nicolas guilbert bloghoved

Teknologi i børnehøjde: 3D-printeren som pædagogisk løftestang

»Skulle vi ikke bygge en 3D printer med børnene?« spurgte Kim. Som datalog og fysiker tænkte han givetvis, at et sådant projekt måtte der læringsmæssigt være en række interessante problemstillinger i. Derudover var det jo også rent professionelt en god lejlighed til at få et førstehåndsindtryk af teknologiens egentlige potentiale.

Stedet her er lidt specielt, i den forstand at vi er en skole og en ingeniørvirksomhed, som deler lokaler - i alt ca. 70 mand, store og små, under samme tag.

I både skolen og firmaet er vi meget glade for Open Source (Hardware også) og tilbage i 2014 har 3D-printermodellen Arduino Materia 101 således nok været et udmærket valg.

Kim og børnene fik bygget en 3D-printer, fik printet en Octocat, et næsehorn og fik endda designet en smart lille klips til at holde styr på ledningerne på kontorbordene i Freecad. Der blev læst manualer, skruet, samlet, problemløst og fejlfundet i mange timer - meget lærerigt og tværfagligt.

Illustration: Den dansk-franske Skole

Men så skete der ikke rigtigt mere. I forbindelse med at der blev møbleret rundt på skolen, blev stikket hevet ud og printeren samlede støv i et hjørne i et par år.

Ingen af os husker præcis, hvad det var, der gav vores printer dens renæssance. Var det, at vi begyndte at printe vores egen miniatureversion af Octanis roveren? Eller vores egendesignede Legomodeller? Eller var vi bare løbet tør for Kims kontorklips?

Hvad det end var, skete der en dag det, at nogle af de små på 6 kom gående forbi og så maskinen i aktion. De blev stående i laaang tid, altimens emnet lag for lag opstod af ingenting. En af dem spurgte, om hun måtte få en. Det måtte hun selvfølgelig gerne, for vi kunne jo bare printe en til. Pludselig ville de allesammen have en Octocat/næsehorn/enhjørning/ugle/Halloween-græskar dims.

Illustration: Den dansk-franske Skole

Så begyndte lavinen at rulle. De udarbejdede lange ventelister - fire håndskrevne A4-sider blev det hurtigt til, svarende til en backlog på flere uger, som de selv forvaltede. Printeren kørte i døgndrift - blev sat i gang som det sidste inden lukketid og som det første om morgenen.

Selv vores lokale maskot, papegøjen Billy, begyndte at efterligne printerens sang (især Octocat'ens cirkulære bevægelser giver anledning til en helt særlig "musik").

Børnene blev hurtigt selvkørende i printerens LCD-menu, kunne vælge og starte prints, skifte trådfarve. De begyndte at finde egne modeller på nettet og designede deres egne.

I forhold til at sætte børnene i gang med egne designs bruger vi forskellige værktøjer:

  • Tinkercad er det meste enkle, vi har kunne finde. Fra Tinkercad kan børnene (6+) selv eksportere til .stl og derfra bruger vi slic3r til at lave den .gcode, som printeren forstår.
  • Blender: De større børn (11+) bruger 3D-grafikprogrammet Blender. Programmet byder på et hav af muligheder, bl.a. animering, men er til gengæld tilsvarende komplekst. For at komme ordentligt i gang er det afgørende at følge en af de mange on-line tutorials.
  • OpenSCAD: På det seneste har de største af børnene (13+) med stor succes kastet sig over OpenSCAD. Det er et scriptet sprog, hvor man i kode definerer sin model, enkelt og koncist. Dertil kommer, at det er let at versionere og samarbejde omkring.

Efter mange måneders intenst brug begyndte Materia'en at udvise træthedstegn. Modellen var i mellemtiden gået ud af produktion, så det var lidt en udfordring at finde reservedele. Produktionen gik til sidst helt i stå og aktiviteten mistede momentum.

Vi endte med at købe en ny printer, denne gang en Prusa i3 Mk2. Den er noget dyrere end dens mange kloner, men det afgørende for os var, at monteringen kunne ske gnidningsfrit. Gnidningsfrit var det - produkt og manual er virkelig gennemarbejdede - og tog ca. en week-end.

Backlog'en erstattede vi af en enkel algoritme: hvert barn holder styr på hvor mange emner han/hun har fået. Den med lavest tal har fortrinsret til næste producerede dims. Det fungerer! Børnene har helt styr på deres eget tal - og kammeraternes. En lille særregel er, at selvudviklede modeller har første prioritet.

Vi har lagt vores egne modeller ud på Gitlab, men derudover er det ofte bare at søge på nettet, gode nøgleord værende f.eks. "stl model" eller "openscad model". OBS: merge requests er velkomne.

I retrospekt var det, der var afgørende for at fostre motivation i gruppen omkring 3D-printeren at:

  • gøre printeren synlig i rummet (OBS: vær opmærksom på udluftning)
  • gøre børnene til aktører i processen ved at lære dem at sætte print i gang (man kan evt. starte med et enkelt barn, som hurtigt får lært de andre det)
  • sørge for, at fordelingen af printede emner er retfærdig
  • udnytte det window of opportunity der opstår, hver gang et barn specifikt efterspørger en figur (f.eks. en pegasus, en hammerhaj, et hjerte osv.). Evt. få nogle af de større børn til at løse opgaven, hvis man er knap på lærerressourcer.
  • hjælpe børnene med at lave deres egne modeller vha. CAD-programmer

Fra et rent skolefags-fagligt synspunkt understøtter konceptet blandt andet:

  • læsning/skrivning (4-6 årige)
  • engelsk (6+)
  • matematik - koordinatsystemer, vinkler, geometri, længdeenheder, trigonometri, mm. (8+)
  • fysik og kemi - smeltetemperatur, målinger, plasttyper, mm. (8+)
  • programmering - funktionsprogrammering i OpenSCAD, fejlfinding / debugging (12+)

For vores sciencelærer har vores lille 3D-printer-eventyr givet anledning til nogle pænt stejle læringskurver, men også en dybere forståelse af, hvad matematik reelt kan bruges til. Det er igen afgørende for at kunne motivere undervisningen overfor børnene.

Og nogle af børnene ønsker sig nu deres egen printer :)

Illustration: Den dansk-franske Skole

Fra et mere ingeniørfagligt perspektiv er vi nu der, hvor vi gerne ville hen: vi er begyndt at tænke i "det-printer-vi-da-bare"-baner og bruger ofte egenproducerede skruer, bolte, en sjælden Legoklods, møtrikker, hyldeholdere mm. - vældigt praktisk når man lige står og mangler dem.

Og til alle V2-læserne: Idéer er velkomne og fungerende kode ligeså!

Illustration: Den dansk-franske Skole
Kommentarer (4)
Povl H. Pedersen

Rigtigt godt. Har en derhjemme, og min søn på 10 har desværre ikke udvist interesse for at komme i gang med at tegne. Kun i at få printet "merchandise" eksempelvis V-bucks.

Jeg tror at jeg er ved at nå 50% af mine print er noget jeg selv har designet, den anden halvdel kommer fra Internet. Og jeg forventer ikke fordelingen ændrer sig meget. Det er bedre at downloade en afprøvet model hvis den findes, end at forsøge selv. At forsøge selv er ikke altid en success i første forsøg. Så er modellen ikke stærk nok, eller den skal printes i en anden orientering for at kunne holde. Den bliver for blød i bilen, så man skal bruge andet materiale (HIPS). Eller den går for let i stykker ved slag (PLA/HIPS).

Forskellige materialer er en vigtig del af 3D print, men giver en masse nye udfordringer, men også nye muligheder. ABS kan dampes helt glat og blankt i acetone dampe. Det kan tåle slag. Flex kan anvendes til telefonbumpers og ting der får slag. HIPS har fint overlevet sommeren i bilens forrude. Så er der glow-in-the-dark, og farveskiftende ved temperatur (god til kop-holder). PETG er vist det mindst giftige, er relativt bøjeligt, men kan ikke tåle slag.
Nylon er svært at printe med, mere giftigt, men har fordele til eksempelvis tandhjul eller noget der skal være ekstra sejt.

For mig er udvalget af materialer med forskellige egenskaber vigtigt, og kunne tilføje en ny vinkel til fysik, med både glass-transisiton temperatur, styrke, flexibilitet, impact opførsel. Ikke relevant for display modeller, men for brugsting er det vigtigt.

Jeg har lavet reservedele til græsslåmaskinen, en ting til at fjerne sten fra kirsebær, ting til droner og modelfly (som skal tåle impact), telefonholder til bilen som har plads til telefon med bumper. Forbedrede dele til løbehjul. printet Lukkeclips til IKEA samla kasser af filamentrester og irriterende filament. For mig er det brugsting.

Brugsting kunne også prioriteres over udstillingsting hvis man skal have endnu en parameter med. For brugsting er sandsynligvis også mere relevante for fysik / ingeniørforståelsen.

Prøv at kontakte Autodesk og se om ikke i kan få inventor eller Fusion 360 gratis. Fusion 360 er let t gå til, at mega stærk i funktionalitet, og meget udbredt. Privatpersoner/startups kan bruge det indtil de har en omsætning på $100.000/år. Alle modeller ligger i cloud, så børnene kan designe på en PC og arbejde videre på en anden.

Per Hansen

Rigtig god historie! - fedt at griber de gode Opensource værktøjer og får ungerne engageret i at skabe ting.

Kan du ikke skrive en historie mere om hvordan det her med at i er en ingeniør virksomhed og en skole på samme sted fungerer ?

Nicolas Guilbert Blogger

Det er bedre at downloade en afprøvet model hvis den findes, end at forsøge selv. At forsøge selv er ikke altid en success i første forsøg.

Helt enig i, at man i videst mulig udstrækning bør genbruge og eventuelt forbedre eksisterende designs. Til gengæld er det en meget værdifuld lektie, at nye designs kun meget sjældent fungerer i første forsøg. I forhold til at give børnene motivation og ejerskab for deres projekter, er det faktisk et vigtigt aspekt, at det skal have været tilpas svært. "Jo sværere det har været, jo større succesoplevelse" er nok en udmærket tommelfingerregel.

Log ind eller Opret konto for at kommentere