Daniel Düsentrieb Preis 2006 Gymnasium Grootmoor

H. Koch

Lernen durch den Wettbewerb

Was zeichnet die Arbeit im Daniel-Düsentrieb-Wettbewerb aus?

Im "normalen" Unterricht arbeiten die Schülerinnen und Schüler einer Klasse oder eines Kurses in der Regel nach kurzfristigen Vorgaben an den jeweiligen Themen des Unterrichts. Inhalte, Methoden und Arbeitsformen wechseln, werden meist vom Lehrer vorgegeben. Von Zeit zu Zeit finden überprüfungen des Leistungsstandes, Tests und Arbeiten statt und dann geht es im "Stoff" weiter. Irgendwann ist der "Plan" hoffentlich erfüllt und die Schülerinnen und Schüler bekommen ihre Zeugnisse.

Die Arbeit im Wettbewerb ist geradezu gegensätzlich aufgebaut:

Es gibt keinen "Plan", dafür gibt es aber ein Ziel. Es gibt auch keine vorgegebene Struktur, welche Arbeit wann wie zu erledigen ist. Die Arbeit findet auch nicht nur in einer Klasse oder in einem Kurs statt. Es gibt keine zwischenzeitlichen überprüfungen, sondern nur den zunächst weit entfernten praktischen Wettbewerb. Passend zu der jeweils zu lösenden Aufgabe muss sich in der Schule eine Gruppe organisieren und strukturieren. Ziel des Wettbewerbes ist es dabei auch, fächerübergreifend möglichst viele Aspekte der jeweiligen Aufgabe zu berücksichtigen und entsprechend möglichst viele Schülerinnen und Schüler und Lehrerinnen und Lehrer einzubeziehen. Natürlich soll die Arbeit auch dokumentiert und präsentiert werden.

Wie haben wir die Arbeit organisiert?

An unserer Schule gibt es die Arbeitsgemeinschaft "Offene Physik", in welcher sich wöchentlich nachmittags interessierte Schülerinnen und Schüler aller Klassenstufen treffen können, um z.B. experimentelle Hausaufgaben zu erledigen, beim Aufbau von Experimenten oder bei Arbeiten in der Sammlung zu helfen oder Arbeiten zu Wettbewerben wie "Schüler experimentieren", "Jugend forscht" oder eben zum Daniel-Düsentrieb-Wettbewerb zu erledigen. Der verantwortliche Lehrer lässt sich seit einem Jahr bei der Leitung dieser AG von der Schülergruppe "FöNa" ("Förderung der Naturwissenschaften") unterstützen. In dieser Gruppe werden die Arbeiten zum DDP-Wettbewerb koordiniert.
Neben der Arbeit in der offenen Physik wird jedes Jahr versucht, möglichst viele Schulfächer in den Wettbewerb einzubinden. Manchmal gelingt es auch, scheinbar entfernte Fächer wie Geschichte und Latein einzubinden, oft auch Biologie, manchmal auch Philosophie und Ethik.
Bei der diesjährigen Aufgabe haben sich neben einem Kunstkurs, in dem unter anderem eine Form für das Knochenmodell hergestellt wurde, vor allem die Kurse "MMS - Messen, modellieren, simulieren" aus der Mittelstufe engagiert. Ausschnitte aus deren Arbeit sind in diesem Buch auch dargestellt.
Schon bald nach Bekanntgabe der Wettbewerbsaufgabe haben wir im November für den Austausch der Arbeitsergebnisse haben wir im Lo-net Klassenräume eingerichtet. Dann wurden Kolleginnen und Kollegen aufgefordert, sich nach Möglichkeit an der Arbeit zu beteiligen. Bei dem diesjährigen Thema boten sich neben den "üblichen" Fächern besonders auch Fächer wie Biologie und Ethik an; allerdings ist das Thema "Knochen" in Biologie schon in Klassenstufe 5 vorgesehen und spielt sonst keine Rolle mehr, und die Ethikkurse hatten dieses Jahr keine zur Thematik "Medizin und Ethik" passende Fragestellungen bearbeitet. Immerhin gelang es, aus dem Sozialpraktikum der Vorstufe einen Beitrag zum Thema zu gewinnen.
Im Dezember muss man sich in der Regel offiziell anmelden. In der Zeit bis zum Januar hatten wir vor allem Versuche zum Strömungsverhalten in MMS 10 durchgeführt und hinreichend Strohhalme und Leim gekauft, um erste Bauversuche damit durchzuführen.
Im MMS 10 - Kurs vom 10.1.2006 ergaben sich dazu unter anderem folgende Ideen:

• Zug- und Druckfestigkeit/ mit Leim gefüllt/Leim trocknet nicht/Leim nimmt beim Trocknen an Volumen und Masse ab (Wasserentzug).
• Sollen wir den Trocknungsvorgang variieren?
• Beobachtung: Modellknochen aus Gips: Form gut getroffen.
• Beobachtung: Knochenmodell als Zylinder in Klorolle aus gehäckseltem
• Stroh und Leim: Sehr hart
• Hohl- oder Massivknochen?
• Wir brauchen eine Knochen-Testmaschine
• Wir müssen Miniaturmodelle zum Ausprobieren bauen
• Zum Zerkleinern: Haushaltsmaschine mitbringen!
• Wie viel bringt eine spezielle Baustruktur?
• Wie lässt sich das Material gießen?
• Macht es Sinn, die Halme zu zerkleinern?
• Ist es besser, die Halme in Röhrenform zu lassen und schichtweise zu bauen?
• Wie erreicht man am Knochenhals größtmögliche Bruchfestigkeit?
• Gibt es spezielle Fachwerkkonstruktionen?
• Wie wird ein "echtes" Knochenmodell gebaut? Welche Materialien werden verwandt?

Im MMS 8 - Kurs haben daraufhin Schülerinnen und Schüler Untersuchungen zur Mechanik (Hookesches Gesetz u. ä.) durchgeführt.

Im MMS 10 - Kurs und in der offenen Physik beschäftigten sich die Schülerinnen und Schüler mit folgenden Fragen:

• Eigenschaften des unbehandelten Strohhalms:
  Länge:22 cm
  Masse: 0,3 g
  Verhalten bei Druckbelastung
  Verhalten wie Biegebelastung
  Untersuchung am 20.12.2005 durch Jendrik, Justus u.a.: Der Strohhalm verhält sich kaum elastisch; er bricht. Die zum Bruch führende Kraft lässt sich mit Cassy messen.
  Die Werte streuen stark (um ca. 5N). Es werden Messreihen mit mehreren Halmen aufgenommen.
• Eigenschaften des mit Leim bestrichenen Strohhalms:
  Verhalten bei Druckbelastung
  Verhalten bei Biegebelastung
• Eigenschaften des mit Leim gefüllten Strohhalms:
  Beob.: Der Leim kann in dem Strohhalm wegen fehlender Luftzufuhr kaum trockenen.
  Masse: 3 g
  Verhalten bei Druckbelastung
  Verhalten bei Biegebelastung
  Untersuchung am 20.12.2005 durch Jendrik, Justus u.a.: Der Halm ist wegen des noch feuchten Leims sehr weich und rutscht weg.
• Mehrere unbehandelte Strohhalme im Bündel:
  Verhalten bei Druckbelastung in Abhängigkeit von der Anzahl
  Verhalten bei Biegebelastung in Abhängigkeit von der Anzahl
• Mehrere außen verleimte Strohhalme im Bündel:
  Verhalten bei Druckbelastung in Abhängigkeit von der Anzahl
  Verhalten bei Biegebelastung in Abhängigkeit von der Anzahl
• Mehrere mit Leim gefüllte verleimte Stromhalme im Bündel:
  Verhalten bei Druckbelastung in Abhängigkeit von der Anzahl
  Verhalten bei Biegebelastung in Abhängigkeit von der Anzahl
• Untersuchungen zum Knochenmodell:
  Bestimmung des Volumens
  Bestimmung der Masse (je nach Material)
• Untersuchungen zum Leim:
  Masse, Volumen bzw. Dichte des frischen Leims
  Trocknungsverhalten und Veränderungen nach der Trocknung (Masse, Volumen)
• Bau von Knochenmodellen:
  Aufteilung in Zweierteams: Bau eines Knochenmodells in Zylinderform; als Hohlform wird ein Papprohr genommen.
  Füllen der Strohhalme mit Leim: Mit einer angepassten Spritze ist es möglich. Nach dem Füllen werden die Halme unten verschlossen und zum Trocknen senkrecht aufgehängt.
  Zerkleinern der Strohhalme: Im Mörser erhält man Häcksel. Fabian u. a. füllen diese Häcksel zusammen mit Leim in eine Pappröhre. Nach dem Trocknen soll sich ein fester Zylinder gebildet haben. Die Masse sollte eventuell zum "Gießen" eines Knochens in eine Hohlform benutzt werden. So wird es nicht gehen.
  Idee: Es wäre auch denkbar, alle Strohhalm zu öffnen, zu bügeln und dann massiv im Kreuzverbund zu verleimen, dass schließlich ein Block entsteht, aus dem dann der Knochen herausgeschnitzt wird.
  Aber: Aus 500 Strohhalmen ergibt sich dann ein viel zu kleines Volumen.
  Es werden verschiedene Varianten ausprobiert.

Was lernt man durch die Teilnahme am Wettbewerb?

Sicherlich lernen die Schülerinnen und Schüler vieles über Physik.
Darüber hinaus aber sehr viel mehr:
Sie entwickeln eigene Ideen zur Lösung des vorgegebenen Problems; sie müssen selbständig und gemeinsam langfristig und zuverlässig arbeiten, um Erfolg haben zu können. Ideen, Material und Hilfsmittel müssen zum Teil von außerhalb der Schule besorgt werden, Zeitbedarf und Kosten müssen bedacht werden. In der Gruppe lernen sie, dass sich unterschiedliche Fähigkeiten, Eigenarten und Vorgehensweisen Entgegenstehen oder aber auch ergänzen können. Nach einiger Zeit stellt sich die Notwendigkeit einer Strukturierung der Gruppe heraus, die Wichtigkeit des Einhaltens von Terminen und Absprachen wird deutlich. Bei jedem DDP-Wettbewerb machen sie am Ende die Erfahrung des plötzlichen Termindrucks - und immer wird in den letzten Tagen besonders intensiv und kreativ gearbeitet - und die Erfahrung der Aufregung beim praktischen Wettbewerb mit dem anschließenden "endgültigen Urteil" über ihre Arbeit.
Somit gibt der Daniel-Düsentrieb-Wettbewerb den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit, sich in überzeugend sinnvollem Kontext in freier, aber Zielorientierter Tätigkeit mit naturwissenschaftlichen Problemstellungen zu beschäftigen. Daneben vermittelt der Wettbewerb ihnen wichtige Erfahrungen darüber, welche Prozesse bei der gemeinsamen Arbeit im Team ablaufen und wie ein Ziel schließlich erreicht werden kann.