Technikdidaktik - Synthetisch-konstruierend akzentuierte Methoden

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Vorbemerkung
1.2. Einordnung der synthetisch-konstruierend akzentuierten Methoden in den
Gesamtüberblick
1.3. Definitionen

2. Vorstellung verschiedener Modelle
2.1. Vorbemerkung
2.1.1. Ablaufstruktur nach Bader
2.1.2. Ablaufstruktur nach VDI - Richtlinie 2221
2.2. Gegenüberstellung der eingeführten Ablaufschemata
2.3. Fazit

3. Umsetzung der Ablaufstruktur nach Bader zur
Konstruktionsaufgabe
3.1. Vorbemerkung
3.2. Vorschlag zur Unterrichtsgestaltung
3.3 Erläuterung an einem konkreten Konstruktionsbeispiel
3.4. Fazit

4. Fertigungsaufgabe
4.1. Vorbemerkung
4.2 Ablaufstruktur der Fertigungsaufgabe nach Schmayl / Wilkening für die
Sekundarstufe I / II und daraus resultierendes Modell für die Anwendung im
Unterricht der berufsbildenden Schulen
4.3 Vorschlag zur Unterrichtsgestaltung
4.4 Erläuterung an einem konkreten Fertigungsbeispiel
4.5 Fazit

5. Weitere Vorschläge zur Unterrichtsgestaltung
5.1. Ursprüngliches Vorhaben
5.2. Tatsächliche Durchführung
5.3. Konstruktionsaufgabe
5.3.1. Aufgabenstellung
5.4. Fertigungsaufgabe
5.4.1. Aufgabenstellung

6. Schlussbemerkungen

7. Anhang
7.1. Verwendete Quellen und weiterführende Literatur
7.2 Abbildungsverzeichnus
7.3. Ergänzende Materialien zum Seminar:
Ablaufschema der Konstruktion nach VDI - Richtlinie 2221
Prinzipskizze des Getriebemotors
Vorschlag zur Unterrichtsgestaltung der Fertigungsaufgabe

1. Einleitung

1.1. Vorbemerkung

Mit der erteilten Aufgabenstellung, im Kontext der Veranstaltung Technikdidaktik eine Seminararbeit über Methodenkonzeptionen im Berufsschulunterricht zu verfassen, verband ich primär die Motivation, tatsächlich anwendbare Vorschläge zu entwickeln und kontrovers zu diskutieren. Aus diesem Grund möchte ich die bloße Literaturwiedergabe auf ein notwendiges Minimum reduzieren, es sei konzediert, statt dessen kreativ tätig bezüglich Vorschlägen zur Unterrichtsgestaltung zu werden.

Allerdings bedarf es zu konstatieren, dass die eigens entwickelten Ideen mangels praktischer Lehrerfahrung einer fundierteren Grundlage als den persönlichen Schulzeiterfahrungen, „gesundem Menschenverstand“, in Unterrichtshospitationen gesammelten Eindrücken und in universitären Lehrveranstaltungen erworbenen Kenntnissen entbehren. Ferner sollen sie auch einen Kompromiss zweier Auffassungen widerspiegeln, woraus resultiert, dass weder der Anspruch auf Vollständigkeit noch in keinster Art und Weise auf absolute Richtigkeit, sprich Anwendbarkeit erhoben wird.

Ich möchte keinesfalls meine Auffassungen anderen oktroyieren, es bedarf einerseits der kritischen Überprüfung durch jeden Leser selbst, andererseits selbstverständlich auch der Anpassung auf die in der Schule gegebenen Randbedingungen soziokultureller, anthropogener und finanziell - materieller Natur.

1.2. Einordnung der synthetisch-konstruierend akzentuierten Methoden in den Gesamtüberblick

Methodensystem des Technikunterrichts^[1]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 : Unterrichtsmethoden

1.3. Definitionen

Vor Beginn der Ausführungen möchte ich zunächst einige zentrale Begriffe, die eine häufige Verwendung finden werden, gemäß der bearbeiteten Literatur definieren, um eine einheitliche „ terminus technicus “ - Basis zu gewährleisten.

Konstruieren^[1]:

Gesamtheit aller Tätigkeiten, mit denen - ausgehend von einer Aufgabenstellung - die zur Herstellung und Nutzung eines Produkts notwendigen Informationen erarbeitet werden und in der Festlegung der Produktdokumentationen enden. Diese Tätigkeiten schließen die vormaterielle Zusammensetzung der einzelnen Funktionen und Teile eines Produkts, den Aufbau zu einem Ganzen und das Festlegen aller Einzelheiten ein.

Aufgabenstellung^[1]:

Anweisung, ein Produkt zu entwickeln und zu konstruieren. Sie enthält die wesentlichen Eingangsinformationen für einen Entwicklungs- und Konstruktions-prozess und macht Angaben zu den geforderten oder gewünschten Funktionen und Eigenschaften. Darüber hinaus enthält sie auch Informationen zu Terminen, Kosten und organisatorischen Abläufen.

Pflichtenheft1 :

Schriftlich formulierte Aufgabenstellung, in der vom Kunden geforderte und gewünschte Eigenschaften eines Produkts zusammengestellt sind ; üblicher Begriff ist auch Lastenheft.

Produkt1 :

Erzeugnis, das als Ergebnis des Entwickelns und Konstruierens hergestellt und angewendet wird. Das können materielle ( zum Beispiel Maschinen, Verfahren ) oder auch immaterielle Erzeugnisse ( zum Beispiel Programme ) sein.

System, technisches1 :

Gesamtheit von der Umgebung abgrenzbarer ( Systemgrenzen ), geordneter und verknüpfter Elemente, die mit dieser durch technische Eingangs - und Ausgangsgrößen in Verbindung stehen.

Subsystem² :

System innerhalb eines übergeordneten Bereichs mit diesem entsprechenden Merkmalen

Synthetisch - konstruierend akzentuierte Methoden^[1]:

Fachwissenschaftlicher Bezugspunkt der synthetisch - konstruierend akzentuierten Methoden ist das Wissenschaftsverständnis der Technikwissenschaften als „ Ingenieur “ - Wissenschaften. Es orientiert sich an der wissenschaftlich angeleiteten Gestaltung von Systemen auf der Basis gesicherter Erkenntnisse und mit methodisch gestützten Konstruktionsverfahren. Konstruktionsprozesse sind differenziert und durch vielfältige Entscheidungen über Alternativen geprägt.

2. Vorstellung verschiedener Modelle

2.1. Vorbemerkung

Zunächst möchte ich in meinen Ausführungen auf die Konstruktionsaufgabe als Komponente der synthetisch - konstruierend akzentuierten Methoden eingehen.

Hierzu brachte eine eingehende Literaturrecherche speziell für die ingenieurswissenschaftlichen Fachbücher1 zutage, dass die gängige und zudem offensichtlich allgemein anerkannte Ablaufstruktur der VDI^[2] - Richtlinie Nummer 2221 entstammt.

Als „ Paradebeispiel “ für die didaktische Literatur erwies sich das Schema von Reinhard Bader.

Im folgenden will ich zuerst die beiden Modelle separat vorstellen, um sie dann auf Gemeinsamkeiten, respektive Unterschiede zu analysieren und zu vergleichen.

2.1.1. Ablaufstruktur nach Bader

1. Erkennen des Problemzusammenhangs
Formulieren der konkreten Aufgabenstellung
Festlegen der Gesamtfunktion des zu entwickelnden Systems
2. Abschätzen der Realisierungsmöglichkeiten
3. Auflösen der Gesamtfunktion in Teilfunktionen
4. Ermitteln ( für den Schüler ) bekannter Subsysteme zur Realisierung solcher Teilfunktionen
5. Entwickeln ( für den Schüler ) nicht bekannter Subsysteme zur Realisierung solcher Teilfunktionen
6. Testen der Funktion ( en ) des Subsystems in Hinblick auf die gestellten Anforderungen
7. Entscheiden für bestimmte Subsysteme
8. Testen der Funktion ( en ) des Gesamtsystems
9. Bewerten des Gesamtsystems

2.1.2. Ablaufstruktur nach VDI - Richtlinie 2221, entnommen aus Hütte1

1. Aufgabe
- Klären und Präzisieren der Aufgabenstellung
- Anforderungsliste

2. Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen
- Funktionsstruktur

3. Suchen nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen
- prinzipielle Lösung, Konzept

4. Gliedern in realisierbare Module
- modulare Struktur

5. Gestalten der maßgebenden Module
- Vorentwürfe

6. Gestalten des gesamten Produkts
- Gesamtentwurf

7. Ausarbeiten der Ausführungs - und Nutzungsangaben
- Produktdokumentation

2.2. Gegenüberstellung der eingeführten Ablaufschemata

Bader stellt die Ablaufstruktur zur Konstruktion eines technischen Systems^[2] in neun vereinfachten Schritten dar, anhand derer auch der Auszubildende ausgebildet werden soll.

Im Gegensatz der „ Zielgruppe “ stehen dem die VDI - Richtlinien gegenüber, die für die Entwicklung und Konstruktion im Ingenieurwesen gültig sind und nur sieben Unterpunkte umfassen. Im Bereich Maschinenbau sind die VDI – Richtlinien anerkannt, in verschiedensten Büchern zur Konstruktion wird immer wieder auf sie verwiesen.

Vergleicht man jedoch die Unterpunkte direkt, stellt man fest, dass die Unterschiede, die man zwischen Berufsschulbildung und ingenieurswissenschaftlichem Konstruieren eigentlich erwarten würde, gar nicht so gravierend sind wie sie zunächst erscheinen mögen.

Fängt man bei Punkt eins an, so ist leicht erkennbar, dass es sich bei beiden Quellen um praktisch identische Aussagen handelt, es wird zunächst immer die Aufgabenstellung konkretisiert, um eine möglichst genaue Darstellung des sich ergebenden Problems zu erhalten. Nach VDI – Richtlinien wird eine Anforderungsliste erstellt, in der auch externe Anforderungen aufgenommen werden ( beispielsweise Kosten, Umweltverträglichkeit, etc. ). Im Gewerbeschulbereich arbeitet der Lehrer mit den Schülern zusammen eine genaue Aufgabenstellung, die der Anforderungsliste entspricht, aus.

Im zweiten Punkt beginnen dann die ersten Unterschiede, während Bader von der Abschätzung der Realisierungsmöglichkeiten spricht, müssen nach den VDI – Richtlinien „wesentliche Funktionen erkannt“ werden und diese dann zu „Funk - tionsstrukturen verknüpft“ werden.

Doch auch hier sind die Unterschiede nicht so groß wie man zunächst annehmen sollte, denn Bader vereinfacht das, was die Ingenieure mit Ablaufschemata zu realisieren versuchen dadurch, dass er nicht so tief ins Detail geht, aber ebenfalls erste Ideen zur Konstruktion des gesamten Produkts sammelt.

Ab dem dritten Punkt wird es dann schwerer einen direkten Vergleich zwischen Bader und dem VDI zu machen, deshalb möchten wir ab hier zunächst das Badermodell vorstellen, um es dann als gesamtes mit dem Modell des VDI’s zu vergleichen.

Bader unterteilt in seinem dritten Punkt die Gesamtfunktion in einzelne Teilfunktionen, bevor er dann im vierten und fünften Punkt ( bekannte / unbekannte ) Lösungsansätze ( in Form von Subsystemen ) zur Verwirklichung der einzelnen, im dritten Punkt gefundenen, Unterpunkte sucht. Sind dann alle Subsysteme herausgestellt, werden diese auf die geforderten Anforderungen getestet und es werden die für die Gesamtfunktion sinnvollen Subsysteme ausgewählt ( Beispiel : Ist zum Antrieb einer Drehbank ein Verbrennungsmotor oder doch ein Elektromotor – Also zwei Subsysteme die jeweils rotatorische Bewegung erzeugen - sinnvoller ). Hat sich der Konstrukteur – in diesem Fall der Auszubildende / die Klasse / der Lehrer – dann für alle notwendigen Subsysteme entschieden, so muss noch die Funktion des Gesamtsystems überprüft werden, denn offensichtlich ist nicht jede Kombination verschiedener Subsysteme sinnvoll - sei es aus Platz–, Energie-, Kosten-, oder sonstigen Gründen - ( als Beispiel will ich etwas lax das Trinken eines 76er Chardonnay aus dem Semesterbecher anführen, jedes „ Subsystem “ für sich betrachtet ist sicherlich gut und sinnvoll, aber die Kombination daraus mutet durchaus unpassend an ), eventuell sind manche Kombinationen sogar überhaupt nicht möglich. Ist die Gesamtkonstruktion dann abgeschlossen, liegt es noch im neunten Punkt am Auszubildenden daran, das Gesamtsystem zu bewerten.

In den VDI – Richtlinien wird im zweiten und im dritten Unterpunkt dann nach einer Art Prinziplösung gesucht, gemäß „ Hütte “^[1] wird der dritte Punkt in folgende Arbeitsschritte unterteilt :

- Suche nach phys. / chem. Effekten
- Festlegen von geometrischen und stofflichen Merkmalen
- Verknüpfen zu Wirkstrukturen
- Auswählen und Bewerten

Diese Unterpunkte kann man teilweise gleichsetzen mit den von Bader aufgestellten Punkten, beim direkten Vergleich wäre man jetzt nach Bader – selbstverständlich nicht bis ins Detail, aber zumindest in der „ Grobstruktur “, sprich dem Transfer - bei Punkt zwei. Dessen Stufe - Abschätzen der Realisierungsmöglichkeiten - würde sicherlich mit den geschilderten Schritten korrespondieren, als probate Lösung wäre hierbei wohl eine Prinzipskizze zu nennen.

An dem vierten der sieben VDI Punkte, - dem Gliedern in realisierbare Module - und den darin enthaltenen Unterpunkten

- Erkennen gestaltungsbestimmender Anforderungen
- Analysieren der prinzipiellen Lösung
- Strukturieren in gestaltungsbestimmende Hauptfunktionsträger

kann man ebenfalls wieder eindeutige Parallelen zu Bader entdecken. Baders Punkte vier und fünf - das Ermitteln, beziehungsweise Entwickeln bekannter und unbekannter Subsysteme - entspricht annähernd diesem vierten Punkt. Wenn auch hier wieder Abstriche gemacht werden müssen, überwiegen doch die Gemeinsamkeiten. Die erwähnten Differenzen rühren wohl aus der unterschiedlichen Klientel, für die das jeweilige Modell konzipiert wurde, her. Von einem Ingenieur wird verlangt, dass er adäquat befähigt ist, eventuell in Frage kommende Subsysteme, respektive Module, zu kennen, sprich sie müssen ihm - im Gegensatz zu den Schulen - nicht „ beigebracht “ werden.

Nach VDI wird im Punkt fünf das Gestalten der maßgebenden Module verlangt, in Analogie stellt dies meiner Meinung nach Stufe sechs und sieben gemäß Bader dar, eventuell müsste zudem Punkt sechs des Ablaufschemas nach VDI involviert werden. Allerdings ist dieser Punkt sicherlich ebenfalls parallel zu den Schritten acht und neun nach Bader - Testen der Funktionen des Gesamtsystems und dessen Bewertung - zu sehen.

Im einzelnen beinhaltet dieser Punkt - Gestalten des gesamten Produkts -, der die Gestaltung weiterer Funktionsträger, der Suche nach Lösungen für Nebenfunktionen, Feingestaltung aller Funktionsträger, dem Vervollständigen, Kontrollieren, Optimieren der Konstruktion und schließlich auch dem Bewerten nach technischen sowie wirtschaftlichen Kriterien.

Nur der Punkt sieben, das Ausarbeiten der Ausführungs- und Nutzungsangaben wird von Bader nicht mehr angesprochen, nach seiner Definition endet die Konstruktion mit dem fertigen Gerät, beziehungsweise der Konstruktionszeichnung, was in der Schule sicher richtig ist. Jedoch sollte der Ingenieur nach beendetem Lösungsprozess seine Konstruktion kommentieren und „ dokumentieren “ . Auch die Fertigungsunterlagen ausarbeiten, Nutzungsunterlagen erstellen, Hinweise bezüglich Montage, Wartung und Wirtschaftlichkeitsbedeutungen hinzufügen und nochmals alle Unterlagen auf Vollständigkeit zu überprüfen, sind sicherlich Arbeiten, die in den Aufgabenbereich eines Ingenieurs fallen.

[...]

^[1] hier entnommen aus Bader 1990 S.25

^[1] gemäß VDI - Richtlinien

^[2] gemäß Fremdwörter - Lexikon, Zweiburgen Verlag

^[1] gemäß Bader „ Entwicklung beruflicher Handlungskompetenz in der Berufsschule “ S.29

^[1] Dubbel, Taschenbuch des Maschinenbau

Rude, Wissensbasiertes Konstruieren

Pahl / Beitz , Konstruktionslehre - Methoden und Anwendung

^[2] Akronym für Verein Deutscher Ingenieure

^[1] Hütte - Grundlagen der Ingenieurswissenschaften, 30. Auflage S.K3 ff.

^[2] hier entnommen aus Reinhard Bader „ Entwicklung der beruflichen Handlungskompetenz in der

Berufsschule “ S.29

^[1] Seite K5