DENK(T)RÄUME. Band 2: Physik und Erdkunde. Auch für den Sachunterricht! P r a x i s p rojekte z u m f ä ch e r ü b e rg reifenden L e r n e n

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1 DENK(T)RÄUME P r a x i s p rojekte z u m f ä ch e r ü b e rg reifenden L e r n e n Hg.: Autostadt in Kooperation mit dem Niedersächsischen Kultusministerium Band 2: Physik und Erdkunde Auch für den Sachunterricht!

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3 DENK(T)RÄUME Mobilität Pr axisprojekte zum f ächerüberg reif enden Lernen Band 2: Physik und Erdkunde Hg.: Autostadt in Kooperation mit dem Niedersächsischen Kultusministerium DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 3

4 Impressum Herausgeber Autostadt GmbH, Wolfsburg, zusammen mit dem Niedersächsischen Kultusministerium, Hannover Verantwortlich im Sinne des Presserechts Dr. Maria Schneider Projektkoordination Uwe Ladwig Wissenschaftliche Beratung Dr. Christian Wiesmüller Verlag Westermann Schulbuchverlag, Braunschweig Redaktion Sandra Wuttke-Baschek Redaktionsleitung Michael Boßmeyer, Bernd Bredemeyer Umschlaggestaltung/Lay-out Gerald Stöter, Druck Roco-Druck, Wolfenbüttel Bildungshaus Schulbuchverlage GmbH 2007, Braunschweig Die Verwertung der Texte und Bilder ist ohne Zustimmung des Verlages urheberrechtswidrig und strafbar. Das gilt auch für Vervielfältigungen, Übersetzungen und die Verarbeitung mit und in elektronischen Systemen. ISBN: Bestellungen dieses Titels (9,95 E + Versand) richten Sie bitte an: Bestell@bms-verlage.de oder Telefon: Besuchen Sie uns im Internet: DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

5 Inhalt 1 Bildungstheoretische Einordnungen 1.1. Karl-Josef Pazzini Mobilität und Anziehung Maria Schneider Autostadt Kultur als Bildungskultur 9 2 Fachdidaktische Bezüge 2.1 Peter Pez Räume prägen Mobilität Mobilität prägt Räume Rainer Pacena Die Bedeutung von Kraft und Energie für Mobilität in Natur und Technik Christina Wilker Mobilität hat Methode 22 3 Praxisbeiträge 3.1 Hartmut Bartsch, Alice Gärtner, Bernd Melle, Ursula Wesche, Christina Wilker Vom Rausch der Geschwindigkeit zur Entdeckung der Langsamkeit Jan-H. Hoppen, Svenja Klauß, Marion Müller, Wolfgang Schnellecke, Uwe Schröter Klasse(n)fahrten Brigitte Brumund-Weber, Kristian Keudel, Uwe Ladwig, Marcel Münch Magnetismus entdeckt die Welt Astrid Last, Carsten Meyer, Marion Rathkamp Flugträume Flugräume Peter Pez, Cord Völkening Den Wegen auf der Spur in der Autostadt 68 Bildnachweis 74 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 5

6 Die Reihe DENK(T)RÄUME Mobilität Praxisprojekte zum fächerübergreifenden Lernen fällt in eine Zeit, in der das Thema Bildung und Schule ein hohes öffentliches Interesse genießt. Dies kann man nur begrüßen. Das Interesse ist dabei häufi g verknüpft mit dem Wunsch, möglichst alles in diesem Bereich zu evaluieren, will man doch endlich negative Ergebnisse verbessern, auf die die PISA- und TIMSS-Studien verweisen. Ist damit aber schon das Entscheidende getan? Professor Pazzinis Überlegungen weisen auf andere Aspekte hin, die bei aller Euphorie, die richtigen Stellschrauben für eine gute Zukunft der Schule gefunden zu haben, nachdenklich machen. Seine Überlegungen zum Schüler, zum Lehrer, zu den Unterrichtsgegenständen und dazu, wie Bildungsprozesse geschehen, leiten den Band II bildungstheoretisch ein nicht ohne Verknüpfungen zur Physik und zur Erdkunde, den zwei zentralen Fächern, die bei dieser Kampagne zusammengeführt werden. Christian Wiesmüller Karl-Josef Pazzini Mobilität und Anziehung Mobilität ist gut. Beweglichkeit erstrebenswert, und das nicht nur körperlich, sondern auch leibhaftig und im Kopf. Dort vor allem. Schon Picabia hatte gesagt: Unser Kopf ist rund, damit das Denken die Richtung wechseln kann. Das ist natürlich Unsinn: Weder ist der Kopf rund, es sei denn in schematischen Zeichnungen oder bei missgestalteten Menschen, noch ist die Beweglichkeit des Denkens von der Kopfform abhängig. Oder doch? Dennoch leuchtet der Satz ein und zieht an. Erst wenn man ihn so konkretistisch anschaut, wie ich das eben tat, dann sieht er auf einmal fremd zurück. Und schon beginnt man zu denken. Einleuchtender Unsinn wird Anstoß. Picabias Satz fi n- det man auf T-Shirts und Postkarten. Sie werden gekauft, weil diese Behauptung etwas sagt. Spannungen im Unterricht Lehrer machen mobil, wenn sie einen Halt geben, wenn sie die umherschwirrenden oder auch in falsche Richtungen laufenden Gedanken und Imaginationen anziehen und umlenken können. Wie geht das? Lehrer müssen die Unterrichtsgegenstände aufladen, wenn Schüler das nicht selber können, es nicht um Gegenstände geht, die von sich aus der Aufmerksamkeit der Schüler gewiss sind. Sie müssen der Ladung der Schüler eine Richtung geben, damit es überhaupt zu einer Spannung kommt zwischen Schülern, Lehrern und den zu beforschenden Themen, Gegenständen, Inhalten. Das kann nicht immer Erfolg haben. Das Ergebnis kann manchmal so sein wie bei den süßen, kleinen Hündchen, einer schwarz, einer weiß, mit Magneten am Maul, die sich dann glatt umdrehen, wenn beide auf Plus gepolt sind. Auch umgekehrt kann es gehen: Ein Zuwendung bedürftiger Lehrer dreht sich vor den Anforderungen des Gegenstandes und der Schüler. Animalischer Magnetismus Die Vermittlung der Kraft so schreibe ich als physikalischer Laie erfolgt über ein Magnetfeld, das zustande kommt, weil es geladene Objekte gibt und zudem dieses Feld auf diese Objekte oder Personen zurückwirkt. Da passiert also eine unwillkürliche Vermischung, wenn man einmal in ein solches Kraftfeld gerät. Aktiv und Passiv sind so leicht nicht mehr zu unterscheiden, Objekt und Subjekt verlieren ihre 6 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

7 scharfen Konturen, wechseln wohl auch das, was sie bezeichnen, aktiv wird passiv. Sie werden relational, Subjekte werden auch zu Objekten und umgekehrt. Wenn man, wie Dürer in seiner Zeichenlehre, das Fremdwort Objekt als Gegenwürf übersetzt, und entsprechend das Subjekt als Drunterwürf übersetzen würde, dann würde man sich auf andere Konnotationsfelder, nämlich die der Bewegung hin orientieren, nicht mehr so sehr an feste Entitäten denken, eher an Projekte, Vorwürfe, Hinwürfe, Fürwürfe. Es entsteht ein Rapport, eine Beziehung. So hatten das die Anhänger des animalischen Magnetismus genannt; animalisch war hier wörtlich gemeint beseelt. Er wurde auch im Unterschied zum mineralischen, tierischer Magnetismus so genannt. 1 Als Bild immer noch tauglich. Bewegender Unterricht Wie kann man nun diese Aufladung denken, diese Gravitationsfelder, die Einzugsgebiete, die nicht mehr nur rein topographisch zu beschreiben sind, sondern in die Topologie übergehen? Ich stelle mir die Mobilität anregende Potenz des Lehrers, das was die Schüler und ihn in Bewegung setzt, so vor: Ein Lehrer muss eine Liebe zu (fremden) Kindern entwickelt haben und eine zu den Gegenständen, die er thematisieren will. Dabei hat er sich von der eigenen Kindheit verabschiedet. Hat sie künstlich, eventuell sogar künstlerisch aufbereitet, z.b. in Form dauerhafter, wissenschaftlicher, unterrichtspraktischer, im weitesten Sinne methodisch gezähmter Neugier. Er hat Frieden gemacht mit der Unfähigkeit und dem notwendigen Versagen seiner Lehrer und diese in Enthusiasmus umgewandelt. Erst ein solcher Enthusiasmus macht es möglich, mit der Ohnmacht etwas ganz bestimmtes bewirken zu können, zu leben. Er hat die guten Vorbilder ausreichend assimiliert, sodass er sich von diesen nicht mehr unter Druck gesetzt fühlt. Dann wird er auch unabhängiger gegenüber den Normierungen der Bildungsbürokraten. Diese nämlich müssen, weil sie nicht dem Magnetismus der Inhalte und der Adressaten der Lehre unterliegen, sondern in direkter Koppelung zu den Finanzministern stehen, jeden Moment testen und evaluieren, was beim Unterricht herausgekommen ist. Kontrolle wird wichtig, wenn die Liebe nachlässt, weg ist oder nie bestanden hat, dann wird man misstrauisch, entwickelt zuweilen einen Eifersuchtswahn, möchte den oder die angeblich Liebste(n) einsperren, ganzheitlich um- und versorgen, damit sie nicht auf den Gedanken kommen, anderswo zu genießen. Im bewegenden Unterricht geht es um den Austausch dessen, was man nicht hat dies eine mögliche Formel für das, was Liebe ist (so Lacan). So entstehen Anstöße, sich in Felder zu bewegen, die einen dann beeinflussen, drehen und wenden, die Gedanken in Bewegung bringen, das Fühlen neugierig befremden und Handlungsmöglichkeiten aufschließen. Es geht um Unterstellungen von Wissen, von Weisheit, von ungekannten Genüssen und deren Erschließung. Man könnte auch sagen, es ginge um Beliebigkeit, d. h. wörtlich etwas mit Liebe zu besetzen. Am Rande: Beliebigkeit ist zu einem Schimpfwort geworden, man verwechselt es mit Promiskuität. Die Verwechslung fällt auf die Fantasien derer zurück, die Beliebigkeit durch so genannte Professionalität ersetzen wollen. Die Anziehungskraft für das Lehren und Lernen entsteht in einem Feld, das von der Öffentlichkeit, der Politik, der Institution Schule, den Schülern, Eltern, dem Stoff, den Kulturtechniken und so weiter aufgebaut wird. Das ist ein sensibles Feld. Leicht wird es vereinfacht und alles schnurrt auf ein Denken zusammen, das alle Ursächlichkeit für das gute Abschneiden in Tests im optimalen Funktionieren des Lehrers sieht. Dies entspricht einem Weltbild, in dem Gott als der einzige und ursprüngliche, erste Beweger konzipiert wurde. Ein solches Weltbild könnte sich kein Physiker mehr leisten, nicht mal mehr ein Meta-physiker. Ein Kraftfeld mit Leck Wird in den Familien von einer Generation zur anderen tradiert, dass Lehrer eigentlich im Sinne der Tauglichkeit für die Welt nicht ganz zurechnungsfähig 2, weder wirkliche Erwachsene noch ernstzunehmende Bürger seien, klebt man dort an Idealvorstellungen, gegenüber denen Lehrer leider versagt haben, dann hat das Kraftfeld ein entscheidendes Leck, das auch keinerlei didaktische Innovation nachhaltig zu kitten vermag. Wird der Schule Versagen gemäß PISA vorgeworfen, wird suggeriert, Schule hätte alles besser machen müssen, es würde dort nicht ernsthaft gearbeitet wobei ernsthaft markttauglich meint so nimmt man Bildungsprozessen den Treibstoff, denn die wesentliche Einflussgröße ist Liebe zu und Achtung vor den Schülern, den Gegenständen, den Lehrern. 1 Wer Lust hat, möge das einmal bei Hegel nachlesen im 403 Enzyklopädie der philosophischen Wissenschaften III, Frankfurt a. M.: Suhrkamp 1970, dort ab S. 150 f., wo er Bezug nimmt auf den Mesmerismus. 2 siehe hierzu Adorno, Theodor: Tabus über dem Lehrberuf 1965, in: Ders. (Hg.): Erziehung zur Mündigkeit, Frankfurt a. M.: Suhrkamp 1971, S DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 7

8 Liebe ist inkommensurabel, an nichts messbar. Und außerdem darf diese in der Schule nicht einmal in der Erfüllung von Ansprüchen sich realisieren, sondern muss umwegig sublimiert werden. Diese Liebe, früher sprach man auch vom pädagogischen Eros, von Charisma, vom fruchtbaren Moment (Copei), bedarf natürlich großen Könnens, sie hat nichts mit Gefühlsduseligkeit zu tun. Sie hat als Kehrseite auch den Hass, der gezähmt sein will. Es müssen Netzknoten geknüpft werden, es muss ein Schulgebäude da sein, das von mindest so großer Wertschätzung gegenüber Schülern und Lehrern spricht, wie das die Autostadt gegenüber ihren potenziellen Kunden tut oder die Bank gegenüber ihren Darlehensnehmern, zumal man ja neuerdings zumindest in der Universität Glaubwürdigkeitspunkte vergibt (Creditpoints). Nur so kann man sich aus dem Gewohnten fortbewegen wollen, entstehen Träume, kann man abheben, in der Hoffnung, dass es da Menschen gibt, die auch Interesse an einer Landung haben. Es muss aber auch noch etwas zu ersehnen bleiben, damit man noch Lust hat, das Risiko der Erfahrung auf sich zu nehmen, fremde Welten im topographischen und topologischen Sinne zu befahren gewillt ist und dazu die notwendigen Fertigkeiten erlangt und sich darauf vorbereiten kann unter gesicherten Bedingungen. Man muss viele Techniken lernen (auch die Liebeskunst), Trägheit überwinden können, Reibung genießen oder zuviel davon zu vermeiden verstehen, Energie kraftvoll einsetzen können, aber so, dass sie nicht vor der Zeit alle ist, Geschwindigkeit erzielen lernen, um auch einmal abheben zu können, die Lust an der einfachen Verausgabung ohne direkt erkennbaren Nutzen aushalten können, planen, um ein Sensorium dafür zu entwickeln, was (notwendig) schief läuft, Widerstände erkennen und beseitigen oder produktiv machen können. Das perpetuum mobile als Traum der Pädagogik Das perpetuum mobile ist der Traum mancher Pädagogik (von selbst erziehen sich die Kinder Lehrer stehen als Moderatoren daneben und die Kinder sind das Vorbild für die Erwachsenen, die von der unbehaglichen Kultur verdorben sind). Auf andere Weise ist das perpetuum mobile der Traum der Finanzminister. Im Übrigen sind die ja nicht böse, sondern nur an der Stelle, wo zu wenig zu steuern ist, weil die Steuern eher genutzt werden, um Sicherheit und Gewissheit zu produzieren, indem man alles tut, um den Glauben an den Markt zu stärken. Als noch alle Wege nach Rom führten, hat man solche Politik das Ablasshandel genannt: nur geht es jetzt nicht mehr um den Himmel, sondern die Wirtschaft. Das führte zu unproduktiven Machtverschiebungen. Das Automobil bleibt nicht lange mobil, wenn den Fahrern nicht klar wird, dass es eigentlich ein Heteromobil ist, das von anderen und anderem mitbewegt wird, z. B. von der Sonne, die vor längerer Zeit geschienen hat. Damals war das nicht so gedacht, dass die Sonne mit dem Zweck schien, das heute daraus fossile Brennstoffe für unseren Energiebedarf werden. Heute tendiert man zu Fünfjahresplänen. Die Sonne scheint einfach energieverschwenderisch planlos weiter. Ü b e r d e n A u t o r Karl-Josef Pazzini, geboren 1950, ist Professor für Kunstpädagogik und Bildungstheorie an der Universität Hamburg sowie Psychoanalytiker. 8 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

9 Maria Schneider Autostadt Kultur als Bildungskultur Das pädagogische Projekt DENK(T)RÄUME Mobilität, bei dem Materialien für den Schulunterricht entwickelt werden, hat einen geographischen Ort, an dem es erdacht wurde und von dem aus es koordiniert wird: Die Autostadt. Dies ist kein Zufall, sondern ein weiterer konsequenter Schritt kulturellen Engagements der Kommunikationsplattform des Wirtschaftsunternehmens Volkswagen, das sich immer mehr auch in einer gesellschaftlichen Verantwortung sieht. Zur Kultur einer Gesellschaft gehört unverbrüchlich auch die Bildung. Beides steht in einem wechselseitigen Bezug: Kultur ist nicht ohne Bildung denkbar, Bildung nicht ohne Kultur. Die Autostadt als kulturelles Zentrum Die Autostadt hat sich in den sechs Jahren ihrer Existenz als kulturelles Zentrum einen festen Platz erobert. 2 Mio. Besucher kommen alljährlich in die Autostadt. Kunstfreude schätzen es, ein Tanzfestival der Spitzenklasse in Wolfsburg erleben zu können, Freunde der Kochkunst genießen es, eine vielfältige Gastronomie vorzufinden, die die Pizza im Amano ebenso einschließt wie die Spitzenkochkunst des Ritz-Carlton- Restaurants Aqua. Die Freizeitangebote, die von einem Eismärchen oder Publikumslauf im Winter bis hin zu ganzjährigen Autorenlesungen und Kunstworkshops reichen, sind fester Bestandteil des Freizeit- und Kulturbetriebs in Wolfsburg und weit darüber hinaus. Vor allem auch Kinder und Jugendliche sind vielfache Besucher der Autostadt. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 9

10 Lernort Autostadt Von daher ist es nur folgerichtig, diese Kulturwelt auch für Schulen aufzuschließen. Mit der thematisch auf die Mobilitätsbildung hin ausgerichteten Kooperation zwischen der Autostadt und dem Niedersächsischen Kultusministerium wurde dabei ein wichtiger Meilenstein gesetzt. Die Autostadt ist damit anerkannter außerschulischer Lernort in Fragen einer umfassend Das SunFuel Lab: ein Lernraum der Autostadt zum Themenkomplex regenerative Energie verstandenen Mobilitätsbildung. Es ist ausdrücklich nicht das Ziel, hier nur vom automobilen Standpunkt auf das Phänomen zu blicken oder gar dafür zu werben. Vielmehr sollen die Aspekte des umfassenden menschlichen Bedürfnisses nach Bewegung in vielen Perspektiven und Darstellungsweisen aufgezeigt werden. Das Engagement der Autostadt setzt dabei zunächst bei Workshops und Modulen an, die jeweils einen speziellen Bezug zum Curriculum Mobilität und seinen Integrationsfächern aufweisen. Weil man nicht stehen bleiben, sondern sich dynamisch weiterentwickeln will, wird darüber hinaus aber auch wissenschaftlich weitergeforscht. Eine Pädagogik und Didaktik der Mobilität ist weitgehend noch eine Zukunftsaufgabe, der man sich in der Autostadt intensiv widmet. Die Veröffentlichungsreihe DENK(T)RÄUME Mobilität ist Ausdruck dieses Bildungsprojektes, das einerseits wissenschaftlich konzipiert ist, aber letztlich immer auch die Praxiserprobung im Auge hat, wie sie mit dem Kampagnenprojekt umgesetzt wird. Außergewöhnliche Raumerfahrungen Mit dem zweiten Band der DENK(T)RÄUME Mobilität Praxisprojekte zum fächerübergreifenden Unterricht ist ein nächster Schritt auf dem Wege zu einer praxiserprobten Mobilitätsbildung auf der Basis des Curriculums Mobilität getan. Es geht um die Fächerverbindung Physik und Erdkunde. Neben dem Aspekt, dass die Autostadt zusammen mit dem Kultusministerium dieses Heft herausgibt, also als Knotenpunkt in einem Kompetenz-Netzwerk fungiert, ist die Autostadt unter einem weiteren Gesichtspunkt ein logischer physischer Ort, insbesondere für das in der zweiten Kampagne hinzugekommene Fach Erdkunde. Sie ist ein Anschauungs- und Erlebnisort auf 26 ha Fläche, der ganz außergewöhnliche Raumerfahrungen zur Bereicherung des Geographie- Unterrichts ermöglicht. Sie erweist sich insbesondere als ein zeitgemäßer alternativer didaktischer Ort, weil die Besucher entschleunigt werden und damit Muße gewinnen, genauer hinzuschauen. Es ist ein Ort ohne Fahrzeugmobilität, der Besucher selbst ist der Mobile. Und anders als im städtischen Straßengewirr kann er absolut entspannt Räume ergehen, ohne um seine Sicherheit besorgt sein zu müssen. Es gibt mit Ausnahme von langsam fahrenden Service-Elektrofahrzeugen keinen rollenden Verkehr. Was in dieser gesammelten Atmosphäre dann entdeckt werden kann, ist eine sanfte Lagunenlandschaft mit markanten Gebäuden, entstanden aus Materialien vieler Herren Länder mit überraschenden Details und zahlreichen Kunstobjekten. Auch die Flora entspricht dieser Vielfalt. All das kann der Orientierung dienen, dort kann man sich verabreden und begegnen. Die Autostadt ist, obwohl sie die Ruhe eines Naturraumes ausstrahlt, ein Kunstraum, ein Beispiel für Besiedlung, wenngleich ein unvergleichliches. Und am Ende eines Besuches im Rahmen des Erdkundeunterrichts oder einer Mobilitätsunterrichtseinheit mag die Frage gestellt werden, ob die Besiedlung davon inspiriert werden könnte. Ergänzt wird die betont ästhetische Seite der Autostadt durch mehrere informative Komponenten, die immer wieder auch ergänzt werden. Eine der aktuellsten, die besonders für die Erdkunde interessant ist, stellt die Parkstraße dar, eine Straße der ganz anderen Art, über deren didaktische Perspektiven ein Projekt in diesem Heft aufklärt. Ü b e r d i e A u t o r i n Dr. Maria Schneider ist Kreativdirektorin der Autostadt. 10 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

11 Peter Pez Räume prägen Mobilität Mobilität prägt Räume Aspekte der Verkehrsgeographie aus wissenschaftlicher und didaktischer Sicht In knapp 200 Jahren Verkehrsgeographie haben sich Perspektiven entwickelt, die in ihrer Vielfalt zahlreiche Anknüpfungspunkte für den Erdkundeunterricht bieten und dabei zum Teil sehr nahe an Themenfeldern der Physik liegen. Raum prägt Verkehrsentwicklung Die Verkehrsgeographie entstand im 19. Jh. im Zuge von Schriften, die sich dem durch die Industrialisierung intensivierenden Handel und Verkehr vornehmlich in einer deskriptiven Weise näherten. Statistische Erfassungen von Waren- und Personenströmen machten einen großen Teil des damaligen Schrifttums aus, aber es wuchs auch schon der analytische Blick dafür, dass Verkehrswege und -beziehungen nicht willkürlich im Raum entstehen. Nicht erst in der Industrialisierungszeit, sondern schon in der Antike erstreckten sich Handelsrouten zu Lande und zu Wasser über große Entfernungen. Sie bündelten den Verkehr und warum sie dies taten, warum Verkehr nicht flächigdiffus im Raum und damit häufig auch auf kürzerer Luftlinienstrecke erfolgt, das erweckte die Aufmerksamkeit der Geographen. Gründe für Gestalt und Verlauf von Verkehrswegen wurden vornehmlich in der physisch-geographischen Grundstruktur des Raumes gesucht und meist auch in hinreichender Zahl gefunden: Die Natur prägte die Mobilität nicht nur zeitlich (z. B. Meidung von Stürmen, Nutzung von Passat-/ Monsun- oder Land-See-Winden in der Schifffahrt), sondern auch räumlich durch den Verkehrsleitungszwang entlang von Flüssen und Tälern, über relativ niedrig gelegene Pässe hinweg und durch flache Furten hindurch, Hindernisse meidend, wie z. B. Moore, Dünen und regionale Höhenzüge. Noch heute lassen sich für viele Streckenführungen von Straßen, Eisenbahnlinien und Kanälen Deutungen anführen, die aus der physischen Geographie und damit auch aus der Physik herrühren und letztlich in enger Verbindung zur Empfindlichkeit der Verkehrsmittel gegenüber den naturgeographischen Faktoren stehen. So sind etwa Eisenbahnen aufgrund ihres hohen Fahrzeuggewichtes sehr steigungsempfindlich. Für ICE- Trassen werden maximal 4 % Steigung (4 m Höhenunterschied auf 100 m Horizontaldistanz) toleriert, angestrebt werden sogar nicht mehr als 1,8 %. Im normalen Bahnbetrieb sieht es kaum anders aus, nur Bahnen mit breiterer Auflagefläche von Rad und Schiene und damit erhöhter Reibungsfläche können als so genannte Adhäsionsbahnen etwas größere Steigungen überwinden. Verkehrsmittel/-weg Steigungsraten Straßen normal 6-8 % Gebirge bis 20 % Hauptbahnen Flachland bis 0,3 % Gebirge bis 3 % ICE 1,8 %, max. 4 % Nebenbahnen bis 4 % Adhäsionsbahnen normal bis 6 % (Linz: 10,5 %) Transrapid ca. 10 % von Tieren bis 18 % gezogener Karren Maultier bis 36 % Seilbahn bis 87 % Tab. 1: Verkehrsplanerisch übliche Steigungsraten von Verkehrs-/ Transportmitteln und -wegen; Quelle: Fochler-Hauke 1976, eigene Erkundigungen DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 11

12 Aber wer glaubt, dem modernen Automobil könnten große Steigungen nichts anhaben, täuscht sich, denn hier bewahrheitet sich das alte Sprichwort, dass eine Kette so stark ist wie ihr schwächstes Glied: Schwere LKWs können selbst bei nur bescheidenen Steigungsraten von 7-10 % die Höhen vielfach nur in Langsamfahrt erklimmen, und auch Personenkraftwagen haben manchmal in Abhängigkeit von Ladung, Motorleistung etc. mit diesen Steigungen ihre Probleme. Wenn es dann nicht Mehrfachspuren wie auf Autobahnen und viel befahrenen Bundesstraßen gibt, staut sich der Verkehr schnell an und das Mobilsein beschränkt sich auf ein Schneckentempo. Verkehr emanzipiert sich vom Raum Seit den 30er-Jahren des 20. Jahrhunderts mehrten sich aber neue Perspektiven, weil der Verkehrsleitungszwang sich immer weniger als Argument zur Begründung der Verkehrswegeerschließung eignete. Große Brücken- und Tunnelprojekte (siehe z. B. der Tunnel unter dem Ärmelkanal) zeigten, dass die Verkehrserschließung des Raumes nicht nur von der Gunst und Ungunst seiner morphologischen Prägung abhing, sondern auch von der Intensität der Verkehrsnachfrage oder, wie der Planer zu sagen pflegt, von der Verkehrsspannung. Verkehrsnetze wurden deshalb auch unabhängig von der Untergrundstruktur analysiert und es zeigte sich: Je größer der Verkehrsbedarf, desto dichter und leistungsfähiger wird das Verkehrsnetz gebaut. Die netztheoretische Phase der Verkehrsgeographie war geboren. Verkehrswegeart Kurvenradius Hauptbahnen m, mit Schnellzügen nicht unter 300 m Nebenbahnen 180 m Schmalspurbahnen 50 m ICE bei 250 km/h m nieder-, Hindernis Transrapid m mittel-, Kanäle m hochrangiges städtisches Zentrum Wegeerschließung mit zunehmender Verkehrsbelastung Tab. 2: Verkehrsplanerisch übliche Kurvenradien von Verkehrsmitteln/-wegen (Minimalwerte); Quelle: Fochler-Hauke 1976, eigene Erkundigungen Ablenkung von Verkehrswegen durch Hindernisse in Abhängigkeit von der Verkehrsnachfrage in der Theorie... Auch der Kurvenradius ist in diesem Sinne ein verkehrsplanerisches Element. Je höher die Geschwindigkeit, je breiter der Radstand der Fahrzeuge und je geringer die Haftung auf dem Verkehrsweg, desto größer ist der Kurvenradius. Es überrascht deshalb nicht, wenn sich vor allem das höherrangige Verkehrsnetz als Abbild der verkehrlichen Erschließbarkeit des Raumes erweist und dies wurde von Geographen in der morphogenetischen Phase der Verkehrsgeographie vielfach dargelegt. SAN FRAN- CISCO US-Eisenbahn 1869: km Schiffsroute um Kap Hoorn: km NEW YORK Panama-Eisenbahn 1855 Panama-Kanal 1914: km und in der Praxis 12 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

13 Verkehr prägt Raumentwicklung Es war schließlich Walter Christaller, der in den 1950er- Weg-/Band-Verbindung zum jeweils nächstgelegenen Ort. Bsp.: Straßenentwicklung vieler nord- und ostfriesischer Inseln Baum als direkte Verbindung zwischen Oberzentren. Bsp.: Autobahnen in Niedersachsen Baum als direkte Verbindung der Ober- und Mittelzentren. Bsp.: Bundesstraßen in Niedersachsen Netz-Direktverbindungen zwischen allen Orten. Bsp.: Gemeinde- und Kreisstraßen in Niedersachsen, aber auch Autobahnen im rheinisch-westfälischen Industriegebiet Jahren mit der funktionalen Verkehrsgeographie ein drittes Entwicklungsstadium einläutete. Fortan stand nicht mehr die Wirkung der Raumstruktur auf den Verkehr im Fokus der Aufmerksamkeit, sondern die Blickrichtung wurde umgedreht: Wie beeinflusst der Verkehr die Raumstruktur, und zwar hinsichtlich des Siedlungsnetzes und der Wirtschaftsstruktur? Letzteres mündet unmittelbar in die Frage, ob und ggf. wie Verkehrswegebau ein Instrument der Regionalpolitik sein kann. Insbesondere der Bau von Autobahnen gehört seit den 1960er-Jahren zu den als besonders wichtig erachteten Instrumenten, um periphere, ländlich geprägte Regionen besser an Verdichtungsräume anzubinden und sie dadurch wirtschaftsstrukturell zu stärken. Empirische Untersuchungen belegten die hochrangigen Erwartungen jedoch nicht, jedenfalls nicht auf der Basis eines schon dichten und in guter Qualität vorhandenen Autobahnnetzes in Mitteleuropa. Hier sind ganz andere Standortfaktoren wichtig, insbesondere Unterschiede in der internationalen Lohnkostenstruktur oder die Nähe zu spezifischem Humankapital. Dies schließt positive regionalwirtschaftliche Wirkungen durch Verkehrswegebau nicht grundsätzlich aus, z. B. in Ländern mit nur rudimentärem Eisenbahnund Straßennetz oder auch auf kleinräumigerem Niveau und in speziellen Wirtschafts-/ Verkehrssegmenten, wie etwa bei der Anlage touristischer Fernrouten für Wanderer und Radwanderer. Auch das Siedlungsnetz kann vom Verkehr abhängig sein. Schon seit dem Mittelalter gilt das für Siedlungen an Handelsrouten und insbesondere deren Knotenpunkten einschließlich der Hafenstandorte. Solche Lagen waren oft eine günstige Wachstumsvoraussetzung für das Erreichen des Stadtrechtes und später des Großstadtniveaus. Aber auch die Entstehung von Siedlungen kann durch die Lage von Verkehrswegen begründet werden, wenn auch weniger in der Alten als eher in der Neuen Welt. Besonders prägnant ist hierfür das nordamerikanische Siedlungsnetz. Die quadratische Landvermessung seit 1776 führte westlich der US-Gründerstaaten zur Einteilung des Landes in 6 x 6 Meilen große Townships und die Vergabe von Blockfluren in Quarter-, Halfsections oder Sections (letztere 1 x 1 Meile). Wie auch in Neusiedlungsgebieten der Alten Welt, z. B. in den jungen Marschen Norddeutschlands, initiierte die Blockfluraufteilung eine Streubesiedlung der bäuerlichen Bevölkerung. Das Motiv der Aufwandsminimierung durch Wegeersparnis bewirkte die Siedlung auf eigenen Farm-/Ranchgrundstücken und verhinderte die Entstehung bäuerlicher Dörfer. Ländliche Gruppensiedlungen entstanden zwar dennoch in DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 13

14 Nordamerika, aber sie wurden von den Versorgern der bäuerlichen Bevölkerung getragen und entscheidend für die Lage waren deshalb Standorte mit guter Erreichbarkeit. Da sich die entstehenden Wege an den Rändern der Blockfluren orientierten und deshalb selbst strenge quadratisch-rechteckige Muster bildeten, waren die Kreuzungspunkte der Straßen Punkte solch bevorzugter Erreichbarkeit. An ihnen entstanden die Crossroadstores, welche in vielen Fällen als Keimzelle für weitere Dienstleistungsangebote (Saloon, Schmied, Schule etc.) und damit für Verkehrsinfarkt auf den Straßen ländliche Siedlungen fungierten. Perspektivwandel durch Verkehrsinfarkt Mobilität prägt also auch Räume, beide Komponenten befinden sich letztlich in einer Wechselwirkung. Das gilt auch für die vorerst letzte Phase der wissenschaftsdisziplinären Entwicklung, die angewandte oder handlungsorientierte Verkehrsgeographie. Seit den 1970er-Jahren traten diverse Problemaspekte des modernen Verkehrs, vor allem des Straßenverkehrs, in den Vordergrund der politischen und auch wissenschaftlichen Betrachtung. Nicht abnehmende Staugefahren, konstant hohe Unfall- und Verletztenzahlen (allerdings bei wachsendem Verkehrsvolumen und stark sinkenden Zahlen Getöteter), hohe (allerdings seit den 1980/90er-Jahren meist sinkende) Anteile an Emissionen, insbesondere von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Kohlendioxid (mit-)verantwortlich für Waldschäden, Krebserkrankungen und Klimabeeinflussung sowie Lärmbelastungen und Flächenkonkurrenz vor allem in Siedlungsbereichen ließen die Gleichsetzung von Mobilität(swachstum) und Wohlstand (Wirtschaftswachstum) ins Wanken geraten. Innerhalb der Verkehrspolitik hat sich deshalb ein Paradigmenwechsel eingestellt: Nachhaltige Mobilität soll erreicht werden durch Verkehrsvermeidung, z. B. durch elektronische Kommunikation (Onlinebanking/ -shopping, Telearbeit), Funktionennähe und -mischung in der kompakten Stadt, Carsharing/-pooling (Auto-teil-Vereine, Fahrgemeinschaften), Verkehrsverlagerung durch Verlagerung im Güterverkehr von der Straße auf die Schiene, im Personenverkehr vom motorisierten Individualverkehr (MIV) und Flugverkehr auf den Umweltverbund (Bahn, Bus, Rad- und Fußverkehr), und umwelt- und sozialverträglichere Verkehrsabwicklung mittels Entschleunigung/Verkehrsberuhigung und technische Optimierung (z. B. neue Antriebstechnologien, elektronischer Schalldämpfer, Abstands- und Hinderniswarner, Tempomat, elektronische Verkehrsbeeinflussung u. v. m.). Partiell wurden auf diesem Wege schon beachtliche Erfolge erzielt, etwa deutliche Veränderungen im modal split der Aufteilung des Verkehrsaufkommens auf die Verkehrsträger (MIV, öffentlicher Personenverkehr ÖPV, nicht motorisierter Verkehr NMV) einiger Städte, die spürbare urbane Umfeldaufwertung mittels stark verkehrsreduzierter Bereiche in vielen Wohngebieten und Innenstädten oder die Reduzierung von Schadstoffemissionen per Katalysator. Insbesondere im Fernverkehrsbereich kontrastiert die nachhaltige Mobilitätsentwicklung jedoch mit den ökonomischen Ansprüchen an einen fortgesetzten Infrastrukturausbau. Zwar ist, wie schon erwähnt, ein Zusammenhang von regionaler Wirtschaftsentwicklung und Ausbau des Verkehrswegenetzes in Mitteleuropa schon seit Längerem nicht mehr erkennbar, aber tradierte Denkschemata haben eine lange Nachwirkungszeit und für Unternehmen der Bauwirtschaft bedeutet Verkehrswegebau natürlich auch ein willkommenes, meist öffentlich finanziertes Investitionsprogramm. Nachhaltige Bildung im Bereich Mobilität Gerade aus dem Spannungsfeld von Mobilitätserfordernissen und -wünschen einerseits und dem Bemühen um umweltverträglichere Reduzierung des Verkehrsaufwandes sowohl in der Nachfrage als auch bei den Wegeinvestitionen andererseits resultiert ein besonderer Bedarf für die Auseinandersetzung mit dem Thema Mobilität in der Schule oder auch in anderen Bildungsinstitutionen. Verkehr ist ein gesellschaftliches Problemfeld geworden, dem wir auf kommunaler und überregionaler Ebene ständig begegnen. Pro und Contra sowohl kom- 14 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

15 munaler Verkehrsberuhigungsmaßnahmen als auch des großräumigen Baus von Autobahnen, Bahnstrecken oder Kanälen sind ebenso ein Feld der Auseinandersetzung geworden wie Natur- und Personenschutz vor Lärm und Emissionen versus Erhalt oder gar Verbesserung von Mobilitätschancen zu Gunsten möglichst hoher wirtschaftlicher und individueller Freiheitsgrade. Dies schlägt sich gleichermaßen in den Rahmenrichtlinien des Schulfaches Erdkunde wie im Curriculum Mobilität nieder. Damit lassen sich in mehrfacher Hinsicht lebensnahe Problem- und Fragestellungen als Unterrichtsgegenstand wählen, beispielsweise zum Ende der Mittelund in der Oberstufe die Fußgänger- und Radverkehrsfreundlichkeit der Schulumgebung, die Routenplanung und Angebotsqualität des Schulbusverkehrs, Verkehrsplanungsprojekte aus Kommune und Region oder auch eine Erhebung und kritische Reflexion des eigenen Mobilitätsverhaltens bzw. das der eigenen Familie. Über diese aktuellen Bezüge hinaus sollten aber auch die älteren Perspektiven der Verkehrsgeographie nicht vergessen werden. Der Raum beeinflusste den Verkehrswegebau in Abhängigkeit der physikalischen Ansprüche der Verkehrsmittel und der Verkehr wirkte auf die Wirtschafts- und Siedlungsstruktur zurück. Die Wechselwirkung von Raum und Verkehr ist deshalb ein wichtiger Faktor für die Erklärung der Genese unserer Kulturlandschaften. Diese Wirkung ist nicht auf die Vergangenheit begrenzt, sondern wird sehr wahrscheinlich mit neuen Verkehrstechnologien (z. B. Transrapid, Hybridauto im Zusammenhang mit Solar-Wasserstoff-Technik) eine Fortsetzung erfahren. Schließlich ist insbesondere in der Primar- und Orientierungsstufe auch die Erzielung elementarer Handlungsfähigkeit im Verkehr von großer Bedeutung: Ziel- und Routenplanung (Umgang mit der Karte Navigationsgeräte sind nicht immer einsatzfähig!) oder die Informationsgenerierung für Bahn, Bus und ggf. Schiff/Fähre für eine zweckoptimierte Verkehrsmittelwahl sind sowohl Grundfertigkeiten als auch möglicher partizipativer Diskursgegenstand bei Gruppentouren. Und nicht zuletzt besitzt Verkehrsteilnahme in allen Schulstufen auch ein Potenzial für physische und psychische Erfahrung, einerseits im Sinne eines Erlebnisstimulus (Fliegen, Segeln, Kanu fahren, Rad fahren, Wandern einzeln und in der Gruppe), andererseits zur Bewusstmachung von Diskrepanzen in der Raumwahrnehmung (Was sieht und erinnert man bei einem Weg zu Fuß, per Fahrrad, im Auto/Bus, in der U-Bahn?). Alle aufgezeigten Dimensionen können den lebensweltlich orientierten Unterricht bereichern. L i t e r a t u r Das Thema Verkehr als gesellschaftliches Problem Fochler-Hauke, G.: Verkehrsgeographie. Braunschweig Maier, J./Atzkern, H.-D.: Verkehrsgeographie. Verkehrsstrukturen, Verkehrspolitik, Verkehrsplanung. Stuttgart Nuhn, H.: Verkehrsgeographie. Neuere Entwicklungen und Perspektiven für die Zukunft. Geographische Rundschau S Nuhn, H./Hesse, M. Verkehrsgeographie. Paderborn Voppel, G.: Verkehrsgeographie. Erträge der Forschung 135. Darmstadt Ü b e r d e n A u t o r Apl. Prof. Dr. Peter Pez, geboren 1960, ist an der Universität Lüneburg tätig und lehrt dort u. a. Verkehrsgeographie und Verkehrsplanung. Folgen Sie dem Straßenverlauf km. Auskunf t eines Navigationsgerätes in einem Passauer Wohnbereich (Sackgassenstraße, Hanglage) auf der Suche nach einem 1,2 km entfernten Ziel. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 15

16 Rainer Pacena Die Bedeutung von Kraft und Energie für Mobilität in Natur und Technik Dieser Beitrag soll aufzeigen, dass unter dem Aspekt der Mobilität ein umfangreiches Gebiet der Physik erschlossen werden kann. Physikalische Parameter wie Zeit, zurückgelegter Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Arbeit, Leistung und Energie charakterisieren auch die äußere Mobilität von Menschen. Diese prägt wiederum die Topologie der Erdoberfläche durch die von ihr benötigten Verkehrswege, und umgekehrt ist die Mobilität von der geographischen Beschaffenheit der Erde abhängig. Die folgenden Betrachtungen zur Physik und Geographie sollen inhaltliche Grundlagen und Impulse für einen fächerübergreifenden Unterricht vermitteln. Alles fließt und nichts bleibt; es gibt kein eigentliches Sein, sondern nur ein ewiges Werden und Wandeln. Platon v. Chr. Von natürlichen Bewegungen zu vernetzten Bewegungsströmen Objekte der unbelebten und belebten Natur sind durch ständige Bewegungen, Verformungen und Veränderungen gekennzeichnet. Nicht Ruhe und Stillstand, sondern ständige Veränderungen prägen auch das menschliche Dasein. Äußere Mobilität, d. h. die Veränderung des eigenen Standortes durch Gehen, Laufen, Klettern, Schwimmen, Tauchen, Fahren und Fliegen, ist ein Aspekt dieser natürlichen Ruhelosigkeit. Heute bedient man sich verschiedener, zumeist motorisierter Fahrzeuge, um immer größere Distanzen immer schneller zu überwinden. Mobilität hinterlässt Spuren: Pfade, Wege, Kanäle, Straßen- und Schienennetze, Schiffs- und Flugzeugrouten, Kabel- und Leitungsnetze. Dabei wird seit jeher die Beschaffenheit der Erde genutzt: Schneisen, Täler, Pässe, Flussläufe, Wasser- und Windströmungen. Die Erdoberfläche ist mit Netzen überzogen, durch die mehr oder weniger schnell Menschen, Waren, Geld, Informationen, Energie hin und her bewegt werden. Organisierte Bewegungsströme auf Straßen- und Schienennetzen, auf Schiffs- und Flugzeugrouten bestimmen heute den Alltag des Menschen von Kindheit an in kleinem wie in großem Maßstab. Dabei gilt bis heute das Motto: Immer schneller, immer weiter, immer bequemer auf vernetzten Bahnen zu Land, zu Wasser und in der Luft. Naturkräfte, die sich der Mensch für Mobilitätszwecke zu Eigen gemacht hat Kraft kennzeichnet in der Physik eine Wechselwirkung zwischen verschiedenen Körpern und wird durch Verformungen und Bewegungsänderungen wahrnehmbar. So wirkt die Gravitationskraft zwischen Massen und insbesondere als Gewichtskraft zwischen Gegenständen an der Erdoberfläche und der Erdmasse. Auf der Personenwaage können wir diese Kraft (als Masse in kg) jederzeit messen. 1 Kilogramm entspricht dabei an der Erdoberfläche der Gewichtskraft von ca. 10 Newton. Die Muskelkraft, mit der man einen Expander ausdehnt, ist genauso groß wie die Kraft, mit der der Expander in seine ursprüngliche Form zurück strebt (Muskelkraft = Rückstellkraft). Wenn Körper ihren Bewegungszustand nicht verändern bzw. sich nicht verformen, liegt entweder keine Kraft vor oder verschiedene am Körper angreifende Kräfte heben sich gegenseitig auf. Rein theoretisch würde sich ein kräftefreier Körper, der bereits eine bestimmte Geschwindigkeit hat, in alle Ewigkeit geradlinig gleichförmig weiter bewegen. Erdgebundene Bewegungen benötigen jedoch zur Überwindung von Reibungskräften durch den Boden, durch das Wasser und durch die Luft stets Antriebskräfte. Eine kräftefreie Bewegung ist praktisch nicht möglich. Kräfte wie die Erdanziehungskraft, der dadurch bewirkte statische Auftrieb, die Reibung und der Rückstoß sind verantwortlich für das Mobilitätsvermögen von diversen Fahrzeugarten wie Fahrrad, Auto, Schiff, Ballon und Flugzeug. Ein Beispiel für die Nutzung von natürlichen Kräften ist das Segelboot. Windkraft, statischer Auftrieb 16 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

17 am Bootskörper, dynamischer Auftrieb am Großsegel, das ähnlich wie ein Flügel wirkt, Kiel und Ruder sorgen dafür, dass ein Segelboot über Wasser bleibt und selbst schräg gegen den Wind (im Segeljargon: hart am Wind) vorangetrieben wird. Den dynamischen Auftrieb kann man schülergemäß mit dem gekrümmten Verlauf der Windströmung über die Segelfläche erklären. Die Richtungsänderung einer Geschwindigkeit ist immer auf eine Kraft zurückzuführen, die hier nach dem Rückstoßprinzip auf die Segeloberfläche eine gleich große Gegenkraft bewirkt. Eine vergleichsweise komplizierte Erklärung ergibt sich aus der Hydrodynamik. Das Segeln vor dem Wind kann durch Impulsübertragung von strömender Luft auf das Segel erklärt werden (siehe Beitrag Klasse(n)Fahrten ). Die Entwicklung von der Nutzung der menschlichen und tierischen Muskelkraft über die Nutzung der natürlichen Wind- und Wasserkraft bis hin zur Nutzung der Motorkraft ist ein wesentliches Merkmal der Kulturgeschichte des Menschen. Dabei stellt die Verwendung von so genannten Wärmekraftmaschinen und Elektromotoren den letzten und kürzesten Abschnitt dieser Entwicklung dar, gleichzeitig aber auch den des größten Verbrauchs an fossilen Brennstoffen. Zwischen ruhenden und bewegten elektrischen Ladungen und zwischen Magneten existiert die so genannte elektromagnetische Kraft. Wie die Gravitationskraft wirkt sie über Distanzen hinweg ohne wechselseitige Berührung von Ladungen und Magneten. Allerdings existiert bei der Gravitation nur eine anziehende Kraft, dagegen gibt es bei der elektromagnetischen sowohl Anziehung als auch Abstoßung. Viele auch sinnlich wahrnehmbare Sachverhalte in unserer Umwelt sind auf diese geheimnisvolle Kraft zurückzuführen: der elektrische Schlag bei Kunststoffgeländern und Türgriffen, die Haftung von Magneten an Eisenplatten, Entladungsblitze beim Gewitter, die Reibung, das Funktionieren unserer Muskeln, das Weiterleiten von Sinnesreizen zum Gehirn, in der Technik die Funktionsweise von Dynamo und Elektromotor, die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms, die Funktionsweise vieler elektrischer Geräte. Normalweise sind die Gegenstände unserer Umwelt neutral, besitzen gleichviel positive Ladungen im Atomkern und negative Ladungen in der Atomhülle, so genannte Elektronen. Bei Störung dieses Gleichgewichts kommt es zu Ladungen gleicher oder ungleicher Art, die sich abstoßen oder auch anziehen. Die geladenen Körper haben das Bestreben, sich schnell zu neutralisieren. Es kommt zum Ladungsausgleich, sodass sich unsere Umwelt im Normalzustand als elektrisch neutral zeigt. Um positive und negative Ladungen zu erhalten, muss eine Trennung erfolgen, so durch engen Kontakt (unterstützt durch Reibung) zwischen verschiedenen Stoffen z. B. Glas und Wolle oder durch Drehung einer Spule im Magnetfeld wie im Fahrraddynamo. Diese Kraft ist darauf zurückzuführen, dass man Elektronen der äußeren Hülle von Atomen vorübergehend lösen kann. In Metallen sind die Elektronen der äußeren Hülle nicht fest an den Atomkern gebunden, sondern können sich quasi frei im ganzen Metall bewegen. Bei Anlegen einer Spannung an einen metallischen Leiter, können dann diese Elektronen sofort in eine Richtung bewegt werden. Es kommt zum Stromfluss. Die magnetischen Kräfte werden heute ebenfalls durch das Verhalten von Ladungen erklärt. So ist ein Die Magnetschwebebahn stromdurchflossener Leiter von einem Magnetfeld umgeben, und ein um einen Eisenkern gewickelter Draht (Spule) verhält sich bei Stromfluss wie ein Stabmagnet, sogar von besonderer Stärke, wenn sich in der Spule ein Eisenkern befindet. Die Stärke von Elektromagneten wird durch die Stromstärke geregelt. Für Elektromagnete finden sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Technik, z. B. als Elektrokran oder bei der Magnetschwebebahn. Die elektromagnetischen Kräfte können sehr genau gemessen, berechnet und dimensioniert werden. Die Basiseinheit des elektrischen Stroms, Ampere, wird über die Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern definiert. Die Erde verhält sich selbst wie ein Stabmagnet mit Nord- und Südpol. Die Ausrichtung einer Kompassnadel im Erdmagnetfeld ermöglicht eine Orientierung auf dem Erdball. Mit dem Kompass und einer genau gehenden Uhr lässt sich jeder Ort der Erde exakt ansteuern. Dies war unter anderem die Voraussetzung für Entdeckung und Vermessung der Erde. Das Erdmagnetfeld wird auf das Fließen von Ladungen im Erdkern zurückgeführt. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 17

18 Mit Elektromagneten, Motoren und Generatoren begann Mitte des 19. Jahrhunderts die Elektrifizierung von Verkehr, Industrie, Landwirtschaft und Haushalt, und damit auch die elektrische Mobilität. Die dampfund dieselbetriebenen Lokomotiven sind bei uns nahezu vollständig durch elektrische Antriebe ersetzt worden. Im Autobau finden sich ebenfalls zunehmend elektrische Antriebe entweder durch Nutzung von Batterien, Brennstoffzellen oder durch Verwendung von Hybridantrieben. Elektrische Energie wird dauerhaft in Generatoren durch elektromagnetische Induktion erzeugt. Der englische Physiker Michael Faraday hat 1831 das physikalische Prinzip von Generatoren entdeckt. Ändert sich in der Nähe einer Spule ein Magnetfeld, wird in der Spule eine elektrische Spannung induziert. Diese ist umso größer, je schneller die Veränderung erfolgt, je stärker das Magnetfeld und je größer die Anzahl der Spulenwicklungen ist. Diese elektrische Spannung wird erzielt, wenn man eine Spule im Magnetfeld dreht bzw. einen Magneten an einer Spule vorbei dreht. Die exakte Beschreibung ergibt sich aus dem Induktionsgesetz, durch das die im Generator (Dynamo) erzeugte elektrische Induktionsspannung exakt berechenbar ist. Unter energetischem Aspekt wird dabei mechanische Energie (Rotationsenergie) in elektrische Energie umgewandelt. Um die elektrische Energie zu nutzen, muss der Generator mit einem äußeren Stromkreis verbunden werden, in dem die Induktionsspannung U zu einem Stromfluss I führt. Die elektrische Arbeit W errechnet sich dann aus dem Produkt von Spannung U, Strom I und der Zeit t: W = U I t. Man misst sie in Wattsekunde bzw. Kilowattstunde. Vom Kraftwerk wird diese elektrische Energie über ein Verbundsystem von Leitungen an Industrie, Schienenfahrzeuge und Haushalt geliefert und zwar angepasst an den unmittelbaren Verbrauch, da die in Generatoren getrennten Ladungen unmittelbar ihrer Nutzung zugeführt werden müssen. Die Bewegungsenergie wird dabei durch strömenden Wasserdampf an Turbinen bewirkt und zumeist durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen erzeugt. Ein Elektromotor ist im Prinzip genauso aufgebaut wie ein Generator. Hier wird nur umgekehrt elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt. Durch Technik bewirkte Reduktion von menschlichen Kraftanstrengungen vermindert nicht den Arbeitsaufwand und den damit verbundenen Energieeinsatz Kräfte sind notwendig, um Gegenstände dort zu bewegen, wo Widerstände vorhanden sind, wie hier auf der Erde oder um Geschwindigkeitsänderungen (Beschleunigungen und Verzögerungen) zu bewirken. Deshalb haben Menschen seit alters her Möglichkeiten ersonnen, um bei größerer Wirkung die eingesetzte Muskelkraft zu verringern. Mit Rolle, Hebel, Flaschenzug, schiefer Ebene, hydraulischer Presse, Zahnradübersetzung erreicht man tatsächlich den gewünschten Effekt allerdings immer auf Kosten eines längeren Weges. Eine fundamentale Erkenntnis der Physik ist, dass man zwar Kräfte verringern kann, nicht aber die damit verbundene Arbeit. Wenn man beispielsweise einen schweren Körper nicht senkrecht gegen die Schwerkraft anhebt, sondern auf einer geneigten Bahn hochschiebt bzw. rollt, verringert sich die notwendige Antriebskraft umso mehr, je flacher die Neigung ist, dafür wird der Weg entsprechend länger. Dieser Sachverhalt wird mit der Goldenen Regel der Mechanik gekennzeichnet, die schon seit der Antike bekannt ist. Das Rad, erstmals ca v. Chr. in Mesopotamien für Transportzwecke verwendet, ist die Urform der durch Technik unterstützten Mobilität. Vom Handkarren über Ochsenkarren, Pferdekutsche bis zum PKW und LKW konnte der Transport von Waren und Menschen über Land immer effektiver und schneller bewältigt werden. Von den gegebenen Reibungsarten ist die Rollreibung die geringste, sodass mit Hilfe von Rädern Reibungswiderstände extrem verringert werden. Das mit einem Gummireifen umhüllte Rad ermöglicht auf einem ebenen, rauen Untergrund (Asphalt, Beton) eine optimale Kraftübertragung des drehenden Rades durch Reibung in eine lineare Bewegung des Fahrzeuges. Die Verbindung von Rädersystemen über Riemen, Ketten oder Zähnen führt zu Kraftübertragungen. Je nach Übersetzung lassen sich auch hier Kräfte reduzieren bei entsprechender Zunahme von Wegstrecken gegen die Kraft. Die Übertragung von Muskel-, Windoder Wasserkraft mit Hilfe von Räderwerken ist dabei von überragender Bedeutung. Das gilt in gleicher Weise auch für den modernen Fahrzeugbau. Die Drehung der Antriebswelle, der Zahnräder im Getriebe sowie der Räder funktionieren physikalisch und technisch nach demselben geschilderten Prinzip: Kraft mal Weg = konstant. Auf dem Fahrrad ist es deshalb bei kleineren Gängen leichter zu treten, dafür benötigt man mehr Umdrehungen der Pedalen. Da in den Lagern auch noch Wärme entsteht, ist die am Pedalwerk eingesetzte Tretarbeit immer größer als die am Hinterrad wirkende Antriebsarbeit. Mit dem Fahrrad lassen sich diverse Versuche im Freien zu physikalischen Grundlagen der Bewegungslehre mit Schülern durchführen. Im Bild ermitteln Schüler einer 10. Klasse (HS) Geschwindigkeiten 18 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

19 und vergleichen diese mit der Angabe am Tachometer (siehe Arbeitsblatt im Anhang). und Menschen. Ungünstige klimatische Bedingungen führen zu dem Bestreben, vorteilhaftere klimatische Bedingungen durch Mobilität zu erlangen, z. B. durch Wärme begünstigt und verhindert die Mobilitätsfähigkeit von Mensch und Fahrzeug Wärme Q ist ebenfalls eine Energieform und kann durch die Temperaturänderung _T berechnet werden, die ein Körper mit der Masse m erfährt: Q = c m _T. Dabei ist c die so genannte spezifische Wärme, die angibt, wie viel Wärme ein Körper pro Kilogramm und pro Grad aufzunehmen in der Lage ist. Voraussetzung: Es findet kein Übergang von einem Aggregatzustand in einen anderen statt. Wärme wird einerseits benötigt, um so genannte Wärmekraftmaschinen (Dampfmaschine, Ottomotor, Dieselmotor, Wankelmotor) anzutreiben. Dabei ist bedeutsam, dass die Temperatur des Wärmereservoirs (gezündeter Treibstoff) höher ist als die des Kühlreservoirs (Luft, Wasser). Nur ein Teil des Wärmepotenzials des Treibstoffes wird vorübergehende oder auch dauerhafte Veränderungen des eigenen Wohnortes (Urlaub, Immigration). Der Wunsch, seinen Urlaub im sonnigen Süden zu verbringen, hat bei uns vor ca. 50 Jahren den Massentourismus in Gang gesetzt. Der Heißluftballon und das Segelflugzeug nutzen insbesondere auch die natürlichen Bewegungsströme in der Atmosphäre (siehe dazu Beitrag Flugräume Flugträume ). Andererseits ist das Wetter regional immer auch ein Mobilitätshindernis. Beispielsweise ändert sich bei Schnee und Regen das Mobilitätsverhalten: Man fährt nicht mehr mit dem Fahrrad oder geht zu Fuß, der öffentliche Verkehr ist überlastet, auf den Straßen entstehen wetterbedingt Staus, Schienenfahrzeuge bleiben liegen, weil Stromleitungen vereist sind, es kommt zur Häufung von Unfällen auf eisglatten Straßen, Flugzeuge können in Bewegungsenergie umgewandelt, während ein größerer Teil davon Geschwindigkeitsmessungen mit dem Fahrrad nicht starten und landen, weil Tragflächen vereist sind. Das ganze verloren geht bzw. an die Umgebungsluft oder an das Wasser abgegeben wird. Darüber hinaus gibt es noch Wärmeentwicklungen in den Lagern der beteiligten Räderwerke, sodass für die gewünschte Mobilität nicht viel Energie übrig bleibt. Die mit der Wärme verknüpfte physikalische Größe Temperatur ist eine Grundgröße der Physik, die für den Zustand vieler Systeme ausschlaggebend ist, so Verkehrssystem gerät aus den Fugen, nur weil sich die Temperatur ein wenig verändert hat (von plus auf minus). Wetterbedingte Kapriolen zeigen immer wieder die Grenzen der Mobilität auf. Davon sind insbesondere die Schifffahrt seit Jahrtausenden, aber auch der Verkehr zu Lande und in der Luft in der heutigen Zeit betroffen. Wetter kann also Mobilität sowohl begünstigen als auch erschweren. auch für die Troposphäre bzw. das Wetter. Die Temperatur kennzeichnet den Bewegungszustand von Teilchen eines Systems. Je größer die kinetische Energie der Teilchen (Atome, Moleküle), desto größer die Temperatur. Der Druck (Kraft pro Fläche), die Dichte (Masse pro Volumen) und Temperatur sind bei Vorhandensein von Luft und Wasser die bestimmenden physikalischen Parameter, die in ihren wechselseitigen Abhängigkeiten für Wind, Regen, Nebel, Schnee, Tau, Raureif, Trockenheit, Feuchte verantwortlich sind. Umwälzungen in der Atmosphäre und Möglichkeiten werden durch Energieprozesse und dadurch bedingte Kräfte bewirkt. Ausschlaggebende Energie für das Klima ist dabei die Strahlungsenergie der Sonne. Das Wetter hat auch einen erheblichen Einfluss auf das Wohlbefinden und das Mobilitätsverhalten von Tieren Je schneller der Energieumsatz erfolgt, desto größer ist die Leistung In einem engen Zusammenhang mit der Arbeit aus Kraft mal Weg steht die Leistung, die den Zeitfaktor berücksichtigt, in der eine Arbeit erfolgt. Je schneller ein Arbeitsvorgang abläuft, desto größer ist die Leistung. Die Physik definiert die Leistung P als Quotient aus Arbeit W und Zeit t: P = W/t. Wird eine Arbeit von 1 Joule in einer Sekunde geleistet, ist die Leistung 1 Watt. Die Arbeit berücksichtigt, wie lange eine bestimmte Leistung wirksam ist, also: W = P t. Mehr noch als Kraft, Arbeit und Energie kennzeichnen die Leistung und damit verbunden der Zeitfaktor das Mobilitätsverhalten der Gesellschaft. Energieumsätze erfolgen immer rasanter. Während Jahrtausende DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 19

20 die Stärke eines Pferdes ausreichte, Menschen und Material zu transportieren, sind es heute vielfache Pferdestärken, die das Leistungsvermögen von Fahrzeugen kennzeichnen. Die Leistung eines Pferdes (1 PS) wird nach internationaler Vereinbarung heute in Watt bzw. Kilowatt angegeben (1 PS = 735,498 W). Wenn eine Person mit der Masse von 75 kg in einer Sekunde eine Höhe von 1 m überwindet (6-7 Treppenstufen), entspricht das einer Leistung von 1 PS. Der Motor von einem PKW der Mittelklasse hat eine Leistung von 60 Kilowatt, kann also 81 Pferde ersetzen. Leistungswerte von Fahrzeugen in Kilowatt: Fahrzeug kw Fahrrad 0,18 kw Motorrad 95,61 kw Energie (Brennstoff) in Bewegungsenergie des Kolbens umgewandelt. Noch sind die Leistungsgrenzen technisch nicht erreicht, es zeigt sich allerdings, dass die eingesetzte Energie durch ihre Verknappung zu einem wertvollen und damit teuren Wirtschaftsgut geworden ist. Die ständig steigenden Kosten für Energie (Öl, Gas, Strom) werden dazu führen, alternative Energiequellen zu erschließen, die auch noch längerfristig verfügbar sind wie die direkte und indirekte Solarenergie. Mobilitätsgrenzen ergeben sich aber auch aus der ständig zunehmenden Verkehrsdichte und damit verbundenen Unfällen und Staus, aus dem Verkehrslärm und aus anderen die Umwelt schädigenden Wirkungen. Auch im Schienen-, Schiffs- und Flugverkehr zeichnen sich durch den Berufsverkehr und Massentourismus Grenzen ab, die eine Entschleunigung zur Folge haben (siehe Beitrag Vom Rausch der Geschwindigkeit zur Entdeckung der Langsamkeit ). PKW (Oberklasse) 183,88 kw LKW und Bus 330,97 kw ICE kw (Dauerleistung) Kreuzfahrtschiff (Aida Cara) kw (Hauptmaschine) Verkehrsflugzeug (A 320) kw (Spitzenleistung) Weitere Leistungsmerkmale sind u. a. die physikalischen Parameter Beschleunigung, Drehzahl, Drehmoment und Maximalgeschwindigkeit. Mit der Leistungsentwicklung von Fahrzeugen haben sich auch das Straßen- und Verkehrswesen ständig verändert, insbesondere der Straßenuntergrund, die -decke und das -profil. Dabei erfolgte die rasanteste Entwicklung praktisch erst mit dem Motorfahrzeug zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Der erhöhte Energieeinsatz und der schnelle Energieumsatz erfordern mehr und mehr Ausgangsenergie (z. B. Benzin, Kerosin, Dieselbrennstoff) in immer kürzeren Zeittakten, sodass zunehmend wertvolle Energie in nicht nutzbare Energie (Wärme) umgewandelt wird. Umgangssprachlich geht dabei Energie verloren, obwohl sie unter physikalischem Aspekt nur in eine andere Energieform umgewandelt wird, nämlich in Wärme, die allerdings höchstens noch zum Heizen verwendet werden kann, aber nicht mehr für den Antrieb von Motoren. In der Praxis wird dies durch den so genannten Wirkungsgrad gekennzeichnet. So wird in einem Automotor nur ca. 30 % der eingesetzten Nachhaltige Nutzung von Energiereserven Da die Energiereserven begrenzt sind, müssen Sparpotentiale durch effektive Nutzung sowie Alternativen zu den fossilen Energiequellen erschlossen werden, um auch noch zukünftigen Generationen Energiequellen zu erhalten. Gerade die fossilen Energien (Öl, Kohle, Gas) dienen der Industrie als wichtige Rohstoffe, z. B. zur Herstellung von Kunststoffen und Pharmaprodukten, um nur wenige zu nennen. Die derzeitige Ausbeutung dieser Quellen für den Betrieb von Fahrzeugen lässt nur wenig Hoffnung für eine Nutzung über Generationen hinweg. Der Nachhaltigkeitsgedanke lässt sich auf die in Lagerstätten abgebauten fossilen Brennstoffe nicht anwenden, denn was dort abgebaut und verwertet wird, lässt sich in überschaubaren Abschnitten der Menschheitsentwicklung nicht erneuern. Die Nachhaltigkeit lässt sich nur auf diejenigen Rohstoffe anwenden, die sich innerhalb von Menschheitsgenerationen durch Sonnenenergie nachbilden wie diverse Pflanzenarten. Die direkte und indirekte Nutzung der Sonnenenergie zu Mobilitätszwecken muss ab sofort oberstes Ziel sein, wenn man den Nachhaltigkeitsgedanken ernst nimmt. Thermische und photovoltaische Nutzung der Sonnenenergie sowie indirekte Nutzung durch Wind-, Wasser- und Wellenkraftwerke bieten hier Lösungsansätze. Man muss nur zeitig genug mit konventionellen Energiequellen die Verwertung dieser alternativen Möglichkeiten in Angriff nehmen. Ü b e r d e n A u t o r Dr. Rainer Pacena, Jahrgang 1943, ist Dozent für Physik und ihre Didaktik an der Universität Lüneburg. Darüber hinaus unterrichtet er Studierende der Umweltwissenschaften in den Fächern Physik, Mathematik und Statistik. 20 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

21 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK G E R A D L I N I G G L E I C H F Ö R M I G E B E W E G U N G Fragen Aufgabenstellung Aufgabe Was versteht man unter Geschwindigkeit? Kennt ihr Geschwindigkeitswerte von Fahrzeugen? Wie ermittelt man Geschwindigkeiten? Wie kann man einen Tachometer überprüfen? Überprüfe, ob der Tachometer deines Fahrrades richtig funktioniert. Zeichne ein Weg-Zeit-Diagramm und ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm. Langsame Fahrt Umrechnungsfaktor x 3,6 Weg in m Zeit in s Weg (m) Geschwindigkeit = Zeit (s) Geschwindigkeit km h Tachoanzeige km/h 10 2,2 4,55 16, ,7 4,26 15, ,2 4,17 15, ,2 4,35 15, ,6 4,31 15, DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 21

22 Christina Wilker Mobilität hat Methode Die Zukunftswerkstatt als Katalysator zur Entwicklung kreativer Ideen im fächerübergreifenden Unterricht Man muss den jungen Menschen klarmachen, dass sie Vorschläge machen können, die ein Experte gar nicht bringen kann [...], weil er eben viel zu sehr auf sein Wissen festgelegt ist. Wenn man dieses Bewusstsein, ein neues Fortschrittsbewusstsein schaffen könnte das wäre großartig. Robert Jungk, 1990 Mensch, beweg dich! Wäre es nach Robert Jungk gegangen, ein Curriculum Mobilität hätte in den frühen 80er-Jahren bereits das bildungspolitische Vorwärts in Richtung globaler Veränderung markiert. Mehr noch: Als Motor fachdidaktischer Bemühungen, angetrieben durch die Förderung ganzheitlichen Denkens und Handelns der Heranwachsenden, könnte das Curriculum in Verbindung mit Jungks lerntheoretischem Ansatz der Zukunftswerkstatt zu einem Motor im Lernen für die Zukunft werden. Kritisch. Konstruktiv. Kreativ. Durchstarten mit dem Lernziel: Entwicklung eines neuen Fortschrittsbewusstseins. Mobilität: Bewegung im Kopf und im Handeln Bei heranwachsenden Menschen die Fähigkeit auszubilden, ein verantwortungsbewusstes Mobilitätsverhalten im Sinne von Gestaltungskompetenz zu leben. Das zentrale Moment des Curriculums wäre ganz im Sinne des 1994 verstorbenen Zukunftsforschers gewesen. Wenngleich er der Autoindustrie eher kritisch gegenüber eingestellt war und sich seine Schlüsselprobleme weniger um den Antrieb marktwirtschaftlichen Wachstums als vielmehr um den Verkehrsinfarkt, die globale Erwärmung sowie die Ressourcenverknappung drehten: Ein von der Apokalypse faszinierter Zukunftspessimismus war Robert Jungks Sache ebenso wenig wie naive Fortschrittseuphorie. Mit seinem Modell der Zukunftswerkstatt hat er einen praktikablen Weg zur Hervorbringung von kreativen Zukunftsvisionen beschrieben, das sich für das gesamte Themenspektrum des Curriculums Mobilität hervorragend eignet (siehe Beitrag Vom Rausch der Geschwindigkeit zur Entdeckung der Langsamkeit ). Der ganzheitliche Ansatz der Methode zwingt dabei dazu, die Welt als Ganzes zu sehen und die Mobilität auf ihre Zukunftsfähigkeit hin zu befragen. Wenn Fortschritt dadurch auch Grenzen erfährt, umso besser. Denn noch immer wird das Heil in einer mobilitätsbesessenen, expansiven Wachstumsgesellschaft gesehen, mit der wir langfristig unsere Lebensgrundlagen zerstören werden. In einer globalisierten Welt auch eine Vorstellung von deren Endlichkeit und ihren Möglichkeiten zu entwickeln, ist wesentlich, um Mobilität im Sinne des Curriculums bewusst, verantwortungsvoll und nachhaltig zu leben. Kritik und Katharsis: Mobilmachung intuitiven Wissens Wider dem großen Zähneklappern, wenn es darum geht, das Curriculum Mobilität möglichst nachhaltig im Schulalltag umzusetzen. Hier bietet sich die Zukunftswerkstatt als eine Methode an, die in erheblichem Maße von den traditionellen Lehr- und Vermittlungsformen in Schulen abweicht. Dabei vollzieht sie sich in einer Abfolge von Fantasie und Kritik, Intuitivität und Rationalität (siehe Info-Box). Fantasiereise, Kugellager, Märchen, Pro- und Kontra-Debatte die Zukunftswerkstatt beinhaltet eine Haltung, die viele Techniken und Kombinationen möglich macht, sonst widerspricht sie sich selbst. Der Kritikphase als Auftakt kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu. Hier findet nicht nur eine Art Reinigung dergestalt statt, dass den Schülerinnen und Schüler Denk(t)räume zur Artikulation ihrer Missstände und Ängste zum Thema geboten werden. Diese entwickeln sich in der Fantasiephase (Phase II) zum Zukunftsszenario der Wirklichkeit. So entstehen neue Gestaltungsspielräume. Utopie entwickelt sich aus der Erinnerung an menschliche Grundbedürfnisse, aufgrund einer Rückbesinnung auf in Symbolen, Träumen und Körpererfahrungen gebundenes intuitives 22 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

23 Wissen. Schüler, die wie in dem unterrichtspraktischen Beispiel beschrieben mit verbundenen Augen an eine Autobahn herangeführt werden, spüren Angst. So erfährt das Thema Mobilität einen wortwörtlich erfahrungsbezogenen Hintergrund, von dem aus sich Utopien entwickeln lassen. Die Methode der Zukunftswerkstatt schließlich steht als Synonym für Mobilität: Sie fördert mit ihren ersten beiden Phasen die Beweglichkeit im mehrperspektivischen Denken global und vernetzt und mündet mit der Verwirklichungsphase schließlich im lokalen Handeln. Bei Denk(t)räumen bleibt es nicht. Ich denke, also bin ich, verkündete Descartes. Ich habe nur gedacht, deshalb werde ich gewesen sein, warnt Jungk. Das macht die Methode so interessant zur Gestaltung von Projektwochen, wenn es darum geht, handlungs- und situationsorientiert zu unterrichten. Mit Blick auf die Zukunft der eigenverantwortlichen Schule ein Tipp an alle Schulleiter! stellt sie mit ihren öffentlichkeitswirksamen Ergebnissen darüber hinaus ein gutes Instrument für die Pressearbeit der Schule dar. Aufhebung linearen Denkens im Mobile Team L i t e r a t u r Burow/Neumann-Schönwetter: Zukunftswerkstatt in Schule und Unterricht. Hamburg Jungk, Robert: Zukunft zwischen Angst und Hoffnung. München Pallasch, Waldemar: Werkstattarbeit. In: Zwölf Unterrichtsmethoden. Weinheim Weinbrenner/Häcker: Zur Theorie und Praxis von Zukunftswerkstätten. In: Methoden der politischen Bildung. Hrsg. Bundeszentrale Politische Bildung. Bonn Ü b e r d i e A u t o r i n Christina Wilker, Jahrgang 1966, ist Lehrerin an der Wilhelm-Raabe-Realschule Hameln für die Fächer Deutsch, Politik, Geschichte, AWT und Werte und Normen. INFO-BOX Z U K U N F T S W E R K S T A T T Kritikphase 1. Sammlung und Formulierung von Kritikpunkten 2. Systematisierung und Bewertung 3. thematische Schwerpunktbildung Zukunftswerkstätten eignen sich sowohl für technische, soziale und ökologische Fragestellungen. Es ist insbesondere die zwingende Integration von intuitiv-emotionalem und rational-analytischem Lernen, Positive Wendung der aufgedeckten Probleme, Ängste etc. Fantasiephase die sie für den naturwissenschaftlich-technischen Bereich so interessant und wichtig macht. Wenn es so 2. Brainstorming: möglichst fantasievolle, uneingeschränkte 1. Kritikpunkte positiv umformulieren ist, wie Jungk behauptet, dass kritische Imagination Vorschläge zur Problemlösung nicht von denen entwickelt werden kann, die ihrem 3. Systematisierung und Bewertung: Weiterentwicklung jeweiligen Establishment zu nahe stehen, ist die Zukunftswerkstatt ein unabdingbares Instrumentarium 4. Ausarbeitung und Konkretisierung eines utopischen Entwurfs; der besten Ideen in Kleingruppen für die naturwissenschaftlich-technischen Fächer. kreative und anschauliche Präsentation der Ergebnisse, Dass fächerübergreifende Kombinationen machbar z. B. Kurzgeschichte, Rollenspiel, Gesang, Modell sind, zeigt das Unterrichtsbeispiel. Was es dazu braucht, Zukunftswerkstätten effektiv zu gestalten? Ein Lehrerteam, das Mobilität im Sinne Verwirklichungsphase geistiger Flexibilität lebt. Idealismus. Mut. Kreativität. Sehr viel Vorbereitung, die sich auszahlt, wie der Gegenwart zusammengebracht Zukunftsentwürfe werden mit realen Verhältnissen der Erfahrungsbericht der Projektgruppe zeigt, sowie die 1. kritische Prüfung der utopischen Entwürfe innere Aufhebung der in der Schule vorherrschenden 2. Entwicklung von Durchsetzungsstrategien, Gegensätze Experte/Laie, Herrscher/Beherrschte, z. B. Aktivierung von Partnern Wissende/Unwissende. So kommt Bewegung in festgefahrene Strukturen. Die Zukunftswerkstatt: Basis- 3. Planung eines gemeinsamen Projektes bzw. einer Aktion demokratisch. Unkonventionell. Mobil eben. Mensch, beweg dich! Nach: Weinbrenner/Häcker: Zur Theorie und Praxis von Zukunftswerkstätten. In: Methoden der politischen Bildung. Hrsg. Bundeszentrale Politische Bildung. Bonn DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 23

24 Hartmut Bartsch, Alice Gärtner, Bernd Melle, Ursula Wesche, Christina Wilker Vom Rausch der Geschwindigkeit zur Entdeckung der Langsamkeit Eine Zukunftswerkstatt zur Entschleunigung In vielen Lebensbereichen, wie unter anderem in der Nachrichtenübermittlung, dem Verkehrsgeschehen, dem Produktionsund Wissenszuwachs, in Teilberechen des Sports, vollzieht sich eine zunehmende Beschleunigung. Gegenläufige Tendenzen, also eine Verlangsamung gesellschaftlicher Prozesse, lassen sich kaum beobachten. Sie liegen nicht im Trend! Warum sind Langsamkeit, Behutsamkeit und Nachhaltigkeit nicht im Takt der Zeit wahrnehmbar? Dagegen aber alle möglichen Arten von Schnelligkeit und Geschwindigkeitswahn. Ansätze zur Entschleunigung von Entscheidungs- und Handlungsprozessen sollen im Rahmen des Curriculums Mobilität in Verzahnung mit den Fächern Erdkunde und Physik im Sinne des Spiralcurriculums aufgezeigt werden. Die Methode unserer Wahl ist die Zukunftswerkstatt, da im herkömmlichen Unterricht die emotionale Erschließung von Themen meistens zu kurz kommt. Durchführung Eine Zukunftswerkstatt kann in allen Schulstufen durchgeführt werden. Hier wird die Durchführung an der Realschule Heidberg, Braunschweig einer Ganztagsrealschule im Rahmen einer Projektwoche vorgestellt. Die Gruppe setzte sich aus 25 Schülerinnen und Schülern aus den Jahrgängen 8 bis 10 zusammen. Vorbereitungsphase 2. Vorstellen der Zukunftswerkstatt Zur Einstimmung stellen sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer im Kreis vor, z. B. beim Herumrei- 1. Organisation Die Zukunftswerkstatt ist in verschiedenen Formen durchführbar. Ihr Werkstattcharakter empfiehlt die Durchführung in Projektform bzw. in ca. 7 Doppelstunden. Zur optimalen Umsetzung ist ein Raum wünschenswert, der größer ist Im Gesprächskreis Neugier wecken als ein normaler Klassenraum. Mehrere Gruppentische werden an den Rand des chen eines Balles und formulieren dabei ihre Erwartungen und Vorstellungen. Um eine uneingeschränkte Raumes platziert. In der Mitte bleibt dann genügend Platz für einen Sitzkreis. Einige Stellwände werden Offenheit zu ermöglichen, wird das Thema den Schülerinnen und Schülern zunächst mit der allgemeinen für die Dokumentationen der Arbeitsergebnisse in den einzelnen Phasen benötigt. Die unterschiedlichen Arbeitsmaterialien werden im Raum bereitgestellt (siehe vorgestellt. Formulierung: Mobilität Geschwindigkeit oder?! Info-Box Zukunftswerkstatt, S. 25). 24 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

25 INFO-BOX Z U K U N F T S W E R K S T A T T Problemfrage Wie können wir Geschwindigkeit und Entschleunigung durch intuitive und rationale Erfahrungen erlebbar machen? Unterrichtsziel Ziel der Werkstatt ist es, den Reiz der Geschwindigkeit in Frage zu stellen und kreative Zukunftsvisionen zur Entschleunigung zu erarbeiten und umzusetzen. Material Räumliche Voraussetzungen Karteikarten, Punkte, Scheren, Kleber, Klebeband, Stifte CD-Player, CD mit Entspannungsmusik Sprechstein Augenbinden, Lärmpegelmessgerät (Physikbereich), Bandmaß/Stoppuhren (Sportbereich), Kreide Fotos aus dem Verkehrsalltag Hilfskartei mit Ideen für die Erarbeitung in den Gruppen: Hörspiel, Plakate, Interview, Radiosendung, Modell, Rollenspiel Fotoapparat, OHP, Verlängerungsschnur Bastelmaterial, großes Papier oder Rolle großer Raum in ruhiger Zone; Möglichkeit zur Gruppenarbeit und Sitzkreisbildung; ausreichende Flächen zum Aufhängen der Plakate und Karteikarten Außenarbeitsplätze Kopiervorlagen auf Sicherheit überprüfen Papier und Stifte zum Notieren mitnehmen Kleingruppen zum Erspüren von Geschwindigkeiten mit Augenbinde an die Straße führen gleichzeitig Lärmpegelmessungen durchführen die Geschwindigkeit von Gruppen ermitteln lassen an unterschiedlichen Straßen (30 km/h und 50 km/h) Digitalkamera und/oder Videokamera zur Dokumentation der Utopiephase Informationen/Arbeitsblatt zur Geschwindigkeitsermittlung ( Der Rausch der Schnelligkeit, S. 30) Informationen/Arbeitsblatt zum Thema Lärm, Geißel der Mobilität, S. 31 Fantasiereise (s. S. 26) Es folgt ein Unterrichtsgang zu einer Autobahnauffahrt, um das Thema ganzheitlich zu erschließen. Mit verbundenen Augen das ist fast eine Mutprobe nehmen die Schülerinnen und Schüler den vorbeirauschenden Verkehr viel intensiver wahr. Anschließend wird mit einfachen Utensilien, wie Bandmaß und Stoppuhr, die Geschwindigkeit einiger Autos auf den Straßen ermittelt. Geschwindigkeit hautnah hören und fühlen Mit Stoppuhr und Maßband wird die Geschwindigkeit ermittelt Kritikphase Die Kritikphase wird mit zwei intuitiv-emotionalen Elementen eingeleitet: Eine Entspannungsmusik lässt die Schülerinnen und Schüler zur Ruhe kommen. Die Fantasiereise Vom Rausch der Geschwindigkeit verinnerlicht die Erfahrung der Geschwindigkeit und sensibilisiert die Teilnehmerinnen und Teilnehmer für unangenehme und Angst machende Seiten der Geschwindigkeit. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 25

26 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE F A N T A S I E R E I S E Vom Rausch der Geschwindigkeit zur Entdeckung der Langsamkeit Schließe deine Augen und setze dich entspannt hin. Wenn du magst, lege deine Arme auf den Tisch und lege deinen Kopf darauf. Bei jedem Atemzug entspannst du dich mehr und mehr. Jedes Mal, wenn du ausatmest, wirst du schwerer und schwerer... Alles um dich ist dunkel... Stell dir vor, du blickst tief, tief ins Weltall hinein. Lass dein inneres Auge in dieser Dunkelheit herumschweifen.... Sie umfängt dich wie ein samtiger schwarzer Nebelschleier. Versuche, mit deinen Augen den schwarzen Schleier zu durchdringen!... Da spürst du, wie du mitten hinein gezogen wirst, hinein in die Dunkelheit, tiefer und tiefer wie in einen unendlich langen Tunnel. Eine Reise durch Raum und Zeit! Du spürst, wie du immer schneller durch den Tunnel rast. So schnell wie eine Rakete! Das Dröhnen in deinen Ohren wird lauter und lauter, der Lärm schmerzt in deinen Ohren. Plötzlich siehst du weit vor dir in der Ferne Tausende von bunten Lichtpunkten und blitzartig aufzuckenden Lichtstreifen. Als du näher kommst, siehst du unter dir ein Gewirr von über- und untereinander liegenden Schnellstraßen, die von gewaltigen Pfeilern getragen werden. So etwas hast du noch nie gesehen! Du erkennst in jeder Richtung zwölf Fahrspuren. Was für ein Getümmel!... Neugierig folgst du ihnen in sicherer Höhe. Von Zeit zu Zeit überkreuzen sich die Bahnen in kühnen Schleifen und Spiralen und verschwinden rechts und links in der Ferne. Wie ein gewaltiges Labyrinth sieht es aus. Vorsichtig gehst du etwas tiefer. Das Dröhnen in deinen Ohren verwandelt sich in ein tiefes Brummen. Nun erkennst du, dass die Lichtpunkte in Wirklichkeit auf den Straßen dahinrasende Fahrzeuge sind, die feurige Lichtbündel ausstoßen. Wie Raketenfahrzeuge sehen sie aus! Nur der Fahrer verfolgt aufmerksam die Anzeigen auf einem riesigen, überdimensionierten Armaturenfeld, das sich vor seinen Augen wie eine riesige Leinwand ausbreitet... Alle Augenblicke wird das Fahrzeug von noch schnelleren Autos überholt, was im Inneren eine Druckwelle auszulösen scheint, denn die Schutzanzüge werden dicht zusammengepresst. Auf einmal nähert sich von hinten in atemberaubendem Tempo ein riesiges Ungetüm. Du siehst, wie seine Druckwelle das Fahrzeug erfasst und zur Seite drängt. Vergeblich hämmert der Fahrer auf die Knöpfe seines Armaturenbretts ein, und einen Augenblick später stürzt der Wagen von der Straße in die schwarze Tiefe. Du siehst noch den Feuerschweif aufl odern, ehe es zu verglühen scheint. Du bist so erschrocken, dass du so schnell du kannst in die Höhe fl iegst, bis unter dir nur noch das Lichtermeer zu sehen ist. Nichts wie weg! Da ergreift dich wieder die Dunkelheit du wirst hineingezogen, fl iegst weiter und weiter, bis du sanft zu Boden gleitest. Endlich wird es hell und du fi ndest dich auf einer hohen Wiese wieder. Die Sonne scheint, das Gras duftet. Das Dröhnen ist einer angenehmen Stille gewichen, die nur vom leisen Zirpen einer Grille unterbrochen wird... Erleichtert atmest du auf und streckst wohlig deine Glieder... Vor dir liegt ein sandiger Pfad. Du stehst auf und folgst ihm. Du spürst den Sand unter den Zehen und die Sonne auf deiner Haut. Immer weiter gehst du, bis du wieder an diesem Ort ankommst, und du spürst, wie du ganz sacht wieder in unserem Raum ankommst. Du streckst dich langsam, und bei 1 (zählen von 5 bis 1) öffnest du die Augen, reckst und streckst dich und bist wieder hier! Schließlich gelingt es dir, noch tiefer zu gehen und einem der Fahrzeuge zu folgen. Schemenhaft erkennst du vier Gestalten hinter den Fenstern. Viel mehr kannst du zuerst gar nicht sehen, denn jede steckt in einem dick gepolsterten Schutzanzug. Du strengst deine Augen an, bis es dir gelingt, den Gestalten ins Gesicht zu sehen. Was für einen seltsamen Gesichtsausdruck sie haben starr und angespannt, dabei aber irgendwie glücklich lächelnd. Ein bisschen verloren wirken sie DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

27 Das berührt mich, das macht mir Angst Fotos zu diesem Thema liegen in der Mitte des Sitzkreises und jeder der Schülerinnen und Schüler wählt eine Darstellung aus, die ihren bzw. seinen Empfindungen entspricht. Im Anschluss schreiben sie ihre Eindrücke in Stichworten auf Karteikarten und tauschen sich mit unterschiedlichen Partnern darüber aus. Im nächsten Schritt werden die Karten ungeordnet an die Wand/Stelltafel geheftet. Sehr schnell kristallisieren sich durch Zuordnung der Karteikarten verschiedene Problemkreise wie Tod, Unfall, Risiken, Rasen auf der Autobahn, Umweltschäden heraus. Mit Hilfe von Klebepunkten markieren die Schülerinnen und Schüler die Aussagen, die sie am stärksten berühren. So wird schnell klar, welche Aspekte weiterverfolgt werden sollten. Das Thema wird nun von den Schülerinnen und Schülern formuliert: Geschwindigkeit Langsamkeit Brainstorming: Das macht uns Angst Rauchende Köpfe statt rauchende Auspuffe (o.) Aus trüber Realität wird lebendige Utopie (u.) Die Gruppen bilden sich durch die Zuordnung zu einem selbstgewählten Unteraspekt. Damit endet der erste Tag. Der nächste Morgen beginnt mit Entspannungsmusik und Bewegung im Raum, wobei Geschwindigkeit und Langsamkeit in der Bewegung zum Ausdruck kommen sollen. Aus den am Vortag verbalisierten Ängsten entwickeln die Schülerinnen und Schüler positive Vorstellungen und äußern Wünsche und Visionen, z. B. Sicherheit durch Langsamkeit, Eine Welt ohne Abgase, Natur auf unseren Straßen. Im Anschluss daran ziehen sich die Kleingruppen zurück. Hier entwickeln die Schülerinnen und Schüler ihre Utopien und einigen sich auf die Form der Darstellungsmethode. Hier kommt eine vom Lehrer bereitgestellte Hilfskartei zum Einsatz. Mit einem Blitzlicht wird nach einer Pause weitergearbeitet. Der in diesem Zusammenhang gegebene Impuls: Wie setzen wir unsere Arbeit fort?. Durch die Offenheit der Methode Zukunftswerkstatt entwickeln die Schülerinnen und Schüler eine große Vielfalt von unterschiedlichen Darstellungsformen: Zeichnungen, Modelle, Montagen, Interviews und Videoaufnahmen. Die Ergebnisse werden von den einzelnen Gruppen präsentiert und diskutiert. Erfreulich ist das große Engagement und die positive Rückmeldung, die sich die Schülerinnen und Schüler gegenseitig geben. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 27

28 Realisierungsphase Mit den Entwürfen vor Augen versuchen die Gruppen, ihre Utopien mit der Realität in Einklang zu bringen. Jedes Projekt wird auf machbare Inhalte untersucht. Ein Zielkatalog wird entwickelt: langsames Fahren auf den Straßen, Spielmöglichkeiten, mehr Wege für Fußgänger und Fahrradfahrer, Straßen beleuchten durch LED-Leuchten, Bepflanzung der Straßen, umweltfreundliche Antriebe. Dieser Zielkatalog wird als Wunschzettel umformuliert. An dieser Stelle gibt es zahlreiche Alternativen zur Weiterarbeit, um die angestrebten Veränderungsprozesse in Gang zu setzen. Hier wird dieser Wunschzettel an die Stadtverwaltung weitergeleitet. Eine schulinterne Ausstellung präsentiert die Ergebnisse und regt zu weiteren Diskussionen an. Nachbereitungsphase Das Thema wird im Erdkundeunterricht mit dem Thema Mobilität weitergeführt. Fazit Die Arbeit mit der Zukunftswerkstatt brachte für alle Beteiligten neue Erkenntnisse. Das angestrebte Lernziel, den Reiz der Geschwindigkeit in Frage zu stellen und die Schülerinnen und Schüler für die Prozesse der Verlangsamung zu sensibilisieren, wurde erreicht. Die Visionen ermutigten die Schülerinnen und Schüler, unkonventionelle Wege zu beschreiten und auch scheinbar Utopisches zuzulassen. Das Ansprechen der emotionalen Ebene führte bei manchen Jungen zu einer abwartenden Haltung, doch mit Hilfe der Entspannungsmusik und der Fantasiereise gelang es auch ihnen, sich darauf einzulassen. Es entstand dadurch eine kreative Atmosphäre, die zu fantasievollen Beiträgen in der Gruppenarbeit führte. Zwei Schüler, die im täglichen Unterricht wenig Beteiligung und Interesse zeigen, waren hier konzentriert bei der Arbeit und brachten mit ihren guten Beiträgen die Gruppe in ihrer Arbeit weiter. Dies zeigt, dass alternative Unterrichtsmethoden Ressourcen bei den Schülerinnen und Schülern freisetzen und ihre Motivation positiv beeinflussen können. In der Blitzlichtrunde am Ende der Projektwoche merkten die Schülerinnen und Schüler an, dass ihnen die Teamarbeit und besonders die Langsamkeit die ausreichende Zeit zum Arbeiten ohne Hetze oder 45 Minuten-Takt sehr gut gefallen hat. UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE Ü b e r d i e A u t o r e n Hartmut Bartsch ist Hauptschullehrer an der Hauptschule Holzminden; ein Arbeitsschwerpunkt ist die Fotografie verbunden mit der Organisation/ Gestaltung von Ausstellungen. Alice Gärtner ist Grundschullehrerin an der Adolf-Grimme-Schule in Barsinghausen und Seminarleiterin für Sachunterricht am Studienseminar Wunstorf. Bernd Melle, Jahrgang 1950, unterrichtet an der Löns-Realschule in Einbeck die Fächer Deutsch, Erdkunde und Geschichte und ist Fachberater Mobilität. Ursula Wesche, Jahrgang 1948, unterrichtet an der Realschule Heidberg in Braunschweig Geschichte, Politik, Erdkunde und Wirtschaft. Christina Wilker, Jahrgang 1966, ist Lehrerin an der Wilhelm-Raabe-Schule in Hameln für Deutsch, Politik, Geschichte, AWT und Werte und Normen. A R B E I T S E R G E B N I S : E N T W I C K L U N G D E R T E C H N O L O G I E Es ist kaum zu glauben, wie sich die Natur in 200 Jahren verändern kann war die Stettinstraße eine karge unbelebte Masse bis auf ein paar Bäume. Abgase, Lärm und schlechte Sicherheitsverhältnisse waren zur der Zeit normal. Das ist heute gar nicht mehr denkbar. Dank schneller Entwicklung der Technologie haben wir solche Probleme heutzutage nicht mehr. Schwebende Häuser, langsam schwebende Autos und unter den Häusern und Autos, die keine Abgase verursachen, wuchert und gedeiht die Natur in voller Pracht. Das alles dank zweier ganz besonderer Technologien. Zunächst der Vakuum- Plutonium-Hyperreaktor, der auf der Technologie der Plutoniumspaltung aufbaut. Dies alles funktioniert nur unter einem vollständigen Vakuum, das den radioaktiven Ausstoß auf ein minimales Maß reduziert, aber die Energie auf ein Vielfaches steigert. Die andere Technologie ist die des Sojareprikators, der kann alle organischen und anorganischen Stoffe aus Soja gewinnen, das heißt keine Ausbeutung der Erde mehr und die Natur kann sich über die Jahre langsam wieder zurückentwickeln zur eigentlichen Ursprungserde. Schwebende Häuser und Fahrzeuge geben der Umwelt Raum 28 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

29 Zukunftswerkstatt: Möglicher Verlauf Das folgende Raster zeigt den möglichen Verlauf der Zukunftswerkstatt auf. Die einzelnen Elemente können innerhalb einer Phase den individuellen Gegebenheiten entsprechend ausgewählt werden. Das Materialangebot der Lehrkraft sollte jedoch sehr offen gehalten werden und vor allem als Angebot bzw. Hilfestellung verstanden werden. Phase/Organisation Vorbereitungsphase Raum vorbereiten; Arbeitsmaterial bereitstellen Kritikphase 1 Problemstellung gegenwärtige Missstände Vom Rausch der Geschwindigkeit Geschwindigkeit macht Angst Umweltverschmutzung Luft/Boden Versiegelung des Bodens Zerstörung von Landschaft Zusammenfassende Darstellung der gefundenen Kritikpunkte Kritikphase 2 die erarbeiteten Ergebnisse vorstellen; aus den evtl. zu Oberbegriffen geordneten Bereichen das Problem aussuchen Fantasiephase eine Utopie entwerfen, in der das Problem optimal gelöst ist: Die Entdeckung der Langsamkeit Realisierungsphase kritische Prüfung der utopischen Entwürfe Entwicklung von Durchsetzungsstrategien Nachbereitungsphase Um eine sozial- und umweltverträgliche Zukunft zu erreichen, sollte eine Zukunftswerkstatt in Form einer permanenten Werkstatt in die Gesellschaft positiv eingreifen. rational-analytische Bausteine Grobzielorientierung für sich als Lehrkraft definieren Einführung in Ziele; Spielregeln vorstellen Bremswege messen bei trockener und nasser Straße; witterungsbedingte Unterschiede wahrnehmen; sich informieren: Reaktionsgeschwindigkeiten, Crashtests Tesafilmstreifen an verschiedenen Orten mehrere Tage auslegen, Verschmutzungsgrad feststellen Geschichte des Straßenbaus; Brücken, Tunnel, Kreuzungen Kanäle, Wasserstraßen Plattenbau, Trabantenstädte, soziale Brennpunkte durch verfehlte Strukturpolitik Stichworte auf Karten schreiben und aushängen Karten thematisch ordnen; zum gewählten Schwerpunkt weitere Informationen einholen; in Gruppen ausgewählte Kritikpunkte vertiefen Gruppen für die Fantasiephase bilden alle Lösungen zulassen eine Liste erstellen, welche Ideen und Ergebnisse mit den bisherigen Mitteln realisiert werden können Bündnispartner suchen, Kontakt zur Stadtverwaltung/Ratspolitikern aufnehmen eine AG, einen Arbeitskreis oder einen Ausschuss bilden, der das Projekt der Entschleunigung langfristig als Prozess begleitet intuitiv-emotionale Bausteine geeignete Medien bzw. Orte auswählen Entspannungsmusik, Einstimmung; Kennenlernen, Erwartungsabfrage Assoziationskette, Fotos/Bilder zu allen Bereichen anbieten; Teilnehmer wählen eins aus, versehen es mit Text oder Stichworten, Fotos machen; Lieder, z. B. von Grönemeyer und Van Veen Fantasiereise, Rennfahrerträume, Astronautenträume, Überwindung des Raumes im Märchen; Unterrichtsgang zur Schnellstraße: Wahrnehmungsübungen Hören, Fühlen, z. B. durch auf den Boden legen, Luftwirbel spüren Schnee am Straßenrand fotografieren; Gerüche wahrnehmen Fühlen von Oberflächen; Unterrichtsgang Autostadt; Orientierungsübungen/Raumerfahrung: Schatzsuche, Labyrinth entwerfen entsprechende Beispiele am Wohnort suchen, fotografieren oder bildnerisch umsetzen zum gewählten Kritikpunkt Produkte herstellen (Interviews, bildnerische Umsetzungen, Plakate usw.); in Gruppen diskutieren und vertiefen, Pantomimen, Tanz, Gedichte kreatives Gestalten der Utopie: Produkte erstellen, Fantasiereise selbst schreiben, Geschichten, Bilder: Die Verlangsamung der Geschwindigkeit auf der Schnellstraße eine Ausstellung im Rathaus organisieren; die Presse einladen Ideen: Kontakt zu entsprechenden Bezugspersonen beibehalten; Kontakt zu Hochschulen aufnehmen und dort Utopien vorstellen DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 29

30 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE D E R R A U S C H D E R S C H N E L L I G K E I T Arbeitsblatt zur Ermittlung der Geschwindigkeit In deiner Straße wird zu schnell gefahren. Neulich beim Straßenfest war die Straße total gesperrt, es gab ein Geschicklichkeitsfahren für Inliner, und die Menschen haben auf der Straße gesessen. Jung und Alt waren begeistert und so ohne Lärm und Gestank haben sich alle ganz wohl gefühlt. Du hast Angst, das alte Menschen, die in der Straße wohnen, überfahren werden. Ein paar Mal hast du schon gefährliche Situationen miterlebt. Du trägst deine Bedenken bei der Polizei vor. Aber einen Messwagen schickt die Polizei nicht, da nicht genügend Fahrzeuge die Straße frequentieren ( Das lohnt sich nicht. ). Du beschließt, selbst einmal die Geschwindigkeit zu ermitteln, ohne High Tech oder Uniform. Nur wie? Kennzeichen des Fahrzeugs Strecke in Metern: m Zeit in Sekunden: s Geschwindigkeit: m Geschwindigkeit: km s h So viele Fahrzeuge fahren zu schnell. Beschimpfungen und Drohungen können da ja keine Lösung sein. Du schlägst vor, dass die Ordnungshüter die von dir gemessenen Fahrer mit dem folgenden Anschreiben aufrütteln (nur sie können und dürfen die Fahrer ermitteln). Lieber Herr Schulzmeier, die Jugendlichen der XY-Schule haben die Geschwindigkeit am bei Ihrer Fahrt durch die Parkstraße mit 56 km/h gemessen. Erlaubt sind hier nur 30 km/h. Die jungen Leute bitten Sie, in Zukunft die Geschwindigkeitsbegrenzung einzuhalten. Als Anerkennung für Ihr Verständnis holen Sie sich bitte kostenlos eine kleine Sonnenblume beim Blumenhaus Müller ab. Ihre Polizei PS: Wissen Sie eigentlich, wie lang der Anhalteweg bei 30 km/h ist? Und wie lang bei 56 km/h? Wir haben es für Sie ausgerechnet: Bei 30 km/h ist er lang Bei 56 km/h ist er lang Ermittlung der Geschwindigkeit Für die Ermittlung der Geschwindigkeit brauchen wir die Streckenlänge (Länge in Metern) und die Zeit (in Sekunden): 1. Du misst z. B. 40 m im Straßenabschnitt ab. 2. Dann stoppst du z. B. 8 Sekunden. 3. Teile dann die Länge deiner Strecke durch die Zeit in Sekunden (hier 40 m : 8 s = 5 m ) s 4. Jetzt hast du die zurückgelegte Durchschnittsgeschwindigkeit pro Sekunde. Geschwindigkeit = Weg Formel: v = l Zeit t v = Geschwindigkeit, l = Weg, t = Zeit, es ergibt sich: Geschwindigkeit in m mal 3,6 s Geschwindigkeit in km h Bremsen (Verzögerung) Der Anhalteweg ist ja sogar noch länger als der Bremsweg allein. Man muss ja erst einmal die Bremse fi nden! Die Reaktionszeit beträgt etwa 1 s (Schrecksekunde!). Formel: Die Formel: 30 km x 1 s = h m x 1 s = 8,3 m 3600 s LEGENDE k = Kilometer s = Sekunde h = Stunde t = Zeit m s = Meter pro Sekunde km = Kilometer pro Stunde h v = Geschwindigkeit l = Länge / Weg Der Bremsweg wird nach einer Faustformel errechnet: Die Formel: Geschwindigkeit durch 10 mal Geschwindigkeit durch 10: v x v, also 9 m Bremsweg bei 30 km/h Reaktionsweg + Bremsweg = 17,30 m, also steht das Fahrzeug erst nach 17,30 m! Und bei 56 km/h??? 30 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

31 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE L Ä R M, G E I S S E L D E R M O B I L I T Ä T? Name: Problemstellung Du hast verbundene Augen (Gruppenarbeit von 2 oder 3 Personen). Wie empfinden wir Geräusche? Was macht uns krank, was geht uns an die Nerven? Was gefällt uns? Du vergibst Noten von 1 bis 6! Das Geräusch: Ich höre... Versuche, das Geräusch zu identifizieren! Das Geräusch gefällt mir ( + ) Note 1 bis 6 Das Geräusch gefällt mir nicht ( ) Note 1 bis 6 Das Geräusch ist weder angenehm noch unangenehm. evtl. Messung der Lautstärke UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE W E I S H E I T E N Z U R E N T S C H L E U N I G U N G Nimm dir Zeit und nicht das Leben! (Werbespruch der Firma Gasolin [Benzin] aus dem Jahr 1955) Ich habe keine Zeit, mich zu beeilen. (Igor Strawinsky) Schritt für Schritt kommt man weiter. (Redewendung) Schritt halten (Lebensweisheit) Der Weg ist wichtig, nicht das Ziel oder: Der Weg ist das Ziel (Zen) Nor net hudele! (schwäbisch) Zeit heilt alle Wunden. (Weisheit) Je mehr Zeit man sich nimmt umso mehr hat man. (Aus: Michael Ende, Momo) Aufgabenstellung 1. Wählt einen der Sprüche aus und verfasst einen kurzen Text zum Thema. 2. Sucht selbst Sprüche zum vernünftigen Gebrauch der Zeit. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 31

32 Jan-H. Hoppen, Svenja Klauß, Marion Müller, Wolfgang Schnellecke, Uwe Schröter Klasse(n)Fahrten Segeln als erlebnispädagogisches Projekt Wenn du ein Schiff bauen willst, so trommle nicht Männer zusammen, um Holz zu beschaffen, Werkzeuge vorzubereiten, Aufgaben zu vergeben, und die Arbeit einzuteilen, sondern lehre die Männer die Sehnsucht nach dem weiten endlosen Meer. Antoine de Saint-Exupéry Erinnern sich erwachsene Menschen an ihre Schulzeit, dann stellt das Erzählen über Klassenfahrten meist ein zentrales schulisches Thema dar. Diese Erinnerungen fallen überwiegend positiv aus. Die Autoren knüpfen in diesem Beitrag an diesen positiven Bestand an, mit dem Ziel, den Bereich Schulfahrten einem erweiterten pädagogischen Bezug zuzuordnen. Konkrete Beziehungen werden aufgezeigt: Schulfahrten als Möglichkeit der Realisierung und Konkretisierung einer nachhaltigen Mobilität vorgestellt. Das gewählte Projekt Segeln besitzt hierfür idealtypischen Charakter. Die Planung lässt sich ebenso leicht wie konkret auf andere Unternehmungen im Bereich Schulfahrten übertragen, z. B. auf das Radwandern, Skifahren, Bergsteigen etc. Eine gute Schule initiiert Klasse(n)fahrten Nachhaltige Mobilität lebt von der Konkretisierung und Umsetzung ihrer zentralen Begriffe: Gerechtigkeit, Zukunftsfähigkeit, Partizipation und der Entwicklung von Handlungskompetenzen. Die sich zurzeit tiefgreifend wandelnde Schule steht vor der Aufgabe und gleichzeitig der Chance, über die äußerlichen Veränderungen hinaus pädagogische Sinnfragen zu klären die Schule neu zu denken und dies in dem Programm der Schule niederzulegen. Gelingt die praktische Umsetzung, gelingt es das Programm mit Leben zu erfüllen, dann kann die Schule hier einen wesentlichen Beitrag zur Realisierung einer zukunftsfähigen Mobilität leisten. Gelebte, d. h. realisierte Mobilität ist verknüpft mit Lebensstilen, Lebensentwürfen: Wollen wir Sachwissen in Handlungswissen überführen, intendieren wir also eine tragfähige Verhaltensmodifikation, so müssen wir der heranwachsenden Generation Möglichkeiten aufzeigen, Mobilität neu zu leben. Durch Partizipation können Handlungskompetenzen auf diesem Feld entwickelt werden, die zukunftsfähiges Handeln und Denken zur Folge haben oder aber zumindest ermöglichen. Um dieses Vorhaben Wirklichkeit werden zu lassen, bedarf es eines subjektiven (und kollektiven) Paradigmenwechsels, hin zu einer Mobilitätsauffassung, die sich nicht weiter nur an der Automobilität orientiert, sondern mobile Alternativen so vermittelt, dass sie qua individueller Akzeptanz gesellschaftlich mehrheitsfähig werden. Die Schule kann anbahnen und festigen, dass die persönlichen Entwürfe von Mobilitätsvorstellungen und -wünschen mehr und mehr intergenerationell gerecht und somit zukunftsfähig ausgestaltet werden. Das setzt einen Wandel der schulischen Angebote sowohl inhaltlich als auch metho- 32 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

33 disch voraus: Die Schule muss sowohl als Institution als auch im Besonderen als Einzelschule neue Konzepte von Mobilität leben und diese durch Authentizität überzeugend vermitteln. Es muss wiederholt betont werden: Schule muss den Erwerb von Handlungskompetenz zulassen, d.h. ermöglichen. Ein schulinternes Konzept für Schulfahrten, verankert und niedergeschrieben im Schulprogramm, hilft der Schulgemeinschaft permanent, an dieser Zielkonzeption zu arbeiten. Die Folge ist eine kontinuierliche Auseinandersetzung mit dem Problem des Lebens einer Vision: das Umsetzen von zukunftsfähiger, gerechter und lebenswerter Mobilität. Die Verinnerlichung von Mobilitätsmustern erhält mithin einen prozesshaften Charakter, der es zulässt, fortlaufend und kontinuierlich an den Ausformungen des Programms zu arbeiten und Möglichkeiten bietet, korrigierend nachzusteuern. Planung und Organisation für nachhaltiges Lernen Die Beweggründe, eine solche Unternehmung durchzuführen, sind bei allen Beteiligten unterschiedlich. Auf der Seite der Lehrerinnen und Lehrer spielen sicherlich Intentionen wie Gruppenfindungsprozesse, das Aufsuchen außerschulischer Lernorte, themengebundene Überlegungen, Projektorganisation, Erarbeitung von Kommunikationsstrukturen u. Ä. eine wichtige Rolle. Auf der Seite der Lernenden stehen oft ganz andere Beweggründe, sich auf eine solche Reise zu begeben: Spaß haben, Freiheiten genießen und von den Eltern unbeaufsichtigt sein, Neues entdecken und kennen lernen usw. Schon an dieser beispielhaften Aufzählung zeigt sich, dass es zwar große Diskrepanzen in den Intentionen geben kann, aber es werden auch Überschneidungen deutlich (z. B. Entwicklung von Kommunikationsstrukturen durch die Begegnung mit Gleichaltrigen vor Ort). Aus diesem Grund ist es in der Vorbereitungsphase und der Entwicklung der Zielorientierung wichtig, dass die Intentionen und Wünsche aller Beteiligten benannt, verglichen, ausgewertet und aufeinander abgestimmt werden. Im Unterricht kann das in Form von Abfrage, Diskussion und Abstimmung umgesetzt werden. Sind die verschiedenen Intentionen einmal benannt und visualisiert, können alle Beteiligten schnell einen gemeinsamen Nenner finden, auf den sie sich konzentrieren. Verfolgen Lehrende und Lernende das gleiche abgestimmte Ziel, so ist eine wichtige Grundlage für die weitere Planung, den weiteren Verlauf der Organisation und auch die Durchführung geschaffen. Somit wird die am Lernziel orientierte inhaltliche Sinngebung erleichtert. Schülerinnen und Schüler sollen in allen Phasen an der Planung der Klassenfahrt beteiligt werden, wobei sich die Beteiligung nicht nur auf das Herausfinden der schnellsten Bahnverbindung via Internet beschränken darf. Sind die Vorstellungen aller Beteiligten über Sinn und Zweck der Klassenfahrt aufeinander abgestimmt worden, kann das Motto gewählt werden, unter dem die Fahrt stehen soll. Auf diesem Hintergrund lassen sich das Reiseziel und die Inhalte gemeinsam festlegen. Schon hier spielt die Kostenfrage eine wichtige Rolle. Die folgenden Phasen der Planung und Organisation können aktiv durch Schülerinnen und Schüler gestaltet werden. Das bezieht sich unter anderem auf die Wahl des Reiseweges und des Verkehrsmittels. Auch die Unterbringung sollte von Schülerinnen und Schülern je nach Möglichkeit selbst organisiert werden. Ebenso sollte bei der Planung der Aktivitäten vor Ort die Beteiligung der Lernenden sehr hoch sein. Je höher die Beteiligung sowohl an der Planung und Durchführung, als auch an der Nachbereitung ist, desto mehr identifizieren sich die Teilnehmer mit ihrer Klassenfahrt. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 33

34 Segeln als erlebnispädagogisches Projekt Die Ausführungen über den Wandel der Gesellschaft sind vielfältig. Die bekanntesten Schlagworte bezüglich der sich wandelnden Gesellschaft sind einerseits Erlebnisgesellschaft und andererseits Risikogesellschaft. In unserer heutigen Gesellschaft hat Erleben und Erlebnis Konjunktur, was durch Begriffe wie Erlebnisparks, Erlebnisreisen oder Erlebnisbäder gezeigt wird. Doch muss man immer beachten, dass man nicht das Erlebnis selbst kaufen kann, sondern nur das Erlebnisangebot. Tatsache ist, dass wir in einer Gesellschaft leben, in der individuelle Risiken fast ausgeschlossen und globale Risiken, wie beispielsweise der Treibhauseffekt, oftmals nicht mehr kalkulierbar sind. Hierdurch gewinnt das wichtigste Erlebnis, die Aktivität, immer mehr an Bedeutung. Jugendliche holen sich ihre Kicks durch Drogenkonsum, waghalsige Autorennen, Schlägereien, S-Bahn-Surfen etc., das sind Steigerungsformen riskanten Verhaltens. Auch wird z. B. durch eine immer größer werdende Individualisierung des Lebens das soziale Lernen schwieriger, aber auch der Druck zu einer selbstverantwortlichen Lebensführung immer stärker. Dies gilt insbesondere für die Schule. Zudem verlangen die Ergebnisse der PISA-Studie einen Wechsel von der reinen Lernzielorientierung hin zu einer Output- Orientierung. Hinzu kommt das von den Medien beeinflusste, viel zitierte Paradoxon Reizlosigkeit versus Reizüberflutung, das sich bei den Jugendlichen stark im schulischen, aber auch im sozialen Bereich bemerkbar macht. Dies führt unweigerlich zu einer Stumpfsinnigkeit, einer Abstumpfung der Sinne bei den Kindern und Jugendlichen. Eine Intention von Klassenfahrten ist es, genau an dieser Stelle anzusetzen. Die Erlebnispädagogik bietet den Jugendlichen zum einen Hilfen zur Orientierung und Selbstbestimmung an und gibt zum anderen Anregungen, um Identität, Gruppengefühl, Einfühlungsvermögen, Hilfsbereitschaft zu vermitteln. Wenn nun auch noch Natursportarten, wie beispielsweise das Segeln, mit einer Klassenfahrt kombiniert werden können, bieten sich günstige Voraussetzungen, um neben der Fachkompetenz einerseits die individuellen Persönlichkeitsmerkmale, die so genannte personale Kompetenz, aufzubauen und andererseits durch die Erfahrungen in der Gruppe das soziale Lernen und damit die soziale Kompetenz zu steigern. Um diese Ziele zu erreichen, bedarf es einer kontinuierlichen Vermittlung der Inhalte. Zur Entwicklung von Fachkompetenz gehören die Bereiche: physikalisch-technische Zusammenhänge geographisches Grundwissen fächerübergreifendes Wissen Die Entwicklung von personaler Kompetenz erfolgt durch: Vermittlung neuer Erfahrungen, die außerhalb des bekannten und gewohnten Handlungsmusters liegen den Aufbau von Selbstvertrauen durch persönliche, praktische und soziale Erfolgserlebnisse das Lernen, eigene Ziele und Bedürfnisse wahrzunehmen und zu klären die Fähigkeit, Entscheidungen zu treffen sowie Problemlösungsstrategien zu erarbeiten Bei der Entwicklung sozialer Kompetenz sind wichtig: Entwicklung von Kommunikationsfähigkeit und Kooperationsbereitschaft Erkennen der Bedürfnisse anderer und des Verantwortungsgefühls ihnen gegenüber Erkennen der Relevanz von Hilfestellung für Schwächere und Toleranz im Umgang mit anderen Seit den 50er-Jahren ist das Segeln zu einem festen Bestandteil der Erlebnispädagogik geworden. Anfangs wurden Segelprojekte hauptsächlich zur Resozialisierung von straffällig gewordenen und drogenabhängigen Jugendlichen eingesetzt. In den 80er-Jahren wurden die Vorteile des Segelns dann auch für die Schulpädagogik entdeckt. Viele Pädagogen sagen heutzutage eindeutig Ja zum Segeln. Die hohe See ist ein guter, aber strenger Lehrmeister. Auf einem Segelschiff herrschen Zusammenhalt, Verantwortung und vor allem Disziplin. Das Segeln mit seinen vielseitigen Anforderungen versinnbildlicht das schon von Pestalozzi geforderte Lernen mit Kopf, Herz und Hand. Segeln: Ein Angebot für alle Schulstufen Das Segeln bietet vielfältige Möglichkeiten, Erlebnisse und Erfahrungen mit sich selbst und der Umwelt zu machen. Die für die Existenz so grundlegenden Ele- 34 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

35 mente wie Wasser und Luft werden hierbei ganz anders erlebt als beim Atmen und Trinken. In der Grundschule, z. B. ab der dritten Klasse, nachdem die Kinder Schwimmen gelernt haben, könnte ein Segeltörn durchgeführt werden. Die Kinder haben gelernt, dass das Wasser sie trägt und dass ein Boot vom Wasser getragen wird (vgl. auch Denk(t)räume Wasser, wenn man auf einem Segelboot anheuert. Ein reiner Erholungsurlaub ist die Fahrt auf traditionellen Segelschiffen aber immer noch nicht. Das Besondere: Der Gast geht nicht als All-inclusive-Kreuzfahrttourist, sondern als Mitglied der Crew an Bord, er hilft Segel setzen, navigieren und fällt nach getaner Arbeit in seine Hängematte. Grundsätzlich steht der Traum vom Segeln für jeden offen. Einen stabilen Gesundheitszustand und etwas Ausdauer und Fitness sollte man als Freizeitmatrose schon mitbringen. Vorkenntnisse im Segeln sind dagegen nicht erforderlich. Die Stammcrew steht den Freizeitmatrosen stets mit Rat und Tat zur Seite. An Bord herrschen zwei klare Regeln: Captains word is law! 1. Das letzte Wort hat der Kapitän. 2. Die einzige Gewalt, die an Bord akzeptiert wird, ist die Naturgewalt. Mobilität Band 1, Seite 62 ff.). Jetzt kann man die Luft, den Wind als zweites Element zum Antrieb hinzufügen. Das Leben an Bord muss in dieser Schulstufe noch stark durch die Lehrkraft strukturiert werden. Es können aber schon einfache Tätigkeiten wie Abwasch und Mithilfe beim Segel-Setzen, mit Unterstützung von einigen begleitenden Eltern, von den Grundschülern durchgeführt werden. In der Sekundarstufe I könnten die verschiedenen Aspekte des Segelns wie Himmels- und Wetterkunde, Mechanik von Flüssigkeiten, Kinematik, Windenergie, Strömungsphysik sowie die einfache Navigation vertieft werden. In dieser Schulstufe kann man schon in der Gruppe das Leben an Bord organisieren. Hierzu gehört der Einkauf, die Nahrungszubereitung, der Abwasch sowie das kulturelle Programm. In der Sekundarstufe II können zusätzlich die Kenntnisse der Trigonometrie und der Astronomie mit den Methoden der konventionellen Navigation verknüpft und auf See angewendet werden. Ansonsten sind Regeln auf ein Minimum beschränkt. Die Segelschiffe sind nicht nur Lehr- und Lernort, sondern auch ein Ort, an dem gelebt und gearbeitet wird und auf dem man seine Freizeit verbringt. Jeder an Bord nimmt verschiedene Aufgaben wahr. In der Kombüse beteiligen sich alle am Kochen und beim Abwasch. Klarschiffmachen, Deckschrubben Alle sitzen im selben Boot Erfahrungen mit dem Segeln Anders als in früheren Zeiten riskiert man heute nicht mehr Kopf und Kragen, Skorbut und eine Kost aus Pökelfleisch und schalem DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 35

36 INFO-BOX G E P Ä C K L I S T E Wichtig: Das Gepäck sollte in einer faltbaren Tasche (z. B. Reisetasche oder Seesack) mitgenommen werden, da ein Koffer zu viel Platz in Anspruch nimmt. Schlafsack oder Bettwäsche (einige Schiffe haben sogar Bettwäsche an Bord) warme, wasser- und winddichte Jacke evtl. Regenhose dicker Pullover Arbeitshandschuhe (ggf. Gartenhandschuhe) feste Schuhe mit griffigem Profil evtl. Gummistiefel Sandalen Badesachen Toilettenartikel Musikinstrumente Gesellschaftsspiele Lesestoff Schreibzeug Sonnenbrille Sonnencreme (mindestens LSF 20) Mütze oder Kappe (Tuch) gültiger Ausweis Medikamente (falls verordnet) Taschengeld gute Laune Teamgeist Für die Crew Handtücher für die Küche Küchentücher Streichhölzer Müllbeutel Reinigungsmittel Geschirrspülmittel Toilettenpapier Gewürze Lebensmittel (man kann auch alles im Hafen besorgen bzw. besorgen lassen) und Segel-Setzen sind stete Aufgaben, die das Leben an Bord stellt. Es stellt sich schnell heraus, dass längst nicht alle Jugendliche an regelmäßiges Essen gewöhnt sind und viele auch nicht selbstverständlich in der Lage sind, Wasser auf einem Gasofen heiß zu bekommen, um Tee oder Kaffee zu kochen. Spülen würden einige mit kaltem Wasser, dafür aber mit einer halben Flasche Spülmittel. Zudem ist es sehr verführerisch, die vielen Wasservögel, die zutraulich am Abend die Boote umkreisen, mit Brot zu füttern. Die Gedanken an die Vorräte für das nächste Frühstück sind dann meistens weit entfernt. Alle lernen aber auch das Navigieren und Steuern eines Schiffes. So entdecken die Schülerinnen und Schüler immer wieder neue Fähigkeiten an sich, wenn sie beispielsweise im Team einen Arbeitsauftrag erfolgreich erledigt haben. Auf diese Weise trägt jeder seine Verantwortung für Schiff und Besatzung. Alle Teilnehmer einschließlich der Lehrkräfte sitzen schließlich im selben Boot. Dadurch ist das Verhältnis zwischen den Schülern und den Lehrern in der Regel entspannter als im normalen Schulalltag. Auch Problemschüler finden wieder Boden unter den Füßen und sich in ihrer übersichtlichen Schiffswelt zurecht und damit ein Stück zurück ins Leben. An Bord bildet sich auch in den wenigen Tagen schnell eine ganz eigene Sprache und eine Gemeinschaft heraus. Viele Jugendliche erleben nach langer Zeit mal wieder das solidarische Wir-Gefühl einer Gemeinschaft. Wind und Wetter und auch das Schiff selbst fordern dies zwangsläufig heraus, sodass sich jeder Teilnehmer auf den anderen verlassen muss und auch kann. Durch diese positive Erfahrung wächst auch wieder das Selbstvertrauen. Bezug zum Curriculum Mobilität Der Bezug zu den Bausteinen des Curriculums kann in jeder Jahrgangsstufe aller Schulformen recht mühelos hergestellt werden. In der Grundschule besteht ein Bezug zum Baustein Regeln und geregelt werden in den Fächern Sachunterricht, Deutsch und Sport mit dem Schwerpunkt Regeln bestimmen unser Leben. Außerdem bestehen ebenso Bezüge zu den Bausteinen Miteinander Gegeneinander mit den Lerninhalten Absprachen treffen und starke und schwache Verkehrsteilnehmer, Lebensräume Lebensträume mit den Inhalten heimatlicher Nahraum und Körperund Bewegungserfahrungen und im Baustein Tourismus Unterwegs und Zuhause mit den Lerninhalten Urlaubsvorstellungen, mein Urlaub. In den Unterricht der Sekundarstufe I und der Berufsbildenden Schulen lässt sich Segeln als intendierte 36 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

37 Klassenfahrt inhaltlich in die Bausteine Regeln und geregelt werden, Einsteigen Umsteigen Aussteigen, Miteinander Gegeneinander, Lebensräume Lebensträume, Tourismus Unterwegs und zu Hause und auch in die Projektarbeit des Curriculums Mobilität einordnen (vgl. Kultusministerium Niedersachsen, Curriculum Mobilität, 10.1, 3/5 u. 4/5; 10.2, 3/6 u. 4/6; 10.3, 3/6; 10.5, 3/6 u. 4/6; 10.6, 3/7, 4/7; 10.11). Da Unterrichtsinhalte dieser Art vielfältige Lernziele vermitteln, können auch die curricularen Vorgaben umfänglich erfüllt werden. Zahlreiche Aspekte mit physikalisch-geographischem Bezug lassen sich im Zusammenhang mit dem Thema Segeln erarbeiten, wie z. B. auf den nachfolgenden Seiten vorgestellt. Segeln ist die Entdeckung der Gelassenheit. Wie gemütlich ist doch das Segeln! Es ist ein Riesenspaß, sich von der Kraft des Windes elegant über das Wasser tragen zu lassen. Wer es etwas sportlicher mag, der kann später Surfen, auf einer Segeljolle segeln oder er steigt auf einen Katamaran um, denn auf zwei Kufen manchmal sogar nur einer gleitet es sich um einiges rasanter. Fazit: Segeln ist die ideale Klassenfahrt! Wer auf dem Meer gewesen ist, scheut sich nicht vor Pfützen. Sprichwort aus Russland L i t e r a t u r Bark, Axel: Segelführerschein BR + Sportbootführerschein See. Bielefeld Dreyer. Rolf: Sportküstenschifferschein und Sportbootführerschein See. Bielefeld Hübscher, Heinrich u. a.: Physik für Berufsfachschulen. Braunschweig Rötter, Katja: Erlebnispädagogik an Schulen Evaluation einer Klassenfahrt auf einem Segelschiff. Schriftliche Hausarbeit zur ersten Staatsprüfung für das Höhere Lehramt an beruflichen Schulen nach 30 LPO 1. München Umweltbundesamt (Hrsg.): Nachhaltige Mobilität in der Schule Beratungsleitfaden für allgemeinbildende Schulen. Dessau VCD (Hrsg.): Rundum Klasse! Planungshilfe Nachhaltige Klassenfahrten. Berlin Zeilvaart: Ein wenig Wind wirkt Wunder Segelurlaube, Arrangements und traditionelle Segelschiffe sowie Theorie und Praxis des Segelns. Enkhuisen (NL) W e b - L i n k s Ü b e r d i e A u t o r e n Jan H. Hoppen, geboren 1952, ist Oberstudienrat für Mathematik und Physik sowie Obmann für Mobilität an den Berufsbildenden Schulen Meppen. Svenja Klauß, Jahrgang 1968, Konrektorin für Grund- und Hauptschule, z. Zt. im Fachbereich Inszenierte Bildung der Autostadt tätig. Marion Müller, geboren 1961, ist Lehrerin an der Grundschule Sassenburg, außerdem Mediatorin, Kinesiologin und MET-Therapeutin. Wolfgang Schnellecke, geboren 1942, war zunächst Fachbereichsleiter Naturwissenschaften an der Heinrich Nordhoff Gesamtschule; seit 1995 ist er Rektor der HS Fallersleben mit den Fächern Naturwissenschaften, Mathematik und Geographie. Uwe Schröter, geboren 1945, Lehramtsstudium, Fachberater Verkehrserziehung und Mitglied der Curriculum Mobilität-Kommission, von 1994 an Rektor der Ada-Lessing-Schule Hannover, postgraduales Studium Schulmanagement, seit 2006 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Lüneburg am Institut für integrative Studien. UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK K R Ä F T E U N D I H R E W E C H S E L W I R K U N G Material Versuch 1a Versuch 1b Lernziel Versuch2a Versuch 2b Lernziel 2 Skateboards, 1 Seil, 1 Medizinball Zwei etwa gleich schwere Schülerinnen bzw. Schüler stellen sich jeweils auf ein Skateboard und ziehen gleichmäßig am Seil. Beide Personen bewegen sich aufeinander zu. Eine Person bindet sich das Seil um den Körper, während die andere Person zieht. Auch hier bewegen sich beide Personen aufeinander zu. Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass zu jeder Kraft eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft, die Gegenkraft gehört. Eine Person soll auf dem Skateboard stehend einen Medizinball werfen. Die Person bewegt sich mit dem Skateboard nach hinten. Eine Person steigt (springt) nach vorn vom Skateboard. Das Skateboard saust nach hinten. (Achtung: Verletzungsgefahr!) Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass das Rückstoßprinzip ursächlich für die Fortbewegung ist. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 37

38 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK A U F T R I E B S K R A F T : S I N K E N, S C H W E B E N, S T E I G E N U N D S C H W I M M E N Material 2 Federkraftmesser, 2 Probekörper, 1 Wasserschüssel Versuch 1 Zwei gleich aussehende Probekörper mit gleichem Volumen aber unterschiedlichen Massen, z. B. aus Eisen oder Aluminium, werden an je einem Federkraftmesser hängend in Wasser eingetaucht. Die Federkraftmesser zeigen unterschiedliche Ergebnisse für die Messung in Luft bzw. unter Wasser. Die Gewichtskraft wird beim Eintauchen in Wasser um die Auftriebskraft geringer. Lernziel Die Schülerinnen und Schüler sollen angeben können, warum Schiffe schwimmen. Material PET-Flasche, 3 Zündhölzer und ggf. 3 cartesische Taucher bzw. 3 Fläschchen von Parfum-Proben oder Backaromen Versuch 2a Die Lehrkraft füllt (möglichst einige Zeit vor dem Unterricht) Wasser in eine PET-Flasche. In diese Flasche werden im Unterricht drei Köpfe von Zündhölzern gegeben. Wenn nun auf die verschlossene komplett gefüllte Flasche Druck ausgeübt wird, sinken die Zündholzköpfe mehr oder weniger stark je nach Druck zu Boden. Versuch 2b Der Versuch wird mit ein bis drei cartesischen Tauchern wiederholt. Alternativ kann man statt der cartesischen Taucher auch leere Fläschchen von Parfum-Proben oder Backaromen verwenden. Der Versuch funktioniert auch mit einer durch einen Stopfen verschlossenen Flasche, wenn man auf diesen Stopfen eine Kraft ausübt. Lernziel Die Schüler sollen erkennen, dass das Sinken, Schweben oder Steigen von Körpern abhängig ist von der durchschnittlichen Dichte im Vergleich zur Dichte der umgebenden Flüssigkeit. 38 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

39 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE W A H R E R W I N D S C H E I N B A R E R W I N D Als wahren Wind bezeichnet man die Windrichtung und Windstärke an einem festen, unbewegten Ort. Sobald sich das Boot bewegt, wandelt sich der wahre Wind durch den Einfluss des Fahrtwindes in den scheinbaren Wind um, den man auch relativen Wind oder Wind an Bord nennt. Der scheinbare Wind erzeugt die Windkraft. UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE A N T R I E B D E S S E G E L B O O T E S Antrieb durch Widerstand Schon die Wikinger wussten, dass Rückenwind schiebt. Auf Vorwindkurs segelt ein Boot mit Rückenwind. Die Segel werden dabei quer zum Wind gestellt und bieten dem Wind Widerstand. Antrieb durch Auftrieb Der auf Am-Wind-Kursen erzeugte Antrieb basiert auf einem Gesetz der Strömungslehre. Nach der Bernoulli-Gleichung ist der statische Druck umso kleiner, je schneller das Medium (Luft) strömt. An Querschnittsverengungen, in denen die Luft schneller strömt, tritt eine Druckminderung auf, die Saugkräfte entstehen lässt. Die an einem Segel wirkenden Strömungs- und Druckverhältnisse sind denen an einer Tragfläche vergleichbar. Daher spricht man beim Segeln auch von Auftrieb, obwohl hiermit der Antrieb gemeint ist. Antrieb durch Widerstand Bei achterlichem Wind bieten die Segel dem Wind Widerstand, der durch ein bauchiges Segelprofil noch größer wird (Fallschirm). Auftrieb Beschleunigte Strömung verringerter Druck (Bernoulli) Auftrieb einer Tragfläche Auftrieb Das Profil des Segels lässt den Wind außen (in Lee) schneller als innen (in Luv) vorbeistreichen. W A Die Strömungen erzeugen am ganzen Segel Auftriebskräfte hier vereinfacht als eine auf den Segeldruckpunkt einwirkende Kraft A dargestellt. Die Summe aus Auftrieb A und Widerstand W bildet die Gesamtkraft G (Kräfteparallelogramm). A G Durch das Vorsegel entsteht eine Düse, welche den Geschwindigkeitsunterschied noch verstärkt. W Gleichzeitig verursacht die bauchige Segelform Widerstand W, der als Bremskraft senkrecht zum Auftrieb wirkt. Q V Die Gesamtkraft G bewirkt eine Vortriebskraft V (Fahrt voraus) und eine Querkraft Q (Krängung, Abdrift). A G Auftrieb eines Segels Antrieb durch Auftrieb auf Amwindkurs DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 39

40 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE W A R U M K A N N E I N S E G E L B O O T G E G E N D E N W I N D S E G E L N? Materialien Versuch 1 Vorbereitung Durchführung Beobachtung Lernziel Versuch 2 Vorbereitung Durchführung Beobachtung Lernziel Experimentierwagen mit Mittelstift, Haartrockner, Kartonstreifen (ca. 12 cm x 24 cm), Bindfaden, Kartondreieck (ca. 12 cm lang, ca. 20 cm hoch), Trinkhalm, Klebefilm Tragflächenprofil Der Kartenstreifen wird so gefaltet, dass eine Seite ca. 2 cm kürzer ist als die andere. Dann werden beide Enden zusammengeklebt, sodass das Profil einer Tragfläche entsteht. Dieses Profil wird im Winkel von ca. 45 im Seitenverhältnis 1 : 2 mit Klebefilm an dem Mittelstift des Experimentierwagens befestigt. Dieser so mit einem vertikalen Tragflächenprofil versehene Experimentierwagen wird auf einer glatten, horizontalen Fläche vom Luftstrom eines Haartrockners angeblasen. Dabei wird der Winkel des Luftstromes verändert. Man stellt fest, dass bei einem Winkel des Luftstromes von ca. 45 der Wagen vorwärtsrollt. Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass bei einem Amwindkurs durch das Gesetz der Strömungslehre nach Bernoulli eine Bewegung auch schräg gegen die Windrichtung möglich ist. Schot Im längeren Teil des Tragflächenprofils wird unten ein kleines Loch gestochen. Hier wird ein kurzer Bindfaden (Schot) befestigt. Der Versuch 1 wird mit verkürztem oder verlängertem Schot durchgeführt. Die Wirkung des Luftstromes ist unterschiedlich: Verkürzen des Schots (Anluven) verringert die Geschwindigkeit. Verlängern des Schots (Abfallen) erhöht die Geschwindigkeit. Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass mit der Segelstellung die Energie des Windes optimal ausgenutzt werden kann. 40 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

41 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE Versuch 3 Dreiecks-Segel Vorbereitung Das Kartondreieck wird mit einem Trinkhalm (Mast) versehen, in Form eines Segels gebogen und im Verhältnis 1 : 2 mit Klebefilm am Experimentierwagen befestigt (siehe Foto). Zur Stabilisierung dienen zwei an der Mastspitze befestigte Bindfäden (Wanten). Durchführung Der Experimentierwagen wird wie in Versuch 1 und 2 vom Luftstrom des Haartrockners unter verschiedenen Winkeln angeblasen. Beobachtung Wie in Versuch 1 und 2 stellt man fest, dass auch hier bei einem Winkel des Luftstromes von ca. 45 der Wagen vorwärtsrollt. Lernziel Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass zum Segeln kein vollständiges Tragflächenprofil erforderlich ist, sondern eine gebogene Fläche eines Segels ebenso wirksam ist. INFO-BOX Mögliche weitere Themen mit physikalisch geographischem Bezug Geschwindigkeitsmessung und -berechnung Lotung Navigation Entstehung der Seewinde und der Landwinde Längen- und Breitenkreise (Seekarten) Nachbarland: Niederlande Nachbarland: Dänemark DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 41

42 Brigitte Brumund-Weber, Kristian Keudel, Uwe Ladwig, Marcel Münch Magnetismus entdeckt die Welt Eine Einordnung in das (Spiral-)Curriculum Mobilität Das Curriculum Mobilität versteht sich als innovatives Gesamtkonzept für einen fächerübergreifendes Lernen in einem bestimmten Lernbereich. Die Entwicklung des Projektes orientiert sich neben magnetismusbezogenen Inhalten der Fächer hauptsächlich an vier Bausteinen des Curriculums Mobilität: Tourismus Unterwegs und Zuhause, Lebensräume Lebensträume, Lokal Global Egal und Einsteigen Umsteigen Aussteigen. Das in diesem Beitrag dargestellte Projekt zeigt schlaglichtartig Verbindungen von Physik und Erdkunde am Thema Magnetismus entdeckt die Welt auf. Es richtet sich an Schülerinnen und Schüler vom Vorschulbis zum Sekundarbereich II. Das Thema Mobilität schlägt eine Brücke zwischen den Fachbereichen Physik und Geographie. Man kann sich an den Schlagworten orientieren bzw. sie ergänzen und je nach Vorbedingungen, Zielrichtungen und schuleigenem Plan zum Bereich Mobilität umsetzen. Magnetismus: schulformübergreifend und fächerverbindend Vorschulischer Bereich Grundschule Sek I-Bereich Sek II-Bereich Sachunterricht / Physik Magnetisches Spielzeug Magnetische Stoffe Magnete (Durchdringungsfähigkeit, Abschirmung, Reichweite) Magnetische Kraftfelder Elektromagnet elektromagnetische Felder Relais Dynamo Induktion elektromagnetische Kraftfelder Feldberechnung Schwingkreise Funk Halleffekt Mobilität Entdecker Magnete in/an Fahrzeugen Elektromotor Magnetschwebebahn GPS-Spiel induktive Messgeber Verkehrs-Leitsysteme/ - Erfassungssysteme - Funk Zündanlagen (Kfz) Magnetschwebebahn Sachunterricht / Erdkunde Kompass Orientierung im Raum Magnetischer Nordpol Himmelsrichtungen Orientierung mit dem Kompass Magnetpole der Erde Deklination Inklination Umpolung der Pole (Schwankungen) Kompassanwendung Stadt-/Verkehrs-Planung urbane Räume Primärdatenerfassung Emissionen/Immissionen 42 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

43 Technische Frühbildung im vorschulischen Bereich und im Sachunterricht der Grundschule Allgemeine Zielsetzungen Es geht darum, die Erlebniswelt des Kindes ernst zu nehmen, aufzugreifen und falls nötig zu erklären. Das Kind dort abzuholen, wo es sich in der Entwicklung gerade befindet, ist ein individualisierter Ansatz, der den sozialen Background und die gesellschaftlichen Bedingungen berücksichtigt. Die natürliche Neugier des Kindes und dessen Forscherdrang kann genutzt werden, um alle W-Fragen (Wer? Wie? Was? Woher? Wohin? Warum?) aufzugreifen, Material zur Verfügung zu stellen und Fragestellungen zu bearbeiten. Phänomene für und mit Kindern anschaulich, aktiv übend, in Teilschritten, lebensnah, kindgemäß und individuell erklärbar zu machen, soll die Hauptaufgabe für die technische Frühbildung im vorschulischen Bereich und in der Grundschule sein. Mit Magnetismus experimentieren Der Themenbereich Magnetismus ist in besonderer Weise dazu geeignet, technische Frühbildung erfolgreich durchzuführen. Die aufgeführten Themen und Zielformulierungen können im Vorschulbereich und/ oder als Spiralcurriculum in der Grundschule in Partner- oder Gruppenarbeit, im freien Experimentieren, im Werkstattunterricht oder als Projekt erarbeitet werden. Schon im Vorschulalter begegnen Kinder dem Phänomen Magnetismus. Sie nutzen die Magnetkraft zunächst, ohne näher darüber nachzudenken, z. B. beim bekannten Angelspiel, als Kupplung bei Spielzeugautos oder Eisenbahnen. Konstruktionsbaukästen und besonders der Umgang mit Magnet-Stäben fördern das logische Denken, die Kreativität, die Motorik und die Konzentration. Aktives Lernen wird durch motivierende Fragestellungen und anregende Lernumgebungen mit Möglichkeiten des Selber-Tuns Realität. Dabei finden Ideen, Erklärungen und Vorstellungen, die Kinder einbringen, Berücksichtigung (Präkonzepte der Lernenden). Technische Inhalte werden in sinnvolle, anwendungsbezogene Zusammenhänge, die auch im Alltag wichtig und interessant sind, eingebettet. Mit leicht zu beschaffendem bzw. selbst hergestelltem Material können Vorschulkinder und Kinder der 1. Klasse mit der Magnetkraft experimentieren und selbstständig Erfahrungen sammeln. Frühkindliche Erfahrungen mit Magnetismus DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 43

44 UNTERRICHTSPRAXIS SACHUNTERRICHT D I E W E L T D E S M A G N E T I S M U S E N T D E C K E N I 1. Befestige eine Büroklammer an einem etwa 20 cm langen Faden. 2. Drücke eine Reißzwecke in ein kleines Brett und wickle das andere Ende des Fadens herum. 3. Male den Schmetterling (oder eine andere Vorlage) bunt an und klebe die Büroklammer auf der Rückseite fest. 4. Lass mit dem Magneten den Schmetterling fliegen, ohne ihn zu berühren. 5. Erfinde neue fliegende Figuren oder Gegenstände. 44 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

45 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK SACHUNTERRICHT D I E W E L T D E S M A G N E T I S M U S E N T D E C K E N I I Problemfrage Wie kann ein selbstgebautes Fahrzeug (Auto, Schiff, Flugzeug) mittels Magnetkraft in Bewegung gesetzt werden? Material Anregungen Lernziel Bezug zum Curriculum Mobilität Bezug zum Kerncurriculum Sachunterricht Fächerübergreifender Aspekt zum Fach Kunst 6 runde Kreidestücke, 2 Stabmagneten, ein selbst gebautes, leicht gängiges Fahrzeug (z. B. aus LEGO oder Fischertechnik) 1. Wenn die Schüler wissen, dass sich gleiche Pole abstoßen und ungleiche anziehen, sollen sie versuchen, einen Stabmagneten über einen Tisch zu bewegen, ohne ihn zu berühren. Der Reibungswiderstand soll durch Unterlegen von rollfähigen Kreidestücken verringert werden. 2. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen auf ein zu bewegendes Fahrzeug übertragen werden. Nach Möglichkeit sollte das Fahrzeug selbst gebaut werden. 3. freies Experimentieren zur Verbesserung des Modells Unsichtbare Magnetkräfte können Fahrzeuge bewegen. Baustein Lokal Global Egal? Die Schüler sollen ausgewählte Probleme als technisch lösbar erkennen und einfache technische Problemstellungen lösen: Materialien sachgerecht verwenden einfache Bauanleitungen verstehen und umsetzen Modelle aus strukturiertem und unstrukturiertem Material anfertigen Anfertigen von Bildern mit Magneten (Kraftlinienbilder fixiert mit Haarspray) 1. Magnetische und nicht magnetische Stoffe Ziele Erfahren und erkennen, dass Eisen (auch Kobalt und Nickel) von Magneten angezogen wird (Ferromagnetismus), dass die Magnetkraft an den Polen am stärksten ist, dass gleiche Pole sich abstoßen, ungleiche Pole sich anziehen. 2. Magnetismus durchdringt Materialien Ziel Erfahren und erkennen, dass die Kraft des Magneten durch nichtmagnetische Stoffe dringt. 3. Die Erde ist ein großer Magnet Ziel Erfahren und erkennen, dass Magnete vom Nord- und Südpol angezogen werden. 4. Wir bauen und nutzen einen Kompass Ziel Funktionsweise eines Kompasses kennen lernen und nutzen (Orientierung im Raum) 5. Elektromagnete Ziel Erfahren und erkennen, dass man das Magnetfeld, das jeder Stromfluss erzeugt, nutzen kann, um einen Magneten zu bauen, den man an- und abschalten kann. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 45

46 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE SACHUNTERRICHT M I T M A G N E T I S M U S D I E W E L T E N T D E C K E N Problemfrage Wie kann die Himmelsrichtung im Klassenraum oder auf dem Schulhof bestimmt werden? Material 1. Schale mit Wasser, Büroklammer und Styropor 2. Schuhkarton, Schnur, Stabmagnet Anregungen Die Schüler sollten Vorkenntnisse in der Kartenarbeit haben, z. B. Kartensymbole, Verkleinerung und Vereinfachung kennen und deuten können. Auch sollte die Windrose bekannt sein. Lernziel Der Stabmagnet zeigt im Ruhezustand mit dem roten Ende nach Norden. Bezug zum Curriculum Mobilität Baustein: Lebensräume Lebensträume Schwerpunkt: Orientierung im Lebensraum, elementare Kartenarbeit Bezug zum Kerncurriculum Sachunterricht Die Schülerinnen und Schüler lesen einfache Karten und Pläne, deuten sie und nutzen sie zu ihrer Orientierung. Darüber hinaus werden folgende Kompetenzen erarbeitet: einfache Bauanleitungen verstehen und umsetzen Modelle aus einfachem Material anfertigen mit Hilfe des selbst gebauten Kompasses die Haupthimmelsrichtungen im Klassenraum feststellen mit Hilfe des selbst gebauten Kompasses und einer Planskizze des Schulhofes die Haupt- und Nebenhimmelrichtungen festlegen den Plan für einfache Orientierungsaufgaben, z. B. Schatzsuche, nutzen Eine Unterrichtseinheit Orientierung im Lebensraum könnte folgende Themen erarbeiten: von der Wirklichkeit zur Karte (Planung eines Zimmers mit Möbeln, Grundrisse u. v. m.) Zeichen der Landkarte Himmelsrichtungen und Windrose Bestimmung der Himmelsrichtungen im Klassenraum und auf dem Schulhof Orientierung in Lebensumfeldern (Schule, Wald, Urlaub) Maßstab Entdecker und Seefahrer 46 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

47 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE SACHUNTERRICHT B A U A N L E I T U N G F Ü R E I N E N S E E F A H R E R - K O M P A S S Material Schüssel mit Wasser, Kork- oder Styroporscheibe, große Büroklammer, Stabmagnet und Klebeband Bauanleitung 1. Streiche mit dem Südpol des Stabmagneten ungefähr 40-mal in Richtung Büroklammerspitze, um sie zu magnetisieren. Jetzt dient sie dir als Kompassnadel. 2. Klebe sie mit Klebeband auf die Korkoder Styroporscheibe. 3. Lege die Scheibe in die Wasserschüssel. 4. Die Spitze der Büroklammer zeigt als Kompassnadel in Richtung Norden. Aufgabenstellung 1. Baue den Kompass entsprechend der Bauanleitung nach. 2. Bestimme die Himmelsrichtungen Norden und Süden in deinem Klassenzimmer. 3. Vergleiche deinen Kompass mit denen der anderen Kinder und überprüfe, ob alle Nadeln nach Norden zeigen. 4. Wenn es Abweichungen gibt, woran liegt das? B A U A N L E I T U N G F Ü R E I N E N S C H U H K A R T O N - K O M P A S S Material Schuhkarton, Stabmagnet, Schere und Schnur Bauanleitung 1. Binde eine Schnur genau in der Mitte eines kleinen Stabmagneten fest. 2. Steche mit der Schere ein kleines Loch in die Mitte der Kartonseitenwand und ziehe die Schnur des Mag-- neten durch das Loch. Verknote sie so, dass sie knapp über dem Boden der unteren Seitenwand schwebt. 3. Der Magnet pendelt sich nun in Nordsüdrichtung ein. 4. Zeichne Norden und Süden sowie Osten und Westen auf den Karton ein. (Die rote Seite zeigt nach Norden. Auch anhand des Sonnenstandes kannst du die Nord- und Südrichtung leicht unterscheiden.) Aufgabenstellung 1. Stelle zuerst deinen Standort auf dem Schulhof fest. 2. Trage diesen in die Planskizze des Schulhofes ein. 3. Nun stelle mit deinem Schuhkartonkompass die Nordsüdrichtung fest. 4. Trage dann die Nordsüdrichtung sowie die Ostwestrichtung (Windrose) in den Plan ein. 5. Überprüfe, ob auch die Kompassnadeln deiner Mitschüler nach Norden zeigen. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 47

48 Mit Magnetismus auf Schatzsuche in der Sekundarstufe I Einführung in das Schatzkartenprojekt Von der Auseinandersetzung mit dem Themenkreis Magnetismus geht auch für Kinder und Jugendliche der Sekundarstufe I eine starke Faszination und Motivation für die Behandlung im Unterricht aus. Ausgehend vom spielerischen Umgang mit dem Themenkreis Magnetismus lassen sich die theoretischen Aspekte fundiert und ausführlich behandeln. Eine ebenso große Faszination für Schülerinnen und Schüler, vor allem der unteren Jahrgänge der Sekundarstufe I, üben Schatzsuche, Schatzkarten und Piraten aus. Auch hier lässt sich das Alltagswissen und die Interessen der Kinder für einen handlungsorientierten Unterricht zum Thema Orientierung im Raum nutzen. Die Verknüpfung beider Themenbereiche liegt folglich nahe. Lernzuwachs: Durch die Konzeption eines Schatzkartenspiels wiederholen die Schülerinnen und Schüler zum einen die Himmelsrichtungen an einer Plankarte, zum anderen bekommt das theoretisch Gelernte (ungleichnamige Magnetpole ziehen sich an, unmagnetische Stoffe können von der Magnetkraft durchdrungen werden) eine altersgemäße praktische Umsetzung. Hervorzuheben an diesem Schatzkartenspiel ist die Verknüpfung der Fächer Physik, Erdkunde, Kunst und Deutsch mit dem Curriculum Mobilität und somit ist der curricular geforderten projektorientierten fächerübergreifenden Arbeitsweise Rechung getragen. Fazit: Beeindruckend ist die mannigfaltige, konzentrierte, kreative Arbeit der Schülerinnen und Schüler, was sich in den Abbildungen widerspiegelt. Die Lösungsansätze der Schülerinnen und Schüler waren häufig sehr überraschend und zeigten technisches und kreatives Potenzial und Ausdauer, welches mitunter Hauptschülern dieser Zeit abgesprochen wird (Länge und Qualität der Geschichten, Ausgestaltung der Spielfläche, charakterstarke Spielfiguren, Varianten, wie z. B. Märchenwelten usw.). Ein ganz wichtiger Aspekt stellt die Spielfreude der Schülerinnen und Schüler, nicht nur bei der Gestaltung, sondern auch bei der Vorstellung der Endprodukte, dar. Die Schatzkartenelemente 48 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

49 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE D A S S C H A T Z K A R T E N S P I E L Der folgende Unterrichtsvorschlag dient als Abschluss einer Unterrichtseinheit zum Magnetismus und zur Orientierung im Raum. Aufgabenstellung Material Lernziele Bezug zum Curriculum Mobilität Fächerübergreifende Aspekte zu den Fächern Deutsch und Kunst Mit Hilfe der verschiedenen Bausteine soll eine Schatzkarte erstellt werden. Diese Schatzkarte dient als Spielbrett. Zu der Schatzkarte wird eine Schatzgeschichte geschrieben, die Anweisungen enthält, wie ein Spieler mit seiner Spielfigur den Schatz finden kann. Mit einer magnetischen Spielfigur soll der Weg der Schatzsuche nach der Schatzgeschichte verfolgt werden. 1 Pappe oder Sperrholzbrettchen, Wegkarten für den Schatzplan, Vorschläge für Hinweise (kleine Zeichnungen), Magnetfolie für die Spielfigur, 1 Stabmagnet unsichtbare Magnetkräfte können die Spielfigur bewegen zur Orientierung im Raum und auf der Karte werden die Himmelsrichtungen und Koordinaten benutzt Baustein Miteinander Gegeneinander Baustein Einsteigen Umsteigen Aussteigen Lesen und Schreiben von Schatzkartengeschichten (Deutsch) Anfertigen und Gestalten eines Spielplanes (Kunst) Aufbau der Unterrichtseinheit Grundlegende Sachverhalte Polregeln, magnetische Stoffe, Anziehungskraft, Feldlinien etc. 4 Std. Elementarmagnete 1 Std. Erdmagnetismus, Versuche mit der Kompassnadel 2 Std. Orientierung auf Karten Stadtplanorientierung 1 Std. Orientierung in den Koordinatensystemen (Kreuz, Schiffe versenken, Landkarten) 3 Std. Himmelsrichtungen Windrose und Kompass 2 Std. Projekt Schatzsuche und Schatzgeschichten Erstellen von Spielplänen und Geschichten 4 Std. Orientierung vor Ort Kompass, Karte, Schatzsuche 4 Std. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 49

50 (Elektro-)Magnetismus schafft Mobilität: Ein integratives Projekt für die Sekundarstufe II, das Bewegung in die Schule bringt Unterricht im Sekundarbereich II steht oft vor der Herausforderung, einen nachvollziehbaren und motivierenden Realitätsbezug herzustellen. Der vorliegende Projektentwurf ermöglicht dies in besonderem Maße durch die Verknüpfung verschiedener didaktischer Ansätze. Basierend auf einer realen praxisbezogenen Fragestellung des Faches Erdkunde entwickelt sich der Aufgabenstrang zur Lösung. Bei dieser Entwicklung entsteht eine Differenzierung in Teilaufgaben des Lösungswegs. Dadurch können sich die Schülerinnen und Schüler entsprechend ihrer Talente und Neigungen auf die Arbeitsgruppen verteilen. Soll der Realitätsbezug durchgängig erhalten bleiben, ist die Einbindung schulexterner Institutionen und der Wirtschaft erforderlich. Nicht das übliche Stellen Sie sich einmal vor! sondern Erfahren Sie einmal! sei hier die Devise. Die Projektidee Am Anfang war das curriculare Durcheinander: nachhaltige Stadtentwicklung Emissionen Verkehrsverlagerung Routenplanung Informationsbeschaffung magnetisches Feld Induktion Schwingkreise Messdatenauswertung MIV Signalerfassung Regeln und geregelt werden Lokal Global Egal? Lebensräume Lebensträume... Wo ist die Physik wo die Geographie? Welches reale Szenarium verbindet alle diese Themen? Die Geographie liefert eine Ordnung: Nachhaltige Stadtentwicklung benötigt zur Abgabe verlässlicher Prognosen eine fundierte Datenbasis über die Verkehrsströme einer Region. Ein vollständiger Prozess beginnt mit der Informationsbeschaffung (Verkehrszählung) und führt über die Datenauswertung zu Empfehlungen und Bewertungen von Lösungsvorschlägen. Die Stufen des Prozesses ordnen die (Fach-) Inhalte und Aufgaben und sorgen gleichzeitig für ihre Vernetzung. Ein wichtiger Motivationsfaktor für die Schülerinnen und Schüler: Sie dürfen mit wirklichen Akteuren Kontakt aufnehmen und erwerben auf diese Weise fachübergreifende Schlüsselqualifikationen. Am Schluss kann sogar ein Ergebnis stehen, das öffentliches Interesse genießt. Damit würde Schule Seneca entgegenhalten: Non scolae sed vitae et per vitam discimus!. Schulische Randbedingungen Where you see problems I see possibilities! Zitat aus dem Film: My blue heaven Unzweifelhaft ist neben eingefahrenen Lehrgewohnheiten der formale Ablauf des Schulalltages eine der größten Herausforderungen für innovative Projekte. Dennoch geht dieser Projektentwurf von idealen Abläufen mit höchstem Anteil an selbstverantwortlicher Schülerarbeit aus. Für die Projektdurchführung gilt: Die Schülerinnen und Schüler lernen nicht mehr alles gleichzeitig auf dieselbe Art und Weise. Dafür haben sie die Chance, sich entsprechend ihres Lerntyps und ihrer Talente verstärkt einzubringen. Die realen Aufgabenstellungen und die Arbeit in den Gruppen gewährleisten zudem eine gewisse Bandbreite an Tätigkeiten, die den Erwerb fachübergreifender Schlüsselqualifikationen fördern. Optimal ist eine Begleitung durch schulexterne Kooperationspartner (Stadtplanungsamt, Hersteller von Verkehrsdetektoren) von Beginn an. So können die Aufstellung des Projektablaufplanes und die Bestimmung von Arbeitspaketen mit professioneller Hilfe erfolgen. Bei der Akquise potenzieller außerschulischer Partner müssen die Lehrpersonen unterstützen und erste Kontakte herstellen. Für den Einsatz automatischer Verkehrszählanlagen ist eine Genehmigung beim örtlichen Ordnungsamt einzuholen. Hier sollte entsprechende Unterstützung durch die Schulleitung erfolgen. Die Gleichzeitigkeit der Aufgabenbearbeitung ist eine ganz pragmatische Notwendigkeit. Sie gelingt durch Kombination unterschiedlicher didaktischer Ansätze und durch die Beschaffung oder das Mieten einer mobilen induktiven Verkehrserfassungsanlage. Dann ist ein analytisch-nachvollziehendes Vorgehen möglich. Unter Berücksichtigung des Prinzips Lernen durch Lehren (LdL) oder des Konzeptes ELA (Eigenverantwortliches Lernen und Arbeiten) sowie moderner Kommunikations- und Recherchemethoden können die (Fach-)Inhalte nahezu zeitgleich erarbeitet werden. Weitere Variabilität eröffnet der Einbezug von Facharbeiten. Zur Entwicklung von Aufgabenstellungen der Arbeitsgruppen kann die curriculare Didaktik zugrunde liegen und die Schülerinnen und Schüler unterstützen. Für die Planung der Präsentationen der Gruppenergebnisse sind Kenntnisse der Mediendidaktik hilfreich. Die Lehrpersonen sind besonders bei der Bereitstellung der Arbeitsmittel gefragt sowie als Moderatoren zur Unterstützung der Arbeitsabläufe. 50 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

51 Projektplanung und Durchführung: Vororientierung Realitätsbezug Auslöser: Die Basis des Projekts bildet folgender Mängelhinweise und Konzeptvorschläge aktueller Vorgang: Das Stadtplanungsamt sowie gesetzliche Aufträge einer Region beabsichtigt, eine nachhaltige Verkehrsplanung umzusetzen. Die notwendige Erstdatenbeschaffung wird oft an Verkehrsplanungsbüros vergeben, Problemanalyse Analyse des Leitlinien und Zustands Zielvorstellungen gegebenenfalls auch die Auswertung sowie die Einbringung von Vorschlägen zur Mängel und Chancen Lösung der Aufgabe, z. B. die Verlagerung des MIV auf den ÖPNV. STRATEGIE- ENTWICKLUNG Dies beinhaltet die kontinuierliche Maßnahmenuntersuchung Untersuchung der zeitlichen Verteilung und Zusammensetzung regionaler Verkehrsströme Entwicklung von Handlungskonzepten Abschätzung der Wirkungen mit dem Ziel, Vorschläge für eine Optimierung zu erarbeiten, und die Folgen eingeleiteter Maßnahmen zu beurteilen. Zu diesem Zweck durchgeführte Bewertung automatische Verkehrszählungen Abwägung und Entscheidung werden meist mit induktiven Detektoren vorgenommen. Umsetzung und Wirkungskontrolle STRATEGIE- Die Rolle des Initiators und der Projektleitung Realisierung des UMSETZUNG UND fällt somit dem Erdkundekurs Handlungskonzepts Wirkungskontrolle QUALITÄTS- in Stufen KONTROLLE zu. Der Physikkurs ist der Dienstleister für die technisch-physikalische Ausstattung. Eine seiner Aufgaben sollte es sein, die Bedeutung seiner Arbeit in der Abschlusspräsentation Allgemeiner Verkehrsplanungsprozess entsprechend her- vorzuheben und die Vorteile der Physik in Anwendung herauszustellen; denn diese Leistungen verschwinden, wie so oft, am Schluss hinter ein paar lapidaren Zahlen und Diagrammen. Die Bedeutung der Arbeitsaufgaben sollte in jedem Fall durch ihre Notwendigkeit innerhalb der kausalen Arbeitsfolge des Projekts begründet sein, z. B. wenn nicht experimentell geklärt ist (Laborversuch mit Modellautos, Steuergruppen machen es möglich Beide Kurse bilden Steuergruppen, die für Kommunikation und Koordination zuständig sind. Die Steuergruppen übernehmen die Leitung der ersten Arbeitssitzung, Recherche), wie die Induktivität einer Spule durch unterschiedliche Fahrzeuge geändert wird, kann eine zuverlässige Bestimmung der Zusammensetzung des Verkehrsflusses nicht erfolgen (vgl. Diagramm). auf der das Projekt vorgestellt wird und die Arbeitsgruppen gemäß den Teilaufgaben zusammengestellt werden. Insbesondere bei der Bestimmung der Arbeitspakete für die Gruppen können die externen Partner helfen. Die Steuergruppen legen in kollegialer Zusammenarbeit die Art der Gruppenergebnisse sowie deren Präsentationsform fest. Eine abgestimmte Darstellung der Ergebnisse erleichtert die Aufnahme der Inhalte. Große Beachtung gebührt der Erstellung und Pflege einer Zeitleiste und der Festlegung von Meilensteinen, die den Arbeitsgruppen ständig den Fortlauf des Projektes spiegeln. Zwischenpräsentationen trainieren die Medienkompetenz und tragen zur Professionalität der Abschlusspräsentation bei. Typische Verstimmung der Induktivität für diverse Fahrzeuge VERNETZUNG DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 51

52 Name Aufgaben/Themen/Arbeitspakete potenzielle Partner Projektmanagement übergreifende Prozesse: Kommunikation, Koordination, Zeitplanung Verkehrsplanung 1 allgemeine Grundlagen, Messdaten, Interpretation, Maßnahmen Verkehrsplanung 2 Datenerhebung und -auswertung, manuelle Messungen, Kontrollgruppen Verkehrsplanung 3 Verkehrsverlagerung und Verkehrssteuerung des MIV, Simulationen und Prognosen Verkehrsplanung 4 ÖPNV, Routenplanung, Fahrplanerstellung, Alternativsysteme (z. B. Sammeltaxi), wirtschaftliche Betrachtungen physik.-techn. Unterstützung 1 technische Systeme zur Verkehrsdetektion Überblick, Vergleich, Zukunftslösungen physik.-techn. Unterstützung 2 automatische Messungen und Anwendung/ Aufbau der Anlage physik.-techn. Grundlagen 1 induktives Messprinzip, Datenverarbeitung, Auslegung der Anlage, Versuche physik.-techn. Grundlagen 2 Emissionen und Immissionen Messgrößen, Darstellung, Quellen, Auswirkungen Tabelle 1: Anregungen zur Einteilung in Arbeitsgruppen Stadtverwaltung, Verkehrsplanungsbüros Stadtverwaltung, Ministerien, Verkehrsplanungsbüros Verkehrsplanungsbüros, Universitäten Stadtverwaltung, Universitäten, Verkehrsplanungsbüros Stadtwerke, Busunternehmen, DB, Stadtverwaltung Gerätehersteller, Universitäten Gerätehersteller, Ordnungsamt, Verkehrsplanungsbüros Gerätehersteller, Universitäten, Schule (Physiksammlung) Umweltbundesamt, Verkehrsplanungsbüros, Landesbehörden, Messgerätehersteller Arbeitspakete und Ablauf Vorstehend wird eine Auflistung möglicher Gruppenarbeitsthemen vorgenommen ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Die Themen verstehen sich als Anregungen, da die genaue Planung den Steuerungsgruppen obliegt. Wenn der komplette Vorgang nicht abgebildet werden kann, sollten die Arbeitsgruppen Kernaufgaben lösen (vgl. Hervorhebungen Tabelle 1). Die nicht bearbeiteten Arbeitspakete sollten bei der abschließenden Projektpräsentation durch Archivmaterial ersetzt werden, damit das vollständige Aufgabennetz deutlich wird. Die anzustrebenden Ergebnisse stimmt das Steuerungsteam kontinuierlich in kollegialer Kooperation mit den Gruppen ab. Im Sinne eines eigenverantwortlichen Handelns legen die Gruppen ihre Zeiteinteilung zwischen so genannten Meilensteinen selbst fest. Sie bestimmen im Hinblick auf die geforderten Ergebnisse und unter Beachtung curricularer Vorgaben die umfassend zu bearbeitenden Punkte. L i t e r a t u r Ardey, Neill: Spannende Experimente aus Natur und Technik. Bindlach Grysier, Patricia/Günther, Johannes/Kirchner, Ernst (Hrsg): Über Naturwissenschaften lernen, Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. Hohengehren 2004 Hoenecke: Experimentieren mit Magnet und Kompass. Berlin Krafft, Karin/Rahm, Anja: Strom und Magnetismus. Kempen Lichtenberger, J.: Löwenzahn Neues aus Technik und Umwelt. München Lück, Gisela/Köster, Hilde: Physik und Chemie in der Grundschule, Sachunterricht konkret. Bad Heilbrunn Niggemeier, Elisabeth/Hibon, Mireille: Spielzeug Physik. Weinheim Press, Hans-Jürgen: Spiel, das Wissen schafft. Ravensburg W e b - L i n k s Lernen durch Lehren. Eigenverantwortliches Lernen und Arbeiten Leitfaden Verkehrstelematik, Bundesministerium Verkehr Bau Stadtentwicklung Der Fortschritt im Verkehr und seine Richtungen in Deutschland, Neumann, Pfriem, Szklany Stand der Technik Verkehrsinformationssysteme BVSTRA01.pdf Einsatz hochempfindlicher Magnetfeldsensoren HartmannGao.pdf Ü b e r d i e A u t o r e n Brigitte Brumund-Weber, Jahrgang 1946, ist Lehrerin für Sachunterricht, Deutsch, Mathematik, Kunst, Werken/Textil an der Grundschule Dietrichsfeld in Oldenburg sowie Beraterin Mobilität an der Grund- und Sonderschule (Primarstufe) bei der Landesschulbehörde Abt. Osnabrück. Kristian Keudel, geboren 1947, ist Grundschullehrer an der Oste-Grundschule Heeslingen mit den Schwerpunkten Sachunterricht (langjähriger Seminarleiter SU) und Verkehrserziehung/Mobilität (langjähriger Fachberater für VE). Darüber hinaus ist er Autor von Sachunterrichtsbüchern. Uwe Ladwig (Dipl.-Ing. TU), geboren 1959, unterrichtete als Studienrat Kfz- Technik und Physik an berufsbildenden Schulen. Seit 2003 arbeitet er an der Umsetzung und Weiterentwicklung des Curriculums Mobilität in der pädagogogischen Abteilung der Autostadt GmbH mit. Marcel Münch, geboren 1964, seit 1994 an der Hauptschule Kaltenmoor in Lüneburg mit den Schwerpunkten Deutsch und Naturwissenschaften tätig. Seit vier Jahren ist er Klassenlehrer einer Notebook-Klasse. 52 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

53 UNTERRICHTSPRAXIS PHYSIK / ERDKUNDE M O B I L I T Ä T E N T D E C K T ( E L E K T R O - ) M A G N E T I S M U S Auftaktveranstaltung des Projekts: Untersuchung der zeitlichen Verteilung und Zusammensetzung der Verkehrsströme um das Schulzentrum, mit dem Ziel einer Verlagerung des MIV auf den Umweltverbund Management des Verkehrsangebots Management der Verkehrsnachfrage Verkehrsvermeidung Verkehrsverlagerung zeitlich modal räumlich Verkehrslenkung Material Aktionen Hinweise zur inhaltlichen Arbeit Lernziele Curricularer Bezug Beamer, Leinwand, Laptop, Flipchart, Moderatorenkoffer, Software zur Erstellung von Mind-Maps Beschreibung des Projektes Arbeitspakete festlegen Gruppen bilden Zeitleiste vorläufig festlegen Die Veranstaltung wird durch eine Planungsgruppe von Schülern beider Kurse vorbereitet. Dazu gehören die Erstellung einer Agenda, das Einladen der Experten und die Vorbereitung einer kurzen Projektbeschreibung. Die Differenzierung des Projektes erfolgt in einer Diskussion im Plenum mit Hilfe der Experten. Dabei entstehen Arbeitspakete mit zugehörigen Ergebnisforderungen: Wer liefert was? Zu jedem Arbeitspaket werden potenzielle Ansprechpartner (Experten) gefunden. Die Schüler bilden Arbeitsgruppen entsprechend der Arbeitspakete und ihrer Fachkurse. Nach der Festlegung einer ersten groben Zeitleiste gehen die Gruppen in die Arbeitsphase 1. Trainieren der Kommunikationsfähigkeit, Planungskompetenz, Teamfähigkeit Erwerb und Schulung von Schlüsselqualifikationen, insbesondere Kommunikationskompetenz Projektabschnitte: Grobstruktur Auftaktveranstaltung Vorbereitung der Auftaktveranstaltung und Durchführung durch die Steuergruppen Arbeitsphase 1 Gruppen planen die Bearbeitung ihres Arbeitspaketes / Recherche / Arbeitsorganisation / Meilensteine / Zeitleiste / Kooperationspartner Präsentation 1 Vorstellung der Arbeitspläne / Abgleich der Zeitleisten / Absprache der Art der Ergebnispräsentation Arbeitsphase 2 Bearbeitung der Kernaufgaben entsprechend der Planung Arbeitsphase 3 Zusammenfassen der Ergebnisse und Vorbereiten der Schlusspräsentation Schlussveranstaltung Präsentation der Ergebnisse und Verabschiedung einer Empfehlung zur Lösung der Projektaufgabe Hinweis Die Steuerungsgruppen nehmen eine weitere Differenzierung nach Notwendigkeit vor. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 53

54 Astrid Last, Carsten Meyer, Marion Rathkamp Flugträume Flugräume Ein fächer- und schulformübergreifendes Unterrichtsvorhaben im Sachunterricht und Seminarfach Erdkunde Der Traum vom Fliegen ist so alt wie die Menschheit. Ihn zu träumen oder gar zu realisieren, heißt, sich mit dem Weg und dem Ziel zu beschäftigen. Wer sich genauer darauf einlässt, erkennt schnell die Bedeutung der Wetterbedingungen für Mobilität in der dritten Dimension. Damit beschäftigen sich die vorliegenden Unterrichtsanregungen und zeigen, wie die Inhalte in der Grundschule und der gymnasialen Oberstufe realisiert werden können. Didaktischer Aufriss Die Bewegung in der dritten Dimension, die Reise im Luftraum, dieser uralte Traum hat schon seit Dädalus und Ikarus die Fantasie der Menschen inspiriert. Und obgleich seine Erfüllung heute für zahlreiche Kinder und Jugendliche, etwa im Rahmen einer Urlaubsreise per Charterflugzeug, durchaus zur Lebenswirklichkeit gehört, hat dies der Faszination, die von der Vorstellung zu fliegen ausgeht, keinen Abbruch getan. Das hier vorgestellte Unterrichtsvorhaben macht sich diese Faszination zu Nutze und will zugleich zeigen, wie vergleichbare Inhalte im Sinne eines Spiralcurriculums einerseits für die Primarstufe (Klassen 2 und 4) und andererseits für die gymnasiale Oberstufe (Klasse 12) aufgearbeitet werden können. Ansatzpunkte waren dabei zum einen der Sachunterricht, zum anderen das mit dem Schuljahr 2006/07 in Niedersachsen in der gymnasialen Oberstufe neu eingeführte Seminarfach Erdkunde, hier genauer ein Kurszyklus zum Thema Nutzung der Atmosphäre durch den Menschen (siehe nebenstehender Infokasten). Beiden liegt der fächerübergreifende Ansatz zugrunde, der im vorliegenden Unterrichtsvorhaben erdkundliche und physikalische Inhalte in einem meteorologischen Thema vereint: Temperatur und Druck sind als zwei miteinander verknüpfte meteorologische Parameter zur Erfassung des Zustands der Atmosphäre von elementarer Bedeutung. Zugleich sind sie Ansatzpunkte zur Erklärung der meteorologischen Phänomene Wind, Wolken und Niederschlag sowie des aerostatischen Auftriebs, der seinerseits wiederum ein wesentlicher Faktor der Wolkenbildung ist. Aerostatischer Auftrieb und Wind bestimmen ihrerseits SEMINARFACH ERDKUNDE NUTZUNG DER ATMOSPHÄRE DURCH DEN MENSCHEN Das hier dargestellte Unterrichtsvorhaben war in einem dem Fach Erdkunde zugeordneten Seminarkurs Nutzung der Atmosphäre durch den Menschen angesiedelt, der wie folgt aufgebaut ist: 12.1 Annäherung an das Thema Fliegen : literarische Texte und historische Dokumente; physikalische, meteorologische und juristische Grundlagen 12.2 Segelflug-Praxis: Projekt in Kooperation mit einem Luftsportverein; Gruppenpräsentationen zu verschiedenen flugpraktischen Themen 13.1 Luftfahrt als Wirtschaftssektor der Region: Betriebsbesichtigungen; Betreuung und Erstellung der Facharbeit 13.2 Windenergienutzung: Transfer aerodynamischer und technischer Probleme von Segelflugzeugen auf Windkraftanlagen, Probleme der Standortwahl, Betriebsbesichtigungen Das dargestellte Unterrichtsvorhaben war Teil des Meteorologie-Moduls im ersten Semester. 54 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

55 die Bewegung eines Wetterballons, der mittels einer Radiosonde ein Temperatur- und Druckprofil der Atmosphäre aufnimmt, welches in einem Temp grafisch dargestellt und zur Prognose thermischer Konvektionsströmungen genutzt werden kann. Der Aspekt der Mobilität findet sich im Unterrichtsvorhaben zum einen in Fantasiereisen mit einem Ballon und länderkundlichen Recherchen (Primarstufe), zum anderen in der Vorhersage der für den Segelflug bedeutsamen Thermik (Sekundarbereich II). Ausgangspunkt ist in beiden Schulstufen die Wahrnehmung von Wettererscheinungen, einmal auf einer sehr elementaren Ebene, einmal in der Auseinandersetzung mit einem meteorologischen Phänomen (thermische Konvektion), das von den Schülerinnen und Schülern im Verlauf des Projekts erstmalig erlebt wird. Die unterrichtsmethodische Umsetzung umfasst in beiden Schulstufen einen Dreischritt aus Zeichnen, Beschreiben und Ausprobieren. Dabei werden aus dem Curriculum Mobilität die Bausteine Lebensräume Lebensträume, Tourismus Unterwegs und zu Hause, Einsteigen Umsteigen Aussteigen sowie Lokal Global Egal? in unterschiedlichem Maße realisiert. Fantasiereisen mit dem Heißluftballon Erkundung ferner Länder und Erforschung des Wetters: Ein fächerübergreifendes Projekt in Klasse 2 In Klasse 1 lernten die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe der Fibel Fara und Fu das Lesen. Die Fibelfiguren Fara und Fu unternahmen im Laufe des Schuljahres mehrere Reisen in ihrem regenbogenfarbenen Heißluftballon. Diese Geschichten, die die Kinder z. B. ins Land der Monster, der Riesen oder zu den Mammuts entführten, übten einen großen Reiz auf sie aus und waren stets Anlass, kleine Geschichten zu erzählen und zu schreiben. Mit der vorliegenden Unterrichtseinheit konnte an die motivierenden Reisen im Heißluftballon angeknüpft werden, indem eine Fantasiereise in fremde Länder führte. Die besuchten Orte wurden von den Kindern bildnerisch dargestellt. Besonderes Augenmerk sollten die Schülerinnen und Schüler dabei auf Tiere, Pflanzen und das Wetter vor Ort legen. Anhand ihrer Bilder (Wachsmaler in Kombination mit Wasserfarben) stellten die Kinder ihre Traumreiseziele vor. Mit Hilfe einer Europawetterkarte wurden beispielhaft Koffer für einige Reiseziele (Italien, England, Russland, Spanien und Frankreich) gepackt. Didaktische Struktur: Flugträume Flugräume Fantasiereise ins Gebirge, gemalt von Marie-Sophie, 7 Jahre DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 55

56 Wie ist das Wetter bei uns? Nachdem sie das Wetter dieser Urlaubsziele kennen gelernt hatten, beschäftigten sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Wetter am eigenen Wohnort, wobei sie Bewölkung, Wind, Niederschlag und Temperatur als vier entscheidende Wetterfaktoren kennen lernten. Grundlage war die Wetterbeobachtung über einen Zeitraum von zwei Wochen. Dabei wurden Temperaturmessungen auf dem Schulhof vorgenommen. Zuvor verdeutlichte der Versuch zum subjektiven Wärmeempfinden, wie wichtig das Thermometer ist. Die Schülerinnen und Schüler lernten Anders Celsius und dessen Erfindung kennen. Durch den Nachbau eines einfachen Thermometers erfuhren die Kinder von seiner Wirkweise. Ein gebasteltes Thermometer aus Papier half dabei, das Ablesen des Thermometers zu üben, sodass anschließende Messungen Schülerversuch: subjektives Temperaturempfinden auf dem Schulhof (mit Hilfe der Thermometer aus der Experimentierbox Wind und Wetter ) kein Problem für die Kinder der zweiten Klasse waren. In Anlehnung an das Sachunterrichtsbuch Pusteblume 2 wurden Wind, Bewölkung und Niederschlag nach Augenmaß beobachtet. In Klasse 3 oder 4 könnten diese Faktoren genauer gemessen werden. Flugträume Flugräume: ein Fazit für Klasse 2 Die Schülerinnen und Schüler waren während der ganzen Unterrichtseinheit, die etwa 15 Stunden umfasste, gut motiviert. Sie zeigten großes Interesse an Wettererscheinungen und berichteten davon auch im Montagskreis. Die Versuche faszinierten die Kinder, vor allem die Demonstration des aufsteigenden Heißluftballons. Neben den Fächern Erdkunde und Physik wurden auch die Fächer Deutsch (Lesen von Sachtexten und Gedichten zum Thema Wetter und Reisen) sowie Kunst (Erstellen der Bilder zur Fantasiereise; Collage zu geeigneter Kleidung an Regentagen siehe Gestaltungsstunde ALS 354 aus dem Jahr 1994) in das Projekt integriert. Ein fächerübergreifendes Unterrichtsprojekt in einer 4. Klasse Der Heißluftballon als Fortbewegungsmittel übt auf Kinder häufig eine besondere Faszination aus. Viele Schülerinnen und Schüler kennen die friedlich schwebenden Riesen von Bildern, aus Erzählungen oder aus eigenen Betrachtungen, sei es am Himmel oder sogar beim Start oder bei der Landung. Dieser motivierende Gesichtspunkt wurde als Einstieg in das Thema Flugträume Flugräume gewählt. Die Schülerinnen und Schüler starteten mit einem Heißluftballon und unternahmen eine Fantasiereise in ein anderes Land. Da in anderen Ländern auch anderes Wetter herrscht, schloss sich die Erklärung meteorologischer Erscheinungen (Temperatur, Wind, Wolken, Niederschlag und Luftdruck) an. Den Abschluss dieses Unterrichtsvorhabens, geographische und physikalische Inhalte unter den Mobilitätsaspekt zu vereinen, bildete der Versuch, einen Heißluftballon mit einfachen Mitteln zu bauen, und die daraus resultierende Erkenntnis des aerostatischen Auftriebs. Warum steigt der Heißluftballon hoch? Zum Abschluss der Einheit wurde thematisiert, warum der Heißluftballon aufsteigt (aerostatischer Auftrieb). Aus Sicherheitsgründen wurde der Versuch von der Lehrerin demonstriert (siehe Bau eines Heißluftballons ). Lehrerversuch: Modell eines Heißluftballons, Klasse 2 56 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

57 UNTERRICHTSPRAXIS SACHUNTERRICHT B A U E I N E S H E I S S L U F T B A L L O N S ( L E H R E R D E M O N S T R A T I O N S V E R S U C H ) Materialien Vorgehensweise dünner Plastiksack (gelber Sack), 4 Schaschlikspieße, Aluminiumschale eines Teelichts, Klebestreifen, Schere, Brennspiritus, Tropfpipette, Streichhölzer 1. Die Schaschlikspieße durch die Seiten der Aluminiumschale stecken, sodass die Schale den Mittelpunkt eines Kreuzes bildet. 2. Den Gelben Sack auf eine Länge von ca. 80 cm kürzen und an seiner Öffnung vier gleiche leichte Bögen hineinschneiden. Die Ecken dieser Bögen an den Enden des Holzkreuzes mit Klebestreifen befestigen. 3. Den Ballon mit zwei erwachsenen Personen in einem hohen Raum (Turnhalle) starten lassen. Dazu 2 bis 3 Pipettefüllungen Brennspiritus in die Schale geben und anzünden. Den Ballon oben festhalten, warten, bis er sich ganz aufgebläht hat und schließlich nach oben steigt. Lerninhalt Bezug zum Curriculum Mobilität Bezug zum Kerncurriculum SU Durch die Erwärmung der Luft in seinem Innern bläht sich der Ballon auf, denn heiße bzw. warme Luft dehnt sich aus. Sie ist leichter als kalte Luft und steigt nach oben. Ist der Alkohol verbrannt, kühlt sich die Luft im Ballon wieder ab und er schwebt langsam zu Boden. Der Heißluftballon als Verkehrsmittel kann den Bausteinen Einsteigen Umsteigen Aussteigen, Lebensräume Lebensträume und Tourismus Unterwegs und zu Hause zugeordnet werden. fachliche Perspektiven: Raum und Natur In Klasse 2 wurde ein anderer Lehrerdemonstrationsversuch zum Thema Heißluftballon durchgeführt. Dieser ist in der Zeitschrift Weltwissen Sachunterricht 1/2006 abgedruckt (Experimentierkartei Versuch 16). Der Versuch gelingt, wenn eine sehr leichte, kleine Plastiktüte verwendet wird. Mit dem Heißluftballon unterwegs Zu Beginn der Einheit waren die Kinder aufgefordert, sich in ihrer Fantasie mit einem großen, bunten Heißluftballon auf eine lange Reise zu begeben. Der Ballon sollte die Schülerinnen und Schüler in ein anderes Land bringen. Um dies zu verdeutlichen, wurde zuvor Deutschland als Ausgangspunkt auf einem Globus markiert. Die Fantasiegeschichte regte die Kinder dazu an, sich an ihrem Reiseziel sehr genau umzuschauen, Tiere, Pflanzen, Besonderheiten des Landes und auch Wettererscheinungen wahrzunehmen. Anschließend verbalisierten sie ihre Reiseeindrücke. Die Fächer Deutsch und Kunst fanden ebenfalls Berücksichtigung in diesem Projekt, da sowohl Beschreibungen als auch Bilder der Fantasiereisen angefertigt wurden. Fantasiereise in ein Wüstenland, gemalt von Saskia, 9 Jahre DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 57

58 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE SACHUNTERRICHT F A N T A S I E R E I S E M I T E I N E M H E I S S L U F T B A L L O N Stell dir vor, du liegst auf einer grünen Wiese. Die Blumen blühen um dich herum, die Vögel singen und die Sonne scheint. Es ist ganz warm, und du atmest tief ein und aus. Der Wind umstreift sanft deinen Körper. Du merkst, wie er die Blätter zum Rascheln bringt. Du entschließt dich, aufzustehen und in den Wald, der hinter der Wiese ist, zu gehen. Du spürst den weichen Waldboden unter deinen Füßen, während du hindurchgehst, und siehst die Sonne durch das hellgrüne Blätterdach blitzen. Hinter dem Waldstück siehst du einen See, den du dir genauer ansehen willst. Du erkennst eine kleine Insel in dem See, die du gerne besuchen möchtest. Du läufst am Ufer entlang durch den warmen weichen Sand, der sich bei jedem Schritt zwischen deine Zehen drückt. Tatsächlich findest du ein Ruderboot, das du in das klare blaue Wasser schiebst. Dann kletterst du hinein und ruderst zu der Insel hinüber. Du siehst beim Näherrudern viele interessante Pflanzen, die auf der Insel wachsen und eine kleine Bucht mit einem Steg, wo du anlegst und das Boot festbindest. Du folgst einem schönen geschlängelten Pfad in die Mitte der Insel. Dort siehst du auf einer Lichtung einen schönen großen Heißluftballon. Es ist niemand zu sehen und du beschließt, dir den Ballon genauer anzuschauen. Er ist wirklich sehr groß und in dem Korb, der unten an ihm dranhängt, hast du bequem Platz. Du siehst ein Schild an dem Korb mit den Worten Steig ein!. Du steigst ein und bald erhebt sich der große Ballon mit dir in die Luft. Du siehst die Insel und den Steg, das Boot und den ganzen großen See. Der Ballon steigt höher hinauf und schwebt über den Wald, durch den du vorhin gegangen bist. Du kannst in der Ferne Berge mit weißen Gipfeln sehen und unter dir Vogelschwärme und die ganze weite Landschaft. Die Kraft des Windes treibt den Ballon schnell voran. Du fliegst mit ihm über Berge und Täler in ein anderes Land. Dort landet der Ballon. Du springst heraus. Was spürst du? Ist dir warm oder kalt? Scheint die Sonne? Oder sind Wolken am Himmel zu sehen? Regnet oder schneit es vielleicht sogar? Spürst du Wind? Du schaust dich um. Wachsen auch hier Blumen? Gibt es Bäume? Wie sehen sie aus? Kannst du Tiere entdecken? Welche Tiere sind das? Beobachte sie! Was machen die Tiere? Wie heißt das Land, in dem du gelandet bist? Schaue dich noch ein bisschen um. Merke dir alles ganz genau! Jetzt wird es langsam Zeit, sich auf den Heimweg zu machen. Der Ballon wartet schon auf dich. Du steigst in den Korb und schon geht s hoch hinauf in die Luft. Der Wind lässt dich über weite Landschaften schweben zurück zur Wiese, auf der du vorhin gelegen hast. Langsam sinkt der Ballon tiefer, er landet mit einem ganz leichten Ruck und du kletterst aus dem Korb und legst dich wieder auf die Wiese. Langsam kommt ihr jetzt mit euren Gedanken wieder hierhin. Atmet alle einmal tief ein und wieder aus. Noch einmal einatmen und wieder ausatmen. Ballt dreimal eure Hände zur Faust und lasst sie dann wieder locker. Macht die Augen wieder auf und streckt euch noch einmal. 58 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

59 Wo liegt denn der Regenwald? Im Anschluss an die Dokumentationen der Fantasiereisen stand die geographische Einordnung der jeweimometermodellsmometers erlebten die Kinder beim Bau eines Therligen Zielgebiete. Länder wie Holland, England, Frankreich, Italien, Spanien und Australien, aber auch der Jahren nutzten auch die Schülerinnen und Schüler Wie der Astronom Anders Celsius vor fast 300 Regenwald und die Sahara mussten von den Kindern den Schmelzpunkt des Eises und den Siedepunkt auf der Weltkarte lokalisiert werden. Informationen zu den Reiturskala festzulegen. Die selbst des Wassers, um eine Temperaseländern (Hauptstadt, Einwohnerzahl, Größe, Wettertabellen, vierten in besonderem Maße zur kalibrierten Thermometer moti- etc.), die durch Internetrecherche als Ländersteckbriefe zu- Temperaturbestimmung. sammengestellt wurden, bildeten... den Wind den Übergang zu den meteorologischen Untersuchungen. richtseinheit ging es um die Er- Im weiteren Verlauf der Unterforschung des Windes. Seine Entstehung wurde auf kindgerechte Wir sind Wetterforscher und erforschen... Weise geklärt. Die Schülerinnen und Schüler lernten Geräte zur... die Temperatur Bestimmung der Windrichtung Aktuelle Temperaturtabellen der und -stärke sowie die Einteilung einzelnen Zielgebiete der Fantasiereise gaben den Anreiz für kennen und bauten schließlich der Windstärken nach Beaufort eigene Temperaturmessungen ihre eigenen Wetterhähne. Auch an verschiedenen Orten im und diese dienten zur eigenen Windrichtungsbestimmung. außerhalb des Schulgebäudes. Die Funktionsweise eines Ther- selbst kalibriertes Thermometer UNTERRICHTSPRAXIS SACHUNTERRICHT B A U E I N E S T H E R M O M E T E R M O D E L L S Materialien Glaskolben, Glasröhre, Stopfen, gefärbtes Wasser, jeweils 1 Becher mit warmem und kaltem Wasser Vorgehensweise 1. Das Thermometermodell zusammenbauen 2. Das Thermometermodell zuerst in das warme, anschließend in das kalte Wasser stellen 3. Beobachtungen notieren Lerninhalt Durch die Beobachtungen, dass die Wassersäule im Glasrohr steigt bzw. fällt, wenn das gefärbte Wasser im Glaskolben erwärmt bzw. abgekühlt wird, erkennen die Kinder, dass sich Wasser bei Erwärmung ausdehnt und bei Abkühlung zusammenzieht. Bezug zum Curriculum Mobilität Die Erforschung der Temperaturen und somit der Bau eines Thermometermodells kann den Bausteinen Lebensräume Lebensträume und Tourismus Unterwegs und zu Hause zugeordnet werden. Bezug zum Kerncurriculum SU fachliche Perspektive: Natur DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 59

60 ... die Wolken und den Niederschlag Dass Wolken Wetterboten sind, lernten die Kinder im nächsten Einheitsabschnitt. Das Phänomen der Wolkenbildung führte über eine grobe Einteilung der verschiedenen Wolkenbilder zu den Niederschlagsformen Regen, Schnee und Hagel. Eine sehr anschauliche Erklärung für die Entstehung von Regen lieferte das Experiment Regen selber machen. Kind schnell gebastelt war und auch zum Einsatz bei der Wetterbeobachtung kam (siehe Bau eines Barometers ).... die Luft Luft(druck) als wesentlichen Bestimmungsfaktor des Wetters zu begreifen, fällt Kindern nicht leicht. Luft hat Gewicht, Luft braucht Platz und Luft drückt von allen Seiten sind Eigenschaften der Luft, die Grundschülern und -schülerinnen in einfachen Versuchen leicht erfahrbar gemacht werden können (siehe Versuchskartei). Kurz erwähnt seien hier die Magdeburger Halbkugeln von Otto von Guericke im 17. Jahrhundert. Dieser erzeugte ein Vakuum in zwei großen aneinandergefügten Halbkugeln aus Kupfer, welche sich nicht einmal mit der Kraft von 16 Pferden auseinandertrennen ließen. Diese Geschichte faszinierte die Kinder und veranlasste sie, diesen Versuch mit Saughebern aus Gummi nachzustellen. Den Bau der Messgeräte ergänzte ein Barometer, das ebenfalls mit wenigen Hilfsmitteln von jedem Schülerversuch: Magedeburger Halbkugeln Parallel zur Erarbeitung der gesamten Wetterphänomene hatten die Kinder die Aufgabe, in Partnerarbeit ein Wettertagebuch zu Bewölkung, Niederschlag, Temperatur, Luftdruck, Windrichtung und -geschwindigkeit zu führen. Die Wetterbeobachtungen mit den selbst gebauten Messinstrumenten wurden ergänzt durch und verglichen mit Messwerten der schuleigenen Wetterstation. Außerdem interessierten sich die Kinder zunehmend für die aktuellen Wetternachrichten ihrer jeweiligen Fantasiereisegebiete. UNTERRICHTSPRAXIS SACHUNTERRICHT B A U E I N E S B A R O M E T E R S Materialien Marmeladenglas, Luftballon, Gummiband, Strohhalm, Streichholz, Klebestreifen Vorgehensweise 1. Über die Öffnung des Marmeladenglases ein Stück Luftballonhaut spannen und dieses mit einem Gummiband befestigen 2. Das Ende des Strohhalms mit einem Stück Klebestreifen in der Mitte der Haut festkleben und ein Streichholz unter den Strohhalm klemmen 3. Das Barometer an einen Platz mit gleich bleibender Temperatur stellen und dahinter an einer Wand eine Skala befestigen; mehrmals täglich den Stand der Strohhalmspitze markieren Lerninhalt Die Schüler und Schülerinnen erkennen, dass der Luftdruck bei schönem Wetter stärker wird. Er presst die Gummihaut ins Innere des Glases und das Ende des Zeigers hebt sich. Nimmt der Luftdruck ab, lässt auch der Druck auf die Haut nach, sie wölbt sich nach außen und der Zeiger sinkt. Bezug zum Curriculum Mobilität Der Luftdruck als wetterbestimmender Faktor in der Natur kann den Bausteinen Lebensräume Lebensträume und Tourismus Unterwegs und zu Hause zugeordnet werden. Bezug zum Kerncurriculum SU fachliche Perspektive: Natur 60 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

61 UNTERRICHTSPRAXIS SACHUNTERRICHT Regen selber machen Du brauchst: einen Kochtopf mit Wasser eine Schüssel mit Eiswürfeln Versuchsaufbau: Hat Luft Gewicht? Du brauchst: ein Lineal eine Zeitung Versuchsaufbau: Bringe das Wasser zum Kochen und halte die Schüssel über den Wasserdampf. Vorsicht: Handschuhe anziehen! Lege die Zeitung ausgebreitet an die Tischkante. Schiebe das Lineal bis zur Hälfte darunter. Drücke nun kurz und kräftig auf das überstehende Lineal. Der Ballon in der Flasche I EXPERIMENTIERKARTEI Der Ballon in der Flasche II Segelschiff Du brauchst: einen Luftballon eine Plastikfl asche Versuchsaufbau: Du brauchst: einen Luftballon eine Plastikfl asche mit Löchern Versuchsaufbau: Versuche, den Ballon in der Flasche aufzupusten. Versuche, den Ballon in der Flasche aufzupusten. Das umgedrehte Wasserglas Vermutung: Was wird passieren? Du brauchst: ein Glas mit Wasser einen Bierdeckel Versuchsaufbau: Beobachtung: Was passiert? Erklärung: Lege den Bierdeckel auf den Rand des Glases und halte ihn fest. Drehe das Glas mit dem Becher um und lasse dann den Deckel los. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 61

62 Warum steigt ein Heißluftballon hoch? Den aerostatischen Auftrieb als wesentlichen Faktor der Wolkenbildung hatten die Kinder zwar bereits kennen gelernt, doch als bestimmenden Aspekt für das Hochsteigen eines Ballons musste er den Schülern und Schülerinnen noch in der letzten Phase der Einheit vermittelt werden. Dazu wurde im Lehrerdemonstrationsversuch mit sehr einfachen Mitteln ein Heißluftballon gebaut (siehe Bau eines Heißluftballons, S. 57). Da auch dieses Experiment einen historischen Hintergrund hat die heißen Gase eines Holzkohlefeuers ließen 1783 einen Ballon der Brüder Montgolfier in die Luft steigen, erhielt auch noch das Fach Geschichte einen wesentlichen Anteil an dem gesamten Unterrichtsvorhaben. Flugträume Flugräume für alle: Präsentation der Ergebnisse Zum Abschluss der Einheit Lehrerversuch: Modell eines Heißluft- herrschte bei allen Kindern noch ballons, Klasse 4 einmal große Anspannung, denn nun sollten die Ergebnisse den anderen Klassen und den Eltern im Rahmen einer Ausstellung mit Lesung der Reiseberichte präsentiert werden. Von den Arbeiten des ca. 20 Unterrichtsstunden umfassenden Projekts waren alle begeistert. Die Schülerinnen und Schüler waren während der gesamten Einheit mit hoher Motivation bei der Sache. Dazu trugen insbesondere die immer wiederkehrenden methodischen Zugriffe über das Zeichnen, Beschreiben und Ausprobieren bei. Fast nebenbei wurden so durch Versuche und Experimentieren wichtige methodische Grundlagen der Meteorologie erarbeitet. Wolkenklassifikation, insbesondere Kenntnis der Quellwolken als Ergebnis kleinräumiger Aufstiegsbewegungen der Luft Wasser in der Atmosphäre, insbesondere Kenntnis der energetischen Prozesse bei Änderung der Aggregatzustände und der Sättigungskurve trocken- und feuchtadiabatische Zustandsänderungen, behandelt am Beispiel des Föhns Strahlungsumsatz an der Erdoberfläche Temperaturverlauf mit der Höhe, insbesondere Inversion mit ihren lufthygienischen Auswirkungen Höhenverlauf der Temperatur Im Sinne eines problem- und erfahrungsorientierten Zugriffs auf das Phänomen der Thermik (siehe Thermik und Temp-Analyse ) steht diese als Kraftquelle des Segelflugs im Mittelpunkt. Während die als Einstieg natürlich optimal geeignete Originalbegegnung aus Gründen der Kurssequenz erst im nachfolgenden Semester stattfinden kann (siehe Seminarfach Erdkunde, S. 54), ist aus dem vorgängigen Unterricht die sehr eindrucksvolle Schilderung Hanna Reitschs eines unfreiwilligen Wolkenfluges während ihrer Segelflugausbildung bekannt (Reitsch, Hanna: Fliegen Mein Leben. München 1981, S ). Segelfliegen ist Gemeinschaftssport Thermikprognose für den Segelflug ein fächerübergreifendes Unterrichtsprojekt in Jahrgang 12 Kontinuität meteorologischer Inhalte Wetterkundliche Inhalte werden in der weiteren Schullaufbahn im Sekundarbereich I vor allem im Erdkundeunterricht vermittelt. Der Vorgang der Konvektion wird am Beispiel der innertropischen Konvergenzzone im Kontext der Passatzirkulation thematisiert. Mit Blick auf das vorgestellte Unterrichtsvorhaben in Jahrgang 12 gibt es zudem spezifische inhaltliche Voraussetzungen aus dem Erdkundeunterricht der 11. Klasse: Wir möchten Sie bitten, Ihr Handy während des Fluges ausgeschaltet zu lassen. 62 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

63 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE T H E R M I K U N D T E M P - A N A L Y S E Zu den gerade für Anfänger beeindruckendsten Erlebnissen des Segelflugs gehört es zweifellos, wenn das motorlose Flugzeug durch die Kräfte der Natur an Höhe gewinnt. Von den verschiedenen Aufwindarten ist die thermische Konvektion, kurz Thermik, die für den Segelflug insgesamt und besonders in Norddeutschland am bedeutsamsten. Den Einflug in die Thermik spürt der Pilot daran, dass Turbulenzen das Flugzeug treffen, die Fluggeschwindigkeit leicht zunimmt und sich der Sitzdruck erhöht daher die oft betonte Bedeutung des fliegerischen Hosenbodengefühls. Zudem zeigt ihm das Variometer die Vertikalbewegung an. Um Thermik gezielt aufspüren und ausnutzen zu können, sind komplexes meteorologisches Wissen und fliegerische Erfahrung erforderlich. Die folgenden Punkte fassen einige wesentliche Aspekte zusammen (vgl. Reiber, Manfred: Thermik für Ballonfahrer, Gleitschirm-, Drachen und Segelflieger. In: Luftsport. Nr. 5-8, 2005): 1. Ursache für die Ausbildung von Thermik sind lokale Unterschiede der bodennahen Lufttemperatur. Diese werden ihrerseits hervorgerufen durch unterschiedliche thermische Eigenschaften des Bodens (Wasser, Fels, Sand, Wald, Wiese usw.), Neigung der Erdoberfläche (Exposition) und Reflexionseigenschaften der Erdoberfläche (Albedo). 2. Thermik löst aus, d. h., eine Warmluftblase steigt auf, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Umgebungsluft und der Luft in der Thermikblase etwa 2-4 C beträgt. 3. Für die Auslösung ist neben dem Temperaturunterschied ein Anstoß erforderlich. Dieser kann ganz unterschiedlicher Art sein: Der Wind drückt die Warmluft von einem Getreidefeld gegen eine Waldkante, ein Flugzeug landet auf einem sonnenbeschienenen Flugplatz, auf einem Feld wird ein Kartoffelfeuer angezündet usw. 4. Thermik ist bei geringer horizontaler Windgeschwindigkeit besser geordnet. Ab etwa 25 km/h Wind zerreißt die Thermik und ist im Extremfall für die Segelflieger nicht mehr nutzbar. 5. Am oberen Ende des sich vom Boden in die Höhe entwickelnden Warmluftschlauches (Durchmesser in der Regel einige hundert Meter) bildet sich eine Quellwolke (Cumulus) aus, wenn die aufsteigende Warmluft so weit abgekühlt ist, dass darin enthaltener Wasserdampf kondensiert. Wird der Aufstieg durch die atmosphärische Temperaturschichtung bereits vor Erreichen dieser Höhe unterbunden, spricht man von Blauthermik. 6. Thermik bleibt nur unter seltenen Bedingungen über einen langen Zeitraum konstant. Insbesondere im Flachland unterliegen die einzelnen Thermikschläuche einem Lebenslauf, den man am allmählichen Wachstum und anschließenden Zerfall der Cumuluswolken beobachten kann. 7. Die Stärke des Aufwinds liegt in der Regel bei 1-5 m/s, bei sehr starker Thermik unter Cumuluswolken auch bei 6 bis maximal 10 m/s. Unter Gewitterwolken (Cumulonimben) erreicht die Vertikalgeschwindigkeit bis zu 30 m/s. Diese Thermik ist für Segelflieger aufgrund der damit verbundenen Gefahren (extreme Turbulenz, Vereisung, Hagelschlag, Blitzschlag) nicht nutzbar. Um Aussagen über die bei der gegebenen Luftmasse zu erwartende thermische Konvektion machen zu können, wird nun der gemessene Schichtungsgradient in einem sog. thermodynamischen Diagrammpapier (kurz: Temp) eingetragen, so lassen sich mittels der darin enthaltenen Hilfslinien (Trockenadiabaten, Feuchtadiabaten, Sättigungs-Mischungsverhältnis) exakte Aussagen über das zu erwartende Konvektionsverhalten einer Luftmasse treffen, so u.a. zu der Temperatur, die erreicht werden muss, damit die Thermik einsetzt (Auslösetemperatur), der Höhenerstreckung und Stärke der zu erwartenden Aufwinde, der Unter- und Obergrenze ggf. entstehender Quellwolken. Zur genauen Darstellung des diesbezüglichen Vorgehens finden sich empfehlenswerte Einführungen in Helmut Reichmann: Streckensegelflug. Stuttgart sowie im Netz unter DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 63

64 Daran können Merkmale eines Fluges im thermischen Aufwind zusammengetragen werden und die Schülerinnen und Schüler werden zugleich dafür sensibilisiert, auf welche Anzeichen von Aufwinden während des Fluges besonders zu achten ist. Eine weitere wichtige Erkenntnis dieser Unterrichtsphase liegt in der im mangels Triebwerk naturgemäß unbeheizten Segelflugzeug sinnlich erfahrbaren Abkühlung mit zunehmender Höhe. Diese wird im behandelten autobiografischen Text dadurch augenfällig, dass die Erzählerin eindrucksvoll schildert, wie sie in dünner, frühsommerlicher Kleidung ins Flugzeug gestiegen, in 3000 m Höhe mit der Kälte zu kämpfen hat. Alternativ könnte auch darauf Bezug genommen werden, Deckfoliensatz: Höhendarstellung der Temperatur dass diejenigen Kursteilnehmer, die schon einmal mit einem Verkehrsflugzeug geflogen sind, von der in der Kabine angezeigten Außentemperatur berichten können. Diese Unterrichtsphase mündet in die Einführung der im Temp verwendeten Darstellungsweise der Temperatur in Abhängigkeit von der Höhe mittels eines Deckfoliensatzes. Diese Darstellung ist zwar einerseits intuitiv zu erfassen, weil die Höhe nach oben aufgetragen wird, erweist sich aber andererseits als schwierig, weil hier entgegen der den Schülerinnen und Schülern vertrauten Gepflogenheiten die abhängige Variable auf der Ordinate anstatt auf der Abszisse eingetragen wird. In der späteren Analyse des Temps wird dieser scheinbare Regelverstoß dann aber logisch aufgelöst, geht es doch vor allem darum, die Höhenerstreckung von Aufwind und Wolken zu bestimmen (siehe Thermik und Temp-Analyse, S. 63). Schichtung der Atmosphäre Zwischen dem Unterrichtsziel, die Temp-Darstellung zu vermitteln, und der eigentlichen Interpretation (Auslösetemperatur, Höhenerstreckung und Stärke des Aufwinds, Wolkenbildung mit Unter- und Obergrenze) muss nun aber zunächst ein Zwischenschritt erfolgen: Die Schülerinnen und Schüler kennen den Umgang mit trocken- und feuchtadiabatischen Zustandsänderungen vom Beispiel des Föhns, der ihnen auch in seiner mathematischen Modellierung der Veränderungen von Temperatur und Luftfeuchte bei der Überströmung des Gebirgshindernisses geläufig ist. Dabei ist der großräumige Druckunterschied (Beispiel: Hochdruckgebiet südlich und Tiefdruckgebiet nördlich der Alpen) als Ursache der Luftströmung bekannt. Neu eingeführt werden muss nun, in welcher Weise die jeweils luftmassenspezifische Temperaturschichtung der Atmosphäre Einfluss darauf hat, ob ein lokal überwärmtes Luftquantum nach einem auslösenden Anstoß immer weiter in die Höhe steigt oder gleich wieder zum Boden zurücksinkt. Dies hängt davon ab, ob das sich beim Aufstieg trockenadiabatisch abkühlende Luftquantum beim Erreichen der neuen, größeren Höhe noch einen Temperaturvorsprung gegenüber der dort anzutreffenden Umgebungsluft aufweist oder nicht. Der sich daraus ergebende labile, stabile oder indifferente Schichtungszustand der Atmosphäre kann in Analogie zur dynamischen Stabilität oder Labilität, z. B. der Lage einer Kugel, geklärt werden (siehe Schichtungszustände und Temp ). Dies lässt sich im Unterricht auf einfache Weise mit einer Kugel veranschaulichen, die auf einer fallweise zu neigenden Tischplatte bewegt wird. 64 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

65 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE S C H I C H T U N G S Z U S T Ä N D E U N D T E M P Die vertikale Temperaturverteilung der Luft ist für die Thermik von entscheidender Bedeutung. Man misst sie mit Radiosonden, die an Wetterballonen bis in die Stratosphäre aufsteigen und dabei neben der Temperatur den Luftdruck als Äquivalent der Höhe registrieren. Ein kontinuierliches Anpeilen des aufsteigenden Ballons gibt zudem Auskunft über Richtung und Stärke der in den jeweiligen Höhen herrschenden Winde. Nur in Fällen, in denen der in der Atmosphäre gemessene Schichtungsgradient der Temperatur größer ist als der adiabatische Hebungsgradient eines überwärmten Luftquantums (Abbildung: Fall B), wird die thermische Konvektionsströmung, einmal angestoßen, immer weiter in die Höhe vordringen. Denn in diesem Fall, der sog. labilen Schichtung, wird das Luftquantum auf seinem Weg nach oben trotz der aufgrund der Luftdruckabnahme eintretenden Temperaturverminderung (trockenadiabatische Abkühlung) in jeder Höhe wärmer als die umgebende Luft sein, somit also Energieüberschuss für den weiteren Aufstieg besitzen. Im umgekehrten Fall, der stabilen Schichtung (Abbildung: Fall C), wird das Luftquantum trotz Überwärmung und des notwendigen Anstoßes auf seine Ausgangshöhe zurücksinken. Aufgabenstellung 1. Laden Sie aus dem Internet die Powerpoint-Präsentation von Alfred Ultsch zur Temp-Darstellung auf Ihren Arbeitsplatz ( 2. Arbeiten Sie die Präsentation in Partnerarbeit durch, indem Sie sich gegenseitig die Inhalte der Folien erklären. 3. Lösen Sie die am Schluss der Präsentation gestellte Übungsaufgabe zeichnerisch. 2 cm sollen auf der Höhenskala 500 m und auf der Temperaturskala 5 C entsprechen. Vergleichen Sie sie anschließend mit der in der Präsentation enthaltenen Lösung. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 65

66 Interpretation des Temp In die Analyse des Temp wird mit Hilfe einer Powerpointpräsentation von Alfred Ultsch ( de/thermik/00inhalt.html) eingeführt. Diese kann entweder im Frontalunterricht eingesetzt werden, noch besser geeignet erscheint jedoch deren Einsatz in einem Computerraum, da sich die Schülerinnen und Schüler die Präsentation dann in einem individuell angemessenen Arbeitstempo erschließen können. Die Präsentation mündet in einer Anwendungsaufgabe zur Verständniskontrolle, deren Lösung abschließend angegeben ist. Bei der Bearbeitung dieser Aufgabe können die zeichnerischen Vorgaben erläutert werden, die der abschließenden großen Hausaufgabe zur Temp-Analyse zugrunde gelegt werden (s. Aufgabe zur Temp- Analyse, S. 67). Diese Hausaufgabe ist Teil der im ersten Kurssemester zu erbringenden schriftlichen Lernleistung. Für den eigenständigen Entwurf entsprechender Aufgaben stehen Daten von Radiosondenaufstiegen in einer umfassenden Datenbank der Universität von Wyoming unter edu/upperair/sounding.html zur kostenlosen Verfügung. Zur weiteren Vertiefung bzw. Veranschaulichung der Analyse- und Interpretationsergebnisse bietet es sich zunächst an, Satellitenbilder und Wetterkarten des betreffenden Tages heranzuziehen ( wetterzentrale.de/topkarten/fsreaeur.html ). Zudem bieten die im Internet einsehbaren Ergebnislisten der dezentralen Deutschen Meisterschaft im Streckensegelflug ( dmst-online.php) und Segelflug-Bundesliga ( www2.onlinecontest.org) die Möglichkeit, anhand authentischer Flugdatenaufzeichnungen, die sich regional und nach Datum gefiltert recherchieren lassen, zu überprüfen, welche sportlichen Leistungen unter den gegebenen Wetterbedingungen erbracht werden konnten. Der Blick auf die in Luftfahrtkarten wie- dergegebene Luftraumstruktur ( oder auf die in Spezialkarten dargestellte potenzielle Konvektionsintensität ( vermag das Verständnis für die konkrete Durchführung eines Streckensegelflugs weiter zu vertiefen und bietet darüber hinaus Ansatzpunkte, von denen aus weitere, mit dem Projektthema verbundene Fragestellungen systematisch erarbeitet werden können. L i t e r a t u r Beckhausen, Falk u. a.: Jo-Jo Sachunterricht 2. Schülerbuch und Arbeitsheft. Berlin Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Reine und Angewandte Chemie: CHEMOL Chemie in Oldenburg. Heranführen von Kindern im Grundschulalter an Chemie und Naturwissenschaften. Oldenburg Cornelsen Experimenta: Wind und Wetter. Experimentierbox und Lehrerheft. Berlin o. J. Demuth, Reinhard u. a. (Hg.): ProSa Professionalisierung des Lehrerhandelns im Unterricht der Grundschule am Beispiel des Sachunterrichts. Donnerwetter! Das Thema Wetter in der Grundschule, Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften an der Universität Kiel o. J. Kraft, Dieter / Pommerening, Rolf (Hg): Pusteblume. Das Sachbuch-Arbeitsheft, 2. Schuljahr (Neubearbeitung). Braunschweig Mönning, Petra / Schwetschenau, Silke / Willems, Karolin: Die Wetter-Werkstatt. Mühlheim Reiber, Manfred: Thermik für Ballonfahrer, Gleitschirm-, Drachen und Segelflieger. In: Luftsport. Nr. 5-8, Reichmann, Helmut: Streckensegelflug. Stuttgart 10/2005. Rieger, Sophie: Bildung Umwelt, 3/2002. Herausgegeben in Zusammenarbeit mit dem VBE. Berlin Schreier, Helmut (Hg): Weltwissen Sachunterricht. 1/2006 Walther, Dagmar u. a.: Jo-Jo Sachunterricht 2. Handreichungen für den Unterricht mit Kopiervorlagen. Berlin Ü b e r d i e A u t o r e n Astrid Last, geboren 1976, ist Lehrerin für Deutsch, Religion und Sachunterricht. Neben ihren Studienfächern erteilt sie auch Kunst, Englisch und Sprachförderunterricht an der Grundschule Darme in Lingen. Dr. Carsten Meyer, Jahrgang 1966, ist Oberstudienrat mit den Unterrichtsfächern Deutsch und Erdkunde am Teletta-Groß-Gymnasium in Leer, dort auch Obmann für Mobilität. Zudem ist er Segelfluglehrer und Werkstattleiter im Landesverband Niedersachsen des Deutschen Aeroclub e. V. Marion Rathkamp, Jahrgang 1971, ist Lehrerin für Sachunterricht, Deutsch, Mathematik, Englisch, Kunst und Religion an der Grundschule Groß Lessen, Sulingen. Schulflugzeuge am Start 66 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

67 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE A U F G A B E Z U R T E M P - A N A L Y S E Nachfolgende Daten wurden bei einem Radiosondenaufstieg auf dem Flugplatz Emden am 6. Mai 2006 um 2.00 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit aufgezeichnet: Emden-Flugplatz Observations at 00Z 06 May PRES HGHT TEMP DWPT RELH MIXR DRCT SKNT THTA THTE THTV hpa m C C % g/kg deg knot K K K Aufgabenstellung 1. Zeichnen Sie den Temp auf der Basis der angegebenen Messwerte: 2 cm sollen auf der Höhenskala 500 m und auf der Temperaturskala 5 C entsprechen. Verfassen Sie anschließend einen Text, in dem Sie auf folgende Aspekte eingehen: a) Erläuterung des Kurvenverlaufs unterhalb 250 m über Grund, b) zu erwartende Wettererscheinung bei einer weiteren Abkühlung auf 5 C am Boden. 2. Durch nächtliche Ausstrahlung hat es sich in den frühen Morgenstunden des 6. Mai bis auf 5 C abgekühlt. Die bereits relativ intensive Sonneneinstrahlung führte am Tage zu einer Erwärmung auf 23 C. Ermitteln Sie auf der Basis dieser Angaben und Ihrer Zeichnung a) die Auslösetemperatur segelfliegerisch nutzbarer Thermik, b) ob und ggf. in welchem Höhenbereich sich Quellwolken bilden, c) die Basishöhe der thermischen Konvektion. Stellen Sie Ihr Vorgehen und Ihre Ergebnisse in einem zusammenhängenden Text dar. 3. Ermitteln Sie, welche Auswirkungen es auf die Thermikentwicklung des 6. Mai gehabt hätte, wenn die nächtliche Abkühlung bis zu einer Minimaltemperatur von a) 2 C, b) 10 C erfolgt wäre. Als Aufgabenlösung ergänzen Sie Ihre Zeichnung zu Nr. 1 und erläutern Sie Vorgehen und Ergebnis in einem Text. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 67

68 Peter Pez, Cord Völkening Den Wegen auf der Spur in der Autostadt Parkstraße zeigt Straßenbautechniken von der Antike bis zur Neuzeit Die Autostadt wird gern als Ziel von Klassen- und Kursfahrten gewählt. Seit dem Sommer 2006 ist sie um eine Attraktion reicher: Der Zufahrtsweg zum Fünf-Sterne-Superior-Hotel The Ritz-Carlton wurde baulich umgestaltet und bietet nun als Parkstraße einen Einblick in die vielfältigen Oberflächenstrukturen von Straßen seit etwa 3500 v. Chr. bis in unsere Zeit. Wege entstehen beim Gehen Die ersten Verkehrswege entstanden durch Tierherden, die auf ihrem Weg zu saisonalen Weideplätzen oder Wasserstellen die Vegetation nieder- und die Erde fest trampelten und so eine mehr oder minder breite Gasse in der Wildnis hinterließen. Nachdem Menschen in ausreichender Zahl vorhanden waren und sie die Entwicklungsstufe des autarken Sippenbauerntums überwunden hatten, machten sie es nicht viel anders: Heerstraßen und Handelswege entstanden durch den massenhaften Verkehr als Trampelpfade entlang physisch-geographisch günstiger Routen. Lediglich die Erschließung von Mooren und feuchten Talauen gestatteten diese Form der ungeplanten Wegeanlage nicht, dort waren erste technische Maßnahmen in Form von Holzbohlenwegen erforderlich, die diese Gebiete lange vor Erfindung des Rades zugänglich machten. Bohlenweg aus Holz, wie er zur Erschließung von Mooren und feuchten Talauen verwendet wurde Trampelpfade entstehen noch heute! 68 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

69 Das Rad fordert die Straßenbautechnik heraus Um etwa 5500 v. Chr. entstand das Rad vermutlich in Mesopotamien und fand fortan eine schnelle Verbreitung. Schon für 5000 v. Chr. ist es in Norddeutschland nachgewiesen. Damit änderten sich die Anforderungen an die Straßen. Zu steile Strecken und unebene Wege waren mit den meist von Tieren gezogenen Karren nicht oder nur sehr langsam befahrbar. Das Rad konnte seinen technischen Vorteil hinsichtlich des Bewegens schwerer Lasten (mehr als beim Last- und Reittier) mit zügiger Geschwindigkeit (höher als beim Fußgänger) nur dann optimal nutzen, wenn die Wegführung nicht zu hindernisreich und die Straßenoberfläche einigermaßen eben und stabil war. Auch die Wegbreite spielte eine Rolle, denn ein Fuhrwerk war breiter als ein Wanderer oder Reiter, und Fuhrwerke mussten auch im Gegenverkehr aneinander vorbeikommen. Die ersten Hochkulturen entwickelten deshalb gepflasterte Straßen: für Mesopotamien vermutlich schon ab 3000 v. Chr., für Ägypten ist eine Pflasterstraße aus Kalksandsteinplatten und Holzstücken aus der Zeit um 2600 v. Chr. nachgewiesen, es folgen Indien (2000 v. Chr.), das Assyrerreich (ab 1100 v. Chr.) und China (ab 1066 v. Chr.). Unterbau und Fahrbahndecke waren auf diese Weise tragfähig genug, um große Lasten ohne schnelle Schäden am Straßenkörper zu verkraften. Die Straße selbst besaß eine Breite von 5 m, begleitet von beidseitig 5 m breiten Randstreifen und Gräben. Der Aushub Letzterer erhöhte die Straße, die im Gelände einen Damm von bis zu 1 m über Geländebasis bildete. Dammstruktur, Straßenbelag und -unterbau sowie die Gräben gewährten eine gute Entwässerung, was für die Funktionsfähigkeit der Straße von erheblicher Bedeutung war. Straßenbautechnik gerät in Vergessenheit Mit dem Zusammenbruch des Römischen Reiches kam der Straßenbau weitgehend zum Erliegen, zumindest außerhalb der Städte. Bestenfalls wurden noch Reparaturen durchgeführt, aber die dem Frankenreich folgende Kleinstaaterei in Europa ließ eine großräumige, planmäßige Bautätigkeit nicht mehr zu. Straßenbau der Römer Vorbild für heute Alle Wege führen nach Rom dieser noch heute bekannte Ausspruch ist nicht nur Ausdruck eines zentralstaatlichen Systems, sondern konnte durchaus wörtlich genommen werden. Die Römer erkannten die große Bedeutung ausgebauter Straßen nicht nur für den Handel, sondern vor allem auch für den raschen Transport von Militäreinheiten und für die Verwaltung (Nachrichtenverkehr). Landstraßen wurden deshalb in allen Provinzen angelegt, aber auch Stadtstraßen gepflastert (Rom um 170 v. Chr.). Um 200 n. Chr. umfasste das römische Straßennetz km. Verschiedene Straßenarten waren bekannt, z. B. die via caucita, ein Betonweg (Mörtel + Kies; vgl. engl. causeway, frz. chaussee), die via rupta, ein in Fels gehauener Weg (vgl. frz. rue) oder die via ruta, ein in den Boden gegrabener Weg (vgl. frz. route). Mit Ausnahme der felsigen Bereiche gehorchte der Straßenbau einem regelhaften System, das in ähnlicher Form im neuzeitlichen Straßenbau aufgegriffen wurde: Bewuchs und Humusschicht wurden entfernt und zunächst flache, große Steine eingebracht, gefolgt von zwei Schichten kleinerer Steine und danach noch kleinerer (gebrochener) Steine, jeweils mit Mörtel stabilisiert. Den Abschluss bildeten Schotter, Steinplatten oder bei städtischen Prachtstraßen Muster bildende Pflastersteine. DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde Antiker Straßenbelag aus Griechenland und Mesopotamien; Spurrillen dienten zur Führung von Prozessionskarren, ca v. Chr. Römische Zierstraße, wie sie vor Palästen und Tempeln angelegt wurde 69

70 Hexagonales Holzpflaster (Russland ab 1820) Hexagonales Holzpflaster (Russland ab 1820) Ausschnitt Asphalt ist nicht Asphalt auch das läßt sich auf der Parkstraße zeigen Zu den wenigen Ausnahmen zählen einige Haupttransportwege im Umland von Hansestädten, die mit grobem Feldsteinpflaster befestigt wurden. Der moderne Straßenbau datiert hingegen erst ins 18. Jahrhundert und nahm seinen Ursprung in Frankreich. Mit unterschiedlichen Materialien Klein- und Großsteinpflaster, Klinker, in Russland sogar Holz die gegenüber den mittelalterlichen Feldsteinwegen eine ebenere, notfalls durch Behau geglättete Struktur aufwiesen, wurden die Chausseen ausgestattet. Sie wurden zudem vielfach als Alleen angelegt nicht wegen der heute z. B. von Fahrradtouristen geschätzten Ästhetik, auch Schutz vor Sonne im Sommer oder vor heftigen Regenschauern waren nur Nebeneffekte entscheidend war die Funktion der Bäume als Wegmarken bei Schneebedeckung. Motorisierung bringt diverse Straßenoberflächen Die Motorisierung stellte neue Ansprüche an den Straßenbelag. Wegen der höheren Geschwindigkeiten wurde Erschütterungsarmut nun oberstes Gebot nicht bloß für die Fahrzeuginsassen, auch Passanten und Anwohner klagen entlang gepflasterter Altstadtstraßen noch heute über den Lärm von Fahrzeugen. Beton und Bitumen (Asphalt) boten nun geeignete Alternativen und fanden auf breiter Front Anwendung. Die hohen Geschwindigkeiten waren jedoch in Städten nicht unbedingt willkommen, denn dort provozierten sie erhebliche Unfallgefahren. Seit den 1970er- Jahren kehrt deshalb das Pflaster meist als Verbundsteinpflaster wieder zurück ins Straßenbild und wird zur Verkehrsberuhigung mit weiteren baulichen Elementen ergänzt, z. B. mit eng gehaltenen oder verschwenkten Fahrspuren. Auch die Parkstraße der Autostadt verdankt ihre heutige Gestaltung der Idee, die relativ lange und geradlinige Zufahrt zum Fünf- Sterne-Superior-Hotel The Ritz-Carlton durch den schnellen Wechsel der Straßenbeläge mit unterschiedlichster Fahrakustik zu entschleunigen. Renaissance des Pflasters: Verbundsteine werden häufig für Flächen mit Aufenthaltsfunktion verwendet, auch für verkehrsberuhigte Straßen Die Parkstraße als Exkursionsobjekt Die Entwicklung der Verkehrswege ist ein möglicher Bestandteil des Themenfeldes Mobilität im Erdkundeunterricht der 10. Klassen, besitzt allerdings auch einen gewissen Bezug zum Physikunterricht der 7./8. Klasse (Fortbewegung in Natur und Technik). Verkehrsplanung ist darüber hinaus auch Gegenstand des 4. Semesters der Oberstufe. 70 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

71 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE In der Primarstufe ist eine Anknüpfung an die Lernfelder Mensch/Natur/Technik sowie Mensch und heimatlicher Lebensraum (hier: Verkehrswege schaffen Verbindungen) gegeben. Darüber hinaus bietet die Kenntnis historisch und geographisch unterschiedlicher Formen der straßenbaulichen Entwicklung immer wieder Vergleichsmöglichkeiten bei der Interpretation von Raumstrukturen, wie z. B. in der Entwicklungsländerthematik, oder der Beschäftigung mit sub-/tropischen bzw. sub-/polaren Ökozonen. Insgesamt ergibt sich eine Einsatzmöglichkeit der Parkstraße als Exkursionsziel über alle Klassenstufen hinweg. Als Lernziel steht primär das Erkennen der Abhängigkeit der Straßenbautechnik von verschiedenen Faktoren im Vordergrund: Untergrund, verfügbare Baustoffe, Größe des Verkehrsstromes, Gewichte und Geschwindigkeiten der Fahrzeuge. Man könnte auch noch den technologischen Stand der straßenbaulichen Entwicklung benennen, aber hier ergibt sich schon die Frage nach Ursache und Wirkung: Ist die Straßenbautechnik wirklich als autonomer Faktor oder nicht eher als Reaktion auf wachsende Mobilitätsansprüche sich entwickelnder Gesellschaften zu begreifen? Die Kenntnis unterschiedlicher Straßenbeläge und ihrer Wirkungen ist weiterführend gut in Projektaufgaben zu verwenden (Anwendungskompetenz). So bietet beispielsweise der Straßenbelag bzw. dessen Wechsel für Verkehrsberuhigungsmaßnahmen und Querungshilfen zu Gunsten des nichtmotorisierten Verkehrs in bestehenden oder neu zu planenden Quartieren eine wichtige Handlungsoption. Neben Tempominderung spielt dabei die raumästhetische Wirkung eine Rolle im Sinne einer Stärkung der Aufenthaltsfunktion für Passanten und Anwohner. Aber auch die Erschließung peripherer Räume zu touristischen Zwecken stellt ganz unterschiedliche Ansprüche an die Wegestruktur. So mögen Wanderer und Reiter ausgetretene Pfade und keine asphaltierten oder gepfl asterten Wege. Damit hört ihre Interessengleichheit aber auch schon auf, denn Pferdehufe wühlen einen unbefestigten Weg dermaßen auf, dass er für Wanderer und Spaziergänger unbrauchbar wird. Radwanderer mögen es hingegen lieber asphaltiert oder eben gepfl astert. Was tun, wenn zu den drei Interessengruppen auch noch die Ansprüche von land- und forstwirtschaftlichen oder sonstigen (schweren) Dienstfahrzeugen hinzukommen? Kann unter diesen Umständen vielleicht die Betondoppelspur eine Lösung sein? Solche und andere Fragen beginnen schon vor der eigenen Haustür: Haben Schulhof und -zufahrt eigentlich eine Struktur, die die Ansprüche aller Beteiligten optimal erfüllt? Betondoppelspur eine Möglichkeit, im ländlichen Raum verschiedene Nutzungsinteressen zu integrieren DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 71

72 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE D A S K L A S S E N - B U C H Z U R S T R A S S E Ganztägiger Autostadt-Workshop für Schulklassen PARKSTRASSE MOBILITÄTSDECK VORSCHULE Malen Zeichnen Recherche Print-Material Zusammenstellen Aufkleben Beschriften PRIMARSTUFE Ausdruck, Bindung SEK. I SEK. II / BBS Grafik Fotos Recherche Internet Lay-out digital Verlaufsschema PRODUKTION Methodische Erarbeitung Die Parkstraße quert im nördlichen Bereich die Autostadt in westöstlicher Richtung. Auf einer geradlinigen Strecke von etwa 400 m werden 31 Straßenbelagsarten präsentiert, zu denen sich auf 25 Stationsschildern Erklärungen finden. Hinzu kommen Sinnstationen (Informations-Stelen), die in verschiedener Weise Elemente zum Ausprobieren offerieren. Die Erkundung der Straße kann an die Klassenstufe und an Unterrichtsinhalte angepasst werden. Eine einfache Form wäre das Ausfüllen des Arbeitsblattes (siehe S. 73) mit anschließendem Gespräch hinsichtlich oben genannter Aspekte. Aufwändiger, aber dadurch auch intensiver und ergiebiger ist der von der Autostadt offerierte ganztägige Workshop Das Klassen-Buch zur Straße (siehe Verlaufsschema). Je nach Alter der Schülerinnen und Schüler fertigen diese zunächst direkt auf der Parkstraße Zeichnungen und Skizzen an oder nehmen die unterschiedlichen Straßenbeläge mit einer Digitalkamera auf. Anschließend recherchieren sie in Gruppenarbeit anhand schriftlichen Materials bzw. des Internets zu bestimmten Belagsarten Hintergrundinformationen. Als Denkanstoß können dabei die Aufgaben des Arbeitsblattes dienen. Die Bilder und/oder Fotos und die selbst zusammengestellten Informationen werden schließlich im MobilitätsDeck der Autostadt zu einem Klassen-Buch zusammengefügt. Dieses kann dann zur Weiterverwendung in Projekten genutzt werden. L i t e r a t u r Pierre, F. (dt. Bearb.: H.-H. Cohrs): Straßenbau-Geschichte. Isernhagen Wiehler, H.-G./Wellner, F.: Straßenbau Konstruktion und Ausführung. Berlin Ü b e r d i e A u t o r e n Apl. Prof. Dr. Peter Pez, geboren 1960, ist an der Universität Lüneburg tätig und lehrt dort u. a. Verkehrsgeographie und Verkehrsplanung. Cord Völkening, geboren 1958, arbeitet als Gymnasiallehrer im MobilitätsDeck der Inszenierten Bildung der Autostadt GmbH. 72 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

73 UNTERRICHTSPRAXIS ERDKUNDE D A S K L A S S E N - B U C H Z U R S T R A S S E : A R B E I T S B L A T T Die Parkstraße im nördlichen Bereich der Autostadt bietet auf etwa 400 m Länge einen Einblick in über Jahre Straßenbaugeschichte. Geht diesen Weg entlang, seht euch die verschiedenen Oberflächen an und beantwortet mit Hilfe der Texte auf den Informationstafeln folgende Fragen: In welchen Gebieten wurden Bohlenwege aus Holzpfählen angelegt? Wo entstand der erste planmäßige Straßenbau? Wo wurden Straßen mit Zierverbänden gepflastert? Welche Materialien wurden im Laufe der Geschichte für den Bau der Straßenoberfläche eingesetzt? Wo und ab wann experimentierte man mit Pflaster aus Holz? Was waren Vorteile des Holzpflasters? Warum ersetzte es dennoch nicht die Pflasterung aus Stein? Im Mittelalter waren viele Straßen nur Trampelpfade und ausgefahrene Wege. Nur wenige Straßen wurden mit Feldsteinen gepflastert. Beschreibe diese Straßenoberfläche und nenne dabei die Unterschiede zur Straßenpflasterung in der Industrialisierungszeit. Über Jahrhunderte hinweg wurden für die oberste Straßenschicht möglichst Steine mit großer Oberfläche verwendet. Um 1900 herum setzte sich aber zunehmend das Kleinsteinpflaster durch warum? Stark belastete Fahrbahnflächen, wie z. B. Autobahnen und Flugplatzrollfelder, werden aus Beton hergestellt warum? Welche der Materialien der Parkstraße würden sich als Oberfläche für einen Radweg eignen? DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde 73

74 Bildnachweis: Umschlag: Todd Davidson, Getty Images S. 3 Todd Davidson, Getty Images / Gerald Stöter S. 9, 10 Autostadt GmbH, Wolfsburg S. 14, 19, 24, 25, 27, 28, 35, 40, 41, 43, 44, 45, 46, 47, 49, 55, 56, 57, 59, 60, 62, 64, 66, 68, 69, 70, 71 Originalbeiträge S. 17 Transrapid International GmbH & Co. KG Fritz Stoiber Productions S. 32 picture-alliance / dpa S. 33, 36, 41 unten S. 38, 42 Westermann, Braunschweig S. 39 Aus: Rolf Dreyer: Sportküstenschifferschein und Sportbootführerschein See. Bielefeld: Delius Klasing S. 48, 68 Gerald Stöter S. 51, 53 Quelle: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), Broschüre Leitfaden Verkehrstelematik, 1. Auflage, Berlin 2007 S. 61 Stefans Druckpunkt, Sulingen S. 65 Aus: Weinholtz/Franzen/Prybylski: Der Segelflugzeugführer, Aus- und Weiterbildung. 9. Auflage Mit freundlicher Genehmigung Luftfahrtverlag Friedrich Schiffmann. Wir danken den Rechteinhabern für die Reproduktionsgenehmigung. In einigen Fällen konnten die Rechteinhaber nicht ermittelt werden. Sollten weitere Ansprüche geltend gemacht werden, bitten wir die Rechteinhaber, sich an den Verlag zu wenden. 74 DENK(T)RÄUME Mobilität Band 2: Physik und Erdkunde

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76 DENK(T)RÄUME Mobilität Traditionelle Verkehrspädagogik wird den Ansprüchen an die mobile Gesellschaft im 21. Jahrhundert nicht mehr gerecht. Der Wunsch nach Mobilität und das Bewusstsein für einen verantwortlichen Umgang mit den Möglichkeiten einer hoch technisierten Infrastruktur berühren alle Bereiche des täglichen Lebens und können in allen Schulformen, Fächern und Klassenstufen zum Thema werden. Das Land Niedersachsen hat mit dem Curriculum Mobilität einen neuen Ansatz für eine umfassende Pädagogik zu Chancen und Verantwortung in einer mobilen Gesellschaft geschaffen, die in fächerübergreifender Kontinuität Zugang zu den vielen Facetten dieses komplexen Themas bietet. In einer Kooperation zwischen der Autostadt GmbH in Wolfsburg und dem Kultusministerium des Landes Niedersachsen stellt die Publikationsreihe DENK(T)RÄUME Mobilität Beispiele für die Integration verschiedener Disziplinen in den Themenkreis Mobilität vor. Der vorliegende zweite Band zeigt durch Verknüpfung der Unterrichtsfächer Physik und Erdkunde die Möglichkeiten interdisziplinärer didaktischer Arbeit für eine neue Kultur des Lernens in allen Schulformen. Das Ziel der Schriftenreihe ist eine fachimmanente und Fächer übergreifende Systematik für den Lernbereich Mobilität an deutschen Schulen. ISBN