1. Lösungsidee: Mechanische Antriebe

Lösungsidee: Mechanische Antriebe

Intention

Die Schülerinnen und Schüler gehen der Frage nach "Wie kann mein Fahrzeug ohne Rampe fahren?" und suchen Lösungsideen, um ihre vorab gebauten Fahrzeuge (siehe Unterrichtsanregungen zum Fahrzeugbau) aus Alltagsmaterialien anzutreiben und entwickeln verschiedene Möglichkeiten eines mechanischen Antriebs.

Lernausgangslage

An diesen und ähnlichen Erfahrungsbezügen der Kinder können Sie anknüpfen:

Alle Kinder haben in einer vorangegangenen Unterrichtsreihe eigene Fahrzeuge mit unstrukturiertem Material gebaut. Dabei sind sie zu generalisierenden Aussagen bezüglich der Zusammenhänge zwischen der Bauweise und den Fahreigenschaften ihrer Fahrzeuge gelangt.
Alle Kinder kennen aus dem Unterricht die Möglichkeit, mittels einer Rampe ein Fahrzeug anzutreiben.
Weitere Antriebe können den Schülerinnen und Schülern aus Sachbüchern oder Filmen bekannt sein.
Aus ihrem Alltag kennen die Kinder bereits verschiedene mechanische Fortbewegungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel den Vortrieb durch Wind oder Pusten, den Rückstoß eines unverschlossenen, aufgeblasenen Luftballons oder die mechanische Wirkung von Druckfedern.

Diese und ähnliche Vorstellungen können Sie erwarten:

Wind/ bewegte Luft kann Gegenstände bewegen.
Druckfedern können Gegenstände bewegen/ beschleunigen.
Luftballons erzeugen aufgeblasen und unverschlossen einen Rückstoß

Mögliche Vorgehensweisen

Einstieg

Einstieg im Sitzkreis

die gebauten Fahrzeuge (wichtig: identische Bauweise - siehe Tipps und Stolpersteine aus der Erprobung werden exemplarisch betrachtet. Auf den Aufbau einer Rampe wird bewusst verzichtet.
Die Schülerinnen und Schüler überlegen gemeinsam, welche Möglichkeiten es gibt, dass die Fahrzeuge sich fortbewegen, ohne eine Rampe einzusetzen.
Ziel: Das Fahrzeug soll von alleine möglichst weit fahren
Erste Ideen werden aufgegriffen und auf Merkkarten festgehalten.

Erarbeitung

Nach der Think-Pair-Share-Methode erhalten zunächst alle Kinder die Aufgabe, eine oder mehrere eigene Ideen, wie das Fahrzeug angetrieben werden könnte, schriftlich auf Karten/ Zetteln festzuhalten.
Anschließend teilen sie ihre Ideen in einer Kleingruppe (max. 4 Kinder), wählen eine aus und erarbeiten gemeinsam eine mögliche Umsetzung.
Die Umsetzung halten sie auf einem Arbeitsblatt fest.

Abschluss

Abschluss im Sitzkreis:

In der Reflexionsphase tragen die Gruppen ihre Ideen zusammen und erörtern Lösungen für mögliche mechanische Antriebe. Diese werden in der Kreismitte sortiert und mit Überschriften hinsichtlich des verwendeten Prinzips versehen.
Die Schülerinnen und Schüler überlegen, welches Material für die Umsetzung sinnvoll ist und sortieren das Material aus der Tippkiste und die Materialkarten zu den Ideen.
Ausblick: „In der nächsten Unterrichtsstunde sollt ihr eure Ideen bauen und ausprobieren.“

Schüleräußerungen aus der Erprobung

„Man könnte einen Antrieb mit Luftballons machen. Da klebt man den Luftballon so oben drauf und pustet den auf und wenn dann die Luft rausgeht, fährt das Auto. Das habe ich schonmal gesehen.“
„Ich habe mal im Fernsehen gesehen, dass das auch mit einer Mausefalle geht.“
„Man kann auch ein Gummi nehmen und das damit antreiben. Aber ich weiß noch nicht genau, wo man das dann festmachen muss.“

Tipps und Stolpersteine aus der Erprobung

Wortspeicher: Antrieb, Luftballon, Feder, Gummiband, Segel
Für diese Unterrichtsreihe ist es notwendig, dass hier auch in der sich später anschließenden Gruppenarbeit, mit exakt gleich gebauten Fahrzeugen gearbeitet wird. Anderenfalls ist ein Vergleich der Antriebe am Ende nicht möglich. Daher müssen im Vorfeld vier bis acht (1 Fahrzeug pro Baugruppe) gleiche Pappkartonautos gebaut werden, die alle gute Fahreigenschaften aufweisen.
Anders als beim Fahren über die Rampe ist es bei angetriebenen Fahrzeugen erforderlich, dass ein ausreichender Reibwert zum Boden besteht, damit die Antriebskraft der Räder ohne Durchrutschen auf den Boden übertragen werden kann und die drehenden Räder für eine Vorwärtsbewegung sorgen können. Eine sehr gute Reibung zwischen Rad und Boden ergibt sich mit Marmeladenglasdeckeln, die auf der Abrollfläche mit straff gespannten, dicken Küchengummis ummantelt sind. Aber auch unpräparierte Marmeladenglasdeckel sind gut geeignet, weil sie beispielsweise gegenüber CDs eine breitere Kontaktfläche zum Boden haben, die die Kraftübertragung positiv beeinflusst.
Damit die Fahrzeuge möglichst haltbar sind, wurden die Befestigungen der Reifen zusätzlich mit Heißkleber befestigt.
Wichtig: Antriebe mit Strom werden ausgeschlossen.
Tippkiste mit Material dient zur Differenzierung und Anstoß zu eigenen Ideen für Antriebe.

Material aus der Erprobung