Projekttagebuch des Gymnasium Ohlstedt
"MakerLab."
Gewinner beim Claussen-Simon-Wettbewerb für Schulen 2017
Projektleitung: Tim Doliesen
Am Gymnasium Ohlstedt haben die naturwissenschaftlichen und technischen Fächer schon lange einen hohen Stellenwert. Neben mehreren naturwissenschaftlichen und/oder technischen Wahlangeboten in der Mittelstufe, mehreren Profilen mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt und zahlreichen AG-Angeboten aus dem MINT-Bereich wurde in den letzten Jahren auch der Wahlkurs „Medien & Technik“ in den Stufen 5-7 eingeführt. Mit diesen Kursen, in denen vor allem praktisch geforscht, getüftelt und ausprobiert wird, wollen wir die Begeisterung der Schüler nutzen und über den klassischen Fachunterricht hinaus naturwissenschaftliches Arbeiten und technische Fertigkeiten fördern.
Die moderne Technik wird in der Bedienung zunehmend einfacher und dadurch immer mehr zum Alltagsgegenstand in immer mehr Bereichen. Auf der anderen Seite aber wird sie dabei auch immer mehr zu einer „Blackbox“ – sie erfüllt ihren Zweck, ist in ihrem Aufbau aber so kompliziert geworden, dass kaum noch ein Anwender wirklich versteht, wie die Technik im Inneren funktioniert. Selbst reparieren oder gar selbst eigene Technik entwickeln, wurde dadurch in der Vergangenheit nahezu unmöglich. In jüngster Zeit wird diese Lücke durch neue Technologien geschlossen, so dass es nicht nur wieder möglich ist, eigene technische Basteleien zu entwickeln, sondern dies sogar mit nie da gewesener Komplexität. Erstmals ist es möglich, selbstgebaute Hard- und Software zu entwickeln und sogar in kleinen Stückzahlen selbst zu produzieren und zu vermarkten.
Weltweit entsteht durch diese neuen Möglichkeiten eine stark wachsende Maker-Szene – Eine Do-It-Yourself-Szene im technischen Bereich. Viele neue Technologien werden erst von einzelnen Enthusiasten ersonnen und dann (häufig im Team) geplant und entwickelt. Manche dieser Innovationen werden im Internet mit professionell erscheinenden Produktvideos beworben, über Crowdfunding-Plattformen finanziert und schließlich auf den Markt gebracht – zum Beispiel über DIY-Verkaufsplattformen wie Dawanda oder Etsy. Die weltweite Technologie-Entwicklung wird durch die Dezentralisierung immer rasanter und vielfältiger, da immer mehr Kreative auch in der Lage sind, aus ihren Ideen Prototypen oder gar marktreife Produkte werden zu lassen. Wir wollen den Schülern einen praktischen Einblick in diese spannende Entwicklung ermöglichen.
Dabei sollen einerseits die besonders begeisterten Schüler im Rahmen von freiwilligen AGs am Nachmittag angesprochen werden, aber andererseits im Rahmen von Wahlpflichtkursen (schon im JG 5-7) auch die große Menge der Technik-interessierten Schüler begeistert und an das Thema heran geführt werden. Jeder kann ein „Maker“ sein – das sollen unsere Schüler selbst erleben können.
Viele Anfänge sind bereits gemacht. Wir haben AG-Angebote für Elektronik, Robotik, Bühnen-Technik und in Wahlpflichtkursen lernen die Fünftklässler Videos zu schneiden und erste eigene Programme zu schreiben. Die Sechstklässler erstellen eine eigene Science-Show und im Jahrgang sieben dürfen sich die Schüler an eigenen technischen Innovationen und Forschungsprojekten versuchen, sowie erste Erfahrungen mit dem 3D-Druck sammeln (bislang wurden die Ergebnisse extern gedruckt - siehe Foto). Später wird dies in Wahlpflicht-Kursen auch noch um die Robotik und App-Programmierung ergänzt.
Noch sind dies aber getrennte Angebote, die unabhängig voneinander auf Initiative verschiedener Schüler und Lehrer entstanden sind. Sie sind in verschiedenen AGs bzw. Wahlpflichtkursen organisiert, verwenden aber zum großen Teil bereits gemeinsame Räume, Hard- und Software und es gibt viele inhaltliche Schnittmengen. Wir wollen diese Angebote bündeln und um weitere Technologien erweitern (eigenes 3D-Druck- und Scan-Labor, programmierbare Mini-Computer wie Arduino, Rasberry Pi und Calliope mini und als Einstieg auch MakeyMakey).
Das MakerLab
Wir möchten unsere Angebote ausbauen und organisatorisch und räumlich in einem MakerLab zusammenfassen.
Die Schüler sollen im bereits bestehenden Wahlkurs „Medien & Technik“ schon in Klasse 5-7 die Maker-Bewegung kennenlernen und wichtige Grundlagen bei der Entwicklung, dem Bau, der Programmierung und der Präsentation technischer Projekte erhalten. In der Mittelstufe werden interessierte Schüler das MakerLab auch im Rahmen eines Wahlpflicht-Kurses nutzen können und in der Oberstufe wird das Science-Profil und die Informatik-Kurse die entstehenden Ressourcen nutzen können. Neben der Vermittlung der Grundkompetenzen in den oben genannten Bereichen geht es natürlich (vor allem ab der Mittelstufe) darum, eigene Maker-Projekte zu entwickeln, so dass im MakerLab aus ersten Ideen fertige Produkte werden können.
Als zweite Säule soll das MakerLab natürlich auch im AG-Bereich interessierten Schülern zur Verfügung stehen. Gerade hier werden wir das Miteinander der Schüler auch jahrgangsübergreifend fördern. Sie werden dazu ermutigt, gemeinsam an Projekten zu arbeiten und bewusst auch an der Weiterentwicklung des MakerLabs mitzuarbeiten. Hierzu wollen wir auch Exkursionen, beispielsweise zu MakerFaires, dem Attraktor (ein Makerspace in Hamburg) oder dem OpenLab der HSU durchführen. Gerne möchten wir es auch erfahrenen Schülern ermöglichen, nicht nur bei den nachmittäglichen AGs, sondern innerhalb der WP-Kurse, ihre Kenntnisse an andere Schüler durch Peer-Education weiterzugeben. Dazu wird der Wahlpflicht-Kurs jahrgangsübergreifend von 8-10 eingerichtet und es soll auch ermöglicht werden, dass einzelne Schüler dieser Kurse in die WP-Kurse der Unterstufe (Medien&Technik in den Jahrgängen 5-7) gehen und dort ihre Kenntnisse weitergeben.
Denkbar wäre es in Zukunft - gerade bei älteren Schülern - die Gründung von Schülerfirmen zu unterstützen. Dort könnten sie dann eigene Projekte umsetzen, vermarkten und diese dann im Rahmen von besonderen Lernleistungen ins Abitur einbringen.
Hier werden sicherlich vor allem einfachere Projekte umgesetzt werden, jedoch wollen wir den Schülern Einblicke in die moderne dezentralisierte Fabrikation geben, die es Makern ermöglicht auch in kleinen "Nischenmärkten" erfolgreich weltweit Fuß zu fassen. Schön wäre es darüber hinaus, an einzelnen Projekttagen im MakerLab ein „Repair-Café“ zu betreiben, bei dem versierte Schüler versuchen, technische Geräte von außerschulischen Personen zu reparieren bzw. Ersatzteile herzustellen.
Räumlich soll das MakerLab weiterhin in direkter Nähe zu den naturwissenschaftlichen Fachräumen eingerichtet werden, so dass auch die dort zur Verfügung stehenden Ressourcen (z.B. Elektronik und Technik) zur Verfügung stehen. Auch die Räume unsere Kunst- und Design-Kurse liegen direkt benachbart, so dass hier eine gegenseitige Nutzung ermöglicht wird - so wird es im Kunstunterricht einerseits möglich sein, auch die 3D-Drucker zu verwenden, aber die Maker können auch auf die Werkzeuge aus den Kunsträumen zugreifen (Nähmaschinen und einfache Werkzeuge zur Holz- und Metallverarbeitung). Es sollen auch Ausstellungsflächen geschaffen werden, so dass die Schulgemeinschaft direkt an den Ergebnissen aus dem MakerLab teilhaben kann.
Gerade aufgrund unserer geografischen Lage am äußersten Stadtrand von Hamburg fällt es schwerer, die Schüler zur Nutzung der schon in Hamburg vorhandenen offenen Fabrikations und Schüler-Labore zu motivieren (z.B. Attraktor Space in Altona, Fabulous St. Pauli, oder das Schülerforschungszentrum im Grindelviertel) - daher ist es uns ein besonderes Anliegen, entsprechende Ressourcen direkt in der Schule anzubieten.
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Redakteur: Tim Doliesen
Drei Gruppen von Oberstufenschüler nutzen die Ressourcen des MakerLabs um eigene kreative Projekte umzusetzen. Unter anderem soll ein Cocktail-Roboter entstehen, der automatisch Cocktails nach vorgegebenen Rezepten mixen kann. Dazu wurden neben den elektronischen Bauteilen (Stepper-Motoren, Arduino und Sensoren) auch Flaschendispenser und Führungsschienen aus Stahl bestellt. Die Kunststoffteile wurden in der Schule 3D-gedruckt. Das Bild zeigt einen ähnlichen Cocktail-Roboter, so wie er am Ende ungefähr aussehen soll.
Redakteur: Tim Doliesen
In den Herbstferien passiert einiges an unserer Schule. Im Erdgeschoss des Fachhauses wird ein Raum für das MakerLab eingerichtet. Dieser dient als Büro, Materiallager, 3D-Druckerraum und Showroom. Gearbeitet wird nach wie vor in den (sehr nahen) Physik und Informatikräumen. Hier sollen aber bestehende Makerprojekte von jedem vorbeigehenden Schüler begutachtet und ausprobiert werden können. Auf dem Foto sieht man nun die neuen Wanddurchbrüche für die Tür und für das Schaufenster. Direkt davor wird eine Fensterbank angebracht, auf der Auf Flurseite Exponate oder Bedienelemente angebracht werden können, so dass man vom Flur aus einzelne Projekte (die hinter dem Schaufenster geschützt sind) steuern kann.
Redakteurin: Tim Doliesen
Im Wahlpflicht-Unterricht sind wir mittlerweile schon mit dem dritten Kursdurchlauf dabei, Arduinos im Unterricht zu programmieren. Dabei verwenden wir mittlerweile sogenannte Shields mit denen zahlreiche Sensoren und Aktoren direkt ansteuerbar sind (auch ein 7-Segment Display). Hier können auch bislang unerfahrene Schüler Erfahrungen mit der Programmierung von Microcontrollern sammeln, welche sich dann bei Bedarf in eigenen Projekten anwenden lassen (wie bei dem Floppy-Musik-Projekt am Ende des Films der Claussen-Simon-Stiftung über unser MakerLab). Letzteres war das Projekt eines Schülers, der Teilnehmer in unseren ersten Arduino-Kurs war.
Redakteurin: Tim Doliesen
Nach langem Verhandeln und Warten haben wir nun das O.K. der Schulbehörde für den Ausbau unseres MakerLab-Büros und Show-Room bekommen! Die Behörde hat Schulbau Hamburg angewiesen, den Umbau vornehmen zu lassen und stellt dafür Mittel in Höhe von 22.000 € zur Verfügung! Ein tolles Signal für unseren MINT-Zweig! Geplant und koordiniert wird der Umbau von der Bergstedter Firma Kleta-Architekten.
Redakteurin: Tim Doliesen
Minecraft - Dieses immer noch sehr beliebte Computerspiel fördert das kreative Prpblemlösen in dreidimensionalen Welten. Wir verwenden dieses Spiel nicht nur in AGs, sondern auch im sechsten Jahrgang des Kurses Medien & Technik um einen spielerischen Einstieg ins Programmieren zu ermöglichen. Dies durften am MINT-Tag auch Viertklässler ausprobieren. Sie programmierten in LUA (eine Turtle-Programmierung) kleine Roboter in der Welt von Minecraft. Dabei benutzen wir eine spezielle Modifikation des Spiels für Bildungszwecke, welche auf unserem leistungsstarken MakerLab-Server gehostet wird.
Redakteurin: Tim Doliesen
Was macht eigentlich ein Naturwissenschaftler? Wie experimentiert man in einem Labor? Dies konnten die Schüler an der dritten Forscher-Station ausprobieren. Neben Flammenfärbungen wurde Rotkohl als Indikator getestet und Seifenblasen zum Explodieren gebracht. Dankbar waren unsere kleinen Gäste dafür, dass ihnen Oberstufenschüler dabei bei den einzelnen Versuchstationen ermutigend zur Hand gingen. Dies war sowohl für die Kleinen als auch für unsere Großen eine sehr bereichernde Erfahrung!
Damit diese spannenden Experimente nicht einfach verpuffen wurden diese gefilmt. Anschließend werden nun die Videos von Schülern aus unserer Mittelstufe in dem Videolabor aufbereitet und allen Beteiligten Forschern auf einer zentralen Webseite zur Verfügung gestellt werden.
Redakteurin: Tim Doliesen
Wie steuert man ein Computerspiel? Die Schüler dieses Workshops bauten eigene Gamecontroller nur mit Pappe und Alufolie. Dabei konnten Sie sich entscheiden, ob sie einen klassischen Gamecontroller bauen, eine Controller-Matte,die mit den Füßen bedient wird, einen Gamecontroller aus Knete erstellten oder sogar einen aus Obst verwendeten. Neben den kleinschrittigen Anleitungen halfen auch mehrere Schüler des Medien & Technik-Kurses Jg.7 bei der Umsetzung. Am Ende wurden die selbstgebauten Controller mit Hilfe von den MakeyMakeys aus unserem MakerLab an die gerade frisch programmierten Computerspiele der Schüler aus Station 1 angeschlossen und alle konnten sowohl die Controller, als auch die Spiele ausprobieren.
Redakteurin: Tim Doliesen
In nur einer dreiviertel Stunde haben es die Viertklässler geschafft, ein kleines winterliches Sterntaler-Computerspiel zu programmieren. Manche Schüler hatten noch nie eine Computermaus in der Hand, andere hatten schon Programmiererfahrungen. Aber am Ende hatten alle Ihr Spiel fertig programmiert und waren stolz, dies auf einem USB-Stick mit nach Hause nehmen zu können. Unterstützt wurden sie von Schülern des siebten Jahrgangs, die ihnen beim Programmieren tatkräftig halfen.
Redakteurin: Tim Doliesen
Am vergangenen Donnerstag, den 29.11. war in ganz Hamburg der MINT-Tag. Wir wollten auch einen Workshop zum Thema "Make tour Game @ GO" für ca. 15-18 Schüler anbieten. Aufgrund der riesigen Nachfrage von den Viertklässlern der umliegenden Grundschulen haben wir kräftig aufgestockt und vier Workshops für insgesamt 65 (!) Viertklässler angeboten. Bei diesen Workshops kam natürlich ganz viel Technik aus unserem MakerLab zum Einsatz. Die kleinen Gäste freuten sich, nicht nur spannende Einblicke in den MINT-Zweig unserer Schule zu erhalten, sondern dabei auch von älteren Schülern unserer Schule Unterstützung zu bekommen!
Nachdem alle Beteiligten so begeistert von dem MINT-Tag waren, werden wir dies Angebot auch in den kommenden Jahren wieder anbieten!
Redakteurin: Tim Doliesen
Unsere drei 3D-Drucker sind nun fertig aufgebaut und kalibriert. Nun kann das Drucken beginnen!
Redakteurin: Tim Doliesen
Um die ganzen Materialien der Elektronik-AG besser organisieren zu können, verwenden wir einen fahrbaren Materialschrank, in dem sowohl das notwendige Equipment als auch kleine halb fertige Schülerprojekte Platz finden. Die fertigen Projekte können dann mit nach Hause genommen oder in der Schule ausgestellt werden.
Redakteurin: Tim Doliesen
Nun ist auch unser Video-Labor aufgebaut! Der Greenscreen ermöglicht es, Makerprojekte vor virtuellen Hintergründen zu zeigen und so ansprechende Produktvideos zu erzeugen. Im Vordergrund ist der Teleprompter zu sehen. Als Kamera verwenden wir eine videotaugliche Spiegelreflex-Kamera (auf dem Bild nicht zu sehen) und um ddie Texte für den Teleprompter zu generieren wird ein Tablet verwendet.
Redakteurin: Tim Doliesen
Nachdem Herr G. nach seinem Schulunfall wieder genesen ist, kann er nun auch wieder die Leitung der Elektronik-AG übernehmen. Wie freuen uns auf viele weitere spannende Projekte. Im Bild ist ein von ihm gebaute LED-Leiste zu sehen, die bei Bewegung tolle Schriften in die Luft malen kann.
Redakteurin: Tim Doliesen
Die drei ersten 3D-Drucker werden nun gebaut. Auf dem Foto sind noch die ersten Montageschritte zu sehen - mittlerweile sind schon die Extruder montiert (das komplizierteste Bauteil) und der erste Betrieb ist schon absehbar in voraussichtlich zwei Wochen möglich.
Die Schüler bauen selbständig die Drucker unter fachkundlicher Anleitung von Michael Ullrich auf, der schon seit vielen Jahren im 3D-Druck und der 3D-Visualisierung tätig ist. Auch die Drucker im Open-Lab der Helmut-Schmidt-Universität - an denen wir unsere ersten Projekte auswärts gedruckt haben - hatte er mit Schülern zusammen aufgebaut.
Redakteur: Tim Doliesen
Das Schuljahr geht zu Ende und wir blicken zurück auf die ersten Anfänge unseres MakerLabs:
- Die 5. Klassen haben im Wahlkurs Medien und Technik erste Programmiererfahrungen mit der Sprache Scratch gesammelt und diese mit Hilfe von MakeyMakeys um selbstgebastelter Hardware erweitert und gesteuert.
- Die 6. Klässler haben im Kurs Medien & Technik virtuelle Roboter in der Sprache LUA programmiert, damit diese vorgegebene Aufgaben in einer Minecraft-Welt lösen.
- Im Kurs Medien und Technik im Jahrgang 7 wurden dreidimensionale Modelle unseres Fachhauses modelliert und auf eine druckbare Größe skaliert.
- Schüler der Klassenstufen 8-11 (Informatik) haben DigiSparc-Boards programmiert und damit z.B. Dioden geschaltet. EInzelne Schüler haben auch Arduino-Boards um selbstgebaute Shields erweitert und programmiert.
- Schüler der 8. Klassen haben mit 5.-Klässlern Workshops zu digitalen Medien durchgeführt und einen Elternabend für deren Eltern zu diesen Themen durchgeführt.
- In der Technik-AG wurden aus alten PC-Lüftern aktive Staubfilter gebastelt und zum Beispiel Schubladen-Alarmanlagen gelötet.
- Die ersten drei 3D-Drucker sind geliefert worden und warten darauf, im kommenden Schuljahr von Schülern zusammengebaut zu werden.
- Ein Vater hat aus seiner Firma großzügige zahlreiche ESD-Matten für die Technik-AG gespendet.
- Heute haben wir bei einem sehr produktivem Evaluations-Workshop in der Claussen-Simon-Stiftung gemeinsam weitere Projektziele erarbeitet und konkretisiert.
Redakteurin: Tim Doliesen
Nach den Ferien werden noch vor der Mittelvergabe im MakerLab die ersten Projekte starten. Schüler der 7. Klassen werden 3D-Modelle entwerfen, die dann später auf eigenen 3D-Druckern gedruckt werden sollen und Schüler aus den Jahrgängen 9 und 10 werden erste Erfahrungen mit Mini-Computern sammeln. Wir freuen uns schon darauf, die ersten Bestellungen die Wege zu leiten, um die ersten großen Investitionen noch in diesem Schuljahr tätigen zu können. Über all das werden wir nicht nur hier, sondern auch auf Youtube, Twitter und Google+ berichten.