3D-printen in onderwijs en school
Maar hoe wordt 3D-printen momenteel precies toegepast op scholen en hoe kan het op een zinvolle manier worden gebruikt? De kosten zijn momenteel immers nog relatief hoog en de aanschaf van professionele 3D-printers gaat gepaard met hoge investeringen. Zijn deze kosten gerechtvaardigd en bieden de 3D-modellen directe voordelen in de klas? Op deze en andere vragen gaan wij in dit artikel in.
3D-printen op scholen
Digitale media moeten deel uitmaken van de gemeenschappelijke leerstof op elke school. De wereld wordt immers steeds meer een netwerk en veel gebeurt digitaal. Om de leerlingen op deze realiteit voor te bereiden, maakt het gebruik van digitaal lesmateriaal voortaan deel uit van het dagelijks leven. Het gaat onder meer om speciale whiteboards, tablets of pc's die tijdens de lessen worden gebruikt.
Binnen dit gebied neemt het 3D-printen een bijzondere plaats in. Terwijl traditionele digitale media op grote schaal worden gebruikt, is 3D-printen voor veel scholen nog een heel nieuw medium. De nieuwe media worden niet gebruikt als een doel op zich.
Zij worden gebruikt als een instrument om de leerinhoud beter over te brengen en de leerlingen vertrouwd te maken met nieuwe technologieën. 3D-printen kan op veel verschillende manieren en in verschillende vakken worden gebruikt. Vooral in de kunstlessen zijn er veel mogelijkheden waarvan de scholen gebruik zouden moeten maken.
Daarom is het in NRW vast verankerd dat digitale media, waaronder 3D-printen, in de klas moeten worden gebruikt. Ook al is het huidige gebruik slechts in individuele gevallen mogelijk, toch moet dit in de toekomst worden uitgebreid.
Mogelijkheden voor de school
Maar waarom is de hoge investering in 3D-printen de moeite waard voor scholen?
In principe moet de 3D-printer worden gebruikt als leermiddel. De printer moet niet alleen worden gezien als een conventionele printer die een eindproduct afdrukt, maar de leerlingen moeten ook een belangrijke rol spelen bij het ontwerp van de modellen. De aandacht gaat dus niet alleen uit naar het afgewerkte model, maar ook naar het proces dat tot het resultaat leidt. Om rekening te houden met de complexiteit van de modellen kunnen geheel nieuwe modellen worden ontworpen of kunnen bestaande modellen worden gewijzigd.
Het grote voordeel hiervan is dat het niet langer mogelijk is alleen tweedimensionale beelden te maken. Terwijl vroegere illustraties voornamelijk in papiervorm waren, bieden driedimensionale modellen ook fysieke aanknopingspunten.
De leerlingen kunnen zo de modellen beter begrijpen en waarnemen. Dit biedt een doorslaggevend voordeel wanneer ruimtelijkheid essentieel is of wanneer bewegingen moeten worden gereproduceerd.
Ze zijn meestal ook interessanter voor de leerlingen. Dit betekent dat de leerlingen meer aandacht besteden aan de modellen en de lessen beter volgen. Dit verhoogt het leersucces en de kennis kan beter worden overgebracht.
Didactische aspecten
De ruimtelijke verbeelding en haar ervaringen zijn een centraal bestanddeel voor de ontwikkeling van cognitieve vermogens. Bij het gebruik van tweedimensionaal lesmateriaal wordt ruimtelijk inzicht nauwelijks bevorderd.
Het gebruik van 3D-modellen kan echter de cognitieve ontwikkeling bevorderen, indien het gebruik geschikt lijkt.
Bij aardrijkskundelessen bijvoorbeeld kunnen kaarten in het 3D-model de hoogtegradiënten beter weergeven. Dit helpt de leerlingen om de afmetingen van een bergketen of de diepte van de oceaan te begrijpen. Het ruimtelijk idee van lengte-eenheden verbetert en de kaart wordt tastbaarder voor u.
In de scheikunde bijvoorbeeld kunnen moleculen worden voorgesteld in een driedimensionale ruimte. De leerlingen kunnen bepaalde processen zelf bepalen en beter begrijpen waarom bepaalde reacties van stoffen leiden tot de vorming van nieuwe moleculen.
Bewegingsmodellen in de lichamelijke opvoeding tonen de bewegingen van de gewrichten. Het verschil tussen het schouder- en het kniegewricht wordt beter begrepen en kan beter worden begrepen door praktische bewegingsuitvoeringen op het model.
Dit zijn maar een paar mogelijke toepassingen in de klas. Er zijn praktisch geen grenzen aan de creativiteit van de leraren, zodat de leerlingen de lessen actief kunnen vormgeven en de resultaten aan de hand van de modellen beter kunnen begrijpen. De aandacht is groter en de leerlingen volgen de lessen veel doelgerichter.
3D-printen in lessen kunst en technologie
De meeste voordelen van 3D-printen ontstaan in kunst- en technologielessen. Aangezien kunstlessen zeer vrij zijn en van leerlingen wordt verwacht dat ze hun eigen modellen maken, is 3D-printen een uitstekend medium om creativiteit te uiten.
Bijzondere nadruk wordt gelegd op het gebied van architectuur, design of plastische vormgeving. Als basis beginnen de studenten met schetsen die verder worden ontwikkeld om te worden gerealiseerd op de 3D-printer. Voor een meer diepgaand ontwerp is computerondersteuning nuttig. Op die manier combineren de leerlingen zowel handgetekende schetsen als computergegenereerde modellen.
In technologielessen op middelbare scholen of scholen voor beroepsonderwijs kunnen complexere onderwerpen worden geïllustreerd en vereenvoudigd met behulp van 3D-printen. Hier kunnen bijvoorbeeld CAD-programma's helpen om de modellen te maken en ze in druk te realiseren. Hier worden de modellen niet alleen ter illustratie gebruikt, maar kunnen de functies ook worden getest. Op deze manier kan direct worden vastgesteld of het model nog verbetering behoeft of reeds volledig functioneel kan worden gebruikt. Dit bevordert het gebruik van CAD-programma's en ruimtelijk denkvermogen.
Maar welke bestaande voorbeelden laten zien hoe 3D-printen in het klaslokaal kan worden gebruikt en wat zijn de voordelen?
Meer creativiteit door 3D-printen
In Australië wordt al enige tijd gebruik gemaakt van 3D-printers in zogenaamde “makerspaces” op scholen met een focus op STEM-vakken. Dit maakt het gemakkelijker om de impact en het succes van de nieuwe technologie te bespreken. Om te zien wat de voordelen van 3D-printers zijn, hebben 27 leerkrachten en meer dan 500 leerlingen deelgenomen aan een groot onderzoek naar de impact van 3D-printers in de klas.
De studie duurde een jaar en begon in augustus 2017. De basis van de studie was het gebruik van de modelleersoftware Makers Empire.
De leerlingen hebben de modellen zelf ontworpen met behulp van de software en hebben ze vervolgens 3D-geprint. De studie concludeert dat de creativiteit, het kritisch denken en de digitale vaardigheden van de studenten zijn verbeterd.
Wat hier opvalt, is dat minder bekwame leerlingen in staat waren hun zelfvertrouwen en kritisch denken te verbeteren. Als gevolg daarvan bent u beter geïntegreerd in de klasgroep en is de algemene leersfeer verbeterd.
Er zijn echter niet alleen voordelen voor de leerlingen, maar ook voor de leraren bij het omgaan met de nieuwe technologie. De leerkrachten hebben nu dus meer vertrouwen in het gebruik van de 3D-printers en staan in het algemeen meer open voor nieuwe technologieën. Ook de samenwerking met de leerlingen is verbeterd. Want door het hele proces van het maken van een 3D-model leren de leraren de leerlingen beter kennen en kunnen zij beter inspelen op individuele behoeften. Dus er is veel meer samenwerking en geen frontaal onderwijs.
Meer dan 90 procent van de studenten verklaarde ook dat zij ook na hun schoolopleiding zeer geïnteresseerd zouden zijn in het gebruik van 3D-printen of in ieder geval in het ontwerpen ervan. Sommige van de studenten kunnen zich ook voorstellen 3D-printen later in hun beroepsleven te gebruiken.
Schoolmaaltijden uit de printer
3D-printers zijn meer bekend voor het bewerken van modellen en andere materialen. Deze zijn niet eetbaar en zijn meer van belang als een visueel object.
Als nieuwigheid zijn er echter ook steeds meer 3D-printers die zijn goedgekeurd voor gebruik met voedsel. Deze printers kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld pannenkoeken en andere eenvoudige gerechten te maken. Waaronder, bijvoorbeeld, chocolade of pizza.
Op een school in Oost-Londen worden 3D-printerschotels gebruikt om meer leerlingen te inspireren voor een bèta-technische loopbaan. Het tekort aan geschoolde arbeidskrachten is een groot probleem voor bedrijven, die wanhopig op zoek zijn naar goed opgeleide ingenieurs. Met behulp van deze creatieve oplossing zouden meer studenten dit carrièrepad moeten volgen.
In het bijzonder gaat dit voorbeeld over St. Helen's Primary School. De leerlingen kunnen hun eigen voedsel uitprinten op de 3D-printer. Op deze manier kunnen frieten, vis en zeshoekige bonen worden afgedrukt.
De kinderen moeten op deze manier kennis maken met de nieuwe technologie. Met groot succes, zo bleek uit een enquête onder de studenten. Een grote meerderheid is er dus voorstander van dat de 3D-printer ook meer in de gewone lessen wordt gebruikt.
Maar St Helen's in Oost-Londen is niet het enige voorbeeld van voedsel uit de 3D-printer. In Nederland is er een compleet restaurant dat gespecialiseerd is in voedsel uit de 3D-printer. Talrijke onderzoekers uit China en Zuid-Korea werken ook aan de mogelijkheid om in de toekomst nog meer schalen met 3D-printers te maken. Het is dus denkbaar dat in de toekomst zeer individuele gerechten kunnen worden gemaakt en dat binnenkort alleen nog dergelijke drukkers verantwoordelijk zullen zijn voor het serveren van het eten in de schoolkantine.
Workshops voor leerlingen
Aangezien de moderne technologie nog niet stevig is geïntegreerd in het dagelijkse leven op school, krijgen veel leerlingen toegang via speciale workshops. Met behulp hiervan kunnen intensieve contacten plaatsvinden op deze evenementen die meerdere dagen duren.
Binnen de workshops leren de leerlingen de volledige behandeling, van de creatie van het model tot het drukken. De voorwerpen, zoals pennenhouders of andere modellen, kunnen na afloop mee naar huis worden genomen.
Ook de integratie van bepaalde scantechnieken is bijzonder voordelig. Zo kan bijvoorbeeld het harnas van een ridder worden gescand en vervolgens als klein model worden afgedrukt. Dit geeft de studenten een eerste toegang tot deze moderne technologie.
In de meeste gevallen is deze samenwerking gebaseerd op specifieke fablabs die de apparatuur ter beschikking stellen en de werkplaats runnen. Maar ook universiteiten bieden dergelijke workshops aan. Voor belangstellende schoolklassen is dit een uitstekende gelegenheid om de technologie van de toekomst te gebruiken, ook al beschikt de school nog niet over de geschikte apparatuur.
Conclusie
3D-printen wordt graag de revolutie van de 21e eeuw genoemd en zal naar verluidt een vergelijkbaar effect hebben op de fabricage als de invoering van de lopende band. Het is dan ook niet meer dan begrijpelijk dat leerlingen nu al kennismaken met deze veelbelovende technologie. Dit is immers de nieuwe generatie die in de toekomstige werkomgeving hoogstwaarschijnlijk met 3D-printers zal gaan werken.
Op scholen in Duitsland is de invoering van 3D-printers nog vrij terughoudend. Het gaat immers om hoge investeringen en het gebruik van digitale media staat in alle leerplannen, maar de uitvoering verloopt nog traag.
In andere landen is de situatie anders. Hier tonen praktijkresultaten en studies aan dat de integratie van 3D-printen en modellen de creatieve vaardigheden en het kritisch denken kan vergroten. De leerlingen volgen de leerstof aandachtiger en de leerprestaties zijn merkbaar beter. Op die manier kunnen zelfs complexe zaken zoals bepaalde gewrichten en hun bewegingen beter worden geïllustreerd.
Andere contactpunten bevinden zich in de kantine, waar het gebruik van 3D-printers de belangstelling voor deze technologie moet wekken. Eenvoudige gerechten kunnen volledig worden uitgeprint.
Concluderend zijn veel deskundigen van mening dat het slechts een kwestie van tijd is voordat 3D-printers deel uitmaken van het dagelijks leven op scholen. Deze kunnen het onderwijs en de levering van leerinhoud immers aanzienlijk vereenvoudigen.
