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Sand Automata: Einführung in einfache kinetische Objekte

Sand Automata: Einführung in einfache kinetische Objekte

Niveau: A2-B1 | Autorin: Natascha Klumpp | Datum: 24.03.26

Sand-Automaten (engl. sand automata oder sandpile models) sind einfache, regelbasierte Simulationen, bei denen „Körner“ auf ein Gitter fallen, sich ansammeln und bei Überschreitung einer Schwelle weitergegeben werden. Trotz ihrer Minimalität zeigen sie sofort Bewegung, Veränderung über die Zeit und interaktive Dynamik – zentrale Merkmale kinetischer Objekte.

Der OER ist als ready-to-make ausgelegt, d.h. die Lehrkraft kann ohne Vorkenntnisse über den Einsatz und die Fertigung von CAD-Dateien; die STL-Datei einfach ausdrucken und direkt mit dem Einsatz beginnen. Sollte an der Schule kein eigener Drucker vorhanden sein, kann man sich die Form auch bei einer Partnerschule oder im Medienzentrum ausdrucken lassen, wenn man sich mit ihnen in Verbindung setzt. Mit Hilfe der Form kann man beliebig oft Abformungen vornehmen.

Die Einheit ist für den BK-Unterricht gedacht, kann aber auch als Idee für einen Tag der offenen Tür genutzt werden.

Draufsicht auf mehrere weiße, geometrische Bauteile auf einer hellen Fläche. Zwischen zwei rechteckigen Rahmen liegen ein graues Gliederfigürchen, eine Büroklammer, kleine runde Elemente und ein ovales weißes Bauteil.

Bildquelle: sand automata 1.png von Natascha Klumpp [CC-BY-SA 4.0]

Freigestellte Draufsicht auf weiße geometrische Bauteile: links eine große rechteckige Schale, oben mittig ein dreieckiges Element und rechts ein rechteckiger Rahmen. Dazwischen liegen eine kleine schwarze Gliederfigur, eine Büroklammer, zwei runde Befestigungselemente und vorne ein ovales weißes Bauteil.

Bildquelle: sand automata 2.png von Natascha Klumpp [CC-BY-SA 4.0]

Draufsicht auf ein rechteckiges, sandfarbenes Objekt mit erhöhtem Rand. Im oberen Bereich laufen zwei schräge Flächen trichterförmig zu einem schmalen Mittelsteg zusammen, der über einer runden Vertiefung mit kleinem dunklem Punkt endet. Am unteren Rand liegen feine Sandablagerungen.

Bildquelle: sand automata 3.png von Natascha Klumpp [CC-BY-SA 4.0]

Unscharfe Seitenansicht einer kleinen, hellen menschlichen Figur vor weißem Hintergrund, die sich um ihre eigene Achse dreht.

Bildquelle: sand automata 4.png von Natascha Klumpp [CC-BY-SA 4.0]

Seitenansicht einer kleinen, hellen menschlichen Figur vor weißem Hintergrund. Im Gegensatz zum vorherigen Bild hängt die Figur aufrecht an einer Befestigung am Kopf, während ihre Füße frei über dem Boden schweben.

Bildquelle: sand automata 5.png von Natascha Klumpp [CC-BY-SA 4.0]

    Bildungsplan

    Klasse 7: Raum und Form, Gestalten im Raum, Einführung in dreidimensionale Arbeiten; erste Experimente mit beweglichen Bauteilen.

    Klasse 8: Material und Technik, Technisches Gestalten, Vertiefung von Werkstoffen, Mechanik und einfachen Antriebsprinzipien – zentrale Grundlagen für kinetische Objekte.

    Klasse 9: Bewegung und Zeit, Bewegung in der Kunst, Analyse von Bewegung als künstlerisches Gestaltungsmittel; eigenständige Umsetzung von Objekten, die sich über Zeit verändern.

    Darüber hinaus: Skulpturen/ Farbenlehre/ Arbeiten mit Gießmaterialien, je nachdem wie man es im eigenen Unterricht einsetzen will.

    Warum das Thema bereits in der Grundschule sinnvoll ist:

    • Bewegung als Grundprinzip - Kinder erleben täglich bewegliche Dinge (Spielzeug, Natur). Das bewusste Gestalten von Bewegung stärkt das räumliche Vorstellungsvermögen.
    • Handlungsorientiertes Lernen - Durch Basteln, Ausprobieren und Testen wird das „learning by doing“ gefördert – ein zentraler Ansatz im Grundschul-Kunstunterricht.
    • Fächerübergreifende Anknüpfung - Mechanische Grundbegriffe (Drehpunkt, Hebel) lassen sich leicht mit Physik-Einheiten zu Kräften und einfachen Maschinen verknüpfen.

    Schulartübergreifend von 3-10.

    Vorwissen

    Die Lehrkraft braucht keinerlei Vorkenntnisse, sollte sich aber mit dem Grundprinzip der Sand-Automaten vorab vertraut machen, damit man den Schülerinnen und Schülern die technischen Voraussetzungen erklären kann und die Ergebnisse gut werden.

    Organisationsform

    Empfohlen werden ca. 2-4 Unterrichtsstunden. Das gibt den Schülerinnen und Schülern die nötige Zeit sich mit dem Thema auseinanderzusetzen.

    Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie man an das Thema herangehen kann.

    Nur die Lehrkraft hat ein ausgedrucktes Modell, bringt dieses mit und die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die Funktion der Sand-Automaten selbständig (auch als Stationenarbeiten möglich) und bauen anschließend ein eigenes Modell, das auch modifiziert sein kann, je nach Talent der Schüler.

    Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Lehrkraft für alle Schülerinnen und Schüler die nötigen Materialien ausdruckt und diese dann nur noch die Dekoration des Stückes vornehmen und den Quarzsand einfüllen.

    Ergebnissicherung

    Inhaltlich bietet es sich an, dass man im Anschluss die fertigen kinetischen Objekte gemeinsam anschaut und bespricht. (Dazu sollte sich die Lehrkraft überlegen, welche Aspekte ihr wichtig sind und worauf die Schülerinnen und Schüler bei der Ausarbeitung achten sollten.)

    Material

    Software: TinkerSchool

    Technik: Notebook, 3D-Drucker

    Weitere Materialien: Filament, Quarzsand, Büroklammer, Flüssigkleber, dünne Plexiglasfolie

    STL Dateien zum Druck:

    Variationen

    Die Unterrichtseinheit lässt sich erweitern, indem man die Schülerinnen und Schüler eigene Ideen in einem einfachen CAD-Programm erstellen lässt und diese dann umsetzt. Auch das Anfertigen einer eigenen modifizierten kinetischen Skulptur mit anderen Antrieben als Sand ist möglich. Vertiefend kann man sich mit weiteren Skulpturen auseinandersetzen, z. B. von Jean Tinguely.

    Resümee

    Spielerisch kann man hier zeigen, wie man 3D-Druck einsetzen kann, um diesen für die Anfertigung von kinetischen Modellen zu verwenden.

    Weitere Informationen

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