Didaktischer Kommentar

IdeenSet 3D Drucken

Relevanz und Übersicht

Neben ausleihbaren 3D-Druckern, einführenden Anleitungen und praktischen Hintergrundinformationen, besteht das IdeenSet 3D-Drucken aus drei 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. 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).

Vorstellungen und Vorkenntnisse

Je nach Fach und Fokussierung stehen andere Kompetenzen im Vordergrund (siehe oben). Unabhängig davon werden zusätzlich überfachliche, sowie medien- und informatikspezifische Anwenderkompetenzen gefördert. Die Schülerinnen und Schüler ...

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

Spielraum für kreatives und selbstständiges Arbeiten
Beim Entwickeln und Konstruieren von 3D-Modellen ist es elementar, den Schülerinnen und Schülern genügend Spielraum für eigene Ideen zu geben. Dadurch können sich Schülerinnen und Schüler 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 ge-sammelt wurden, ist es deshalb sinnvoll, den Auftrag freier zu formulieren und individuelles Arbeiten zu fördern.

Teamarbeit
Wie bei den Profis findet der Entwicklungsprozess idealerweise im Team statt. Dies fördert eine ganze Reihe von personalen, sozialen und methodischen Kompetenzen. Beispielsweise werden Schülerinnen und Schüler angehalten, Ideen und Vorgehensweisen zu kommunizieren, Entscheidungen zu begründen sowie Fragen und Probleme zu erkennen, zu diskutieren und gemeinsam in der Gruppe zu lösen. Zu-dem muss die Arbeit in der Gruppe koordiniert und abgesprochen werden, was einer typischen Alltags-situation entspricht.

Der Prozess steht im Vordergrund
Im Grundsatz besteht das 3D-Drucken aus drei Schritten. In einem ersten Schritt werden Ideen ge-sammelt, skizziert und besprochen. In einem zweiten Schritt werden die Skizzen am Computer verfei-nert, präzisiert und als digitales Modell aufbereitet. In einem dritten Schritt wird das digitale Modell als physisches Objekt ausgedruckt. In der Schule kann der Produktentwicklungsprozess mit dem Lernpro-zess 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.

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 Zwi-schenergebnisse können ausgedruckt werden und als Grundlage für Arbeitsbesprechungen genutzt werden. Bei mehreren Durchgängen können Schülerinnen und Schüler Denk- und Entwicklungsfehler bereits in einem frühen Stadium erkennen und rechtzeitig klären. Zudem ist früh erkennbar, ob ein Vor-haben zu komplex oder unrealistisch ist. Trial-and-Error ist dabei die Devise.

Organisiation und weitere Hinweise

Der Produktionsprozess im Detail

1. Skizzieren von Hand
Nicht immer ist der Computer das passende Werkzeug. Um einfach und schnell erste Ideen zu visualisieren, eignen sich Papier und Bleistift am besten. Damit können Schülerinnen und Schüler erste Ideen entwickeln, ohne technische Kenntnisse zu benötigen.


2. Modellieren mit Tinkercad
Tinkercad ist eine webbasierte Software, mit der skizzierte Ideen als digitales 3D-Modell umgesetzt werden können. Die Bedienung ist intuitiv, so dass Primarschülerinnen und -schüler nach einer kurzen Einarbeitungsphase selbstständig damit modellieren können. Bei der Arbeit mit Tinkercad funktionieren alle gängigen Kurzbefehle, welche auch von anderen Anwendungen bekannt sind. Eine Übersicht der wichtigsten Kurzbefehle bietet dieser Blogbeitrag:  https://blog.tinkercad.com/keyboard-shortcuts/
Hinweis: Bei der Erstellung von Modellen, welche mit einem 3D-Drucker ausgedruckt werden sollen, ist darauf zu achten, dass Körper immer eine geschlossene, zusammenhängende Hülle ohne Lücken aufweisen.


3. Ausdrucken mit dem 3D-Drucker
Digitale Modelle können mit der Software Cura in ein druckbares Format umgewandelt werden. Die umgewandelte Datei wird mit einer SD-Karte in den 3D-Drucker eingelesen. Idealerweise verfügt jede Schülerin und jeder Schüler über eine eigene SD-Karte. In der ausleihbaren Kiste der PHBern steht neben einem 3D-Drucker auch ein Klassensatz mit SD-Karten zur Verfügung. Die SD-Karte für Lehrpersonen enthält fixfertige Beispiele zum Ausdrucken.
Die Länge eines Druckes variiert je nach Druckgrösse und Komplexität stark. Ein Druck kann ohne weiteres mehrere Stunden bis Tage dauern. Aus diesem Grund sind in der Schule kleine Druckobjekte vorzuziehen. Das Drucken kann während dem Unterricht stattfinden, da die Geräte relativ wenig Lärm verursachen. Häufige Probleme und Lösungen zum 3D-Drucken sind unter folgendem Link zu finden: https://community.ultimaker.com/forum/124-deutsch/

Druckverfahren
Es gibt verschiedene 3D-Druckverfahren. Unter folgendem Link sind die wichtigsten Formate beschrieben: http://kurs.3drucken.ch/technologie.html. Für Schulen eignet sich im Prinzip nur ein 3D-Druckverfahren – das Fused Deposition Modeling (FDM oder FFF). Bei diesem Verfahren wird ein 3D-Modell erstellt, indem Schicht für Schicht schmelzfähiges Druckmaterial (Filament) aufgesetzt wird. Meist handelt es sich um PLA-Kunststoff. Dieses Material ist sehr stabil, gering entflammbar und weist eine hohe UV-Beständigkeit aus. PLA wird häufig als Verpackungsmaterial in der Lebensmittelindustrie eingesetzt und ist somit lebensmittelecht.

Quellen

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