Kyub: Wenn Schüler Ukulelen mit dem Laser-Cutter bauen

Mit dem Projekt „Kyub“ will das Potsdamer Hasso-Plattner-Institut die Kluft zwischen digitalem und analogem Lernen überwinden. Mit Laser-Cutter und passender Software lassen sich blitzschnell Prototypen unterschiedlichster Gegenstände produzieren – das passt ausgezeichnet in Unterrichtsblöcke. Eine erste Schulkooperation gibt es bereits.

Von Achim Fehrenbach

Voll konzentriert sitzen die 25 Siebtklässler vor ihren Laptops. Auf den Bildschirmen schieben sie würfelförmige Bauteile umher, formen daraus komplexe Gebilde, fügen elektrische Komponenten ein und verzieren das Ganze dann. Was auf den ersten Blick an den Computerspiel-Hit Minecraft erinnert, ist ein Projekt namens Kyub.

An diesem Tag bauen die Schüler:innen der Gesamtschule Teltow Bluetooth-Lautsprecher, die digitalen Modelle sind dabei nur der erste Schritt. Danach zerlegt die Kyub-Software die 3D-Modelle vollautomatisch in ihre zweidimensionalen Bestandteile und schickt die Daten an einen Lasercutter. Die Maschine schneidet schnell und hochpräzise Bauteile aus Sperrholzplatten – und die Schüler:innen setzen die Bauteile anschließend zusammen. Jetzt muss nur noch der Bluetooth-Soundchip hinzugefügt werden – und schon hat jeder seinen eigenen, individuell gestalteten Lautsprecher.

Kyub ist ein Projekt des Hasso-Plattner-Instituts (HPI) in Potsdam-Babelsberg. 1998 vom SAP-Milliardär gleichen Namens gegründet, hat sich das HPI auf „Digital Engineering“ spezialisiert – also auf die Verzahnung von Software-Entwicklung und Zukunftstechnologien. „Die Idee für Kyub entstand vor ungefähr fünf Jahren“, berichtet Informatikprofessor Patrick Baudisch, der am HPI den Lehrstuhl für Human Computer Interaction innehat.

Mit Kyub und anderen Projekten will Baudisch die Kluft zwischen analogem und digitalem Lernen überwinden. Will heißen: Die Schüler:innen sollen sich nicht ausschließlich in der digitalen Welt bewegen, sondern mit Software neue Wissensgebiete erschließen und greifbare Produkte erschaffen. Bei Kyub arbeitet das HPI eng mit der Grace-Hopper-Gesamtschule im brandenburgischen Teltow zusammen. Viele weitere Schulen haben bereits Interesse angemeldet. Welche das sein werden, ist laut Baudisch aber noch nicht spruchreif.

Die Zusammenarbeit mit der Gesamtschule Teltow begann 2020. Schulleiter Alexander Otto verfolgte am HPI einen Kyub-Vortrag, war sofort fasziniert – und kam schon wenige Tage später mit einigen Kolleg:innen für einen Workshop vorbei. Mithilfe von Kyub bauten die acht Lehrkräfte südamerikanische Kistentrommeln, sogenannte Cajones. Die Workshop-Teilnehmer:innen erhielten eine funktionierende Cajón als Beispiel. Bei ihrem eigenen Entwurf sollten sie genau eine Eigenschaft variieren – also zum Beispiel das Volumen vergrößern, die Frontplatte abschrägen oder Acryl statt Holz verwenden – und dazu eine These aufstellen, wie das den Klang verändern würde. Binnen weniger Stunden fertigten die Lehrer:innen ihre Cajón-Prototypen per Lasercutter und Handarbeit; dann wurden der Klang per Mikrofon aufgezeichnet und die Klangspektren verglichen.

Die Kyub-Modelle sind grundsätzlich sehr stabil, weil ihre Grundstruktur aus statisch optimierten Basiseinheiten besteht, sogenannten Boxeln. Neben Holz und Acryl kommen als Konstruktionsmaterial auch Schaumpappe oder Kraftplex infrage.

Für Schulleiter Alexander Otto war schnell klar, dass „Kyub ein Game-Changer ist“. Dass es das Potenzial habe, die Schullandschaft nachhaltig zu verändern. „Wir reden in der Pädagogik immer alle von Feedback-Kultur. In der Schule läuft das meistens über Tests und Noten“, sagt Otto. „Im echten Leben läuft das aber anders. Wir probieren etwas aus, scheitern vielleicht und sammeln dabei Erfahrungen.“ Mit dem Projekt Kyub sei genau dieser Lernprozess auch an Schulen möglich.

Dass das HPI mit der Gesamtschule Teltow kooperiert, kommt nicht von ungefähr. 2020 wurde sie als „Digitale Schule“ ausgezeichnet, die Bildungsanliegen und digitale Technologien besonders gut miteinander kombiniert – verliehen wurde die Auszeichnung von der nationalen Bildungsinitiative „MINT Zukunft schaffen!“. Im Frühjahr 2023 soll die Gesamtschule einen 40 Millionen Euro teuren Neubau in Teltow beziehen, die Zahl der Schüler:innen wird sich dann wohl mehr als verdoppeln: von derzeit 389 auf mehr als 800. Der Neubau wird laut Schulleiter Otto genügend Platz für Projekte bieten, die digitales und analoges Lernen miteinander verbinden.

Die Idee offener Werkstätten für den Schulunterricht ist nun grundsätzlich nicht neu. An einigen deutschen Schulen gibt es bereits Makerspaces oder FabLabs (Fabrikationslabore), in denen die Schüler:innen selbst entwickelte Gegenstände herstellen können – ob nun per Lasercutter, CNC-Fräse oder 3D-Drucker. Besonders die 3D-Drucker erfreuen sich großer Beliebtheit, weil sie sehr filigrane Strukturen ermöglichen – vom Uhrwerk über die Blumenvase bis zur Action-Figur. Lasercutter haben demgegenüber mehrere Vorteile: Sie sind potenziell deutlich schneller als 3D-Drucker – und deshalb auch für große und komplexe Projekte geeignet.

Um aber dieses Potenzial auszuschöpfen, benötigt man passende Software und Lerninhalte. „Erst mit Kyub schaffen Schüler:innen den Weg von der Idee bis zum greifbaren Prototyp – zum Beispiel einer Espressomaschine – in einer halben Stunde“, schwärmt Patrick Baudisch. „Ein Stuhl, auf den man sich wirklich draufsetzen kann, wird in einer Stunde fertig. Das wird auf absehbare Zeit kein 3D-Drucker leisten können.“ Geschwindigkeit sei notwendig, um digitale Fertigung in den Schulunterricht zu integrieren, betont der Informatikprofessor – und diese Geschwindigkeit biete Kyub.

So lassen sich komplette Kyub-Projekte in einem 90-minütigen Unterrichtsblock unterbringen – von der Ideenfindung über den Entwurf und die Gestaltung der digitalen Modelle bis hin zum Ausschneiden und zur Montage. „Man erhält dann noch während der Unterrichtsstunde ein fertiges Produkt“, sagt Baudisch. „Kyub ist so schnell, dass wir innerhalb einer Stunde auch mehrere Anläufe mit veränderten Prototypen unterbringen können. Genau dabei lernt man dann auch etwas dazu.“ Als Beispiele für schnell umsetzbare Projekte nennt Baudisch die Bluetooth-Lautsprecher und die Cajones.

Deutlich aufwendiger ist die Konstruktion einer Kyub-Gitarre. Gerade solche komplexeren Projekte leisten aber besonders gut das, worauf Kyub abzielt: verschiedene Wissensbereiche anzuzapfen, Theorie und Praxis zu verbinden – und die Brücke zwischen digitaler und analoger Welt zu schlagen. „Der Bau einer Gitarre oder Ukulele erscheint zunächst als Projekt für Werken und Musikunterricht“, sagt Alexander Otto. „Da steckt aber viel mehr drin.“

Hier sei beispielsweise mathematisch-physikalisches Wissen gefragt. „Bei vielen Prototypen ist der Hals abgebrochen, weil das Material der Saitenzugkraft von 60 Kilo nicht standgehalten hat.“ In der Experimentierphase können Schüler:innen dann aber Gleichungen entwickeln, um die Statik zu verbessern. Beim Bau des Gitarrenkorpus wiederum kommen akustische Grundlagen zum Einsatz, beim Bau der Griffbretter Erkenntnisse aus Musikgeschichte und Harmonielehre. „Im Deutschunterricht beschreibt man, wie eine Gitarre richtig zusammengebaut wird“, sagt Otto. „Und im Kunstunterricht wird sie individuell gestaltet.“

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Eine Herausforderung ist noch, solche komplexen, fächerübergreifenden Projekte zeitlich im Lehrplan unterzubringen. „Wir haben auf jeden Fall Ideen, wie wir das hinbekommen“, sagt Otto. Man könne den Unterricht zum Beispiel in Wochenplänen strukturieren – und nicht nach der klassischen Stundentafel. Für neue Kyub-Projekte hat die Gesamtschule schon zahlreiche Ideen entwickelt, zum Beispiel CO2-Ampeln oder Theaterkulissen, die in der Aula des Neubaus zum Einsatz kommen werden.

Das Kyub-Team um Patrick Baudisch profitiert derweil vom Feedback der Teltower Schule. In Kürze will Baudisch das Projekt als eigenständige Firma ausgründen. Der Fokus auf den Schulunterricht soll aber erhalten bleiben – und die Zahl der teilnehmenden Schulen kontinuierlich wachsen.

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