Grundidee

In vielen Museen und Science Centren sieht man viele Ausstellungsstücke zu höchst spannenden Themen der Physik oder Mathematik. An manchen gehen die Kinder und Jugendlichen nach einem kurzen Halt einfach weiter, bei anderen verweilen sie zehnerminutenlang. Ein wirkungsvoller Anreiz zur Beschäftigung mit etwas ist der in Menschen angelegte Verbesserungsdrang. Dazu stehen hier einige Beispiele aus unserer Lernwerkstatt in Aachen.

Einführung

Faszinosum

Im Jahr 2024 wurden auf einer Veranstaltung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Bad Honnef eine größere Anzahl von kleinen Kreiseln aus Kunststoff als give aways nach einem Fachvortrag verschenkt. Einmal richtig in Schwung gesetzt zeigte das Spielzeug plötzlich einen überraschenden Effekt: der Kreisel drehte sich wie von einer Zauberhand umgestoßen vom Kopf auf den Fuß und dreht sich dann recht lange in dieser scheinbar unmöglichen Lage weiter. Gestandene Physiker waren verblüfft und diskutierten den Effekt fachmännisch.

Mit diesem Kreisel hatten sich zwei Schüler der Klassen 3 und 6 über eine Stunde lang begeistert beschäftigt. Mit einer großen Laboruhr maßen sie dabei, wie lange sich der Kreisel nach dem Aufrichten noch weiterdrehte, bis er am Ende erschöpft umkippte.

Taedium

Mit dieser Trophäe im Gepäck reiste ich dann zurück in unsere Lernwerkstatt in Aachen. Doch wenn ich den Zauberkreisel Kindern und Jugendlichen vorführte, erlahmte das Interesse meist nach Sekunden bis nach höchstens einer Minute. Eigentlich müsste da aber mehr drin sein. Es gibt ein Photo von Niels Bohr und Wolfgang Pauli. Es zeigt diese zwei Urgestalten der Quantenphysik wie sie als alte Männer mit kindischer Freude in hockender Stellung mit einem solchen Kreisel spielen. Warum springt die Begeisterung nicht von alleine auch auf Schulkinder und Jugendliche über?

Ein Teil der Antwort ist ganz sicher, dass den meisten physikalisch noch wenig gebildeten Menschen das verblüffende an dem Experiment a) nicht sofort ersichtlich ist, und b) die möglichen Erklärungen Begriffe wie potentielle und kinetische Energie, Reibung, Symmetrieachse, Drehmoment und Drehimpuls beinhalten. Damit können die wenigsten etwas anfangen. Sie staunen vielleicht kurz im Sinne eines Strohfeuers über das putzige Verhalten, tun es dann als Spiel der Natur ab und wenden ihre Aufmerksamkeit wieder anderen Dingen zu.

Homo ludens, Homo faber

Ganz anders verlief die Geschichte, nachdem ich den Kreiselversuch als Wettkampf oder als Teamwork verpackt hatte: auf einem Tisch umrandete ich mit großen Holzstäben eine Arena von etwa 1 m². Darin sollte der Kreisel gedreht werden: wer packt es, dass der Kreisel nach dem Aufrichten möglichst viele Sekunden aufrecht weiter dreht? In ersten Versuchen kamen wir auf 13 bis 14 Sekunden, dann wurden plötzlich auch 24 Sekunden erreicht. Die 30 Sekunden tauchten als anziehende "Schallmauer" am Horizont auf. Die Kinder begannen, mit der Haltung der Finger zu variieren und nahmen jeden Tipp von mir als Idee gerne auf. Am Ende hatten sie sich über eine Stunde lang mit diesem simplen Kinderspielzeug beschäftigt. Und diese Beobachtung mache ich seit 2010 immer wieder aufs Neue: gibt man ein klares, technisch plausibles Ziel für eine Optimierung aus, zündet bei vielen (nicht allen) Kindern und Jugendlichen ein Drang, etwas besser zu machen oder eine Bestmarke zu knacken.

Keine Selbstoptimierung

In der Psychologie wohl bekannt ist der Effekt, dass Menschen in einem irgendwie gearteten Rangfolge des Könnens oder der Begehrtheit, gerne gute Plätze einnehmen. Die Social-Media-Industrie mit ihren Likes und Clicks, ihren Rankings und Followern lebt davon. Doch mit den hier beschriebenen Versuchen soll gerade kein solches Wettkampf-Ranken mit andere Menschen angesprochen werden, sondern der Drang von Menschen, eine Sache, ein Ding an sich besser zu machen. Die Grenzen verwischen dort, wo man die eigene Fähigkeit und nicht die gemessene Qualität des Dinges Maß nimmt.

Beispiele

In der Frühzeit unserer Lernwerkstatt in Aachen hatte ich mehr unbewusst als wirklich überlegt darauf vertraut, dass meine Faszination für viele Effekte der Physik automatisch auch bei anderen Leuten funktionieren würde. Das war ein Irrglaube. Man muss mit Versuchen und Effekten möglichst immer verschiedene Vorschläge mit anbieten, was man daran entdecken und vor allem verbessern könnte. Die Idee der Verbesserung zündet umso schneller, je einfacher man damit loslegen kann. Mit der richtigen Vorbereitung kann es gelingen, dass sich schon jüngere Kinder stundenlang mit einer Sache beschäftigen.

Möglichst gute Mittagszeit 👉 Gnomon-Kulminations-Versuch

Kreisel soll sich möglichst lange drehen 👉 Stehaufkreisel

Filz soll möglichst schnell/billig/einfach trocken werden 👉 Filz-Trocknungs-Versuch

Weidefläche soll maximal werden 👉 Kiste 23 Weidezaunoptimierung über Probieren

Viel Basteilei 👉 Pappkistenvolumen maximieren über Probieren

Klassiker aus der Schule 👉 Raviolidosenoptimierung

Eher zu kompliziert, für Studenten 👉 Grenzkosten Marina

Kann man Sand zusammendrücken? 👉 Kiste 2 Ist Sand kompressibel

Würfel zerkleinern 👉 Schüttvolumen-Manipulations-Versuch

Verdunstung beschleunigen 👉 Verdunstungsversuch (Wasser)

Steine machen 👉 Zementation (Natriumchlorid)

Steine machen 👉 Zementation (Calciumacetat)

Maximale Gewichte heben 👉 Erbsenquellversuch

Maximale Flugweite 👉 Streichholzrakete

Maximal schnell 👉 Kreis-Renn-Versuch

Kräfte spüren 👉 Balken-Stemm-Versuch

Viel Flugweite 👉 Versuch Druckluftkanone

Viel Auftrieb 👉 Flügelauftriebsversuch

Zeit vorhersagen 👉 Teewasserkochversuch

Maximale Abkühlung 👉 Lösungskühle

Maximaler Bremseffekt 👉 Aluminium-Fallrohr-Versuch

Viel Wasserstoff pro Zeit 👉 Wasserelektrolyse

Wenig Heizleistung pro Wärme 👉 Hausheizversuch

Möglichst starker Luftmagnet 👉 Luftspulenmagnetversuch

Möglichst helles Glühen 👉 Draht-Glüh-Versuch

Möglichst viel Massenzunahme 👉 Kupfer-Brenn-Versuch

Möglichst enger Lichtstrahl 👉 Kollimator

Möglichst großes Interferenzmuster 👉 Einzelspaltexperiment (Laser)

Möglichst große Farbunterschiede 👉 Goethes Zweikerzenversuch

Möglichst gute Psykräfte 👉 Ganzfeldversuch

Puls schnell runterfahren 👉 Pulsberuhigungsversuch

Wasser lange warm halten 👉 Versuch Abkühlkurve

Kerze schnell löschen 👉 Kerzen-Killer-Versuch

Möglichst große feste Säule 👉 Elefantenzahnpasta

Möglichst große Kristalle 👉 Kristallzüchtung (Alaun)

Möglichst schnell herbeigeführt 👉 Fällung (Natriumsulfat)

Möglichst schnell 👉 Schalenauflösung (Versuch)

Möglichst schnell 👉 Algen-Killer-Versuch

Sehr hilfreich ist es, ein möglichst eindeutiges Erfolgmaß zu haben. Nicht gut funktioniert etwa: "versuche ein möglichst deutliches Interferenzmuster hinzubekommen". Hier ist unklar, was deutlich heißen soll. Besser funktioniert: "versuche einen möglichst großen Abstand zwischen zwei Maxima zu erreichen." Das Erfolgsmaß muss für jeden Einzelfall klar entscheiden, wo in der Rangfolge von flop Richtung top man gerade steht.