihren Auftrieb durch einen Rotor erhalten. Die bekanntesten Drehflügler sind Helikopter. Bei genügen-der Rotationsgeschwindigkeit schraubt sich der Propeller mitsamt dem Helikopter in die Höhe. Die Chinesen sollen schon vor mehr als 4000 Jahren Propeller konstruiert haben, die ihren Kindern als Spielzeug dienten. In Ja-pan ist das Spielzeug unter dem Namen Taketombo bekannt.


Zahlreiche Pflanzensamen sind mit besonderen Einrichtungen zum passiven Fliegen ausgestattet. Das Prinzip eines solchen natürlichen Hubschraubers lässt sich an einem Papiermodell aufzeigen (Lernwerkstatt Kreisel und Tech-nik). Lässt man das Modell aus der Höhe fallen, so sinkt es rotierend zu Boden, ähnlich wie das Vorbild aus der Natur. Ob im Sinn bionischer Überlegungen die Ahornsamen beim Bau eines Hubschraubers Pate gestanden haben?1

Eine Starthilfe ermöglicht eine höhere Drehgeschwindigkeit des Propel-lers. Sie sollte gut in der Hand liegen und eine optimale Beschleunigung des Propellers ermöglichen.

1 Ucke & Schlichting 2011, S. 26 ff.

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Starthilfe

Ein einfacher Griff lässt sich mit Raspel und Feile aus einem Dachlattenstück formen. Eine Metallachse mit einer aufgesteckten Spule und einem Nagel als Mitnehmer genügt. Spule und Propeller können ausgewechselt und an anderen Modellen getestet werden.

Die Spule aus einem Stück Rundholz (aus Fichte) selbst formen, entweder mit Raspel oder in der Bohrmaschine wie ein Drechsler. Etwa 3 cm Rundstab in der Gehrlade absägen und in die Mitte ein Loch bohren. Eine Metallschraube durch dieses Loch gesteckt und mit einer Mutter angezogen, ermöglicht das Einspannen in der Bohrmaschine. So kann die Kerbe mit einem groben Schleifpapier geschliffen werden.

Abb. 23 | Bearbeitung des Propellers mit Feile und Schleifpapier

Propeller aus Holz sind die Klassiker. Eine Variante aus einer Eschenleiste oder aus Flugzeugsperrholz ist beidseitig vom Zentrum gegengleich und symmetrisch geformt. Ein Faltschnitt ermöglicht es, eine symmetrische Form anzuzeichnen. Wie bei Rädern und Kreiseln stört Unwucht das Dreh-verhalten.

Technisches Experiment, Propeller: Propeller aus 2–3 mm starkem Polysty-rol biegen und Anstellwinkel, Gewicht und Form testen.

Auswertung: Symmetrische Flügel und gleiche Anstellwinkel sind entschei-dend. Dazu einen etwa 2 cm breiten Bereich links und rechts des Zentrums mit dem Heissluftföhn erwärmen, Rest abdecken.


Zuerst Starthilfe konstruieren. Anschliessend Propeller aus Holz oder aus Polystyrol nach den Erkenntnissen des Experiments herstellen. Die benö-tigten Löcher für die Mitnehmer genau auf der Gleichgewichtslinie anzeich-nen: Propeller waagrecht auf einen hochkant gestellten Lineal legen und ins Gleichgewicht bringen.

Mit der Optimierungsmethode >S. 46 immer nur eine Verbesserung zwi-schen den Tests vornehmen: So ist klar, was etwas bringt.

BEGUTACHTUNG

Damit das Modell möglichst weit fliegt, muss der Helipropeller in der opti-malen Neigung starten. Genau wie das Fliegen eines Helikopters braucht dies Feingefühl und Training.

Einen Wettbewerb durchführen, die Helipropeller an einem Schulanlass präsentieren und mit Video oder dem Projektjournal dokumentieren. Ne-ben der Weitenrekordjagd können Schülerinnen und Schüler Spiele erfin-den: Zielwurf, Flugzeit, Höhenrekord über Schnur, Rekord mit 50 cm Schnur.

Abb. 22 | Versuche und daraus folgende Verbesserungen führen zur optimalen Propellerentwicklung.

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SPIEL HANDBUCH MECHANIK ENERGIE FÜR LEHRPERSONEN … · Das vorliegende Handbuch für Lehrpersonen «Spiel, Mechanik, Energie» umfasst 25 Lernumgebungen mit vielen herausfordernden