Wir lieben es zu sehen, wie unsere Drucker an hochkarätigen Hochschulen eingesetzt werden. Wir haben gesehen, wie Architekten an der ETH Zürich und Ingenieure an der ZHAW and the der University of Calgary sie für anspruchsvolle Hightech-Projekte einsetzen. Diesmal besuchen wir eine Universität, die den 3D-Druck nutzt, um die Art und Weise, wie sie Mathematik unterrichtet, zu gestalten. Willkommen in Linz!

An der Johannes Kepler Universität (JKU) in Linz, Österreich, liegt der Schwerpunkt auf der Lehrkräfteausbildung. Dieser Ansatz ist ein starker Multiplikator: Eine neue Lehrmethode, die hier entwickelt wird, kann unzählige Studierende erreichen, wenn diese zukünftigen Pädagogen ihre Karriere beginnen.

Professor Zsolt Lavicza von der Pädagogischen Hochschule der JKU Linz bringt es auf den Punkt: „Wir setzen in unseren Projekten viel 3D-Druck ein, weil wir glauben, dass dies ein fester Bestandteil des Alltags sein wird.“ Er und sein Team rüsten die nächste Generation von PädagogInnen mit Werkzeugen aus, die in einem modernen Klassenzimmer tatsächlich funktionieren.

Mathematik vom Bildschirm wegbringen

Niemand versteht diese Herausforderung besser als Markus Hohenwarter, der Gründer von GeoGebra, der dynamischen Mathematiksoftware, die von mehr als 100 Millionen SchülerInnen und LehrerInnen weltweit verwendet wird. Obwohl GeoGebra ein fantastisches Werkzeug zur digitalen Visualisierung von Mathematik ist, wusste Markus, dass es eine Barriere gab, die es allein nicht überwinden konnte.

„Ein Bild sagt mehr als tausend Worte oder Gleichungen“, erklärt Markus. „Aber wir haben gesehen, dass Schüler besonders damit zu kämpfen haben, 3D-Objekte auf einem Bildschirm zu verstehen… Der 3D-Druck ist eine wunderbare Möglichkeit, das, was man auf dem Bildschirm sieht, in die Realität umzusetzen.“

Dies führte zu einem einfachen, aber leistungsstarken Arbeitsablauf: Man modelliert komplexe mathematische Objekte in GeoGebra und verwendet einen Prusa 3D-Drucker, um sie in die physische Welt zu bringen.

Spiele, Puzzles und haptische Modelle

Dies ist die tägliche Arbeit von MSc. Mathias Tejera, Universitätsassistent für MINT-Bildung an der JKU. Er arbeitet mit zukünftigen LehrerInnen zusammen, um Werkzeuge zu entwickeln, die das Lernen zu einem Akt der Entdeckung machen.

Ein gutes Beispiel dafür ist das „Genius Square“, ein 3D-gedrucktes, mehrstufiges Tic-Tac-Toe-Spiel. Es ist eine unterhaltsame Art, Logik, räumliches Denken und Koordinatensysteme zu lehren, ohne dass die Kinder dies überhaupt bemerken. In einem anderen Projekt erforschen sie das Konzept des Volumens, indem sie die Schüler die verschiedenen 3D-gedruckten Teile eines Würfels physisch zusammensetzen lassen. Sie müssen nicht mehr abstrakt virtuelle Objekte ausschneiden, sondern können sehen und fühlen, wie sie zusammenpassen.

Das Team druckt auch die Graphen komplexer Funktionen, so dass die Schüler eine Gleichung in der Hand halten können. „Wenn man diesen 3D-Graphen in den Händen hält, bekommt man eine Menge Ideen, wie sich die Funktion verhalten wird“, so Mathias.

Dieser Ansatz hat sogar den Weg für eine unglaubliche Inklusivität geebnet: Das Team ist an einem Projekt für blinde Schüler beteiligt, bei dem gedruckte Modelle von Funktionen verwendet werden, um Konzepte zu vermitteln, die sonst nicht zugänglich sind. „Sie können sie anfassen und fühlen und eine Vorstellung davon bekommen, worüber wir sprechen“, sagt Mathias. Für ihn ist die Schlussfolgerung klar:
„Wenn man etwas in der Hand hat, ist das eine ganz andere Erfahrung… Der 3D-Druck kommt hierher, um uns zu retten. Ich glaube, das ist das Werkzeug, das gefehlt hat.“

Auswahl des richtigen Druckers für die Aufgabe

Damit dies in Schulen funktionieren kann, muss die Technologie grundsolide sein. Lehrerinnen und Lehrer haben verständlicherweise wenig Zeit für Drucker, die ständig gewartet werden müssen.

„Ich habe viele Drucker ausprobiert“, erzählt Mathias. „Ich habe einen billigen gekauft… und wir hatten ein Problem mit der technischen Seite. Man brauchte einen wirklich erfahrenen Lehrer, um ihn zu bedienen. Aber jetzt probieren wir die Prusa-Drucker aus, und wir erhalten sehr positive Rückmeldungen von den Lehrern. Sie bitten uns nicht um Hilfe bei der technischen Seite. Sie geben einfach die Datei ein, drücken auf Drucken und bekommen, was sie wollen.
Das Team, das mit dem Original Prusa i3 MK3 begonnen hat, verwendet nun ausgiebig den MK4S. „Wir hatten das Gefühl, dass es noch einfacher ist. Man braucht die Maschine nicht zu kalibrieren, man kann sie umstellen, sie einfach an einen Ort stellen und drucken, und das funktioniert.“ Er fügt lachend hinzu: „Der Input Shaper. Er verändert mein Leben. Ich spare damit jeden Tag Stunden meines Lebens.“

Das gesamte Ökosystem macht einen Unterschied. Die Verwendung von Prusament bedeutet, dass die Filamentprofile bereits eingestellt sind. „Sie wählen einfach das Profil im Slicer aus“, erklärt Mathias. „Wenn man das Filament hat, das perfekt mit dem Drucker zusammenarbeitet, ist das die beste Option“. Außerdem teilen sie ihre Arbeit mit anderen Pädagogen auf Printables.com und machen sich den Open-Source-Gemeinschaftsgeist zu eigen.

Die Zukunft sieht rosig aus!

Je mehr Lehrkräfte aus dem Programm Zugang zu den Druckern erhalten, desto größer wird die Bibliothek mit Ideen und maßgeschneiderten Lehrmitteln. Für Mathias Tejera ist der Weg in die Zukunft klar.
„Ich denke, in 5, 6 oder 10 Jahren wird dies wie ein Computer in der Schule sein“, sagt er voraus. „Wir werden einen Raum mit ein paar Druckern haben, und jeder Lehrer wird sie benutzen, damit spielen und unterrichten können. Ich denke, wir bewegen uns in die richtige Richtung.“

Mit jedem Lehrer, der das Programm abschließt, schickt das Team der JKU Linz einen weiteren Botschafter für praktisches Lernen in die Welt hinaus.

Und wir können es kaum erwarten, zu sehen, was sie bauen… ähm… drucken!