Grüne Stadtvisionen – Nachhaltige Architekturmodelle mit dem Lasercutter

Grüne Stadtvisionen – Nachhaltige Architekturmodelle mit dem Lasercutter entwerfen

Wie können wir in der Zukunft klimaneutraler leben? In diesem Projekt recherchieren Schüler:innen zum Thema nachhaltiges Wohnen und Bauen und lernen Good-Practise-Beispiele aus der ganzen Welt kennen. Die Schüler:innen nehmen an einem Architektur-Wettbewerb teil und gestalten ihre ganz eigenen nachhaltigen Gebäude oder andere Orte der Zukunft. Dabei nutzen die Schüler:innen ein Vektor-Grafikprogramm und einen Lasercutter, um hochwertige und kreative 3D-Modelle zu erschaffen.

Dieses Projekt bezieht sich auf das globale Nachhaltigkeitsziel 13 (Maßnahmen zum Klimaschutz).

Klasse: 6–8

Niveau: Fortgeschritten

Vorkenntnisse: Keine

Fach: NaWi, Mathematik, Sozialwissenschaften, Kunst

Dauer: 4 x 90 Minuten

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Kompetenzen

Die Schüler:innen

  • entwickeln ein Verständnis für das Nachhaltigkeitsziel 13 “Maßnahmen zum Klimaschutz” und wissen wie sie zu diesem beitragen können.
  • entwickeln Kompetenzen im lösungsorientierten Produktdesign.
  • lernen den Lasercutter als Technologie kennen und bedienen.
  • nutzen mathematische, Grundprinzipien um maßstabsgerechte Modelle zu erstellen.
  • schärfen ihr räumliches Denken und entwerfen 3D-Modelle.

Material pro Team:

  • Verschiedene schneidbare Materialien wie dünnes Holz, Plexiglas in verschiedenen Farben oder dicke Pappe
  • Zahnstocher oder Grillspieße bzw. andere Holzstäbe oder Strohhalme um die Teile zu verbinden
  • Weiteres Bastel- und Dekomaterial nach Belieben

Basiswissen zum Makey Makey

  • Erste Unterrichtsstunde mit dem Makey Makey

  • Makey Makey – Einstiegsmodul

  • Makey Makey – Lernkarten – Grundlagen

Ablauf

1. Projektüberblick, Rundgang, Einstieg

  • Dauer: 90 Minuten
  • Ziel: Erste Einblicke in das Thema erhalten. Die Kriterien für den Architekturwettbewerb kennenlernen und spannende Orte in der Nähe besuchen.

2. Eigene Visionen entwickeln

  • Dauer: 90 Minuten
  • Ziel: Erstellung von Moodboards und ersten Prototypen mit Bastelmaterial.

3. Lasercutter kennenlernen und 3D-Modelle mit Inkscape entwerfen

  • Dauer: 90 Minuten
  • Ziel: Das Programm Inkscape erkunden und erste Entwürfe erstellen.

4. Cutten, Bauen, Präsentieren

  • Dauer: 90 Minuten
  • Ziel: Die Bauteile aus dem Lasercutter zusammenbauen und die Modelle präsentieren.

1. Projektüberblick, Rundgang, Einstieg in das Thema

Vorbereitung und Material

  • Lese den Ablauf, die Präsentation und die Arbeitsblätter durch und verschaffe dir einen Überblick vom ganzen Projekt.
  • Orientiere dich am Nachhaltigkeitsziel 13.
  • Schau dir unsere Linksammlung (siehe weiter unten) an und finde gute Beispiele zum Vorstellen aus der ganzen Welt.
  • Wenn möglich, suche Kontakt zu lokalen Initiativen oder Architekturbüros, die im Bereich klimafreundliches Wohnen und Bauen arbeiten. Lade sie ein oder frag, ob du sie mit deiner Klasse besuchen kommen kannst.
  • Alternativ gibt es vielleicht klimafreundliche Gebäude in deiner Nähe, die ihr besuchen gehen könnt.
  • Stelle Computer/Laptops mit Internetzugang bereit.

Ablauf

Einführung (ca. 5 Minuten)

  1. Gib deiner Klasse einen Kurzüberblick über das ganze Projekt. Das Ziel am Ende der Lerneinheit ist ein hochwertiges Modell von einem nachhaltigen und klimaneutralen Gebäude oder Ort zu präsentieren. Erkläre deinen Schüler:innen, dass sie dies mit Hilfe einer ausführlichen Recherche, einem Grafikprogramm und dem Lasercutter entwerfen und bauen werden.

Für den Kurzüberblick eignet sich das Projektvideo oder ein selbst gebauter Prototyp.

Ausflug (ca. 40 Minuten)

  1. Wenn möglich besucht ihr ein spannendes klimaneutrales Gebäude, einen Park oder einen anderen Ort, bei dem auf eine nachhaltige Bauweise geachtet wurde. Ihr könnt auch ein Architekturbüro besuchen und dort mehr über nachhaltige Bauweisen lernen.

Diskutiere während des Besuchs oder danach mit deinen Schüler:innen, welches Gebäude, welchen Park oder welche offenen Stadträume sie gern in ihrer Umgebung haben möchten und wie in eurer Stadt/eurer Gemeinde Maßnahmen zum Klimaschutz berücksichtigt werden könnten.

Bei ausreichend Zeit können die Schüler:innen die Recherche verlängern und zum Beispiel bestimmte Häuser auswählen und ihre Besonderheiten und Klimalösungen der ganzen Klasse präsentieren.

Linksammlung

Arbeitsphase (ca. 40 Minuten)

  1. Präsentiere die Kriterien der Ausschreibung und lass deine Schüler:innen die Arbeitsblätter durchlesen. Stelle sicher, dass alle die Aufgabe und Zielsetzung verstanden haben (ca. 10 Minuten).
  2. In Kleingruppen: Die Schüler:innen haben Zeit für ein Brainstorming und füllen mit Hilfe des Recherche-Blattes die Ideenskizze aus (ca. 30 Minuten).

Stellt euch vor, ihr nehmt an einem Architektur-Wettbewerb teil, in dem ihr nachhaltige und klimaneutrale Gebäude und Orte schaffen sollt. Dafür müsst ihr eine Idee entwickeln und dabei die fünf Kriterien der Ausschreibung berücksichtigen, die auf dem Arbeitsblatt “Ausschreibung: Bau eines klimafreundlichen und kreativen Gebäudes” notiert sind.

Du kannst den Schüler:innen bereits einen Kurzüberblick über die nächsten Einheiten geben z. B.folgende Information: in den nächsten Einheiten gestaltet ihr einen Prototypen sowie ein Modell eurer Idee, welches am Ende mit den Kriterien der Ausschreibung verglichen wird.

Präsentation (ca. 5 Minuten)

  1. Lass deine Schüler:innen ihre ersten Ideen präsentieren und gib Feedback zur Umsetzbarkeit und Kreativität. Inwiefern passen die Ideen zu den Kriterien. Hier sind insbesondere die Maßnahmen zum Klimaschutz wichtig.

2. Eigene Visionen entwickeln

Vorbereitung

  • Computer/Laptops mit Internetzugang bereitstellen
  • Digitales Whiteboard oder Text- oder Bildbearbeitungsprogramm
  • Schere, Cutter
  • Alleskleber bzw. Heißklebepistole
  • Bastelmaterial und Verpackungs-Reste wie Pappe, buntes Papier, Zahnstocher oder Grillspieße, Plastiktüten, Styropor, Kartons, Strohhalme

Ablauf

Einführung (ca. 10 Minuten)

  1. Vorstellung der Ziele der heutigen Einheit: Moodboards und die Weboberfläche MakerCase nutzen, um erste Ideen für Modelle der nachhaltigen Architektur zu erstellen
  2. Begrifflichkeiten Moodboard und Prototyp erläutern.

Erklärung Moodboard: Ein Moodboard (dt. “Stimmungstafel”) ist eine Collage, die eine bestimmte Stimmung oder Idee mit Hilfe von Fotos, Formen und Farben bildlich darstellt. Architekt:innen nutzen Moodboards, um ihren Kund:innen schnell ein Gefühl von ihrem neuen Zuhause zu vermitteln. In dieser Lerneinheit ist das Ziel ein modernes, klimafreundliches Gebäude zu entwerfen. Das Moodboard könnte zum Beispiel Bilder von Grünflächen und Wasserläufen beinhalten, Fotos von neuen technologischen Lösungen (Solaranlagen oder Windrädern) sowie umweltfreundlichen Materialien wie Holz, Lehm oder Naturstein. Die Collage soll helfen, eine Vorstellung zu entwickeln, wie wir in diesen Gebäuden oder an diesen Orten klimafreundlicher leben, wohnen oder arbeiten können. Ein Moodboard kann analog – mit Papier, Fotos und Klebstoff hergestellt werden – oder mit Hilfe eines digitalen Whiteboards erstellt werden. Ein einfaches Text- oder Grafikbearbeitungsprogramm funktioniert aber auch.

Erklärung Prototyp: Ein Prototyp ist ein funktionsfähiges, oft aber auch vereinfachtes Versuchsmodell eines geplanten Produktes oder Bauteils. Mit dem Prototyp wird die Tauglichkeit und die Akzeptanz eines Produkts vorab geprüft. Der Prototyp ist so auch ein wichtiger Entwicklungsschritt im Rahmen des Designs und wird nicht nur in technischen Zusammenhängen genutzt. Mit dem Prototypen kann sichergestellt werden, dass unerwartete Fehler oder Probleme deiner Produktidee bereits beim Testen gefunden und gelöst werden können. Es gibt unterschiedliche Arten von Prototypen, z. B. in Modellform, aber auch digital oder einfach nur ein Flyer, der zu einer Produktidee erstellt wird. Wir nutzen oft Pappe und Reste von Verpackungsmaterial, um mit Kreativität und Einfallsreichtum lebendige und fantasievollen Modelle zu erstellen. Beim Gebäudedesign können wir z. B. durchsichtiges Plastik als Fenster, grau angemaltes Styropor als Beton, Pappe als Stockwerk nutzen.

Arbeitsphase I (ca. 20 Minuten)

  1. Die Teams entwickeln in den Gruppen Moodboards ihrer nachhaltigen Gebäude oder ihrer Stadtvision. Gib deinen Schüler:innen folgende Aufgabe:

Entwickelt in eurer Gruppe mit Hilfe eurer Ideenskizze ein Moodboard. Ihr habt dafür 20 Minuten Zeit.

Arbeitsphase II (ca. 50 Minuten)

  1. Zeige den Schüler:innen MakerCase. Auf der Webseite makercase.com können Boxen in verschiedenen Größen oder Formen leicht erstellt und kostenfrei als Vektorgrafik (.svg) heruntergeladen werden. Diese Grafiken können dann in Inkscape weiterverarbeitet werden, um sie im nächsten Schritt mit dem Lasercutter auszuschneiden. Die Boxen können dann zusammengebaut werden, Löcher eingefügt und auch mit einer Gravur beschriftet werden. Die Schüler:innen bekommen folgenden Arbeitsauftrag:

Nutzt die Schnitt-Vorlagen von MakerCase, um eine Gebäudeform zu gestalten. Passt die Form in Größe und Stil euren Wünschen an. Ihr habt dafür 45 Minuten Zeit.

3. Lasercutter Kennenlernen und 3D-Modelle in Inkscape entwerfen

Vorbereitung

Wenn mehr Zeit zur Verfügung steht, kannst du mit den Schüler:innen auch tiefer in die Themenbereiche geometrische Formen und mathematisches Zeichnen eintauchen. Bei einigen Modellen ist es wichtig genau auf die Maße zu achten, um am Ende die Teile verbinden zu können. Ebenso kannst du mit ihnen maßstabsgetreue Modelle entwerfen. Gib ihnen z. B. einen Maßstab vor, den sie bei dem Entwurf berücksichtigen sollen.

Ablauf

Einführung & Selbstlernphase (ca. 35 Minuten)

  1. Vorstellung der Ziele der heutigen Stunde: Inkscape kennenlernen und eigene Vektorgrafiken für den Modellbau erstellen bzw. bearbeiten.
  2. Verteile die Inkscape Lernkarten und gib den Schüler:innen folgende Aufgabe:

Macht euch mit Hilfe der Lernkarten mit dem Grafikprogramm Inkscape vertraut und probiert erste eigene Ideen aus. Ihr habt dafür 30 Minuten Zeit.

Erklärung Vektorgrafik: Vektorgrafiken gehören zu den am längsten bestehenden Grafikformaten in der elektronischen Datenverarbeitung. Sie entstanden als Grundlage für das Computer Aided Design (CAD-Programme). Eine Vektorgrafik benutzt zur Darstellung einer Form Vektoren, die dann in einer Vektordatei gespeichert werden. Diese enthält Vektorinformationen, das sind einzelne Positionen im Bild, die durch Vektoren beschrieben werden. Im Vergleich zu Grafiken, die mit Pixel abgespeichert werden, sind Vektorgrafiken beliebig skalierbar. Vektorgrafiken werden meist im Datei-Format .svg abgespeichert.

Arbeitsphase (ca. 45 Minuten)

  1. Gib einen kurzen Input zu verschiedenen Bauformen, die mit dem Lasercutter gestaltet werden können. Zeige dazu im besten Fall unterschiedliche Modelle, die du bereits vorher erstellt hast. Zum Beispiel lässt sich mit dem Lasercutter auch ein Grundgerüst erstellen, der Rest wird danach hinzugefügt z. B. mit Modellierknete.
  1. In der Kleingruppe entwerfen die Schüler:innen ihre Modelle. Gib ihnen dazu folgenden Arbeitsauftrag:

Versucht eure Prototypen in hochwertige Modelle mit Hilfe der Vorlagen von MakerCase oder eurer eigenen Ideen umzubauen. Gestaltet Modelle oder Gerüste in dem Programm Inkscape, um sie in der nächsten Einheit mit der Lasercutter-Technologie umzusetzen. Ihr habt für die Gestaltung 40 Minuten Zeit.

Die 3D-Modelle der Prototypen sollten am Ende von Teil 3 weitgehend fertig sein.

Abschluss / Iterationen (ca. 10 Minuten)

  1. Die Schüler:innen präsentieren ihr 3D-Design und die restlichen Schüler:innen geben Feedback: Was gefällt ihnen besonders gut? Wie bewerten sie die Umsetzbarkeit der Modelle? Wie kann das Modell noch verbessert werden?

4. Cutten, Bauen und Präsentieren

Vorbereitung

Ablauf

Einführung

  1. Vorstellung des Ziels der heutigen Stunde: Erstellung eines Architekturmodells mit dem Lasercutter und Präsentation des Modells bei einem gemeinsamen Gallery Walk.
  2. Zeige den Schüler:innen wie die Dateien an den Lasercutter geschickt werden und gib ihnen eine kurze Einführung in die verschiedenen Materialien sowie in die Schneide- und Gravurmöglichkeiten. Zeige ggf. das Erklärvideo zum Lasercutter.

Erklärung Lasercutter: Mit einem Lasercutter ist es möglich, verschiedene Materialien wie Holz, Acrylglas, MDF-Platten oder Karton nach einer digitalen Vorlage auf 0,1 mm genau zu gravieren oder zu schneiden. Voraussetzung dafür ist eine zweidimensionale Grafik oder Zeichnung, die mit Hilfe eines vektorbasierten Grafikprogramms, zum Beispiel Inkscape, erstellt werden kann. Die Maschinen gibt es in vielen verschiedenen Größen und Stärken. Wir haben den Beamo Flux, Epilog Zing und Trotec Speedy 100 getestet und können auf Anfrage interne Anleitungen zu diesen Maschinen zur Verfügung stellen.

Arbeitsphase (ca. 55 Minuten)

  1. Nun können die Modelle ausgeschnitten / gecuttet werden. Gib den Gruppen folgende Aufgabe:

Schneidet eure Modelle aus und baut sie zusammen. Überlegt danach wie ihr euer Gebäude für einen weiteren Gallery Walk präsentieren möchtet. Fügt Details hinzu z. B. durch eine Lichterkette oder Spielzeugfiguren. Eurer Kreativität sind dabei keine Grenzen gesetzt. Zeigt gern wieder euer Moodboard und die ersten Prototypen.

Spielzeugfiguren und Steckbausteine eignen sich sehr gut als Ergänzung der Modelle. Zum Beispiel als Schmuck oder um eine bestimmte Idee einfach zu visualisieren.

Zu Beginn war die Idee, dass die Schüler:innen an einem Architekturwettbewerb teilnehmen. Bei der Präsentation können die einzelnen Gruppen Bezug auf den Wettbewerb nehmen und veranschaulichen, wie die Modelle die verschiedenen Kriterien erfüllen.

Präsentation – Gallery Walk (ca. 10 Minuten)

  1. Alle gehen herum und schauen sich die Modelle der anderen Gruppen an, eine Person bleibt am Platz als Vertreter:in der Gruppe zurück. Die Schüler:innen wechseln sich bei dieser Aufgabe ab, so daß alle die Ideen der anderen sehen können.

Abschluss / Rückfragen (ca. 15 Minuten)

  1. Ermögliche den Schüler:innen Feedback zum gesamten Projekt zu geben. Reflektiert die Projektarbeit in Kleingruppen oder im Klassenverband. Leitfragen: Was hat dir besonders gefallen? Was ist dir leicht, was ist dir nicht so leicht gefallen? Was würdest du nächstes Mal anders machen?

weitere Projektideen

  • Upcycling Bot – wenn Milchkartons fahren

  • Fröhliche Pflanzen – Automatisches Bewässerungssystem mit micro:bit

  • Nudging – Zu mehr Fahrradfahren bewegen

  • Vom Müll zum Wertstoff

  • Avocado-Boot

  • Plastic Fantastic?