MATERIALITÄT DES LERNENS

#Materialvielfalt #Teilhabe #Innovation

Prof. Dr. Anna Keune
Professor of Learning Sciences and Educational Design
Technologies at Technical University of Munich, Germany

Materialdesign in der MINT-Bildung für alle

Ein Brückenschlag zwischen Design, Bildung und MINT
Auf der Basis der produktiven Überschneidung von neuer Medienkunst, Design und Lernwissenschaften hat sich ein Verständnis dafür entwickelt, wie sich Materialien offenkundig auf das Lernen und die Teilnahmestrukturen in MINT-Fächern auswirken. Diese Synthese aus interdisziplinärer und internationaler Forschung, die an der Aalto University, Indiana University und der Technischen Universität München durchgeführt wurde, zeigt, wie eine durchdachte Auswahl der Materialien und ein gezieltes Materialdesign nicht nur verändern können, wie wir lernen, sondern wie sie auch die Partizipation in den technischen Bereichen mitbestimmen.

Theoretische Grundlagen

Materialien als Mitwirkende im Gestaltungsprozess
Die hier vorgestellte Arbeit beruht auf dem Prinzip des partizipativen Designs, das in den nordischen Ländern entstanden ist. Partizipatives Design beschreibt gewöhnlich einen demokratischen Gestaltungsansatz, bei dem das Recht der potenziellen zukünftigen Nutzer auf eine Beteiligung am Designprozess berücksichtigt wird (Simonsen & Robertson, 2013). Mittlerweile hat sich partizipatives Design auf verschiedene Kontexte und Regionen ausgeweitet. Im Vordergrund werden insbesondere pragmatische, ästhetische und ethische sowie, allerdings weniger häufig, auch politische Aspekte betrachtet. Im Mittelpunkt des hier verfolgten Ansatzes steht die Bedeutung von Materialien, die sie als Akteure im Designprozess (z.B. Yrjönsuuri u.a., 2019) haben und welche Möglichkeiten sie eröffnen, um soziale und greifbare Realitäten neu zu gestalten (z.B. Fenwick et al., 2015).

Konstruktionistisches Lernen in der Praxis
Wenn Lernende für sie persönlich sinnhafte Projekte gestalten, werden abstrakte Vorstellungen greifbar. (Papert, 1980). Die Bearbeitung von Objekten – ob digital oder dinglich – im Hinblick auf ein funktionierendes Design erfordert die Umsetzung formaler Ideen und führt zu einer Materialisierung von Wissen (Holbert u.a., 2020). Zum Beispiel können Lernende im Kontext der Informatik durch die Erkundung traditioneller Textilhandwerke wie Weben oder Nähen rechnerische Konzepte für die Herstellung von materiellen Veränderungen umsetzen (Keune, 2022; Keune 2024). Im Vergleich zu herkömmlichen bildschirmbasierten Umgebungen werden im Prozess der wiederholten handwerklichen Gestaltung rechnerische Begriffe wie Funktionen und Variablen greifbar. Die physische Handhabung von leitfähigen Materialien ermöglichte eine unbefangene Form der Fehlersuche und Konkretisierung computerwissenschaftlicher Begriffe. Konzepte der Informatik und Lerninhalte können in verschiedenen materiellen Kontexten deutlich zum Ausdruck gebracht werden. Beim Nähen werden computerwissenschaftliche Praktiken beispielsweise in Bezug zu einem dreidimensionalen Design gesetzt, beim Weben hingegen kommen die Aspekte von Regelmäßigkeit und Automation ins Spiel.

Erkenntnisse aus der Forschung: Beschäftigung mit Material und Partizipation

Empathie zur Förderung von Technik
Studien im Kontext von Museen haben tiefgreifende Zusammenhänge zwischen empathischen Designkriterien und einer Zuwendung zur Technik offenbart (z.B. Dawson u.a., 2015). Im Rahmen eines Forschungsprojekts im musealen Umfeld wurde diese Korrelation quantitativ nachgewiesen. In der New York Hall of Science (NYSCI) in Queens, NY wurden Technikaktivitäten gezielt unter dem Aspekt von Empathie konzipiert, um alle jungen Besucher verstärkt an Technik heranzuführen (Letourneau et al., 2021). Bei einer dieser Aktivitäten mit dem Titel ›Help Grandma‹ wurden sie aufgefordert, eine Karte mit einer Figur und einer dazugehörigen Aufgabe auszuwählen, die diese Figur zu bewältigen hatte und für die sie eine Lösung (er)finden sollten. Die jungen Museumsbesucher entwickelten eine ganze Reihe von technischen Kompetenzen im Rahmen der Aufgabe, überdies experimentierten und tüftelten sie ausdauernd, was darauf schließen ließ, dass diese Aktivitäten ein sehr anregendes Umfeld für technische Erkundungen boten. Im Vergleich zu Mädchen, die Aufgaben zu bewältigen hatten, die nicht unter dem Aspekt von Empathie konzipiert worden waren – war hier auffallend, dass sich die Anzahl der technischen Interventionen verdoppelte und die Zeit, die die jungen Museumsbesucher mit der Aktivität verbrachten, sich verdreifachte, wenn bestimmte Empathie-Marker wie Perspektivenübernahme, Vertrautheit und benutzerbasiertes Design vorhanden waren (Peppler u.a., 2020; 2021).

Geschlechtsspezifische Wahrnehmung von Materialien
Die Forschung zu Materialien für die Bewertung von mentaler Rotation wirft Fragen hinsichtlich der üblichen geschlechtsspezifischen Annahmen über eine MINT-Eignung auf. Mentale Rotation bezeichnet die Fähigkeit, die räumliche Beziehung eines Objekts zu anderen Objekten zu verstehen und sich vorzustellen. In den MINT-Bereichen spielt diese Fähigkeit des räumlichen Denkens eine wichtige Rolle (z.B. Uttal u.a.., 2013). Die Bewertungsergebnisse im Bereich des räumlichen Vorstellungsvermögens sind ein Indikator für die Aufnahme von MINT-Berufen (Wai u.a. 2009). Doch gibt es bei den Bewertungsergebnissen einen geschlechtsspezifischen Unterschied zugunsten der männlichen Teilnehmer. Wenn bei neuen Aufgabenstellungen zu mentaler dreidimensionaler Rotation jedoch weiblich kodierte Objekte einbezogen werden, verringert sich dieser Leistungsunterschied (Keune u.a. 2021). Dieses Ergebnis zeigt die Grenzen der üblichen Bewertungsszenarien auf. Wenn in Makerspaces eine vielfältige Materialpalette eingesetzt wird, führt dies zu einer erheblichen Veränderung in den Teilnahmestrukturen. Wenn in MINT-Lernumgebungen Werkzeuge und Materialien aus einem vielfältigen Spektrum von soziokulturellen und soziohistorischen Praktiken einbezogen werden, fühlen sich auch mehr Menschen in MINT-Bereichen angesprochen. Bei einer herkömmlichen Auswahl technischer Materialien lässt sich eine geschlechtsspezifische Beteiligungsstruktur feststellen, wohingegen Projekte, bei denen weiche und auch interaktive Materialien einbezogen werden, auch ein vielfältigeres Teilnahmemuster zu erwarten ist (z.B. Buchholz u.a., 2014).

Anerkennung durch Objekttransformation
Im Rahmen eines auf Anerkennung zielenden Designansatzes wird die Präsentation der Projektarbeiten von Lernenden gefördert, um ihr Interesse an einem MINT-Fach zu wecken und langfristig ihre Anbindung an technische Lerninhalte und technische Bereiche zu fördern. Auf der Grundlage von Untersuchungen zur Bewertung von Portfolios in der Maker-Ausbildung (siehe Keune u.a. 2022; Litts u.a., 2016; Lui u.a., 2019), wurde deutlich, dass unterrepräsentierte Gruppen für MINT-Bereiche durch diese gezielte Form der Anerkennung unterstützt und begeistert werden können. Im Kontext einer Fallstudie hat beispielsweise eine junge Frau ein Klavier mit Hilfe von Elektronik und kunsthandwerklichen Eingriffen in eine Jukebox verwandelt und auf diese Weise Technik und Kunst miteinander verknüpft (Keune u.a., 2019). Die Transformation eines alltäglichen Objekts zu einem ungewöhnlichen und auffallenden Objekt verlief parallel zum wachsenden technischen Selbstvertrauen der jungen Frau, da die Sichtbarkeit des Projekts verstärkt wurde, sie Anerkennung von Gleichaltrigen und Erwachsenen, aber auch der Öffentlichkeit erhielt und letztlich fühlte sie sich sogar motiviert ein Ingenieurdiplom anzustreben. Es hat sich gezeigt, dass die Sichtbarmachung der Entwicklung von Projekten auch bei anderen jungen Menschen ein äußerst wirkungsvolles Werkzeug ist, um ein Zugehörigkeitsgefühl zum MINT-Bereich zu ermöglichen, das auch maßgeblich den weiteren beruflichen Lebensweg mitbestimmen kann. (Keune & Peppler, 2019).

Fallstudien zu sinnlicher Wahrnehmung

Eine ethnografische und praxisorientierte Forschung mit erfahrenen Kunsthandwerkern eröffnet die Möglichkeit innovativer Materialkooperationen. So hat die Beschäftigung eines erfahrenen Webers mit verschiedenen Fadenspannungen zu Innovationen im computergestützten Textildesign geführt (Devendorf u.a. 2020; 2022). Das Wissen um die Plastizität von Tonerde und Knetmasse im Bereich der Keramik hat wiederum neue Ansätze im 3D-Druck hervorgebracht (Horn u.a., 2022; Buechley & Ta, 2023). Ein eingehender Austausch mit Kunsthandwerkern über die ästhetischen und taktilen Eigenschaften von Materialien kann, wie sich gezeigt hat, technische Innovation wesentlich vorantreiben (Keune u.a., 2021). So wird beispielsweise im Kontext einer Kooperation, bei der es um die sinnlichen Qualitäten von Materialien geht, der Fokus insbesondere auf die visuellen Merkmale der Materialien gelegt. Eine Expertin aus dem Bereich Quilting beschreibt, wie sie sich entgegen dem herkömmlichen Verfahren für das Setzen der Nähte am Muster des Stoffdrucks orientiert hat, um eine neue dynamische Form von Quilts zu erzeugen. Das heißt, dekorative Elemente aus einem anderen Handwerk können wie in diesem Falle eine neue Quilting-Technik hervorbringen, die auch als solche definiert wird. Im weiteren Sinne bedeutet dies, dass ästhetische und dekorative Aspekte eine treibende Kraft für die Entwicklung neuer und weit verbreiteter Techniken sein können.

Konzeptuelle Empfehlungen für die Ausbildung in Designdisziplinen

Lernumgebungen mit vielfältigen Materialqualitäten schaffen
Gut konzipierte MINT-Lernräume erfordern eine durchdachte Materialkuration:

Empathie: Vertraute Materialien und Situationen bereichern das Gestaltungskonzept durch vielfältige disziplinspezifische Praktiken und sorgen für eine breitgefächerte Teilnahmestruktur. Durch selbst verfasste Narrative und Benutzergeschichten können die Lernenden das Erlernte weiter vertiefen.

Vielfältigkeit: Technische Vielseitigkeit muss mit kultureller Resonanz kombiniert werden, wobei verschiedene Zugangsmöglichkeiten für unterschiedliche Qualifikationsniveaus zur Verfügung gestellt werden sollten. Die Einbeziehung herkömmlicher und fortschrittlicher Technologien schafft einen vielfältigen experimentellen Raum für ein breites Spektrum von Teilnehmenden.

Transformierbarkeit: Die Raumgestaltung spielt eine wesentliche Rolle, wobei Bereiche für die Sichtbarmachung der Projektarbeiten vorgesehen sind, die sich mit dem Fortschritt der Arbeit an ihnen weiterentwickeln. Spezielle Bereiche für die Erkundung von Materialien regen zum Experimentieren an, während Dokumentationsstationen die systematische Erfassung von Ergebnissen aus dem Prozess ermöglichen.

Wahrnehmung: Die Erkundung der sinnlichen Qualitäten von Materialien, einschließlich ihrer Beschaffenheit und visueller Elemente, eröffnet die Möglichkeit materielle Existenzformen zu erfühlen. Die Reaktionen auf diese Existenzformen können neue Betrachtungsweisen und technische Ansätze hervorbringen, die dann große Verbreitung finden.

Workshop: Materialbeziehungen in der Praxis

Im Mittelpunkt des Workshops steht die Gestaltung der Designausbildung mit dem Schwerpunkt auf Materialien und deren Beitrag zu Praxis, Lernen und Teilhabe.

Persönliche Materialarchäologie
Am Anfang des Workshops steht eine strukturierte Reflexion über prägende Materialerfahrungen. Dabei wird der Frage nachgegangen, wie materielle Interaktionen sich auf das persönliche Lernverhalten auswirken. Die Leiter des Workshops führen die Teilnehmenden durch eine umfassende Erkundung von Materialeigenschaften, emotionalen Bezügen und Lernverläufen. Welche Materialien eignen sich aufgrund ihrer Komplexität für Lernumgebungen? Auf welche Weise ermöglichen sie umfassende konzeptuelle Erkundungen?

Schematische Darstellung von Materialien in der Gruppe
Die Teilnehmenden erstellen in der Gruppe visuelle Darstellungen ihrer materiellen Lernerfahrungen, um gemeinsame Muster und Unterschiede zu bestimmen. Diese Anschauungsübung zeigt auf welch unterschiedliche Art und Weise Materialien Zugang zu technischen Erkenntnissen und Erfahrungen eröffnen können. Inwiefern sind persönliche materielle Objekte ähnlich oder unterschiedlich?

Materialdesign in der Ausbildung in der Zukunft
Im nächsten Schritt werden im Rahmen des Workshops konkrete Strategien für die Umsetzung materialbasierten Lernens in spezifischen Kontexten entwickelt. Die Teilnehmenden erstellen Auswahlkriterien für Materialien für bestimmte Lernziele und erörtern Strategien wie sich diese in bestehende Lehrpläne einbeziehen lassen. Sie erarbeiten Bewertungsansätze zur Beurteilung von Materialwissen und legen Dokumentationsmethoden für materielle Lernprozesse fest. Welchen Bezug haben die Materialien zur aktuellen Lehrpraxis im Bereich Design? Können die im Workshop besprochenen Materialien und Lernwege in die Designausbildung einfließen und wie? Welche Ressourcen sind erforderlich, um derartige pädagogische Ideen kontextbezogen zu erproben und anzuwenden?

(Aktualisiert am 20. November 2025)