Kern der Unterrichtseinheit ist der Bau eines Gerüstmodells. Bevor die Schülerinnen und Schüler das Modell bauen, sollen technische und gerüstbauspezifische Konventionen erarbeitet werden. Im ersten Schritt (Arbeitsblatt 1) sollen die Schülerinnen und Schüler als Hausaufgabe ein Gerüst in ihrer Umgebung ausfindig machen, fotografieren und das fotografierte Gerüst in eine Zeichnung umsetzen. Die Ergebnisse der Hausaufgabe bilden den Impuls zu Beginn der ersten Unterrichtsstunde. Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Ergebnisse und stellen sie in einem Museumsrundgang vor. Die Ergebnisse werden stichpunktartig zusammengetragen und bilden die Grundlage für die nächste Stunde (Arbeitsblatt 2). Im zweiten Schritt werden die Grundlagen des Gerüstbaus erarbeitet. Das Gelernte soll auf das Gerüst (Foto und Zeichnung) aus der ersten Stunde angewendet werden.
In den folgenden Stunden beschäftigen sich die Lernenden mit dem Aufbau eines Gerüstes und dessen Stabilität. Das Thema Stabilität wird von den Lernenden an einem zunächst einfachen Modell erprobt. Nachdem das Prinzip der Stabilität verinnerlicht wurde, bauen die Lernenden ein großes dreidimensionales Modell (Arbeitsblatt 2). Die Modellbauanleitung (Arbeitsblatt 3) und die Aufgabenstellung ermöglichen ein selbstständiges Arbeiten in Gruppen. Im Bereich der Statik wird von den Schülerinnen und Schülern ein hohes Abstraktionsvermögen verlangt. Daher sollen die Probleme und Aufgaben an einem eigenen Modell festgemacht werden. Ziel ist es, dass der Sinngehalt von strukturierten Lösungswegen deutlich wird.
Die Einheit soll das Gerüstbau-Handwerk für die Schülerinnen und Schüler sichtbar und erfahrbar machen. Durch die breite Erarbeitung der Grundlagen eignet sich die Einheit gut für den Einstieg in die Technische Mechanik. Die Anwendungsaufgaben mit dem Gerüst als Basis können beliebig erweitert werden. Für leistungsstarke Klassen können die Zusatzaufgaben verbindlich festgelegt werden.
DIY: ein Modellgerüst bauen
In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Baustatik und Technische Mechanik für das Fach Physik der Sekundarstufe I und II setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Grundlagen des Gerüstbaus auseinander. Durch einen erlebnisorientierten Einstieg über die Suche nach Gerüsten im eigenen Wohn- und Schulumfeld wird der Aufbau eines Gerüstes vermittelt. Schritt für Schritt nähern sich die Schülerinnen und Schüler mithilfe der Arbeitsmaterialien dem Bau eines eigenen kleinen Gerüstes und erkennen dabei Bezüge zum Gerüstbau-Handwerk in ihrer Umgebung. So wird ausgehend von einem Foto eine Zeichnung angefertigt, eine Zeichnung in ein Modell umgesetzt und die Grundlagen der Stabilität erprobt und diskutiert.
- Mathematik / Rechnen & Logik / Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik
- Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
- 3 Unterrichtsstunden
- Arbeitsblatt
- 3 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Unterrichtsmaterial "DIY: ein Modellgerüst bauen" zum Download
- Arbeitsblatt 1: Blickpunkt Gerüst
Die Aufgaben auf diesem Arbeitsblatt leiten die Schülerinnen und Schüler an, ein Gerüst zu fotografieren, dieses Foto in eine Skizze umzusetzen und die Ergebnisse in Kleingruppen zu diskutieren.
- Arbeitsblatt 2: Modellbau und Stabilität
Mithilfe dieses Arbeitsblattes wird der Stabilitätslehrsatz "Dreieck besteht, Viereck vergeht" in direkter Anwendung am Modell erprobt.
- Arbeitsblatt 3: Bauanleitung
Diese Anleitung bildet die Grundlage für die Aufgaben auf Arbeitsblatt 2 und bietet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für den eigenen Modellbau in Gruppen.
Gesamtdownload
- Alle Materialien
Alle Arbeitsmaterialien der Unterrichtseinheit im PDF-Format können mit diesem ZIP-Ordner heruntergeladen werden.
Unterrichtsablauf
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1. Stunde
Einstieg I (15 Minuten; Museumsrundgang, Blitzlicht)
Ausgangspunkt der Unterrichtseinheit sind die Ergebnisse der Hausaufgabe (Arbeitsblatt 1), in der die Schülerinnen und Schüler Gerüste aus ihrer Umgebung fotografieren, eine Skizze anfertigen, und das Gerüst beschreiben sollten.
Die Schülerinnen und Schüler legen ihre Fotos gut sichtbar auf den Tisch (oder öffnen sie auf ihren Endgeräten). Die Klasse geht 5 Minuten im Klassenzimmer umher und betrachtet die Fotos und Skizzen ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler (ohne zu sprechen). Im Anschluss daran wird in einer kurzen Blitzlichtrunde über die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Fotos und der Skizzen gesprochen.
Hinweis: Alternativ kann die Hausaufgabe auch in einer Doppelstunde durch einen gemeinsamen Spaziergang mit der Klasse durch die Schulumgebung durchgeführt werden.
Erarbeitungsphase I (20 Minuten; Gruppenarbeit)
Die Schülerinnen und Schüler bilden Gruppen (2-3 Schülerinnen und Schüler pro Gruppe). Die Fotos werden in der Gruppe ausgelegt und jedes Gruppenmitglied beschreibt das fotografierte Gerüst so genau wie möglich. Zusätzlich wird der Standort des Gerüstes, die Art der Nutzung und der Aufbau beschrieben (Arbeitsblatt 1).
Die Gruppen halten Gemeinsamkeiten und Unterschiede fest sowie mögliche Probleme beim Anfertigen der Skizzen.
Optional können an der Tafel Begriffe gesammelt werden, die bei der Beschreibung hilfreich sind (Binnendifferenzierung).
Sicherung I (10 Minuten; Plenum)
Die Gruppen präsentieren die erarbeiteten Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Dazu werden exemplarisch Fotos und Skizzen an der Tafel gesammelt.
Zentrale Begriffe zur Beschreibung der Gerüste (zum Beispiel Gerüstmaterial, Größe, Standort) werden festgehalten.
45 Minuten -
2. und 3. Stunde
Einstieg II (10 Minuten; Think-Pair-Share)
Die Lehrkraft schreibt den Satz "Dreieck besteht, Viereck vergeht" an die Tafel. Die Schülerinnen und Schüler diskutieren mit ihren Partnerinnen und Partnern, was mit diesem Satz gemeint sein könnte.
Folgendes Bild kann als Hilfestellung dienen: https://www.bgbau-medien.de/handlungshilfen_gb/daten/ga_bau/f_a/a11081.htm
Erarbeitungsphase II (65 Minuten; Einzel- oder Paararbeit und Gruppenarbeit)
Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten das Arbeitsblatt "Modellbau und Stabilität" (Arbeitsblatt 2). Schritt für Schritt gehen sie von der Berechnung zum eigenen Modell und testen ihr eigenes Modell in Gruppen. Die Anleitung ist dabei die Basis für den Modellbau (Arbeitsblatt 3).
Die Berechnung kann in Einzel- oder Paararbeit durchgeführt werden. Der Modellbau erfolgt in Gruppenarbeit.
Sicherung II (15 Minuten; Plenum und Gruppenarbeit)
Die fertigen Modelle werden in der Klasse ausgestellt. Besonders gelungene Modelle können vorgestellt werden. Gemeinsam kann über die Herausforderungen beim Bau, die Erkenntnisse und Ergebnisse gesprochen werden. Gemeinsam kann festgestellt werden, welche Diagonalen fehlen oder überflüssig sind.
Hinweis: Da der Reflexion der Ergebnisse genügend Raum und Zeit gegeben werden sollte, kann überlegt werden, diese in einer vierten Stunde fortzusetzen.
90 Minuten
Didaktisch-methodischer Kommentar
Das Gerüst war und ist ein unersetzliches Hilfsmittel. Die Geschichte des Gerüsts geht in seiner primitivsten Form zurück bis in das 17. Jahrtausend vor Christus, dort wurde dieses gebraucht, um Malereien in hohen Höhen der Höhlenbehausungen anzubringen. Auch die Ägypter, circa 15.000 Jahre später um circa 1.450 vor Christus, nutzten diese praktischen Hilfskonstruktionen, um riesige Tempelanlagen zu errichten.
Der Nutzen eines Gerüsts lässt sich heute wie vor 17.000 Jahren gleich beschreiben: Das Gerüst ist eine temporäre Hilfskonstruktion und dient zur sicheren Durchführung von Bauarbeiten. Zudem ist es als Lehrobjekt hervorragend geeignet. Durch die geringe Anzahl unterschiedlicher Bauteile und die statisch vereinfachten Systeme können sonst abstrakte physikalische Vorgänge erkannt werden. Die folgende Unterrichtseinheit soll genau diese physikalischen Vorgänge greifbar machen und mit technischen Grundlagen des Gerüstbaus verknüpfen.
Die Unterrichtseinheit mit Sachbezug zum Gerüstbau-Handwerk verkörpert ein beispielhaftes Modell des situierten Lernens, bei dem die Lernenden durch die unmittelbare Auseinandersetzung mit ihrer Lebenswelt zu einem authentischen Zugang zum Lerngegenstand geführt werden. Dieser methodische Ansatz fördert den Lebensweltbezug und ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern, den praktischen Nutzen und die Bedeutung des Gerüstbaus direkt in ihrem Alltag zu erkennen. Durch den Ansatz des induktiven Lernens, bei dem ausgehend von konkreten Beispielen zu abstrakten Begriffen übergegangen wird, wird eine effektive Verknüpfung von Theorie und Praxis erreicht. Durch den Eigenbau des Modells können die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen aktiv anwenden und durch die Durchführung von Stabilitätserprobungen analytische Fähigkeiten entwickeln.
Die in jeder Unterrichtsstunde stattfindende Gruppenarbeit berücksichtigt die Heterogenität der Lerngruppe und unterstützt die individuelle Förderung durch differenzierte Aufgabenstellungen. Sie ermöglicht eine adaptive Lernumgebung, in der die Schülerinnen und Schüler ihren Interessen und Fähigkeiten entsprechend gefordert und gefördert werden. Dieser kooperative Lernansatz stärkt soziale Kompetenzen wie Kommunikations- und Teamfähigkeit und trägt zu einem inklusiven Lernklima bei.
Die Präsentation der Ergebnisse in einer Ausstellung am Ende der Einheit dient nicht nur der Wertschätzung der gemeinsamen Leistung, sondern fördert auch eine positive Feedbackkultur und schult die Reflexionsfähigkeit.
Die Unterrichtseinheit kann auch im Rahmen einer Projektwoche durchgeführt werden. Der Einsatz dieser Unterrichtseinheit im Rahmen einer Projektwoche bietet den Vorteil einer intensiveren Auseinandersetzung mit dem Thema. Darüber hinaus kann die Unterrichtseinheit mit Anwendungsaufgaben zum Lehrplanthema "Technische Mechanik" erweitert werden – auch hier kann ein Sachbezug zum Gerüstbau sinnvoll sein, um eine umfassende Lernerfahrung zu schaffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Unterrichtseinheit methodisch-didaktische Prinzipien wie Lebensweltorientierung, konstruktivistisches Lernen, kooperatives Arbeiten und Lernreflexion nutzt, um ein ganzheitliches, kompetenzorientiertes Lernangebot zu schaffen, das fachliche und überfachliche Lernziele adressiert.
Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- schulen ihr räumliches Denkvermögen.
- schulen ihr Abstraktionsvermögen.
- beachten beim Bau des Modells die technischen und funktionellen Anforderungen (zum Beispiel Statik) und bauen unter Anleitung ein stabiles Modell.
- erkennen statische Systeme und überführen diese in eine Zeichnung.
- lernen, zu differenzieren und zu kategorisieren.
- lernen, bereits Erarbeitetes zu revidieren und Alternativen zu finden und zu bewerten.
- lernen Grundzüge von ingenieurspezifischen Methodiken.
- wenden mathematische Verfahren auf physikalische Sachverhalte an.
- beziehen theoretische Überlegungen und Modelle zurück auf Alltagssituationen und reflektieren ihre Generalisierbarkeit.
Sozialkompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler
- arbeiten kriteriengeleitet im kooperativen Lernsetting.
- arbeiten in verschiedenen Sozialformen und bauen ihre Kommunikationsfähigkeit aus.
- lernen, sich arbeitsteilig zu organisieren.
- kommunizieren ihre eigenen Ideen mit der Gruppe und realisieren sie in der Gruppenarbeit.
- lernen, Kompromisse zu schließen und aus mehreren Ideen, eine Auswahl zu treffen.
- treffen begründete Entscheidungen in Bezug auf die Rollen in der Gruppe und die Ausrichtung des Gruppenergebnisses.
Verwendete Literatur
Jeromin, Wolf: Gerüste und Schalungen im konstruktiven Ingenieurbau, 1. Auflage, Wiesbaden, 2017, Springer Vieweg.
Verwendete Internetadressen
- Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft: Übersicht
Über diesen Link gelangen Sie zur Homepage der Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft und zu einer Übersicht über alle relevanten Themenbereiche.
Weiterführende Informationen
- Videos: Technische Mechanik
Dieser Link führt zu einem Youtube-Kanal mit Erklärvideos aus dem Bereich der Technischen Mechanik.
