2.1: Rube-Goldberg-Maschinen
| Autoren: | |
| Publikation: | 5.10.2017 |
| Lernstufe: | 2 |
| Übersicht: | Am Beispiel eines technischen Geräts (einer Rube-Goldberg-Maschine) machen sich die Schüler mit dem Begriff des Kausalzusammenhangs vertraut, dem Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
Wissenschaftlich denken, kritisch denken:
Zusammenhänge zwischen Ursache und Wirkung identifizieren
und verstehen. Für Anfänger: Verstehen, was eine Ursache und was eine Wirkung ist. Für Fortgeschrittene: Kausalitätsketten identifizieren und darstellen. Kompetenzen: Mit Unterstützung des Lehrers forschendes Lernen betreiben: Die wichtigsten Bestandteile eines einfachen Satzes erkennen können – im Hinblick auf die Satzsemantik ("weil", "daher", "wenn", "dann"). Klasse 1 bis 3: Ereignisse ordnen; kooperieren für ein gemeinsames Ziel; Zufallsfunde ausnutzen, Zufallseffekte erkennen. Klasse 4 bis 6: Als Team ein technologisches Gerät (oder einen Teil davon) bauen, das eine bestimmte Aufgabe erledigen soll; sich in die Umsetzung eines gemeinschaftlichen Projekts einbringen; kooperieren. |
| Schwerpunkt: | Sachunterricht, Wissenschaft und Technik, Deutsch |
| Dauer: |
Aktivität 1: ca. 1 Stunde Aktivität 2: zwei Mal 1 Stunde Aktivität 3: 20 Minuten |
| Material: |
Für die Aktivität 1:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Aktivität 1: Eine Rube-Goldberg-Maschine untersuchen
Ablauf: Die Schüler lernen Rube-Goldberg-Maschinen kennen – anhand von Zeichnungen oder Videos. Sie beschreiben und analysieren eine Rube-Goldberg-Maschine (Phase 1); sie stellen sie dar (Phase 2).
Botschaft zum Mitnehmen: Eine Ursache ist ein Ereignis, das ein weiteres Ereignis (= die Wirkung) auslöst. Eine Wirkung ist ein Ereignis, das durch ein anderes Ereignis (= die Ursache) verursacht wird.
Vorbemerkung: Rube Goldberg (1883-1970) war ein US-amerikanischer Zeichner. Seine Spezialität waren Pressezeichnungen und Comics. Er war auch Erfinder, Bildhauer und ausgebildeter Ingenieur. In seinen Zeichnungen entwarf er Maschinen, die eine einfache Aufgabe erledigen. Diese Aufgabe wird aber in zahlreichen Einzelschritten ausgeführt, in einer Aneinanderreihung von Kausalzusammenhängen – siehe die Zeichnung "Der Professor und die automatische Serviette" (Abb. 1).
Abb. 1: "Der Professor und die automatische Serviette" – Zeichnung von Rube Goldberg, Wikimedia Commons, Public Domain
Phase 1: Ursache und Wirkung bei einer Rube-Goldberg-Maschine (ca. 20 min)
Der Lehrer stellt den Schülern eine Rube-Goldberg-Maschine vor: Entweder gibt er ihnen eine Zeichnung, in der eine solche Maschine dargestellt ist (z. B. Abb. 1), oder er zeigt ihnen ein Video. Es gibt im Internet zahlreiche Videos von Maschinen, die einer Rube-Goldberg-Maschine nachempfunden sind.
Die Schüler beobachten und beschreiben die Rube-Goldberg-Maschine. Sie erklären einen beliebigen Teil der Maschine, indem sie genau zwischen Ursache und Wirkung trennen: Wenn [das und das passiert], dann [passiert das und das].
Videos mit Rube-Goldberg-Maschinen
Die Schüler diskutieren über die Rube-Goldberg-Maschine: "Welches ist der letztendliche Zweck der Maschine?" (In Abb. 1 ist der Zweck der Maschine, den Mund des Mannes abzuwischen.) "Was passiert alles, bevor dieses Endziel erreicht ist?" Es reihen sich zahlreiche Ereignisse aneinander, man kann diese als "Einzelschritte" bezeichnen. Der Lehrer bittet die Schüler, ein oder zwei Einzelschritte, die ihnen in der Zeichnung bzw. in dem Video aufgefallen sind, zu benennen. Er kann mit den Schülern eine Liste von Verben erstellen, die zur Beschreibung dieser Einzelschritte benötigt werden: rollen, schlagen, gleiten, rutschen, schwingen, sich drehen, hochspringen usw.
Durch seine Fragen führt der Lehrer den Begriff der Ursache ein. Beispiel: "Warum fällt der Kegel herunter? Weil er von der Kugel getroffen wird." Die in Richtung Kegel rollende Kugel ist die Ursache dafür, dass der Kegel umfällt. Man kann die Sichtweise auch umdrehen und auf diese Weise den Begriff der Wirkung einführen. "Was passiert, wenn die Kugel auf den Kegel trifft? Die Kugel trifft den Kegel und deshalb fällt er um."
Verwenden die Schüler in ihren Sätzen die Konjunktion "weil", können sie Ursachen ausdrücken, mit Adverbien wie "darum" oder "deshalb" können sie Wirkungen beschreiben. Diese logischen Verbindungswörter sind die Grundlage für das Ordnen der eigenen Gedanken. Je nach Alter und Niveau der Schüler können noch weitere Wörter verwendet werden: "aufgrund", "infolgedessen", "dadurch", "daher", "deswegen", "demzufolge", "aus diesem Grund".
Phase 2: Zeichne mir eine Ursache und ihre Wirkung (ca. 20 min)
Jeder Schüler zeichnet nun zwei oder drei Einzelschritte der Rube-Goldberg-Maschine. In der Zeichnung sollen insbesondere Ursache und Wirkung veranschaulicht werden. Die einzelnen Elemente der Maschine können vereinfacht oder sogar durch Wörter dargestellt werden (die Zeichnung soll kein Kunstwerk werden).
Auf der Zeichnung könnten insbesondere Verben aus der obigen Liste stehen – neben dem Einzelschritt, der durch das Verb beschrieben wird. Zu jedem Einzelschritt kann auch eine kurze Beschreibung eingefügt werden, zum Beispiel auf Etiketten/Schildern mit den Titeln "Ursache" und "Wirkung". Die jüngeren Schüler platzieren einfach die beiden Etiketten auf die Zeichnung, während die älteren ein oder zwei Sätze hinzufügen, in denen Ursache und Wirkung kurz erklärt werden (Abb. 2).
Abb. 2: Zeichnung einer Ursache und ihrer Wirkung
Phase 3: Den Bau einer Rube-Goldberg-Maschine planen (ca. 20 min)
Die Schüler sollen nun selbst eine Rube-Goldberg-Maschine entwerfen. Sie arbeiten in kleinen Gruppen, das fördert die Teamarbeit. Die finale Aufgabe der Maschine soll für alle Gruppen die gleiche sein – es soll zum Beispiel eine Figur umgeschmissen werden, oder ein Glöckchen klingeln. Die Maschine soll mindestens zwei (für die jüngeren Schüler) oder drei (für die älteren Schüler) Zwischenschritte enthalten.
Pädagogische Anmerkung
Die folgende Erklärung mag vielleicht verdeutlichen, was unter Zwischenschritt zu verstehen ist. Sie ist für den Lehrer, nicht für die Schüler gedacht.
- A ist das Klingeln des Glöckchens.
- B führt zu A (kling!): 1 Zwischenschritt (zu wenig).
- C führt zu B, das zu A (kling!) führt: 2 Zwischenschritte (für die Jüngeren).
- D führt zu C, das zu B, das zu A (kling!) führt: 3 Zwischenschritte (für die Älteren).
Manche Schüler schaffen es vielleicht, noch mehr Zwischenschritte einzubauen. Das ist schön, aber nicht unbedingt erforderlich. Wichtig ist, dass sie gut erläutern können, was die Ursachen und was die Wirkungen sind.
Die Schüler sollen Material für den Bau ihrer Rube-Goldberg-Maschine mit in die Schule bringen: Murmeln, Dominosteine, Holzplättchen (Kapla-Plättchen). Diese drei Dinge stellen schon mal sehr gute Grundsteine für eine Rube-Goldberg-Maschine dar. Weiterhin können sie mitbringen: Tuben, kleine Autos, Figuren, Schnur, Klebeband, Pappe usw. Der Lehrer bringt ebenfalls Material mit in die Schule.
Aktivität 2: Selbst eine Rube-Goldberg-Maschine bauen
Ablauf: Die Schüler bauen eine Rube-Goldberg-Maschine, die in mehreren Einzelschritten eine finale Aufgabe erledigt, und kommentieren diese (Phase 1). Nach und nach perfektionieren sie ihre Maschine und stellen sie zeichnerisch dar, wobei sie auf die Kausalzusammenhänge (Ursache/Wirkung) hinweisen (Phase 2).
Botschaft zum Mitnehmen: Eine Ursache ist ein Ereignis, das ein weiteres Ereignis (= die Wirkung) auslöst. Eine Wirkung ist ein Ereignis, das durch ein anderes Ereignis (= die Ursache) verursacht wird.
Vorbemerkungen:
- Am besten wird diese Aktivität in einem großen Raum (in der Aula zum Beispiel) durchgeführt, damit genug Platz ist.
- Diese Aktivität besteht aus zwei Teilen, die entweder hintereinander weg oder in zwei Einzelstunden durchgeführt werden können. Wenn die Möglichkeit besteht, dass die Maschinen an Ort und Stelle bleiben, kann es günstig sein, zwischen beiden Etappen Zeit verstreichen zu lassen. In dieser Zeit kann das Projekt in den Köpfen der Schüler reifen und sie können weiteres Material mitbringen.
- Müssen die Maschinen weggeräumt werden, kann man sie am Ende der ersten Stunde fotografieren, so dass die Schüler sie in der zweiten Stunde schneller wieder aufbauen können.
- Mit jüngeren Schülern kann es sich als günstig erweisen, sie zunächst mit dem Material herumspielen zu lassen, damit ihr Spieltrieb gestillt wird.
Phase 1: Eine Rube-Goldberg-Maschine bauen und sie beschreiben (ca. 1 Stunde)
Die Schülergruppen bekommen das Material für den Bau ihrer Rube-Goldberg-Maschinen. Der Lehrer kann auch beschließen, an einer Stelle des Raums ein Materiallager einzurichten, aus dem sich die Gruppen bedienen können. Er fasst noch einmal die Aufgabe zusammen: "Baut eine Maschine, die in zwei (drei) aufeinanderfolgenden Schritten [zum Beispiel ein Glöckchen klingeln lässt]." Der Lehrer sollte die Schüler zunächst selbstständig das Material erkunden und ausprobieren lassen. Sie sollten auch allein mit dem Bau der Maschine beginnen. Er kann hier und da Tipps geben, wenn Material fehlt oder wenn es technische Probleme gibt.
Abb. 3: Material für eine Rube-Goldberg-Maschine
Pädagogische Anmerkung
Oft kommen die Ideen für die einzelnen Schritte der Maschine, wenn die Schüler das Material sehen. Es ist daher nicht unbedingt sinnvoll, sie vorab eine Maschine planen und zeichnen zu lassen.
Nach etwa einer halben Stunde sollen die Gruppen ihre Maschinen für eine (kommentierte) Vorführung vorbereiten. Die Klasse geht die einzelnen Maschinen durch und bespricht gemeinsam die Ursachen und Wirkungen der einzelnen Schritte. Es können auch Fotos oder Videos gemacht werden.
Abb. 4: Schüler mit ihren Rube-Goldberg-Maschinen
Phase 2: Die Maschine perfektionieren und zeichnen (ca. 1 Stunde)
Die Schüler können nun ihre Maschinen verändern und/oder perfektionieren und eventuell einen zusätzlichen Schritt einbauen. Nach etwa 20 Minuten trägt der Lehrer den Schülern auf, ihre Maschine zu zeichnen und in der Zeichnung mindestens an einer Stelle die Ursache und die Wirkung anzudeuten – nach dem bereits in der Aktivität 1 praktizierten Schema: Aktionsverben, Etiketten für "Ursache" und "Wirkung", erläuternde Sätze zur Beschreibung der Ursache(n) und der Wirkung(en). Der Lehrer kann anhand der Zeichnungen und Texte bewerten, ob die Schüler die Kausalzusammenhänge verstanden haben.
Wenn die Zeit ausreicht, können die einzelnen Gruppen ihre Maschinen erneut vorführen.
Aktivität 3: Ursachen und Wirkungen im Alltag
Ablauf: Die Schüler übertragen die Begriffe "Ursache" und "Wirkung" auf ihren Alltag. Sie zeichnen Kausalketten von vertrauten Situationen.
Botschaft zum Mitnehmen: Eine Ursache ist ein Ereignis, das ein weiteres Ereignis (= die Wirkung) auslöst. Eine Wirkung ist ein Ereignis, das durch ein anderes Ereignis (= die Ursache) verursacht wird.
Die Klasse kommt auf ihre Definition von Ursache und Wirkung zurück. Der Lehrer schlägt den Schülern vor, eine Liste von verketteten Ereignissen aufzustellen, die zu einer alltäglichen Situation führen, zum Beispiel: "zu spät in der Schule ankommen", "einen leckeren Kuchen backen" usw. Die Verkettung kann durch Pfeile deutlich gemacht werden: Ursache → Wirkung. Es können weitere Alltagsbeispiele genannt und besprochen werden. Der Lehrer macht darauf aufmerksam, dass bei der Beschreibung immer wieder die Wörter "weil" und "deshalb" (oder ähnliche) verwendet werden.
Abb. 5: Kausalzusammenhänge
Zusammenfassung
Zum Schluss fassen die Schüler noch einmal zusammen, was eine Ursache und was eine Wirkung ist.
Beispiel:
Eine Ursache ist ein Ereignis, das ein weiteres Ereignis (= die Wirkung) auslöst. Eine Wirkung ist ein Ereignis, das durch ein anderes Ereignis (= die Ursache) verursacht wird.
Der Lehrer weist die Schüler darauf hin, wie wichtig die Begriffe "Ursache" und "Wirkung" sind. In ihrem Leben werden sie oft in der Situation sein, dass sie sich fragen, warum dieses oder jenes passiert ist, welches die Ursachen und die Wirkungen eines Ereignisses sind. Das kann nicht nur ihren Alltag, sondern auch allgemeinere Fragen betreffen: den Klimawandel etwa, den Verlust der Artenvielfalt, politische oder historische Ereignisse usw. Mit diesen Begriffen und dem damit verbundenen Wortschatz umgehen zu können, ist wichtig, wenn man ein verantwortungsvoller Bewohner dieses Planeten sein/werden möchte.
Evaluation
Der Lehrer kann für die Evaluation den Evaluationsbogen 5 (Ursache und Wirkung erklären) verwenden. Wie in der Phase 2 der Aktivität 2 sollen die Schüler die Rube-Goldberg-Maschine ihrer Gruppe zeichnen und dabei mindestens einen Schritt der Maschine erklären, insbesondere dessen Ursache und dessen Wirkung erläutern (durch Einsetzen von Verbindungswörtern wie "weil" und "daher").
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
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