Maker Education ‚meets‘ Ingenieure ohne Grenzen Challenge

Technikunterricht in Zeiten der Industrie 4.0

Technikunterricht in Zeiten der Industrie 4.0 neu denken – als möglicher Eckpfeiler einer zukunftsfesten technischen Bildung wird der Ansatz der Maker Education vorgestellt, dem es gelingt, die Motivation und Kreativität von Lernenden zu fördern.

Makerspace Engineering Education
Foto: Ingenieur Didaktik, TU Dortmund

Auch wenn es manche schon nicht mehr hören können: Die vierte industrielle Revolution wird unsere Art, zu leben und zu arbeiten grundlegend verändern, und alle Teile der Gesellschaft müssen auf diesen Wandel vorbereitet werden. Dies gilt insbesondere für die heutigen Schülerinnen und Schüler. In der Arbeitswelt der Zukunft werden nicht nur alle einfachen Tätigkeiten, die sich automatisieren lassen, auch automatisiert werden. Die zunehmende technische Vernetzung und Fortschritte auf dem Gebiet von machine learning (Schneider & Ziyal, 2019) werden vermehrt auch kognitiv anspruchsvolle bedrohen. Technische Systeme werden den Menschen immer mehr Aufgaben abnehmen – als größte Aufgabe verbleibt die Gestaltung eben jener Technik. Der Stifterverband spricht in diesem Zusammenhang von sogenannten „Future Skills“ als „jene[n nach wie vor nur von Menschen zu erbringenden] Fähigkeiten, die für die Gestaltung von transformativen Technologien notwendig sind“ (Kirchherr, Klier, Lehmann-Brauns, & Winde, 2018, S. 4).

Konkreter werden diese als digitale Kompetenzen bezeichnet, deren Bedeutung kaum zu überschätzen ist. Im Gegenteil – der Stifterverband sieht darin eine so große Aufgabe, dass er den Schulen allein die Vermittlung dieser Kompetenzen nicht mehr zutraut: „Die klassischen Bildungsinstitutionen können mit der Veränderungsdynamik des digitalen Wandels kaum mithalten und werden diese Herausforderung alleine nicht bewältigen können“ (Stifterverband,2019). Diese pessimistische Ansicht kann hinterfragt werden – entscheidend ist aber, dass Schulen die Herausforderungen annehmen und sich öffnen für neue Ansätze. Die Industrie 4.0 ist nichts, was einfach über die Menschen kommt – sie lässt sich gestalten, wie im Folgenden am Beispiel der Maker Education gezeigt wird.

1. Kompetenzanforderungen in der Industrie 4.0

Werden die bisherigen technischen Trends auf die Zukunft der Arbeit extrapoliert, zeichnet sich ein Bild umfassend veränderter Kompetenzanforderungen ab. Das interdisziplinäre Denken und Zusammenarbeiten und das Anstoßen von Innovationsprozessen sind Beispiele erforderlicher fachspezifischer und fachübergreifender technischer Kompetenzen in Zeiten der Industrie 4.0. Gleichzeitig werden in Bezug auf die Selbstkompetenz u. a. die Selbstbestimmung und -organisation und die Offenheit für die eigene Kreativität immer wichtiger (vgl. Terkowsky, May & Frye, 2019). Maker Education ist der im Bildungszweig verortete Teil der Maker Bewegung. Im Kern geht es darum, dass Menschen in einem Raum, dem Makerspace, zusammenkommen, um dort eigene technische Projekte zu realisieren, die Gestaltung von Technik zu lernen und sich dabei gegenseitig unterstützen.

Lernen nach den Prinzipien der Maker Education heißt auch Lernen über Fachgrenzen hinweg. Die klassische Trennung zwischen Mathematik, Naturwissenschaften, Informatik und technischen Fächern wird im Makerspace überwunden, und das ist eine der Herausforderungen für Lehrende und Lernende. Die angesprochene Schwierigkeit klassischer Bildungseinrichtungen, mit der Veränderungsdynamik des digitalen Wandels Schritt zu halten, lässt sich mitunter an der Trennung von Fächern und Disziplinen erkennen. Die Einrichtung des Makerspace Engineering Education (M.EE) (s. Abb. 1) der TU Dortmund stieß eine kontroverse Diskussion darüber an, ob Lehramtsstudierende in technischen Fächern programmieren lernen müssen, schließlich gäbe es dafür die Informatik, auch als Fach in der Schule. Diese fachliche Trennung passt nicht in die Zeit der Industrie 4.0. Deren Kompetenzanforderungen sind wie gezeigt umfassender, interdisziplinärer – und Maker Education wird diesen Anforderungen gerecht. Ein gut ausgestatteter Raum ist nur ein erster Schritt hin zu einer Maker Education, die den Bedürfnissen der Industrie 4.0 gerecht wird. Ebenso wichtig sind die Berücksichtigung bestimmter Rahmenbedingungen und der Einsatz sinnvoller Lehr- und Lernszenarien.

Zeitschrift
Computer + Unterricht Nr. 105/2017 Maker Education

Making ist mehr als Technik-Basteln. Beim Making geht es darum, kreative Gestaltungsmöglichkeiten für verschiedenste Dinge zu entwickeln, dabei traditionelle und digitale Herangehensweisen zu verknüpfen und sich in einer Community auszutauschen. Die Erfahrungen und Ideen der Maker-Bewegung bergen auch Potenziale für Schulen – für eine Maker Education.

19,50 EUR Preise jeweils zzgl. Versandkosten

Produkt ansehen

2. Technikbildung muss Spaß machen: Maker Education

Eine Chance technischer Entwicklungen liegt darin, dass die Beherrschung der Technik zunehmend einfacher wird. Was eingedenk steigender Komplexität technischer Systeme zunächst wie ein Paradoxon erscheint, ist das Ergebnis der Arbeiten von Akteuren, die sich für niedrigschwellige Einstiege bei der Gestaltung von Technik für Lernende eingesetzt haben. Seymour Papert gilt als einer der Pioniere digitaler Bildung und Mitbegründer der Maker Bewegung (Stager, 2016). Papert hat sich dafür eingesetzt, dass Computer nicht nur von Expertinnen und Experten bedient werden können, sondern dank einfacher Programmierumgebungen auch von Grundschulkindern (Blikstein, 2013, S. 2). Die Maker-Bewegung
setzt bei dieser Entwicklung an und überträgt sie auf den Umgang mit Technik allgemein.

Foto: IngenieurDidaktik, TU Dortmund

Eine entscheidende Rolle kommt in diesem Zusammenhang dem Report des National Research Council der USA „Technically Speaking: Why all Americans Need to Know More about Technology“ zu (Pearson & Young, 2002). So sind inzwischen der Umgang mit Roboter- und Sensortechnik, die Konstruktion von Produkten und Verfahren additiver Fertigung, wie z. B. der 3D-Druck, und selbst der Einsatz und die Weiterentwicklung künstlicher Intelligenz von Laiinnen und Laien schnell erlernbar. Lernende kommen dadurch schnell zu ersten Erfolgserlebnissen. Dadurch setzt sich ein Kreislauf von Bestärkungen des eigenen Kompetenzerlebens in Gang, der eventuelle Ängste vor der Komplexität neuer Techniken überwindet. Lernen im Rahmen der Maker-Bewegung findet nicht allein, im geschlossenen Raum und linear entlang von Büchern, statt.

Lernende in der Maker Bewegung arbeiten kollaborativ (s. Abb. 2), sie nutzen digitale Techniken zur Vernetzung, zur Verbreitung und zum Abruf von Informationen, und zwar immer genau dann, wenn sie diese bei der praktischen Bearbeitung eines technischen Vorhabens benötigen. Diese neuen Formen des Wissenserwerbs motivieren Lernende anders als es z. B. noch in den 1990er-Jahren der Fall war. Wer den Unterschied greifbar erleben möchte, kann sich einen Ausschnitt einer beliebigen Folge des WDR Computerclubs anschauen, in dem zwei Experten Software erklären, indem sie ihren Bildschirm abfilmen. Im Gegensatz dazu präsentieren technische Youtube-Stars wie Simone Giertz und Adam Savage ihre Projekte mit kurzen Schnitten, musikalischer Untermalung, kollaborativ arbeitend (Frauen und Männer gleichermaßen kompetent), Fehler machend, improvisierend kreativ und vor allem mit sehr viel Humor und Begeisterung für Technik. Ihr Ansatz ist es, Spaß an der Umsetzung technischer Projekte zu vermitteln.

3. Technikbildung muss Kreativität fördern: Maker Education

Foto: Rosario Raimondo, TU Dortmund

Ein wesentliches Merkmal der veränderten Kompetenzanforderungen in der Industrie 4.0 liegt im stärkeren Fokus auf Problemlösung, Kreativität, Innovationsbereitschaft und unternehmerischem Denken. Kreativität kommt eine Schlüsselrolle in der Arbeitswelt der Zukunft zu (Haertel, Terkowsky, & Frye, 2019). Vor diesem Hintergrund ist Maker Education ein hervorragend geeigneter Ansatz, um die Kreativität von Lernenden zu fördern. Schülerinnen und Schüler müssen sich in der Maker Education selbst mit Informationen
versorgen, das heißt, sie trainieren ihre Selbstständigkeit und ihre Fähigkeit, Informationen kritisch zu hinterfragen. Sie müssen entscheiden, welche Hinweise ihnen helfen, ihren Bearbeitungsschritt, vor dem sie gerade stehen, zu lösen.

Bei der Maker Education geht es immer um die Herstellung von Produkten und die Arbeit in der Maker Community ist ganzheitlich, und damit interdisziplinär. Zur Verwirklichung eigener Projekte braucht es Wissen aus der Mathematik, der Informatik, den Naturwissenschaften und der Technik. Und je länger Lernende nach den Prinzipien der Maker Education arbeiten, desto mehr trauen sie sich, neue eigene Projekte zu entwickeln, eigene Problemlösungen zu finden und neue Methoden auszuprobieren. Je mehr ihr technisches Selbstvertrauen steigt, desto mehr originelle Ideen werden sie hervorbringen und sich zutrauen, sie auch umzusetzen.

4. Technikbildung muss weiblicher werden: Maker Education

Technikkompetenz wird in Zukunft stärker über die gesellschaftliche Teilhabe entscheiden als bisher – dabei sind Schülerinnen, Studentinnen, Frauen in technischen Fächern, Studiengängen und Berufen nach wie vor deutlich unterrepräsentiert. Um den digital divide nicht entlang von Geschlechtergrenzen erleben zu müssen, wird es umso
wichtiger, das Interesse an Technik und technischen Berufen bei jungen Mädchen und Frauen zu fördern.

Aus den Studien Lernmotivation im Technikunterricht (Arnold, Hiller, & Weiss, 2010) und Monitoring von Motivationskonzepten für den Techniknachwuchs (Technikwissenschaften, 2011) der acatech lassen sich die Ansätze zur Förderung des technischen Interesses von Schülerinnen ableiten: Nicht alle Ansätze sind jedoch frei von Risiken und Nebenwirkungen (s. Tabelle 1, S. 16). Maker Education kann, wenn sie richtig eingesetzt wird, alle Ansätze zur Förderung von Schülerinnen einbinden. Entscheidend ist dabei die Gestaltung des Lehr- und Lernszenarios. Ein Beispiel, das die Förderung der Kreativität und Ansätze zur Förderung von Schülerinnen vereint, ist das Format der Ingenieure ohne Grenzen Challenge, das im Folgenden vorgestellt wird.

5. Und jetzt alles zusammen: die Ingenieure ohne Grenzen Challenge (IoGC)

Die Ingenieure ohne Grenzen Challenge ist ein in verschiedenen Ländern ausgerichteter Wettbewerb von Schulen und Hochschulen. Vor allem in Australien ist die Challenge erfolgreich, dort nehmen überdurchschnittlich viele Highschools und Hochschulen teil. Im Rahmen des BMBF Projekts ELLI – Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften im Qualitätspakt Lehre wurde die Challenge nach Deutschland geholt und wird seitdem jährlich durchgeführt. Bei der IoGC lösen Lernende reale Problemstellungen aus der Entwicklungszusammenarbeit des Ingenieure ohne Grenzen e.V.

Der Verein wählt unter Rückgriff auf aktuelle Projekte relevante Problemstellungen aus und erstellt entsprechende Informationsblätter, die an Lehrende verteilt werden. Die Lernenden haben die Aufgabe, in Kleingruppen eine Aufgabenstellung zu bearbeiten und einen Prototypen für die Lösung des Problems zu entwickeln. Entscheidend ist hierbei der kulturelle Perspektivwechsel: Die Lösung darf ausschließlich mit in den Zielregionen verfügbaren Materialen erstellt werden und nicht zu viel Geld kosten. Auch der Prototyp darf dementsprechend ein kleines Budget nicht überschreiten. Darüber hinaus muss die Lösung auch die spezifischen Bedürfnisse der Nutzerinnen und Nutzer vor Ort und ihre Gewohnheiten und Traditionen berücksichtigen. Auf einer Abschlusskonferenz präsentieren und diskutieren die Lernenden ihre Prototypen (s. Abb. 3), und Lernende sowie eine Fachjury ermitteln gemeinsam die besten Beiträge. Bisher nehmen in Deutschland nur Hochschulen an der IoGC teil, im internationalen Kontext beteiligen sich aber auch Schülerinnen, Schüler und Auszubildende. Die Organisatorinnen und Organisatoren der IoGC in Deutschland sind daher bestrebt, ebenfalls Schulen und Ausbildungsbetriebe für die Teilnahme an der IoGC zu begeistern.

Tab. 1: Ansätze zur Förderung von Schülerinnen im Technikunterricht.

Fazit

Technikunterricht in Zeiten der Industrie 4.0 neu denken – als möglicher Eckpfeiler einer zukunftsfesten technischen Bildung wurde der Ansatz der Maker Education vorgestellt, dem es gelingt, die Motivation und Kreativität von Lernenden zu fördern. Mit passenden Lehr- und Lernszenarien kann die Maker Education auch dazu beitragen, Schülerinnen in technischen Fächern zu stärken. Ein solches Szenario wurde mit der Ingenieure ohne Grenzen Challenge eingebracht. Um es auch in Schulen einzusetzen, müssen neue Wege beschritten und alte Denkstrukturen, wie z. B. das Denken in engen Grenzen von Schulfächern, überwunden werden. Dies ist nötig, um die Schulen nicht dauerhaft von außerschulischen Akteuren abhängig zu machen, wenn es darum geht, die Gesellschaft fit zu machen für das Leben und Arbeiten in Zeiten der Industrie 4.0.

Qellen:

Arnold, A., Hiller, S., & Weiss, V. (2010). LeMoTech-Lernmotivation im Technikunterricht. [Projektbericht].Stuttgart: Universität Stuttgart.
Blikstein, P. (2013). Digital Fabrication and „Making“ in Education: The Democratization of Invention. Abgerufen von https://tltl.stanford.edu/publications/papers-orbook-chapters/digital-fabrication-and-making-democratization-invention
Haertel, T., Terkowsky, C., & Frye, S. (2019). Kreativität in der Industrie 4.0: Drei zentrale Thesen für die Ingenieurdidaktik. In T. Haertel, C. Terkowsky, S. Dany, & S. Heix (Hrsg.), Hochschullehre & Industrie 4.0. Herausforderungen - Lösungen - Perspektiven (S. 13–26). Bielefeld: wbv Media.

Jahnke, I., Haertel, T., & Wildt, J. (2017). Teachers’ conceptions of student creativity in higher education. Innovations in Education and Teaching International, 54(1), 87–95. https://doi.org/10.1080/14703297.2015.1088396
Kirchherr, J., Klier, J., Lehmann-Brauns, C., & Winde, M. (2018). Future Skills: Welche Kompetenzen in Deutschland fehlen. Abgerufen von www.stifterverband.
org/medien/future-skills-welche-kompetenzenin-deutschland-fehlen
Pearson, G., & Young, A. T. (Hrsg.). (2002). Technically Speaking: Why All Americans Need to Know More About Technology. https://doi.org/10.17226/10250 Schneider, J., & Ziyal, L. K. (2019). We Need to Talk, AI: A Comic Essay on Artificial Intelligence (13. Aufl.). epubli.

Stager, G. S. (2016). Seymour Papert. Nature, 537(15. September 2016), 308.

Stifterverband. (2019). Digital Skills – Lernen in regionalen Netzwerken. Abgerufen 28. September 2019, von https://www.stifterverband.org/digital-skills

Technikwissenschaften, A.-D. A. (Hrsg.). (2011). Monitoring von Motivationskonzepten für den Techniknachwuchs (MoMoTech). Abgerufen von www.springer.
com/de/book/9783642159213
Terkowsky, C., May, D., & Frye, S. (2019). Labordidaktik: Kompetenzen für die Arbeitswelt 4.0. In T. Haertel, C. Terkowsky, S. Dany, & S. Heix (Hrsg.), Hochschullehre & Industrie 4.0. Herausforderungen – Lösungen – Perspektiven (S. 89–104). Bielefeld: wbv Media.