Besuch im Schülerlabor an der Ruhr-Universität Bochum

©  Thorsten Korthaus / Graf-Engelbert-Schule Auch beim "Wettlauf zwischen Hase und Schildkröte" geht es darum, vorher zu überlegen, auf welcher Bahn die Kugel schneller am Ziel ist

Kaum haben die Schüler das Schülerlabor an der Ruhr-Universität betreten, beginnt auch schon der Unterricht. Und zwar, ohne dass Mathelehrer Thorsten Korthaus dazu aufgefordert hätte. Ganz automatisch fangen die Siebtklässler an, die im Raum verteilten Exponate auszuprobieren. Besonderer Beliebtheit erfreut sich eine Konstruktion mit zwei Rinnen, in denen Kugeln herunterrollen. Welche kommt schneller an – die auf der gebogenen oder auf der graden Bahn? Darüber stritten auch die Brüder Jakob und Johann Bernoulli. Streit ist hier nicht nötig, im Schülerlabor kann man einfach ausprobieren, wo es schneller runtergeht. Und nebenbei noch verstehen, warum die Kugel auf der gekrümmten Bahn schneller die (Bernoulli-)Kurve kriegt.

Auf Seife gebaut
Nach einer kurzen Erklärung der Mitarbeiter vom Schülerlabor geht es auch offiziell los und die Klasse verteilt sich in den beiden Räumen auf die zahlreichen Exponate, die aus dem Mathematikum in Gießen stammen. Ein besonderes Highlight ist das Seifenhaut-Experiment, das aus einem kreisförmigen Behältnis mit Seifenlauge und einem Reifen, der mit Seilen an einem Gestell befestigt ist, besteht. Der Schüler innerhalb des Kreises zieht vorsichtig den Reifen nach oben und ist für einige Sekunde von einer Seifenhaut umgeben. Was wie ein Geschicklichkeitsspiel aussieht, entpuppt sich aber bald als Modell für Architekten. Doch bis die Schüler darauf kommen, muss Mitarbeiter Thorsten Mehlich kurz einspringen: „Worum geht es denn hier?“ „Chemie natürlich!“ vermuten die Schüler aufgrund der Seifenlauge. Die ist in diesem Falle aber nur Mittel zum Zweck. So dauert es nicht lange, bis allen klar ist: Mit der Seifenhaut entsteht ein Zylinder, dessen Oberfläche sich so weit wie möglich zusammenzieht. Dieser Trick hilft Architekten bei der Planung von Dächern, die Konstruktion mit der kleinsten Oberfläche zu finden. „Das Dach des Olympiastadions in München wurde so am Modell getestet“, verrät Thorsten Mehlich. Wer hätte gedacht, dass aus Seifenblasen ein imposantes Stadiondach entstehen kann?

©  Thorsten Korthaus / Graf-Engelbert-Schule Konzentration und Teamwork sind beim Bau der "Leonardo-Brücke" gefragt

In einer anderen Ecke passiert in diesem Moment das Gegenteil: Ein Bauwerk stürzt ein. Zum Glück nur eine kleine Leonardo-Brücke, die einzig durch geschicktes Zusammenstecken identischer Holzlatten entsteht. Umso ärgerlicher für die Schüler, die die Brücke fast vollständig zusammengebaut hatten. Sie müssen nochmal von vorn anfangen. Dafür bleibt so mehr Zeit, sich zu fragen, wie eine Brücke ohne Nägel oder Klebe zusammenhält. Wahrscheinlich haben Sinus und Cosinus daran mitgebastelt …

(Irr-)Lichter
Ausdauer und Geduld brauchen auch Jan und Frederik beim Spiel „Lights on“. In einem Podest befinden sich sieben Lämpchen und dazu sieben Schalter, die jeweils den Zustand der eigenen und der beiden benachbarten Lämpchen verändern. Wie gelingt es, die minimale Anzahl von Schaltern herauszufinden? Nach zahlreichen Fehlversuchen heißt es: „Ich mag das Spiel nicht.“ Doch so schnell gibt das Rateteam nicht auf. Gemeinsam geht ihnen einige Zeit später ein Licht auf und alle sieben Lampen an.

Ins Philosophieren gerät die Gruppe um Miriam, die mit ihren Mitschülerinnen das sogenannte Penrose-Puzzle zusammengelegt hat. Als das letzte Teil eingesetzt wird, erkennen die Jugendlichen die unterschiedlichen einzelnen Muster, die das Ganze ergeben. Fazit: „Man muss sich eben auf die kleinen Teile im Leben konzentrieren.“ Ein großes Problem zunächst im Kleinen zu betrachten empfiehlt sich auch bei der Aufgabe „Turm von Ionah“. Fünf kleiner werdende Scheiben sollen von einem zylinderförmigen Loch in eines der beiden anderen gestapelt werden. Beginnt man zunächst nur mit drei Scheiben, kann man eine Formel entwickeln, mit deren Hilfe auch der Rest der Aufgabe gelöst werden kann.

Knobeln mit System
Schnell sind die zwei Stunden vorbei, in denen die Schüler sich selbstständig oder unter Anleitung der Schülerlabor-Mitarbeiter mit den Exponaten beschäftigen. Einige Experimente werden im Anschluss noch in der gesamten Gruppe besprochen. So lernen die Teilnehmer zum Beispiel, wie man mithilfe von Mathe herausfindet, ob sich Mehl, Reis oder Zucker im Becher befindet oder dass in einem großen „T“ eine Menge Geometrie versteckt ist. Zum Abschluss gibt es noch einige Tipps zur Herangehensweise an Knobelaufgaben, damit sie keine unlösbaren Rätsel bleiben, sondern Mathe mit großem Spaßfaktor.

Am Ende dieser ganz speziellen Mathe-Doppelstunde haben die Schüler einen Parcours aus Algebra, Geometrie, Analysis und Wahrscheinlichkeitsrechnung absolviert. Themen genug für ein ganzes Schuljahr und sicher einige Denkanstöße für die kommenden Mathestunden im Klassenzimmer.