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3D-Druck - ein wichtiger Schritt bei der Digitalisierung von Bildungseinrichtungen

3D-Druck übt eine große Faszination auf Schüler, Lehrer und Ausbilder aus - sei es auf Events wie Maker Faires oder bei MINT-Tagen in Schulen und Ausbildungszentren. Wer sich mit dieser Zukunftstechnologie beschäftigt, erlebt rasch selbst eine Professionalisierung – wie sie bei vielen Schülern erkennbar ist, die in Wettbewerben wie "Jugend forscht" auf diese Technologie zurückgreifen, um Prototypen oder Hilfsmittel für die eigenen Experimente zu entwerfen.

Mit dem kostenlosen "Handbuch 3D-Druck" möchten wir diese Entwicklung unterstützen: Es ist als schrittweise Anleitung konzipiert, wie dieses spannende Thema in Fachunterricht, Ausbildung oder allgemein in Bildungsinstitutionen integriert werden kann. 3D-Druck taucht in keinem Lehrplan auf - und doch sind mit dieser Technologie und ihrem Einsatz enorm viele lehrplanrelevante Themen verknüpft. 


 

Unsere Motivation

 

Unsere Motivation für dieses Handbuch ist, das Thema 3D-Druck weiter und nachhaltig im Bildungssystem zu verankern - damit Auszubildende, Schüler und Studierende von dieser faszinierenden Technologie möglichst umfangreich profitieren können.

Dazu ist dieses Handbuch mit einer einsteigerfreundlichen Heranführung nur ein erster Schritt. Wir möchten gemeinsam mit Ihnen daran weiterarbeiten und Ideen, Anwender und Experten vernetzen. Wie nutzen Sie 3D-Druck in Ihrer Bildungseinrichtung? Haben Sie konkrete Projekte, Unterrichtsmaterialien oder Tipps für Ihre Kollegen, die sie teilen möchten?

Kapitel 4 des Handbuchs ist bereits Ergebnis einer erfolgreichen Kooperation: Die Experimente mit digitaler Messwerterfassung entstanden in Zusammenarbeit von Texas Instruments , T³ Europe und Conrad.. 

In künftigen Versionen dieses Handbuchs veröffentlichen wir gerne auch Ihre Ansätze, 3D-Druck im Bildungsbereich voranzubringen. Schreiben Sie einfach eine Mail an education@conrad.de. Wir möchten mit dem Handbuch die Plattform für eine gemeinsame Vernetzung und Fundgrube für tolle Ideen sowie fachdidaktische Konzepte rund um das Thema 3D-Druck bieten.


 

Inhalt

  • geschichtliche Entwicklung additiver Fertigungsverfahren

  • technische Verfahren mit ihren Vor- und Nachteilen

  • von der Idee zum fertigen Produkt: schrittweise Anleitungen zur Konstruktion und Programmierung von 3D-Objekten

  • Experimente zum 3D-Druck für den Fachunterricht

  • Feinstaub und organische Verbindungen beim 3D-Druck – aktueller Forschungsstand

Das Kapitel, das konkret zeigt, wie 3D-Drucker im Fachunterricht verwendet werden können, greift dazu Themen aus dem Physikunterricht auf, die durch Demonstrations- oder Schülerexperimente umgesetzt werden. Erprobtes fachdidaktisches Material erleichtert den Einstieg: Arbeitsblätter für Schüler, Zusatzinformationen für Lehrkräfte, Musterlösungen -  Entwickelt in Kooperation von Texas Instruments, CONRAD ELECTRONIC und dem Lehrerfortbildungsnetzwerk T³ Europe  (Teachers Teaching with Technology™).

Das internationale T³ Netzwerk richtet sich an interessierte Lehrerinnen und Lehrer, die sich zum Einsatz digitaler Werkzeuge im MINT-Unterricht informieren und Erfahrungen austauschen wollen, und bietet unter anderem Fortbildungen und Unterrichtsmaterialien an. T³ kooperiert mit (inter-) nationalen Partnern aus Forschung und Wirtschaft und wird unterstützt von Texas Instruments.


 

Handbuch 3D-Druck

HIER können Sie sich für Ihr kostenloses Expemplar registrieren. Sie erhalten einen Download-Link, der das Handbuch als PDF sowie weitere Beispieldateien in einem ZIP-Format umfasst.

Durch Ihre Registrierung bleiben Sie stets auf dem aktuellen Stand – sobald eine neue Version des Handbuchs erscheint, bekommen Sie automatisch das Update!

 

 

Viel Spaß beim Lesen, Konstruieren, 3D-Drucken, Experimentieren und bei der Ausbildung Ihrer Schülerinnen, Schüler, Azubis und Studierenden wünscht Ihr Conrad Education Team.


 

Beispielprojekte für den Unterricht

1. Optische Täuschungen

Optische Täuschungen sind eine sehr effektvolle und spannende Möglichkeit, verschiedene Aspekte der menschlichen Wahrnehmung zu thematisieren. Die Fächerbezüge zu MINT sind vielfältig und lassen sich innerhalb der Fachgebiete oder fächerübergreifend anschaulich vermitteln:

In der Physik beschreibt das Lehrgebiet der Optik, wie Abbildungen mit Hilfe von Linsen und Linsensystemen möglich sind und legt die Grundlagen für die optische Informationsverarbeitung. Mit Hilfe der Geometrie/Mathematik können perspektivische Darstellungen zeichnerisch erzeugt werden – und dieses Wissen kann wiederum genutzt werden, Darstellungen zu erzeugen, die die Wahrnehmung irritieren oder "täuschen". So kann z.B. eine perspektivisch geschickte Anordnung andere Größenverhältnisse suggerieren oder dazu führen, dass die Abbildung einzelner Stäbe auf der Netzhaut durch die Wahl der Perspektive sich zu einem Würfelgitter fügen.

Für die Biologie ergeben sich Bezüge zu Wahrnehmungsorganen oder der Informationsverarbeitung, die aufgrund von zweidimensionalen Bildern Rückschlüsse auf die dreidimensionale Umgebung ziehen muss. Da unsere Wahrnehmung bruchstückhaft ist (die Augen vollführen Sprünge zwischen einzelnen, deutlich wahrgenommenen Fixpunkten), müssen diese zu einem konsistenten Eindruck ergänzt werden. Eine gute Umweltwahrnehmung ist auch ein großer evolutionärer Vorteil.


2. Lehrmitteldruck - Biologie

Die naturwissenschaftliche Sammlung von weiterführenden Schulen hat in der einen oder anderen Form z.B. Replika von Skeletten, um die menschliche Anatomie zu besprechen.

Das Ruhrgymnasium in Witten nutzt einen 3D-Drucker, um Biologieunterricht besonders spannend und lehrreich zu gestalten: Eine Sammlung 3D-gedruckter Schädel der Hominiden kommt in SEK I und II beim Thema "Evolution des Menschen" zum Einsatz – und zwar in Kleingruppen. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten anhand der ausgedruckten Schädel die Evolutionstrends und können auch aktuelle fossile Fundstücke mit einbeziehen, da viele Entdecker ihre Fundstücke als 3D-Scans mittlerweile online zur Verfügung stellen.

Damit können Schülerinnen und Schüler sich mit Exponaten auseinander setzen, zu denen sie sonst nie einen unmittelbaren Zugang bekommen hätten. So wird eine faszinierende und praktische Verbindung zwischen einem Selbstlernen mit tiefen Einblicken in die Anatomie und dem tagesaktuellen Forschungsstand in Archäologie und Paläontologie hergestellt.

Auch andere Teilbereiche der Biologie lassen sich mit 3D-Drucken veranschaulichen – z.B. die molekularen Prozesse bei der Energieumwandlung in der Zelle.


3. Physik Experiment - Bruchtest

Fächerübergreifender MINT-Unterricht am Beispiel… eines Kleiderhakens? Wie kann ich als "life hack" in kürzester Zeit einen individuellen Kleiderhaken mit dem 3D-Drucker erzeugen?

Technik/Programmierung/Mathematik:                                                                                                                                                                    Quader, Prisma und Zylinder sind geometrische Körper, die in der weiterführenden Schule (SEK I) behandelt werden. Diese kann man mit einer webbasierten Konstruktionsplattform miteinander auf vielfältige Art und Weise miteinander kombinieren und so neue Objekte zunächst virtuell entstehen lassen. Wer mag, kann dies zeichnerisch lösen oder mit einer einfachen grafischen Programmierung. Mit diesen Grundkörpern kann dann auch ein Kleiderhaken entworfen und mit einem 3D-Drucker ausgedruckt werden. So können theoretische Informationen aus der räumlichen Geometrie mit haptischen Endrücken verknüpft werden.

Aber ist so ein Kleiderhaken auch stabil?                                                                                                                                                                    Einige Ausdrucke waren stabil, bei anderen sind die Haken abgebrochen – woran kann das liegen? Hier hilft die Physik weiter mit den Themen Kraft, Hebelgesetze, digitale Messwerterfassung.

Zu diesem Thema finden Sie bereits konkrete Freihand-Schülerexperimente mit Arbeitsblättern, Hintergrundinformationen und allem, was Sie für einen erfolgreichen Unterrichtseinsatz benötigen in unserem Handbuch 3D-Druck.

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