Relevanz und Übersicht

In der heutigen digitalen Gesellschaft sind Technologiekompetenzen von entscheidender Bedeutung für die berufliche Zukunft von Lernenden. Der Einsatz von 3D-Druck in der Schule bietet für die Lernenden eine tolle Möglichkeit, da er nicht nur technologisches Wissen vermittelt, sondern auch kreatives Denken, Teamarbeit und Problemlösungsfähigkeiten fördert.

Der 3D-Druck ermöglicht es den Lernenden, abstrakte Konzepte in greifbare Modelle umzusetzen. Dies fördert nicht nur ihre kreative Ausdrucksfähigkeit, sondern auch ihr räumliches Vorstellungsvermögen. Darüber hinaus bietet der 3D-Druck eine einzigartige Möglichkeit für interdisziplinäres Lernen, indem er Fächer wie Mathematik, Naturwissenschaften, Kunst und Design miteinander verknüpft. Die Schüler*innen lernen nicht nur, wie man 3D-Modelle erstellt, sondern auch, wie man komplexe Probleme analysiert und innovative Lösungen entwickelt.

Ein weiterer Punkt von 3D-Drucken in der Schule liegt in der Förderung von Zusammenarbeit. Lernende arbeiten in Gruppen zusammen, um Ideen zu entwickeln, Modelle zu entwerfen und ihre Projekte umzusetzen und sich auszutauschen. Dies stärkt nicht nur ihre sozialen Fähigkeiten, sondern bereitet sie auch auf die Anforderungen der modernen Arbeitswelt vor, in der Teamarbeit eine grundlegende Kompetenz ist.

Zusätzlich dazu bietet der 3D-Druck den Lernenden die Möglichkeit, realistische Probleme zu identifizieren und kreative Lösungen dafür zu entwickeln. Dieser prozessorientierte Ansatz fördert ihr Problemlösungsvermögen und kritisches Denken, was wiederum ihre Fähigkeit verbessert, sich Herausforderungen in der realen Welt zu stellen.

Neben ausleihbaren 3D-Druckern, einführenden Anleitungen und praktischen Hintergrundinformationen, besteht das IdeenSet 3D-Drucken aus konkreten Unterrichtsideen für den Zyklus 2 und 3. Diese können als Einführung oder Inspirationsquelle genutzt und beliebig erweitert werden. Das Spektrum für weiterführende Unterrichtsszenarien ist praktisch unbegrenzt.

Vorstellungen und Vorkenntnisse

Vorkentnisse Lehrperson

Dem Einsatz im Unterricht sollte eine Erarbeitungsphase durch die Lehrperson vorausgehen. Ein Bekanntmachen mit dem Inhalt (CAD-Programm, Slicer Software und 3D-Drucker) sowie Unterrichtsmaterial des IdeenSets ist für ein Gelingen der Lektionen zwingend notwendig.

Vorkentnisse Lernende

Im IdeenSet 3D-Drucken werden grundlegende Konzepte des 3D-Drucks von Grund auf aufgebaut. Die Lernenden benötigen daher keine Vorkenntnisse im Bereich 3D-Drucken. Die Auseinandersetzung mit einem konkreten Projekt ermöglicht den Lernenden einen praktischen Einblick in die Welt des 3D-Druckens.

Lerngegenstand und thematische Schwerpunkte

Ab Zyklus 2 kann der 3D-Drucker vielfältig im Unterricht integriert werden. Sowohl auf digitale Weise (mittels 3D-Modellierungssoftware wie Tinkercad ) als auch analog (durch das Designen, Zeichnen und Importieren von Objekten), können den Lernenden fesselnde und lehrreiche Aufgaben gestellt werden. Die Vielseitigkeit dieses Geräts ist eine enorme Stärke. Sie ermöglicht es, fächerübergreifende Lerninhalte zu vermitteln und den Lernenden ein tiefgehendes Verständnis für 3D-Drucktechnologien zu vermitteln. Das IdeenSet umfasst grundlegende Informationen zum 3D-Drucker, zur Software, eine Auswahl von Lernmodulen bzw. Projekten und Empfehlungen für weiterführende Ressourcen.

Grundlagen Software (Tinkercad und Cura) sowie Hardware (Ultimaker)

Die im IdeenSet eingesetzte CAD-Software ist Tinkercad. Hierzu finden sich Videotutorials. Zudem wird anhand von Projektideen aufgezeigt, wie der Einstieg ins 3D-Modelieren gelingen kann. Informationen und Anleitungen zur Slicer Software Cura sowie zum 3D-Drucker von Ultimaker unterstützen dabei, dass der Druck gelingt.

Projekt: Schlüsselanhänger

Mit dem Schlüsselanhänger wird der Einstieg ins 3D-Modelieren bereits individuell und differenziert gestaltet. Es lässt zudem Freiraum, damit auch schnelle Lernende herausgefordert werden.

Projekt: Keksausstecher

Die Keksausstecher zeigen, wie vielfältig 3D-Drucker in der Schule eingesetzt werden können. Lernende gestalten und drucken eigene Keksförmchen.

Projekt: Güggeltown

Die Lernenden konstruieren eigene (Traum)Gebäude einer Stadt, die am 3D-Drucker ausgedruckt werden.

Projekt: Schiff ahoi!

Mit dem Auftrag Schiffe zu gestalten, gelingt die Einarbeitung mit Tinkercad leicht und werden unterschiedliche Ergebnisse möglich.

Lehrplanbezug

3D-Drucken hat nicht nur im Fachbereich Medien und Informatik Platz, sondern kann auch in anderen Fächern oder fächerübergreifend eingesetzt werden. So eignet sich 3D-Drucken beispielsweise, um im Fach Mathematik geometrische Figuren und Körper abzubilden, zu zerlegen und zusammenzusetzen (MA.2.A.2), im Fach Technisches Gestalten, um eigene Produktideen zu entwickeln (TTG.2.A.2) oder im Fach Natur, Mensch, Technik, um die Bedeutung und Folgen technischer Entwicklungen für Mensch und Umwelt einschätzen zu können (NMG.5.3).

Je nach Fach und Fokussierung stehen andere Kompetenzen im Vordergrund. Unabhängig davon werden zusätzlich überfachliche, sowie medien- und informatikspezifische Anwenderkompetenzen gefördert. Die Schüler*innen ...

Überfachliche Kompetenzen:

• können Fehler analysieren und über alternative Lösungen nachdenken. (Personale Kompetenz)
• können Herausforderungen annehmen und konstruktiv damit umgehen. (Personale Kompetenz)
• können sich aktiv an der Zusammenarbeit mit anderen beteiligen. (Soziale Kompetenz)
• können die Aufgaben- und Problemstellung sichten und verstehen und fragen bei Bedarf nach. (Methodische Kompetenz)
• können bekannte Muster hinter der Aufgabe / dem Problem erkennen und daraus einen Lösungsweg ableiten. (Methodische Kompetenz)

Medien und Informatik:

• können Gedanken, Meinungen, Erfahrungen und Wissen in Medienbeiträge umsetzen und unter Einbezug der Gesetze, Regeln und Wertesysteme auch veröffentlichen. (MI.1.3)
• verstehen Aufbau und Funktionsweise von informationsverarbeitenden Systemen und können Konzepte der sicheren Datenverarbeitung anwenden. (MI.2.3)

Didaktische Anregungen und Verlauf

Der Prozess steht im Vordergrund
Im Grundsatz besteht das 3D-Drucken aus drei Schritten. In der Schule kann der Produktentwicklungsprozess mit dem Lernprozess gleichgesetzt werden. Das Endprodukt selbst spielt dabei eine untergeordnete Rolle (Mittel zum Zweck). Bei der Unterrichtsplanung, bei der Förderung wie auch bei einer allfälligen Bewertung ist der Fokus deshalb auf diesen Prozess zu legen.

Spielraum für kreatives und selbstständiges Arbeiten
Beim Entwickeln und Konstruieren von 3D-Modellen ist es elementar, den Lernenden genügend Spielraum für eigene Ideen zu geben. Dadurch können sich Lernende stärker mit den Projekten identifizieren und auf ihre Alltagswelt beziehen. Die Arbeit an individuellen Ideen und Produkten hilft zudem, eigene Vorstellungen zu entwickeln und anhand der Modelle zu überprüfen – eine echte Lernerfahrung.
Nachdem der Produktionsprozess vorgestellt und erste Erfahrungen mit der Soft- und Hardware gesammelt wurden, ist es sinnvoll, den Auftrag freier zu formulieren um individuelles Arbeiten zu fördern.

Iteratives Vorgehen
Bei der Arbeit mit dem 3D-Drucker ist ein iteratives Vorgehen zu empfehlen: d.h. der Drucker ist nicht nur dazu da, um das Endprodukt auszudrucken, sondern ist als Arbeitsinstrument zu nutzen. Auch Zwischenergebnisse können ausgedruckt werden und als Grundlage für Arbeitsbesprechungen genutzt werden. Bei mehreren Durchgängen können Lernende Denk- und Entwicklungsfehler bereits in einem frühen Stadium erkennen und rechtzeitig klären. Zudem ist früh erkennbar, ob ein Vorhaben zu komplex oder unrealistisch ist. Trial-and-Error ist dabei die Devise.

Quellen

Titelbild: CC-BY-SA Gregor Lütolf: 3D-Drucken in der Schule Erlenbach i. Simmental (mit freundlicher Genehmigung).