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Lernwerkstatt

Digitalisierung lässt sich nicht ohne Technik erklären

Prof. Gabriele Graube / Jürgen Luga

Lernende bei der 3D-Druck-Konstruktionsarbeit mit analogen und digitalen Werkzeugen

Prof. Gabriele Graube forscht an der TU Braunschweig unter anderem zu Schlüsselkompetenzen bei Konstruktionstätigkeiten. bildung+ sprach mit ihr über die Rolle der MINT-Fächer in einer digitalisierten Welt.

b+: Zu Ihren Forschungsschwerpunk­ten gehören Technikbildung und Schlüsselkompetenzen bei Konstruk­tionstätigkeiten. Ein von Ihnen entwickeltes integratives Konzept heißt „Natur und Technik“. Welchen Stellenwert hat die Technik im Kanon der MINT-Fächer heute?

Prof. Graube: Wir sind nicht nur ein Land der Denker und Dichter, sondern auch ein Land der Erfinder. In einem Hochtechnologieland wie Deutschland ist es daher geradezu aberwitzig, Technikbildung hinsichtlich Stundentafeln, Verbindlichkeit und Durchgängigkeit als Stiefkind zu behandeln. Da ändert auch MINT nichts.

Eine Ursache sehe ich in einem tradierten und verkürzten Technikbild, das den Zusammenhang zwischen technischer und gesellschaftlicher Entwicklung ausblendet und sich am Handwerk orientiert. Die wissenschaftlich-technische Revolution (auch digitale Revolution) in der Mitte des 20. Jahrhunderts ist in Schule nicht angekommen. Heute reden wir von der 4. industriellen Revolution. Technik ist also schon lange mit Digitalität und Interdisziplinarität verbunden. Dieser integrative Gedanke ist zwar grundsätzlich in MINT angelegt, jedoch immer noch nicht umgesetzt. Und die Bildungs­potenziale integrativer Konzepte wie „Natur und Technik“ werden zu wenig diskutiert.

Zu wenig diskutiert werden auch der Stellenwert und das Verknüpfungspotenzial von Konstruktionstätigkeit. Durch Digitalisierung und digitale Bildungsmedien öffnen sich Verbindungslinien zwischen Technik- und Medienbildung. Technik verknüpft mit seinen vielfältigen Konstruktionsanlässen die digitale mit der analogen Welt und bietet Anknüpfungspunkte zu Schlüsselkompetenzen des 21. Jahrhundert: z. B. ganzheitliches Denken, Kreativität, Lernbereitschaft, Innovationsfreudigkeit, Gestaltungswille, analytische Fähigkeiten, fachübergreifende Kenntnisse und Problemlösefähigkeit. Eine Eingrenzung auf Informatik und Coding als diskutierte neue Kulturtechnik greift viel zu kurz.

Letztendlich geht es darum, das additive Verständnis von MINT aufzubrechen und die integrativen Verknüpfungen in MINT zu erkennen. Erst dann wird es gelingen, das T in MINT wirklich groß zu schreiben und die wissenschaftlich-technische Revolution auch für Lernende erfahrbar zu machen.

b+: Die Strategie der Kultusministerkonferenz „Bildung in der digitalen Welt“ (Dezember 2016) formuliert sechs Kompetenzbereiche, darunter „3 – Produzieren und Präsentieren“ und „5 – Problemlösen und Handeln“. Kommt damit der Technikbildung zukünftig ein höherer Stellenwert in der schulischen Bildung zu?

Prof. Graube: Das hat mich schon überrascht, dass der Bereich Produzieren explizit genannt wird und ihm ein Kompetenzbereich gewidmet wird. Vor dem Hintergrund von Digitalisierung sollen beispielsweise technische Bearbeitungswerkzeuge angewendet werden und Produktionen geplant werden können. Auch im Kompetenzbereich 5 (Problemlösen und Handeln) sind technische Bezüge eindeutig erkennbar: Es sollen technische Probleme gelöst werden, Werkzeuge sollen bedarfsgerecht eingesetzt werden u. a.

Das Papier lässt also prinzipiell die Möglichkeit zu, einen Beitrag zur Technikbildung leisten zu können. Erstaunlich ist jedoch, dass von Technikbildung an keiner Stelle die Rede ist. Das Papier zeigt stattdessen eine alleinige explizite Fokussierung auf Medien, Medienbildung und -kompetenzen und damit eine Fortschreibung bisheriger Konzepte. Insofern wird hier kaum jemand eine Legitimierung von Technikbildung ableiten.

Damit zeigt sich, dass man in einem Bildungsdilemma steckt: Digitalisierung lässt sich nämlich nicht ohne Technik erklären. Gleichzeitig hat Digitalisierung längst alle Lebens- und Arbeitsbereiche durchdrungen – Kommunizieren und Informieren ist also nur ein Bereich von vielen anderen (z. B. Produzieren). Technikbildung in einem Strategiepapier zur Bildung in der digitalen Welt zu ignorieren, ist keine Lösung.

Erst mit einem Verständnis von Bildung als Frage nach dem „Ort des Menschen innerhalb des Gesamtgefüges gegenwärtiger soziotechnischer Systeme” (nach Jörissen & Marotzki 2009), die durch Digitalisierung gekennzeichnet sind, erhält Technikbildung Anerkennung und einen höheren Stellenwert in der schulischen Bildung.

b+: Aktuell wird viel und intensiv über „Digitale Bildung“ diskutiert und mit dem oben genannten KMK-Papier wird informatische Grundbildung im Rahmen eines Spiralcurriculums in allen Fächern verankert. Digitale Bildung wird zunehmend als vierte Kulturtechnik angesehen. Greift es nicht zu kurz, das „Virtuelle“ so prominent zu fördern und Technikbildung stiefmütterlich zu behandeln? Bedarf es nicht digitaler und analoger Fertigkeiten, um Kompetenzen wie die bereits zitierten „Produzieren und Präsentieren“ oder „Problemlösen und Handeln“ zu entwickeln?

Prof. Graube: Lesen, Schreiben und Rechnen gelten als Kulturtechniken. In der Diskussion um digitale Bildung als vierte Kulturtechnik sollte man den Bildungsbegriff meiden. Wenn Coding bzw. Programmieren gemeint ist, sollte man es auch so bezeichnen.

Digitale Bildung oder – besser – Bildung in der digitalisierten Welt ist die Frage nach der Fähigkeit, wie man sich im Überschuss technischer Wahlmöglichkeiten orientieren kann, wie man sich selbst im soziotechnischen Gefüge verorten, Veränderungen reflektieren, Entwicklungen hinterfragen und Gesellschaft gestalten kann. Dieses soziotechnisch geprägte Bildungsverständnis unterscheidet nicht nach digital und analog. Coding allein jedoch bringt noch keinen Roboter zum Laufen, kein Auto zum Fahren und das Brot nicht auf den Tisch. Wir leben trotz aller Vitualität immer noch in einer realen physikalischen Welt, in der durch Computer- und Netztechnologien alles mit allem vernetzbar wird: Menschen mit Menschen und auch Dinge untereinander.

Das Zusammenspiel von analoger und digitaler Welt müssen Bediener an den Schnittstellen beherrschen. Entwickler müssen es konzipieren und umsetzen. Erst im Zusammenwirken von Analogem und Digitalem wird die Gestaltung von Digitalisierung möglich. Und erst in einer integrativen Betrachtung wird Digitalität auch in ihrer gesellschaftlichen Dimension durchschaubar. Insofern kann man von „digitalen und analogen Fertigkeiten“ sprechen. Das Digitale ist jedoch immer auch das Technische. Technik und Informatik gehören also zusammen. Eine informatische Grundbildung allein führt daher zu Verkürzungen und einer weiteren Verinselung von Wissen, wenn sie nicht Technik in ihrer soziokulturellen Dimension berücksichtigt.

Das Ziel der KMK, dass „jedes einzelne Fach mit seinen spezifischen Zugängen zur digitalen Welt seinen Beitrag für die Entwicklung der im Kompetenzrahmen formulierten Anforderungen“ leisten soll, muss man differenziert betrachten. Die dort definierten Kompetenzbereiche spiegeln den Zusammenhang zwischen Informatik, Informa­tionstechnik und Technik nicht ausreichend wider. Zugleich braucht es einen expliziten Lernbereich, insbesondere dann, wenn man immer wieder mit einer vierten Kulturtechnik argumentiert. Was einzelne Fächer hier leisten können, kann nur Stückwerk werden. Man braucht also einen definierten expliziten Lernbereich für alle, der Technikbildung einschließen muss.

b+: Werden wir zukünftig überhaupt noch so klar zwischen den einzelnen MINT-Fächern unterscheiden oder erfordert das Lernen und Lehren im 21. Jahrhundert neue Konzepte, z. B. von Ihnen vorgeschlagene integrative Konzepte?

Prof. Graube: Wir brauchen beides: integrative Lernbereiche und Vertiefungen in Fächern. Das Lernen auf Vorrat (Vorratswissen) wird abnehmen müssen. Es wird zunehmend darum gehen, dass Lernende auf der Basis eines Grundwissens Kompetenzen entwickeln können, um in neuen veränderten Situationen erfolgreich agieren zu können. Dazu gehört auch die Fähigkeit, sich Wissen anzueignen, Probleme zu erkennen und zu lösen, mit anderen zusammenzuarbeiten und Wertmaßstäbe für das Handeln zu entwickeln.

Integrative MINT-Konzepte sind eine gute Möglichkeit, dem Lernen eine Sinndimension und damit eine Bedeutung zu geben. Man lernt nicht für ein Fach, sondern man lernt, ausgehend von einer Problemstellung, Themen zu verbinden. Das didaktische Konzept „Forschen und Entwickeln“ zeigt Möglichkeiten, wie man lernt a) zu forschen, b) zu entwickeln und c) wie man beides miteinander verbinden kann. Das heißt, das Erkenntnisinteresse der MINT-Wissenschaften und das Interesse der Ingenieurwissenschaften, gestaltend zu wirken, greifen ineinander.

Dabei sollten Lehrende, so oft es geht, den Lernenden die Möglichkeit geben, kognitiv und dinglich selbst zu konstruieren. Das nennt man in der systemisch-konstruktivistischen Didaktik Erfinden oder Konstruieren. Weiterhin brauchen Lernende die Möglichkeit zu erkunden, was andere vor ihnen erfunden haben. Das nennt man Entdecken oder Rekonstruieren. Und nicht zuletzt brauchen sie Räume, das Erfundene und Entdeckte hinterfragen zu können. Das nennt man Enttarnen oder Dekonstruieren. Diese drei didaktischen Denkfiguren lassen sich grundsätzlich überall anwenden. Für das Konzept „Forschen und Entwickeln“ besitzen sie eine besondere Bedeutung.

b+: Welche Konsequenzen haben diese didaktischen Modelle für die Infrastruktur der Schule? Aktuell werden umfangreiche Mittel für die digitale Infrastruktur der Schulen bewilligt. Besteht die Gefahr, dass digitale Medien überbewertet und Lernumgebungen, die Experimentieren, Forschen und Produzieren ermöglichen, zu wenig geplant werden?

Das SAMR Modell von Puentedura eignet sich, um Lehrenden, die eher auf analoge Lehrmittel zurückgreifen, die Vorzüge digitaler Werkzeuge näherzubringen.

Prof. Graube: Eine leistungsfähige Netzinfrastruktur zur Nutzung digitaler Endgeräte ist für Schulen unverzichtbar. Das KMK-Strategiepapier verweist auch auf ­Aus-, Fort- und Weiterbildung von Lehrenden, formuliert Qualitätskriterien für Bildungsmedien, nimmt die Schulverwaltung und das Bildungsmanagement in den Blick. Das Lehren und Lernen muss jedoch im Mittelpunkt bleiben. Didaktisch begründete Entscheidungen für den Einsatz von Unterrichtsmedien sind notwendig. Und man muss Unterschiede machen: Wenn Ziel und Inhalt auf Digitalität gerichtet sind, werden andere Methoden und Medien eingesetzt, als wenn es beispielsweise um das Visualisieren von Zusammenhängen geht. Einerseits können Probleme der Digitalität Lernanlass sein, andererseits sollen digitale Unterrichtsmedien ohne Probleme funktionieren.

Unterricht sollte grundsätzlich immer ein ausgewogenes Zusammenspiel von Analogem und Digitalem sein. Ziel sollte nicht sein, so viel wie möglich zu digitalisieren, sondern dort digitale Unterrichtsmedien einzusetzen, wo man für die Lehr- und Lernaufgaben einen zusätzlichen Mehrwert sieht. Hier kann man gut an das SAMR-Modell anknüpfen.

Lernende rekonstruieren eine technische 3D-Druck-Lösung eines Solarmobils und suchen nach Optimierungsmöglichkeiten

Da man Konstruktionstätigkeit ein hohes Bildungspotenzial zuspricht, sollte man primär in solche digitalen Unterrichtsmedien investieren, die den Lernenden Konstruk­tionstätigkeit ermöglichen (Experimentieren, Planen, Entwickeln, Bauen, Produzieren, Testen usw.), die mit der physikalischen Welt explizit verbunden ist. So könnten Entwickeln und Forschen zusammengeführt werden (z. B. im 3D-Druck). Eine solche Ausrichtung von Mixed Reality gäbe einen starken Impuls für die Kompetenzentwicklung und die Sinndimensionen des Lehrens und Lernens. Das würde dazu führen, dass man auch über veränderte Raumkonzepte nachdenken muss.

Zu befürchten ist jedoch, dass die Investitionsmittel in Bildung nicht ausreichen und man daher bei der infrastrukturellen Ausstattung stehen bleiben wird. Man hat dann zwar Schienen und hoffentlich kompetente Lokführer und Lokführerinnen, aber keine Züge, mit denen Reisende das Reiseziel erreichen.

b+: Sie betreiben seit fast 15 Jahren am Institut für Erziehungswissenschaft der TU Braunschweig eine Erfinderwerkstatt. Was verbirgt sich dahinter? Lässt sich von der Grundidee dahinter etwas auf die Schule übertragen?

Prof. Graube: Die Idee der Erfinderwerkstatt ist im Zusammenhang mit den drei schon genannten Denkfiguren – Erfinder, Entdecker, Enttarnter – unter dem Fokus Technikbildung entstanden. Und weil ich das Erfinden als besonders förderungswürdig ansehe, trägt die Werkstatt das Erfinden auch im Namen.

Die Erfinderwerkstatt ist eine Einrichtung im Rahmen der AG Schule-Uni der TU Braunschweig, in der Kinder sich mit technischen Problemstellungen kreativ auseinandersetzen können. In Workshops entwickeln sie Lösungen, setzen sie um, testen sie und verbessern sie. Dazu gehört natürlich auch das Präsentieren der entwickelten Lösungen. Damit folgen wir dem Konzept des ganzheitlichen Produkt-Lebens-Zyklus von der Idee bis zur Entsorgung. Im englischsprachigen Raum wird dieses Vorgehen auch als „Design & Technology“ oder „Design Thinking“ bezeichnet.

Wir arbeiten hier bewusst sowohl mit analogen als auch mit digitalen Unterrichtsmedien über den Computer hinaus (z. B. Lego für Robotik, FiloCAD/Cut-System für CAD/CAM, interaktive Boards für den Programmaufbau). Das Digitale ist somit immanent.

Zum Konzept gehört auch, dass die Erfinderwerkstatt als ein Lehr-Lern-Labor entwickelt wurde. Das heißt, Studierende (zukünftige Lehrende) können unter einem ausgewählten theoretischen Schwerpunkt (z.B. Kreativitätsförderung, Medieneinsatz, Technikkonzept) beobachten und erleben, wie Kinder zu Erfindern, Entdeckern und Enttarnern von Technik werden. Damit ist die Erfinderwerkstatt eine Umsetzung des didaktischen Konzeptes „Forschen & Entwickeln“. Zukünftige Lehrende können so eigene Erfahrungen mit dem Grundkonzept der Erfinderwerkstatt sammeln. Der Grundstein für einen Transfer in die Schule ist damit gegeben. Wenn Schule dann noch über eine vergleichbare Medienausstattung ähnlich der Erfinderwerkstatt verfügt, steht der Übertragung in die Schule nichts entgegen.

b+: Angenommen, Sie würden als Schulleiterin Ihrer Schule ein modernes MINT-Profil geben wollen und dafür aktuell verfügbare Mittel für die Digitalisierung und notwendige Renovierungen verwenden, welche Schwerpunkte würden Sie bei der Raumgestaltung und Ausstattung setzen?

Prof. Graube: Mir wäre es wichtig, nicht viele einzelne Fachräume zu haben, sondern Laborbereiche, in denen das fächerübergreifende Konzept „Forschen & Entwickeln“ umsetzbar ist. Das heißt: Die Labore haben unterschiedliche Leitthemen (z. B. Ernährung, Mobilität, Energie, Gesundheit) und können für bestimmte Fragestellungen kooperieren. Digitale Endgeräte, interaktive und analoge Präsentationsmöglichkeiten und Schnittstellen für den Zugriff auf Clouds oder Remote-Systeme gehören zur Grundausstattung. Experimentier-, Kon­struktions- und Produktionsplätze sind so ausgestattet, dass eine hohe Eigenaktivität der Lernenden für Forschen und Ent­wickeln möglich ist. Der Austausch zwischen Lehrenden, Lernenden und Experten findet direkt und über Internet statt. Dem Reflektieren wird dabei ein besonderer Stellenwert gegeben. Ein flexibles Möbelsystem unterstützt die Lehr-Lernaktivitäten. Einzel-, Gruppenarbeit und Frontalsituationen sind möglich, bei Bedarf verschwinden Monitore und Tastaturen. Für die Lehrenden ist der Raum so eingerichtet, dass sie situativ zwischen unterschiedlichen Lehrformaten wechseln können, was auch das Unterrichten im engeren Sinne (Erklären, Zeigen, Darbieten, Anleiten usw.) einschließt. Gleichzeitig ermöglicht der Laborbereich ein kooperatives Lehren der MINT-Fachlehrer.

Die Labore sind also in das Internet der Dinge und Dienste eingebunden, das Lehren und Lernen bleibt aber immer noch für alle direkt sozial und situativ erfahrbar.

b+: Ich weiß, dass Sie sich aktuell mit dem Thema „Digitale Bildung vs. Medienbildung“ befassen, ein Thema für einen Beitrag in der nächsten Ausgabe von bildung+ Schule digital?

Prof. Graube: Dieser Diskurs ist notwendig, da die technische Entwicklung den didaktischen Betrachtungen und Realisierungsmöglichkeiten weit voraus ist. Von empirischen Untersuchungen ganz zu schweigen. Wir müssen den Begriff der Medien im Kontext von Bildung schärfer fassen. Manchmal erscheint in bildungspolitischen Diskussionen ein anderer Kontext zu greifen – also Medien im Kontext sozia­ler Kommunikation. Vermischt man das, verkennt man das Wesen und den Kern der Digitalisierung. Bildung in der digitalen Welt zwingt uns, die Frage nach dem Stellenwert von Technik und Technikbildung neu zu stellen und den Zusammenhang zu Medien und Medienbildung neu zu denken. Daran werden sich Bildung und Bildungseinrichtungen messen lassen müssen.