Aha-Erlebnisse motivieren zum Weiterforschen

Kinder erleben technische und konstruktive Probleme oft als spannende Herausforderung. Werden sie richtig angeleitet und in den entscheidenden Momenten zum selbstständigen Weiterforschen animiert, erwerben sie zur Problemlösung im konkreten Einzelfall allgemein gültige Strategien. Wie das im Unterricht aussehen kann, schildert Thomas Stuber in seiner Reportage.

Thomas Stuber: ist Dozent für Technisches Gestalten an der PH Bern, Institut IVP NMS, Autor “Werkweiser 2” und Co-Autor “Phänomenales Gestalten: Schwachstrom und Magnetismus”.LEDs sind in und trendy: Sogar die Poststellen verkaufen LED-Produkte (LED = Light Emmiting Diode, zu Deutsch Leuchtdiode) wie Schlüsselanhänger, Taschenlampen, Lese- und Nachttischlampen, Standleuchten etc.

Die Lehrerin, Frau Offenbach, sieht das neue Angebot der Post und findet, ein solch aktuelles Thema müsste sich doch im Technischen Gestalten umsetzen lassen. Sie meldet sich spontan für einen Workshop mit dem Titel «Experimente mit Elektrizität und LEDs» an. Sie erlebt dort, wie Probleme dank entdeckenden Lernformen durch Schülerinnen und Schüler selber gelöst werden können, wenn eine entsprechende Begleitung erfolgt. Sie beschliesst, eine Experimentierreihe zur Herstellung einer Diodentaschenlampe zusammenzustellen und mit dem Thema Elektrizität direkt nach den Sommerferien zu beginnen. Sie findet ein neues Lehrmittel zum Thema und kauft Material ein. Ein perfektes Muster fehlt ihr zwar, aber sie weiss dank den Experimenten, wie der Unterricht mit den Kindern ablaufen könnte.

Als Einstieg schildert Frau Offenbach das Problem, das die Forscher zu Beginn der Elektrizitätsversuche hatten. Es gab damals keine Stromquelle, bis Alessandro Volta 1800 die erste brauchbare Batterie erfand. Als Erstes lässt sie die Schülerinnen und Schüler diesen Versuch nacherfinden. Die Begeisterung ist gross, die Diode leuchtet mit Hilfe von Elektroden, die Essig ausgesetzt sind (vgl. Bilder S. 19). Als Nächstes dürfen die Schülerinnen und Schüler Glühlämpchen zum Leuchten bringen, zuerst nur mit Hilfe einer Batterie, dann erhalten sie zusätzlich Prüfkabel und eine Fassung. Diese Erprobungen ermöglichen es den Lernenden, handelnd zu erfahren, was einen Stromkreis ausmacht. Im anschliessenden Experiment «Langstreckenleiter» kommt es zur Anwendung der Erkenntnisse: Wettbewerbsartig soll eine möglichst lange Leitung zwischen Batterie und Glühlämpchen gelegt werden. In Partnerteams suchen die Schülerinnen und Schüler leitendes Material, um es in den immer grösser werdenden Stromkreis einzubauen. Kontakt-Probleme und andere Fehlerquellen sind immer wieder zu lösen. Aha-Erlebnisse häufen sich, immer wieder ist zu hören: «Es geht! Es leuchtet!» Jedes Team ist stolz über das Erreichte, auch wenn’s nicht für den «Sieg» reicht.

Das Mädchen baut wie Alessandro Volta 1800 eine Batterie nach. Die in Serie geschalteten Elektroden aus je einem Zink- und Kupferstreifen werden einer verdünnten Säure (Essig) ausgesetzt. Es findet eine chemische Reaktion statt, die so viel elektrische Energie erzeugt, dass damit eine Leuchtdiode zum Leuchten gebracht werden kann. Das Stromerzeugungserlebnis motiviert dazu, mehr zum Thema Batterien erfahren zu wollen.An einem nächsten Nachmittag geht die Experimentierreihe in eine zweite Runde: Zuerst analysieren die Kinder bestehende und selbst gemachte Schalter, versuchen, die bestehenden nachzubauen, und integrieren sie in einen Stromkreis. Allen ist nun klar: Aha, der Stromkreis lässt sich mit einem Schalter unterbrechen und in der «Blackbox» des gekauften Schalters muss es entsprechend aussehen. Die schnelleren Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich bereits mit den Problemen Kurzschluss und Dimmer. Sie berichten in der Auswertungsrunde vom Warmwerden der Batterie durch den Kurzschluss und sind erstaunt, dass eine Bleistiftmine, eingebaut im Stromkreis, sich ähnlich verwenden lässt wie ein Dimmer. Die Lehrerin ergänzt: «Bei den Leuchtdioden funktionierts ähnlich wie beim Dimmer: Wir müssen einen Widerstand in den Stromkreis einbauen, sonst erhält die Diode zu viel Spannung und geht kaputt.» Weil die Kinder noch nicht berechnen können, welcher Widerstand genau vorgeschaltet werden muss, stellt sie diesen zur Verfügung und lässt Diode und Widerstand in einen Stromkreis einbauen. Phänomenales Gestalten: Schwachstrom - MagnetismusNur etwa die Hälfte der Dioden leuchtet… Frau Offenbach ergänzt, dass das längere Bein, der Pluspol, bei Leuchtdioden immer am Pluspol der Batterie angeschlossen werden muss.

In den sechs nachfolgenden Lektionen entwickeln die Kinder das Gehäuse ihrer persönlichen Taschenlampe. Untersuchungen und Erprobungen zum Material, hier vorwiegend Kunststoff, helfen, Kenntnisse und Möglichkeiten zu erarbeiten. Ein Prototyp aus dem billigeren Polystyrol hilft schliesslich bei der individuellen Umsetzung mit dem edleren Acrylglas. Stolz werden die individuellen Taschenleuchten im Keller getestet: Es sind die drei Buchstaben LED in der Dunkelheit zu finden.