Das Boden-Phänomen

Teaser „Das Boden-Phänomen“

Was wird vermittelt?

Warum ist der Boden für Pflanzen wichtig? Wie kann man die Bodenart bestimmen?

Im Experiment „Das Boden-Phänomen“ erforschen Kinder, warum an manchen Orten Pflanzen gut wachsen – und an anderen kaum. Ausgangspunkt ist die Beobachtung an einem Strand: Bis zu den Dünen wachsen Pflanzen, aber im reinen Sand wächst nichts mehr. Im Labor werden drei Bodenproben – Gartenboden, Feldweg und Dünensand – mithilfe einer Schlämmprobe in ihre Bestandteile Sand, Schluff und Ton getrennt. Dabei zeigt sich, wie unterschiedlich Böden zusammengesetzt sind. Anschließend wird mit einer Durchlaufprobe untersucht, wie schnell Wasser durch die verschiedenen Böden sickert: Sand lässt es schnell durch, Schluff langsamer und Ton hält Wasser lange zurück. Außerdem wird die im Boden enthaltene Luft durch aufsteigende Blasen sichtbar gemacht. In einer optionalen „Profi-Aufgabe“ wird zusätzlich der Humusgehalt durch Glühen einer Bodenprobe bestimmt. Der Erklärfilm zeigt abschließend, wie die verschiedenen Bodenbestandteile – Sand, Schluff, Ton, organisches Material, Wasser und Luft – zusammenwirken und bestimmen, welche Pflanzen an welchem Standort wachsen können. Im optionalen Expertentest sollen die Kinder die drei Bodenarten erkennen und korrekt benennen.

Direkt zum Experiment

Schritt-für-Schritt-Anleitung für den Einsatz im Unterricht

Dauer: ca 30-40 Minuten

Lernziel: Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie man Bodenproben in ihre Bestandteile auftrennt (Schlämmprobe), wie die Korngröße von Bodenbestandeilen Einfluss auf Wasserdurchlauf und Wasserspeicherung hat (Durchlaufprobe) und wie man organischen Anteil (Humus) mit einem Glühverlust bestimmt.

Einstieg

Die Lernenden öffnen das virtuelle Labor und folgen der Einführung von Dr. Blubber. Am Strand wachsen hinter den Dünen kaum Pflanzen. Nun soll untersucht werden, wie sich unterschiedliche Böden zusammensetzen und wie dies das Pflanzenwachstum beeinflusst.

Schritt 1: Materialien auswählen

Nun suchen die Lernenden die benötigten Materialien im virtuellen Materialschrank.
  • drei Laborflaschen
  • einen Plastiklöffel
  • vier Messzylinder
  • drei Trichter
  • drei Papierfilter
  • einen Erlenmeyerkolben
Hinweise helfen den Lernenden bei der Auswahl.

Schritt 2: Schlämmprobe vorbereiten (Auftrennung der Bestandteile)

Auf dem Labortisch liegen drei Bodenproben unterschiedlicher Art: Sand, Gartenerde und Erde von einem Feldweg. Aufgabe ist, eine Schlämmprobe durchzuführen, um die Bodenbestandteile zu trennen. Dazu füllen die Lernenden jede Laborflasche mit einer Bodenprobe und Wasser. Dann werden die Flaschen fest verschlossen und kräftig geschüttelt, bis sich eine einheitliche, trübe Suspension gebildet hat.

Schritt 3: Beobachten und Schichten abwarten

Die Flaschen werden auf den Tisch gestellt und die Lernenden beobachten das Absetzen der Partikel. Zuerst setzen sich die gröbsten Teilchen ab (Sand), nach einigen Minuten folgt eine feinere Schicht (Schluff), und die sehr feinen Teilchen (Ton) brauchen deutlich länger. Die Bodenproben haben sich komplett aufgetrennt.

Schritt 4: Ergebnisse erklären

Ein Erklärfilm ordnet die sichtbaren Schichten den Begriffen Sand, Schluff und Ton zu und wiederholt, dass die verschiedenen mineralischen Bestandteile des Bodens unterschiedlich groß sind. Es wird erläutert, dass die unterschiedliche Zusammensetzung des Bodens Auswirkungen auf die Durchlauffähigkeit des Wassers und Wasserhaltefähigkeit des Bodens hat.

Schritt 5: Erläuterung Durchlaufprobe

Dr. Blubber erläutert, dass diese Eigenschaften der Böden mit der „Durchlaufprobe“ erforscht werden können. Es soll gemessen werden, wie lange 20 ml Wasser brauchen, um durch jede Bodenprobe zu laufen.

Schritt 6: Durchlaufprobe durchführen

Es wird mit der Sandprobe begonnen: Die Lernenden platzieren einen Trichter und einen Papierfilter auf einen Messzylinder. Danach wird die Bodenprobe eingefüllt, 20 ml Wasser hinzugegeben und die Stoppuhr gestartet. Die Lernenden beobachten, wie lange das Wasser braucht, bis es im Messzylinder ankommt (Zeitraffer). Im Anschluss wird die Durchlaufprobe für Schluff und Ton gemacht. Die Lernenden beobachten: Sand lässt Wasser schnell durch (4,5 min), Schluff langsamer (7 min), Ton am langsamsten (9 min). Sie erkennen: Je kleiner die Körnchengröße der Bodenteilchen, desto langsamer läuft das Wasser durch. Die Größe der Teilchen der mineralischen Substanzen hat eine Auswirkung darauf, wie viel Wasser der Boden speichern kann.

Schritt 7: Luft im Boden sichtbar machen

Nun wird der Erlenmeyerkolben verwendet: Die Lernenden füllen ihn mit der Bodenprobe des Feldwegs und geben Wasser hinzu. Sie beobachten, wie Luftblasen aus der Probe aufsteigen. So wird deutlich, dass Böden Luft enthalten. Die Lernenden haben nun die Option, die Profi-Aufgabe durchzuführen oder zu überspringen.

Schritt 8, Option 1: Bodenanimation wiederholen

Die Lernanimation des Bodens vom Anfang wird noch einmal gezeigt und die Bodenbestandteile und ihre Funktionen werden näher erklärt.

Schritt 8, Option 2: Profi-Aufgabe (Glühverlust zur Humusbestimmung)

Die Lernenden beantworten Zwischenfragen auf dem Forscherpad, die sie auf das Vorgehen im Experiment vorbereiten: Woraus besteht Boden abgesehen von den mineralischen Bestandteilen und woher stammt die dunkle Farbe des Bodens (organische Substanz)? Wie kann der Gewichtsanteil der organischen Substanz an einer Bodenprobe ermittelt werden (Gewichtsverlust der Bodenprobe nach Verbrennung)? Die nächsten Schritte sind:
  • Leergewicht einer Porzellanschale wiegen und notieren (40 g)
  • Bodenprobe in die Schale geben, Gesamtgewicht wiegen (50 g), Gewicht der Bodenprobe berechnen (10 g) und beides ins Protokoll eintragen
  • Probe im Laborofen bei hoher Temperatur für den angegebenen Zeitraum glühen (im virtuellen Ablauf 12 Stunden). Organisches Material ist in CO2 umgewandelt worden
  • Bodenprobe erneut wiegen und Wert notieren (48 g)
  • Glühverlust berechnen (Differenz vor/nach Glühen) und den Anteil organischer Substanz (Humus) bestimmen (2 g)
Nach dem Eingeben der Messergebnisse erläutert Dr. Blubber den Versuch, was der Humusgehalt im Boden bedeutet. Anschließend folgt die Lernanimation, siehe Option 1.

Schritt 9: Aufräumen

Die Lernenden entscheiden, ob sie das virtuelle Labor selbst aufräumen oder dies automatisch erledigen lassen möchten. Wenn sie sich für das selbstständige Aufräumen entscheiden, müssen sie die benutzten Materialien korrekt sortieren.

Expertentest (optional)

Im Test ordnen die Lernenden per Drag & Drop den grafisch dargestellten Bodentyp den richtigen Bezeichnungen zu (sandig/tonig/schluffig). Die Lernenden erhalten ein Expertendiplom, wenn sie den Test vollständig bis zum Ende durchführen.