3D-Druck in der Schule – Einführung der additiven Fertigung in die Bildung
Die ersten Studiengänge zum Thema 3D-Druck sind erst wenige Jahre alt und trotz dessen findet man überraschender Weise immer mehr 3D-Drucker und Anwendungen der 3D-Technologie in den europäischen Schulen. Die ersten 3D-Druckhersteller haben bereits eigens für Kinder und den schulischen Bedarf 3D-Drucker entwickelt, wie zum Beispiel der Hersteller von Desktop 3D-Drucker Weiste oder auch XYZprinting mit dem miniMaker, der sogar speziell auf die MINT-Fächer in der Schule ausgerichtet ist.
Wohingegen die Notwendigkeit eines Studiums im Bereich 3D-Druck und den daraus resultierenden Studiengängen zur additiven Fertigung leicht nachvollziehbar ist, da eine Erstausbildung besonders für die Industrie, Architektur oder auch im Design zur beruflichen Anwendung und Umsetzung der 3D-Technologie unerlässlich ist. So stellt sich bezüglich dem Einsatz von 3D-Druck in der Schule jedoch die übergeordnete Frage, ob der 3D-Druck denn wirklich bereits in der schulischen Bildung angekommen ist, wie die Anwendung dessen aussieht und warum er eine Rolle spielen sollte?
Diesbezüglich sind mehrere bedeutsame Faktoren zu betrachten, angefangen mit den Möglichkeiten und Vorteilen, die die 3D-Technologie für die schulische Bildung mit sich bringt, über die Gestaltung dessen, d.h. wie genau 3D-Druck überhaupt sinnvoll in den Unterricht eingebaut werden kann, um auch einen gewünschten Lerneffekt bei den Schülern zu erreichen, bis hin zur konkreten Finanzierung von 3D-Druck in den Schulen.
Der Nutzen und die Vorteile von 3D-Druck in der Schule
Natürlich ist in den Schulen Europas noch nicht von Industrie 4.0 oder Internet der Dinge (IoT) zu sprechen, jedoch erfahren hier digitales Lernen und Medienbildung eine zunehmende Bedeutung und das nicht nur allgemein in der schulischen Bildung, sondern auch im Unterricht selbst. Der 3D-Druck bzw. die 3D-Technologie ist als ein bedeutendes Beispiel zu nennen, um genau dies zu realisieren. Die praktische Anwendung dessen lässt sich in die verschiedensten Schulfächer einbauen, um den Schülern die oftmals schwer greifbaren theoretischen Konzepte vereinfacht darzustellen und sie interaktiv mit einzubeziehen.
Die Schüler profitieren demnach auf zwei unterschiedliche Arten von der Nutzung des 3D-Drucks: Zum Einen da sie die innovative Technologie des 3D-Drucks kennenlernen. Dies ist wichtig, da 3D-Druck in Zukunft mit Sicherheit zunehmend bedeutender wird und man von tiefgreifende wirtschaftliche und soziale Veränderungen durch die Technologie ausgeht, was eben auch die steigende Anzahl an Studiengängen begründet.
Zum anderen können dank dem 3D-Druck komplexe Theorien vereinfacht und verständlicher dargestellt werden. Die Kinder werden stärker mit einbezogen und zum eigenen Nachdenken und zur Problemlösung angeregt. So profitieren die Schüler besonders in den sogenannten MINT Fächern, die zumeist die größten Verständnisprobleme mit sich bringen. Aber auch für den Einsatz in Kunst, Technik, Erdkunde kann der 3D-Druck in der Schule eine Bereicherung sein.
Elvira Rach , die Verantwortliche für Bildung bei iGo3D GmbH äußert sich diesbezüglich wie folgt: « Digitalisierung und Technologie verändert alles. Gerade in Schulen ist die zunehmende Digitalisierung ein großes Thema und der Bereich 3D-Druck genießt besonderes Augenmerk. Deshalb muss sich auch die Bildung darauf einlassen, um Schülerinnen und Schüler auf die Zukunft vorzubereiten. Diese Veränderungen sind aber so tiefgreifend, dass es nicht genügt, nur ein iPad im Klassenzimmer zu platzieren. 3D-Druck kann die Art und Weise, wie Schüler lernen, völlig verändern und verbindet in besonderer Weise digitale Medien und physische Greifbarkeit von Lerninhalten. »
Konkrete Gestaltung des Unterrichts in der Schule mit 3D-Druck
Durchaus macht der Einsatz von 3D-Druck in der Schule Sinn, wenn man die Reihe an vorangegangen Vorteilen betrachtet. Doch welche Möglichkeiten gibt es überhaupt den 3D-Druck in der Schule und in den Unterricht zu integrieren? Vor allem bei den vollgestopften Lehrplänen der Schüler. Wie soll da noch die Zeit bleiben sich mit einer so innovativen Technologie wie 3D-Druck zu befassen?
Auch wenn beispielsweise im deutschen Bundesland Nordrhein-Westfalen der Einsatz neuer Medien fachübergreifend in alle Lehrpläne integriert worden ist, bedeutet das nicht gleich, dass an den Schulen von nun an rund um die Uhr gedruckt wird.
Vielmehr zielt der Einsatz der innovativen 3D-Technologie bislang primär auf spezielle Projekte bzw. ganze Projekttage ab, oder findet in Form von Arbeitsgemeinschaften statt.
« Im Fokus der Arbeit mit der 3D-Technologie steht dann der komplette Produktentstehungsprozess. Die Schülerinnen und Schüler erforschen verschiedene Themenbereiche und setzen ihre Ideen in 3D-Modelle um. Sie entwerfen dreidimensionale Objekte am Computer, können innovative Technologien anwenden, Ergebnisse bewerten und korrigieren. », so Elvira Rach, die für Com3Du und iGo3D bereits mit vielen Schulen zusammengearbeitet hat.
Ebenso eine Arbeitsgemeinschaft, in der das umgesetzt wird, gibt es auch an dem St. Benno-Gymnasium in Dresden, an welcher zur Zeit acht Schüler aktiv teilnehmen. Die Teilnahme an der AG sei ab Klassenstufe 7 zu empfehlen, also ab einem Alter von ungefähr 13 Jahren, da die jüngeren Schüler oft noch über zu wenig Wissen verfügen, um überall aktiv mitarbeiten zu können, erklärt der Leiter der AG Herr Rudolph, der Lehrer für Informatik und Geographie am St. Benno-Gymnasium ist.
In Frankreich in der Ecole Alsacienne wurde bereits im Jahr 2013 mit einigen Workshops zum Thema Modellierung und 3D-Druck begonnen. Im Rahmen des Projekts wurde sogar zum Teil schon mit Kindern der Grundschule gearbeitet. „Die 3D-Umgebung ist auch jungen Schülern bereits vertraut, vor allem denen, die Videospiele spielen. Visualisierung und 3D-Modellierung können das, was man auf dem Notebook in 3D gezeichnet hat, ganz einfach materialisieren. Die Modellierung bildet eine großartige Unterstützung beim Lernen und Verstehen von Geometrie.“
Workshops in der Ecole Alsacienne in Frankreich
Im Gegensatz dazu liegt der Fokus am Schyren Gymnasium in München ganz klar auf älteren Schülern der Oberstufe, also im Alter von 16 bis 18. Hier hat Informatik Lehrer Ingo Bartling im Zuge des sogenannten P-Seminars, welches ein obligatorisches Seminar der gymnasialen Oberstufe darstellt, seine Schüler unter dem Thema „Inbetriebnahme eines 3D-Druckers“ mit der Technologie in Kontakt gebracht. Das Seminar umfasst die Dauer von 18 Monaten, wobei mit dem Sammeln von Spendengeldern für den 3D-Drucker begonnen wurde. Die Schüler kontaktierten Firmen und nach vier Monaten hatten Sie das Geld für den Drucker zusammen und die zwölf teilnehmenden Schüler teilten die weitere Arbeit auf. Ein Teil kümmerte sich um die Dokumentation des Vorgehens, ein Team untersuchte die 3D-Scanning Software, ein anderes und programmierte eine Internetseite dazu und die letzte Gruppe startete schließlich Tests mit verschiedenen 3D-Modellierungssoftwares. Die ambitionierten Teilnehmer und ihre Lehrer wurden jedoch auch mit einigen Problemen konfrontiert:
„Zum einen ist die Software, die für die Erstellung von 3D-Objekten nötig ist, nicht einfach zu benutzen. Zudem fallen umsetzbare Ideen nicht vom Himmel.“, sagt Ingo Bartling nach dem P-Seminar zum 3D-Druck. So zeigt sich, dass 3D-Druck in der Schule durchaus eingesetzt werde kann, aber der erste Zugang sich als schwierig gestalten kann, besonders wenn keinerlei Vorkenntnisse vorhanden sind.
Netzwerke und 3D-Lernsets zum Arbeiten mit 3D-Druck in der Schule
Eben an diesem Punkt gilt es anzusetzen und es ist wichtig Unterstützung anzubieten für die Schulen und Lehrer die 3D-Druck integrieren möchten. Es gibt mit Sicherheit eine große Zahl an Schulen und Lehrern, die gerne mit 3D-Druck in der Schule arbeiten würden, die Umsetzung jedoch aufgrund mangelnder Kenntnisse stagniert. Die Anwendung des 3D-Druckers ist oftmals eben nicht nur für die Schüler völliges Neuland, sondern auch für einige Lehrer.
Um trotz mangelnden Kenntnissen jeden interessierten und engagierten Lehrer dabei zu unterstützen 3D-Druck in seinen Unterricht oder in gewisse schulische Projekte einzubinden, gibt es einiges an Unterstützung in Form von digitalen Netzwerken oder 3D-Lernsets, die speziell für den Anwendungsbereich Schule geschaffen wurden.
« Haben Sie keine Angst, neue Technologien an Ihrer Schule zu integrieren. « So äußert sich Com3du zum Einsatz der 3D-Technologie an Schulen.
Com3du ist ein digitales Netzwerk für Schulen in Deutschland und bietet in Kooperation mit dem niederländischen Hersteller für 3D-Drucker Ultimaker und dem deutschen Online-Shop für 3D-Drucker und Druckzubehör iGo3D Unterrichtsmaterialien, Expertentipps und Videotutorials für Lehrer zum Einsatz des 3D-Drucks in der Schule an. Darüber hinaus bietet das „digitale Klassenzimmer“ Com3du als Plattform auch die Möglichkeit zum Austausch der gegenseitigen Erfahrungen im Umgang mit 3D-Druck im Unterricht. Aktuell umfasst die Plattform bereits ein Netzwerk von 50 Mitgliederschulen und Partnern aus dem Bildungsbereich.
Eine weitere kollaborative Plattform, welche äquivalente Leistungen ebenfalls kostenlos anbietet, ist das Education Project, welches entstanden ist, um den 3D-Druck in die Schulen des Vereinigten Königreichs Großbritannien zu bringen. Die Strategie der Plattform setzt sich aus sechs Schlüsselaspekten an der Zahl zusammen: Community, Zuverlässigkeit und Unterstützung, Bildung, Zugang, Lehrbarkeit und Ökonomie.
In Kooperation mit dem in Großbritannien ansässigen globalen Händler für 3D-Drucker PrintLab wollen die Partner ihre gemeinsame Vision verfolgen, nämlich die Integration von 3D-Druck in der Schule zu unterschützen. Deswegen bieten die Unternehmen partnerschaftlich Tools und Materialien für Lehrer an, dass diese den Schülern dann die 3D-Technologie näher bringen können.
Die Partnerschaft zeichnet sich daher aus den ergänzenden Fähigkeiten des einzelnen aus. So leistet Create Education überwiegend die kreative Arbeit zur geeigneten Aufbereitung der innovativen 3D-Technologie für die Schulen und PrintLab bringt die technische Komponente in Form von branchenführenden Produkten ein. Konkret bieten die zwei Unternehmen gemeinschaftlich ein 3D-Druck Paket an, welches einen Lehrplan, Materialien, Hardware, Software, Trainingsressourcen und weiten Support enthält. Das komplette 3D-Druck Paket ist ab einem Preis von 625£ erhältlich und PrintLab bietet zudem einen kostenfreien Lehrplan und einen 60 Tage Guide für Lehrer zum Reinschnuppern an.
Alternative zum Netzwerk
Es muss aber auch nicht immer gleich ein Netzwerk, sein, denn auch speziell zugeschnittene Lernsets können sich sehr gut dafür eignen 3D-Druck in die schulische Bildung und den Unterricht selbst einzubauen.
3Doodler bietet zum Beispiel eine Reihe an Lernpaketen und ist unter anderem für seinen einzigartigen 3D-Druckerstift bekannt, welcher der erste dieser Art ist. Der Stift von 3Doodler bildet eine einfache Variante für die Integration des 3D-Drucks in den Schulen ab, da damit kinderleicht dreidimensionale Kunstwerke geschaffen werden können und die Schüler so ein grundlegendes Verständnis für Dreidimensionalität entwickeln.
Als Bücherbus des 21. Jahrhunderts könnte man den FabBus auch bezeichnen. Dieser FabBus wurde vom Goethelabor der FH Aachen entwickelt und ist sozusagen ein mobile Versuchslabor ausgestattet mit 3D-Druckern und weiteren Anwendungen der additiven Fertigung. Damit stellt der Bus eine gute Alternative zum Erstkontakt zwischen 3D-Technologie und interessierten Schulen dar. Der große Vorteil darin liegt, dass mit dem FabBus keine große finanzielle Investition einhergeht, wie etwa in einen schuleigenen 3D-Drucker, um die Schüler mit der 3D-technologie in Kontakt bringen zu können.
Singapur ist von den Möglichkeiten, die der 3D-Druck und seine Technologie mit sich bringen sogar so überzeugt, dass hier die Einführung von mindestens einem 3D-Drucker innerhalb der nächsten 5 Jahre für jede Grundschule im Land geplant wird. Das Land ist sich bewusst über die zukünftige Bedeutung des 3D-Drucks in vielen verschiedenen Bereichen, wie Medizin oder Industrie und entscheidet sich daher dazu jetzt große Investitionen in die Bildung zu tätigen, um so den 3D-Druck näher zu bringen und einem andernfalls potentiellen Fachkräftemangel in der Zukunft und dessen Kompensation teurer auswärtigen Kräfte vorzubeugen.
So weit ist der Trend in Europa zwar noch nicht durchgeschlagen, jedoch sind wir gespannt was die Zukunft bringen wird und wie sich der 3D-Druck in der Bildung in Europa und damit auch in den Schulen Europas durchsetzen wird.
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