Ziele des Projekts Waldboden

Sowohl der Lehrplan für den Biologieunterricht in der Mittelstufe als auch der für die gymnasiale Oberstufe sieht unter der Perspektive des biologischen Basiskonzepts „System“ die Vermittlung von Unterrichtsinhalten zu einem Ökosystem der Heimatregion vor. Auch methodische Kompetenzen sollen im Rahmen von praktischen Untersuchungen in dem gewählten Ökosystem geschult werden. Es bot sich deshalb an, die Laubwaldfläche „Rumbecker“ durch ihre unmittelbare Nachbarschaft zum Franz-Stock-Gymnasium und ihre verschiedenartige Oberflächen- und Waldstruktur als Modellbeispiel für ein Ökosystem Wald in den Unterricht einzubeziehen und daran ökologische Beziehungen und Abhängigkeiten sowie die Folgen von menschlichen Eingriffen zu untersuchen. Da zu dem Ökosystem Wald auch der Boden unter der Pflanzendecke gehört und hier viele chemische Aspekte von grundlegender Bedeutung für das Funktionieren des Gesamtsystem sind, wurden im Rahmen des Projekts Waldboden schwerpunktmäßig chemische Untersuchungen zu verschiedenen Bodenfaktoren durchgeführt, dabei Messmethoden geschult, Messergebnisse erfasst und die Kooperation mit außerschulischen Fachstellen geübt.
Das Projekt Waldboden wurde von Beginn an fächerübergreifend in Verbindung  mit dem biologischen Projekt „Pflanzenverbreitung“ geplant und praktisch durchgeführt. Auf diese Weise konnten chemische Untersuchungsergebnisse zum Boden mit biologische Untersuchungsergebnissen zur Verbreitung und zum Existenzbereich von Pflanzenarten kombiniert ausgewertet und ökologische Abhängigkeiten erkannt werden.

Primäres Ziel des umfassenden mehrjährigen Schulprojekts „Waldboden“ war es, von den Bodenfaktoren der Waldfläche „Rumbecker Holz“ konkrete Untersuchungsdaten aus der Schulumgebung zu erhalten. Diese sollten anschließend als anschauliche Datengrundlage zur Erarbeitung fachspezifischer Themen mit ökologischen Zusammenhängen am Beispiel Boden in den Fächern Chemie, Biologie und Geografie eingesetzt werden, z.B. in der Chemie bei Redox-Vorgänge, bei der Mineralisierung organischer Substanz, bei Ionenspeicherung und Ionenaustausch, in der Biologie beim Stickstoffkreislauf, bei Pflanzenernährung oder bei Abhängigkeiten der Pflanzen von verschiedenen Bodenfaktoren und in der Geografie beim Kreislauf der Gesteine und den Grundgesteinen vor Ort, bei der Unterscheidung Bodentypen, beim Bodenwasserhaushalt oder bei menschlichen Eingriffen in den Boden durch Landwirtschaft und Siedlungsbau.   

Inhaltliche Ziele

Es sollten zu folgenden inhaltlichen Fragestellung praktische Untersuchungen durchgeführt und Messdaten auf der Untersuchungsfläche Rumbecker Holz ermittelt und dabei adäquate Messwerterfassungs- und Auswertemethoden angewendet werden:

  • Welcher Bodentyp lässt sich im Rumbecker Holz durch die Analyse des Bodenprofils in einer Schürfgrube und der dabei erkennbaren Bodenhorizonte ableiten? Sind auf der Untersuchungsfläche unterschiedliche Bodentypen nachweisbar?
  • Welches Grundgestein kann dem Boden des Rumbecker Holzes durch Auswerten von Geologischen Karten zugeordnet werden und welche Auswirkungen hat die Verwitterung dieses Grundgesteins auf die Ausbildung des vorhandenen Bodentyps?
  • Kann anhand der Auswertung von Bodenkarten festgestellt werden, ob die Bodenbildung auf der Untersuchungsfläche durch weitere geologische Prozesse wie Eiszeiten beeinflusst wurde?
  • Welche Bodenpartikel bilden den mineralischen Bodenkörper? Wie sind diese entstanden? Welche bodenprägenden Eigenschaften weisen die vorhandenen Bodenpartikel aufgrund ihres chemisch-kristallinen Baus auf?
  • Welche Bodenart kann den untersuchten Bodenprofilen aufgrund des Mischungsverhältnisses der unterschiedlich großen Bodenpartikel zugeordnet werden? 
  • Welche Ausprägung hat der Humuskörper an verschiedenen Probestellen im Untersuchungsgebiet? Welche Aussagen zur Humusbildung sowie zur Humusform lassen sich durch die Untersuchung von Humuskörpern machen?
  • Welche Aussagen zur Humusform und der Bildung von mineralisch gebundenem Stickstoff lassen sich mit Hilfe des Verhältnisses vom Gesamtkohlenstoff- zum Gesamtstickstoffgehalt (C/N-Verhältnis) im Humuskörper an verschiedenen Probestellen im Untersuchungsgebiet machen? Wie lässt sich aus den Messwerten des C/N-Verhältnisses für den Oberboden des Untersuchungsgebiets ein Verteilungsmuster des Stickstoffgehalts ableiten?
  • Welches Verhältnis von Ammonium zu Nitrat ist an verschiedenen Probestellen im Untersuchungsgebiet zu finden? Wovon ist das Ammonium-Nitrat-Verhältnis anhängig? Was sagt das Verhältnis für die Stickstoffversorgung der Pflanzen aus?
  • Wo finden sich die Messwerte zum C/N-Verhältnis und zum Ammonium-Nitrat-Verhältnis im Stickstoff-Kreislauf des Ökosystems „Rumbecker Holz“ wieder?
  • Welche Bodenfeuchtigkeit ist auf der Fläche des Untersuchungsgebiets im Oberboden zu messen? Wie sieht das Verteilungsmuster der Bodenfeuchtigkeit auf der Untersuchungsfläche aus?
  • Welcher Bodensäuregehalt ist auf der Fläche des Untersuchungsgebiets im Oberboden zu messen? Wie sieht das Verteilungsmuster der pH-Werte im Boden der Untersuchungsfläche aus?
  • Wie hoch ist der Kationengehalt entlang der angelegten Bodenprofile unterschiedlicher Bodentypen? Was sagen die Messwerte über die Kationenspeicherung und den Kationen-Austausch im Boden aus?
  • Welche menschlichen Eingriffe sind auf der Untersuchungsfläche erkennbar? Welche Auswirkungen haben die Eingriffe auf den Boden und die Vegetation?

Methodische (prozessbezogene) Kompetenzziele

  • Entwickeln von Fragestellungen zu Beobachtungen an den erstellten Bodenprofilen;  
  • Planen von methodischen Vorgehensweisen zur Klärung der inhaltlichen Fragestellungen;
  • Kennenlernen und Anwenden von verschiedenen auf die inhaltlichen Fragestellungen bezogenen Messverfahren;
  • Lernen einer genauen schrittweisen praktischen Durchführung von chemischen Analysen von der Bodenprobenentnahme bis zum endgültigen Messergebnis;
  • Recherchieren zu den einzelnen thematischen Fragestellungen und Untersuchungsmethoden in verschiedenen verlässlichen Fachquellen;
  • Üben der Zusammenarbeit mit außerschulischen Fachpartnern wie Fachexperten und Fachinstituten bei der Anwendung von komplexeren Messverfahren und der Interpretation der Messdaten;
  • Sammeln, Dokumentieren und Auswerten der Messdaten und Vergleich der eigenen Messdaten mit entsprechenden Daten in der Fachliteratur;
  • Präsentieren der Untersuchungsziele, des Untersuchungsablaufs, der Messverfahren und Untersuchungsergebnisse, z.B. vor der Schulöffentlichkeit in der Projektwoche und am Tag der offenen Tür.

Hinweise zu der praktischen Umsetzbarkeit

Es muss erwähnt werden, dass sich die meisten der oben aufgeführten inhaltlichen und methodischen Ziele nur mit Schülergruppen der Leistungs- und Grundkurse Chemie außerhalb des planmäßigen Unterrichts während Projektwochen oder im Rahmen von Projektarbeiten zu erreichen waren. Zusätzlich war bei einzelnen Untersuchungen zur Erfassung genauer Messwerte die Mithilfe von externen Laboren verschiedener Fachinstitute und heimischer Firmen notwendig. Daneben wurden die Laboruntersuchungen in der Schule durch das Beschaffen von speziellem Laborgerät ermöglicht.

Bei jüngeren Schülergruppen war die praktische Beschäftigung mit dem Boden im lehrplangemäßen Chemieunterricht das Ziel, u.a.:

  • Jahrgangsstufe 7
    Qualitative Aspekte wie Stoffgemisch und Stofftrennungsverfahren, Aggregatzustand, Teilchenbegriff am Beispiel einer Bodenprobe.
  • Jahrgangsstufe 9/10
    pH-Wert und pH-Bestimmung, Ionen, Ionengehalt und Leitwert, Ionenaustausch, einfache Nitrat-, Ammonium-, Calcium- und Härte -Bestimmung an Bodenproben.

Viele methodisch-didaktische Hinweise zur praktischen Durchführung der chemischen Bodenuntersuchungen, die während des Projektes „Waldboden“ gesammelt wurden, sind in den gesonderten Veröffentlichungen von M. Voß zusammengestellt (VOSS 2008 und VOSS 2010).