Entwicklung eines Low-Cost-Solarkochers und Konzeption eines Baukurses als Beispiel für außerschulische und kontextorientierte Vermittlung von Physik

Bachelorarbeit von Torsten Schneider

Einleitung:

Das Zeitalter der Industrialisierung bringt für die Menschheit viele Annehmlichkeiten. Zu nennen sind elektrischer Strom aus einem zuverlässigen Netz, Kraftfahrzeuge so wie Waren und Güter aus der ganzen Welt. Dabei wird jedoch meist vergessen, dass diese moderne Bequemlichkeit viele Probleme mit sich bringt. Das größte dieser Probleme ist der für die fortschreitende Erwärmung der Atmosphäre verantwortliche übermäßig hohe Ausstoß von Kohlenstoffdioxid, der die fotosynthetische Kapazität der Grünvegetation der Erde seit Jahrzehnten um ein Vielfaches übersteigt. Dazu kommt erschwerend hinzu, dass die Grünvegetation insgesamt schwindet. Diese Abnahme hat im wesentlichen zwei Ursachen, zum einen die Erwärmung der Atmosphäre selbst, die eine Austrocknung von Grünlandschaften wie z. B. Steppen bewirkt, andererseits durch menschliche Interaktion in Form von Rodung. Letztgenannter Effekt hat zur Folge, dass weltweit kontinuierlich Waldflächen verschwinden. So haben alleine in Afrika die Waldflächen zwischen 1980 und 1995 um ungefähr 10,5 % abgenommen. In der jüngeren Vergangenheit wurden bereits einige Projekte zur Wiederaufforstung gerodeter Waldflächen initiiert, diese konpensieren die weltweite Bestandsabnahmerate zur Zeit jedoch nicht annähernd. Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre wird ebenfalls dadurch gesteigert, dass viele Menschen in den Entwicklungsländern Holz als Brennstoff benutzen, da sie davon abhängig sind. Zur Zubereitung von Nahrung verwenden die meisten Naturvölker immer noch Brennholz, das täglich gesammelt werden muss. Da in der freien Natur immer weniger Brennholz direkt verfügbar ist, müssen die Menschen (in der Regel Frauen) mitunter 10 Kilometer und mehr zu Fuß zurücklegen, um genügend Holz zur Zubereitung einer Mahlzeit zu sammeln.

Um diesen Problemen wirksam zu begegnen, wurde im Lauf des 20. Jahrhunderts nach alternativen Energiequellen gesucht. Dies führte zur Entwicklung von Solarkochern. Der Vorläufer der heute bekannten Parabolspiegelkocher wurde bereits im mittleren 19. Jahrhundert von Augustin Mouchot konstruiert. Er bestand aus einem konischen Spiegel, in dessen Drehachse ein Röhrenkollektor angebracht war, der Wasserdampf zum Betrieb einer Dampfmaschine erzeugte. Nach dieser Vorlage baute Mouchot einen kleinen Solar-Reisekocher, der die Zubereitung kleiner Gerichte für bis zu zwei Personen ermöglichte. Die ersten Experimente jedoch führte der Schweizer Horace de Saussure im 18. Jahrhundert durch und konstruierte darauf basierend die erste Kochkiste.

In den letzten Jahrzehnten haben sich weltweit zahlreiche Organisationen gegründet, die sich mit dem solaren Kochen beschäftigen und immer wieder neue Solarkocher konstruieren. In Deutschland sind EG SOLAR, ULOG, Solare Brücke und LAZOLA die bekanntesten Organisationen, wobei die in Paderborn ansässige LAZOLA-Initiative schwerpunktmäßig die Verbreitung des solaren Kochens betreibt. Wenngleich auch solche Initiativen die Multiplikation der Idee des solaren Kochens propagieren, ist dies dennoch eine Tätigkeit, die jede Einzelperson und jede Kleingruppe ausüben kann, sei es in Form von Projekten, auf Vereinsebene oder ehrenamtlich in kleinerem Rahmen. Die Ausführung einer Funktion als Multiplikator erfordert selbstverständlich einige Vorkenntnisse. So muss der Multiplikator nicht nur die Funktionsweise und den Bau eines Solarkochers kennen, sondern darüber hinaus in der Lage sein, diese Kenntnisse weiter zu vermitteln und andere Menschen im Bau eines Solarkochers zu unterweisen.

Die vorliegende Arbeit beschreibt am Beispiel eines einfach strukturierten Low-Cost-Solarkochers, wie mit einfachen Mitteln und Materialien, die zumindest in den Industrienationen alltäglich sind, ein funktionierender Solarkocher hergestellt werden kann und beschreibt die Konzeption eines Baukurses für diesen Kocher, bei dem eine Lehrmethode aus dem Bereich der konstruktivistischen Didaktik Anwendung findet. Dadurch, dass den Rezipienten die Inhalte des Baukurses nicht in Form von Frontalunterricht präsentiert werden und sie nur Anweisungen ausführen, sondern sich diese Inhalte selbst erarbeiten und erschließen müssen, manifestiert sich das Gelernte besser im Gedächtnis. Die Rezipienten sind somit sicherer und trauen sich die Rolle als Multiplikator viel eher zu. Nur, wenn möglichst viele Menschen und Initiativen mithelfen, lässt sich die Idee des solaren Kochens auch verbreiten.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 3, Die Konzeption des Baukurses für den Solarkocher:

Der Baukurs für den Solarkocher bedient sich der hermeneutischen Methode, einem didaktischen Prinzip, das auf dem Konzept des Konstruktivismus basiert. Die Teilnehmer sollen durch Nachdenken und Überlegen die einzelnen Arbeitsschritte weitgehend selbst entwickeln und dadurch das Hauptziel des Kurses, nämlich den Bau des Kochers, selbst erarbeiten. Die Kursteilnehmer wenden hierbei bereits vorhandenes Wissen an, um einzelne Arbeitsschritte auszuführen, reflektieren ihr Vorgehen und knüpfen den jeweils folgenden Arbeitsschritt daran an. Dieses Vorgehen kann als Schritt vom Gesamt- zum Detailverständnis angesehen werden.

Das Erlernen des Baus von Solarkochern ist ein Beispiel für das so genannte situierte Lernen. Mikelskis beschreibt dieses Prinzip, welches er mit der Benutzung von Werkzeug vergleicht: Wenn der Benutzer eines Werkzeugs dieses nicht handhaben kann, ist das Werkzeug nutzlos. Übertragen auf den Solarkocher-Baukurs, der eine Situation der außerschulischen Vermittlung darstellt, bedeutet dies, dass das dort vermittelte Wissen nur dann nachhaltig vermittelbar ist, wenn es an einer konkreten Situation erworben wird. Der Bau eines Solarkochers stellt eine solche Lernsituation dar, die ein Beispiel für das situierte Lernen ist.

Diese Variante des Lernens ist besonders für das Lernziel der Multiplikation vorteilhaft. Multiplikation bedeutet in diesem Kontext die Weitervermittlung des Wissens und der Fertigkeiten, die im Baukurs erworben wurden. Damit verbunden ist auch, dass der Kursteilnehmer selbst Solarkocher-Baukurse durchführt und anderen Rezipienten den Bau eines Solarkochers dieser Art vermittelt. Es muss sich in einem durch den Multiplikator durchgeführten Kurs also nicht exakt um das Modell handeln, das in dieser Arbeit behandelt wird. Dies setzt jedoch voraus, dass der Multiplikator die Funktionsweise eines Solarkochers kennt und sie erläutern kann. Ebenso müssen die Bestandteile eines Solarkochers und deren Zusammenwirken bekannt sein.

Die Fertigkeit, Solarkocher weiterer Kategorien zu bauen, wäre ein wünschenswertes Ziel, setzt jedoch tiefer gehende Kenntnisse des Themas sowie deutlich mehr als das hier erforderliche handwerkliche Geschick voraus.

3.1, Ziele des Baukurses:

Jeder Teilnehmer des Baukurses soll nach seiner Teilnahme folgendes können:

Die physikalischen Prinzipien der Nutzung von Sonnenenergie zur Nahrungsmittelzubereitung verstehen und grob reproduzieren.

Das im Kurs gebaute Solarkocher-Modell selbst bauen.

Den Bau dieses Solarkochers anderen vermitteln.

Diese Lernziele lassen sich am einfachsten erreichen, wenn die Kursteilnehmer die einzelnen Arbeitsschritte weitestgehend selbständig reflektieren, statt nach einer vorgefertigten Bauanleitung vorzugehen.

Obwohl die Konstruktion des Kochers an sich sehr einfach ist, beinhaltet sie einige Details, die nicht sofort ersichtlich sind und deren Verstehen etwas Überlegung erfordert. Exemplarisch wird an dieser Stelle auf die zum Falten des Kochers notwendigen Abstände zwischen den Reflektorelementen verwiesen.

3.2, Durchführung und Auswertung:

Das Konzept des Baukurses wurde an zwei Versuchsgruppen erprobt. Die erste Versuchsgruppe bestand aus acht Jugendlichen im Alter von 12 bis 14 Jahren und unterschiedlichem Vorkenntnisstand. Die zweite Gruppe wurde aus 28 jungen Erwachsenen gebildet, die im Rahmen eines internationalen Austauschprogramms an einem Workcamp zum Thema erneuerbare Energien teilnahmen. Die Campteilnehmer kommen aus drei Nationen, nämlich Deutschland, Ungarn und Weißrussland. Ein weiterer Aspekt ist, dass sie unterschiedliche Ausbildungen haben bzw. verschiedene Fächer studieren. Dem gemäß war diese Gruppe wesentlich heterogener als die erste Versuchsgruppe.

Der Solarkocher-Baukurs mit den Jugendlichen fand im Maximilianpark (Maxipark) Hamm/Westfalen statt, einem Familienpark auf dem Gelände der ehemaligen Zeche Maximilian. Seit wenigen Jahren beschäftigt sich der Park nicht nur versorgungstechnisch, sondern auch thematisch mit erneuerbaren Energien. In diesem Rahmen wurden das Schülerlabor MaxiLab und ein so genanntes grünes Klassenzimmer eingerichtet. Letzteres wird sowohl Schulklassen als auch offenen Jugendgruppen mit pädagogischer Begleitung zur Verfügung gestellt. In diesem aus einer Holzhütte bestehenden und ähnlich wie ein regulärer Klassenraum eingerichteten Zimmer fand der Baukurs mit den Jugendlichen statt. Es stand eine Tischgruppe aus vier Tischen in der jeweiligen Größe einer Schulbank zur Verfügung. Die Kursteilnehmer haben in einer Gruppe gearbeitet und die Arbeitsschritte im fliegenden Wechsel gemäß dem Platzangebot ausgeführt.