3D-Druck in der Schule: Wie man Kinder mit neuen Technologien zum Mitmachen begeistert
Ist 3D-Druck womöglich die „Killer-App“, die dem Schulsystem eine Rundumerneuerung verpasst? Nach jüngsten Umfragen und Berichten könnte 3D-Druck der Schlüssel dazu sein, Jugendliche nicht nur auf den Arbeitsmarkt vorzubereiten.
Einem Bericht des Weltwirtschaftsforums über die Zukunft des Arbeitsmarkts vom Januar 2016 zufolge wird 3D-Druck mit dazu beitragen, dass innerhalb von vier Jahren „Fähigkeiten, die heute noch nicht relevant sind, über ein Drittel der für die meisten Berufe geforderten Kernkompetenzen ausmachen werden“. Somit wird offensichtlich, dass für das Bildungssystem weltweit sowohl die Chance als auch der Ansporn besteht, 3D-Druck zu einem Lernschwerpunkt zu machen.
Schließlich hat sich das experimentelle, praktische Lernen schon seit der zweiten industriellen Revolution in den USA etabliert. Bereits im Jahr 1896 eröffnete John Dewey, einer der wichtigsten Denker des 20. Jahrhunderts, die erste Laborschule an der Universität von Chicago. Deweys Form der progressiven Erziehung verzichtete auf konventionelle Lehrmethoden mit festgelegten Routinen zugunsten von Denken und Handeln. Zu jener Zeit stammten bedeutende Erfindungen oft von einzelnen Personen – wie Charles Grafton Page, Michael Faraday und Joseph Henry – die sich statt akademischer Theorie ihre Beobachtungsgabe und ableitende Logik zunutze machten.
In den frühen 1990er Jahren entwickelte Seymour Papert auf dem Fundament der Arbeit von Dewey die pädagogische Theorie des Konstruktionismus, die das kontextuelle Lehren befürwortet und der Motivation der Schüler für das Lernen einen großen Stellenwert einräumt. Paperts Auffassung der Erlebnispädagogik motivierte ihn zu einem Projekt zur Förderung von 3D-Druckern in Schulen: der FabLab@School, einem „weltweit wachsenden Netzwerk von digitalen Fertigungslabors in Bildungseinrichtungen.“ Das Projekt unterstützt mithilfe von 3D-Druckern und Laserschneidanlagen die Fertigung von Objekten in Teamarbeit und soll Kindern die Möglichkeit geben, an realen Lösungen zu arbeiten.
„Wenn man Mathematik anhand von Ingenieurtechnik lehrt, versteht sie jedes Kind”, sagt Jeffrey Lipton, ehemaliger Projektleiter von Fab@Home, einer anderen, der FabLab@School ideologisch ähnlichen Initiative. „Für die Schüler wird das langweilige Fach Mathematik plötzlich zur ‚Superpower‘.“
Lipton geht davon aus, dass 3D-Druck eine zentrale Rolle dabei spielen wird, abstrakte Konzepte greifbar zu machen. Wenn ein Kind beispielsweise Probleme mit der Differenzial- oder der Infinitesimalrechnung hat, könnte es durch den 3D-Druck eines Modells zur Stromerzeugung ein besseres Verständnis für diese Prinzipien bekommen. Ingenieurtechnik ist deshalb der „beste Weg, Mathematik und Naturwissenschaften zu lehren“, glaubt Lipton.
Die Bildungsexperten der Laboratory School for Advanced Manufacturing Technologies in Virginia sind nicht die Einzigen, die ihm darin zustimmen. Ihr vorgeschlagener Bildungsrahmen (PDF) stellt fest, dass die Motivation von Schülern steigt und sie gleichzeitig Fähigkeiten wie Rechnen, Teamarbeit und Problemlösung erlernen, wenn sie ihre Ideen in die Realität umsetzen dürfen.
David Lewis ist sowohl Lehrer als auch Vater und kennt sich mit dem enormen Problemlösungspotenzial von 3D-Druck bestens aus. Die Geschichte von Lewis und dessen Sohn Riley ist ein weiteres Beispiel für die erfolgreiche Anwendung von 3D-Druck im Bereich Bildung. Auf einer großen 3D-Design- und Technologiekonferenz lernte Riley schon als Siebtklässler alle Facetten des 3D-Drucks kennen. Von diesem Zeitpunkt an war er Feuer und Flamme – so sehr, dass er sich innerhalb eines Jahres eine „komplette Ausstattung und Lizenzen erbetteln“, sein eigenes 3D-Drucklabor einrichten und die entsprechenden Fähigkeiten aneignen konnte, wie Lewis berichtet.
Infolge des Erfolgs seines Sohnes war Lewis der Meinung, dass viel mehr Schüler Zugang zu Möglichkeiten wie dieser haben sollten. Deshalb bot er auf Rileys Initiative hin der Discovery Charter School in San Jose an, Kurse in 3D-Druck, CAD-Software und den zugehörigen Fertigkeiten zu unterrichten. Die Schule nahm das Angebot gerne an und seit 2012 haben mehr als 200 Studenten von Lewis’ Kursen profitiert – einige haben sogar erfolgreiche Kickstarter-Projekte entwickelt. Lewis führte das Projekt auch an anderen Schulen vor Ort, bei Stanford Splash Events (einem akademischen Programm für Schüler der Sekundarstufe) sowie der Maker Faire in den USA ein.
„Wir beobachten, dass Schüler häufig sehr erfolgreich zusammenarbeiten und in Teams von drei oder vier Personen tatsächlich ein Problem lösen“, beschreibt Lewis die Motivationskraft von 3D-Druck. In Übereinstimmung mit Papert, der Lernen als aktiven, sozialen Prozess auffasst, beschreibt Lewis, wie die Technologie im Vergleich zur „an den meisten Schulen üblichen Pseudo- oder erzwungenen Zusammenarbeit“ zu ganz anderen Erfahrungen führt. Die Kinder sind hier „voll bei der Sache“, berichtet er. „Es ist wirklich faszinierend.“
Eine vor kurzem vom ACT, der für die gleichnamige Hochschulaufnahmeprüfung verantwortlichen Organisation, durchgeführte Studie zu MINT-Fächern zeigt auf, dass Erfolgsgeschichten dieser Art nicht alltäglich sind. Ein wichtiges Fazit des Berichts besteht darin, dass Absolventen der Sekundarstufe für das Studium von MINT-Fächern und, im erweiterten Sinne für eine Karriere, „nicht gut vorbereitet sind“. Tatsächlich scheint die Schulbildung eher vom Handeln motivierter Personen wie Lewis abzuhängen, als von den gemeinsamen Bemühungen der Schulbezirke oder Regierungen, wenn es darum geht, Studenten den Ansporn zu geben, den sie brauchen.
Dennoch würde die Finanzierung von 3D-Druckern für jedes Klassenzimmer dieses Problem nicht von heute auf morgen lösen. Aber wenn man sie in geeigneter Weise integriert, sind 3D-Drucker wichtige Werkzeuge im Lerngerüst. Beim Bau von Lerngerüsten wird mit Onlinemodellen aus der Smithsonian-Sammlung und anderen Werkzeugen wie Patentbeschreibungen und Notizbüchern von Erfindern gearbeitet, um wichtige Erfindungen und die zugrunde liegenden wissenschaftlichen Prinzipien nachzubilden und neu zu interpretieren. In anderen Worten: Ingenieurtechnik, Mathematik und Wissenschaft werden in einen realen Kontext gesetzt.
Die erfolgreiche Einbindung eines 3D-Druckprogramms erfordert eine abteilungsübergreifende Koordinierung, die den reibungslosen Ablauf sicherstellt. Lipton warnt vor „Nullachtfünfzehn- oder Standardlaboren“, die zwar einfach zu benoten sind, jedoch nicht die experimentelle Freiheit bieten, um technisches Potenzial freizusetzen. Wenn es aber funktioniert, entdecken Schüler, dass man abstrakte wissenschaftliche und mathematische Konzepte nicht nur anwenden, sondern sogar optimieren kann. Und diese Fortschritte wirken sich nachhaltig positiv auf die zukünftige Kursarbeit, auf Hochschulaufnahmeprüfungen und sogar Karrierechancen aus.
Es herrscht immer noch Uneinigkeit darüber, ob Bildung der Weg zu einer Karriere oder zur persönlichen Entfaltung ist und ob es möglich oder überhaupt wünschenswert ist, eine neue Technologie in der Schulbildung zu verankern. Auf jeden Fall aber kann 3D-Druck in Schulen dazu beitragen, die angeborene Neugier in Kindern zu wecken und einen lebenslangen Wissensdurst zu fördern. Wie Mark Twain einst sagte, „Ich lasse nicht zu, dass meine Schulausbildung meiner Bildung in die Quere kommt.“