Workshop an der Wilhelm-Nevoigt Grundschule

Einleitung

Vom 30.11.2016 bis zu den Brandenburger Sommerferien 2017 veranstaltet der FabLab Cottbus e.V. im Rahmen der Nachmittagsbetreuung der Wilhelm-Nevoigt Grundschule jeden Mittwoch einen Workshop. Dieser hat das Ziel, elektrotechnische Themen durch praktische sowie spielerische Betätigung zu vermitteln. Dies ist die Dokumentation der Workshopreihe.

Hintergrund und Entwicklung des Themas

Alles begann auf der Nacht der kreativen Köpfe, wo wir unsere Werkstatt präsentierten. Neben der Ausstellung aktueller Projekte konnten vor Ort kleine "Roboter" gelötet und Taschen genäht werden. Die Rektorin der Wilhelm-Nevoigt Grundschule sprach uns auf Grundlage dieser Darstellung an. Es ging also explizit darum, handwerkliche Betätigung in die Schule zu bringen, die über Schere und Papier hinaus geht. Aufgrund der Anzahl und der Regelmäßigkeit der Veranstaltungen sowie des eigenen Anspruches, die Bauprojekte nicht nur nachbauen sondern auch rudimentär verstehen und in einen soziotechnischen Zusammenhang einordnen zu können, musste ein roter Faden her. Hinzu kam die Herausforderung, dass der Workshop, wie alle anderen Nachmittagsangebote auch, an einem Tag den Schülern präsentiert werden sollte, damit sie ihre Wahl treffen können. Die Workshopreihe musste also einerseits aus handwerklichen Projekten bestehen, die nach Spaß aussehen und andererseits einen Kausalzusammenhang haben, der den theoretischen und soziotechnischen Hintergrund praktisch erfahrbar macht (der in der Regel nicht nach Spaß aussieht).

Bristlebot

Wir entschieden uns dafür, am Tag der Präsentation Bristlebots zu bauen und fahren zu lassen. Das sind einfachste Laufroboter, Zahnbürstenköpfen, auf denen Vibrationsmotoren aus alten Mobiltelefonen und Knopfzellen verklebt sind, die den Kopf sanft und verspielt über Oberflächen gleiten lassen. Diese "Roboter" verbinden viele Aspekte: Sie funktionieren durch einen sehr einfachen Stromkreis sowie durch Teile, die im Alltag überall zu finden sind. Hinzu kommt, dass die Motoren aus alten Mobiltelefonen gewonnen werden müssen. Das bringt einerseits die Recycling-Thematik auf den Tisch. Andererseits bekommen die Schüler dadurch einen Einblick in die Tatsache, dass ein Handy mehr als ein einzelner Gegenstand ist, nämlich eine in ein Gehäuse versammelte Anhäufung von Komponenten. Dieser Einblick ist der erste Schritt, um moderne Technik verstehen zu können. Die weiteren Themen der Workshopreihe waren durch die Komponenten des Bristlebots vorgegeben, denn er sollte ja auch verstanden werden. So ergaben sich folgende Themen: Strom, Stromkreis, Batterie, Motor (Ferromagnetismus, Elektromagnetismus (Spule)). Die Themen wurden so angeordnet, dass es immer wieder Höhepunkte gibt, um es nicht eintönig werden zu lassen, damit der Spaß nicht zu kurz kommt. Im Folgenden sind die einzelnen Themen in der behandelten Reihenfolge aufgelistet und inhaltlich dargestellt.

Rahmen

• Schüler von der 2. bis zur 4. Klasse
• 3 Workshopleiter, im Wechsel 2 pro Veranstaltung
• Länge: 45 Minuten, immer Mittwochs
• ca. 30 Schüler, zwei Gruppen (geteilt in Jüngere und Ältere, die im Wechsel kamen)

Inhalte

Strom/Spannung, die Schaltung (1)

Es wurde damit eingeleitet, dass wir ja eigentlich vor haben Bristlebots zu bauen. Weil wir es aber da mit Strom zu tun bekommen, wollen wir uns den zuvor gesondert anschauen. Ziel war es, eine Idee oder ein Gefühl für das zu bekommen, was der Strom-Spannungszusammenhang ist und wie ein Stromkreis verstanden werden kann, ohne über die Theorie zu sprechen. Einleitend verwendeten wir Luftballons, die an der Kleidung durch Reiben statisch aufgeladen wurden und dann an die Haare oder Arme gehalten werden konnten. Die Schüler hatten großen Spaß daran, die statische Aufladung zu erforschen und ihre Kraft zu spüren. Dieses Video kann unterstützend zu dieser physischen Erfahrung gezeigt werden:

Was ist Strom?

Danach wurden Batterien herausgeholt und erläutert, dass die Energie, die wir zuvor gespürt hatten, in diesen steckt und die Bots mit ihnen versorgt werden. Anschließend konnten die Schüler sich selbst in Gruppen aufteilen. Jede Gruppe bekam eine Steckplatine, mit bunten Leuchtdioden, Batterie, Steckkabeln und Widerständen. Das Ziel war es, die Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen und zu erforschen, was passiert, wenn ein Widerstand zwischen Batterie und Diode gelötet wird. Wir waren selbst überrascht, wie viel Spaß die Schüler an diesem Vorhaben hatten. Danach wurde darauf hingewiesen, dass der Bristlebot ganz ähnlich mit der Batterie verbunden ist.

der Bristlebot (2-4)

Da die Schüler sich wegen des Bristlebots angemeldet hatten, mussten wir frühzeitig mit diesen beginnen, weil sonst Erwartungen enttäuscht werden würden. Dazu ließen wir die Schüler wieder Gruppen bilden. In der ersten Veranstaltung bekam jede Gruppe ein Mobiltelefon und Schraubendreher. Ziel war es, das Gehäuse der Telefone zu öffnen und den Vibrationsmotor gemeinsam zu finden. Damit die Schüler wussten, wonach sie suchen, wurde ein ausgebauter Motor zu Anfang gezeigt. In der zweiten Veranstaltung konnten die Gruppen sich eine Zahnbürste aussuchen, von der der Kopf abgetrennt wurde. Anschließend löteten die Workshopleiter mit der Hilfe der Schüler Kabel an die Vibrationsmotoren. Dabei wurde das Lötverfahren erläutert (die Schüler durften aus Sicherheitsgründen nicht löten). Im nächsten Schritt konnten die Gruppen ihre Motoren mit Heißkleber auf die Zahnbürstenköpfe kleben. Beim dritten Treffen wurden Stabilisationsdrähte gebogen und ebenfalls auf die Zahnbürstenköpfe geklebt. Hinzu kamen Knopfzellengehäuse, die mit den Motoren verlötet und auch auf die Köpfe geklebt wurden. Danach konnten erste Tests gemacht werden. Ziel war es, dass die Bristlebots auf einer kleinen Rennstrecke eine Runde schaffen. Dafür experimentierten die Schüler mit den Stabilisationsdrähten und versuchten ein gutes Gleichgewicht zu finden.

Ferromagnetismus (5)

Eingeleitet wurde mit den Worten, dass wir uns in der nächsten Zeit den Elektromotor auf den Bristlebots genauer anschauen und sogar einen eigenen bauen werden. Um das zu schaffen, würden wir uns vorher den Magnetismus anschauen, weil der das Drehen ermöglicht. Die meisten Schüler hatten schon mal Magnetismus in der Schule oder privat behandelt. Um diese Kenntnisse aufzufrischen, konnten sich die Schüler wieder in Gruppen aufteilen. Jede Gruppe bekam zunächst einen Magneten, mit dem sie folgende Experimente veranstalten konnte:

• Welche Materialien sind magnetisch? Jede Gruppe bekam ein Stück Plastik, Holz und verschiedene Metalle. Anschließend wurde gefragt, was die magnetischen Dinge miteinander gemeinsam haben.
• Wie reagieren zwei Magneten aufeinander? Die Gruppen bekamen einen zweiten Magneten und konnten die Anziehungs- und Abstoßungskräfte ergründen. Anschließend wurden sie gefragt, wie diese Kräfte auftreten.
• Was ist ein Magnetfeld? Die Schüler konnten ihre Magneten an den Boden einer Plastikwanne halten und die Musterbildungen von Eisenstaub beobachten, der sich in dieser Wanne befand.
• Was ist ein Kompass? Jeder Schüler bekam ein Stück Styropor und einen magnetisierten Nagel, der in das Stück gesteckt wurde. In einer Wasserwanne konnten die Stücke dann getestet werden. Außen wurde ein Magnet an die Wanne herangeführt und dann gemeinsam die Ausrichtungsbewegung des schwimmenden Styroporstückes beobachtet.

Elektromagnetismus (6)

Um auf den Motor vorzubereiten, wurde vorgeführt, wie durch das Umwickeln von Draht um ein Stück Metall und das Anlegen einer Spannung ein Magnetfeld entsteht. Damit die Verbindung zum Ferromagneten ersichtlich wird, wurden beide anhand des Metallstaubes verglichen und es wurde gezeigt, dass sie sich gleichermaßen abstoßen sowie anzehen können. Damit dieses Prinzip auf die Drehbewegung des Motors übertragen werden kann, bauten wir im Lab eine spezielle Anordnung von Ferromagneten und Elektromagneten.

Motordemonstration