Covey Denton, MINT-Koordinatorin und Naturwissenschaftslehrerin an der Upper School in Wilson, North Carolina, teilte kürzlich eine Design-Challenge, die sie mit ihren Schülern durchführte. Wir waren so begeistert, dass wir sie um weitere Details baten.

Den ingenieurwissenschaftlichen Designprozess mit Makedo-Werkzeugen im Naturwissenschaftsunterricht der Unterstufe erkunden

In meinem Wahlfach Naturwissenschaften führte ich Schüler der Klassen K-4 mithilfe von Makedo-Werkzeugen in den ingenieurwissenschaftlichen Designprozess ein. Diese einfachen, aber effektiven Werkzeuge sind für das Bauen mit Karton konzipiert. Dieser Upcycling-Designprozess knüpfte direkt an den Besuch einer Künstlerin in unserer Schule an. Bryant Holsenbeck integriert recycelte Materialien in ihre Arbeit, und vor ihrem Eintreffen wurden alle Spezialklassen ermutigt, recycelte Materialien in ihren Unterricht einzubeziehen. Dadurch konnte ich mit unserer Medienressourcen-Spezialistin und Kunstlehrerin zusammenarbeiten. Diese praktische Erfahrung ermöglichte es den Schülern, sich mit Problemlösung, Kreativität und iterativer Gestaltung zu beschäftigen, während sie Elemente für ein kollaboratives Burgprojekt konstruierten.

Die Werkzeuge lernen

Bevor wir uns der Design-Challenge widmeten, widmeten wir eine Woche dem Erlernen des sicheren und effektiven Gebrauchs der Makedo-Werkzeuge:

• Kindergarten und 1. Klasse konzentrierten sich auf das Eindrehen und Herausdrehen von Scrus in vorgestanzte Löcher in den Kartonteilen. Wir führten Begriffe wie „im Uhrzeigersinn“ und „gegen den Uhrzeigersinn“ ein und unseren beliebtesten Spruch „Rechts herum fest, links herum lose“, um ihnen zu helfen, sich die Drehrichtung zu merken.
• Die 2. und 3. Klasse erwarb zusätzliche Fähigkeiten, darunter das selbstständige Stanzen von Löchern, das Rollen von Falten mit dem Falzroller sowie das Anbringen und Lösen von Teilen.
• Die 4. Klasse beherrschte alle Werkzeuge, einschließlich der Sicherheits-Säge, die es ihnen ermöglichte, Teile präziser zu formen.

Die Burg-Challenge

Sobald die Schüler mit den Werkzeugen vertraut waren, wurden sie aufgefordert, Elemente für eine prächtige Burg zu entwerfen und zu bauen. Dieses Projekt ermutigte sie, kritisch über Struktur, Stabilität und Funktionalität nachzudenken. Einige Schlüsselelemente waren:

• Funktionsfähige Zugbrücke: Die Schüler erstellten eine funktionsfähige Zugbrücke, indem sie eine einfache Achse und ein Seil mit großen Kartonteilen verwendeten. Die älteren Schüler wurden dazu aufgefordert, darüber nachzudenken, wo wir die Achse anbringen sollten und welche strukturellen Unterstützungen notwendig wären, um sicherzustellen, dass die Brücke mehrfach angehoben und abgesenkt werden konnte, ohne zu versagen.
• Mauern und Türme: Dies erforderte Problemlösung, um den besten Weg zu finden, Türme zu verbinden und abgerundete Seiten zu schaffen. Die Schüler wurden auch vor die Herausforderung gestellt, zu lösen, wie man flache Teile an vertikalen Stützen befestigt, indem sie L-förmige Kartonverbinder entwarfen. Um mögliche Verbindungen zu brainstormen, brachte ich eine Vielzahl von Verstrebungen und Halterungen mit, um die Schüler zu inspirieren, diese mit Karton nachzubilden.
• Möbel und Bewohner: Die Schüler bauten so viele Dinge, die zur Burg passten: Miniatur-Throne, Wachen und sogar Alligatoren für den Burggraben! Beim Entwerfen von Tieren fragten wir: „Welche geometrischen Formen können wir verwenden, um Kartontiere zu erschaffen?“
• Strukturelle Details: Die Schüler wurden besonders von strukturellen Details herausgefordert. Eine große leitende Frage, die sie hatten, war: „Wie können wir Kartonteile verbinden, um sicherzustellen, dass sie in den gewünschten Positionen bleiben?“ Sie waren entschlossen, die Rückenlehne und den Boden des Kartonthrons im rechten Winkel zu halten. Als Klasse betrachteten wir Stühle im Raum, um zu sehen, wie das Hinzufügen von Armlehnen oder diagonalen Stützen dazu beitragen könnte, die Struktur stabiler und standfester zu machen.

Technische Ergänzungen: Unsere jüngsten Ingenieure wollten Technik wie einen Burg-Fernseher und Laptop hinzufügen. Es machte ihnen Spaß, die Bildschirme zu zeichnen und ein Scharnier einzubauen, damit sie den Laptop schließen konnten.

Förderung von Kreativität und Problemlösung

Über das bloße Bauen hinaus wurden die Schüler ermutigt, ihre Entwürfe iterativ zu verbessern. Wenn ein Stuhl zusammenbrach, überlegten sie, wie sie ihn verstärken könnten. Wenn sich die Beine eines Alligators nicht bewegten, erkundeten sie verschiedene Verbindungstechniken. Dieser iterative Prozess spiegelte die reale Ingenieurarbeit wider und lehrte sie den Wert von Ausdauer und kreativer Problemlösung.

Das Ergebnis?

Eine dynamische, von Schülern erstellte Burg voller fantasievoller Designs und innovativer Ingenieurlösungen. Noch wichtiger ist, dass die Schüler ein tieferes Verständnis dafür entwickelten, wie man Ideen testet, ihre Arbeit verfeinert und zusammenarbeitet, um ihre Visionen zum Leben zu erwecken.

„Noch wichtiger ist, dass die Schüler ein tieferes Verständnis dafür entwickelten, wie man Ideen testet, ihre Arbeit verfeinert und zusammenarbeitet, um ihre Visionen zum Leben zu erwecken.“

Die Makedo-Werkzeuge boten jungen Lernenden das perfekte Medium, um Technik auf spielerische und zugängliche Weise zu erkunden. Zu sehen, wie ihr Selbstvertrauen wuchs, während sie Herausforderungen meisterten und Erfolge feierten, machte dies zu einer unglaublich lohnenden Erfahrung.

Dank an Covey Denton, Wilson, North Carolina USA.