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Katalog plus

3D-Druck im Mathematikunterricht

3D-Druck als Beispiel digitaler Fabrikationstechnologie im Mathematikunterricht

Der Bereich Digitalisierung und Bildung rückt mit der fortschreitenden technischen Entwicklung immer weiter in den Fokus der Bildungsdebatte. Dabei sollte zu einer verantwortungsvollen und reflektierenden Haltung gegenüber digitalen Medien angeleitet werden. Digitale Werkzeuge als Unterrichtsmittel können zusätzliche Perspektiven auf Unterrichtsthemen eröffnen, müssen dafür aber grundlegend fachdidaktisch in den Blick genommen werden. Dabei liegt der Schwerpunkt unserer kooperativen Forschungsprojekte auf einer Entwicklung grundlagentheoretisch fundierter Konzepte.

Kooperative Forschung 

Dazu wird die 3D-Druck-Technologie in einer 8. Klasse wird z.B. der Sekundarschule Olpe konsequent über 1 Schuljahr im Mathematikunterricht eingesetzt. Im Vordergrund steht neben der Frage, wie die 3D-Druck-Technologie als paradigmatisches Beispiel neuer Medien zu einer Entwicklung mathematischen Wissens in Auseinandersetzung mit digitalen Werkzeugen beitragen kann, auch die Frage, ob und welche Veränderungen mathematischer Inhalte sich ergeben können.


Im kooperativen Unterrichtsdesign ergeben sich konkrete 3D-Durck-Lernumgebungen zu verschiedenen Themenbereichen mit gewinnbringenden Diskussionsanlässen im Rahmen eines forschend-entdeckenden Ansatzes.

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In einem forschend-entwickelnden Unterrichtssetting können die Schülerinnen und Schüler ihre eigenen Vorstellungen in den Mathematikunterricht einbringen und mit eigener Aktivität zum Lehren und Lernen beitragen.
Neben einem sinnstiftenden Umgang mit dem digitalen Werkzeug 3D-Druck spielt insbesondere auch die Beforschung von Begriffsentwicklungsprozessen eine bedeutende Rolle.
 

Projekte 

Sekundarschule Olpe             Sekundarschule_olpe

Analysis 

Ein konsequenter Einsatz des 3D-Drucks in der 8. Klasse der Sekundarschule Olpe verfolgt vor allem zwei Ziele: Die Erprobung von Arbeitsmitteln in der Unterrichtspraxis und die Untersuchung von gegebenenfalls veränderten mathematischen Schülervorstellungen. Dazu werden in Kooperation mit Lehrerinnen und Lehrern, konkrete 3D-Druck Lernumgebungen, zu unterschiedlichen Themenfeldern (Terme, Lineare Gleichungen und Funktionen; Zufall und Wahrscheinlichkeit sowie Dreiecke/Vierecke) der 8. Klassenstufe erstellt und mit den Schülerinnen und Schülern umgesetzt. Das Projekt entwickelt sich aus den empirischen Entwicklungsstudien, die Frau Pielsticker in Kooperation mit unserer Partnerschule -der Sekundarschule Olpe- im Rahmen ihrer Dissertation durchführt. Hier wird der 3D-Druck konsequent im gesamten Schuljahr eingesetzt und erforscht.

Mit den Handlungs- oder Denkanweisungen „trace with our finger“ oder „imagine sliding the hand along the curve” betont David Tall das Umgehen mit Graphen von Funktionen in einem „embodied sense“ (Tall 2013). Das Arbeiten mit 3D-ausgedruckten Kurven ermöglicht z.B. zu begreifen‘, was es bedeutet, wenn eine Funktion an einer Stelle stetig, aber nicht differenzierbar ist. Ein weiteres mögliches Anwendungsfeld stellt das graphische Ableiten einer Funktion f dar. Dieses stellt überraschenderweise einen anschaulichen Zugang dar, der an den Calculus des 17. Jahrhunderts von Leibniz und Newton erinntert. Weiter lesen 

 

 

Studienprojekte

Kantenmodelle

Eine wesentlicher Ausdruck der Kooperation zwischen Hochschule und Schule bietet die Möglichkeit der Erstellung von Abschlussarbeiten an den Schnittstellen von Hochschule, Schule oder außerschulischen Lernorten, wie dem FabLab Siegen etc.. Solche Arbeiten können jederzeit im Rahmen von Studienprojekten (Praxisphase), Bachelorarbeiten und Masterarbeiten angemeldet werden. Die Arbeiten sind üblicherweise Kombinationen aus Entwicklungs- und Interventionsforschung, gerne werden auch grundlagentheoretische Arbeiten vergeben.

Raumvorstellung und Geometrie spielen in der Grundschule eine bedeutende Rolle. Dort werden geometrische Körper anhand ihrer Eigenschaften -vorrangig der Anzahlen von Ecken, Flächen und Kanten- beschrieben. Der 3D-Druck erscheint als neuartige Ergänzung bewährter Lehr-Lernsettings mit Trinkhalmen, Zahnstocher, Spießen und Knete. Durch einen anschließenden Vergleich und die Möglichkeit der Reflexion ergeben sich gewinnbringende Aushandlungsprozesse für den Aufbau tragfähiger Schülervorstellungen. Dieses Projekt baut auf den Erfahrungen aus Workshops mit einer Grundschule der Region in der Mathematikwerkstatt Siegen auf.

http://sachunterricht-vernetzen.de/nachhaltigkeit/einsatz-des-3d-druckers-in-der-mathewerkstatt/

   

3d-druck_Kantmodell

 

Referenzen

8th International Conference on Communities & Technologies 2017 in Troyes

In Troyes haben wir in einem internationalen Rahmen unsere Projekte zur Diskussion stellen können. Unter dem Link finden Sie das Programm.

Link Troyes

 

3D-Druck-Symposium bei der GDMV-Tagung 2018 in Paderborn

Im Rahmen der GDMV-Tagung 2018 in Paderborn organisieren wir ein Symposium mit dem Titel "Der Einsatz digitaler Fabrikationstechnologie am Beispiel des 3D-Drucks für den Mathematikunterricht - Grundlegungen und Einsatzmöglichkeiten". Hierzu sind alle Interessierten herzlich eingeladen. Die Vortragsthemen und -zeiten lassen sich folgendem Link entnehmen:

Link Symposium Ablauf

 

Wissenschaftliche Publikationen

Dilling, F. (2019). Der Einsatz der 3D-Druck-Technologie im Mathematikunterricht. Theoretische Grundlagen und exemplarische Anwendungen für die Analysis. Wiesbaden: Springer. unter: Link
Dilling, F. (2019). Ebenen und Geraden zum Anfassen – Lineare Algebra mit dem 3D-Drucker. Beiträge zum Mathematikunterricht 2019, 177-180. Abrufbar unter: Link
Dilling, F., Pielsticker, P., Witzke, I. (2019, online first). Grundvorstellungen Funktionalen Denkens handlungsorientiert ausschärfen - Eine Interviewstudie zum Umgang von Schülerinnen und Schülern mit haptischen Modellen von Funktionsgraphen. In: Mathematica Didactica. Abrufbar unter: Link
Dilling, F., Rahn, A. (2019). Optimiertes Plätzchenbacken. In: Mathematik Lehren, 217 (S. 50).
Dilling, F., Witzke, I. (2019). Zur Funktionsweise der 3D-Druck-Technologie. In: Mathematik Lehren, 217 (S. 10-12).
Dilling, F., Witzke, I. (2019). Ellipsograph, Integraph & Co. In: Mathematik Lehren, 217 (S. 23-27).
Dilling, F., Struve, H. (2019). Funktionen zum Anfassen. In: Mathematik Lehren, 217 (S. 34).
Dilling, F., Witzke, I. (2018). 3D-Printing-Technology in Mathematics Education – Examples from the Calculus. In: Vietnam Journal of Education, (S. 54-58). Abrufbar unter: Link
Hoffart, E. (2019). Kantenmodelle mal anders. In: Mathematik Lehren, 217 (S. 13-17).
Hoffart, E., Pielsticker, F. (2018). Kantenmodelle mal anders - Eine Lernumgebung zur Förderung der geometrischen Begriffsentwicklung. In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2018 (S. 807-810). Abrufbar unter: Link
Pielsticker, F. (Hrsg.)(2019). Spiel mit selbstgedruckten Würfeln. MatheWelt, 217. unter: Link
Pielsticker, F. (2018). „3D-Druck konsequent“ – Ein erweiterter Zugang zur Algebra im Mathematikunterricht einer 8. Klasse. In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2018 (S. 1395-1398). Abrufbar unter: Link
Pielsticker, F. & Witzke, I. (2017). Design, Reflexion, Entwicklung und Innovation – Digitalisierung (DREI-D): 3D-Printing Technology in Mathematics Education. In: Proceedings of the 8th International Conference on Communities & Technologies. Abrufbar unter: Link
Pielsticker, F., Witzke, I., Euteneuer, N., Schmidt, M. (2017). 3D-Printing in Mathematics Education. A closer look at two case studies. In: Proceedings of the 8th International Conference on Communities & Technologies. Abrufbar unter: Link
Witzke, I. & Heitzer, J. (Hrsg.)(2019). 3D-Druck. In: Mathematik Lehren. unter: Link
Witzke, I., Heitzer, J. (2019). 3D-Druck: Chance für den Mathematikunterricht? In: Mathematik Lehren, 217 (S. 2-9).
Witzke, I., Hoffart, E. (2018). 3D-Drucker: Eine Idee für den Mathematikunterricht? Mathematikdidaktische Perspektiven auf ein neues Medium für den Unterricht. In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2018 (S. 2015-2018). Abrufbar unter: Link
Witzke, I., Hoffart, E. (2018). Der Einsatz digitaler Fabrikationstechnologie am Beispiel des 3D-Drucks für den Mathematikunterricht - Grundlegungen und Einsatzmöglichkeiten. In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2018 (S.129-130). Abrufbar unter: Link
Witzke, I., Dilling, F. (2018). Vorschläge zum Einsatz der 3D-Druck-Technologie für den Analysisunterricht - Funktionen zum "Anfassen". In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2018 (S.2011-2014). Abrufbar unter: Link

Presseartikel

Westfalenpost (10.07.2019): Uni Siegen macht Mathe-Stunden in 15 Schulen digital. Abrufbar unter: Link
Lokal-Plus-NRW (23.07.2019): Wie aus Plastik-Bruchstücken Mathematik wird. Olper Sekundarschüler testen 3D-Drucker für Mathe-Unterricht. Abrufbar unter: Link
Sauerlandkurier (16.06.2019): Mit besonderen Schwerpunkten. Sekundarschule Olpe als „MINT-Schule NRW“ ausgezeichnet. Abrufbar unter: Link
Westfalenpost (14.06.2019): Mathe mit Tablets und 3D-Druckern interessanter machen. Abrufbar unter: Link
Kölner Stadt-Anzeiger (5.9.2018): Aus Zahlen wird ein echter Würfel. Abrufbar unter: Link
Lokal-Plus-NRW (26.1.2018): Mathematik zum Anfassen – Unterricht mit 3-D-Drucker. Abrufbar unter: Link
Lokal-Plus-NRW (13.7.2018): Mathe zum Anfassen an der Sekundarschule Olpe. Abrufbar unter: Link
Neue Deutsche Schule (4.2018): Sekundarschule Olpe kooperiert mit Uni Siegen. Mathematik zum Anfassen. Abrufbar unter: Link
ZFH (30.01.2019): Der Einsatz des 3D-Drucks im Mathematikunterricht. Abrufbar unter: Link

Kontakt

https://www.uni-siegen.de/fb6/didaktik/personen/felicitas-pielsticker/?lang=de

https://www.uni-siegen.de/fb6/didaktik/personen/frederik-dilling/?lang=de