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„Ich baue einen 3-D-Drucker“ – wie Innovationsförderung im Klassenzimmer gelingt

Seien es Schulgesetze, Bildungsstandards oder Lehrpläne – es gibt diverse Vorgaben, um sicherzustellen, dass der Unterricht einheitlich, qualitativ hochwertig und zielgerichtet gestaltet ist. Und doch liegt Deutschland bei Bildungsstudien wie PISA selten in der Spitzengruppe. In naturwissenschaftlichen Fächern und  Mathematik erzielt Deutschland zwar konstant gute Ergebnisse, in anderen Bereichen, wie dem digitalen Lernen oder bei der Förderung besonders leistungsstarker Schüler:innen, gibt es jedoch Nachholbedarf. Dabei gibt es natürlich Schulen, die in Sachen Begabtenförderung als Vorbild dienen könnten. Schauen wir uns eine davon einmal genauer an.

Ein Beitrag von Silke Panten

Im Rahmen eines Forschungsprojekts hat Finn, er ist Schüler einer 8. Klasse des Käthe-Kollwitz-Gymnasiums in Berlin, eigenständig einen 3-D-Drucker entworfen und gebaut. Schaut man auf die Website der Schule, sieht man schnell, dass selbstständiges Lernen und Begabtenförderung hier großgeschrieben werden – die Möglichkeit, dass alle Schüler:innen jährlich ein selbst gewähltes Projekt umsetzen können, unterstreicht dies. Fragt man Finn aber danach, wie die vermittelten Unterrichtsinhalte ihm bei der Umsetzung seiner Idee geholfen haben, so lautet seine Antwort, dass er sich den Großteil des notwendigen Wissens für sein Projekt privat angeeignet habe. Natürlich wurde er umfassend von den Informatiklehrkräften unterstützt. Und natürlich soll dies auch kein Aufruf sein, „3-D-Druck“ als Unterrichtsfach zu implementieren. Dennoch ist dies eine häufige Kritik von Schüler:innen: Sie lernen in der Schule Dinge, die sie „im echten Leben“ nicht anwenden können.

Schule bereitet nicht aufs Leben vor

Zum einen fehlt also der Bezug zur Praxis oder zu konkreten Anwendungssituationen. Viele schulische Inhalte sind zu sehr theoretisch und scheinen auf den ersten Blick wenig mit der Alltagsrealität der Schüler:innen zu tun zu haben. Mathematikformeln, grammatikalische Regeln oder historische Daten haben nun mal oft keine unmittelbaren Anwendungsbereiche außerhalb der Schule. Um zu vermitteln, wie das Gelernte im Alltag oder im späteren Berufsleben nützlich sein kann, kann zum Beispiel die Teilnahme an Wettbewerben hilfreich sein, denn die bieten Teilnehmenden die Möglichkeit, theoretisches Wissen praktisch anzuwenden.

So gelingt die Verknüpfung von Wissen und Alltag

Zum anderen ist der Unterricht oft in Fächer unterteilt, die isoliert voneinander unterrichtet werden. Das fördert nicht das Verständnis für die komplexe Verknüpfung von Wissen in realen Lebenssituationen, wo interdisziplinäre Fähigkeiten erforderlich sind. Das Käthe-Kollwitz-Gymnasium möchte dem entgegenwirken und legt Wert darauf, flexible Lernmodelle anzubieten, um Schüler:innen individuell zusätzlich zu fördern. So können die Schüler:innen im Rahmen der teilgebundenen Ganztagsschule aus vielen Nachmittagsangeboten, sogenannten Werkstätten, auswählen, womit sie sich nach dem regulären Unterricht beschäftigen. Darunter finden sich neben MINT-orientierten Angeboten wie Programmieren lernen, Informatik und Robotik auch Dinge wie Schulgarten, Löten, Aquaponik, Imkern, Jugend debattiert oder Theater. Möglichkeiten wie diese können dafür sorgen, dass das Wissen aus verschiedenen Fächern verknüpft und weiterentwickelt wird.

3-D-Drucker von Finn Schwarz
Der selbst gebaute 3-D-Drucker, ein beeindruckendes Projekt des Achtklässlers Finn | © Finn Schwarz
elektronische Komponenten des 3-D-Druckers
Das Wissen auch um die elektronischen Komponenten hat sich Finn selbst beigebracht | © Finn Schwarz

5 Minuten weniger Unterricht, mehr Zeit für eigene Forschungsprojekte

Zusätzlich gibt es am Käthe-Kollwitz-Gymnasium je nach Klassenstufe verschiedene Forschungsprojekte, bei denen die Schüler:innen zu Beginn des Schuljahres selbstständig ein Thema wählen und dann ein Jahr lang daran arbeiten. Um dafür Zeit zu schaffen, sind sämtliche Unterrichtsstunden um fünf Minuten verkürzt. Bereits durch diese minimale Kürzung können sich die Schüler:innen zweimal pro Woche für je eine Doppelstunde ihrem individuellen Lernen widmen – oder einem eigenen Innovationsprojekt wie dem Entwurf und Bau eines 3-D-Druckers –, mit dem man an regionalen oder bundesweiten Wettbewerben teilnehmen kann. Zudem können besonders interessierte Schüler:innen bereits im Schülerstudium Kurse an Hochschulen belegen oder an Programmen wie „Jugend forscht“ teilnehmen, was sie nicht nur motiviert, sondern auch persönlich stärkt.

MINT-Wettbewerbe und -Programme

Wettbewerbe motivieren auf ganz besondere Weise. Das Gefühl, reale Probleme zu lösen, macht das Lernen greifbarer und spannender. Schüler:innen lernen, innovative Lösungsansätze zu entwickeln, und können so über sich selbst hinauswachsen. Zudem wecken Wettbewerbe in den MINT-Fächern bei vielen Schüler:innen das Interesse für spätere Karrierewege in diesen Bereichen. Hier ein paar aktuelle MINT-Wettbewerbe:

  • Jugend forscht: Deutschlands bekanntester Nachwuchswettbewerb für Schüler:innen ab Klassenstufe 4 mit einem eigenen Forschungsprojekt.
  • Chemie, die stimmt: bundesweite Chemie-Olympiade, um Schüler:innen der Klassenstufen 8 bis 10 einen Einstieg in die faszinierende Welt der Chemie zu bieten.
  • RoboCup: der weltweit größte und wichtigste Wettbewerb für intelligente Roboter. Es gibt Major- und Junior-Ligen. Eine zentrale Disziplin ist Fußball, bei der Roboter in unterschiedlichen Ligen gegeneinander spielen.
  • Europäischer Statistikwettbewerb: veranstaltet vom Statistischen Bundesamt, Eurostat und dem europäischen Statistik-Amt. Die vier besten Teams aus Deutschland nehmen am europäischen Finale teil. Für Schüler:innen der Klassenstufen 8 bis 13 und ihre Lehrkräfte offen.
  • Jugend präsentiert: Die besten MINT-Präsentationen werden ausgezeichnet. Schüler:innen ab Klassenstufe 7 können allein oder in Zweierteams eine Präsentation in Videoform einreichen, die schlüssig eine naturwissenschaftlich-mathematische Frage beantwortet.

Finns 3-D-Drucker

Finn hat mit seinem 3-D-Drucker bei der schuleigenen Präsentation der Forschungsprojekte für großes Staunen gesorgt. Mit Stolz führte er seinen Eigenbau vor. Er besteht aus einem Holzrahmen mit in Länge und Breite beweglichem Druckkopf, einem in der Höhe beweglichen Druckbett mit Heizung und diversen elektronischen Komponenten, darunter ein eigenes Mainboard, das den Drucker mit der von Finn von Grund auf selbst in Python 3 programmierten Firmware steuert. Damit werden unter anderem die Achsen bewegt, Hotend und Heizbett geheizt und die Temperaturdaten ausgewertet. Als besonderes Gadget hat Finn noch ein benutzerfreundliches Interface über einen 7-Zoll Touchscreen bereitgestellt. 200 bis 300 Stunden hat er alles in allem in seinen 3-D-Drucker investiert – und ihn zusätzlich noch in einem YouTube-Video vorgestellt.

Am Ende hat er es mit dem Projekt bei „Jugend forscht“ bis in den Berlin-Wettbewerb geschafft. In diesem Jahr tritt Finn übrigens mit seinem Eigenbaudrucker 2.0 an. Wir drücken ihm auf jeden Fall die Daumen, dass er weit kommt!

Erste Ergebnisse des 3-D-Druckers
Nach vielen Stunden Arbeit produzierte Finns 3-D-Drucker erste vorzeigbare Ergebnisse | © Finn Schwarz

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