Der Hochschullehrgang „Didaktische und methodische Potentiale für die additive Fertigung mit 3D-Druckern im Bildungsbereich“ an der Pädagogischen Hochschule Burgenland

Ziele/Motive/Ausgangslage

In den letzten Jahren erhielt das 3D-Druckverfahren einen gewaltigen Aufschwung. Die Anpassungsfähigkeit und ökonomische Vorteile, mit denen komplexe Objekte ökologisch, nachhaltig und schnell hergestellt werden können, sind nicht nur für Wirtschaft, Wissenschaft und Technik, interessant. Auch für den Bildungsbereich hat diese Technologie und ihre Handlungsorientierung bei der Erstellung von haptischen und taktilen Objekten als didaktisch-methodisches Konzept an Bedeutung gewonnen (Lindmeier & Rach 2015, 21). Vor diesem Hintergrund entwickelte das Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen der Pädagogischen Hochschule Burgenland den Hochschullehrgang (HLG) „Didaktische und methodische Potentiale für die additive Fertigung mit 3D-Druckern im Bildungsbereich“. Ziel ist es, Lehrer_innen auf den Einsatz des 3D-Druckverfahrens in der Schule vorzubereiten. Sie sollen einerseits in der Lage sein, Schüler_innen mit dieser Zukunftstechnologie, der 3D-Modellierung und dem 3D-Druckverfahren vertraut zu machen und andererseits individuelle haptisch erfahrbare Anschauungsobjekte und Lehr- und Lernspiele mit dem 3D-Druckverfahren umzusetzen.

 

Lindmeier, A., & Rach, S. (2015). 3D-Druck: Hands & minds on! Von der räumlichen Konstruktion zum gedruckten Modell. Mathematik lehren, 32(190), 18-21.

Kurzzusammenfassung des Projekts in deutscher Sprache

Der Hochschullehrgang „Didaktische und methodische Potentiale für die additive Fertigung mit 3D-Druckern im Bildungsbereich“ an der Pädagogischen Hochschule Burgenland dient der Vermittlung grundlegender Kenntnisse der 3D-Modellierung und des Prozesses der Erstellung bis zum fertigen Druck eines 3D-Modells für Anschauungsmaterialien und Lehr- und Lernmaterialien für den Unterricht. Die zentralen Inhalte des Curriculums, das eigens für diesen Hochschullehrgang entwickelt wurde, umfassen neben den technischen Ausprägungen des 3D-Druckverfahrens vor allem auch das methodisch-didaktische Vorgehen in unterschiedlichen Einsatzszenarien an den Schulen. Lehrkräfte sollen dazu ermächtigt werden, Lehr- und Lernmaterialien, die auf haptisch erfahrbare Weise komplexe curriculare Inhalte transportieren, selbstständig zu entwickeln und herzustellen. Zusätzlich werden sie mit Kompetenzen ausgestattet, Schüler_innen mit einer geeigneten fachdidaktischen Aufbereitung für das Thema 3D-Modellierung und 3D-Druck zu sensibilisieren und sie für dieses Zukunftsthema zu begeistern.

Die Corona-Situation machte es notwendig, den HLG in Distanzlehre abzuhalten. Diese ungeplante Umstellung des hochschuldidaktischen Konzepts forderte die Lehrgangsleitung, die Referenten wie die Studierenden gleichermaßen. Aus dieser außergewöhnlichen Situation entwickelte sich eine unvorhersehbare, aber unglaublich positive Dynamik, die im Folgenden dargelegt werden soll.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

The university course " The didactic and methodological potential of additive manufacturing with 3D printers in education” at the University College of Teacher Education in Burgenland serves to provide basic knowledge of 3D modeling, from the creation process to the final printing of a 3D model for illustrative materials and teaching and learning materials for the classroom. The core contents of the curriculum, which was specifically developed for this university course, include not only the technical characteristics of the 3D printing process but also, and above all, the methodological-didactic approach in a variety of classroom scenarios. Teachers will be empowered to independently develop and produce teaching and learning materials that convey complex curricular content in a way that can be experienced haptically. In addition, they will be equipped with the appropriate didactic skills to raise their students’ awareness of as well as enthusiasm for the topic of 3D modeling and printing.

The Corona situation made it necessary to hold the HLG in distance learning. This unplanned change of the university didactic concept challenged the course management, the lecturers and the students alike. The unforeseeable but incredibly positive dynamic which developed from this extraordinary situation will be outlined in the remainder of this document.

Nähere Beschreibung des Projekts

Ausgangspunkt des HLG „Didaktische und methodische Potentiale für die additive Fertigung mit 3D-Druckern im Bildungsbereich“ am Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen der Pädagogischen Hochschule Burgenland (PHB) war der HLG “Coding und Robotik”. Die komplexen Inhalte von Coding und Robotik machten haptisch erfahrbare Lehr- und Lernmaterialien erforderlich. Das Fachdidaktikzentrum entwickelte diese und stellte sie der Hochschule, den Schulen und dem Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung (BMBWF) in einem Projekt (www.logobox.at) zur Verfügung. Die Nachfrage für diese 3D-gedruckten Lehr- und Lernmaterialien konnte nach einiger Zeit nicht mehr mit den 3D-Druckern an der PHB abgedeckt werden. Die weitere Unterstützung erschien, wegen des großen Interesses und der Relevanz des Themas, trotzdem sehr wichtig und so wurde das erarbeitete Know-How hinsichtlich der 3D-Modellierung und des 3D-Druckverfahrens in unterschiedlichen Fortbildungsformaten angeboten. Es stellte sich sehr schnell heraus, dass dieses Angebot die Nachfrage nicht decken kann und auch das Format für die komplexen Inhalte der 3D-Modellierung und des 3D-Druckverfahrens nicht ausreicht. So entstand die Idee, einen Hochschullehrgang zu entwickeln, der auf die vielfältigen fachwissenschaftlichen und fachdidaktischen Voraussetzungen des 3D-Drucks intensiv eingehen kann. Als Ausgangspunkt für die Entwicklung eines Kompetenzmodells wurde das COACTIV-Modell gewählt (Kunter, Klusmann & Baumert 2009; Baumert & Kunter 2011; Leitgeb, Zimmermann und Rollett 2021).

Der Hochschullehrgang „Didaktische und methodische Potentiale für die additive Fertigung mit 3D-Druckern im Bildungsbereich“ umfasst 10 ECTS-Anrechnungspunkte, ist auf eine Dauer von zwei Semestern angelegt und umfasst zwei Module.

Im Modul 1 erwerben die studierenden Lehrkräfte Kompetenzen, die es ihnen ermöglichen, erste eigenständige didaktische und methodische Interventionen hinsichtlich selbstkonstruierter 3D-Modell zu planen, durchzuführen und die Bedeutung dieser im Kontext der Leitmedientransformation einzuordnen. Das Modul erschließt den studierenden Lehrkräften die Theorie von 3D-Druckverfahren und der Konstruktion mit einem Zeichnungseditor. Weiters lernen die studierenden Lehrkräfte die historische Entwicklung, fundamentale Konzepte und technische Grundlagen des 3D-Druckverfahrens kennen. Dabei werden verschiedene Ebenen der Funktionsweise und Möglichkeiten thematisiert, um damit kreativ, kritisch und kollaborativ umzugehen.

Im Modul 2 lernen die studierenden Lehrkräfte eine Auswahl an gängigen Zeichnungseditoren und Slicing-Programmen kennen und können diese in ihrem pädagogischen Umfeld einsetzen. Sie sind in der Lage, ihre Anwendungskenntnisse selbstständig zu erweitern und die Auswirkungen neuer technologischer Entwicklungen auf pädagogische Chancen und Risiken einzuschätzen. Die studierenden Lehrkräfte erwerben Anwendungskompetenzen mit professionellen Zeichnungseditoren sowie Beratungs- und Planungskompetenz für individuellen Lernsituationen. Die praktische Umsetzung der selbstkonstruierten Lehr- und Lernressourcen im Klassenzimmer wird didaktisch und methodisch adäquat geplant, durchgeführt und evaluiert.

Anfragen von Pädagog_innen aus unterschiedlichen Schultypen und Mitarbeiter_innen anderer Pädagogischer Hochschulen aus ganz Österreich zeigen die Relevanz dieser Thematik. Um möglichst vielen Pädagog_innen eine Teilnahme am Hochschullehrgang ermöglichen zu können, und um die positiven Effekte der unterschiedlichen Settings von Distance Learning noch besser zu nutzen, wird er ab dem Studienjahr 2021/22 mit einem noch höheren Onlinelehreanteil bundesweit angeboten.

 

 

Baumert, J. & Kunter, M. 2011. „Das mathematikspezifische Wissen von Lehrkräften, kognitive Aktivierung im Unterricht und Lernfortschritte von Schülerinnen und Schülern.“ In Professionelle Kompetenz von Lehrkräften. Ergebnisse des Forschungsprogramms COACTIV, 163-192. Münster: Waxmann. www.ciando.com/ebook/bid-229459/intRefererID/241664

 

Kunter, M., Klusmann, U. & Baumert, J. 2009. „Professionelle Kompetenz von Mathematiklehrkräften.“ In Lehrprofessionalität – Bedingungen, Genese, Wirkungen und ihre Messung, 153-165. Weinheim: Beltz.

 

Leitgeb, T., Zimmermann, A. & Rollett, W. 2021. Der Hochschullehrgang Coding und Robotik an der Pädagogischen Hochschule Burgenland – eine zukunftsorientierte Lehrkräfteprofessionalisierung. In: MedienPädagogik (im Druck).

 

 

Mehrwert

Ziel des Hochschullehrgangs ist eine proaktive Auseinandersetzung mit digitalen und technologischen Anwendungen und Werkzeugen von Lehrkräften. Folgende Potentiale konnten herausgearbeitet werden:

- Individuelle Erstellung von Lehr- und Lernmaterialien:

Um nicht mehr vorgefertigte und oft nur uniform einsetzbare Lehr- und Lernmaterialien teuer kaufen zu müssen, erlaubt es das 3D-Druckverfahren, künftig auf individuelle Bedürfnisse abgestimmte Lehr- und Lernmaterialien vor Ort selbständig entwickeln und erzeugen zu können.

- Ökologische Vorteile

Das für das 3D-Druckverfahren verwendete Material ist kein Plastik, sondern Maisstärke (polylactic acid - PLA).

- Zeitgemäße methodisch-didaktische Aufbereitung

Die zentralen Fragestellungen, Theorien und Methoden hinsichtlich selbstkonstruierter, haptisch erfahrbarer Lehr- und Lernhilfen dienen als zeitgemäße methodische und didaktische Aufbereitung von Themen für die Mikrodidaktik. Der fachdidaktische Zugang kann auf verschiedene Inhalte und Schulfächer transferiert werden.

- Repository

Die von den studierenden Lehrkräften konstruierten haptisch erfahrbaren Lehr- und Lernmaterialien werden in einem Repository abgelegt und verteilt. Somit werden alle im Projekt modellierten und gedruckten Produkte für alle Interessierten zur Verfügung gestellt (www.codingundrobotik.at).

- Haptische Erfahrbarkeit fördert aktiv-entdeckendes Lernen

Haptische Lehr- und Lernmaterialen im Unterricht ermöglichen und fördern besonders aktiv-entdeckendes Lernen.

Übertragbarkeit/Nachhaltigkeit

Der Hochschullehrgang ist grundsätzlich übertragbar, jedoch muss auf die spezifischen Kompetenzen der Referent_innenhinsichtlich der 3D-Modellierung und des 3D-Druckverfahrens hingewiesen werden. Das Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen der PHB entwickelt seine Hochschullehrgänge kontinuierlich insbesondere hinsichtlich der Distanzlehre weiter, um ein bundesweites Angebot zu ermöglichen.

Aufwand

Der zusätzliche Aufwand ergab sich bezüglich der fachwissenschaftlichen und fachinhaltlichen Aspekte. Von der Entwicklung des Curriculums bis hin zur Durchführung der Lehrveranstaltungen musste jeder Inhalt selbst erarbeitet und fachdidaktisch umgesetzt werden. Der technische Aspekt bzgl. der Handhabung eines 3D-Druckers kommt herausfordernd hinzu.

Positionierung des Lehrangebots

Der Hochschullehrgang „Didaktische und methodische Potentiale für die additive Fertigung mit 3D-Druckern im Bildungsbereich“ richtet sich an Lehrkräfte aller Schultypen, die sich mit der zukunftsorientierten Technologie des 3D-Drucks und damit einhergehend mit der 3D-Modellierung auseinandersetzen wollen. Der HLG an der fokussiert auf die Vermittlung grundlegender Kenntnisse der 3D-Modellierung und des Prozesses der Erstellung bis zum fertigen Druck eines 3D-Modells für Anschauungsmaterialien und Lehr- und Lernmaterialien für den Unterricht.

 

Links zu der/den Projektmitarbeiter/innen
Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2021 nominiert.
Ars Docendi
2021
Kategorie: Digitale Transformation in der Lehre
Ansprechperson
Thomas Leitgeb MA MA
Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen
068181734293
Nominierte Person(en)
Mag. Michael Leitgeb
Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen
Simon Wagner, BEd
Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen
Lukas Scherbl
Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen
Thomas Leitgeb MA MA
Fachdidaktikzentrum Digital Lehren und Lernen
Themenfelder
  • Curriculagestaltung – Organisation
  • Neue Medien
  • Didaktische Methode
  • Weiterbildung Lehrende
  • Berufsbegleitend Studieren
  • Curriculagestaltung – Inhalt
  • Kommunikation/Plattform
Fachbereiche
  • Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik/Ingenieurwissenschaften