Weltraumbrücken mit der Raketenmann

Das Ziel meines Projekts war es, mit dem Sandbox-Computerspiel Kerbal Space Program den Weltraum als virtuellen Raum für MINT-Bildung zu nutzen und Raketen für eine Mondmission im Spiel zu bauen. Zugleich wird der politisch neutrale Weltraum Diskussionen über Demokratie, Freiheit und Partizipation anregen.

Die Projektinhalte umfassten Lernen über Raketen und Weltraum, praktische Experimente und partizipative Planung und Missionsentwicklung durch teilnehmende Kinder, die in Teams arbeiten. Das Ergebnis ist eine gemeinsam durchgeführte Mondmission, die Kooperation und Entscheidungsfindung fördert.

Zielgruppe: Kinder im Alter von 10 bis 16 Jahren (max. 10 Kinder)

Dauer:

• Über mehrere Wochen, wöchentlich 2 Stunden
• 3 Stunden Abschlussveranstaltung

Vorbereitungen

Nach einer kurzen Recherche fand ich die Gelegenheit, mein Projekt am Dante-Gymnasium umzusetzen. Der Schulleiter Herrn von der Forst hat mir Frau Kunzmann, eine Physiklehrerin, als Betreuerin zugeteilt. Um das Interesse der Schüler zu wecken, erstellte ich eine kurze Videopräsentation, die offensichtlich gut ankam – innerhalb kürzester Zeit meldeten sich 12 Kinder an.

Ursprünglich war der Kurs für 10 Teilnehmer konzipiert, doch fiel mir schwer, den beiden letzten Kinder abzusagen. Also entschied ich mich, es mit einer größeren Gruppe zu versuchen. Ich habe 6 Laptops mit Kerbal Space Program Lizenzen den Kindern zur Verfügung gestellt.

Gründung der Raketenunternehmern

Die jüngste Teilnehmerin war 12 Jahre alt, der älteste Teilnehmer 16 Jahre alt. Für den Kurs meldeten sich insgesamt 3 Mädchen und 9 Jungen an. In der ersten Stunde sollten die Schüler herausfinden, wer wie alt ist, und sich anschließend der Größe nach in einer Reihe aufstellen. Danach bildeten sie Gruppen, geordnet vom ältesten zum jüngsten Schüler.

In dieser ersten Stunde besprachen wir verschiedene Regierungsformen, erklärten deren Bedeutung und Funktionsweise:

• Demokratie
• Soziokratie
• Diktatur

Ich führte die Kinder in das Moodle-System ein, in dem jeder seine eigenen Login-Daten erhielt. Über Moodle konnte ich den Schülern nicht nur Unterrichtsaufgaben, sondern auch verschiedene Hausaufgaben zuweisen.

Als nächste Aufgabe mussten die Kinder im Spiel Kerbal Space Program ihre eigenen Raumfahrtagenturen gründen. Dabei wählten sie eigene Namen und gestalteten als Hausaufgabe ein individuelles Logo.

Leider funktionierte die Bearbeitung der Hausaufgaben nicht wie ich erhofft habe, da nur eine Gruppe (KSAD) die Aufgaben zu Hause erledigte. Deshalb entschied ich mich später, alle Themen während des Kurses zu bearbeiten und das Moodle-System nur im Unterricht zu verwenden.

Anregung zur Diskussion über Demokratie

Während des Kurses wollte ich die Schüler dazu anregen, über Demokratie und verschiedene Regierungsformen nachzudenken. Natürlich war das Thema nicht so spannend wie Experimente oder der Bau von Raketen, daher habe ich die ersten 20 Minuten jeder Stunde genutzt, um mit einem kleinen Snack die Atmosphäre aufzulockern und die Schüler zum Diskutieren zu motivieren. Dazu saßen die Schüler im Kreis ohne Notebooks.

Als Grundlage für die Diskussion habe ich folgendes Szenario definiert:

Ich habe verschiedene Problemstellungen definiert und zur Diskussion gestellt:

• Raketenteile werden beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre abgeworfen und stellen eine Gefahr für die Bevölkerung dar.
• Weltraumschrott könnte zukünftige Raketen und Satelliten gefährden.
• Der Weltraum ist laut dem Weltraumvertrag von 1967 als neutral definiert. Doch was passiert, wenn verschiedene Nationen auf dem Mond oder Mars landen? Wem gehören dann die Himmelskörper und ihre Ressourcen?

Technische Themen und praktische Experimente

Für jede Kurswoche habe ich ein Thema aus den MINT-Fächern ausgewählt, das für den Raketenbau der Schüler wichtig war. Diese Themen haben wir gemeinsam besprochen und durch praktische Experimente vertieft.

Im Laufe des Kurses haben wir folgende Themen behandelt und dazu Experimente durchgeführt:

1. Elektrizität und Strom Mit Hilfe von Multimetern mussten die Schüler herausfinden, was Strom leitet und was nicht. Sie bauten Schaltkreise und verglichen die Funktionsweise von Dioden und Glühbirnen. Um einen Kurzschluss zu demonstrieren, verwendeten wir ein Labornetzteil, einen Widerstand und eine Wärmebildkamera.

Dabei konnte man beobachten, wie der Widerstand ab einer bestimmten Stromstärke zu brennen begann. Die Schüler bauten auch ihre eigenen Schaltkreise und zeigten die Unterschiede zwischen einer Glühbirne und einer Diode. Diese Experimente legten die Grundlage für den späteren Bau der Steuerpulte.

2. Schwerelosigkeit Eine weit verbreitete Fehlvorstellung ist, dass Astronauten schwerelos sind, weil es im Weltraum keine Gravitation gibt. Mit Hilfe von Bällen demonstrierten wir, dass der Mond durch die Schwerkraft angezogen wird und auf der Internationalen Raumstation fast die gleiche Schwerkraft herrscht wie auf der Erde. Um zu zeigen, dass Schwerelosigkeit eigentlich freier Fall ist, führten wir ein Experiment mit einer Wasserflasche und einer Zeitlupenaufnahme durch.

3. Programmiersprachen und das Binärsystem Im Verlauf des Kurses wollte ich den Schülern verdeutlichen, wie Programmiersprachen funktionieren und was das Binärsystem ist. Dies haben wir durch Videos und einfache Taschenrechner-Demonstrationen veranschaulicht.

4. Thermodynamik Um zu erklären, warum manche Satelitten oder Raketenteile beim Wiedereintritt in die Atmosphäre verglühen, führten wir ein thermodynamisches Experiment durch. Die Schüler sollten mit einem Infrarotthermometer herausfinden, ob ein Buch oder eine Eisenplatte wärmer ist. Dieses Experiment half, die thermischen Effekte und deren Bedeutung für den Raketenbau besser zu verstehen.

Lernen der Raketentechnik mit Kerbal Space Program

Jede Gruppe gründete ihr eigenes Raketenunternehmen im Kerbal Space Program und begann im Karriere modus zur spielen. Schritt für Schritt lernten die Schüler, wie man eine Rakete richtig zusammensetzt. Sie verstanden, dass ein Treibstofftank notwendig ist, dass Motoren gebraucht werden, und erlernten den Unterschied zwischen festem und flüssigem Treibstoff. Außerdem entdeckten sie, warum ein guter Schwerpunkt für die Stabilität der Rakete entscheidend ist und wie man das optimale Gleichgewicht zwischen Masse und Treibstofftankmenge findet. Innerhalb von 2 Kurswochen waren Sie in der Lage eine Rakete im Weltraum zur bringen.

In den restlichen Wochen lernten die Schüler die Grundlagen der Orbitalmechanik kennen. Sie erfuhren, was Apoapsis und Periapsis bedeuten, wie man eine Rakete sicher in die Umlaufbahn bringt und was eine Umlaufbahn eigentlich ist. Darüber hinaus lernten sie, wie man eine Rakete sicher aus der Umlaufbahn zurück zur Erde bringt. Sie setzten sich mit dem Konzept des Luftwiderstands auseinander. Innerhalb von vier Wochen waren fast alle Gruppen in der Lage, eine Rakete erfolgreich in die Umlaufbahn zu bringen und sicher zur Erde zurückzuführen.

Bau eines Steuerungspults

Jede Gruppe hatte die Aufgabe, ihr eigenes Steuerungspult für das Kerbal Space Program zu entwerfen und zu bauen. Dafür habe ich den Arduino Leonardo bereitgestellt, einen Minicomputer, der in C++ programmiert und als HID-Gerät konfiguriert wurde, wodurch er wie eine Tastatur funktionierte. Die Schüler konnten definieren, welche Taste welche Funktion ausführt, und mithilfe einer Steckplatine verschiedene Tasten anschließen. Aufgrund der begrenzten Zeit habe ich das Programm größtenteils vorprogrammiert, sodass die Schüler nur bestimmte Teile anpassen mussten.

3D Design

Den oberen Teil des Steuerungspults haben die Kinder im TinkerCAD entworfen, und ich habe ihre Modelle anschließend im 3D-Druckverfahren hergestellt. Dabei lernten sie nicht nur die Grundlagen der 3D-Modellierung, sondern auch, welche typischen Fehler dabei auftreten können. Diese mussten sie später manuell mit Sägen und Feilen korrigieren.

Holzarbeit, Verkabelung und Integration

Im letzten Schritt sollten die Kinder mit der gedruckten Frontplatte, den Tasten und dem Arduino ihr eigenes Steuerpult zusammenbauen. Dazu habe ich ihnen Werkzeuge zur Verfügung gestellt.

Es war wirklich beeindruckend zu sehen, mit welcher Begeisterung und welchem Engagement sie sich an diese anspruchsvolle Aufgabe gemacht haben. Besonders die Schülerinnen haben sich mit großem Fleiß und Hingabe engagiert. Dabei sind nicht nur optisch ansprechende, sondern auch technisch voll funktionsfähige Steuerpulte entstanden, die alle Erwartungen übertroffen haben. Ihre sorgfältige Arbeit und ihr kreatives Denken haben gezeigt, wie viel Potenzial in ihnen steckt, und das Ergebnis ist ein wahres Zeugnis ihres Talents und ihrer Entschlossenheit.

Der schönste Moment war schließlich, die fertigen Steuerpulte zu sehen und die Ergebnisse ihrer harten Arbeit zu bewundern.

Endveranstaltung

Jeder Schüler brachte sein eigenes Steuerpult mit, und wir schlossen sie an meinen Computer an. Wir haben die Steuerungen so konfiguriert, dass jede Steuereinheit eine spezifische Aufgabe übernahm. Eine war für die Steuerung der Rakete zuständig, eine andere für die Landefähre, ein weiteres Steuerpult diente zum Umschalten zwischen den Karten, und eine Gruppe war für die Orbitalplanung verantwortlich.

Die Herausforderung bestand darin, zum Mond zu fliegen und dort eine Landung durchzuführen. Zusätzlich habe ich ein „Houston-Modul“ eingerichtet, das die Daten auf ein Tablet übermitteln sollte. Leider stürzte dieser Mod häufig ab, sodass diese Station unbesetzt bleiben musste.

Wie man im untenstehenden Video sehen kann, hatten sowohl die Kinder als auch ich großen Spaß an der Aktion. Besonders spannend war, dass niemand wusste, ob die Landung tatsächlich gelingen würde. Doch am Ende haben wir es gemeinsam geschafft. Es war eine echte Herausforderung, die uns allen viel Freude bereitet hat. Das einzige Wermutstropfen war, dass die Endveranstaltung in der letzten Woche vor den Schulferien stattfand. Leider konnten daher nicht alle Gruppen teilnehmen, was ich etwas bedauerlich fand. Dennoch war es organisatorisch nicht anders möglich, den Termin zu planen.

Lessons Learned

Nach dem Kurs ist vor dem Kurs. Um meine Kurse besser zu veranstalten, habe ich ein paar Punkte gesammelt, die ich in Zukunft verbessern möchte.

Termine nahe am Schuljahresende

Der größte Fehler war, den Kurs so nah an den Sommerferien zu planen. Dadurch gestalteten sich die Terminfindung und Organisation schwierig, zumal die Schule in den letzten Wochen viele andere Veranstaltungen abhielt. Dies führte dazu, dass nicht alle Kinder und Klassen an der Abschlussveranstaltung teilnehmen konnten. In Zukunft werde ich versuchen, die Termine eher in der Mitte des Schuljahres anzusetzen. Hier möchte ich mich besonders bei Frau Kunzmann und Herrn von der Forst bedanken. Dank ihrer Flexibilität und Unterstützung konnten wir immer einen Klassenraum nutzen und sicherstellen, dass der Kurs jede Woche stattfindet konnte.

Zur viele Themen

Der Kurs war bereits vollgepackt mit Themen. Da das Ausschreibungsthema über Demokratie handelte, wollte ich dieses Thema zusätzlich in den Kurs einbringen. Dies gelang mir nur teilweise. Nach ein paar Wochen stellte ich fest, dass uns die Zeit fehlte, um die Steuerungen vollständig zusammenzubauen, sodass wir die geplanten Demokratie-Diskussionen reduzieren musste. Idealerweise soll ich den Kurs über drei Monate erstrecken können.

Kerbal Space Program Karriermodus

Ein weiterer großer Fehler war, dass ich das Kerbal Space Program im Karrieremodus startete. Dadurch mussten sich die Kinder nicht nur um die Grundlagen der Raketentechnik kümmern, sondern auch Experimente durchführen, um Punkte zu sammeln, die zusätzliche Raketenteile im Spiel freischalten. Zudem mussten sie sich um die Finanzen kümmern. Im Spiel müssen die Unternehmen Weltraummissionen erfüllen, um Geld zu verdienen, mit dem sie dann ihre Gebäude und Startrampen verbessern können, um größere Raketen zu bauen und mehr Raketenteile zu verwenden. Bereits nach zwei Wochen bemerkte ich, dass dies für die Schüler zu schwierig war. Um das Problem zu lösen, änderte ich den Spielstand auf jedem Rechner so, dass alle Gebäude auf dem höchsten Niveau waren und das Geld keine Rolle spielte. In Zukunft werde ich lieber den Wissenschaftsmodus wählen.

Zu wenig Zeit für 3D-Entwurf

Ich hatte nur eine Kurseinheit für das Thema 3D-Design geplant, was viel zu wenig war. Obwohl die Kinder am Ende einigermaßen gute Entwürfe erstellt haben, glaube ich, dass es besser gewesen wäre, mindestens drei Kurstage dafür einzuplanen.

Vorbereitungsaufwand

Ein letztes Thema ist der enorme Vorbereitungsaufwand. In dieser Form habe ich den Kurs zum ersten Mal durchgeführt. Normalerweise arbeite ich nur mit einem zentralen Rechner, an dem die Kinder ihre Steuerungseinheiten testen. Da jedoch jede Gruppe ihren eigenen Rechner hatte, war der Vor- und Nachbereitungsaufwand oft sehr groß. In Zukunft würde ich mit der Schule eine sichere Stelle vereinbaren, an der ich alle Rechner aufstellen kann, um den Aufwand zu minimieren.

Danksagung

Als Abschiedsgeschenk erhielt jeder Teilnehmer ein Zertifikat sowie einen kleinen Magneten, der sie an ihren Erfolg erinnern soll. Ich wurde wiederum mit einem wunderschönen Blumenstrauß und Schokolade beschenkt. Aber was mir noch mehr Freude bereitete, war die Tatsache, dass sich die meisten Kinder wünschten, den Kurs ab September fortzusetzen.

Ich möchte mich an dieser Stelle besonders bei den folgenden Personen bedanken:

JFF: dafür, dass ich die Ausschreibung gewinnen durfte.

Björn Friedrich: der mich ermutigt hat, an der Ausschreibung teilzunehmen.

Herr von der Forst: der es mir ermöglicht hat, den Kurs am Dante-Gymnasium durchzuführen.

Frau Jessica Kunzmann: die mich hervorragend unterstützt hat. Sie war stets telefonisch und per E-Mail erreichbar. Wenn ich früher kommen musste, um Vorbereitungen zu treffen, hat sie mir immer die Räume aufgeschlossen. Sie half mir beim Aufräumen, organisierte Schüler und stellte sicher, dass der Kurs reibungslos ablief. Mehrfach war sie während des Kurses die ganze Zeit anwesend, und ich konnte mit ihr auch über die Kursinhalte brainstormen.

Frau Aida Bacardi: Es war das erste Mal, dass ich an einer solchen Ausschreibung teilgenommen habe, und ich möchte mich sehr bei ihr bedanken. Sie hat mir viele Tipps und Unterstützung gegeben. Sie hat mir auch sehr vertvolle Tipps für die Demokratie-Diskussionen gegeben.

Fabio Matthie: für seine Hilfe bei der Endveranstaltung.

Es war eine großartige Erfahrung, und ich freue mich, diesen Kurs in Zukunft weiterzuführen.