Erste Schritte beim 3D-Druck im Klassenzimmer

3D-Druck erfreut sich seit einigen Jahren immer größerer Beliebtheit. Dank Fortschritten in der 3D-Druck-Branche lässt sich die einst enorm kostspielige und komplexe Technik heute auch von Lehrern und Schülern intuitiv bedienen. Der 3D-Druck hat bereits eine Reihe von Branchen revolutioniert, darunter der Maschinenbau, die Fertigung, die Zahnmedizin, das Gesundheitswesen, die Unterhaltungsindustrie, die Schmuckbranche, die Audiologie und der Bildungssektor. Nun ist es an der Zeit, dass auch Schulen 3D-Druck einführen, damit aus den Schülern von heute die Wegbereiter von morgen werden können. 3D-Druck hilft aber nicht nur, die jungen Menschen für die Arbeitswelt fit zu machen. Er ist darüber hinaus ein enorm nützliches Lerninstrument, das die Kreativität fördert. 

Wie können Pädagoginnen und Pädagogen der verschiedenen Bildungsstufen 3D-Druck in ihren Unterricht einbauen? In diesem Blogbeitrag werden folgende Aspekte beleuchtet:

• Warum ist 3D-Druck in der Schule notwendig?

• Wie lässt sich 3D-Druck in den Unterricht integrieren?

In vielen Schulen besteht heute Modernisierungsbedarf. Schüler müssen grundlegende Ressourcen wie moderne Laptops erhalten und Klassenzimmer sollten flächendeckend mit audiovisuellen Hilfsmitteln wie Projektoren und Smartboards ausgestattet werden. Anstatt die Technologie aus dem Unterricht zu verbannen, sollten Pädagogen ihren Schülern zeigen, wie sie die Technologie zum Lernen nutzen. Auch wenn dies auf den ersten Blick überraschen mag, haben sich 3D-Drucker als grundlegende Lernwerkzeuge erwiesen. Seit einiger Zeit stößt der Einsatz von 3D-Druckern in der Bildung auf reges Interesse. Nach einem Bericht des britischen Bildungsministeriums haben „3D-Drucker erhebliches Potenzial als Lehrmittel und können sich positiv auf die Schülermotivation und das Lernen auswirken“. 

3D-Drucker ermöglichen aktives Lernen, bei dem die Schüler praktische Erfahrungen sammeln und ihre eigenen CAD-Projekte umsetzen können. Statt ausschließlich aus Büchern zu lernen und mitzuschreiben, wenden die Schüler wissenschaftliche Konzepte auf den 3D-Druck an, um das Gelernte besser zu verstehen und zu behalten. Das hat gerade für solche Schüler enorme Vorteile, die zum Lernen etwas Greifbares, etwas Handfestes benötigen. In einer Stunde zur menschlichen Anatomie können die Schüler beispielsweise Knochen und Organe drucken, um den menschlichen Körper besser zu begreifen. Außerdem erwerben die Schüler beim 3D-Druck analytische Fähigkeiten, indem sie Größe, Form, Bewegungen und Beziehungen zwischen Objekten interpretieren müssen.

Darüber hinaus hilft der 3D-Druck Heranwachsenden, die Außenwelt zu begreifen. Nach dem Prinzip „Learning by doing“ sehen sie, was ihre 3D-Druckteile im richtigen Leben bewirken. Die Pädagoginnen und Pädagogen spielen eine wichtige Rolle dafür, dass Kinder und Jugendliche die Auswirkungen des 3D-Drucks auf den Alltag besser verstehen.

Die Anwendungsbereiche des 3D-Drucks im Klassenzimmer gehen über die MINT-Fächer (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) hinaus. Als kreative Werkzeuge schüren 3D-Drucker die Vorstellungskraft der Anwender. Die Umsetzungsmöglichkeiten sind mit Druck praktisch unbegrenzt. Schüler ohne CAD-Kompetenzen können 3D-Objekte mithilfe von Virtual-Reality-Software erstellen und anschließend drucken.

Wie können Pädagogen 3D-Druck in ihren Unterricht integrieren? Zunächst einmal müssen sie selbst lernen, mit 3D-Druckern umzugehen. Natürlich bedarf es einer Lernphase, allerdings können die Ressourcen von Formlabs den Lehrkräften den Einstieg enorm erleichtern. Unsere speziell auf Ihre Branche zugeschnittenen Lernpfade umfassen alle Informationen, die Sie benötigen. Sie erwerben grundlegendes Wissen in den Bereichen Scan, Design, Druckvorbereitung, Druck und Nachbearbeitung. Es werden unter anderem folgende bildungsspezifische Themen behandelt:

• auspacken, drucken und nachbearbeiten.

• 3D-Modelle druckfähig machen.

• Tipps für die Implementierung und Unterrichtsbeispiele.

• Implementation advice and curriculum examples.

Im nächsten Schritt geht es darum, einen Unterrichtsplan für den 3D-Druck auszuarbeiten. 3D-Druck eignet sich für jede Bildungsstufe, von der Grundschule über weiterführende Schulen bis zu Berufsbildung und Hochschule.

Grundschule und weiterführende Schulen

Einige Schulen haben 3D-Druck bereits erfolgreich in den Unterricht integriert. In den USA nahmen beispielsweise verschiedene Middle- und Highschools am Programm iDigFossils der University of Florida teil: Mithilfe von Fossilien aus dem 3D-Drucker bringt dieses Programm das Museum in die Schulen. Anhand der von ihren Lehrern entworfenen Aktivitäten konnten die Schüler Fossilien unter den Aspekten Evolution, Biologie und Klimawandel erkunden. Die an dem Programm beteiligten Forscher arbeiten darüber hinaus an Computer-Anwendungen, mit denen Schüler 3D-Bilder Schicht für Schicht untersuchen können. Lehrkräfte an Grund- und weiterführenden Schulen sollten prüfen, wie sich 3D-Druck am besten in ihre Unterrichtsfächer einbinden lässt. Beim 3D-Druck geht es im Kern um das Entwerfen und den Schaffensprozess. Lehrkräfte können 3D-Druck für eine ganze Reihe von Themen und Tätigkeiten einsetzen: So können Schüler historische Gebäude nachbauen, menschliche Knochen und Organe erstellen, mathematische Experimente durchführen oder Schmuck herstellen, um nur einige Beispiele zu nennen. 

Berufsschulen und technische Bildungseinrichtungen

Auch an Berufsschulen und in technischen Bildungseinrichtungen kommt 3D-Druck zum Einsatz. Am technischen College Morrison Tech in den USA spielt 3D-Druck eine entscheidende Rolle für die praxisorientierte Ausbildung. Fast alle Maschinenbaukurse am Morrison Tech schließen 3D-Druck ein. In den Projekten, die die Kursteilnehmer bearbeiten, geht es um Problemstellungen aus dem realen Leben. Die Studierenden erlernen Produkt- und Prototypenentwicklung per 3D-Druck und erstellen Funktionsteile wie Zahnräder, die anschließend mit dem Formlabs Form Cure gehärtet werden. Technische Bildungseinrichtungen wie Morrison Tech setzen 3D-Druck auf den Lehrplan, um die Teilnehmer auf ein Arbeitsumfeld vorzubereiten, in dem dieses Verfahren massiv eingesetzt wird.

Hochschulen

Im Hochschulbereich fasst 3D-Druck zunehmend Fuß. Folgendes sind einer Studie von Deloitte zufolge die wichtigsten Bedürfnisse, die 3D-Druck an Hochschulen deckt:

• Fachübergreifendes Verständnis additiver Fertigungsverfahren (für Fachbereiche wie Materialwissenschaften, Design, Maschinenbau usw.)

• Bessere Designkenntnisse, insbesondere bezüglich Kompetenzen im Bereich Design für additive Fertigung.

• Blick über den Tellerrand, Kreativität und Innovationsfreude.

• Besseres Verständnis für die Verbindung zwischen additiver Fertigung und sonstigen Fertigungsverfahren, nicht einzig von additiver Fertigung.

• Betriebswirtschaftliches Verständnis der additiven Fertigung.

Fachhochschulen und Universitäten, die 3D-Druck in ihre Lehrpläne aufnehmen möchten, sollten ihre Programme dahingehend prüfen, wo sich 3D-Druck sinnvoll einbauen lässt. Entscheidend für die Umsetzung erfolgreicher 3D-Druck-Programme ist ein interdisziplinärer Ansatz, bei dem Lernen durch Erfahrung im Mittelpunkt steht.

An der US-amerikanischen Universität UMass Lowell wurden die Bildhauerei- und 3D-Design-Kurse fit für das 21. Jahrhundert gemacht. Die Dozentin Yuko Oda setzt mit großem Erfolg 3D-Druck dafür ein, die Kurse für 3D-Design, Bildhauerei, 3D-Modellierung und Animation an der Hochschule zu modernisieren. 

Lehrkräfte sämtlicher Fächer können 3D-Druck problemlos in ihre Unterrichtspläne integrieren. Über Plattformen wie Pinshape oder Thingiverse können Schüler und Studierende auf eine große Bandbreite druckfertiger Dateien zugreifen. Benutzerfreundliche CAD-Programme wie Tinkercad bieten ihnen die Möglichkeit, ihre eigenen Drucke zu entwerfen. Diese kostenfreien Ressourcen helfen Pädagogen dabei, ihren Unterricht durch 3D-Druck zu bereichern. 

Naturwissenschaften

Ein Beispiel für den Einsatz von 3D-Druck in naturwissenschaftlichen Fächern ist der Erdkundeunterricht. Die Schüler können die verschiedenen Erdschichten ausdrucken, zusammensetzen und farbig bemalen. Dadurch, dass sie die einzelnen Schichten selbst drucken, können sie den Aufbau der Erde leichter nachvollziehen. Im Chemie-Unterrichten können Schüler zum Beispiel dreidimensionale Molekülmodelle drucken.

Technik

In technischen Unterrichtsfächern können die Schülerinnen und Schüler eigene Konstruktionen aus separaten 3D-Druckteilen anfertigen. So können Sie zum Beispiel eine funktionsfähige Uhr im 3D-Druck herstellen.

Mathematik

Der 3D-Druck ist ideal, um Schülern Geometrie näher zu bringen. Die Schüler können einfache, aber auch sehr komplexe geometrische Formen drucken. Dabei können sie sich auch mit Mustern vertraut machen. Das Tessellation Escher Project ermutigt Schüler, Parkettierungsteilflächen zu drucken und zusammenzusetzen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für 3D-Drucker sind maßstabsgetreue Modelle, die den Schülern Proportionen und Verhältnisse verständlich machen.

Architektur

Architekturstudenten können mithilfe von 3D-Druck Gebäude entwerfen und Prototypen erstellen. Durch den 3D-Druck unterschiedlicher Elemente des Gebäudes können sie leichter nachvollziehen, wie ihr Entwurf in die Wirklichkeit umgesetzt werden kann.

Kunst

Die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks in den einzelnen Künsten sind schier unbegrenzt. Die Schüler können beispielsweise 3D-Schneeflocken, Musikinstrumente und vieles mehr erstellen.

Geschichte

Im Geschichtsunterricht können Schüler historische Monumente und Gebäude am 3D-Drucker neu erschaffen. So können sie zum Beispiel Bauwerke der Azteken und Maya drucken.

Auf den ersten Blick mag 3D-Druck in der Schule wie ein Luxusartikel wirken, tatsächlich hat sich die Technik aber längst zu einem bedeutenden interdisziplinären Lerninstrument entwickelt. Diese unglaublich vielfältige Technologie erlaubt eine ganze Reihe von Anwendungen über Bildungsstufen und Fachbereiche hinweg. Damit aus den Schülern von heute die Wegbereiter von morgen werden, sollten sich Pädagogen jetzt damit vertraut machen, wie sie 3D-Druck in ihren Unterricht einbinden.

Weitere Informationen zum 3D-Druck an Schulen finden Sie in unserem Whitepaper FDM vs. SLA: Die beiden beliebtesten Arten von 3D-Druckern im Vergleich für den Bereich Bildung