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Küstenschutz im Klassenzimmer – Experimente mit dem Deichmodell

Steigende Meeresspiegel, zunehmende Sturmfluten und veränderte Lebensräume – der Klimawandel stellt unsere Küsten vor immense Herausforderungen. Solche großen Phänomene lassen sich im Schulalltag jedoch oft nur schwer greifbar machen. Für genau dieses Problem wurde ein Deichmodell adaptiert, mit dem Lehrkräfte derartig komplexe Themen ins Klassenzimmer holen und Schüler:innen aktiv verschiedenste Küstenschutzmaßnahmen nachbauen oder auch neu entwickeln können. Durch selbst erzeugte Wellen können sie zudem die Wirksamkeit ihrer Konstruktion beobachten und messen. So verbindet das Modell praxisnahes Experimentieren mit einem tieferen Verständnis für den Einfluss des Klimawandels auf unsere Lebensräume.

Ein Beitrag von Finja Rath, Mahdi El Tegani und Prof. Dr. Claas Wegner

Das Deichmodell basiert auf dem Wave Tank der britischen JBA Trust Organisation, die insbesondere im Forschungsbereich des Umweltrisikomanagements agiert. Der Wave Tank wurde als Vorlage für die Bauweise des Deichmodells genommen und an ausgewählten Stellen, etwa am Wellenmechanismus, vereinfacht. In Anlehnung an die Lernressourcen der JBA Trust Organisation wurden eigene Materialien entwickelt, die sich auf den deutschen Raum stützen und zudem Diskurse über Nachhaltigkeit differenzierter in den Blick fassen.

Videotipp

Eine eindrucksvolle Demonstration der Funktionsweise des Wave Tank finden Sie hier:

So funktioniert das Deichmodell

Bevor die Arbeitsphase beginnt, wird das Modell zu etwa einem Drittel mit Wasser befüllt. Für die Sichtbarkeit sollte das Wasser zuvor mit etwas Lebensmittelfarbe eingefärbt werden. Zudem muss das Modell aufgebockt stehen, sodass ein Becherglas für die Messungen unter das Sammelbecken gestellt werden kann. Die Schüler:innen überlegen sich geeignete Schutzmaßnahmen (z. B. eine Steilwand an der Küste oder ein vorgelagerter Wellenbrecher), die sich im Modell entweder mithilfe verschiedener Aufsätze umsetzen lassen, die auf die eingezogene Zwischenwand gesetzt werden können, oder in Form von Modulen, die vor der Zwischenwand in den Wellenkanal eingesetzt werden. Zudem können die Schüler:innen mit Tetrapoden arbeiten oder Steine und/oder Pflanzen wie Katzengras als Form eines künstlichen Riffs einsetzen. Optional kann etwas Sand in das Modell eingefüllt werden, um die Abtragung von Sedimenten stärker sichtbar zu machen.

Über das eingebaute Brett bringen die Schüler:innen das Wasser in Bewegung und erzeugen Wellen, die auf ihre eingesetzten Module treffen. Hinter der eingezogenen Deichwand befindet sich ein Sammelbecken, aus dem übergetretenes Wasser in ein Becherglas abläuft. Da die Wellenbewegungen analog gesteuert werden, ist darauf zu achten, dass sie gleichmäßig ausgeführt werden. An dieser Stelle besteht die Möglichkeit einer Diskussionsphase, in der die Schüler:innen zum Beispiel die Kontinuität der Wellenintensität durch die Bedienung per Hand beurteilen. Dadurch können sie unter anderem die Funktionsweise und die Realitätsnähe des Modells hinterfragen und Verbesserungsvorschläge entwickeln.

Querschnitt des adaptierten Deichmodells
Querschnitt des adaptierten Deichmodells | © Finja Rath

Das Modell im Biologieunterricht

Das Deichmodell bietet diverse Lernansätze für unterschiedliche Fachkontexte. Es lässt sich, abhängig von der didaktischen Gestaltung, besonders gut in der Sekundarstufe I einsetzen. Im Fachbereich Biologie kann der Unterricht unter anderem an die Inhaltsfelder „Ökologie und Naturschutz“, „Ökosysteme und ihre Veränderungen“ oder auch „Vielfalt und Angepasstheit von Lebewesen“ geknüpft werden. Dabei kann der Lebensraum Küste genauer betrachtet werden, insbesondere wie Tiere, Pflanzen und auch Menschen an die dynamischen Bedingungen angepasst sind und sich künftig weiter anpassen müssen – etwa aufgrund des steigenden Meeresspiegels und der zunehmenden Dünen- und Deicherosion.

Das Modell im Technik- und Physikunterricht

Ebenso eignet sich ein Einsatz im Bereich der Physik oder im Fach Technik. Als Teil der Inhaltsfelder „Bewegung, Kraft und Energie“, „Elektrische Energieversorgung“ oder „Planung und Herstellung technischer Systeme“ kann zum Beispiel die Funktionsweise eines Wellenkraftwerks erprobt und technisch selbstständig entwickelt werden.

Im Inhaltsfeld „Kräfte und Körper“ finden sich Bezüge zum Einfluss vom Mond auf die Gezeiten und damit zu Springtiden, die maßgeblich mit dem Küstenschutz in Verbindung stehen. Das Modell kann außerdem gut in den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg eingebettet werden.

Hier ein Unterrichtsbeispiel für das Deichmodell im naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg:

Aufsätze und Module des Deichmodells
Aufsätze und Module; hintere Reihe von links nach rechts: Wellenbrechermodul, Treppenmodul, Rampenmodul; vordere Reihe von links nach rechts: Blockaufsatz, Tetrapode, C-Aufsatz | © Finja Rath
  1. Beobachtung: Erfahrungen aus dem Urlaub oder von einer Klassenfahrt (z. B. Nord-/Ostsee), aktuelle Nachrichten im Zusammenhang mit dem Meeresspiegelanstieg, Daten über die Zunahme von Sturmfluten etc.
  2. Fragestellung: Wie kann die Küste vor Hochwasser geschützt werden?
  3. Hypothese: Stein- oder Betonwände können das Wasser wie eine Mauer vom Landesinneren abhalten.
  4. Experiment: Deichmodell mit steilem Wandeinsatz
  5. Ergebnis: Eine steile Wand schützt nur bedingt vor Überschwemmungen.
  6. Interpretation: Steilwände können an Küsten eine Maßnahme gegen Hochwasser sein; die Flächen vor den Steilwänden werden jedoch weggespült und das Wasser tritt bei starkem Wellengang über die gesetzten Mauern.

Beispielhafte Lernziele

Die angestrebten Kompetenzen des Unterrichtsprojekts können je nach Fach, Unterrichtsthema und Jahrgangsstufe variieren:

Methodische Kompetenzen

Die Schüler:innen können …

… verschiedene Deichbauarten modellhaft nachstellen und ihre Funktionsweise erklären.

… kreativ künstliche Wellenbrecher oder Riffe entwerfen und modellieren.

… Planungsskizzen entwerfen, nachbauen und anwenden.

… Simulationen (z. B. Sturmfluten) durchführen und dokumentieren.

Fachliche Kompetenzen

Die Schüler:innen können …

… verschiedene Küstenschutzstrategien bewerten und auf reale Szenarien übertragen.

… die Ergebnisse der Modellversuche in Gruppen diskutieren und präsentieren.

… Strategien zur Schadensbegrenzung bei Hochwasser diskutieren.

… den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Küstenschutz erläutern.

Das Modell als Teil von BNE

Aufgrund der Verküpfungsmöglichkeiten mit aktuellen Herausforderungen des Klimawandels eignet sich das Modell in besonderer Hinsicht für die Integration einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE), die immer mehr an Bedeutung im Bildungssektor gewinnt. Im Kontext der globalen Nachhaltigkeitsziele zeigt das adaptierte Deichmodell besondere Stärken bei der Behandlung der Ziele 13 (Maßnahmen zum Klimaschutz), 14 (Leben unter Wasser) sowie 15 (Leben an Land). Das Modell liefert viele praktikable Ansätze für die Umsetzung, die in didaktische Konzepte übersetzt werden können. Nimmt man hier das Unterrrichtsbeispiel für das Deichmodell im naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg, können weiterführend Diskussionen über verschiedene Nachhaltigkeitsaspekte geführt werden. Denkbar wäre unter anderem ein Rollenspiel, das die ökonomische, ökologische und soziale Nachhaltigkeitsdimension einbezieht. Hierbei wird der Küstenschutz aus den Perspektiven einer Nationalpark-Rangerin, eines Touristen sowie einer Anwohnerin betrachtet. Das Deichmodell wird dann hinzugezogen, um verschiedene Schutzmaßnahmen zu erproben und vor dem Hintergrund der drei Rollen zu bewerten.

Download

Sämtliche Unterrichtsmaterialien inkl. exemplarischer Arbeitsaufträge, Rollenkarten zum Thema nachhaltiger Küstenschutz, einer Bauanleitung zum Deichmodell, Skizzen zu möglichen Einsatzmodulen für verschiedene Deichkonstruktionen, Vorlagen für ein druckbares 3D-Modell sowie druckbare Tetrapoden finden Sie hier:

Je nach Materialwahl sollte darauf geachtet werden, dass die Module schwer genug sind, sodass sie im Wellenkanal nicht auftreiben. Aufgrund des Wasserkontakts sollten die Module sowie die Tetrapoden mit PETG-Filament gedruckt werden. Damit die Module, Aufsätze und Tetrapoden im Modell nicht aufschwimmen, ist eine entsprechende Befüllung, etwa mit Sand notwendig. Danach sollten die Konstruktionen verschlossen und im besten Fall zusätzlich verklebt werden, damit kein Wasser eindringen kann.

Headerbild | © Freepik/nikitabuida

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