Unterrichtsszenario RocketCar

Montag, 28. Dezember 2015 DE , Schule & Ausbildung 2 Kommentare

Abbildung 1: RocketCars

Zwei Erkenntnisse aus den Projekten Springbrunnen und Thun-Panorama sollten in die Planung dieses Projektes einfliessen: Gefragt war auf Schülerseite, dass das Projekt mehr Spass machen, bzw. eine grössere Bedeutung für die Teilnehmer haben sollte. Andererseits wollte ich “nur” noch Unterrichtszeit für das Drucken zur Verfügung stellen. Damit wollte ich sicherstellen, dass die SuS die volle Verantwortung für ihr Vorhaben übernehmen konnten und sollten. Denn nur so macht 3D-drucken in der Schule Sinn. Daneben wollte ich TinkerCAD anstelle von SketchUp als Modellierwerkzeug einsetzen und damit Probleme beim Erstellen von druckbaren Objekten umgehen.

Abbildung 2: Handarbeit ist gefragt

Idee und Projektbeschrieb
Das 3D-Drucken von Objekten braucht viel Zeit. Dieser Umstand wird sich wohl auch in Zukunft nicht signifikant ändern. Das heisst, dass in den Schulen mit unseren Unterrichtsgefässen nur wenig Druckzeit zu Verfügung steht und dementsprechend die Objekte eher klein werden und unscheinbar wirken. Dem wollte ich entgegenwirken, indem ich bestehende Gegenstände mit einbeziehe und den Drucker nur für einige Bestandteile einsetzen wollte. So sollten die Teams etwas kreieren können, dass sich später präsentieren lässt.

Es soll ein Auto entwickelt werden, welches allein durch Druckluft angetrieben wird. Dabei steht neben dem 3D-Drucker eine begrenzte Anzahl von Hilfsmitteln (Druckflasche, Werkzeuge und Schrauben) zu Verfügung.

Inspiriert wurde ich durch das Projekt Rocket Car Race Chassis von Ralph McNeill.

Zielpublikum: 8. und 9. Klasse

Ablauf: Einstieg
Leider erwies sich Tinkercad in unserem Schulnetzwerk mit dem Internet Explorer 11 als völlig ungeeignet. Schon bald nach dem Start stockte die Webanwendung und nach 20 Minuten war nicht mehr an Arbeit zu denken (siehe auch Frust pur mit Tinkercad). Da wir nicht auf den Firefox zurückgreifen konnten, musste schnell eine Alternative her: SketchUp!

Als Einstieg ins 3D-Modellieren erstellten die SuS:

• einen Schlüsselanhänger (Tinkercad-Variante), welcher auch gedruckt wurde,
• eine Auswahl von Körpern und
• die unmögliche Treppe.

Ablauf: Projektphase
Vor dem Projektstart definierten wir gemeinsam die Spielregeln:

• Das Auto soll möglichst weit fahren; also gerade aus fahren.
• Nicht erlaubt sei fliegen; es müsse rollen.
• Es soll in Zweierteams gearbeitet werden.

Abbildung 3: Material

Folgendes Material stellte ich als Lehrperson zu Verfügung (siehe Abbildung 3):

• 3D-Drucker (2 Stk.)
• 4 Stück gedruckte Wagenräder
• Gummibänder und doppelseitiges Klebeband zum Befestigen der gedruckten Teile
• Schrauben und Unterlagsscheiben M4
• Presta-Schlauchventil
• Velopumpe mit Druckanzeige
• Schutzbrillen
• Schraube als Verschluss
• Schieblehren (2 Stk.)
• Handbohrer

Den Teams standen für’s Entwickeln, Drucken, Testen und Optimieren nur vier Unterrichtseinheiten, also total acht Lektionen zu Verfügung.

Abbildung 4: Ob’s funktioniert?

Ablauf: Projektabschluss mit Wettbewerb
Die grosse Frage zum Schluss war nun, welches Gefährt mit einer Tankfüllung am weitesten fährt. Damit uns die PET-Flaschen beim Füllen nicht um die Ohren flogen, limitierte ich den maximalen Druck auf 4 Bar (entspricht 400 kPa oder 60 PSI). Somit sollten wir einen Sicherheitfaktor von 2 haben, wenn die Flasche für einen maximalen Druck von 120 PSI, bzw. 8 Bar ausgelegt ist. Zusätzlich waren Schutzbrillen für’s Befüllen und Testen vorgeschrieben.

Nach Abschluss der Testphase wurden zwei Läufe durchgeführt, wobei der längere für die Rangliste relevant war.

Abbildung 5: 6 Bar oder Regeln einhalten ist Glückssache ;-)

Auswertung
Auch ohne Schlussevaluation bin ich überzeugt, dass dieses Projekt gut ankam. Die SuS waren sehr engagiert und aus meiner Perspektive zielorientiert an ihrer Aufgabe. Der Wettbewerb rundete das Projekt gut ab und machte allen Beteiligten grossen Spass (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6: Testdrive

Da alle (Druck-) Arbeiten während des Unterrichts durchgeführt wurden, mussten die SuS alle auftretenden Probleme selber lösen. Als Knacknuss stellte sich die Düse dar. Aus Zeitmangel wurde der Verschluss mit einer Schraube gelöst. Das war zwar eine einfache, aber sehr ineffiziente Lösung, da das Öffnen der Düse lange dauerte und damit vor dem Start wertvolle Druckluft verloren ging (siehe Videos im G+ Album).

Mögliche Optimierungen:

• Schnellöffnung der Düse mit einem Ventil
• Justierbare Strahlrichtung der Düse (damit das Auto schön gerade aus fährt)

Auch wenn wir dieses Vorhaben nun mit SketchUp realisiert haben, hätte es genausogut auch mit Tinkercad oder einem anderen Werkzeug durchgeführt werden können. Es waren nur kleine und recht einfache Teile zu modellieren. Das heisst, der Schwerpunkt dieses Projektes lag nicht primär beim Modellieren, sondern beim ganzen Prozess. Also ganz im Sinne von: Von der Idee zum funktionieren RocketCar.

Weitere Bilder im G+ Album