Fertigung eines Drehteils als lernortübergreifende Projektarbeit zwischen berufsbildenden Schulen und Betrieben

Inhaltsverzeichnis

1. Didaktischer Rahmen
1.1. Handlungsorientierter Unterricht
1.2. Projektarbeit
1.3. Betrieblicher Auftrag
1.4. Fertigungsaufgabe

2. Planung der Unterrichtssequenz
2.1. Rahmenbedingung
2.2. Einordnung der Unterrichtssequenz in das Gesamtcurriculum
2.3. Unterrichtsziele
2.3.1. Richtziele
2.3.2. Grobziele
2.3.3. Feinziele
2.4. Fachwissenschaftliche Analyse
2.4.1. Sachanalyse
2.4.2. Didaktische Analyse
2.5. Methodische Konzeption
2.5.1. Einheit 1
2.5.2. Einheit 2
2.5.3. Fertigungstag
2.5.4. Einheit 3
2.6. Medieneinsatz
2.6.1. Einheit 1
2.6.2. Einheit 2
2.6.3. Einheit 3
2.7. Verlaufsplanungen
2.7.1. Einheit 1
2.7.3. Einheit 3

3. Schlussbetrachtung

4. Quellenverzeichnis

5. Abbildungsverzeichnis

6. Tabellenverzeichnis

7. Anhang

Danksagung

Hiermit bedanke ich mich recht herzlich bei allen, die mich bei der Anfertigung meiner Bachelorarbeit zum Thema: ״Fertigung eines Drehteils als lernortübergreifende Projektarbeit zwischen berufsbildenden Schulen und Betrieben [Eine Unterrichtssequenz für das Lernfeld 5 des Ausbildungsberufs lndustriemechaniker/-in]“ unterstützt haben.

Mein Dank gilt speziell:

- Prof. Dr. paed. Klaus Jenewein, Herr Florian Winkler sowie Herr Michael Robra für die angenehme Betreuung meiner Bachelorarbeit
- Herr Mahler und Herr Nebel, vom SBH - Südost in Magdeburg - Buckau, für die Unterstützung bei dem praktischen Teil meiner Arbeit und die Bereitstellung aller benötigten Arbeitsmaterialien
- Frau Gunkel aus der BBS-OvG-3 in Magdeburg für die Bereitstellung vieler hilfreicher Literatur
- meiner Korrekturleserin Kerstin Stamm für das gewissenhafte Fehlerlesen, die konstruktive Kritik sowie die nützlichen Anregungen
- meinen Eltern für die selbstlose Unterstützung während meines Studiums
- meinem Freund Daniel Stamm für die Unterstützung durch seine hervorragenden technischen Fähigkeiten.

Magdeburg, den 28.09.2016

Abstract

In der vorliegenden Arbeit steht die Planung der lernortübergreifenden Projektarbeit ״Betrieblicher Auftrag: Fertigen eines Stufenbolzens“ für eine Unterrichtssequenz im Lernfeld 5 des Ausbildungsberufs lndustriemechaniker/-in im Mittelpunkt.

Hierbei handelt es sich um die Planung einer theoretischen Unterrichtssequenz, das heißt, dass das Projekt mit dem fiktiven Betrieblichen Auftrag nicht tatsächlich durchgeführt wird. Auch existiert keine bestimmte Klasse mit einem bestimmten Stundenplan, für die das geplante lernortübergreifende Projekt angedacht ist. Es wird lediglich im Laufe der Arbeit darauf hingewiesen, welche Klasse sich für die Durchführung dieses Projektes eignen würde.

Das Konzept der vorliegenden Projektarbeit ist beliebig erweiterbar und kann für entsprechende Klassen in seinem Anspruch gesteigert werden. In diesem Falle dient es dem Einstieg in die Thematik ״Drehen an einer Universaldrehmaschine“ und dem gleichzeitigen Vermitteln der Kenntnisse zur selbstständigen Bearbeitung eines Betrieblichen Auftrages, was im späteren Berufsleben des Industriemechanikers eine alltägliche Rolle spielt.

Zuerst soll der Kenntnisstand der Lernenden anhand eines Testates, welches nicht bewertet wird, überprüft werden. Um die selbstständige Bearbeitung des später folgenden Projektes ״Betrieblicher Auftrag: Fertigen eines stufenbolzens“, samt Arbeits- und Prüfplanung sowie Fertigung und Qualitätskontrolle, zu gewährleisten.

Zuerst gebe ich einen allgemeinen Einblick in den Didaktischen Rahmen, welcher der Planung der Unterrichtssequenz zu Grunde liegt. Dazu erläutere ich die Begrifflichkeiten: Handlungsorientierter Unterricht, Projektarbeit sowie Betrieblicher Auftrag und Fertigungsaufgabe. Anschließend gehe ich zur eigentlichen Planung der Unterrichtssequenz über.

Ich beginne mit den Rahmenbedingungen und der Einordnung der Unterrichtssequenz in das Gesamtcurriculum, wobei ich mich auf den Rahmenlehrplan und den Ausbildungsrahmenplan der lndustriemechaniker/-in beziehe.

Die unmittelbar danach formulierten Unterrichtziele meiner Unterrichtseinheiten finden Anlehnung an die von Hilbert Meyer definierten Grob- und Feinziele, zudem wird ebenfalls ein Richtziel für die Unterrichtsreihe verfasst.

In der Fachwissenschaftlichen Analyse behandle ich die Sachanalyse, welche die für die Projektarbeit benötigten theoretischen Vorkenntnisse zum Thema Drehen beinhaltet, und die Didaktische Analyse nach Klafki.

Für die Erläuterung der Methodischen Konzeption betrachte ich jede Unterrichtseinheit separat und teile diese Wiederrum in einzelne Unterrichtsphasen auf.

Anschließend führe ich eine tabellarische Übersicht für den Medieneinsatz und die Verlaufsplanung jeder einzelnen Einheit an.

Ihren Abschluss findet die Planung der Unterrichtssequenz mit den Unterrichtsmaterialien, welche im Anhang zu finden sind. Hier sind das Testat, die Arbeitsblätter und Musterlösungen dieser und der Dokumentation, wie sie von den Lernenden zu erwarten sind, beigefügt. Außerdem findet sich im Anhang Zusatzmaterial, welches die Lernenden für die Bearbeitung der Arbeitsblätter benötigen.

Da im Rahmen dieser Bachelorarbeit die Projektmethode im Vordergrund steht, wird auf das klassische Rollenverständnis weitestgehend verzichtet, statt Lehrer und Schüler finden die Begrifflichkeiten Lernende (für Schüler und Schülerinnen) und Lehrender/Lern be rater ihre Anwendung.

1. Didaktischer Rahmen

1.1. Handlungsorientierter Unterricht

Definition

Nach Hilbert Meyer ist der handlungsorientierte Unterricht ״ein ganzheitlicher und schüleraktiver Unterricht, in dem die zwischen dem Lehrer/ der Lehrerin und den Schüler/ und Schülerinnen vereinbarten Handlungsprodukte die Gestaltung des Unterrichtsprozesses leiten, so dass Kopf- und Handarbeit der Schüler und Schülerinnen in ein ausgewogenes Verhältnis zueinander gebracht werden können. " (Jank und Meyer 1991, Seite 354).

Methode

Anders als bei seinem Gegenmodell, dem faktenbasierten Auswendiglernen (Schüler als Konsumenten des Lernstoffes), ist für das handlungsorientierte Lernen besonders die hohe Eigenaktivität der Lernenden von Bedeutung. Im Rahmen der Learning by doing Methode sollen die Lernenden vorliegende Lerninhalte aktiv und zielgerichtet bearbeiten, hierzu werden sie von Anfang an in die Unterrichtsplanung und - gestaltung eingebunden.

Die Herstellung von geistigen oder materiellen Handlungsprodukten steht dabei immer im Mittelpunkt des Unterrichts. Diese Handlungsprodukte dienen zur Versinnbildlichung der Lernziele und können dabei in verschiedenen Formen auftreten (Tafelbild, Plakat, Leserbriefe oder sogar selbstkonstruierte Bauteile).

Ziel

Um ein nachhaltiges und experimentierendes Lernen mit allen Sinnen zu ermöglichen, arbeitet der handlungsorientierte Unterricht auf ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kopf- und Handarbeit hin. Die Lernenden müssen dazu die Aufgabestellung erfassen/verstehen um diese dann selbstständig zu bearbeiten/lösen.

Ablauf des Unterrichts

Der Unterricht gliedert sich immer in folgende Unterrichtsphasen: Erläuterung der Problemstellung, Festlegung der Handlungsprodukte, Bildung von Arbeitsgruppen sowie Bearbeitungsphase und Präsentationsphase.

Schlussfolgerung

Der handlungsorientierte Unterricht ist vielseitig und kann beispielsweise durch Gruppen- und Projektarbeit, Freiarbeit oder Stationslernen umgesetzt werden. Er fördert die kommunikative Kompetenz, das fachübergreifende und vernetzende Lernen sowie die Selbsttätigkeit und Eigenverantwortung (vgl. Habermaaß (Hrsg.) 2016).

1.2. Projektarbeit Bedeutung

Bei der Projektarbeit handelt es sich um eine Lehr- und Lernform des handlungsorientierten Unterrichts, welche die körperliche und geistige Arbeit der Lernenden in ein möglichst ausgeglichenes Verhältnis bringen soll, dabei sollen so viele Sinne der Lernenden wie möglich eingebunden werden. Die Projektarbeit ist in fast allen Schulstufen eine wünschenswerte Methode, denn sie ist ideal um die Monotonie des Frontalunterrichts zu durchbrechen (vgl. Pahl 2015, Seite 316).

Kennzeichnung

Die Projektmethode wird sowohl im Unterricht als auch in der Ausbildung nur sehr zögerlich umgesetzt, wenn überhaupt, dann erfolgt die Umsetzung meist nur an einem Lernort. Dabei bietet diese Methode gerade in der beruflichen Erstausbildung sehr gute Ansätze zur Kombination fach- bzw. arbeits- und technikmethodischer Konzeptionen (vgl. Pahl 2015, Seite 316).

Es werden zwei wesentliche Verfahren bei der Projektmetode unterschieden, auch wenn diese fließende Grenzen besitzen:

- zum einen das Ausbildungs- und Unterrichtsverfahren ״Technisches Projekt und technische Projektierung“. Hier steht die Spezifik von Arbeit und Technik sowie das Projektieren im Vordergrund, fächerübergreifende Aspekte werden dabei kaum berücksichtigt.
- zum anderen das ״allgemeine Projekt“, welches eher andere Bereiche der Arbeit und Technik vorrangig thematisiert, wie zum Beispiel Gesellschaft und Wirtschaft.

Trotz ihrer Unterschiede, besitzen die beiden Begriffe dennoch einen gemeinsamen didaktisch-methodischen Kern, der aussagt, dass die:

- ״Aufgaben an einer praktischen Tätigkeit orientiert sind,
- Lernenden in Planung und Ausführung einbezogen werden,
- Verwendung materieller Mittel eingeschlossen ist,
- Vergrößerung des Erfahrungshorizontes in Berufs- und Lebenswelt angestrebt wird.“{Pab\ 2015, Seite 317).

Lernortübergreifende Projekte

Durch die Zuweisung des Projektes an einen Lernort, entweder Berufsschule oder Ausbildungsbetrieb, werden die didaktischen und lernortkooperationsfördernden Optionen immens eingeschränkt, weshalb es sinnvoll ist auch Projekte zu gestalten die lernortübergreifend erfolgen. Lernortübergreifende Projekte vermindern nicht nur Probleme wie die Schwierigkeiten bei der Abstimmung der Inhalte zwischen Schule und Betrieb, sondern auch das Fachtheorie-Fachpraxis-Problem in der Berufsausbildung, zudem können die Lernenden die Gesamtzusammenhänge zwischen Arbeit und Technik besser erkennen (vgl. Pahl 2015, Seite 317).

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein solches lernortübergreifendes Projekt, wenn auch nur theoriegeleitet geplant werden. Für die tatsächliche Umsetzung eines solchen Projektes ist zu beachten, ob die jeweiligen Betriebe der Lernenden einer Berufsschulklasse eine Lernortkooperation ermöglichen. Die Kooperation ist notwendig für die einheitliche Vermittlung und Umsetzung der gewünschten Projektinhalte.

Projekte in der dualen Ausbildung

In der dualen Ausbildung unterscheidet man zwei Projektarten, zum einen den Kundenauftrag und zum anderen den Betrieblichen Auftrag. Der Kundenauftrag wird von einem externen Auftraggeber vergeben und der Betriebliche Auftrag von einem internen Auftraggeber. Ein Kundenauftrag kann auch ein Betrieblicher Auftrag sein, wenn er zuvor durch einen internen Auftraggeber in Teilaufträge gegliedert wurde. Somit liegt einem Betrieblichen Auftrag immer ein Kundenauftrag zugrunde, entweder direkt oder indirekt. Kundenaufträge und Betriebliche Aufträge sind nahezu identisch, lediglich ihre Beziehung zum Auftraggeber ist unterschiedlicher Natur (vgl. Gomeringer et al. 2012, Seite 7 f.).

1.3. Betrieblicher Auftrag

Bedeutung

Größere Aufträge werden in der Industrie in Teilaufträge gegliedert und als Betriebliche Aufträge durch einzelne Mitarbeiter oder Arbeitsgruppen bearbeitet. Dabei haben Facharbeiter solche Aufträge weitestgehend selbstständig zu bearbeiten, zu organisieren und den Handlungsprozess zu beherrschen. Die Informationsbeschaffung sowie die Planung und Kontrolle der eigenen Arbeit gehören zum Handlungsprozess, weshalb in allen Ausbildungsgängen handlungsorientiert unterrichtet wird. Sogar die Prüfungen orientieren sich an den Handlungsprozessen. Betriebliche Aufträge werden dazu verwendet um die Fach­und Handlungskompetenz der Lernenden zu prüfen. Als Prüfungsteil beinhaltet der ״Betriebliche Auftrag“ eine praktische Arbeit sowie deren schriftliche Dokumentation und ein Fachgespräch mit dem Prüfungsausschuss (vgl. Gomeringer et al. 2012, Seite 7 f.).

Da heutzutage fast jeder Facharbeiter Betriebliche Aufträge selbstständig durchführen muss, wird nicht nur die Fachkompetenz benötigt sondern auch die Projekt- und Prozesskompetenz. Denn der Facharbeiter betrachtet den Auftrag als Ganzes und ist allein verantwortlich für die Qualität seiner Arbeit. Auf diese Anforderungen hat die Aus- und Weiterbildung bereits reagiert und die Handlungsprozesse der Praxis in fast allen Ebenen der Lehrpläne und Prüfungen aufgenommen. Sie orientieren sich also an Kundenaufträgen und Betrieblichen Aufträgen (vgl. Gomeringer et al. 2012, Seite 8).

Die berufliche Erstausbildung zum/zur lndustriemechaniker/-in erfolgt in Lernfeldern. Der Herstellungsprozess verläuft in Kooperation mit den Betrieben, wodurch nötiges Prozesswissen gelehrt wird. Dieses Prozesswissen wird zum Ende der Ausbildung, im Rahmen eines Betrieblichen Auftrages, geprüft. Im Falle einer Prüfung können die Aufgabenstellungen variieren, je nach Produkt und den Herstellungsprozessen innerhalb der Ausbildungsfirma. Denn die Thematik des jeweiligen Prüfungsteils ״Betrieblicher Auftrag“ soll im direkten Zusammenhang mit der Arbeitsumgebung des Prüflings stehen. Dazu wird die Art des Auftrages meist einer aus dem im Betrieb bereits laufenden Produktionen entnommen. Der Betrieb unterbreitet dem Prüfungsausschuss der Kammer den Vorschlag eines möglichen Auftrages (vgl. Gomeringer et al. 2012, Seite 8 f.).

Ablaufphasen

Jeder Auftrag, egal ob ״Herstellung eines Einzelteils“, ״Montage einer Baugruppe“ oder der Betriebliche Auftrag für die Abschlussprüfung, läuft in vier Phasen ab.

1. Auftragsanalyse

In dieser Phase muss die Art und der Umfang des Auftrages analysiert werden. Fragen wie die Zielsetzung und Machbarkeit des Auftrages sind zu klären. Zudem müssen die Rahmenbedingungen geklärt und eventuell zusätzliche Informationen gesammelt werden, ob beispielsweise Spezialwerkzeug benötigt wird und ob dies vorrätig ist.

2. Auftragsplanung

Zuvor gesammelte Informationen müssen nun ausgewertet werden, dabei sind technische und sicherheitsrelevante Vorgaben zu beachten. Wenn keine technischen Zeichnungen vorhanden sind, müssen diese beschafft oder selbst angefertigt werden. Die Erstellung eines Arbeitsplanes ist unerlässlich, wenn dieser nicht gegeben ist.

3. Auftragsdurchführung

In dieser Phase wird der Betriebliche Auftrag fachgerecht und in vorgegebener Zeit ausgeführt. Während der Ausführung sind der Arbeitsschutz und die Qualitätssicherung zu beachten. Für mögliche Qualitätsmangel sind die Ursachen aufzufinden, zu verbessern und zu dokumentieren.

4. Auftragskontrolle

In der Phase der Auftragskontrolle soll die eigene Arbeit kontrolliert werden. Dazu sollten die geeigneten Prüfverfahren und Prüfmittel gewählt und verwendet werden. Die Prüfergebnisse sind zu dokumentieren, die Anwendung von Prüfplänen ist dabei üblich (vgl. Gomeringer et al. 2012, Seite 9).

1.4. Fertigungsaufgabe Einordnung

Die Fertigungsaufgabe ist ein zentrales Ausbildungsverfahren für den betrieblichen Bereich, sie ist in der Ausbildungspraxis allgegenwärtig. Die Lernenden produzierender Berufe, teilweise auch nicht produzierender Ausbildungsberufe, erhalten in ihrer praktischen Ausbildung Aufgaben zur Herstellung von Produkten. Bei dem Verfahren der Fertigungsaufgabe wird die Fertigung der Produkte durch die Lernenden zunehmend selbstständig arbeitsorganisatorisch geplant und durchgeführt. Im Anschluss prüfen und bewerten die Lernenden den gefertigten Gegenstand mit technischen Hilfsmitteln (vgl. Pahl 2015, Seite 142).

Kennzeichnung

Auch der schulische Teil der Ausbildung sollte darauf eingehen, dass es bei der Vermittlung berufstheoretischer Kenntnisse nicht nur um die Vermittlung sachtheoretischer Kenntnisse aus der Fertigungsprozesstechnik geht sondern, dass die Fertigung selbst mit ihren vielfältigen Bezügen ebenfalls zum Gegenstand des Ausbildungs- und Unterrichtsverfahrens wird. Dabei kann die Fertigungsaufgabe rein simulativ oder wie in dieser Unterrichtssequenz konkret-handlungsorientiert an einem Objekt durchgeführt werden. Im berufstheoretischen Unterricht wird oft von vereinfachten Annahmen oder ״verkürzte“ Fertigungsaufgaben ausgegangen, da die Grenzen des Lernortes ״Schule“ dies notwendig machen. An schulischen Einrichtungen spricht man in diesem Kontext auch von einer ״Herstellungsaufgabe“ oder ״Werkaufgabe“. Das Ausbildungs- und Unterrichtsverfahren ״Fertigungsaufgabe“ bietet gute übungsmöglichkeiten für Facharbeiter, dessen Aufgabe es ist in der beruflichen Praxis eine Fertigungsaufgabe zu planen (entweder mit vorgegeben oder selbst zu ermittelnden Parametern). Bei der ״ausführenden Fertigungsaufgabe“ (Schmayl 1984, Seite 126) hingegen ist die Fertigungsplanung weitestgehend vorgegeben, dabei liegt das Hauptaugenmerk auf die Vorbereitung und Durchführung der Fertigung (vgl. Pahl 2015, Seite 143).

Bei der Fertigungsaufgabe, welche stärker problembezogen ist, wird auf alle Etappen eingegangen. Wenn die Lernenden die Planungsphasen reflektieren, kann ihnen auch die methodische Struktur der Fertigungsaufgabe bewusst werden. Somit sind die Lernenden zunehmend dazu in der Lage, eine Fertigungsaufgabe zukünftig völlig selbstständig zu lösen.

Welche Variante jedoch die geeignetere ist, ist davon abhängig, welche Inhalte vermittelt werden sollen und welche Möglichkeiten und Lernvoraussetzungen vorliegen (vgl. Pahl 2015, Seite 143).

Verlaufsphasen

Eine entsprechende Lerneinheit kann wie folgt grob strukturiert werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Strukturierung Fertigungsaufgabe (Eigene Darstellung in Anlehnung an Pahl 2015, Seite, 145-147)

Im Rahmen der in dieser Bachelorarbeit geplanten, lernortübergreifenden Projektarbeit ״Betrieblicher Auftrag - Fertigen eines Stufenbolzens“ werden die Lernenden in einem vereinfachten, fiktiven Betrieblichen Auftrag eingebunden. Zwar handelt es sich bei dem eigentlichen Betrieblichen Auftrag um eine Prüfungsmethode, doch in dieser Lernsituation dient er lediglich als Thematik des lernortübergreifenden Projektes. Zudem wird der Betriebliche Auftrag in seinen einzelnen Phasen, besonders was die Arbeitsplanung und Dokumentation betrifft, stark vereinfacht, da die Fertigung des Drehteils vordergründig ist. Zur didaktischen Umsetzung des Projektes ״Betrieblicher Auftrag - Fertigen eines Stufenbolzens“, soll das oben aufgeführte Ausbildungs- und Unterrichtsverfahren ״Fertigungsaufgabe“ mit seinem detaillierten didaktischen Vorgehen als Orientierung dienen.

2. Planung der Unterrichtssequenz

2.1. Rahmenbedingung

Einige berufsbildende Schulen kooperieren im Rahmen einer Verbundausbildung mit überbetrieblichen Lernwerkstätten um ihre Auszubildenden im 1. Lehrjahr dort praktisch ausbilden zu lassen. In dieser Zeit sind die Auszubildenden nur im Lernort Schule und Lernort überbetriebliche Lernwerkstatt, nicht aber im Lernort Betrieb. Die Auszubildenden erlangen bei dieser Variante bereits im 1. Lehrjahr alle grundlegenden Kenntnisse, die sie in der Praxis benötigen.

Die Verbundausbildung ist nicht überall üblich, an solchen berufsbildenden Schulen sind die praktischen Vorkenntnisse von Auszubildenden zu Auszubildenden unterschiedlich, je nach Übungsmöglichkeiten im eigenen Betrieb.

Das lernortübergreifende Projekt ״Betrieblicher Auftrag: Fertigung eines Stufenbolzens“ eignet sich als Einführung in die Thematik des Drehens und somit zur Vermittlung derer Grundkenntnisse. Es ist darauf ausgelegt grundlegende Drehverfahren, an einer Universaldrehmaschine, zu erlernen oder zu wiederholen und zu festigen. Im Grunde handelt es sich um eine Fertigungsaufgabe, die selbstständig von der Planung über die Durchführung bis hin zur Prüfung der eigenen Arbeit zu bearbeiten ist. Dabei soll die Planung im Lernort Schule erfolgen sowie die Durchführung/Fertigung und Prüfung im Lernort Betrieb.

Hierzu eignen sich nahezu alle Ausbildungsberufe der Fachrichtung Metalltechnik, wenn auch das jeweilige Lernfeld und der Anspruch der Fertigungsaufgabe angepasst werden müsste. Im Falle dieses Betrieblichen Auftrages entspricht der Anspruch einer Industriemechaniker-Klasse am Anfang des 2. Lehrjahres.

Der Ausbildungsberuf lndustriemechaniker/-in ist dem Berufsfeld Metalltechnik zugeordnet. Die hauptsächlichen beruflichen Handlungsfelder der Industriemechaniker sind Herstellen, Montieren, Instandhalten und Automatisieren von technischen Systemen. An ihnen orientieren sich die Lernfelder im Rahmenlehrplan dieses Ausbildungsberufes, welche in den einzelnen Jahrgangsstufen aufeinander aufbauen. Die Ausbildungsdauer beträgt drei Jahre, unter besonderen Auflagen zwei Jahre (vgl. Bundesgesetzblatt (Hrsg.) 2007, Seite)

Diese theoretisch geplante Projektarbeit ist von ihrem Anspruch her auf eine Industriemechaniker-Klasse ausgelegt. Die Klasse sollte am Anfang des 2. Lehrjahres stehen und im Lernfeld 5 ״Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen“ mit dem Thema Drehen beginnen. Diese Projektarbeit eignet sich für Klassen mit wenig bis gar keinen praktischen Vorkenntnissen zum Thema Drehen. Einige Lernende hatten im Idealfall bereits die Möglichkeit in ihren Betrieben Drehen zu dürfen, andere durften vielleicht Zusehen und einige wenige haben eventuell gar keine praktischen Erfahrungen. Das theoretische Grundlagenwissen zum Drehen, zu dem die Drehverfahren, Drehwerkzeuge, Schnittdaten, Spannmittel und Kühlschmierstoffe zählen, sollte bereits aus dem 1. Lehrjahr bekannt sein. Dieses Wissen wurde bereits, wie die Allgemeintoleranzen, Fertigungspläne und Auswahl der Prüfmittel, im Lernfeld 1 und 2 vermittelt. Somit verfügen die Auszubildenden über ein gewisses Wissensrepertoire, welches sie im Rahmen dieser Projektarbeit weiter ausbauen können und gleichzeitig zur selbstständigen Bearbeitung der Fertigungsaufgabe anwenden können (vgl. Kultusministerkonferenz (Hrsg.) 2004, Seite 13).

2.2. Einordnung der Unterrichtssequenz in das Gesamtcurriculum

Die Gesamtthematik der Projektarbeit umfasst einen Teil des Lernfeldes 5 ״Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen“, welches laut dem Rahmenlehrplan der KMK im Ausbildungsberuf des Industriemechanikers für das 2. Lehrjahr vorgesehen ist. Dieses Lernfeld beginnt in der ersten Hälfte des zweiten Ausbildungsjahres und hat einen Zeitrichtwert von 80 Stunden. Grob betrachtet umfasst das Lernfeld 5 das Bohren, Drehen, Fräsen und Schleifen. Betrachtet man nun den Zeitrichtwert, können die 80 Stunden zu je 20 Stunden auf die einzelnen Inhalte aufgeteilt werden.

Die lernortübergreifende Projektarbeit ״Betrieblicher Auftrag: Fertigen eines Stufenbolzens“, soll den Lernenden ermöglichen handlungsorientiert grundlegende Inhalte aus dem 1. Lehrjahr zu wiederholen, zu festigen, weiter auszubauen und letztlich für die Fertigung des Drehteils zu nutzen. Ihr Zeitrichtwert umfasst 6 Stunden (3 Unterrichtseinheiten) im Lernort Schule und einen Arbeitstag im Betrieb. Wobei die ersten zwei Unterrichtseinheiten am Ende eines zweiwöchigen Blocks stattfinden müssen, da die Lernenden das Bauteil in ihren Betrieben fertigen und prüfen. Die dritte Einheit erfolgt erst im nächsten zweiwöchigen Block im Lernort Schule.

Die erste Unterrichtseinheit beginnt mit einer Wiederholung der Kenntnisse zum Thema ״Drehen“ aus Lehrjahr eins. Die Wiederholung erfolgt in Form eines Testates ohne Bewertung. Dies soll dem Lehrenden einen Überblick über den Wissenstand der Lernenden ermöglichen und den Lernenden die nötigen Kenntnisse zur Bearbeitung des Betrieblichen Auftrages in Erinnerung rufen. Im Anschluss an das Testat erfolgt eine gemeinsame Auswertung der Ergebnisse. Die restliche Unterrichtszeit dient der Beantwortung offener Fragen und zur Einstimmung auf die Projektarbeit.

Der zweite Block umfasst die eigentliche Projektarbeit. Im Rahmen der Projektarbeit nimmt der Lehrende nur eine beratende Position ein, weshalb nun von einem Lernberater gesprochen wird. Die Lernenden werden durch einen praxisnahen Bezug motiviert und erhalten ihren Betrieblichen Auftrag ״Fertigen eines Stufenbolzens“ und die dazugehörigen Arbeitsmaterialien. Die Bearbeitung des Projektes erfolgt in Gruppenarbeit, wobei der Lernberater auf eine ausgeglichene Verteilung der Lernenden zu achten hat. Um dies zu gewährleisten kann der Lernberater beispielsweise auf die Ergebnisse der Wissensstandüberprüfung zurückgreifen und dadurch darauf achten, dass keine Gruppen mit nur schwachen Lernenden oder Gruppen mit nur starken Lernenden entstehen. Am Ende des Blocks sollte jeder Lernende eine vervollständigte Arbeitsplanung, alle erforderlichen technologischen Daten für den Drehvorgang und eine Prüfplanung haben.

Im Betrieb hat der jeweilige Lernende einen Arbeitstag zur Fertigung des Drehteils Zeit. Vorab erhält er eine Sicherheitsunterweisung und Belehrung durch seinen Ausbilder und eine Erläuterung der Funktionselemente und Inbetriebnahme der Drehmaschine. Im Anschluss der Fertigung hat der Lernende seine eigene Arbeit zu überprüfen und den Prüfplan hinsichtlich der Istmaße zu vervollständigen. Zudem ist die berufsschulfreie Zeit dazu zu nutzen eine in ihrem Umfang vereinfachte Dokumentation des Betrieblichen Auftrages anzufertigen und zum nächsten Block zur Bewertung abzugeben.

Zu Beginn des nächsten Blocks erfolgt die dritte Unterrichtseinheit, welche zur Präsentation der einzelnen Ergebnisse und Auswertung der gesamten Projektarbeit dient. Die Auswertung soll vor allem den Lernenden ermöglichen dem Lernberater ein Feedback hinsichtlich ihres Lernerfolgs während des Projekts zu geben und ihren Praxisbezug zu reflektieren. Am Ende der Einheit haben die Lernenden ihre Dokumentationen zur Bewertung abzugeben.

Da viele Auszubildende im Rahmen ihrer betrieblichen Ausbildungsstätte, bereits im 1. Lehrjahr Erfahrungen an der Drehmaschine sammeln konnten, obwohl die notwendigen Inhalte erst für das 2. Lehrjahr (Lernfeld 5) vorgesehen sind, ist eine lernortübergreifende Projektarbeit auch für Lehrende an Berufsschulen und Betrieben eine hervorragende Möglichkeit zur Verbesserung der Kommunikation und Abstimmung der Lerninhalte (vgl. Kultusministerkonferenz (Hrsg.) 2004, Seite 13).

2.3. Unterrichtsziele

2.3.1. Richtziele

Die Lernenden absolvieren eine Ausbildung zum/zur lndustriemechaniker/-in. Laut Rahmenvereinbarung über die Berufsschule hat der Berufsschulbesuch die Vermittlung einer Berufsfähigkeit zum Ziel. Dabei ist ins besondere darauf zu achten, dass die Vermittlung fachlichen Wissens und Könnens, der Fachkompetenz, zugleich mit der Vermittlung humaner und sozialer Kompetenzen verbunden wird. Aufgrund des sich immer schneller wandelnden Arbeitsmarktes ist es außerdem von großem Interesse den zukünftigen Facharbeitern eine gewisse berufliche Flexibilität zu vermitteln, um die selbstständige Bewältigung wandelnder Arbeitsanforderungen zu gewährleisten. Unter diesem Gesichtspunkt steht vor allem die Ausbildung der Methoden- und Lernkompetenz im besonderen Fokus. Auch das Wecken des Interesses der Lernenden hinsichtlich einer beruflichen Fort- und Weiterbildung gehört zu den Zielen einer jeden Berufsschule (vgl. Kultusministerkonferenz (Hrsg.) 2004, Seite 3).

2.3.2. Grobziele

Die Inhalte des Rahmenlehrplanes im Lernfeld 5 ״Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen“ entsprechen in etwa den Inhalten der Berufsbildpositionen 6 bis 8 des Ausbildungsrahmenplanes der lndustriemechaniker/-in. Das Lernfeld 5 ist zeitlich im 1. Halbjahr des 2. Lehrjahres eingegliedert, die Berufsbildpositionen 6 bis 8 hingegen tauchen das erste Mal bereits im 1. Lehrjahr auf, jedoch werden sie laut Ausbildungsrahmenplan im 1. Halbjahr des 2. Ausbildungsjahres noch einmal aufgegriffen. Somit verfolgen beide Rahmenpläne in den jeweiligen Bereichen nahezu dieselben Ziele (vgl. Bundesgesetzblatt (Hrsg.) 2007, Anlage 3, Seite 1623).

Zielformulierung

Unter Berücksichtigung des Arbeits- und Umweltschutzes fertigen die Lernenden auftragsbezogen Werkstücke aus verschiedenen Werkstoffen und auf verschiedenen Werkzeugmaschinen. Die dazu notwendigen Informationen entnehmen sie Gruppenzeichnungen, Teilzeichnungen sowie Skizzen und Stücklisten. Die Lernenden erstellen bzw. ändern Skizzen und Teilzeichnungen, dazu nutzen sie auch Anwendungsprogramme. Außerdem wählen sie unter der Berücksichtigung technologischer Aspekte geeignete Fertigungsverfahren aus. Sie fällen Entscheidungen hinsichtlich der Stoffeigenschaften, wählen notwendige Hilfsstoffe aus und legen die erforderlichen technologischen Daten fest. In Bezug auf das gewählte Fertigungsverfahren, erstellen die Lernenden selbstständig Arbeitspläne, wählen Werkzeuge sowie Spannmittel aus und bereiten die Werkzeugmaschine auf den Fertigungsvorgang vor. Auf Grundlage der Vorschriften des

Qualitätsmanagements erstellen sie Prüfpläne, wählen Prüfmittel aus und führen Prüfprotokolle, welche sie auch interpretieren. Die Arbeitsergebnisse werden durch die Lernenden selbst dokumentiert sowie präsentiert und bewertet. Hinsichtlich der Bewertung der Arbeitsergebnisse entwickeln sie zudem selbstständig Alternativen. Auch die Einflüsse des Fertigungsprozesses auf Maße, Oberflächengüte und Form werden durch die Lernenden untersucht. Außerdem ermitteln sie die

Fertigungskosten, beurteilen die Wirtschaftlichkeit der Fertigung, begründen eigene Entscheidungen und reagieren sachlich auf mögliche Kritik (vgl. Kultusministerkonferenz (Hrsg.) 2004, Seite 13).

Einheit 1: Lernort Schule, 90 Minuten

Die Lernenden beschreiben alle nötigen Kenntnisse zur Fertigung eines Drehteils an einer Universaldrehmaschine. Sie unterscheiden und erläutern Drehverfahren sowie Drehwerkzeuge, definieren Schnittdaten und erklären ihre Zusammenhänge. Außerdem nennen sie Sch ne id Stoffe, verschiedene Spannmittel und Kühlschmierstoffe.

Einheit 2: Lernort Schule, 90 Minuten

Jeder Lernende erstellt im Rahmen der Projektarbeit ״Betrieblicher Auftrag: Fertigen eines Stufenbolzens“ einen Arbeitsplan für das gegebene Fertigungsverfahren sowie einen Prüfplan für das zu fertigende Drehteil.

Fertigungstag: Lernort Betrieb, 1 Arbeitstag

Mit Hilfe ihrer Arbeitsplanung fertigen die Lernenden in ihrem jeweiligen Betrieb ihr Drehteil. Bei der Arbeit an der Universaldrehmaschine berücksichtigen die Lernenden alle notwendigen Maßnahmen zur Gewährleistung des Arbeitsschutzes. Alle Lernenden dokumentieren den Betrieblichen Auftrag und prüfen ihre Arbeitsergebnisse hinsichtlich des Prüfplanes.

Einheit 3: Lernort Schule, 45 Minuten

Die Lernenden diskutieren ihre Arbeitsergebnisse, interpretieren ihre Prüfprotokolle und schätzen ihren Lernerfolg im Rahmen des Projektes ein. Jeder Lernende reicht eine Dokumentation des Betrieblichen Auftrages zur Bewertung ein.

2.3.3. Fernziele

Einheit 1: Lernort Schule, 90 Minuten

Fachkompetenz

Die Lernenden wiederholen in Form eines Testates die Inhalte aus Lernfeld 2, welches bereits im 1. Lehrjahr behandelt wurde. Sie beantworten selbstständig Fragen, vervollständigen Lückentexte sowie Übersichten zum Thema Drehen und erläutern die Zusammenhänge technologischer Schnittdaten. Sie beantworten Fragen zu Werkzeugen, Spannmitteln und Kühlschmierstoffen. Dem Lehrenden dient dieses Testat gleichzeitig zur Wissensstandüberprüfung der Lernenden.

Personal- und Sozialkompetenz

Im Rahmen eines ״Schüler-Lehrer-Gesprächs“ präsentieren die Lernenden ihre Ergebnisse, folgen den Erklärungen ihrer Mitlernenden und korrigieren sich falls nötig, sachlich und fair gegenseitig.

Einheit 2: Lernort Schule, 90 Minuten

Fachkompetenz

Die Lernenden kennen die fachlich korrekte Erstellungsweise eines Arbeitsplanes und eines Prüfplanes. Für den Arbeitsplan wählen sie selbstständig die notwendigen Arbeitsschritte bzw. Drehverfahren und Drehwerkzeuge sowie die erforderlichen Prüfmittel für den Prüfplan. Sie ermitteln die Allgemeintoleranzen für die gegebenen Längenmaße und berechnen die Schnittdaten für den gegebenen Werkstoff.

Methodenkompetenz

Für den selbstständig zu bearbeitenden Betrieblichen Auftrag wenden die Lernenden relevante Informationen aus der vorangegangenen Unterrichtseinheit an und entnehmen der gegebenen Teilzeichnung des Stufenbolzens alle für die Fertigung erforderlichen Informationen.

Personal- und Sozialkompetenz

Während der Erstellung der Arbeits- und Prüfpläne arbeiten die Lernenden in Gruppen zusammen. Sie beraten, helfen und korrigieren sich gegenseitig. Bei der Auswertung tolerieren die einzelnen Aussagen und kritisieren die Ergebnisse, wenn nötig, sachlich und fair.

Fertigungstag: Lernort Betrieb, 1 Arbeitstag

Fachkompetenz

Auf einer Universaldrehmaschine fertigen die Lernenden unter Berücksichtigung des Arbeitsschutzes ihr auftragsbezogenes Werkstück. Sie spannen die notwendigen Werkzeuge im Werkzeugschlitten sowie das Werkstück im Maschinenfutter ein und bereiten die Drehmaschine auf den Fertigungsvorgang vor. Die Lernenden nehmen die Maschine in Betrieb, stellen die nötigen Schnittdaten an der Drehmaschine ein und führen die Dreharbeiten mit Hilfe ihrer Arbeitsplanung durch. Sie überprüfen ihre Arbeitsergebnisse, vervollständigen ihren Prüfplan hinsichtlich der Istmaße und fertigen selbstständig eine Dokumentation des Betrieblichen Auftrages an.

Einheit 3: Lernort Schule, 45 Minuten

Personal- und Sozialkompetenz

Im Rahmen einer offenen Gesprächsrunde präsentieren die Lernenden ihre Arbeitsergebnisse, folgen den Äußerungen ihrer Mitlernenden und korrigieren sich falls nötig, sachlich und fair gegenseitig. Sie tragen ihre Prüfergebnisse vor, interpretieren diese und diskutieren mögliche Einflüsse des Fertigungsvorgangs auf die Maße und Oberflächengüte. Die Lernenden schätzen ihren Lernerfolg in Folge des Projektes ein, indem sie ein Feedback zur selbstständigen Umsetzbarkeit des Betrieblichen Auftrages geben.

2.4. Fachwissenschaftliche Analyse

2.4.1. Sachanalyse

Für die Bearbeitung des Betrieblichen Auftrages sind folgende Kenntnisse erforderlich, und sollten aus dem 1. Lehrjahr in groben Zügen vorhanden sein:

- die Wiederholung (aus Lernfeld 2, 1.Lehrjahr) von Fertigungsverfahren, Werkzeugen, Schneidstoffen, Spannmitteln und Kühlschmierstoffen,
- außerdem das richtige Zuordnen von Arbeitsschritten und Werkzeugen zur theoretischen Fertigung der Welle (Arbeitsplan), Ermitteln aller nötigen Kennwerte (Schnittgeschwindigkeit, Umdrehungsfrequenz, Vorschub...)
- Aufbau und Funktion der Drehmaschine, Sicherheitsunterweisungen/ Inbetriebnahme der Drehmaschine,
- die Wiederholung (aus Lernfeld 2, 1.Lehrjahr) der Kenntnisse für die Qualitätskontrolle und Auswahl der Prüfmittel zur fachgerechten Bewertung des eigenen Drehteils.

Fertigungsverfahren

Die industrielle Fertigung unterscheidet 6 Hauptgruppen der Fertigung:

- 1. Hauptgruppe: das Urformen
- 2. Hauptgruppe: das Umformen
- 3. Hauptgruppe: das Trennen
- 4. Hauptgruppe: das Fügen
- 5. Hauptgruppe: das Beschichten
- 6. Hauptgruppe: das Ändern von Stoffeigenschaften

Für die Thematik der Lernsituation werden nur einige Kenntnisse aus der 3. Hauptgruppe benötigt. Bei dem Fertigungsverfahren des Trennens unterscheidet man Wiederrum:

- Zerteilen, Z.B. durch Scherschneiden
- Spanen mit geometrisch bestimmen Schneiden, Z.B. Drehen
- Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden, Z.B. Schleifen
- Abtragen, Z.B. Drahterodieren
- Sonderverfahren, Z.B. Zerlegen, Reinigen, Evakuieren

Zur selbstständigen Fertigung eines Drehteils benötigen die Lernenden alle Grundkenntnisse der spanenden Fertigung mit geometrisch bestimmten Schneiden, in diesem Falidas Fertigungsverfahren Drehen (vgl. Schmid 2011, Seite 12L).

Drehen

Das Fertigungsverfahren Drehen wird zur Herstellung zylindrischer Werkstückgeometrien verwendet. Es handelt sich dabei um ein spanabhebendes Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, bei dem das Werkstück eine rotatorische Hauptschnittbewegung ausführt und das einschneidige Werkzeug die nötige Vorschubbewegung aufbringt. In den meisten Fällen wird das fest eingespannte Werkzeug an der zu bearbeitenden Fläche entlang geführt, wobei das Werkstück die Drehbewegung ausführt, doch gibt es auch Sonderfälle bei denen das Werkzeug die Drehbewegung ausführt (Plan- und Ausdrehwerkzeug, Gewinderillen). Die formgebende Spanabnahme ergibt sich, bei entsprechender Zustelltiefe, durch die Überlagerung der Hauptschnitt- und Vorschubbewegung.

Gedreht wird entweder manuell auf einer Drehbank oder automatisiert auf einer CNC-Maschine. Im Rahmen dieser Projektarbeit sollen sich die Lernenden vorerst mit einer manuellen Drehmaschine vertraut machen (vgl. Braun 1993, Seite 80).

Drehverfahren

Die Drehverfahren werden nach 3 Hauptkriterien unterteilt:

- Lage der Bearbeitungsstelle:
- Außendrehen und Innendrehen > Vorschubrichtung:
- Längsdrehen und Querdrehen
- Erzeugte Bearbeitungsfläche:
- Rundrehen

Bei diesem Verfahren wird eine zylindrische Fläche erzeugt. Je nach Richtung der Vorschubbewegung unterscheidet man das Längs­Runddrehen (Vorschub in Richtung der Drehachse) und das Quer­Runddrehen (Vorschubrichtung quer zur Drehachse).

- Plandrehen

Beim Plandrehen wird eine Fläche erzeugt, die rechtwinklig zur Drehachse liegt. Auch dieses Verfahren unterscheidet nach Richtung des Vorschubs das Längs-Plandrehen (Vorschubrichtung parallel zur Drehachse) und das Quer-Plandrehen bzw. das Quer-Abstechdrehen (Vorschubrichtung quer zur Drehachse).

- Schraubdrehen

Dieses Verfahren beschreibt das Drehen mit einem Profilwerkzeug zur Fertigung von Schraubflächen. Hierfür muss beachtet werden, dass der Vorschub je Umdrehung gleich der Steigung der Schraube ist.

- Profildrehen

Auf dem Werkstück wird die Form des Profilwerkzeuges abgebildet, dabei kann der Vorschub längs oder quer zur Drehachse erfolgen.

- Formdrehen

Die Form des Werkstücks wird durch die Steuerung der Vorschubbewegung erzeugt. Das Freiformdrehen ist ein Verfahren, bei dem die Vorschubbewegung durch gleichzeitiges Betätigen des Längs­und Quervorschubes von Hand frei gesteuert wird. Beim Nachformdrehen hingegen wird die Vorschubbewegung von einer Musterform (Schablone) abgetastet. (Beim NC-Formdrehen erfolgt die Steuerung numerisch)

- Unrunddrehen

Das Unrunddrehen ist eine Variante des Formdrehens, mit dem beispielsweise ein Sechskant für Schrauben erzeugt werden kann. Dabei bewegt sich das Werkzeug periodisch, ist gekoppelt an die Werkstückumdrehung und bewegt sich dadurch auf das Werkstück zu und wieder weg. Das heißt, dass für dieses Verfahren die Vorschubbewegung während einer Werkstückumdrehung entsprechend dem zu fertigenden Querschnitt gesteuert werden muss (vgl. Braun 1993, Seite 80).

In der folgenden Abbildung werden die zuvor erläuterten Drehverfahren veranschaulicht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Einteilung der Drehverfahren (Braun 1993, Seite 81)n

Kennwerte zum Drehen

Die Kenntnisse von den erforderlichen Schnittdaten sind für die Planung und Ausführung von Dreharbeiten unverzichtbar. Zur Vereinfachung wird sich im Folgenden nur auf die nötigsten Kennwerte beschränkt:

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