Handlungsorientierte Entwicklung von Prototypen für die numerisch gesteuerte Fertigung in einer Industriemechanikerklasse Fachstufe II

diese dann in den Ausbildungsbetrieben anfertigen und prüfen zu lassen. Dabei hatten die Schüler die Möglichkeit an CNC-Fräsen, wie sie auch in der Produktion eingesetzt werden, die Prototypen selbst zu fertigen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten wurden dann in den Betrieben selbst präsentiert. Hier gilt mein besonderer Dank an die Firma CORUS in Koblenz, insbesondere Herrn Escher und Herrn Furch, der Firma TRW in Koblenz, besonders Frau Haupt und Herrn Knauer und der Firma STABILUS, speziell Herrn Kaballo, die durch ihr besonderes Engagement und ihre große Kooperationsbereitschaft den Erfolg dieser Lernortkooperation ermöglicht haben.

Aus der Zusammenarbeit entstand im Verlauf dieser Hausarbeit ein Gesprächskreis mit allen an der Ausbildung beteiligten Institutionen (Ausbildungsbetriebe, Industrielehrwerkstatt und Schule), der sich damit beschäftigt, die Arbeitspläne der Ausbildungspartner gegenseitig transparenter zu machen und besser aufeinander abzustimmen.

Die sich anschließende technische Bewertung der Prototypen und die fachliche und methodische Reflexion der Unterrichtsreihe konnten dann im Rahmen des folgenden Unterrichts in der Schule durchgeführt werden.

In dieser Hausarbeit betrachte ich im Besonderen die zielgerichtete Projektplanung an der Schule, sowie die Erarbeitung und Präsentation der Ergebnissen in den Betrieben CORUS und TRW.

Der fachtheoretische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den verschiedenen Aspekten der Handlungsorientierung und den Konsequenzen, die sich hieraus für die Planung und Durchführung dieser Unterrichtsreihe ergeben haben. Da die Veröffentlichungen zur Thematik Handlungsorientierung ein breites Spektrum für die verschiedenen Bereiche der schulischen Praxis behandeln, möchte ich im fachtheoretischen Teil dieser Hausarbeit meine spezifische Sichtweise von Handlungsorientierung herleiten und wissenschaftlich begründen.

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In dem sich anschließenden praktischen Teil der Hausarbeit möchte ich die Unterrichtsplanung und ihre Durchführung darstellen. Hier soll auch der gesamte Verlauf der Unterrichtsreihe kurz dargestellt und die Auswahl der Bestandteile der Hausarbeit erörtert werden.

Abschließend soll die Unterrichtsreihe ausgewertet und reflektiert werden, dabei möchte ich mich mit den Reflexionsschwerpunkten Praxisrelevanz, Teilnehmerzufriedenheit, ermöglichte Kompetenzentwicklung,

Unterrichtsverlauf und Möglichkeiten der Lernortkooperation beschäftigen, um dann meine Schlussfolgerungen aus den Reflexionen zu erläutern.

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I Fachtheoretischer Teil

I.1 Aspekte der Handlungsorientierung

I.1.1 Annäherung und Definition

Das didaktische Konzept der Handlungsorientierung lässt sich unter den neueren Berufsbildungstheorien der evolutionären Theorie beruflicher Bildung nach R. Arnold, W. Dürr, B. Ott u.a. zuordnen. „Für die neueren evolutionären Theorien beruflicher Bildung ist die Orientierung an den Konzepten von Ganzheitlichkeit und Selbstorganisation charakteristisch. Berufliche Bildung soll die Selbstorganisationspotenziale von Individuen und Betrieben fördern und umfassende Handlungskompetenzen zur Mitgestaltung der betrieblichen und gesellschaftlichen Evolution anbahnen. Dabei kommt dem didaktischen Konzept der Handlungsorientierung eine grundlegende Bedeutung zu.“ 1

Dieses didaktische Konzept bietet sich nach meiner Ansicht gerade in der beruflichen Ausbildung im Bereich der Fachstufen an, um hier die möglichst eigenständige Entwicklung von Fach-, Sozial- und Methodenkompetenzen zu ermöglichen.

Der zugrunde liegende Lehrplan für den Ausbildungsberuf des Industriemechanikers sagt dazu: „Insbesondere in den Fachstufen soll der Schüler im fachtheoretischen Unterricht Denken in Zusammenhängen durch Verknüpfung der technologischen Inhalte mit mathematischen und zeichnerischen Problemstellungen im projektorientierten Unterricht erfahren.“ 2

Diese Forderungen basieren nach meiner Ansicht auf den Konsequenzen aus dem Wandel der Arbeitsorganisationskonzepte und der Entstehung neuer Anforderungsprofile, die sich als logische Konsequenz aus dem Wandel von

¹ Arnold R.: Berufspädagogik kompakt, Berlin 1998, S.13

² Lehrplanentwurf für die Fachstufe II an Berufsschulen des Landes Rheinland-Pfalz -Berufsfeld Metalltechnik, Ausbildungsberuf Industriemechaniker/in- des Kultusministeriums Rheinland-Pfalz vom Mai 1991

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der traditionellen zur neuen Industrietechnik entwickelt haben. Gerade die hier behandelte CNC-Technik fordert ein Team von Facharbeitern, Technikern und Ingenieuren, die gleichzeitig zuständig und verantwortlich für Entwicklung, Produktion, Instandsetzung und Qualitätssicherung der Produkte sind, damit diese in flexibler Fertigung effektiv produziert werden können. 3

Diese Einschätzung bildet die Grundlage für die Auswahl und die methodische Vorgehensweise im Rahmen der beschriebenen

Unterrichtseinheit. Auf die Konsequenzen und Folgen, die sich im Verlaufe des Unterrichtsgeschehens ergeben haben, möchte ich im praktischen Teil dieser Arbeit eingehen.

I.1.2 Der Handlungsbegriff

Da solch eine Sicht von Unterricht spezielle Anforderungen an die Handlungen von Lernern und Lehrern stellt, will ich nun den für mich grundlegenden Handlungsbegriff definieren.

Neuere Handlungstheorien beinhalten häufig drei grundlegende Aspekte einer Handlung: „Menschliches Tun im Sinne einer Handlung wird durch die Trias Planen, Durchführen und Kontrollieren reguliert. Diese drei Begriffe werden auch als Antizipationskomponente, Realisationskomponente und Kontroll-, Reflexions- oder Bewertungskomponente bezeichnet.“ ⁴ Wobei die Handlungskontrolle nicht am Ende einer jeden Handlung steht, sie ist vielmehr ständiger Bestandteil und ist bereits in den Phasen des Planens und Ausführens immanenter Bestandteil einer jeden Handlung. Dieses Verständnis des Begriffes der Handlung führt schließlich zu einer Definition der vollständigen Handlung:

³ Vgl. Schmidt, H.: Zur Zukunft von Qualifikation und Bildung, in: Hesse, J. J. u.a. (Hrsg.): Zukunftswissen und Bildungsperspektiven. Baden-Baden 1998, S. 167-183

⁴ Gudjons, H.: Handlungsorientiert lehren und lernen: Schüleraktivierung - Selbsttätigkeit -Projektarbeit, Regensburg 2001, S.48

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Diese Sichtweisen eines handlungsorientierten Unterrichts bildeten die Grundlagen für die Planung und die Umsetzung dieser Unterrichtsreihe. Diese Sichtweise harmoniert mit der Arbeitsweise in der beruflichen Praxis der Schüler. Dies zeigt der Vergleich mit den Vorgehensweisen zur Entwicklung von neuen Produkten in der Metalltechnik. (Abb. Seite 7) Parallelen stellen sich nach meiner Ansicht besonders im Ablauf einer vollständigen Handlung und des Entwickelns neuer Produkte dar. Beides sind offene nicht determinierte Prozesse, die der Evolution von Neuem dienen. Dabei geht es im metalltechnischen Sinne um die Produktentwicklung und im didaktischen Sinne um die Kompetenzentwicklung im Rahmen eines handlungsorientierten Unterrichts. Beide Bereiche zeichnen sich dadurch aus, dass in jeder Phase Kontroll-, Reflexions- oder Bewertungskomponenten stattfinden. Dies drückt sich im Vorgehensplan zur Schaffung neuer Produkte dadurch aus, dass die Handlungsphasen Planen, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten jeweils mit einem Entscheidungsprozess verknüpft sind.

⁵ vgl. Gudjons, H.: Handlungsorientiert lehren und lernen: Schüleraktivierung - Selbsttätigkeit -Projektarbeit, Regensburg 2001, S. 51 und vgl. Pütz, C.:Entwicklungs- und kognitionspsychologische Voraussetzungen des didaktischen Konzeptes >>Handlungsorientierter Unterricht<<. In: Schaube, W. (Hrsg.): Handlungsorientierung für Praktiker. Darmstadt 1995, S. 20-22

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Abb.1: Vorgehensplan zur Schaffung neuer Produkte 6

Parallelen zeigen sich hier auch, wenn man die technische Bewertung und den kontinuierlichen Verbesserungsprozess aus der beruflichen Welt der Schüler und die fachliche und methodische Reflexion als wichtigen

⁶ Vorgehensplan zur Schaffung neuer Produkte nach VDI-Richtlinie 2222, Blatt 1

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Bestandteil eines handlungsorientierten Unterricht, miteinander vergleicht. Beide verfolgen das Ziel, Elemente zu analysieren, um sie zu optimieren. Im Sinne der Pädagogik bedeutet dies, den Lernenden die Möglichkeit zu geben, den Lernprozess mit zu gestalten. Regelmäßige Reflexionssequenzen im Unterricht erlauben es, den Verlauf des Unterrichts zu verändern, um den aktuellen Bedürfnissen der Lernenden gerecht zu werden. Diese Art von Unterricht verlangt von allen Beteiligten eine prozessorientierte Sichtweise, die sich weniger mit Problembeschreibungen und Schuldfragen auseinandersetzt, sondern vielmehr eine kontinuierliche Verbesserung des Lernprozesses anstrebt.

I.1.3 Beweggründe für einen handlungsorientierten Unterricht

Handlungsorientierung bedeutet einen Wandel der Lernkultur, in dem nicht nur das explizite Lernen (Was wird gelernt?), sondern auch das implizite Lernen ( Wie wird gelernt?) betrachtet wird. Dies führt zu einem systemischen Bild vom Lernen, in dem Lernen als selbstreferentieller Aneignungsprozess individueller und sozialer Systeme gesehen wird. Die Legitimation bezieht das handlungsorientierte Unterrichtskonzept aus der gesellschaftlichen und beruflichen Entwicklung und den daraus resultierenden unübersehbaren Qualifikationsentwicklungen, die sich auf den Arbeitsmärkten unserer Gesellschaft vollziehen. 7

Gerade die neue Industrietechnik, mit der sich diese Arbeit beschäftigt, führt zu einer Arbeitsorganisation, in der Facharbeiter, Techniker und Ingenieure gleichzeitig zuständig sind für Produktion, Instandhaltung und Qualitätssicherung. Die computergestützten Fertigungsverfahren

entwickelten sich aus den Anforderungen der „schlanken“ und flexiblen Fertigung heraus und führten dazu, dass der Anteil an manueller Werkstoffbearbeitung immer weiter schwindet und somit die Polarisierung der Qualifikationsstruktur reduziert werden muss. „Gearbeitet wird verstärkt

⁷ vgl. Arnold R./ Schüßler I.: Wandel der Lernkulturen, Darmstadt 1998, S. 68ff

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in Teamstrukturen, waren früher die Funktionen Produktion, Instandhaltung und Qualitätssicherung hierarchisch getrennt, so ist in der Gruppenarbeit häufig ein Team gleichzeitig für diese Funktionen zuständig.“ ⁸ Diese Veränderung in der Arbeitswelt der Schüler/innen fordert eine stärkere Selbstorganisation der Beteiligten. Dem wird im Konzept der Handlungsorientierung Rechnung getragen, in dem nicht mehr das Abarbeiten von Lernzielen durch den Lehrer geplant wird, sondern die Kompetenzentwicklung der Lernenden ermöglicht wird. Aus diesem Grunde möchte ich im praktischen Teil die Entwicklung der Fach-, Sozial- und Methodenkompetenz betrachten.

Ein besonderes Ziel der beruflichen Bildung ist die Entwicklung einer beruflichen Kompetenz für alle Beteiligten. „Berufliche Kompetenz besitzt derjenige, der über die erforderlichen Kenntnisse, Fertigkeiten und Fähigkeiten eines Berufs verfügt, Arbeitsaufgaben selbstständig und flexibel lösen kann, sowie fähig und bereit ist, dispositiv in seinem Berufsumfeld und innerhalb der Arbeitsorganisation mitzuwirken.“ 9

Weitere Argumente für einen Wandel der Lernkulturen liefern die drei Tendenzen, die sich nach Arnold/Schüßler feststellen lassen: „Die Krise der Fachbildung, d.h. die Krise einer Bildungskonzeption, für die das ‚WAS?’ von Bildung zentral ist und fast allein im Vordergrund der Überlegungen steht, die unbefriedigende, um nicht zu s agen skandalöse Nachhaltigkeit des vorwiegend frontalunterrichtlichen Lernens und die ungewollten

qualifikatorischen Nebenwirkungen des toten Lernens.“ ¹⁰ Dabei darf nicht übersehen werden, dass ein ausgewogenes Verhältnis der Bereiche Fach-, Methoden- und Sozialkompetenz anzustreben ist. Auch hier erscheint mir die konstruktive Kritik aller am Prozess Beteiligten wichtig, um diese Ausgewogenheit zu garantieren.

⁸ Arnold R.: Berufspädagogik kompakt, Berlin 1998, S.12

⁹ Bunk G. P.: Kompetenzvermittlung in der beruflichen Aus- und Weiterbildung in Deutschland. In: Europäische Zeitschrift für Berufsbildung, 1/1994, S. 9ff

¹⁰ Arnold R./ Schüßler I.: Wandel der Lernkulturen, Darmstadt 1998, S. 70

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I.1.4 Wandel der Lehrerrolle im handlungsorientierten Unterricht

Im handlungsorientierten Unterricht übernimmt der Lehrer die Rolle eines Lernberaters. Damit gibt er die Position des zentralen Wissensvermittlers im Unterricht auf. Lediglich die Leistungsbeurteilung und die Aufsicht werden aus seiner bisherigen Rolle übernommen.

Da sich der Einfluss während des Unterrichtsprozesses deutlich reduziert, muss die Planung von handlungsorientiertem Unterricht sehr sorgfältig betrieben werden. Die möglichen Verläufe des Lernprozess in den verschiedenen Gruppen müssen antizipiert und durch Alternativplanungen abgesichert werden. Zusätzlich ist eine gute Fachkenntnis des Lehrers wichtig, um auf die im Rahmen der Alternativplanung unvorsehbaren oder vorhergesehenen Probleme adäquat reagieren zu können. Ein besonders wichtiger Punkt bei der Planung und Durchführung von handlungsorientiertem Unterricht im Bereich Metalltechnik ist die Einhaltung der Richtlinien für den Arbeitsschutz, so dass mögliche Gefahren, die von Maschinen und Werkzeugen ausgehen, beachtet werden, um eine Gefährdung für Mensch und Material zu vermeiden.

I.1.5 Die Projektmethode als didaktisches Konzept der

Handlungsorientierung

Eine besondere methodische Großform im didaktischen Konzept der Handlungsorientierung ist das Projekt ¹¹ . Der projektorientierte Unterricht erweitert die Betrachtungsweisen von versuchsorientiertem und dem problemorientiertem Unterricht, da sich diese Unterrichtsverfahren bei der Auswahl der Gestaltungsaufgabe stark an der Realität, wie zum Beispiel hier der beruflichen Praxis der Schüler/innen, orientiert. Die Kritik im Rahmen der Schlüsselqualifikations-und

Handlungsfähigkeitsdiskussion besteht vor allem darin, dass die

¹¹ In den Bezeichnungen Projekt und projektorientierter Unterricht beziehe ich mich auf H. Gudjons und K.Frey.

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Kompetenzen zu unspezifisch und allgemein entwickelt werden. Dies muss der Lehrer oder die Lehrerin bei Projekten im Rahmen der beruflichen Ausbildung beachten. Es müssen Themenbereiche bearbeitet werden, die sich dadurch auszeichnen, dass die Lernenden in den Bereichen Fach-, Methoden- und Sozialkompetenz vielfältig und im Hinblick auf ihre berufliche Praxis gefördert werden.

Wie bereits in der Einleitung erwähnt, wählte ich in der hier beschriebenen Unterrichtsreihe mit den Schülern ein Vorhaben aus dem Bereich CNC-Technik aus. Daraus gestalteten wir eine Unterrichtsreihe, die sich nach der Projektmethodik als ein projektorientierter Unterricht bezeichnen lässt. Da viele Komponenten der Projektmethode nach K. Frey im Rahmen dieser Unterrichtsreihe berücksichtigt wurden, erlaube ich mir im Weiteren auch die Bezeichnung Projekt zu benutzen. Ich bin mir jedoch bewusst, dass nicht alle Komponenten der Projektmethode in ausgeprägter Weise vorkommen, so dass ein Projektmethodiker nicht von einem Projekt als der Hochform des projektorientierten Unterricht sprechen würde. Die Bezeichnungsweise erscheint mir jedoch deshalb sinnvoll, da sowohl Schüler als auch die Kooperationspartner in den Ausbildungsbetrieben im Verlauf des Vorhabens von ‚unserem / dem Projekt’ sprachen.

I.1.6 Charakterisierung der Projektmethode

In der fachtheoretischen Analyse möchte ich nun auf die Charakterisierung der Projektmethode kommen.

Die für mich stärkste Motivation zur Durchführung verschiedener Projekt im Unterricht, gerade im Rahmen des Unterrichts in einer Berufsschulklasse, ordnet Frey wie folgt der Projektmethode als besonderes Ziel zu : „Ziel der Projektmethode ist es, die Distanz zwischen Schule und Leben, Wissenschaft und Beruf, Theorie und Praxis zu verringern. Die Studierenden und Schüler/innen sollen die Möglichkeit haben, die Prinzipien und

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Kenntnisse, die sie im Lehrgang erworben haben, im Projekt eigenständig und schöpferisch auf den konkreten Fall anzuwenden.“ ¹² Dabei habe ich mich immer bemüht, das jeweilige Projekt in den Mittelpunkt des Unterrichts zu stellen, um dann mit den Schüler/innen anhand der Anforderungen, die sich im Projektverlauf ergeben, grundlegende Kenntnisse zu wiederholen und anzuwenden, um darauf aufbauend weitere vertiefende Kenntnisse zu erarbeiten.

„Entscheidend bei der Projektmethode ist, dass sich die Lernenden ein Betätigungsgebiet vornehmen, sich darin über die geplanten Betätigungen verständigen, das Betätigungsgebiet entwickeln und die dann folgenden verstärkten Aktivitäten im Betätigungsgebiet zu einem sinnvollen Ende führen. Oft entsteht ein vorzeigbares Produkt.“ ¹³ Gerade das Handlungsprodukt kann als eines der E lemente des projektorientierten Unterrichts bei den Beteiligten für eine besondere Motivation sorgen. Dieser Effekt stellte sich auch im Verlauf dieses Vorhabens ein, sowohl bei den beteiligten Schülern und Lehrern, als auch bei den beteiligten Personen in den verschiedenen Betrieben, ohne die die Durchführung so nicht möglich gewesen wäre. Dieser Effekt sollte auch bei der Auswahl und bei der Zieldefinition des Vorhabens beachtet werden, da das Handlungsprodukt über den Erfolg eines projektorientierten Unterrichts mit entscheidet. „Das Entscheidende an der Projektmethode ist nämlich nicht, dass am Schluss ein hergestelltes Produkt vorliegt, sondern dass diese Herstellung in einer bildenden Weise geschieht." ¹⁴ Dies ist auch der Hauptgrund, weshalb sich die Unterrichtsreihe auf die Entwicklung von Prototypen für die NC-gesteuerte Fertigung beschränkt, damit das zu erstellende Handlungsprodukt nicht zum Selbstzweck wird.

¹² Frey, K.: Die Projektmethode- Der Weg zum bildenden Tun; Weinheim und Basel 1998; S. 39

¹³ ebd. S. 14

¹⁴ ebd. S. 87

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I.1.7 Aspekte der Lernortkooperation

Die berufliche Handlungskompetenz ist das gemeinsame Qualifizierungsziel von Ausbildungsbetrieb und Berufsschule. Während die Ausbildung im Betrieb eher arbeitsplatz- oder funktionsbezogen ist, hat die Berufsschule die Aufgabe, arbeitsplatz- und betriebsübergreifende Elemente in die Ausbildung einzubringen. Kombiniert mit den sogenannten Schlüsselqualifikationen, sichern diese Mobilität und Flexibilität für das weitere Berufsleben der Auszubildenden. 15

Eine Lernortkooperation zwischen Ausbildungsbetrieben und Berufsschule kann als belebendes Element zur Verzahnung von Theorie und Praxis dienen. Von einer Kooperation profitieren die Auszubildenden vor allem, wenn sich die Möglichkeiten von Betrieb und Schule sinnvoll ergänzen. Die Frage, ob dieser Punkt erfüllt ist, sollte bereits in die Phase der Auseinandersetzung mit der Projektinitiative einbezogen werden. Mögliche Synergieeffekte für alle Beteiligten sollten, nach meiner Einschätzung, schon während der Planung transparent werden, damit die Lernortkooperation nicht zum Selbstzweck wird. Zusätzlich muss die Bereitschaft der beteiligten Ausbildungspartner zu einer Kooperation vorhanden sein.

¹⁵ vgl. Bödeker J. , u.a.: vlw Heft 42 „Lernort Berufsschule: Partner im dual-kooperativen System“, Wolfenbüttel 1999, S.8 ff

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I.2 Fachwissenschaftliche Aspekte der CNC-Technik

An dieser Stelle möchte ich einen kurzen Einblick in die Bereiche der CNC-Technik geben, die Schwerpunkt der beiden in dieser Hausarbeit beschriebenen Unterrichtseinheiten waren.

I.2.1 NC-Steuerungen

NC-Steuerungen steuern die Koordinatenbewegungen von

Produktionsmaschinen anhand von numerische Informationen. Dabei steht NC für Numerical Control. Die auch verwendete Abkürzung CNC steht für Computer Numerical Control. Beide Abkürzungen werden heute in der Fachliteratur gleichwertig gebraucht, eine zuvor übliche Unterscheidung ist nicht mehr sinnvoll, da alle modernen Steuerungen mit Rechnern arbeiten und nicht mehr fest verdrahtet werden. ¹⁶ Im folgenden Text unterscheide ich daher nicht zwischen den beiden Begriffen. Die nötigen Verfahrwege von Produktionsmaschinen werden durch Interpolation in einzelne Schritte zerlegt, um diese dann z.B. an einem Computer mit Simulationssoftware in Form von sogenannten Sätzen zu editieren. Das Satzformat ist nach DIN ISO 66025 festgelegt und kann Informationen zu den Wegbedingungen, Koordinatenpunkten, Vorschub, Spindeldrehzahl, Werkzeug und weiteren Zusatzfunktionen enthalten. ¹⁷ Die Schüler hatten im Rahmen der Hausarbeit die Aufgabe, mit Hilfe der Simulationssoftware GEWA das Fertigungsprogramm für ein Werkstück zu erstellen. Im Anschluss sollten sie anhand der dynamischen Simulation des Fertigungsablaufes die Fehlerfreiheit der selbsterstellten NC-Sätze überprüfen.

Die verschiedenen Hersteller von CNC-Produktionsmaschinen haben eigene Satzformate und Befehle für ihre verschiedenen Steuerungen entwickelt. Diese sind oft nicht untereinander kompatibel. In der beruflichen Praxis ist es, z.B. auf Grund von Produktionsumstellung auf eine Maschine eines

¹⁶ vgl. Weck M.: Werkzeugmaschinen, Düsseldorf 1998, S.26 f

¹⁷ vgl. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Berlin 1999, T43 ff

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anderen Herstellers, gelegentlich für den Facharbeiter nötig, existierende Programme auf die Spezifikationen einer anderen Steuerung zu übersetzen. Aus diesem Grund wählte ich eine solche Aufgabe als Bestandteil des Lernarrangements des Projektes der Hausarbeit aus.

I.2.1 Referenzpunkte einer CNC-Fräsmaschine

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit bestand darin, allen Schülern einen Einblick zu ermöglichen, wie die verschiedenen Referenzpunkte einer NC-Fräsmaschine in der Produktion genutzt werden, auch in der Realsituation im Betrieb.

Man unterscheidet vier verschiedene Punkte.

Abb. Bezugspunkte an einer CNC-Fräsmaschine 18

Der Maschinen-Nullpunkt ist ein vom Hersteller der Maschine vorgegebener Referenzpunkt. Er dient zur Definition des Nullpunktes beim Einsschalten der Maschine. Er liegt meist im Randbereich der Maschine und dient auch als Bezugspunkt zur Festlegung des Werkstück-Nullpunktes. Der Werkstück-Nullpunkt kann vom Programmierer festgelegt werden. Er ist identisch mit

¹⁸ Böge, A.: Technologie / Technik, Braunschweig 1999, S. 387

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dem Nullpunkt des Werkstück-Koordinatensystems. Da alle Fertigungsmaße von diesem Punkt ausgehen, sollte bereits beim Erstellen einer NC-gerechten Fertigungszeichnung auf die Positionierung des Werkstück-Nullpunktes geachtet werden. Zum Einrichten der Maschine wird die Lage des Werkstück-Nullpunktes mit Hilfe eines Messtasters ermittelt. Der Referenzpunkt wird genutzt, wenn der Maschinen-Nullpunkt, z.B. wegen einer auf der Maschine montierten Spannvorrichtung, nicht a ngefahren werden kann. Die absoluten Koordinaten dieses Punktes werden vom Maschinen-Nullpunkt aus ermittelt. Der Programm-Nullpunkt gibt den Werkzeugstandort vor Beginn der Bearbeitung an. Hier beginnt das CNC-Programm.

Die Schüler hatten die Möglichkeit im Verlaufe der Unterrichtsreihe diese zunächst eher abstrakt wirkenden Punkte kennen und nutzen zu lernen. Dabei entstand eine zusätzliche Motivation dadurch, dass der Schüler durch die eigene Anwendung erkennt, worin der Vorteil der verschiedenen Optionen besteht.

So soll eine Entwicklung beruflicher Handlungskompetenzen im Berufsschulunterricht arrangiert werden, die nicht nur den reinen Erwerb von Kenntnissen, Fertigkeiten und Fähigkeiten bezweckt, sondern auch deren selbstständige und flexible Anwendung durch das Lernarrangement einbezieht und damit eine ganzheitliche Kompetenzentwicklung erst ermöglicht.

I.3 Grafische Darstellung der Phasen des Projektes

Zum Abschluss des fachtheoretischen Teils möchte ich die einzelnen Phasen des Projektes grafisch darstellen. Dies geschieht in Anlehnung an das Grundmuster der Projektmethode nach Frey ¹⁹ , das ich zur Planung des Projektverlaufs genutzt habe.

¹⁹ Frey, K.: Die Projektmethode - Der Weg zum bildenden Tun; Weinheim und Basel 1998; S. 77

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Grafische Darstellung der Phasen des Projektes:

II Fachpraktischer Teil

II.1 Didaktische Betrachtungen

II.1.1 Beschreibung der Klasse und Lernvoraussetzungen der Schüler

Die IM98a ist eine Teilzeit-Berufsschulklasse mit einer Schülerin und 23 Schülern ²⁰ . Die Altersverteilung liegt zwischen 18 und 26 Jahren. Der Bildungsstand setzt sich wie folgt zusammen: Hauptschulabschluss 3 Schüler Sekundar I 20 Schüler Fachhochschulreife 1 Schüler.

In der Klasse erlernen 23 Schüler den Beruf Industriemechaniker und ein Schüler den Beruf Feinmechaniker.

Alle technischen Fächer werden in einem Kollegenteam von insgesamt fünf Lehrern unterrichtet. Dabei hat sich die gemeinsame Erarbeitung eines Arbeitsplanes zu Beginn des Schuljahres als vorteilhaft erwiesen, da Überschneidungen vermieden werden und einzelne Themen exemplarisch oder projektorientiert behandelt werden können. Den jeweiligen Stand der Absprachen unter den Kollegen möchte ich durch meine verstärkten Bemühungen um Kommunikation und Austausch unter den Kollegen und mit den Schülern immer aktuell halten. Dabei habe ich die Aufgabe des Klassenleiters, die ich seit Beginn des Schuljahres übernommen habe, als eine Unterstützung und besondere Verantwortung empfunden. Seit Mitte August 2000 unterrichte ich die Klasse eigenverantwortlich drei Stunden pro Woche in den Fächern Technologie (1h), T echnische

²⁰ Im weiteren Verlauf möchte ich die Gesamtheit der Schülerinnen und Schüler als die Schüler bezeichnen.

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Kommunikation (1h) und Technische Mathematik (1h). Dies erleichtert es mir, möglichst viele Inhalte und Themen projektorientiert und ganzheitlich zu bearbeiten. Mein eigenverantwortlicher Unterricht in dieser Klasse ist jeweils Dienstags in der 5. und 6. Stunde und 14-tägig auch in der 7. und 8. Stunde. Dabei steht uns in der 7. und 8. Stunde ein Rechnerraum mit 13 Rechnerarbeitsplätzen zur Verfügung, so dass jeweils zwei Schüler an einem Rechner arbeiten können. Die Rechner sind mit einem DOS-basierten CNC-Simulationsprogramm ausgerüstet und können zur Programmierung von CNC-Fräsprogrammen und CNC-Drehprogrammen genutzt werden.

In den vergangenen Unterrichtseinheiten zeigten sich die Schüler stets engagiert. Immer dann, wenn kreative Elemente zu Themen aus der Berufs-und Lebenswelt der Schüler eingesetzt werden konnten, zeigte sich dies an zum Teil sehr guten Arbeitsergebnissen.

So haben die Schüler das Themenfeld ‚Gesamtzeichnungen’ im Rahmen des Projektes ‚Entwurf einer Vorrichtung zum Spannen von Bremssätteln’ mit Begeisterung erarbeitet, obwohl sie mir zuvor mitgeteilt hatten, dass sich ihre Begeisterung für das Fach Technische Kommunikation stark in Grenzen hält. Dies führe ich auf die ausgesprochene Praxisorientierung des Projektes zurück.

Deshalb nutze ich auch für diese Unterrichtsreihe den Ansatz, die Berufs- und Lebenswelt der Schüler in das Unterrichtsgeschehen zu integrieren, um die Motivation durch die Identifikationsmöglichkeiten der Schüler im Rahmen des Lernarrangements zu erhöhen.

Die CNC-Technik wird in den verschiedenen Ausbildungsbetrieben verstärkt in der Produktion eingesetzt. Sowohl Auszubildende als auch die Ausbildungsbetriebe haben ein Interesse daran, dass die Schüler in diesem Bereich fundierte Kenntnisse erwerben. Der zukünftige Arbeitsplatz vieler Schüler wird durch den Einsatz der neuen Industrietechnik geprägt sein. Vielen Schülern ist der Umgang mit dem Computer aus dem privaten Bereich bereits vertraut. Die im Rechnerraum zur Verfügung stehende CNC-

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Simulationssoftware ermöglicht den Schülern Fehler in den eigenen Programmen selbstständig zu erkennen und zu korrigieren. Dies erleichtert dem Nutzer die selbstständige Bearbeitung, besonders zu Beginn eines CNC-Kurses.

II.1.2 Arbeitslage

Das Klassenklima ist nach meiner bisherigen Beobachtungen geprägt von einem recht rücksichtsvollen und toleranten Umgang der Schüler untereinander, trotz zum Teil erheblicher Unterschiede im Bereich persönlicher und politischer Einstellungen und Perspektiven. Das Verhältnis der Klasse zu mir lässt sich als ehrlich und offen bezeichnen. Neue selbstwirksame Methoden nutzen die Schüler gerne. Die in diesem Jahr bevorstehende Abschlussprüfung bereitet einigen Schülern zur Zeit jedoch größere Sorgen, deshalb haben wir vereinbart, alle Themen in diesem Halbjahr im Sinne einer Prüfungsvorbereitung abzuschließen. Für den Bereich CNC-Fräsen ließ sich, wohl auch aus diesem Grund, eine hohe Motivation beobachten.

Kritischer entwickelt sich derzeit der Bereich Leistungsbereitschaft und Kenntnisstand der Klasse. Nach Auffassung aller Kollegen im Lehrerteam weisen beide Bereiche Defizite auf. Dies trifft für meinen Unterricht auch besonders auf das Fach Technische Mathematik zu, hier traten Fehler in der letzten Arbeit vor allem im Bereich Einheiten und Umrechnungen auf, auch haben einige Schüler Schwierigkeiten mit der Darstellung von Rechenwegen. Um diese Defizite aufzuarbeiten, möchte ich auch im Rahmen der Hausarbeit auf diese beiden Bereiche eingehen.

Im Fach Technische Kommunikation sind, neben Mängeln im strukturierten Arbeiten, auch Defizite im Bereich Konzentrationsfähigkeit zu beobachten. Diese Elemente sollen ebenfalls innerhalb dieser Unterrichtsreihe gezielt

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gefördert werden. Dies bietet sich während der Übungsstunden am Rechner besonders an.

Wichtig hierbei war für mich, den Unterrichtsverlauf so zu planen, dass gute Möglichkeiten zu einer Differenzierung bestehen. Dies war auch deswegen erforderlich, da der Leistungsstand der Schüler im Bereich CNC-Technik zu Beginn dieser Unterrichtsreihe sehr heterogen war. So hatten 13 Schüler der Klasse bereits zwei Kurse in der Industrielehrwerkstatt absolviert, ein Schüler hatte einen Kurs in der Handwerkskammer absolviert. Die anderen Schüler hatten keine oder nur geringe Vorkenntnisse in dem Bereich CNC-Technik.

II.1.3 Thematische Einordnung der Unterrichtseinheit

Das Thema der Unterrichtseinheit findet sich im Lehrplanentwurf für die Fachstufe II an Berufsschulen des Landes Rheinland-Pfalz -Berufsfeld Metalltechnik, Ausbildungsberuf Industriemechaniker/in, Fachrichtung Produktionstechnik- des Kultusministeriums Rheinland-Pfalz vom Mai 1991. Im Fach Technologie unter dem Punkt: „1.1 CNC-Technik

1.1.1 Kenntnis über das Einrichten von CNC-gesteuerten Produktionsanlagen: Werkzeugkorrekturen 1.1.2 Fähigkeit zur Anwendung von Programmvereinfachungen: Zyklen, Manipulationstechnik, Konturzüge 1.1.3 Fähigkeit zum Umgang mit Programmüberprüfung,

Programmerprobung und Programmoptimierung: Grafik, Simulation“.

Im Fach Technische Mathematik unter dem Punkt:

„1. Fähigkeit zur Berechnung NC-gerechter Geometriedaten an komplexen Werkstücken“.

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Im Fach Technische Kommunikation unter dem Punkt: „1. Fähigkeit zum Lesen und Darstellen CNC-gerecht bemaßter Werkstücke“.

Zusätzlich ist das Thema CNC-Technik Bestandteil des Arbeitsplanes der BBS Technik Koblenz für den Ausbildungsberuf Industriemechaniker, Fachstufe II aller Fachrichtungen. Aus diesem Grund ist es möglich, dass alle Fachrichtungen in diesem Themengebiet geschult werden. Dies wird auch von den Ausbildungsbetrieben a usdrücklich gewünscht. Um dies zu ermöglichen, enthält der Stundenplan eine Technologiestunde pro Woche mehr, als vorgeschrieben. So ist gewährleistet, dass die Themen Schweißtechnik und CNC-Technik für alle Fachrichtungen behandelt werden können.

Die thematische Aufteilung der CNC-Technik haben wir im Lehreteam so gestaltet, dass Herr Zietz die Grundlagen der CNC-Technik und das CNC-Drehen mit der Klasse bearbeitet. Ich übernehme den Bereich CNC-Fräsen. Die Leistungsüberprüfungen zum Thema CNC-Technik werden wir gemeinsam gestalten und durchführen. So ist gewährleistet, dass wir einen guten Informationsaustausch über die Lernfortschritte der Klasse haben. Dies wurde unterstützt durch gelegentliches Teamteaching im Rechnerraum zur Betreuung von Übungsaufgaben.

Die verschiedenen Aspekte, die im Lehrplan angesprochen werden, möchte ich im Rahmen des projektorientierten Vorgehens aufgreifen. Hierdurch erhält die Auswahl der Problemstellung und des Betätigungsbereiches eines projektorientierten Unterrichts eine besondere Bedeutung, da hier viele der didaktischen Möglichkeiten einer Unterrichtseinheit oder Unterrichtsreihe festgelegt werden. Auch dem Handlungsprodukt kommt als motivierender Bestandteil zentrale Bedeutung zu.

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II.1.4 Auswahl der Projektziele, der Aufgabenstellung und des

Handlungsproduktes

Dem Punkt Auswahl der Projektziele, der Aufgabenstellung und des Handlungsproduktes kommt nach meiner Einschätzung deshalb eine besonders große Bedeutung zu, da hier eine entscheidende Weichenstellung, besonders auch für die pädagogischen Möglichkeiten eines

projektorientierten Unterrichts, erfolgt. Da das eigentliche Ziel, Produkte in einer bildenden Weise herzustellen, schon hier explizit berücksichtigt werden muss.

Dabei orientierte ich mich an den Anforderungen, die H. Gudjons und J. Bastian an eine solche problemhaltige Sachlage stellen: 21

o Situationsbezug

o Orientierung an den Interessen der Beteiligten

o Gesellschaftliche Praxisrelevanz.

Im Verlaufe eines CNC-Fräskurses sollte also ein Produkt erstellt werden, dass es ermöglicht, eine Unterrichtsreihe zu gestalten, die diese Anforderungen erfüllt.

Während der Vorbereitungen erschien es mir immer weniger pädagogisch sinnvoll, eine bereits gezeichnete Fräsübung auszuwählen, um diese dann zu programmieren und herzustellen. Deshalb begannen die Schüler und ich mit der Suche nach einem geeigneten Werkstück. Zusätzlich besuchte ich die einzelnen Ausbildungsbetriebe, die im Bereich CNC-Technik an der Zusammenarbeit mit der Ausbildungsschule interessiert sind, um mit den Ausbildern über die Möglichkeiten der Umsetzung eines solchen Vorhabens zu sprechen.

²¹ Vgl. Gudjons / H. Bastian,J. : Das Projektbuch 2, 2. Auflage, Hamburg 1993, S.33

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Nachdem hier die Möglichkeiten erörtert und die Schnittstellen der Kooperation ‚Ausbildungsbetriebe und Schule’ klar definiert waren, sammelte ich die Produktvorschläge der Schüler im Unterricht. Dabei stellte sich bei der Abstimmung heraus, dass zwei Produkte von den Schülern favorisiert wurden:

o Fußrastenanlage mit Schalt- und Bremshebeln für Motorräder

o Bremsverstärker für Fahrradbremsen.

Nach einer gemeinsamen Abwägung der Realisierbarkeit der beiden Produkte, fiel die Entscheidung auf den Bremsverstärker für Fahrradbremsen, im Weiteren als Brake-Booster bezeichnet.

Eine Beteiligung des Lehrers in diesem Entscheidungsprozess ist, nach meiner Ansicht, sinnvoll, wenn, wie hier, die besondere Komplexität und schlecht beherrschbaren Sicherheitsaspekte die eigentliche pädagogische Zielsetzung zu stark in den Hintergrund rücken würden. Dabei ist für den Lehrer wichtig, auf eigene Erfahrungen, aber auch auf die Erfahrungen von Kollegen, zurückgreifen zu können, um die Auswahl der Projektziele fachlich und pädagogisch zu begleiten und den Schülern als kompetenter Ansprechpartner zur Verfügung stehen zu können. ²² Damit war das Handlungsprodukt ausgewählt und die Aufgabenstellung wurde als Thema der Hausarbeit wie folgt beschrieben:

Handlungsorientierte Entwicklung von Prototypen für die numerisch gesteuerte Fertigung in einer Industriemechanikerklasse Fachstufe II.

Hierbei meint Entwickeln, dass den Schülern ermöglicht w ird, eigene Prototypen zu entwerfen, CNC-gerecht zu zeichnen, die NC-Sätze für die Herstellung zu programmieren, den Prototyp herstellen zu lassen und diesen im Rahmen einer Materialprüfung auf seine Leistungsfähigkeit zu prüfen, um dann in der Reflexion eine technische Bewertung durchzuführen.

²² Eine besondere Hilfe war hier die von H. Phillips im Februar 1997, im Rahmen einer Seminararbeit, erstellte Fräsübung zu diesem Thema.

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II.1.5 Abgeleitete Kompetenzentwicklung für die gesamte

Unterrichtsreihe

Im Rahmen der gesamten projektorientierten Unterrichtsreihe beabsichtigte ich, die Schüler in unterschiedlichen Bereichen der Kompetenzentwicklung zu fördern.

Ich wollte mit meinem Lernarrangement ermöglichen, dass die Lernenden ihre Fachkompetenz trainieren und erweitern durch:

o Die Bearbeitung eines Entwicklungsauftrages für CNC-Werkstücke mit Anforderungsliste

o Das Erarbeiten von Kriterien zur Auswertung der verschiedenen Prototypen

o Das Erstellen eigener Entwürfe und eigener NC-gerechter Zeichnungen eines Prototypen

o Die Programmierung und Simulation der NC-Sätze des eigenen Prototypen

o Die Übergabe der Fertigungsaufträge an das bearbeitende Schülerteam

o Die Fertigung der Prototypen durch ein Schülerteam im Ausbildungsbetrieb

o Das Reflektieren der Auftragsübergabe und des Fertigungsprozesses

o Die mathematische Auswertung der Ergebnisse der Materialprüfung.

Die Lernenden üben ihre Methodenkompetenz durch:

o Das Vorstellen der eigenen Vorgehensweise zur Lösung der Problemstellung

o Das Präsentieren des durch ihrer Abteilung erstellten Arbeitsplans

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o Das Gestalten eines Mindmaps zur zielgerichteten Projektplanung und Strukturierung der Teilaspekte der Entwicklungsaufgabe

o Das Ermitteln der verschiedenen Auswertungskriterien

o Das Reflektieren der Ergebnisse der Auswertung.

Die Lernenden erweitern ihre Sozialkompetenz durch:

o Das gemeinsames Handeln zur Bewältigung einer komplexeren Aufgabe in einem gegebenen Zeitrahmen

o Das selbstständige Planen und Durchführen einzelner Elemente innerhalb einer Unterrichtsreihe

o Das Gestalten der Arbeitsteilung, um das gemeinsame Ziel zu erreichen.

II.2 Darstellung des Ablaufs der Unterrichtsreihe

Der fachpraktische Teil dieser Hausarbeit behandelt sechs ausgewählte Stunden der gesamten Unterrichtsreihe. Um eine Einordnung der Stunden in die gesamte Unterrichtsreihe zu ermöglichen, möchte ich zunächst den gesamten Ablauf darstellen. Dabei sind die ausgewählten Stunden grau hinterlegt. 23

Auseinandersetzung mit der Projektinitiative:

o Vorüberlegungen im Kollegenteam

o Vorbereitende Gespräche mit den Ausbildungsbetrieben Austausch von Schulungsunterlagen und Fachliteratur zum Thema CNC-Technik zwischen Ausbildern und Lehrern

o Ideensuche mit den Schülern

o Auswahl des Werkstücks

²³ Die Einordnung der Phasen des Projektes erfolgt nach K. Frey.

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Gemeinsame Entwicklung des Betätigungsgebietes

Bearbeitung des Entwicklungsauftrages in Gruppen unter den Teilaspekten:

o konstruktive Maße

o Spannkonzept

o Kosten und anderen Einflussfaktoren

o Marketing und Produkteigenschaften Ideenfindung mit modernen Kreativitätstechniken.

Projektdurchführung:

o Festlegung und Definition der Bewertungskriterien und deren Gewichtung

o Grundlagen der Festigkeitslehre.

Projektdurchführung:

o Erstellen, Editieren und Simulieren der NC-Programme für die Prototypen am PC.

Projektdurchführung:

o Fortsetzung: Erstellen, Editieren und Simulieren der NC-Programme für die Prototypen am PC

o Konstruktion der Spannvorrichtung für die Steifigkeitsbestimmung mit der Zugprüfmaschine.

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Projektdurchführung:

o Zugprüfung und Bestimmung der Steifigkeit

o Bedeutung der Steifigkeit eines Werkstückes für die Funktion von Baueinheiten.

Projektdurchführung:

o Übergabe der Unterlagen an den Ausbildungsbetrieb TRW zur Fertigung der Spannvorrichtung durch die Auszubildenden

o Übergabe der Unterlagen an den Ausbildungsbetrieb CORUS zur Fertigung der Prototypen durch die Auszubildenden

o Beginn der Fertigung der 5 verschiedenen Prototypen durch ein Schülerteam in der Ausbildungswerkstatt der Firma CORUS

o Fertigung der Spannvorrichtung für die Steifigkeitsbestimmung mit der Zugprüfmaschine durch ein Schülerteam in der Ausbildungswerkstatt der Firma TRW

o Gemeinsame Planung des weiteren Vorgehens mit den Ausbildungsleitern

o Bestimmung der Steifigkeit der Prototypen auf der Zugprüfmaschine des Werkstofflabors der Firma TRW.

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Projektdurchführung:

Verlegung des Unterrichtsortes in die Ausbildungsbetriebe CORUS und TRW, Bearbeitung der Programmpunkte:

o „CNC-Fräsen in der Praxis“

o Beginn: „Technische Bewertung der erstellten Prototypen“.

Beendigung durch bewussten Abschluss und Rückkopplung zur Projektinitiative:

o Abschluss der Unterrichtsreihe mit der technischen Bewertung der erstellten Prototypen

o Präsentation der Bearbeitung des Entwicklungsauftrages.

Erste Unterrichtseinheit zur Prüfungsvorbereitung im Bereich CNC-Technik.

Zweite Unterrichtseinheit zur Prüfungsvorbereitung im Bereich CNC-Technik.

Klassenarbeit im Bereich CNC-Technik.

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II.3 Gestaltung der Unterrichtseinheiten und Stundenverläufe

In diesem Kapitel möchte ich die Durchführung der beiden ausgewählten Unterrichtseinheiten darstellen. Dabei habe ich die beschriebenen Unterrichtseinheiten so ausgewählt, dass ein guter Einblick in die Tätigkeiten im Rahmen des Projektes möglich ist. Bei der Beschreibung der Stundenverläufe habe ich im Studienseminar Neuwied gebräuchliche Begriffe verwendet, die dem Konstruktivismus zuzuordnen sind. Sie dienen einer eindeutigeren Zuordnung und Beschreibung der Stundenverläufe.

II.3.1 Methodische Schritte und Reflexion der Unterrichtseinheit

‚Gemeinsame Entwicklung des Betätigungsfeldes’

vom Montag, dem 19.03.2001

Die im Folgenden beschriebene Unterrichtseinheit befasste sich mit der Initiierung der Produktentwicklung. Dies lässt sich nach H. Gudjons auch als den zweiten Projektschritt einordnen. Nachdem, wie hier bereits zuvor geschehen, im ersten Projektschritt eine für den Erwerb von Erfahrungen geeignete, problemhaltige Sachlage mit den Schüler zusammen ausgewählt wurde, ging es nun darum, einen gemeinsamen Plan zur Problemlösung zu entwickeln. 24

Dazu bildeten die Schüler vier Arbeitsgruppen. Da die Klasse gewohnt ist, in dieser Sozialform zu arbeiten und die Schüler wissen, worauf sie bei einer sinnvollen Gruppenbildung achten müssen, überließ ich die Gruppenbildung der Verantwortung der Schüler.

²⁴ Vgl. Gudjons / H. Bastian,J. : Das Projektbuch 2, 2. Auflage, Hamburg 1993, S.32ff

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Kategorie Perturbation ²⁵ und Viabilität 26

Nun sollte das Szenario eines Consultingbüros für CNC-Technik entstehen. Da alle Schüler im Rahmen der Abstimmung im ersten Projektschritt schon über unser Betätigungsfeld informiert waren, war es mir nun wichtig durch einen Impuls von außen eine Situation zu arrangieren, wie sie in der beruflichen Praxis der Schüler vorkommt oder in Zukunft vorkommen könnte.

Dazu bat ich den Kollegen C. Walter als Akteur in einem Rollenspiel zur Auftragsübergabe aufzutreten. Herr Walter ist den Schülern der Klasse nicht bekannt, da er in einem anderen Fachbereich unterrichtet. Dies war wichtig, da Herr Walter als Vertreter „F. Schwarz“ einer Firma für Fahrradzubehör mit dem Namen „Litech bikeparts“ zu Beginn der Stunde in die Klasse kam, um hier einen Entwicklungsauftrag an die Klasse bzw. an das, für die Unterrichtsreihe gegründete, Consultingbüro IM98a zu übergeben.

Die Auftragsübergabe mit dem Rollenspiel durch eine externe, bislang nicht beteiligte Person, erscheint mir gerade in dieser Situation sinnvoll, damit die Schüler die Gelegenheit bekommen, sich noch einmal die vielfältigen Anforderungen des Unterrichtsvorhabens zu vergegenwärtigen. Dabei habe ich den Entwicklungsauftrag so formuliert, dass möglichst viele Elemente aus der Berufswelt der Schüler integriert wurden, um das Szenario möglichst praxisnah zu gestalten.

Zu diesen Elementen zählen:

o Anforderungsliste mit Wünschen und Forderungen

o Entwicklung mehrer unterschiedlicher Varianten

o Erstellen von Bewertungskriterien zum Vergleich der unterschiedlichen Varianten

o Fester Präsentationstermin.

Perturbation bedeutet konstruktivistisch übersetzt die „Anregung zur thematischen ²⁵ Auseinandersetzung“.

²⁶ Viabilität meint hier die Gangbarkeit und Verständigung als thematische-methodische Vereinbarung zwischen Lehrer und Schüler.

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Der Entwicklungsauftrag wurde den Schülern im Rahmen des Rollenspiels von dem Kollegen vorgestellt und übergeben. Hier bestand auch die Möglichkeit für die Schüler, Rückfragen zum Entwicklungsauftrag zu stellen.

Der Termin der Präsentation der Ergebnisse am Dienstag, dem 08.05.2001 wurde hier bereits fixiert, um eine klare Zeitplanung zu gestalten. An diesem Tag fand auch die zweite Unterrichtseinheit statt, die im Rahmen dieser Hausarbeit beschrieben wird. Hier sollten die Schüler ihre Ergebnisse in zwei Ausbildungsbetrieben fertig stellen und den Beteiligten präsentieren.

Auf der folgenden Seite ist der an die Klasse ausgehändigte Entwicklungsauftrag abgebildet.

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Consultingbüro IM98a Beatusstr. 143-147 56073 Koblenz Vergabe eines Entwicklungsauftrages

Hier: Entwicklung eines Bügels zur Bremsverstärkung für Fahrradbremsen (Brake-Booster) Sehr geehrte Damen und Herren,

hiermit erteilen wir Ihnen den Auftrag zur Entwicklung eines Brake-Boosters. Entwerfen Sie bitte vier unterschiedliche Varianten unter Berücksichtigung der unten aufgeführten Anforderungsliste.

Wir bitten Sie um eine Präsentation ihrer Ergebnisse am 08.05.2001.

Mit freundlichen Grüßen

F. Schwarz

Dazugehörige Anforderungsliste für alle Varianten:

Forderungen:

• Herstellung auf CNC-Fräsmaschinen (Fräsen mit Senkrecht-Fräsmaschine)

• Tauglich für die Serienfertigung

• Für vorliegende Standart-Fahrradgabel mit V-Brake geeignet

• Befestigung mit den beiden Montageschrauben (Mounting Bolts) 27

• Kombination von Leichtbauweise und hoher Steifigkeit

• Messung der Steifigkeit der Prototypen im Labor

Wünsche:

• Flexibler Aufbau => Eignung auch für unterschiedliche Vorderradgabeln

• Berücksichtung der Bewertungskriterien, die wir gemeinsam ermitteln.

Kategorie Assimilation ²⁸ und Dekonstruktion

Nachdem der Auftrag im Rahmen des Rollenspiels an die Klasse übergeben worden war, erhielten die vier Gruppen bzw. Abteilungen des Consultingbüros Arbeitsblätter ²⁹ , die ihre Tätigkeitsbereiche innerhalb der Firma näher definierten. Alle Arbeitsaufträge befassten sich mit der Produktentwicklung unter einem bestimmten Teilaspekt. Die Teilaspekte lauteten:

• Marketing und Produkteigenschaften

• Kosten und andere Einflussfaktoren

• Konstruktive Maße und Einbauraum

• Spannkonzepte.

Da es sich nach meiner Einschätzung bei der Produktentwicklung um einen kreativen Schöpfungsprozess handelt, war es mir wichtig, den Schüler zu ermöglichen, mit modernen Kreativitätstechniken zu arbeiten. So erhielten

²⁷ Siehe Abbildung einer Federgabel im Anhang Teil3.

²⁸ Neues wird biografisch synthetisierend in vorhandene Strukturen eingefügt

²⁹ Die einzelnen Arbeitsblätter der verschiedenen Gruppen habe ich dem Anhang Teil 1 beigefügt.

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die Abteilungen „Marketing“ und „Spannkonzept“ den Auftrag, die Ideenfindung mit der Methode des Brainstorming zu gestalten. Dazu enthielten die Arbeitsblätter eine kurze Definition des Brainstormings und eine Beschreibung der Vorgehensweise dieser Methode. Die Abteilung „Kosten“ erhielt Informationen in Form von zwei Texten zum Thema „Berechnung zur Wirtschaftlichkeit“ und „Kostenrechnung“. Der Teilaspekt „Konstruktive Maße und Einbauraum“ wurde von der Arbeitsgruppe auf Grund der gegebenen Anforderungsliste und einem als Realobjekt gegebenen Fahrrades ermittelt.

Insgesamt sollten die Teilaspekte des Entwicklungsauftrages in jeder Gruppe so bearbeitet werden, dass in der abschließenden Präsentation im Plenum deutlich wird, wie die jeweilige Abteilung denkt, dass der bearbeitete Aspekt zu lösen oder zu bewältigen ist.

Kategorie Rekonstruktion

Durch das Zusammenfügen der vier erarbeiteten Plakate entstand in der folgenden Unterrichtsstunde ein umfassender Plan zur Problemlösung, der im Laufe der verschiedenen Unterrichtseinheiten immer wieder Impulse für die Bearbeitung lieferte. Um dies auch in der Visualisierung deutlich zu machen, stellten die Plakate der Gruppen jeweils einen Ast eines großen Mindmaps ³⁰ zum Thema „Produktentwicklung Brake-Booster“ dar.

Kategorie Reflexion und Abschluss der ersten Unterrichtseinheit Zum Abschluss der Unterrichtsstunde hatten die Schüler die Aufgabe, Bewertungskriterien zu sammeln. Mit diesen Bewertungskriterien wurden am Ende der Unterrichtsreihe die verschiedenen Prototypvarianten miteinander verglichen und ihre spezifische Eignung bewertet.

³⁰ Eine Abbildung des Mindmaps habe ich dem Anhang Teil 2 beigefügt.

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Nachdem wir diese in der folgenden Stunde noch weiter präzisiert und gegeneinander abgegrenzt hatten, entschieden die Schüler durch Punktung mit Klebepunkten, wie stark die einzelnen Kriterien in die Bewertung einfließen sollten. 31

Während der Präsentation der Arbeitsergebnisse der einzelnen Gruppen stellte sich heraus, dass eine Arbeitsgruppe keine Entscheidung für ein bevorzugtes Spannkonzept getroffen hatte, sondern nach der Präsentation eine Entscheidung mit der ganze Klasse bevorzugten. Um dies zu ermöglichen, nutzten wir den Beginn der Stunde am folgenden Schultag, um noch einmal Fragen aus dem Plenum an die einzelnen Arbeitsgruppen zu erörtern.

Hierbei wurden folgende Punkte festgehalten, die nach Meinung der Schüler noch im Laufe der Unterrichtsreihe präziser auszuarbeiten sind, um Verständnisschwierigkeiten zu vermeiden:

Innerhalb der weiteren Reflexion der Ergebnisse des Brainstormings äußerten die Schüler eine g ewisse Befangenheit, auf Grund der vielen Randbedingungen, Einflussfaktoren und Schnittstellen einer solchen Problemstellung. Zusätzlich beobachteten sie, dass es gar nicht so einfach

³¹ Vgl. Anhang Teil 2.

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sei, der Fantasie freien Lauf zu lassen, um unbekannte, neue Ideen zu entwickeln.

In meiner Rückmeldung an die Schüler versuchte ich deutlich zu machen, wie wichtig es ist, z.B. im Rahmen einer Produktentwicklung, über neue Wege nachzudenken und diese auch auf ihre Eignung hin zu untersuchen. Zusätzlich sprachen wir über die Bedeutung des einzelnen Mitarbeiters innerhalb eines kontinuierlichen Verbesserungssystems einer Firma. Hier stellte ich den Bezug zu den einzelnen Betrieben der Auszubildenden her, indem ich die Schüler die unterschiedlichen Regelungen für Verbesserungsvorschläge in den Firmen erläutern ließ. Vor allem an den möglichen Prämien für einen guten Verbesserungsvorschlag zeigten sich die Schüler interessiert.

II.3.2 Projektdurchführung

In den folgenden vier Doppelstunden waren die Schüler nun damit beschäftigt, die verschiedenen Prototypen zu entwerfen. Dazu wurden zunächst in Gruppen verschiedene Entwürfe gezeichnet, um dann eine Variante pro Gruppe auszuwählen. Dabei ergab sich eine Anzahl von fünf unterschiedlichen Varianten, die die Schüler weiter ausarbeiten wollten. Diese wurden dann in den folgenden Stunden NC-gerecht gezeichnet und in NC-Programme umgesetzt.

Im Rechnerraum hatten die Schüler dann die Möglichkeit, in Partnerarbeit jeweils eine Variante zu programmieren und das Programm mit Hilfe der Simulation auf seine Fehlerfreiheit hin zu überprüfen. Im Rahmen der Projektdurchführung nutzte ich die Möglichkeit einer Differenzierung, indem die kenntnisreicheren Schüler die Aufgabe bekamen, mit Hilfe von verschiedenen Zyklen, weitere Ausfräsungen an den Bauteilen zur Gewichtsreduzierung vorzunehmen. Währenddessen hatte ich die

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Möglichkeit, mit den restlichen Schülern Defizite abzuarbeiten und offene Fragen zu klären.

Probleme traten hier weniger im Bereich der CNC-Technik auf, da sich diese mit Hilfe der zur Verfügung gestellten Informations- und Arbeitsblätter meist selbstständig lösen ließen, sondern der konzentrierte Umgang mit dem Computer bereitete einigen Schülern Schwierigkeiten. Hierbei erwies sich das zur Verfügung stehende Programm nicht als besonders vorteilhaft, da es viele Möglichkeiten für eine falsche Bedienung aufweist. Modernere Programme sind hier deutlich komfortabler, da sie auch unter didaktischen Aspekten erarbeitet werden und den Lernenden durch die Bedienung interaktiv einbeziehen. Die Fachkonferenz Metalltechnik hat in diesem Schuljahr, auch aus diesem Grund, beschlossen, ein modernes Programm auf Windows-Oberfläche anzuschaffen.

Weiterhin wurde im Unterrichtsverlauf mit einer Gruppe von Schülern eine Spannvorrichtung konstruiert und im Ausbildungsbetrieb von den Schülern selbst gefertigt.

In der folgende Doppelstunde behandelten wir das Thema Steifigkeit unter dem Aspekt „Berechnung der Steifigkeit eines Werkstückes“. Hierzu leiteten wir aus den Ergebnissen einer genormten Zugprüfung, die wir als Demonstrationsversuch im Unterricht durchführten, und der Auswertung mittels Spannungs-Dehnungs-Diagramm, her, wie die Steifigkeit der hergestellten Prototypen mit einem Kraft-Dehnungs-Diagramm bestimmt werden kann.

Den Zeitraum der Osterferien und die Zeit bis zum Abschluss der Projektdurchführung in den beiden kooperierenden Ausbildungsbetrieben hatte ich in der Projektplanung zur Durchführung verschiedener Arbeiten vorgesehen. So konnte ich die unterrichtsfreie Zeit zur besseren Betreuung der Arbeiten in den beiden Betrieben sehr gut nutzen.

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Dem Ausbildungsbetrieb TRW wurden die Unterlagen zur Fertigung der Spannvorrichtung für die Zugprüfung übergeben. Diese wurden, wie bereits erwähnt, durch die Auszubildenden selbst gefertigt. Mit Herrn Lindner aus dem Materialprüfungslabor der Firma TRW besprach ich die Ablaufplanung für die Veranstaltung „Technische Bewertung der erstellten Prototypen“ am Dienstag, 08.05.2001. Dabei stellte sich heraus, dass es aus Platzgründen günstig wäre, die Klasse in drei Gruppen zu teilen, um mit jeder Gruppe ein Bauteil auf der Zugprüfmaschine zu testen. Für die anderen beiden Gruppen stellte die Firma TRW einen Schulungsraum zur Verfügung, um hier den Schülern die Möglichkeit zur Auswertung der Ergebnisse zu geben.

Der Ausbildungsmeister Herr Escher der Firma CORUS übernahm mit seinen Auszubildenden die Fertigung der Prototypen und der Spannvorrichtung zum Spannen der Halbzeuge in der Fräse. Dies war für den Verlauf des Projekts von maßgeblicher Bedeutung, d a hier viele didaktisch wichtige Aspekte gewährleistet werden konnten. So konnten die Schüler an einer CNC-Fräse des Herstellers MAHO arbeiten, die so auch in der Produktion eingesetzt wird. Zusätzlich wurde dem Schülerteam ermöglicht, die Projektarbeit selbstständig und eigenverantwortlich durchzuführen. Hierbei war die sehr gute Ausstattung der Ausbildungswerkstatt im Bereich CNC-Technik den Schülern, nach deren eigener Aussage, hilfreich, da die notwendige Konvertierung der CNC-Programme von „PAL-“ auf „MAHO“-Steuerung durch die zur Verfügung stehenden Simulationsmöglichkeiten auf einem Rechner und an der Fräsmaschine erleichtert wurde.

Der Aspekt der Fehlerfreiheit ist hier besonders zu berücksichtigen, da Schäden an Werkzeugen oder Maschine extrem hohe Reparaturkosten zur Folge gehabt hätten.

Um diese Simulationsmöglichkeiten allen Schülern der Klasse zugänglich zu machen, vereinbarten Herr Escher, seine Auszubildenden und ich, dass die Fertigung der Prototypen der ganzen Klasse präsentiert werden sollte.

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Im Laufe der weiteren Planungen gestalten wir hieraus die Veranstaltung „CNC-Fräsen in der Praxis“ mit den Schwerpunkten:

o Darstellung der Unterschiede der Steuerungen nach PAL und nach MAHO

o Lage der charakteristischen Punkte (Maschinen-Nullpunkt, Maschinen-Referenzpunkt, Werkstück-Nullpunkt, Programm-Nullpunkt).

II.3.3 Methodische Schritte und Reflexion der beiden Unterrichtseinheiten zur Projektdurchführung in den Ausbildungsbetrieben vom Dienstag, dem 08.05.2001

Die beiden hier beschriebenen Unterrichtseinheiten hatten die Aufgabe, die Projektdurchführung abzuschließen und die technische Bewertung der Prototypen vorzubereiten. Dazu erschien es mir sinnvoll, den Unterrichtsort für einen Schultag zu den beiden Ausbildungsbetrieben zu verlegen. Deshalb trafen wir uns an diesem Schultag morgens auf dem Werksgelände der Firma CORUS. Da die Firmen CORUS und TRW direkt nebeneinander im Koblenzer Industriegebiet liegen, konnte ich mit der Klasse zu Fuß vom einen Werksgelände zum nächsten gehen, ohne ein weiteres Verkehrsmittel benutzen zu müssen.

Zur Vorbereitung der Veranstaltung erhielten die Schüler eine Woche zuvor ein Informationsblatt mit einer Wegbeschreibung und dem geplanten Tagesablauf ³² . Diesem Informationsblatt konnten die Schüler entnehmen, welche Programmpunkte im Einzelnen behandeltet werden sollten.

Kategorie Perturbation

Nachdem sich alle Schüler im Schulungsraum der Ausbildungswerkstatt der Firma CORUS eingefunden hatten, forderte ich diese zu einer Punktabfrage zu dem Aspekt „ Wie sind deine Erwartungen an die heutigen

³² Vgl. Anhang Teil 3.

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Veranstaltungen?“ auf. In ihrem Entscheidungsfindungsprozess wollte ich die Schüler anregen, darüber nachzudenken, mit welcher Motivation sie heute zu dieser Schulveranstaltung kommen.

Kategorie Viabilität und Schüleraktivität

Nun folgte die Begrüßung durch den Ausbildungsleiter Herrn Furch. Er stellte kurz die Firmengeschichte von CORUS vor und erläuterte das Betätigungsfeld der Firma.

Den nun folgenden Theorieteil zum Thema „CNC-Fräsen in der Praxis“ hatten die Auszubildenden W. Billig, J. Becker und A. Engelmann, basierend auf den vorherigen Absprachen und den Arbeitsblättern, die der Klasse während des Theorieteils ausgehändigt wurden, selbstständig erarbeitet. 33

Die Präsentation der Schüler befasste sich mit den Punkten:

o Allgemeine Erläuterungen zur verwendeten CNC-Fräse der Firma MAHO (technische Daten, Werkzeuge, Ausstattung)

o Steuerung der Maschine

o Lage der charakteristischen Punkte und ihre Bedeutung für die Fertigung

o Unterschiede der Steuerungen nach PAL und MAHO, hier MAHO CNC 432

Kategorie Assimilation und Orientierung an der betrieblichen Praxis Der in der obigen Aufzählung zuletzt genannte Punkt wurde, unseren vorherigen Absprachen entsprechend, schwerpunktmäßig behandelt, da es sich um einen elementaren Punkt in der betrieblichen Praxis handelt. Hier kommt es bei Umstellungen der Fertigung von einer Maschine auf eine andere häufig vor, dass die bestehenden Programme umgeschrieben werden müssen, da sich die Steuerungen der Maschinen, abhängig vom jeweiligen Hersteller, unterscheiden. Deshalb ist es nach meiner

³³ Die Schüler haben die Veranstaltung in Form einer Projektmappe dokumentiert, diese ist im Anhang Teil 4 abgebildet.

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Einschätzung im Sinne einer beruflichen Handlungskompetenz für den Auszubildenden wichtig, nicht nur die Programmierung für eine Art von Steuerung zu beherrschen, sondern auch das Übersetzen auf andere Steuerungsarten sollte trainiert werden. Die notwendigen Veränderungen in den NC-Sätzen wurden von den Auszubildenden während der Fertigung auf einem Arbeitsblatt protokolliert und im Rahmen des Theorieteils der Klasse präsentiert. Anhand von Schulungsfolien des Herstellers MAHO erläuterten die Auszubildenden dann detailliert, welche Veränderungen sich beim Wechsel von einer PAL-Steuerung auf eine MAHO-Steuerung ergeben. Die im einzelnen behandelten Punkte waren:

o Lage des Koordinatensystems

o Programmstart senkrechtes Fräsen (G 18)

o Rohteildefinition (G 99) und Darstellungsfenster (G 98)

o Kreisinterpolation und Kreisbögen (G 2, G 3)

o Bohrzyklus (G 81)

o Programmierung zweier Geraden (G 11)

o Eckenrundung und Phasenübergang (G 11)

o Reduzierung der Nutzung Unterprogrammtechnik. Nach einer kurzen Pause präsentierten die Auszubildenden dann die Fertigung an der Fräse in der Werkstatt, indem sie zwei der Prototypen herstellten. Diese Präsentation beinhaltete:

1. Die Demonstration der Bedienung der Maschine

2. Die Lage von Maschinen-Nullpunkt, Maschinen-Referenzpunkt, Werkstück-Nullpunkt, Programm-Nullpunkt an der Maschine, Anfahren der verschiedenen Punkte

3. Die Simulation eines Programms am Simulationsrechner und auf der Maschine

4. Die Fertigung der Prototypen

5. Die Werkzeugvermessung mit dem „Toolmaster“.

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Kategorie Reflexion und Abschluss des Programmpunktes: ‚CNC-Fräsen in der Praxis’

Nun konnten die Schüler noch die Gelegenheit nutzen, um Fragen zu stellen, die eher den praktischen Umgang mit der CNC-Fräse während der Fertigung betrafen. Hier brachten die Schüler, die bereits Erfahrungen auf anderen Steuerungen gesammelt hatten, ihre Erkenntnisse in das Gespräch mit ein. Dabei wurde auch von mehreren Schülern die gute Ausstattung der Ausbildungswerkstatt für den Bereich CNC-Technik hervorgehoben.

Zum Abschluss der Veranstaltung bedankten wir uns bei den Vertretern der Firma CORUS für die besondere Unterstützung des Projektes. Herr Escher, der die Auszubildenden bei der Fertigung der Prototypen betreut hatte, unterstrich noch einmal, dass die weitgehend selbstständige Durchführung der CNC-Fertigung durch die Auszubildenden zielorientiert und erfolgreich verlaufen sei. Den Lernerfolg für seine Auszubildenden stufte Herr Escher als außerordentlich hoch ein. Zusätzlich vereinbarten wir, die Ergebnisse des Projektes „Brake-Booster“ so zu dokumentieren, dass sowohl Betriebe, als auch die Schule, die Möglichkeit haben, mit anderen Auszubildenden hieran weiterzuarbeiten.

Die weitere Reflexion der Veranstaltung unter den Aspekten Qualität und Praxisrelevanz erfolgte mittels eines Fragebogens am Ende des Tages. Mit der Auswertung des Fragebogens beschäftige ich mich in der abschließenden Reflexion des Projektes.

Nach einer kurzen Pause gingen wir zur Firma TRW, um die Unterrichtseinheit zur „Technischen Bewertung der erstellten Prototypen“ durchzuführen. Dazu hatte ich mit Herrn Lindner vereinbart, dass die Schüler in drei Gruppen jeweils ein Werkstück auf der Zugprüfmaschine testen können. Unter anderem sollte auch ein gekauftes „Konkurrenzprodukt“ getestet werden.

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Kategorie Realsituation und Alternativplanung

Da die Zugprüfmaschine Bestandteil des Materialprüfungslabors ist, besteht eine direkte Beteiligung am betrieblichen Produktionsprozess im Rahmen der Qualitätssicherung. Um in diesem, für einen Bremsenhersteller wie TRW besonders wichtigen Bereich, mögliche Beeinträchtigungen durch unsere Veranstaltung gering zu halten, vereinbarte ich in der Vorbesprechung mit Herrn Lindner, alle Prototypen bereits vor Beginn der Veranstaltung zu prüfen. Die drei Gruppen sollten dann das gekaufte „Konkurrenzprodukt“ und zwei Prototypen mit leicht veränderten Maßen zum Vergleich testen. Da am Vortag eine Überprüfung der Zugprüfmaschine einen Fehler an der Kraftmessung ergeben hatte, musste diese leider zunächst durch eine externe Firma neu kalibriert werden. In der Alternativplanung hatte ich für diesen Fall vorgesehen, dass die Schüler in fünf Gruppen die Steifigkeit von jeweils einem Prototypen ermitteln sollten. Bei der V erteilung der Arbeitsaufträge achtete ich darauf, dass die Schüler möglichst ihre eigenen Prototypen auswerten konnten.

Zur Auswertung hatte ich alle Kraft-Dehnungs-Diagramme auf Folien kopiert. Mit Hilfe eines Arbeitsblattes konnten die Gruppen nun anhand der sogenannten „Hookeschen“ Gerade, also im Bereich elastischer Verformung des Bauteils, die Steifigkeit ermitteln. Zusätzlich erhielten die Schüler je einen Prototyp in der getesteten und somit verformten und gerissenen Version.

Kategorie Präsentation und Reflexion der Ergebnisse der Auswertungen Für die Präsentation ihrer Ergebnisse im Plenum sollte jede Gruppe auch auf die Ausprägung von Verformung und Riss ihres Prototypen eingehen. Alle Berechnungen wurden vor der Präsentation durch eine Kontrollgruppe auf ihre Richtigkeit hin überprüft. Als Reflexionsschwerpunkt der einzelnen Präsentationen stand hierbei im Vordergrund, durch welche geometrischen Merkmale der Kontur die Steifigkeit positiv oder negativ beeinflusst wurde. Dies ist nach meiner Ansicht der entscheidende Punkt, um weitere Verbesserungen in eine solche Konstruktionsaufgabe einfließen zu lassen.

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Nach der Präsentation wurden die Steifigkeiten der Prototypen auf dem Plakat mit den verschiedenen Bewertungskriterien festgehalten ³⁴ . Da der Punkt „Steifigkeit“ der Prototypen einen Wertungsanteil von fast fünfzig Prozent zu gesprochen bekommen hatte, war für die Schüler von besonderem Interesse, welches Bauteil am Besten abschneidet. Während der Bearbeitungszeit hatten die Schüler die Möglichkeit, die Masse der Prototypen mit einer mitgebrachten Waage zu bestimmen. Auch die Ergebnisse dieses Bewertungskriteriums wurde auf dem Plakat durch die Schüler visualisiert.

Kategorie Evaluation der beiden Veranstaltungen dieses Tages Nun erhielten die Schüler Fragebögen zur Evaluation der beiden Veranstaltungen dieses Tages. Hier konnten die Schüler unter anderem die Qualität der Veranstaltungen und deren Bedeutsamkeit für die berufliche Praxis beurteilen. Mit der Auswertung des Fragebogens beschäftige ich mich in der abschließenden Reflexion des Projektes. Bevor die Schüler den Schulungsraum verließen, hatten sie noch die Möglichkeit, mit der Beantwortung der Frage „Wurden deine Erwartungen an die heutigen Veranstaltungen erfüllt?“ den Verlauf der heutigen Veranstaltungen zu reflektieren. Diese Frage wurde auf der unteren Hälfte des bereits zu Beginn des Tages verwendeten Plakates durch Punktung beantwortet. Die Ergebnisse der Befragung habe ich in der die Arbeit abschließenden Reflexion ausgewertet.

Durch das besondere Engagement von Herrn Lindner war es zum Abschluss der Veranstaltungen dann doch noch möglich, dass alle Schüler die Prüfung des ‚Konkurrenzproduktes’ im Materialprüfungslabor miterleben konnten, so dass sich ein ‚runder’ Abschluss der Veranstaltung ergab. Die Messergebnisse wurden dann in der folgenden Unterrichtsstunde ausgewertet. Hier konnte

³⁴ Die Ergebnisse wurden auf einem Plakat tabellarischer Form festgehalten. Eine Abschrift des Plakates befindet sich im Anhang Teil 2.

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ermittelt werden, dass vier von fünf Prototypen eine höhere Steifigkeit aufweisen, als das ‚Konkurrenzprodukt’, allerdings bei einer höheren Masse. Dieses Ergebnis wurde von den Schülern mit besonderer Genugtuung registriert. Besonders die Aussparungen des gekauften Bauteils zur Gewichtsreduzierung standen im Mittelpunkt der sich an die Auswertung anschließenden Reflexion.

II.4 Reflexion der Unterrichtsreihe

Im folgenden Reflexionsteil der Hausarbeit möchte ich einzelne Elemente der Unterrichtsreihe dieses projektorientierten Unterrichts aufgreifen, um diese in Form von einzelnen Kategorien zu besprechen. Bei der Auswahl der Reflexionsschwerpunkte habe ich versucht, die Elemente auszuwählen, die für den didaktischen Erfolg dieser Unterrichtsreihe maßgeblich waren.

II.4.1 Kategorie Kompetenzentwicklung

Der Schwerpunkt dieser projektorientierten Unterrichtsreihe lag auf der praxisnahen Entwicklung von Fachkompetenz im Bereich CNC-Technik, wobei moderne Arbeitsorganisationsformen, wie Gruppen- und Teamarbeit innerhalb des Projektes integriert wurden. Durch ein Lernarrangement mit starkem Bezug zur Arbeitswelt der Auszubildenden war es möglich, Elemente, wie neue Kreativitätstechniken,

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zwanglos in den Verlauf der Unterrichtsreihe einzubinden. Auch die Realisation eines fächerübergreifenden Unterrichts in den technologischen Fächern Technische Kommunikation, Technische Mathematik und Technologie erscheint mir gelungen. Grundlagen zur Einbeziehung anderer, allgemeinbildender Fächer sind gelegt worden. So erfolgte die Betrachtung der Fertigungskosten in Absprache mit dem Kollegen, der das Fach Wirtschaftslehre in der Klasse unterrichtet. Im Bereich des

fächerübergreifenden Unterrichts bieten sich weitere Möglichkeiten an. Vor allem sprachliche Aspekte könnten in den Fächern Deutsch und Englisch, z.B. zur Vorbereitung von Präsentationen, erarbeitet werden. Leider wird die Fachstufe II Industriemechaniker in diesem Schuljahr nicht in Deutsch unterrichtet und nur ein kleiner Teil der Klasse besucht das Wahlpflichtfach Englisch.

Eine weitere Erleichterung für eine solche Vorgehensweise wäre die Ausrichtung des Lehrplans an Lernfeldern. Das mögliche Lernfeld CNC-Fräsen erscheint mir mit dieser Unterrichtsreihe sinnvoll und sehr vollständig umgesetzt. Was noch folgen wird, ist eine Unterrichtseinheit zur Prüfungsvorbereitung für dieses Themengebiet. Da, wie bereits angesprochen, die Ausrichtung der Schülerinteressen stark in diese Richtung tendiert, möchte ich diese in den folgenden Doppelstunden durchführen. Dies beinhaltet auch eine Leistungsfeststellung in Form einer Klassenarbeit zu diesem Thema.

Auffällig hierbei ist, dass Prüfungsaufgaben zum Teil nicht die Art von Praxisrelevanz aufweisen, wie es wünschenswert wäre. Auch die entsprechenden Schulbücher betonen Elemente, die für die Anwendung der CNC-Technik durch die Weiterentwicklung der verschiedenen Programme keine Rolle mehr spielen.

Insgesamt führt dies, gerade für die Schüler zu einem in sich nicht stimmigen Bild des Lernprozesses. Hier sollten weitere Bemühungen unternommen werden, um die Diskrepanz zwischen Schulung und Praxis zu reduzieren.

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Dies erfordert zum Beispiel auch für die Schulen eine entsprechende Ausstattung, die regelmäßig an die Erfordernisse der Zeit angepasst wird. Die Zusammenarbeit mit einem Herstellern in dem Bereich CNC-Technik könnte einen Weg für die Zukunft darstellen. Speziell an der BBS Technik Koblenz gibt es eine solche Partnerschaft im Bereich

speicherprogrammierbare Steuerungen zwischen einem Hersteller und der Schule.

II.4.2 Kategorie Unterrichtsverlauf

Einen detaillierten Vergleich zwischen Unterrichtsplanung und

Unterrichtsverlauf möchte ich an dieser Stelle nicht mehr durchführen und verweise dazu auf die entsprechenden Reflexionen der einzelnen Unterrichtseinheiten in Kapitel II.3. Vielmehr möchte ich meine persönlichen Beobachtungen und Schlussfolgerungen, auch für weitere Projekte, darstellen.

Besonders beachtenswert empfand ich, dass die Phase der Auseinandersetzung mit der Projektinitiative und die Phase der gemeinsamen Entwicklung des Betätigungsfeldes einen eben so großen Zeitaufwand erforderten, wie die Durchführung des Projektes selbst. Dies sollten Lehrerinnen und Lehrer bei der zeitlichen Strukturierung beachten. Eine Reduzierung der Vorbereitungszeit halte ich für wenig sinnvoll, da hier wichtige pädagogische Weichenstellungen erfolgen. Diese sind vor allem dafür verantwortlich, ob der Erfolg eines solchen Unterrichtvorhabens auch erzielt werden kann.

Zusätzlich spielte in den Bereichen Konstruktion und Produktion die Beachtung des Gefährdungspotentials für die Schüler eine besondere Rolle. Allgemein sollte die Einhaltung der Unfallverhütungsvorschriften auch im Rahmen der Durchführung der einzelnen Arbeitsschritte eines Projektes stets gewährleistet sein.

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Während dieser Unterrichtsreihe war vor allem wichtig in der Reflexion die Sicherheitsaspekte für die Bauteile einer Bremse anzusprechen. Zusätzlich musste während der Fertigung der Prototypen durch Verwendung der Simulationsmöglichkeiten eine Kollisionsfreiheit sichergestellt werden. Auch die Sicherheit der Bolzen der Aufnahmen für die Zugprüfmaschine musste durch Rechnung überprüft werden, hier bot sich im Verlauf der Unterrichtsreihe für die Schüler ein Einblick in die Festigkeitslehre. ³⁵ In diesem Zusammenhang möchte ich auch auf die Entscheidung verweisen, das Lernarrangement so zu gestalten, dass keine fertigen Endprodukte mit den Schülern entwickelt wurden, sondern eine Beschränkung auf verschiedene Außenkonturen im Entwicklungsauftrag festgelegt wurde. Die Herstellung von fertigen Endprodukten wäre auch möglich gewesen. Dies wäre jedoch an dem, bereits im theoretischen Teil dieser Arbeit dargestellten, pädagogischen Anspruch Dinge in einer bildenden Weise zu tun vorbeigegangen, da hier zu viel Kapazität in die reine Fertigung gebunden gewesen wäre.

Hieraus ergibt sich speziell für diese Arbeit, dass das Handlungsprodukt als die ‚Bearbeitung eines Entwicklungsauftrages’ mit abschließender Präsentation der Ergebnisse zu verstehen ist, was die generelle Prozessorientierung der Unterrichtsreihe deutlich macht. Diesen Gedanken weiterführend, ist es damit gerade bedeutsam, die Beendigung des Projektes durch einen bewussten Abschluss und eine Rückkopplung zur Projektinitiative zu gestalten. Dies geschah hier durch die Präsentation der Arbeitsergebnisse in dem Ausbildungsbetrieb, in dem auch die Fertigung stattgefunden hatte. Adressaten waren hier, neben Schülern und Lehrern, auch die Ausbilder des Betriebes. Da mir eine Veröffentlichung der Ergebnisse über Ausbildungsbetriebe und Schule hinaus sinnvoll erschien, habe ich die Arbeit unter www.hausarbeiten.de im Internet veröffentlicht. Damit sind die Ergebnisse ihres Projektes für die Schüler stets erreichbar.

³⁵ Die Berechnungen habe ich dem Anhang Teil 3 beigefügt.

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Das Element Veröffentlichung der Arbeitsergebnisse und die Rückkopplung mit der Projektinitiative sind wichtige Bestandteile für einen bewussten Abschluss eines Projekts. Dieser bewusste Abschluss hat eine besondere Bedeutung, da hier Grundlagen für die Motivation der Schüler für weitere Projekte gelegt werden.

Der Vergleich der Prototypen mit einem realen Konkurrenzprodukt, das von jedem Schüler im Fachhandel erworben werden könnte und die Umsetzung in eine praxisnahe technische Bewertung hatte zum einen

motivationserhöhenden Einfluss auf die erforderliche, mathematische Auswertung der Ergebnisse der Zugprüfung und war zum anderen für einen sinnvollen Abschluss des Projektes maßgeblich.

II.4.3 Kategorie Möglichkeiten der Lernortkooperation

Die Möglichkeiten einer Lernortkooperation konnten im Rahmen der Unterrichtsreihe sinnvoll integriert werden. Dabei stand der Fokus der Veranstaltungen auf einer praxisnahen Gestaltung der Projektdurchführung und Bewertung. Die Aktivitäten in den Ausbildungsbetrieben TRW und CORUS waren wichtige Bestandteile im Rahmen der Unterrichtsreihe. Beide Betriebe standen der Kooperation sehr aufgeschlossen gegenüber und unterstützten diese mit großem Engagement.

Die Konzentration auf diese beiden Betriebe hat sich, aus meiner Sicht, als sinnvoll für das Projekt herausgestellt. Vor allem, da sonst die Koordination der Arbeiten zu sehr im Mittelpunkt gestanden hätte. Im Sinne einer kontinuierlichen Lernortkooperation können die weiteren interessierten Betriebe in folgende Aktivitäten und Projekte sinnvoll eingebunden werden. Der Schwerpunkt der weiteren Zusammenarbeit zwischen

Ausbildungsbetrieben und Schule sollte in der Folgezeit auf der Etablierung einer kontinuierlicher Lernortkooperation liegen. Speziell für die CNC-Technik werden Herr Escher, der Ausbilder der Firma CORUS, und ich eine Mappe zu diesem Projekt erstellen, die es anderen Auszubildenden ermöglichen soll,

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einzelne Übungseinheiten selbstständig zu planen u nd herzustellen. Die erstellte Mappe soll sowohl für die Ausbildung in den Betrieben, als auch für die Schule geeignet sein. So erscheint mir auch der hohe Zeitbedarf für die Projektplanung gerechtfertigt, da die erstellten Unterlagen bereits für das folgende Ausbildungsjahr genutzt werden können. Die Aufteilung der Themenbereiche der CNC-Technik zwischen Schule, hier fand die Programmierschulung und die Simulation am Rechner statt, und Ausbildungsbetrieb, hier fand die Fertigung und die Demonstration der praktischen Handhabung statt, wurde durch die beteiligten Betriebe besonders begrüßt und nutzte die vorhandenen Möglichkeiten der Kooperationspartner optimal. Weitere Verbesserungen in der Ausstattung der Schule werden im Moment in Form aktueller Simulationssoftware umgesetzt. Zusätzlich hat sich ein Kollegenteam für den Bereich CNC-Technik gebildet, um die neuen Programme im Verlaufe der Sommerferien für den Einsatz in der Ausbildung didaktisch aufzubereiten. Auch in einigen Betrieben ist das Bestreben nach einer ständigen Verbesserung der Ausstattung der Ausbildungswerkstätten deutlich erkennbar. Weitere Bemühungen richten sich auf die zeitliche Koordination der Arbeitspläne in Betrieb, Schule und überbetrieblicher Ausbildung. Dies ist vor allem für die Betriebe wichtig, die ihre Auszubildenden extern im Bereich CNC-Technik schulen lassen. Als erste Maßnahme zur Verbesserung der zeitlichen Koordination haben die Ausbildungsbetriebe die Möglichkeit, die Lehr- und Arbeitspläne der verschiedenen Klassen zu bekommen. Weitere Maßnahmen sollen in einem Gesprächskreis erarbeitet werden. Hier soll auch die überbetriebliche Ausbildung einbezogen werden.

II.4.4 Auswertung der Evaluation mittels Schülerfragebögen

Die ganztägige Veranstaltung in den beiden Ausbildungsbetrieben wurde zur Evaluation zum einen durch eine Punktabfrage zu Beginn und am Ende des Schultages gestaltet. Dabei wurden die Erwartungen der Schüler an die

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Veranstaltungen und die Erfüllung der Erwartungen abgefragt. ³⁶ Zum anderen bot ein Evaluationsbogen jedem Schüler die Möglichkeit seine Einschätzung zu verschiedenen Aspekten der beiden Veranstaltungen zu machen.

Die Bepunktung der Frage ‚Wie sind deine Erwartungen an die heutigen Veranstaltungen?’ zeigt, dass die Schüler im Durchschnitt recht hohe Erwartungen an den Tag hatten. Auffällig ist, dass zwei Schüler sehr geringe Erwartungen hatten. Diese Bewertung stellt die vorhandene

Schulverdrossenheit eines kleinen Teils der Schülerschaft recht authentisch dar. Bezogen auf diese Veranstaltung bedeutet dies für mich, dass z.B. durch noch verstärkteres Werben für solche Veranstaltungen auch diesen Schülern das Bemühen um ihre Ausbildung deutlich gemacht werden muss. Die Bepunktung der abschließenden Frage ‚Wurden deine Erwartungen erfüllt?’ zeigt, dass für die meisten Schüler die Erwartungen erfüllt werden konnten. Das Ergebnis dieser spontanen und eher stimmungsorientierten Abfrage macht die überwiegende Schülerzufriedenheit am Ende der Veranstaltungen deutlich.

Der Evaluationsbogen ³⁷ mit 11 Fragen gab den Schülern die Möglichkeit, die Veranstaltungen von ihrer Qualität, ihrer Bedeutsamkeit für die berufliche Praxis und der weiteren Behandlung im Unterricht her zu beurteilen. Beiden Veranstaltungen wurde von den Schülern eine gute Qualität bescheinigt. B esonders die Veranstaltung zur CNC-Technik fand bei den Schülern besonderen Anklang. Eine weitere Bearbeitung der Themen des Projektes halten die Schüler, nach Abschluss des Projektes, nicht für notwendig, fordern aber unter der Frage ‚Welche Themen sollten im Unterricht noch genauer betrachtet werden?’ Prüfungsvorbereitungen zu beiden Themen ein. Diese werde ich im restlichen Schuljahr zusammen mit den Schüler gestalten.

³⁶ Ein Foto des verwendeten Plakates ist dem Anhang Teil 2 beigefügt.

³⁷ Die Auswertung der Fragebögen in Balkendiagrammen ist dem Anhang Teil 2 ebenfalls beigefügt.

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Kritisch hierbei sehe ich, dass nur ein Teil der Klasse, abhängig von der jeweiligen Fachrichtung, im Bereich CNC-Technik geprüft wird, so dass die Prüfungsvorbereitung möglichst differenziert ablaufen sollte. Auswirkungen im Bereich der Motivation waren auch im Rahmen des Projektes zu erkennen, obwohl der Arbeitsplan durch die zusätzliche Technologiestunde in den anderen Themenbereichen des Lehrplans nicht reduziert wurde. So äußerten zwei Schüler im Verlaufe der Unterrichtsreihe, dass sie das Gefühl hätten, etwas ‚umsonst’ zu lernen.

Da meine persönliche Einschätzung eher in die Richtung einer stärkeren Gewichtung der CNC-Technik im Bereich der Industriemechanik geht, wäre eine Aufnahme dieses Lernfeldes in einen neuen, lernfeldorientierten Lehrplan für alle Fachrichtungen sinnvoll. Diese Einschätzung wird gestützt durch die Stellungnahmen der kooperierenden Ausbildungsbetriebe. Den Eindruck der besonderen Gewichtung dieses Themas in den Ausbildungsbetrieben dürfte im Rahmen der Veranstaltung ‚CNC-Fräsen in der Praxis’, besonders durch die Äußerungen der Ausbilder, für die Schüler transparent geworden sein.

In den folgenden Fragen (8. bis 11. Frage) konstatierten die Schüler zum einen eine gute Arbeitsatmosphäre. Zum anderen wurde die Vorbereitung der Veranstaltungen durch die beste Bewertung des Fragebogens ausgezeichnet. Dies wurde auch mehrfach bei den persönlichen Einschätzungen und Beobachtungen geäußert. Das zeigt für mich, dass die Koordination zwischen Ausbildungsbetrieben und Schule erkennbar gut funktionierte. Weiterhin wurde der Tagesverlauf als abwechslungsreich eingeschätzt, was, bei der recht anspruchsvollen Lerngruppe, für mich einen weiteren Motivationsaspekt für handlungsorientierte Formen von Unterricht darstellt.

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III Resümee

Die Gestaltung eines CNC-Kurses in Form einer projektorientierten Unterrichtsreihe erscheint mir gelungen. Durch das Lernarrangement in Form des Szenarios eines Entwicklungsauftrages wurde den Schülern ermöglicht ihre eigenen Prototypen zu entwerfen. Im Sinne einer vollständigen Handlung übernahmen sie selbst Planung und Fertigung der Prototypen, um diese dann in Bezug auf die erarbeiteten Bewertungskriterien zu untersuchen. Die Integration von Gruppen- und Teamarbeitsphasen in die Bearbeitung des Entwicklungsauftrages gab den Schülern die Möglichkeit ihre Sozialkompetenz weiterzuentwickeln.

Durch die Verwendung moderner Kreativitätstechniken und durch die Gestaltung von Präsentationen innerhalb der Unterrichtsreihe trainierten die Schüler ihre Methodenkompetenz.

Die enge Zusammenarbeit mit zwei Ausbildungsbetrieben im Rahmen der Projektdurchführung ermöglichte eine praxisnahe Gestaltung der Unterrichtsreihe. So konnten die Schüler alle Fertigungsaufgaben in der Realsituation im Betrieb selbstständig durchführen.

Das besondere Engagement der Schüler und der beteiligten Kooperationspartner im Rahmen dieser projektorientierten Unterrichtsreihe stellt für mich eine sehr positive Erfahrung dar und ist Motivation für die weitere Etablierung einer kontinuierlichen Lernortkooperation von Ausbildungsbetrieben und Schule.

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