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Entwicklung, Umsetzung und Optimierung von Konzepten zum Einsatz digitaler Medien in kompetenzorientierten Lehr- und Unterrichtsveranstaltungen am Beispiel von computergestützter Modellierung und 3D-Druck

Research output: Thesis › Doctoral thesis

Authors

  • Marcel Bonorden

Research Organisations

Details

Original languageGerman
QualificationDoctor rerum naturalium
Awarding Institution
Supervised by
Thesis sponsors
  • Federal Ministry of Education and Research (BMBF)
Date of Award4 Apr 2024
Place of PublicationHannover
Publication statusPublished - 10 Jul 2024

Abstract

This thesis addresses the promotion of computer-aided design (CAD) and 3D printing in the classroom at general education schools from a theoretical and practical perspective. First of all, the historical development of the technologies, their basic mode of operation and areas of application are described. Within this framework, various school applications are mentioned and the work is thus placed in the context of existing projects, from which the relevance of the topic is also derived. Based on the theoretical foundation of implementation research, research on teacher training as well as concepts on modeling and modeling literacy, the main part presents the implementation and scientific investigation of different sub-projects to promote CAD and 3D printing in the classroom. These sub-projects as well as the use of CAD and 3D printing in the classroom will be reflected and discussed with regard to theoretical and practical aspects. Possibilities for the use in the classroom as well as for the further promotion of the technologies in the classroom are pointed out. Practical findings from project implementation and results from the accompanying research indicate a positive effect of CAD and 3D printing in the classroom on student motivation and learning success. The data from surveys of students from the projects also revealed a high level of acceptance and quality of the teaching-learning arrangement. Surveys of teachers who took part in training courses on CAD and 3D printing in the classroom showed that the course design was appropriately difficult, met the needs of the teachers and conveyed the content in a comprehensible manner. Based on the findings of the subprojects, it can be concluded that, for the successful implementation of the technologies, teachers should, if possible, take advantage of training opportunities to use materials and teaching concepts provided as part of this work. Thus, it would generally be necessary to equip schools with 3D printers nationwide and to encourage large projects from the education policy side to promote the technologies in the classroom. The teaching and training concepts and materials presented in this paper can serve as an initial basis and stimulus for implementation in the classroom.

Sustainable Development Goals

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@phdthesis{639483fcf5aa4e3692814eecda2c1b5d,
title = "Entwicklung, Umsetzung und Optimierung von Konzepten zum Einsatz digitaler Medien in kompetenzorientierten Lehr- und Unterrichtsveranstaltungen am Beispiel von computergest{\"u}tzter Modellierung und 3D-Druck",
abstract = "Die vorliegende Arbeit thematisiert die F{\"o}rderung von Computer-Aided Design (CAD) und 3D-Druck im Unterricht an allgemeinbildenden Schulen aus theoretischer und praktischer Perspektive. Zun{\"a}chst wird dazu auf die historische Entwicklung der Technologien, deren grundlegende Funktionsweise und Einsatzgebiete eingegangen. In diesem Rahmen werden verschiedene schulische Anwendungen genannt und die Arbeit somit in den Kontext bestehender Projekte eingeordnet. Daraus wird auch die Relevanz des Themas abgeleitet. Basierend auf dem theoretischen Fundament aus Implementationsforschung, Forschung zu Lehrkr{\"a}ftefortbildungen sowie Konzepten zu Modell- und Modellierkompetenz werden im Hauptteil die Durchf{\"u}hrung und wissenschaftliche Untersuchung verschiedener Teilprojekte zur F{\"o}rderung von CAD und 3D-Druck im Unterricht vorgestellt. Diese Teilprojekte sowie der Einsatz von CAD und 3D-Druck im Unterricht werden reflektiert und hinsichtlich theoretischer und schulpraktischer Aspekte diskutiert. Es werden M{\"o}glichkeiten f{\"u}r den Einsatz im Unterricht sowie zur weiteren F{\"o}rderung der Technologien im Unterricht aufgezeigt. Praktische Erkenntnisse aus den Projektdurchf{\"u}hrungen sowie Ergebnisse aus der begleitenden Forschung deuten auf einen positiven Effekt auf die Motivation und den Lernerfolg der Sch{\"u}ler*innen durch den Einsatz von computergest{\"u}tzter Modellierung und 3D-Druck. Die Daten aus Befragungen von Sch{\"u}ler*innen aus den Projekten ergaben weiterhin eine hohe Akzeptanz und Qualit{\"a}t des Lehr-Lernarrangements. Aus Befragungen von Lehrkr{\"a}ften, die an Fortbildungen zu CAD und 3D-Druck im Unterricht teilnahmen, ging hervor, dass das konzipierte Angebot ein angemessenes Leistungsniveau aufwies, dem Bedarf der Lehrkr{\"a}fte entsprach und die Inhalte verst{\"a}ndlich vermittelt wurden. Aus den Erkenntnissen der Teilprojekte l{\"a}sst sich ableiten, dass Lehrkr{\"a}fte f{\"u}r die erfolgreiche Implementation der Technologien, wenn m{\"o}glich, Fortbildungsangebote wahrnehmen sollten, um z.B. die im Rahmen dieser Arbeit bereitgestellten Materialien und Unterrichtskonzepte erfolgreich zu verwenden. Generell besteht die Notwendigkeit, Schulen fl{\"a}chendeckend mit 3D-Druckern auszustatten und von bildungspolitischer Seite {\"u}berregionale Projekte zur F{\"o}rderung der Technologien im Unterricht anzuregen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Unterrichts- und Fortbildungskonzepte sowie Materialien k{\"o}nnen dabei als erste Grundlage und Anregung f{\"u}r die Implementation in den Unterricht dienen.",
author = "Marcel Bonorden",
year = "2024",
month = jul,
day = "10",
doi = "10.15488/17620",
language = "Deutsch",
school = "Gottfried Wilhelm Leibniz Universit{\"a}t Hannover",

}

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TY - BOOK

T1 - Entwicklung, Umsetzung und Optimierung von Konzepten zum Einsatz digitaler Medien in kompetenzorientierten Lehr- und Unterrichtsveranstaltungen am Beispiel von computergestützter Modellierung und 3D-Druck

AU - Bonorden, Marcel

PY - 2024/7/10

Y1 - 2024/7/10

N2 - Die vorliegende Arbeit thematisiert die Förderung von Computer-Aided Design (CAD) und 3D-Druck im Unterricht an allgemeinbildenden Schulen aus theoretischer und praktischer Perspektive. Zunächst wird dazu auf die historische Entwicklung der Technologien, deren grundlegende Funktionsweise und Einsatzgebiete eingegangen. In diesem Rahmen werden verschiedene schulische Anwendungen genannt und die Arbeit somit in den Kontext bestehender Projekte eingeordnet. Daraus wird auch die Relevanz des Themas abgeleitet. Basierend auf dem theoretischen Fundament aus Implementationsforschung, Forschung zu Lehrkräftefortbildungen sowie Konzepten zu Modell- und Modellierkompetenz werden im Hauptteil die Durchführung und wissenschaftliche Untersuchung verschiedener Teilprojekte zur Förderung von CAD und 3D-Druck im Unterricht vorgestellt. Diese Teilprojekte sowie der Einsatz von CAD und 3D-Druck im Unterricht werden reflektiert und hinsichtlich theoretischer und schulpraktischer Aspekte diskutiert. Es werden Möglichkeiten für den Einsatz im Unterricht sowie zur weiteren Förderung der Technologien im Unterricht aufgezeigt. Praktische Erkenntnisse aus den Projektdurchführungen sowie Ergebnisse aus der begleitenden Forschung deuten auf einen positiven Effekt auf die Motivation und den Lernerfolg der Schüler*innen durch den Einsatz von computergestützter Modellierung und 3D-Druck. Die Daten aus Befragungen von Schüler*innen aus den Projekten ergaben weiterhin eine hohe Akzeptanz und Qualität des Lehr-Lernarrangements. Aus Befragungen von Lehrkräften, die an Fortbildungen zu CAD und 3D-Druck im Unterricht teilnahmen, ging hervor, dass das konzipierte Angebot ein angemessenes Leistungsniveau aufwies, dem Bedarf der Lehrkräfte entsprach und die Inhalte verständlich vermittelt wurden. Aus den Erkenntnissen der Teilprojekte lässt sich ableiten, dass Lehrkräfte für die erfolgreiche Implementation der Technologien, wenn möglich, Fortbildungsangebote wahrnehmen sollten, um z.B. die im Rahmen dieser Arbeit bereitgestellten Materialien und Unterrichtskonzepte erfolgreich zu verwenden. Generell besteht die Notwendigkeit, Schulen flächendeckend mit 3D-Druckern auszustatten und von bildungspolitischer Seite überregionale Projekte zur Förderung der Technologien im Unterricht anzuregen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Unterrichts- und Fortbildungskonzepte sowie Materialien können dabei als erste Grundlage und Anregung für die Implementation in den Unterricht dienen.

AB - Die vorliegende Arbeit thematisiert die Förderung von Computer-Aided Design (CAD) und 3D-Druck im Unterricht an allgemeinbildenden Schulen aus theoretischer und praktischer Perspektive. Zunächst wird dazu auf die historische Entwicklung der Technologien, deren grundlegende Funktionsweise und Einsatzgebiete eingegangen. In diesem Rahmen werden verschiedene schulische Anwendungen genannt und die Arbeit somit in den Kontext bestehender Projekte eingeordnet. Daraus wird auch die Relevanz des Themas abgeleitet. Basierend auf dem theoretischen Fundament aus Implementationsforschung, Forschung zu Lehrkräftefortbildungen sowie Konzepten zu Modell- und Modellierkompetenz werden im Hauptteil die Durchführung und wissenschaftliche Untersuchung verschiedener Teilprojekte zur Förderung von CAD und 3D-Druck im Unterricht vorgestellt. Diese Teilprojekte sowie der Einsatz von CAD und 3D-Druck im Unterricht werden reflektiert und hinsichtlich theoretischer und schulpraktischer Aspekte diskutiert. Es werden Möglichkeiten für den Einsatz im Unterricht sowie zur weiteren Förderung der Technologien im Unterricht aufgezeigt. Praktische Erkenntnisse aus den Projektdurchführungen sowie Ergebnisse aus der begleitenden Forschung deuten auf einen positiven Effekt auf die Motivation und den Lernerfolg der Schüler*innen durch den Einsatz von computergestützter Modellierung und 3D-Druck. Die Daten aus Befragungen von Schüler*innen aus den Projekten ergaben weiterhin eine hohe Akzeptanz und Qualität des Lehr-Lernarrangements. Aus Befragungen von Lehrkräften, die an Fortbildungen zu CAD und 3D-Druck im Unterricht teilnahmen, ging hervor, dass das konzipierte Angebot ein angemessenes Leistungsniveau aufwies, dem Bedarf der Lehrkräfte entsprach und die Inhalte verständlich vermittelt wurden. Aus den Erkenntnissen der Teilprojekte lässt sich ableiten, dass Lehrkräfte für die erfolgreiche Implementation der Technologien, wenn möglich, Fortbildungsangebote wahrnehmen sollten, um z.B. die im Rahmen dieser Arbeit bereitgestellten Materialien und Unterrichtskonzepte erfolgreich zu verwenden. Generell besteht die Notwendigkeit, Schulen flächendeckend mit 3D-Druckern auszustatten und von bildungspolitischer Seite überregionale Projekte zur Förderung der Technologien im Unterricht anzuregen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Unterrichts- und Fortbildungskonzepte sowie Materialien können dabei als erste Grundlage und Anregung für die Implementation in den Unterricht dienen.

U2 - 10.15488/17620

DO - 10.15488/17620

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -

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