Fahren
Kinder erleben Fortbewegung auf Rädern in ihrem Alltag sehr früh. Kinderwagen, Dreirad, Roller, Puppenwagen. Leiterwagen bis hin zum Fahren mit einem Kraftfahrzeug. Für den Unterricht in Technik und Design sind Fahrzeuge ein vielschichtiges Thema, das im Prinzip jedes Jahr behandelt werden kann. Neben dem Aspekt des Fahrens bzw. des fahrbar Machens sind Aspekte wie Mobilität, Umweltverschmutzung, Raumplanung und viele mehr. Im Kontext Fahren konzentriert sich der Werkunterricht allerdings auf die grundlegenden Inhalte wie Lagerung, Materialien bis hin zum Antrieb.
Zu Beginn können allgemeine Experimente zum Thema rollen stehen. Die Kinder können einen schweren Gegenstand über den Boden schieben und werden merken, dass der Widerstand des Gegenstandes sehr groß ist und sie viel Kraft aufwenden müssen, um ihn fortzubewegen. Durch Verringerung der Reibung z.B. durch Kufen oder einen Teppich kann der schwere Gegenstand deutlich leichter durch die Klasse geschoben werden. Das Anbringen von Rädern bzw. das Stellend es Gegenstandes auf eine fahrbare Platte (Transportbrett) erleichtert den Transport noch besser.
Ein anderer Punkt, um anzuknüpfen ist über konkrete Fahrzeuge zu sprechen und die Kinder danach ein erstes Fahrzeug herstellen zu lassen. Dazu können Kinder Bilder von Fahrzeugen oder Fahrzeuge selbst mit zur Schule bringen. Diese werden dann gemeinsam mit den Kindern betrachtet und besprochen. Im Sinne des forschenden Lernens ist es wichtig w
Einstiegswerkstücke
Eine sehr einfache Form des Fahrzeuges ist das Wellpappenfahrzeug bzw. ein Fahrzeug aus Karton, bei dem die Achse starr angebracht wird oder die Achse in einem Strohhalm oder ähnlichem gelagert wird.
Beim Wellpappenfahrzeug ist ein wesentlicher Aspekt das Schneiden mit der Schere und das Ablängen des Rundstabes (mit einer Puk Säge). Das Zusammenfügen der Einzelteile schult die Auge Hand Koordination. Als Material wird Wellkarton mit entsprechend großen Löchern benutzt, die Achse ist ein 3 mm Buchenrundstab und als Räder Kunststoffräder mit 3mm Bohrung für die Achse.
Die Variante mit der Kartongrundplatte zielt ebenfalls auf die Arbeit mit Schere und Klebeband ab.
In den Bildern auf der rechten Seite sieht unterschiedliche Räder. Die Holzräder werden lose auf der Achse gelagert, das bedeutet, dass die Räder sich um starre Achse drehen. Bei den schwarzen Rädern handelt es sich um Räder die auf einen Rundstab gesteckt werden und eine feste Verbindung eingehen. Die Holzräder haben eine 4 mm Bohrung, drehen sich also sehr gut um eine 3 mm Achse aus einem Buchenrundholzstab.
Wir die Achse in einem Strohalm gelagert, muss dieser einen größeren Durchmesser als der 3mm Buchenrundstab, damit sich dieser frei drehen kann. Diese Lagerung lässt eine fixe Verbindung von Achsen und Rädern zu.
Die starre (angeklebte) Achse verlangt nach den Holzrädern, da sich diese um die Achse drehen können. Um sie zu fixieren werden Distanzringe aus Gummi verwendet. Diese sind hier erhältlich. Diese Distanzringe sind bei vielen Werkstücken äußerst hilfreich und für Rundstäbe bis 4 mm gut geeignet.
Natürlich kann die fahrbare Platte auch aus einer Holzleiste hergestellt werden. Dazu eignen sich Weichholzleisten in den Abmessungen 10mm x 60 mm x 500 mm welche von den Kindern in die richtige Länge gesägt werden müssen. In diesem Fall entfällt das Schneiden mit der Schere und wird durch das Sägen ersetzt. Als Empfehlung für die Säge gilt die Japansäge mit einem Pistolengriff, da sie gut in der Hand der unterschiedlich großen Kinder und der unterschiedlich hohen Tische liegt. Als Achse kommt hier ebenfalls ein 3 mm Buchenrundholzstab zum Einsatz.
Eine Frage die häufig von den Kindern gestellt wird, ist die Größe der fahrbaren Platte. Es hat sich bewährt den Kindern einen Maßstab zur Verfügung zu stellen. Im Fall der fahrbaren Platte ist dies ein Playmobil Männchen. Die meisten Kinder können damit die Größe eines Fahrzeuges ableiten. Für die Kinder, die dies nicht schaffen, bietet sich die Möglichkeit vor die Schule zu gehen und sich neben ein Auto zu legen und die Relation darzustellen. Dieses erste praktische anbahnen des Maßstabbegriffs ist auch für den Mathematikunterricht relevant und bietet einen handlungsorientierten Zugang.
Nach der Herstellung einer fahrbaren Platte ist es wichtig diese auch zu testen und zu bespielen. Eine gute Möglichkeit des Tests sind Vergleichswettfahrten von einer Rampe. Dabei bereitet die Lehrperson eine Rampe vor auf welche die Kinder ihre fahrbare Platte stellen und dann auslassen. Im Idealfall ist am oberen Ende der Rampe ein Anschlag, damit alle Kinder die gleiche Länge der Rampe nutzen. Nachdem das Fahrzeug dort abgestellt wurde, lassen es die Kinder los und ohne anstoßen rollt das Fahrzeug nun über die Rampe nach unten.
Weitere Zugänge zum Thema Fahren:
Kinder können ebenfalls über Lego, Fischertechnik oder Matador erste Einblicke in die Welt des Fahrens bekommen. Die Arbeit mit diesem Materialien ermöglicht es Kindern in der GS2 Lösungen für komplexere Aufgaben zu entwickeln und danach umzusetzen.
Der spiralcurricular Aufbau, welcher von Gustav Zankl stets gefordert und umgesetzt wurde, bietet eine großartige Möglichkeit bestimmte Themen immer wieder aufzugreifen und dadurch einerseits die Grundlagen zu festigen und anderseits diese Themen weiterzuentwickeln. Um dem Lehrplan zu entsprechen müssen Lehrpersonen Aufgabenstellungen differenziert wiederholt werden. Die Erfolgsqoute guten Unterrichts liegt bei etwa 60 - 70%. Eine Wiederholung in der nächsten Jahrgangsstufe kann bei 30 - 40% zu Erfolg führen. Diese Redundanz hilft also deutlich den Unterrichtsertrag zu sichern. (Zankl, 1981)
Einführung der Lenkung bei der fahrbaren Platte
Als Einstieg zum Lenken eignet sich die Betrachtung verschiedener Fahrzeuge und dazu gestellte Leitfragen. "Hat eine Straßenbahn / Eisenbahn ein Lenkrad?" Diese Fragen führen dazu, dass Kinder erkennen, dass bestimmte Fahrzeuge gelenkt werden müssen während andere nicht gelenkt werden.
Bei der Einführung der Lenkung ist es besonders wichtig genau zu betrachten was bei einer Kurvenfahrt geschieht. Dieser Punkt wird leider oft nicht betrachtet und führt beim Einführen der Lenkung zu einem schweren Fehler.
Fährt ein Fahrzeug gerade aus, legt jedes Rad den gleichen Weg zurück, das bedeutet, dass sich jedes Rad gleich oft dreht. Dadurch können die Räder auf der selben Achse fest fixiert sein (z.B. Kunststoffräder auf 3mm Rundstab).
Kindern in der Schule kann dies anhand eines praktsichen Beispiels gut verdeutlicht werden. Bei einem Fahrzeug werden die Räder an der obersten Stelle mit Farbe markiert. Fährt das Fahrzeug nun gerade aus, ist ersichtlich, dass sich alle Räder gleich oft gedreht haben.
Wie im Bild dargestellt kann den Kindern nun die Kurvenfahrt gezeigt werden. Die Kinder sollen nun ihre Vermutungen anstellen was dieses Bild bzw. diese Striche am Boden aussagen.
Die Kinder müssen erkennen, dass das äußere Rad einen längeren Weg zurücklegen muss als das innere Rad. Dies kann durch messen mit einer Schnur oder ähnlichem erfolgen. In einem nächsten Versuch werden zwei Räder fest auf eine Achse fixiert (Kunststoffrad auf 3mm Rundstab) und erneut die oberste Stelle markiert. Nun wird versucht mit dieser Achse die Kurve zu fahren. Die Kinder werden sehen, dass sich ein Rad nur schiebend fortbewegt, eine solche Konstruktion also nicht zum Erfolg führen kann.
Die einfachste Lenkung für die Primarstufe ist die Drehschemellenkung. Diese kann einfach umgesetzt werden, wesentlich ist, die Lagerung der Räder zu bedenken. Die Lagerung muss ermöglichen, dass sich jedes Rad das sich am Drehschemel befindet unabhängig vom anderen drehen kann. Genau betrachtet müsste man dies auch für die ungelenkte Achse bedenken.
Die Lagerung kann durch einen Achsstummel, ein Rundstab mit 3 mm Durchmesser wird in ein 3mm Bohrloch des Drehschemels geleimt und das Holzrad mit einem Bohrdurchmesser von 4mm wird auf den Achsstummel geschoben und mit einem Gummi Distanzring fixiert. Ebenfalls eignet sich eine starre (festgeklebte) Achse auf der die Räder fixiert sind. Will man mit fest mit der Achse verbundenen Rädern arbeiten, muss die Achse unterbrochen werden und jede Hälfte extra gelagert werden.
Das Kartonfahrzeug mit Drehschemellenkung besteht aus einem Drehschemel mit kurzer Deichsel. Die Achse ist auf der Unterseite des Kartondrehschemels wurde mit Klebeband fixiert. Die Holzräder besitzen eine größere Bohrung (4mm) als der Durchmesser der Achse (Buchenrundstab mit 3 mm).
Das zweite Bild zeigt ein Fahrzeug aus Holz mit Drehschemellenkung. Im ersten Bild ist die Lagerung des Drehschemels gut zu sehen. Ein 4 mm Buchenrundstab stellt die drehbare Verbindung her. Um ein herausgleiten zu verhindern ist er mit einem Distanzring aus Gummi fixiert. Um eine Lenkung zu ermöglichen muss das Loch in der Grundplatte zumindest einen Durchmesser von 5 mm aufweisen.
Dieses Fahrzeug setzt wesentliches Wissen der Kinder in Bezug auf Bohrungen, Achsen und Wellen voraus. So müssen die Kinder wissen welchen Bohdurchmesser sie für welche Bohrung benötigen (soll sich der Rundstab in der Bohrung drehen oder fest sein). Kinder die vorab an Probeholzstücken die Funktionalität prüfen, können so ein gesichertes Wissen für weitere Werkstücke aufbauen. Es ist daher sinnvoll, Materialien zur Erprobung der Funktionalität zur Verfügung zu stellen.
Angetriebene Fahrbare Platte
Als weiter Entwicklungsstufe des Fahrens kann die fahrbare Platte angetrieben werden. Dazu eignen sich viele Möglichkeiten, welche durchaus auch in Kombination mit dem Sachunterricht und dem Thema Bionik, erarbeitet werden können.
Rückstoß als Antrieb
Das Rückstoßprinzip, welches auch von Tieren wie Quallen oder Tintenfischen angewandt wird, ist eine einfache Möglichkeit ein Fahrzeug anzutreiben.
Das einfachste Fahrzeug, das dazu mit Kindern hergestellt werden kann, ist das Raketenauto aus Strohhalmen. Die Achse wird hier in zwei Strohhalmen gelagert welche mit Malerkrepp oder Gewebeband mit dem Längsstrohhalm verbunden sind. Das eine Ende des Strohalms wird mit einem Klebeband oder einem Tropfen Heißkleber verschlossen.
Wichtig dabei ist, dass der Strohhalm an dem die Achsen befestigt sind, einen größeren Durchmesser hat als der, der danach in den Strohhalm eingeführt wird. Wird bei diesem nun fest hineingepustet, bewegt sich das Fahrzeug vorwärts.
Diese Aufgabenstellung eignet sich hervorragend um Kinder experimentieren zu lassen. Die Materialien können in eine "Mach was draus" Box verpackt werden und die Kinder können mit den Materialien versuche anstellen und selbstständig nach einer Lösung für ein Fahrzeug suchen. Alternativ kann auch eine Blasrakte hergestellt werden. Dazu kann anstelle des Strohhalms ein Isolierrohr für Stromkabel mit einem Durchmesser von 2 cm verwendet werden. Die Rakete muss dafür aus Papier (gut geeignet 120 g) hergestellt werden.
Beide Werkstücke eignen sich um die Weiten die sie fliegen bzw. fahren nachzumessen und zu erfassen. Die gesammelten Ergebnisse können im Mathematikunterricht erfasst, ausgewertet und dargestellt werden. In Kombination mit dem Sachunterricht sowie "digitaler Grundbildung" kann diese Thematik ein hervorragendes MINT Projekt darstellen.
Das Rückstoßprinzip kann ebenfalls mit einem Luftballon umgesetzt werden. Hier empfiehlt sich ein "Luftballonkegel" der Fa. Winkler oder anderer Anbieter, welcher mit einer Klemme oder einer von Kindern entworfenen Konstruktion auf der fahrbaren Platte befestigt werden kann. Beim Luftballonfahrzeug ist auf das Gewicht und die Lagerung der Achse (empfohlen Metallachse mit Ringschrauben zu lagern) zu achten, da sie sonst nur langsam oder gar nicht fährt.
Elektrischer Antrieb
In der 3. bzw. 4. Schulstufe kann die fahrbare Platte auch mit Motoren angetrieben werden. Es besteht die Möglichkeit einen Getriebemotor zu verwenden, wecher eine passende Geschwindigkeit liefert oder einen klassischen Motor mit Lutschraube einzusetzen. Während der Getriebemotor die Thematik Getrieb, Kraftübertragung und Übersetzung als vertiefende bzw. angrenzende Inhalte bietet kann mit dem Luftschrauben (Propeller) einen anderen Zugang zur Fortbewegung.
Beide Varianten müssen im Aufbau einen Schalter beinhalten um das Fahrzeug stoppen zu können. Die gesamte Thematik des einfachen elektrischen Stromkreises welcher im Sachunterricht erarbeitet wurde kann hier angewandt werden. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit zu Querverbindungen in Mathematik und Digitale Grundbildung (Fahrzeug z.B. mit Lego (R) Spike Education programmiert). Es bietet auch dieser Zugang eine Vielzahl an MINT Projektideen an. Forschendes, entdeckendes und handlungsorientiertes Lernen ist in diesem Kontext ideal.
Getriebemotor
Der Getriebemotor den Fa. Winkler Schulbedarf im Angebot hat eignet sich sehr gut. Bei den Werkstücken ist darauf zu achten, dass größere Räder benötigt werden, damit diese den Boden erreichen. Beim Getriebemotor ist ebenfalls darauf zu achten, dass er auf einer Seite ein Zahnrad hat, dass unten herausragt. Dies muss konstruktiv (z.B. durch einsägen oder hinaus ragen lassen) berücksichtigt werden. Das Fahrzeug kann auch gut auf Karton aufgebaut werden.
In weiterer Folge bietet sich an im Kontext Robotik und progammieren ein Fahrzeug auf Basis von Lego Technik bzw. Lego Spike / Lego WeDo. Mit Hilfe dieser Plattform können Kinder erste Erfahrungen mit einer bildbasierter Programiersprache sammeln und unterschiedliche Getriebearten anhand klarer Vorgaben (Programm) vergleichen.
Robotik
Die Auseinandersetzung mit Robotik wird vom Lehrplan gefordert. Natürlich können spielerische Plattformen, ohne konkreten Nutzen (Makey Makey, Microbit) verwendet werden. In Kombination mit dem Sachunterricht und Mathematik bieten sich die Lego(R) Education Sets an. Im Sinne des spiralcurricularen Aufbaus des Technik und Designunterrichts ist der Einsatz von Robotik ein logischer Schritt.
Aufgrund der einfachen (bildbasierten) Programmierung kann das Modell eines Fahrzeuges genutzt werden um z.B. Übersetzungen und deren Auswirkungen zu erproben.
Dazu werden unterschiedlich große Zahnräder oder Riemenscheiben verwendet. Mit einer entsprechenden Programmierung können nun die Auswirkungen, durch Messen der zurückgelegten Strecke, überprüft werden. Die Geschwindigkeit kann mit einer Stoppuhr (Wie lange benötigt das Fahrzeug für einen Meter? Wieviele m legt es pro 10 Sekunden zurück?) ermittelt werden.