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Maker Spaces in Schulen: Ein Raum für Innovation

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Dorit Assaf

Zusammenfassung

1 Leave a comment on paragraph 1 0 In diesem Paper zeigen wir die Entwicklung von den Personal Computern, die unser Leben komplett verändert haben, über die Personal Robots, die in den Schulunterricht Einzug halten, bis zur Open-Hardware-Bewegung, initiiert vor 10 Jahren mit prominenten Projekten wie Arduino. Gleichzeitig ist die Maker-Bewegung mit ihren digitalen Fabrikationstechnologien aufgekommen. Der Kreativität bleiben keine technologischen Grenzen mehr gesetzt. Alles ist machbar. In einem Maker Space treffen traditionelle Werkstattgeräte wie Holz- und Metallverarbeitungswerkzeuge, Nähmaschinen, Lötstationen auf moderne Geräte wie 3D-Drucker, CNC-Maschinen und Laser-Cutter. Wir zeigen die neuen Trends der Maker Spaces und diskutieren ihr Potenzial für die Schulen.

1    Von Personal Computers zu Personal Robots

2 Leave a comment on paragraph 2 0 Seit Mitte der 1980er Jahre wurde der Personal Computer für den Privathaushalt erschwinglich mit der Auswirkung, dass diese Rechner unser Leben in den letzten 30 Jahren vollständig verändert haben. Ähnlich wie bei den Computern kamen Mitte der 1990er Jahre preisgünstige Personal Robots auf. Roboter waren einst überaus teure und komplizierte Geräte, die nur in der Industrie anzutreffen waren und von Spezialisten programmiert wurden. Heute findet man Roboter in Wohnungen und in Klassenzimmern, sei es als autonomer Staubsauger oder als innovative Lernplattform. Abbildung 1 zeigt einige heute übliche Roboterplattformen, die innerhalb und ausserhalb des Schulunterrichts verwendet werden. Die wohl bekannteste und am häufigsten anzutreffende Plattform ist LEGO Mindstorms (Abb. 1i). Es gibt einige Gründe für die Popularität von Robotern im Unterricht. Universitäten verzeichnen seit den 1980er Jahren einen Rückgang im Interesse der Studenten an sogenannten MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik). Gleichzeitig besteht eine wachsende Nachfrage in MINT-nahen Berufen. Institutionen aus Bildung, Forschung und Industrie fördern in den letzten Jahren Initiativen, Forschungslabors und -projekte im Bereich des „educational robotics“, wie z.B. Roberta (Bredenfeld & Leimbach, 2010), FIRST1, IPRE2, CEEO3, KIPR4, und TERECoP (Alimisis, 2007). Häufig werden auch ausserschulische Roboterwettbewerbe veranstaltet, die prominentesten sind RoboCupJunior5, FIRST LEGO League6 sowie World Robot Olympiad7. Roboter im Unterricht werden oftmals als innovative, praxisbezogene Lerntools angesehen, die pädagogische Ansätze wie Konstruktionismus, problembasiertes Lernen und kollaboratives Lernen ermöglichen. Das Arbeiten mit Robotikplattformen fördert heute für Studierende wichtige Kompetenzen in den Bereichen Problemlösung, Kreativität, logisches Denken, Team Work, Technik, Konstruktion und Informatik (Barker et al., 2012; Alimisis, 2007).

4 Leave a comment on paragraph 4 0 Abb. 1:    Eine Auswahl von Roboterplattformen, die im Unterricht und bei Roboter­wett­bewerben benutzt werden. a) Boe-bot, b) Asuro, c) e-puck, d) ThymioII, e) Nao, f) Botball, g) ein Roboter an RoboCup, h) ein Roboter an Eurobot,
i) LEGO Mindstorms NXT

2    Von Personal Robots zu Digital Fabrication

5 Leave a comment on paragraph 5 0 Die Beispiele der Roboterplattformen in Abbildung 1c, d, e, i zeigen einige gemeinsame Eigenschaften auf. Erstens sind sie ein fertiges Endprodukt, d.h. ihre Bauform kann nicht verändert werden (ausser LEGO Mindstorms, Abb. 1i). Zweitens wird ihr „Innenleben“ (d.h. die Elektronik) entweder bewusst nicht exponiert oder die Produkte werden aus Stabilitätsgründen mit einem robusten Gehäuse versehen. Eine fixe Plattform führt mit sich, dass die Flexibilität der Kreationen verloren geht. Aus diesem Grund werden wohl oft für komplexere Aufgaben die Roboter von Grund auf selbst gebaut, wie die Beispiele der Roboter aus Wettbewerben zeigen (Abb. 1f, g, h). Einen Roboter mit all seinen Bestandteilen, wie Computer Board, Motoren, Sensoren, Stromversorgung etc. selbst zu bauen erfordert viel Know-how und Zeit. Mikrocontroller zu programmieren ist nicht trivial und stellt eine grosse Hürde für Laien dar.

6 Leave a comment on paragraph 6 0 Das Arduino-Projekt8 hat seit 2005 einen Stein ins Rollen gebracht. Seitdem wächst die „open-hardware“-Community rasant, mit monatlich neuen Produkten in allen möglichen Anwendungsbereichen. „Open-hardware“ ist das Hardware-Pendant der „open-source“-Philosophie. Elektronikplatinen werden designt und die Schaltpläne frei zugänglich gemacht, mit der Idee, die Boards so zu verwenden, wie sie sind, oder aber auch zu ergänzen, zu verändern und wieder zur gemeinsamen Nutzung freizugeben. Das Arduino-Board (Abb. 2a) ermöglicht Laien, Mikrocontroller zu nutzen. Das Board kann mit einem USB-Kabel angeschlossen werden und wird mit einer vereinfachten Sprache programmiert. Mittlerweile gibt es unzählige Arduino-Boards sowie Arduino-kompatible und ähnliche Produkte. Neueste Trends sind komplette, preisgünstige, vollwertige Minicomputer, auf denen eine Linuxdistribution läuft (z.B. Raspberry Pi, Abb. 2c).

7 Leave a comment on paragraph 7 0 Produkte wie Arduino eröffnen neue Möglichkeiten. Nutzer können nun Sensoren und Motoren steuern, die Daten über Netzwerke übermitteln usw. Gleichzeitig mit den Open-Hardware-Produkten startete der „Digital Fabrication“-Trend. Unter Digital Fabrication versteht man die Fabrikation von Produkten mit Hilfe von Computern und computergesteuerten Maschinen. Prominente Beispiele dafür sind Laser Cutter, CNC-Maschinen und 3D-Printer. Ein 2D- oder 3D-Modell wird mit einer CAD-Software erstellt und das Objekt von der Maschine „ausgedruckt“, bzw. erstellt oder ausgeschnitten. Ähnlich wie bei den Computern und Robotern werden die einst nur für die Industrie erschwinglichen Maschinen immer günstiger, dank Open-Hardware- und Open-Software-Projekten. Abbildung 4 zeigt Beispiele professioneller Maschinen und ihre preisgünstigen Alternativen für Hobbyisten. Abbildung 4a, ein professioneller 3D-Drucker, der preislich im Bereich der 30.000 CHF anzusiedeln ist, und Abbildung 3b, der kleine Bruder, der ab 1.000 CHF zu haben ist. Natürlich unterscheiden sich die beiden Maschinen erheblich in der Qualität. Für den Hobbyisten ist die günstige Variante meistens völlig ausreichend. Sehr einfache Leiterplatinen können mit einem preisgünstigen Vinyl-Cutter (1.000 CHF) (Abb. 4d) erstellt werden, im Gegensatz zum professionellen Gerät (Abb. 4c), welches um die 15.000 CHF kostet. Ebenso gibt es auch zahlreiche Open-Source-Alternativen zu den teuren CAD-Software-Lizenzen, wie sie in der Industrie verwendet werden. Es werden aber auch ganz neuartige Maschinen von der Maker-Bewegung entwickelt, die es so in der Industrie nicht gibt. OpenKnit strickt automatisch das am Computer entworfene Kleidungsstück (Abb. 3). Diese Do-It-Yourself-Community, welche die Open-Hardware- und Digital-Fabrication-Produkte entwickelt und nutzt, wird gerne auch Maker-Community genannt. Die Philosophie wendet sich vom reinen Konsum ab hin zum individuellen Kreieren eigener (High-Tech-)Produkte. Die Wissensvermittlung geschieht über Blogs, Bücher, Online-Video-Tutorials, Kurse, das Know-how wird oftmals autodidaktisch aber auch über die Community angeeignet. Neues wird aus Bestehendem kreiert, das Kopieren und Verändern vorhandener Designs ist die herrschende Vorgehensweise. Proprietäre Schnittstellen, Lizenzen und Patente passen nicht in diese Philosophie. Das Motto lautet „Wenn du es (das Produkt) nicht öffnen kannst, besitzt du es nicht“. Die Maker-Bewegung und ihre Praktiken, individualisierte Produkte lokal, just-in-time in kleinsten Stückzahlen zu erstellen, wird auch als neue industrielle Revolution gesehen (Anderson 2012).

9 Leave a comment on paragraph 9 0 Abb. 2:    Einige Vertreter der Open-Hardware-Controller-Boards. a) Arduino Uno, b) Arduino Lilypad (für e-Textilien), c) Raspberry Pi (ein kleiner Linux- Computer)

11 Leave a comment on paragraph 11 0 Abb. 3:    OpenKnit: Eine automatische Strickmaschine. Das Kleidungsstück wird auf dem Computer entworfen und an die Maschine gesendet. a) Die Strick­maschine strickt einen Pullover, b) einige Beispiele der Kleider­kollektion, die mit der Maschine produziert wurde.

13 Leave a comment on paragraph 13 0 Abb. 4:    Die professionellen, teuren Maschinen der Industrie und ihre preis­günstigen Pendants für Hobbyisten. a) Dimension Elite 3D-Drucker, ca. 30.000 CHF,
b) Makerbot Replication Mini ca. 1.000 CHF, c) LPKF Circuit Printer ca. 15.000
CHF, d) Camm 1-servo vinyl cutter ca. 1.000 CHF.

3    Digitale Fabrikationsräume – Maker Spaces

14 Leave a comment on paragraph 14 0 Der Maker benötigt klassische Werkzeuge und Maschinen, wie Holz- und Metallverarbeitungswerkzeuge, Nähmaschinen, Schweissgeräte, Lötstationen etc., sowie neueste und moderne Geräte, wie CNC-Maschinen, Laser-Cutter und 3D-Drucker. All diese Werkzeuge sind in einem durchschnittlichen Hobby­raum kaum vorzufinden. Maker Spaces, oder auch Fablabs, sind digitale Fabrikationsräume. Sie stellen die benötigten Maschinen zur Verfügung, bieten Kurse an und sind oftmals communitybetrieben. Mitglieder, welche Experten in einem speziellen Bereich sind, bieten Kurse im Umgang mit den benötigten Geräten an. Mitgliedsabonnements für die Benutzung der Maschinen und des Raumes können täglich, monatlich und jährlich bezogen werden. Arbeitsplätze und Stauräume, von der Schublade bis zum grösseren Studio, werden ebenso vermietet. Oftmals werden auch Startups aus Maker Spaces betrieben. In nur wenigen Jahren ist die Anzahl von Maker Spaces anfänglich in den USA aber mittlerweile auch weltweit explodiert. Abbildung 5 zeigt die Mietstudios des „Artisan’s Asylum“, eines der grössten Maker Spaces in den USA. Abbildung 6 zeigt einige der vielen verschiedenen Werkstatträume. Hier treffen Künstler, Bastler, Designer, Hobbyisten, Computerfreaks und Studierende aller Genera­tionen aufeinander (Kelly, 2013; Kemp, 2013).

4    Maker Spaces in Schulen

15 Leave a comment on paragraph 15 0 Nach dem Aufkommen von Maker Spaces für Privatpersonen werden diese Räume nun vermehrt auch an Schulen eingerichtet. Ein Argument dafür ist die Tatsache, dass für andere Fächer extra Räume eingerichtet und Infrastruktur angeschafft werden. Für den Sportunterricht gibt es Turnhallen, für Musik gibt es Musikzimmer, jedoch für das Konstruieren, für Technik und Innovation gibt es selten geeignete Räume. Der Maker Space ist ein neuer Raum, der das klassische, schulische Werken und die Handarbeit mit digitalen Fabrika­tionstechnologien verschmilzt.

16 Leave a comment on paragraph 16 0 Das Ziel von Maker Spaces und Maker-Aktivitäten an Schulen ist, dass das traditionelle Handwerk, welches eher bei Berufsschülern präsent ist, wieder vermehrt in Gymnasien und höheren Bildungsinstitutionen Einzug hält. Von der „Aufwertung“ des Handwerks mit modernen digitalen Fabrikationstechnologien profitieren alle Schülerinnen und Schüler zugleich. Die traditionellen, eher theorie­­orientierten, höheren Bildungsinstitutionen fördern dadurch wichtige Kompetenzen der heutigen Zeit: Innovationsfähigkeit, Konstruktion, Kolla­boration, Projektmanagement, Problemlösekompetenz, Handwerk, Umgang mit digitalen Technologien, Umgang mit Misserfolgen (Blikstein, 2013; Martinez & Stager, 2013).

17 Leave a comment on paragraph 17 0 Die Bestrebungen, Maker Spaces in Schulen einzurichten und Maker-Aktivitäten in den Lehrplan zu integrieren, sind sehr neu. Die benötigten pädagogischen Rahmenbedingungen sowie die genaue Gestaltung dieser Lernräume und Aktivitäten müssen noch erforscht werden. Sicherheitsaspekte, Lärmemissionen, Organisation, Finanzierung, Versicherungsfragen, Raum- und Unterrichtsstruktur müssen ebenso berücksichtigt werden.

18 Leave a comment on paragraph 18 0 Ein Maker Space ist nicht nur eine Werkstatt, in der physische Gegenstände kreiert werden. Es wird vor allem auch Wissen generiert, welches von den Mitgliedern selbst aufbereitet und oft über Online-Plattformen geteilt wird. Nicht die Maschinen, sondern die Menschen der Community sind die wichtigsten Akteure in einem Maker Space.

20 Leave a comment on paragraph 20 0 Abb. 5:    „Artisan’s Asylum9“ in Boston ist eines der grössten Maker Spaces in den USA. Ca. 3700m2, 250 monatliche Mitglieder, 25 verschiedene, mehrwöchige Kurse, 15 monatliche Trainingskurse. a) und b) Künstler, Hobbyisten, Erfinder, Designer und Startups haben sich in den insgesamt 110 zur Verfügung stehenden Studios verschiedener Grössen eingemietet.

21 Leave a comment on paragraph 21 0 Für die Umsetzung von Maker Spaces innerhalb und ausserhalb von Schulen zeichnet sich ein erster Trend ab. Bibliotheken waren schon immer öffentlich zugängliche Wissensräume, eine wichtige Institution in jeder Schule und jedem Quartier. Vom Internet als beliebte, schnelle Informationsquelle sowie von der Digitalisierung von Büchern sind traditionelle Bibliotheken sehr stark betroffen. Der Grundsatz der Bibliothek als Wissensraum deckt sich mit der Idee des Maker Spaces. Beide haben das Ziel, Menschen in ihrer Umgebung zu dienen und Wissen als lebenslanges Lernen zu vermitteln. Moderne Bibliotheken sollten in Richtung aktiver Wissensvermittlung gehen und nicht nur Wissen in Form von Büchern lagern. Weltweit werden die ersten Bibliotheken mit modernen digitalen Fabrikationsgeräten ausgerüstet, mit der Idee zusätzlich zum traditionellen Lernen aus Büchern auch das Lernen durch Kreieren zu fördern (Kelly, 2013; Britton, 2012; Hildreth, 2012; Norris, 2014).

23 Leave a comment on paragraph 23 0 Abb. 6:    Einige der verschiedenen Werkstattbereiche im Maker Space „Artisan’s Asylum“. a) Holzverarbeitungswerkstatt, b) Fahrradwerkstatt, c) Holz CNC Maschine, d) Schmuck- und Glasverarbeitungswerkstatt.

5    GMW14 Workshop Proposal

24 Leave a comment on paragraph 24 0 Während des dreistündigen GMW14-Workshops werden wir die neuen Trends und Produkte der Maker-Bewegung vorstellen. Die Teilnehmer werden e-Textilien mittels eines Arduino Lilypads bauen (Abb. 2b). Das Board, die Sensoren (z.B. Licht, Temperatur etc.), Motoren (z.B. Vibrationsmotor) und Batterien werden in Textilien vernäht und der Stromkreislauf mittels eines leitenden Fadens geschlossen. Der Mikrocontroller wird mit der Arduino-Entwicklungsumgebung programmiert (Buechley & Hill, 2010; Buechley et al., 2008; Peppler & Glosson, 2013).

25 Leave a comment on paragraph 25 0 Gleichzeitig werden wir zusätzlich benötigte, kleine Plastikteile vor Ort desig­nen (mittels CAD) und mit einem 3D-Drucker ausdrucken. Mit den e-Textilien der Teilnehmer werden wir ein kleines Sensornetzwerk erstellen. Die Sensordaten werden über das Sensornetzwerk übermittelt und auf einer Webseite angezeigt (evtl. auch mit sozialen Medien verbunden). In drei Stunden kreieren die Teilnehmer eigene e-Textilien, drucken selbstdesignte Stücke aus und erstellen ein kleines „Internet der Dinge“. Gleichzeitig werden wir die Idee des Maker Spaces an Schulen mit den Teilnehmenden diskutieren. Wir werden auch Einblick in die Forschung und einen Überblick über unsere aktuellen Projekte geben.

Literatur

26 Leave a comment on paragraph 26 0 Alimisis, D., Moro, M., Arlegui, J., Pina, A., Frangou, S. & Papanikolaou, K. (2007). Robotics & Constructivism in Education: the TERECoP project. In Proceedings of EuroLogo 2007, Bratislava.

27 Leave a comment on paragraph 27 0 Anderson, C. (2012). Makers. The new industrial revolution. London: Random House.

28 Leave a comment on paragraph 28 0 Barker, B., Nugent, G., Grandgenett, N. & Adamchuk, V. (2012). Robots in K-12 Education: A New Technology for Learning. Hershey: IGI Global.

29 Leave a comment on paragraph 29 0 Blikstein, P. (2013). Digital Fabrication and ,Making‘ in Education: The Democratization of Invention. FabLabs: Of Machines, Makers and Inventors, 1–21.

30 Leave a comment on paragraph 30 0 Bredenfeld, A. & Leimbach, T. (2010). The roberta initiative. In Workshop Proceedings of SIMPAR 2010, 558–567. Darmstadt.

31 Leave a comment on paragraph 31 0 Britton, L. (2012). The Makings of Maker Spaces, Part 1: Space for Creation, Not Just Consumption. The digital shift. New York: Library Journal.

32 Leave a comment on paragraph 32 0 Buechley, L. & Hill, B. M. (2010). LilyPad in the wild: how hardware’s long tail is supporting new engineering and design communities. In Proceedings of the 8th ACM Conference on Designing Interactive Systems, 199–207. New York: ACM.

33 Leave a comment on paragraph 33 0 Buechley, L., Eisenberg, M., Catchen, J. & Crockett, A. (2008). The LilyPad Arduino: using computational textiles to investigate engagement, aesthetics, and diversity in computer science education. In Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, 423–432. New York: ACM.

34 Leave a comment on paragraph 34 0 Hildreth, S. (2012). Makers on the Move in Libraries and Museums. Up Next. The official Blog of the Institute of Museum and Library Services. http://blog.imls.gov/?p=2494

35 Leave a comment on paragraph 35 0 Kelly, A. (2013). Why do we need one of those? The role of the public library in creating and promoting makerspaces. In ALIA National Library & Information Technicians Symposium. Canberra, Australia.

36 Leave a comment on paragraph 36 0 Kemp, A. (2013). The Makerspace Workbench. Sebastopol: Maker Media.

37 Leave a comment on paragraph 37 0 Martinez, S. L. & Stager, G. (2013). Invent to learn. Making, Tinkering, and Engineering in the classroom. Torrance: Constructing Modern Knowledge Press.

38 Leave a comment on paragraph 38 0 Norris, A. (2014). Make-Her-Spaces as Hybrid Places: Designing and Resisting Self Constructions in Urban Classrooms. Equity & Excellence in Education, 47(1), 63–77.

39 Leave a comment on paragraph 39 0 Peppler, K. & Glosson, D. (2013). Stitching Circuits: Learning About Circuitry Through E-textile Materials. Journal of Science Education and Technology, 22(5), 751–763.

Source: http://2014.gmw-online.de/141/