Skip to content

Technik verbindet – technische Realkontexte im Unterricht anderer Fächer

Unter dem Motto „Technik verbindet“ wird der integrative Charakter der Technikwissenschaften im Unterricht anderer Fächer mit technischen Lernumgebungen aufgegriffen. Der Beitrag stellt ein erprobtes Konzept vor, das Chancen für einen fächerübergreifenden bzw. fächerverbindenden Unterricht ermöglicht, die den Schülerinnen und Schülern neue, integrative Zugangswege zur Mathematik und den naturwissenschaftlichen Fächern mit deutlicher Anwendungsorientierung eröffnen können.   Der Erwerb technischer Kompetenzen wird zunehmend als notwendiger Bestandteil einer allgemeinen Schulbildung angesehen. Dabei unterstützt der allgemeinbildende Wert technischer Bildung in einer zunehmend durch Technik bestimmten Welt die gesellschaftliche Notwendigkeit, zukünftige Diskussionen über technische Entwicklungen und Entscheidungen auf der Basis eines soliden Grundwissens führen zu können.

Technische Kontexte

Aber auch die mit technischer Schulbildung verbundene Berufs- und Studienorientierung ist ein wesentlicher Bestandteil, der den Schülerinnen und Schülern Chancen für eine zukünftige berufliche Lebensgestaltung in diesen Bereichen eröffnet. Eine flächendeckende Umsetzung ist über Informatik- und Technikunterricht auch mittelfristig wegen der fehlenden Fachlehrkräfte zunächst nicht erreichbar. Mit dem Ansatz „Technik verbindet“ wird versucht, realtechnische Kontexte in den Unterricht anderer Fächer einzubinden und auch experimentell erfahrbar zu machen. Dies erleichtert den Kompetenzerwerb, denn für die Schülerinnen und Schüler bedeutet dies einen handlungsorientierten, anschaulichen und anwendungsbezogenen Umgang in dem jeweiligen Fach. Auch fächerverbindende gemeinsame technische Projekte mit naturwissenschaftlichen und mathematischen Bezügen können unter Beachtung der jeweiligen Kompetenzerwartungen initiiert und beispielhaft entwickelt werden.

Geeignete Experimentalumgebungen

Eine besondere Herausforderung besteht in der Auswahl der zu verwendenden technischen Lernumgebungen. Diese müssen so beschaffen sein, dass sie nicht zwingend eine technische Ausbildung der beteiligten Lehrkräfte erfordern, sondern mit keinem oder geringem Schulungsaufwand einsetzbar sind. Hier bieten sich entsprechend der umfangreichen vorliegenden Erfahrungen Experimentalsysteme an wie z. B. FiloCut-Styroporschneidemaschine, Sensorik mit Datalogger bzw. GTR Einsatz, Fischertechnik-Lernumgebungen, LEGO EV3 Roboter und andere Robotiksysteme, LEGO Naturwissenschaft und Technik, Geoinformatik/Vermessung, Spidercam.

Außerschulische Partner

Die Einbindung außerschulischer Bildungspartner aus Hochschulen und Unternehmen erlauben darüber hinaus anspruchsvollere Kontexte, die ein höheres Maß an technischen Fachkompetenzen erfordern, – wie beispielweise 3-D-CAD Konstruktion. Insbesondere in den in NRW flächendeckenden MINT-Netzwerken der Gemeinschaftsoffensive „Zukunft durch Innovation.NRW“, aber auch in den mittlerweile bundesweit entstehenden regionalen MINT-Verbünden kann die Vermittlung geeigneter außerschulischer Partner koordiniert und organisiert vorgenommen werden, sodass diese nicht von der zum Teil zufälligen Bekanntschaft einzelner Lehrkräfte abhängt.

3-D-CAD und Fertigung – den Raum

  sichtbar machen „Den Raum sichtbar machen!“ – unter diesem Motto konstruieren und fertigen Schülerinnen und Schüler in Grund- und Leistungskursen im Fach Mathematik mit einer 3-D-CAD-Software, Fräse oder Lasercutter ihr eigenes dreidimensionales Koordinatensystem aus Plexiglas, um anschließend die im Lehrplan anstehende Vektorrechnung anschaulich zu machen. Es werden drei ineinander steckbare Platten mit vier Millimeter Stärke und einer Kantenlänge von 25 Zentimeter als Lochplatten mit Vier-Millimeter-Löchern im zwei Zentimeter Abstand konstruiert. Die Konstruktion in der erprobten Unterrichtseinheit erfolgt mit Autodesk Inventor, einer Profi-CAD-Software. Die entsprechenden „LabCards“, die die Konstruktion einer Fläche selbstlernend ermöglichen, sind als Download verfügbar. Natürlich ist auch der Einsatz anderer CAD-Konstruktionsprogramme möglich. Dies hängt davon ab, mit welcher Software schulexterne Bildungspartner arbeiten oder welche Software ggf. Mathematiklehrkräfte beherrschen. Es bietet sich an, Unternehmen mit solchen konkreten Kooperationsideen in die Unterrichtsaktivitäten einzubinden. Besonders erfolgreich wird dies, wenn Auszubildende oder Studierende (Duale Studiengänge) aus Unternehmen die Moderation der Kurse übernehmen. Abgerundet kann die Einheit durch einen Unternehmensbesuch werden, bei dem unter Beteiligung der Schülerinnen und Schüler die Plexiglasplatten gefertigt werden.

Unterrichtsverlauf

Für diese Einheit werden ca. acht Zeitstunden aufgewendet. Nach einhelliger Aussage bisher beteiligter Mathematik-Lehrkräfte ist dies aber kein Add-On in der eh knappen Unterrichtszeit, sondern führt zu vertieftem räumlichem Vorstellungsvermögen, das so „im normalen Matheunterricht kaum erreicht werden kann“ (Zitat einer Leistungskurs-Lehrerin), und bietet für die weitere Behandlung der Vektorrechnung eine effektive Grundlage.

Die Ausgangsfragestellung lautet: Wie müssen drei Plexiglasplatten so bearbeitet werden, dass sie zu einem stabilen Koordinatensystem zusammengefügt werden können? Die Schülerinnen und Schüler erhalten den Auftrag, aus drei Papierquadraten aus festerem Papier mit einer Schere eine entsprechende Konstruktion zu erstellen. Dabei ist natürlich der Auftrag verbunden, zunächst zeichnerische Überlegungen anzustellen und ggf. auf Normalpapier Konstruktionsideen zu verfolgen und Prototypen anzufertigen.

Anschließend (nach ca. 30 – 45 Minuten) erfolgt eine Sammlung der Überlegungen und gemeinsames Erarbeiten und Skizzieren der finalen drei Ebenen inklusive der Längenangaben an Tafel oder am Aktivboard. Mit den ausgedruckten Anleitungen und den Tafelskizzen werden dann die drei Ebenen am PC oder Notebook von den Schülerinnen und Schülern konstruiert und abgespeichert. Zum Abschluss der Einheit werden z. B. in einem Unternehmensbesuch 15 Modelle gefräst oder mit dem Lasercutter ausgeschnitten.

Da dies gegebenenfalls nicht immer möglich ist, wird zurzeit ein Video erstellt, das den Fertigungsvorgang an einer realen Fräsmaschine dokumentiert. Es sollte immer dann eingesetzt werden, um auch ohne Unternehmensbesuch den kompletten technischen Handlungsablauf von der Idee zum Produkt darzustellen (nach Fertigstellung wird das Video hier abrufbar sein).


© Klaus Trimborn

Wie können drei Plexiglasplatten so bearbeitet werden, dass sie zu einem stabilen Koordinatensystem
zusammengefügt werden können?


© Klaus Trimborn

Konstruktion des Koordinatensystems – vom Prototypen in die digitale 3-D-CAD-Version

Erfahrungen

Diese Maßnahme wurde bereits an verschiedenen Standorten in NRW mit zahlreichen Mathematikkursen der gymnasialen Oberstufe durchgeführt. Die grundsätzlicheIdee der Plexiglasmodelle stammt von MUED e. V. (Mathematik- Unterrichts-Einheiten- Datei e. V. – www.mued.de), hier sind auch ein entsprechender Modellsatz sowie ausgearbeitete Verwendungsmöglichkeiten im Unterricht erhältlich. Die Konstruktion in der beschriebenen Einheit weicht allerdings insofern ab, dass hier nur drei Flächen benötigt werden, die so konstruiert sind, dass sie ineinandergesteckt einen stabilen Aufbau ergeben.

Klaus Trimborn


Über den Autor:

Klaus Trimborn ist Gymnasiallehrer für Technik und Chemie am Heinrich-von-Kleist- Gymnasium in Bochum-Gerthe und seit 2010 schulfachlicher Landeskoordinator des Ministeriums für Schule und Bildung NRW für zdi.NRW.


Download-Material:

Hier können Sie das gewünschte Zusatzmaterial zum Download anfordern.

[caldera_form id="CF5ec3d5b1a3c52"]

Hat Ihnen dieser Artikel gefallen?

Mehr davon finden Sie in unserer Lehrerzeitung MINT Zirkel! Mit dem digitalen MINT Zirkel-Abo erhalten Sie regelmäßig neue Ausgaben der digitalen Lehrerzeitung – vollgepackt mit praxisnahen Fachartikeln, didaktisch fundierten Materialien und exklusiven MINT Zirkel-Zusatzmaterialien. Speziell für Lehrkräfte im MINT-Bereich.

Beitrag teilen:

Facebook
X
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Externe Wärmepumpe an einem Haus im Grünen
20. Januar, 2026
Deutschlands Energieversorgung muss klimaneutral werden – eine Mammutaufgabe. Durch die geschickte Wahl effizienter Verbraucher wird die Umstellung aber leichter, als es auf den ersten Blick scheint.
Gletscher in einem isländischen Nationalpark
13. Januar, 2026
Die Klimakrise zählt zu den größten Herausforderungen unserer Zeit und eine ihrer sichtbarsten Folgen ist die beschleunigte Gletscherschmelze. Dies ist jedoch kein neues Phänomen, denn bereits in den vergangenen 150 Jahren stiegen die Temperaturen weltweit deutlich an und bedrohen seitdem die Gletscher als wichtige Süßwasserspeicher. Ein anhaltendes Schmelzen der Gletscher kann kurzfristig Überschwemmungen auslösen sowie langfristig zu Wassermangel führen. Zudem verstärkt der Rückgang heller Eisflächen durch die sinkende Albedo den globalen Temperaturanstieg. Um Schüler:innen frühzeitig für diese Zusammenhänge zu sensibili-sieren, wurde ein digitales Lerncomic für die Klassenstufe 5/6 entwickelt.
Sitzungssaal mit vielen Menschen
7. Januar, 2026
Ende 2024 gingen, zum Teil von den Medien un(ter)beobachtet, mehrere UN-Konferenzen zu Ende, die sämtlich um den Erhalt unserer Umwelt gerungen haben. Inzwischen neigt sich 2025 dem Ende zu und wir befinden uns weiterhin auf einem desaströsen Pfad des sich beschleunigenden Klimawandels, Artenverlustes und der Umweltverschmutzung.
Zwei gefüllte Champagnergläser vor Bokeh-Hintergrund
30. Dezember, 2025
Das Schuljahr ist wieder gestartet. Für Millionen Schüler:innen, Lehrkräfte und Eltern fühlt sich der Alltag jetzt, nach dem Sommer, ähnlich an wie der davor. Es gibt wieder: frühes Aufstehen, verstopfte Schultoiletten, Formeln, Vokabeln und unrenovierte Gebäude. Für alle, die dabei Gefahr laufen, in den Trott vom letzten Jahr zu verfallen, hilft vielleicht der Blick auf zwei wissenschaftliche Highlights der letzten Zeit.
Eine Frau, von der nur die Arme zu sehen sind, hält ein Glas mit einem künstlichen Weihnachtsbaum ins Bild
23. Dezember, 2025
Das populärwissenschaftliche britische Magazin New Scientist erscheint seit 1956 jede Woche. Von 1967 bis 1977 enthielt es die Kolumne „Tantalizer“ (auf Deutsch: „Peiniger“) mit mathematischen und logischen Rätseln, die von dem britischen Philosophen Martin Hollis geschrieben wurden. Seit dem 22. Februar 1979 findet man in dem Magazin eine Denksportkolumne mit dem Titel „Enigma“ (auf Deutsch: „Rätsel“). Die Kolumne lief fast 35 Jahre lang, als am 28. Dezember 2013 das 1780. und letzte „Enigma“ erschien. Am 2. Januar 2013 stellte Peter Chamberlain das folgende Rätsel.
Adventsgesteck mit vier roten brennenden Kerzen
16. Dezember, 2025
Advent ist nicht nur die Zeit des Lichts, sondern auch des Nachdenkens – und manchmal sogar des logischen Denkens. Das folgende Rätsel bringt die feste Struktur des Adventsbrauchs mit einer kleinen mathematischen Herausforderung zusammen. Perfekt für alle, die gern über Kerzen hinaus in Zahlen denken. Viel Freude beim Knobeln!
Rentier im Schnee
9. Dezember, 2025
Weihnachten 1939 gab die Kaufhauskette „Montgomery Ward“ aus Chicago ein von Robert Lewis May entworfenes Malbuch für Kinder heraus, das von einem Rentier mit einer leuchtend roten Nase namens Rudolph handelte. 1949 landete Gene Autry mit dem darauf basierenden von Johnny Marks geschriebenen Weihnachtslied „Rudolph, the Red-Nosed Reindeer“ einen Welthit. Die Geschichte des rotnasigen Rentiers ist auch mehrfach verfilmt worden.
Leere Liste vom Weihnachtsmann inmitten weihnachtlicher Dekoration wie Zuckerstange und Weihnachtsmütze
2. Dezember, 2025
Simone Falk-Hiller wurde 1966 in Bremen geboren. Sie ist Betriebswirtin und Programmiererin, arbeitet als Lehrbeauftragte an der Lüneburger Universität Leuphana und bietet an Volkshochschulen Programmierkurse an. Außerdem ist sie eine sehr kreative Erfinderin von Denksportaufgaben. 2023 entwarf sie folgende Knobelei.
Geschmückter Tannenbaum steht in mystischerr Kulisse
26. November, 2025
Das populärwissenschaftliche britische Magazin New Scientist erscheint seit 1956 jede Woche. Von 1967 bis 1977 enthielt es die Kolumne „Tantalizer“ (auf Deutsch: „Peiniger“) mit mathematischen und logischen Rätseln, die von dem britischen Philosophen Martin Hollis geschrieben wurden. Seit dem 22. Februar 1979 findet man in dem Magazin eine Denksportkolumne mit dem Titel „Enigma“ (auf Deutsch: „Rätsel“). Die Kolumne lief fast 35 Jahre lang, als am 28. Dezember 2013 das 1780. und letzte „Enigma“ erschien. Am 2. Januar 2013 stellte Peter Chamberlain das folgende Rätsel.
LEGO Education Science im Unterricht
26. November, 2025
Es kann frustrierend sein, sowohl für Schüler:innen als auch für Lehrkräfte an weiterführenden Schulen: Man gibt alles, gestaltet den Unterricht abwechslungsreich, sucht lebensnahe Beispiele, und trotzdem scheint das Interesse mancher Kinder und Jugendlichen schnell zu schwinden. Spätestens beim Korrigieren der Klassenarbeiten fragt man sich: Haben wir dieses Thema überhaupt behandelt? Was bleibt, ist das Gefühl, dass Wissen zwar vermittelt, aber nicht wirklich verankert wurde.
Junge Frau hält eine Tasse mit Kakao und Marshmallows in der Hand, während sie ein Buch liest
19. November, 2025
Vorweihnachtszeit, Advent und dann endlich die Tage zwischen den Jahren: Endlich wieder ein wenig mehr Ruhe, um etwas Spannendes aus der MINT-Welt zu lesen. Stöbern Sie mit uns – hier kommen unsere Lektüreempfehlungen für die Weihnachtstage.
Pappschild mit einer farbigen Zeichnung einer brennenden Erde
19. November, 2025
Schon längst ist der Klimawandel kein politisches oder gesellschaftliches Randthema mehr. Die Klimaveränderungen sowie die damit verbundenen Auswirkungen auf Natur und Mensch betreffen uns alle. Hinzu kommt, dass vor allem die nachfolgenden Generationen mit den Folgen der globalen Erderwärmung umgehen und leben lernen müssen. Dafür ist es wichtig, dass schon Kinder verstehen, wie diese Veränderungen entstehen, welche Lebensgrundlagen dadurch bedroht sind und wie sie aktiv eine lebenswerte Zukunft für alle gestalten können.

Vielen Dank, dass Sie sich für den MINT Zirkel interessieren. Registrieren Sie sich jetzt, um Zugriff auf alle Zusatzmaterialien zu erhalten oder melden Sie sich mit Ihren bestehenden Zugangsdaten zu Ihrem “Mein MINT Zirkel-Account“ an.