Der «Magic Cube» bringt Elektrotechnik in die Klassenzimmer

?Bevor ich ?Magic Cube? kennengelernt habe, konnte ich mir eigentlich nicht viel unter Elektrotechnik vorstellen. Dabei begegnet man ihr eigentlich ¨¹berall im t?glichen Leben?, sagt eine Sch¨¹lerin des Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Gymnasiums R?mib¨¹hl (MNG R?mib¨¹hl), an dem das neue Lehrmittel Mitte Oktober diesen Jahres zum ersten Mal in einer Schulklasse getestet wurde. Entwickelt wurde das Magic Cube von der ETH Z¨¹rich zusammen mit dem Technologieunternehmen ABB und mint & pepper, dem Nachwuchsf?rderungsprojekt des Wyss Zurich, der ETH und Universit?t Z¨¹rich.

Nichts geht mehr

Alles beginnt mit einem Unwetter: In den Magic Cube, einen geheimnisvollen geometrischen K?rper, schl?gt der Blitz ein und die gesamte Stromversorgung der Parallelwelt ?Elektron? f?llt aus. Solarautos, Fabriken, Mikroskope, Strassenlaternen ¨C alles ist defekt und stillgelegt.

Nachdem die Sch¨¹lerinnen und Sch¨¹ler die Ausgangssituation im Film gesehen haben, k?nnen sie nun in ihrem Schulzimmer konkrete, physische Aufgaben l?sen, um den Menschen in Elektron zu helfen. Dabei m¨¹ssen sie ganz grundlegende Themen bearbeiten: Was ist eine elektronische Schaltung? Wie wird Energie umgewandelt, verteilt und gespeichert? Wof¨¹r braucht man Sensoren? Der Magic Cube fungiert dabei als ?Spielmacher?: Wenn ein Team ein Modul richtig gel?st hat, dann leuchten einzelne Panels am Cube auf. Waren alle Teams erfolgreich, dann leuchtet der gesamte Cube und er ?ffnet sich ¨C Elektron ist gerettet und es gibt eine ?berraschung f¨¹r alle Teilnehmenden.

Unterricht einmal ganz anders

Doch bis der Magic Cube wieder funktioniert, wird diskutiert, gelacht und get¨¹ftelt, es werden Grundlagen erarbeitet, Tests durchgef¨¹hrt und Abl?ufe programmiert. So gibt es beispielsweise Module zum Vernetzen von Quellen und Verbrauchern in einem intelligenten Stromnetz, zum Programmieren eines Sortierablaufs in einer Fabrik, zum Zusammenbau eines Streckennetzes und zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Zugs, zur Steuerung eines Autos ¨¹ber ein Gehirn-Interface und zum Br¨¹ckenbau mit einem Roboter.

Beim Modul ?Elektroauto? soll ein Auto mit Solarstrom eine definierte Strecke bew?ltigen. Daf¨¹r muss der Energiebedarf berechnet und mit der entsprechenden Schaltung der Solarzellen sowie der Getriebe¨¹bersetzung die Fahrzeit hergeleitet werden.

In einem weiteren Modul bauen die Jugendlichen ein Mikroskop komplett selbst auf, um damit Proben zu identifizieren. Sie justieren die Linsen und deren Abst?nde zueinander, richten die Beleuchtung ein und schliessen einen Kamerachip an. Eine spannende Aufgabe!

Faszination f¨¹r Elektrotechnik wecken

Die Idee hinter der Entwicklung des Magic Cube ist klar: Bei Kindern und Jugendlichen soll die Lust am T¨¹fteln und L?sen technischer Aufgaben geweckt werden, damit sie Vertrauen in die eigenen technischen F?higkeiten aufbauen k?nnen. Insbesondere junge Frauen untersch?tzen h?ufig ihre mathematischen und technischen Kompetenzen, was dazu beitr?gt, dass sie sich seltener eine berufliche Zukunft im MINT-Bereich vorstellen k?nnen als junge M?nner. ?Es ist toll zu sehen, wie begeistert die Sch¨¹lerinnen und Sch¨¹ler bei der Sache sind und die Aufgaben gemeinsam l?sen m?chten?, meint Axelle Krayenb¨¹hl-Tapponnier, Lehrerin am Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Gymnasium R?mib¨¹hl, ?Fast nebenbei lernen sie ganz spielerisch wichtige Grundlagen der Elektrotechnik und Physik kennen. Das ist eine tolle Bereicherung f¨¹r den Unterricht.?

Ein neues Lehrmittel

Beim Magic Cube handelt es sich um ein neues, methodisch und didaktisch auf den Lehrplan21 abgestimmtes Lehrmittel, das Lehrpersonen im Fachbereich Natur und Technik unterst¨¹tzen soll. Die ersten Ideen dazu entwickelte das Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik (D-ITET) zusammen mit Trainees von ABB. Beide Institutionen sind interessiert an talentierten Studierenden und Masterabsolventinnen und -absolventen. ?Wir sind auf gut ausgebildete Fachkr?fte am Hochtechnologiestandort Schweiz angewiesen ¨C gerade auch mit Blick auf die grossen Herausforderungen unserer Zeit wie den Klimawandel oder die Digitalisierung?, sagt Nicole Kamm, Country Human Resources Managerin ABB Schweiz. ?Wir m¨¹ssen deshalb klar kommunizieren, wie vielf?ltig die Gebiete sind, die sich hinter dem Wort ?Elektrotechnik? verbergen und wie gross ihr Nutzen f¨¹r die Gesellschaft ist?, erg?nzt Christian Franck, Professor f¨¹r Hochspannungstechnik am D-ITET. ?Mit dem Lehrmittel Magic Cube kommen wir diesem Ziel einen Schritt n?her.?

Den Nachwuchs im Visier

Mit mint & pepper, dem Nachwuchsf?rderungsprojekt des Wyss Zurich (ETH Zurich/Universit?t Zurich), wurde ein Partner gefunden, der das Forschungs-Know-how am D-ITET und die praktische Expertise in den Bereichen Industrie, Mobilit?t und Infrastruktur von ABB perfekt erg?nzt. Das Team von mint & pepper weiss, wie man erlebnisorientierte Lehrmittel aufbaut und ¨¹bernimmt auch die Vernetzung im Schul- und Freizeitumfeld. Unter der technischen und didaktischen Leitung von mint & pepper erhielt der Magic Cube seinen Namen und seine ?magischen? Funktionalit?ten. F¨¹r die Module bereiteten ETH Studierende und Spezialisten aus dem p?dagogischen Bereich komplexe technische und wissenschaftliche Inhalte so auf, dass sie der Altersstufe entsprechend attraktiv, robust und kosteng¨¹nstig umgesetzt werden k?nnen.

Ab Februar 2021 verf¨¹gbar

Magic Cube mit 12 verschiedenen Module aus dem Bereich der Elektrotechnik wird ab Februar 2021 f¨¹r den Einsatz in Schulen und Freizeitangeboten bereit sein. Schon jetzt k?nnen Lehrpersonen Buchungen f¨¹r das n?chste Semester vornehmen. Magic Cube ist f¨¹r Schulklassen oder Gruppen bis 24 Jugendliche im Alter von 12 bis 15 Jahren geeignet. ETH-Studierende und ABB Trainees, die von mint & pepper f¨¹r das Projekt Magic Cube ausgebildet werden, bringen das Material vor Ort. Sie vermitteln die technischen Zusammenh?nge und unterst¨¹tzen bei der L?sungsfindung. Sie teilen aber auch ihre Begeisterung f¨¹r ihre Studienwahl und geben praktische und spannende Einblicke in das Berufsfeld. Damit k?nnen sie vielleicht so manchen Jugendlichen motivieren, diesen Weg ebenfalls einzuschlagen.