7. – 8. Schuljahr

Lea Lensment und Gunnar Friege

„Maschinen von Leonardo da Vinci

Sich mit Konstruktionsbeschreibungen auseinandersetzen

Leonardo da Vinci (1452 – 1519) wird oft als Universalgenie bezeichnet, da er nicht nur als Maler und Bildhauer, sondern auch als Anatom, Ingenieur oder Naturphilosoph mit einem äußerst umfangreichen Werk tätig war. Er ist nicht unumstritten im Hinblick auf seine Beiträge zur Mechanik, doch zeichnet ihn aus, dass er „als Ziel der Erkenntnis und des Aufsuchens von Naturgesetzen deren praktische Nutzanstrengung gesehen [] hat ([1], S. 165, s.a.Abb. 1). 1)
Im Schulbereich, beim Thema Brücken, ist die Leonardo-Brücke weithin bekannt, da sie ohne Leim, Dübel, Schrauben oder sonstigem Befestigungsmaterial nur aus Holzstreben besteht und äußerst belastbar ist. Abbildung 2 zeigt ein Holzmodell, das gerne im Primarbereich neben Holzmodellen der Fachwerk- oder Bogenbrücke eingesetzt wird und durchaus einen Stapel aus etwa zwanzig Schulbüchern tragen kann.
Die im Folgenden beschriebene Unterrichtseinheit wurde in Wahlpflichtkursen Naturwissenschaften in der 8. Jahrgangsstufe durchgeführt, die mit drei Stunden pro Woche im Stundenplan verankert sind. In diesen Kursen steht häufig die Förderung von Arbeitsmethoden im Vordergrund. Sie erlauben eine Vielzahl naturwissenschaftlicher Themen wie „Herstellung und Erprobung leitfähiger Knete, „Konstruktion des optimalen Flügels, „Milch, „Hefepilze oder „Science Fiction. Insbesondere gelingt in Wahlpflichtkursen leicht der Fächerübergriff, hier zur Technik.
In der Unterrichtseinheit „Die einfachen Maschinen von Leonardo da Vinci lag der Fokus auf der praktischen Umsetzung einer kommerziellen Bauanleitung und der Gestaltung verbesserter Anleitungen. Der Unterricht wies die vier gut abgrenzbaren Phasen Informationssuche (1), Bauen nach und Verbesserung einer Konstruktionsbeschreibung (2), Präsentation (3) und Evaluation (4) auf, die im Folgenden näher beschrieben werden.
Phase 1: Wer und Was? Informationssuche
Arbeitsauftrag Nr. 1 an die Schülerinnen und Schüler war die Informationssuche zu den Themen
  • „Wer war Leonardo da Vinci? und
  • „Was hat Leonardo da Vinci zur Physik und Technik beigetragen?.
Zur Verfügung standen alle erreichbaren Informationsquellen; insbesondere wurden hier (erwartungsgemäß) Internetquellen genutzt. Der zweite Arbeitsauftrag bezog sich auf die Auswahl „einfacher Maschinen, die auf Leonardo da Vinci zurückgehen, sowie die Recherche nach erschwinglichen Modellen dieser Maschinen zum Nachbau.
Die ausgewählten Modelle wurden dann für die Unterrichtseinheit beschafft. Eine weitere, zur Verfügung stehende Ressource waren Fischertechnik®-Baukästen vom Typ „Leonardo da Vinci da Vinci machines [2]. Mit diesem technischen Baukasten können mit einer Vielzahl unterschiedlicher Bauelemente aus Plastik ohne Werkzeug verschiedene Modelle wie mechanische Flügel, Sichelwagen oder Stein- und Schmiedezange gebaut werden. Zu allen Modellen liegen Konstruktionsanleitungen vor. Zudem gibt es eine Reihe von Holzmodellen unterschiedlicher (Zwischen-)Händler [3], mit denen mechanische Modelle nach da Vinci, wie Katapulte oder die in Abb. 1 dargestellte da-Vinci-Luftschraube, mit relativ geringem Werkzeugeinsatz erfolgreich nach einer komplexen Anleitung zusammengebaut werden können. Gruppen aus drei bis vier Schülerinnen und Schülern wählten das Katapult [3], das Trebuchet-Katapult [3], den Sichelwagen, einen Motor, mechanische Flügel sowie die Luftschraube [4] aus.
Phase 2: Bauen nach und Verbesserung einer Konstruktionsanleitung
Die zeitaufwendigste und für die Lernenden wohl auch die mit den meisten positiven und negativen Emotionen besetzte Phase war die Konstruktion der mechanischen Modelle und parallel dazu die Überlegungen, wie eine verbesserte Konstruktionsanleitung zu gestalten sei. Abbildung 3 zeigt exemplarisch einen Gruppentisch mit den Bauteilen, der Konstruktionsanleitung und dem halbfertigem...

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