Mit Boden experimentieren - Ein Lernzirkel

Mit Boden experimentieren

Gymnasium | Mittlere Schulformen

Naturwissenschaften & Technik

8. | 9. | 10. Klasse

6 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Der Boden stellt ein einzigartiges Ökosystem für zahlreiche Tier-, Pilz- und Pflanzenarten dar. Feldfrüchte sind eine wichtige Ernährungsgrundlage des Menschen. Aufgrund der global steigenden Bevölkerungszahlen werden immer mehr Lebensmittel benötigt. Da die landwirtschaftlich nutzbaren Flächen begrenzt sind, wird versucht, höhere Erträge durch Düngung zu erreichen. Sie sollte aber gezielt erfolgen, weil es leicht zur Überdüngung und so zur Schädigung des Ökosystems kommen kann. Eine Unterdüngung führt zum Rückgang der Bodenfruchtbarkeit. Um zu ermitteln, welche Nährstoffe in welchem Umfang zugeführt werden müssen, ist eine Bodenuntersuchung notwendig.
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Kompetenzen

Klassenstufe:8–10
Dauer:6 Unterrichtsstunden
Kompetenzen:Die Lernenden 1. wissen über Wachstumsfaktoren von Pflanzen, über Mikro- und Makronährstoffe Bescheid; 2. können Experimente zur Bodenuntersuchung selbstständig durchführen und kennen die fachlichen Hintergründe dazu.
Thematische Bereiche:Ökologie, Salze, Säuren, Ionennachweise, Komplexe

Inhaltsangabe

Ab = Arbeitsblatt, Tx = Infotext, LEK = Lernerfolgskontrolle, Sv = Schülerversuch, Sp = Spiel

1./2. Stunde

Thema:Faktoren, die das Pflanzenwachstum beeinflussen, Folgen des Düngens, Bodenhorizonte und Charakterisierung von Bodenproben
M 1 (Ab)Wachstumsfaktoren von Pflanzen
M 2 (Sp)Pflanzennährstoffe und die Folgen des Düngens
M 3 (Tx, Ab)Charakterisierung der Bodenprobe
M 4 (Sv)Farbe und Geruch der Bodenprobe
Charakterisierung verschiedener Bodenproben
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • verschiedene Bodenproben
Geräte:
  • 4–6 Aufbewahrungsboxen (eine pro Bodenprobe)
  • 1 Sieb
  • 1 wasserfester Stift
  • 1 Smartphone/Tablet oder Kamera

3./4. Stunde

Thema:Bodenkenngrößen: Trockenmasse, Wassergehalt, maximale Wasserkapazität, Lagerungsdichte, Hintergründe zum pH-Wert und zu wichtigen Nährstoffen
M 5 (Ab)Trockenmasse, Wassergehalt, die maximale Wasserkapazität und die Lagerungsdichte
M 6 (Sv)Untersuchungen zur Trockenmasse, zum Wassergehalt, zur maximalen Wasserkapazität und zur Lagerungsdichte
Bestimmung der Trockenmassen und des Wassergehalts
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 15 min + 24 Std. Trocknung
Chemikalien:
  • gesiebte Bodenproben
Geräte:
  • 4–6 kleine Aluschalen (eine pro Bodenprobe)
  • 1 Waage
  • 1 Löffel
  • 1 Trockenschrank
  • 1 Taschenrechner
  • 1 wasserfester Stift
Bestimmung der maximalen Wasserkapazität
Dauer:Vorbereitung: 10 min Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • getrocknete Bodenproben
  • Wasser
Geräte:
  • 1 Teefilter/Feinsöckchen (pro Bodenprobe)
  • 1 Waage
  • 1 Löffel
  • 1 Schüssel
  • Draht/Klemmen
  • 1 Taschenrechner
  • 1 Stift
  • 1 Uhr
Bestimmung der Lagerungsdichte
Dauer:Vorbereitung: 10 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • getrocknete Bodenproben
Geräte:
  • 1 Waage
  • 1 Messzylinder 25 ml
  • 1 Löffel
  • 1 Trichter
  • 1 Taschenrechner
  • 1 Stift
M 7 (Ab)Der pH-Wert und wichtige Nährstoffe
M 8 (Sv)Untersuchung des aktuellen und potenziellen pH-Werts der Bodenproben
Bestimmung des aktuellen und potenziellen pH-Werts
Dauer:Vorbereitung: 15 min Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • gesiebte Bodenproben
  • VE-Wasser
  • Calciumchlorid-Lösung
Geräte:
  • 4–6 Erlenmeyerkolben (einer pro Bodenprobe)
  • 1 Waage
  • 1 Messzylinder 50 ml
  • 2 Bechergläser
  • 1 Schutzbrille pro Schülerin bzw. Schüler
  • 1 Löffel
  • 1 Trichter
  • pH-Meter
  • 1 Stift
  • Filterpapier
M 9 (Sv)Bestimmung des Kalkgehalts der Bodenproben
Bestimmung des Kalkgehalts mit Salzsäure
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 5 min
Die GBUs finden Sie auf der CD 38.Chemikalien:
  • gesiebte Bodenproben
  • Salzsäure
  • kleines Stück Tafelkreide (nicht aus Gips)
Geräte:
  • 1 Smartphone/Tablet oder Kamera
  • 4–6 Petrischalen (eine pro Bodenprobe)
  • Schutzbrillen und Kittel
  • 1 Löffel
  • 1 Stift
M 10 (Sv)Bestimmung der Calcium-Ionen-Konzentration durch Titration
Titration mit EDTA
Dauer:Vorbereitung: 15 min Durchführung: 15 min
Die GBUs finden Sie auf der CD 38.Chemikalien:
  • gesiebte Bodenproben
  • VE-Wasser
  • EDTA-Lösung
  • Natronlauge
  • Calconcarbonsäure
Geräte:
  • 4–6 Filterpapiere (eines pro Bodenprobe)
  • 2 Erlenmeyerkolben 50 ml (pro Bodenprobe)
  • 1 Erlenmeyerkolben 100 ml (pro Bodenprobe)
  • Bechergläser 50 ml und 100 ml
  • 1 Messzylinder 100 ml
  • 4–6 Trichter (einen pro Bodenprobe)
  • Schutzbrillen und Kittel
  • 1 Löffel
  • Messpipetten 2 ml
  • Messpipetten 5 ml
  • 1 Peleusball
  • 1 Spatel
  • 1 Taschenrechner
  • 1 Stift

5./6. Stunde

Thema:Auswertung der Untersuchungen zur Trockenmasse, Wassergehalt, maximalen Wasserkapazität und zur Lagerungsdichte, weitere Untersuchungen zu Bodenkenngrößen
M 11 (Sv)Bestimmung der Nitrat-, Phosphat- und Eisen-Konzentration
Ermittlung der Nitrat-, Phosphat- und Eisen-Konzentration
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • Filtrate der Bodenproben
  • Testkits bzw. Teststreifen
Geräte:
  • 1 Smartphone/Tablet oder Kamera
  • sonstige Geräte siehe Testkits
  • Schutzbrillen und Kittel
  • 1 Stift
M 12 (Sv)Bestimmung der Nitrat-Konzentrationen mit Lunges-Reagenz
Ermittlung der Nitrat-Konzentration
Dauer:Vorbereitung: 20 min Durchführung: 20 min
Die GBUs finden Sie auf der CD 38.Chemikalien:
  • Filtrate der Bodenproben
  • Lunge I
  • Lunge II
  • Kaliumnitrat-Lösung
  • VE-Wasser
  • Eis
  • Natriumchlorid
  • Zinkpulver
Geräte:
  • 1 Becherglas 500 ml
  • 6 Reagenzgläser (für jede Bodenprobe ein zusätzliches)
  • 6 Stopfen (für jede Bodenprobe einen zusätzlichen)
  • 2 skalierte Pasteurpipetten 3 ml (für jede Bodenprobe eine weitere)
  • 2 Messpipetten 2 ml
  • 2 Peleusbälle
  • 1 Reagenzglasständer
  • 1 Smartphone/Tablet oder Kamera
  • Schutzbrillen und Kittel
  • 1 Mikrospatel
  • 1 wasserfester Stift
  • 1 Taschenrechner
M 13 (Sv)Bestimmung der Phosphat-Konzentrationen mit Ammoniummolybdat
Ermittlung der Phosphat-Konzentrationen
Dauer:Vorbereitung: 20 min Durchführung: 20 min
Die GBUs finden Sie auf der CD 38.Chemikalien:
  • Filtrate der Bodenproben
  • schwefelsaure Ammoniummolybdat-Lösung
  • Ascorbinsäure-Lösung
  • Kaliumhydrogenphosphat-Lösung
  • VE-Wasser
Geräte:
  • 7 Reagenzgläser (für jede Bodenprobe ein zusätzliches)
  • 7 Stopfen (für jede Bodenprobe einen zusätzlichen)
  • 2 skalierte Pasteurpipetten 1 ml (für jede Bodenprobe eine weitere 3 ml)
  • 2 Messpipetten 2 ml
  • 2 Peleusbälle
  • 1 Reagenzglasständer
  • 1 Gasbrenner
  • 1 Dreifuß und 1 Drahtnetz
  • 1 Smartphone/Tablet oder Kamera
  • Schutzbrillen und Kittel
  • 1 Becherglas 500 ml
  • 1 wasserfester Stift
  • Streichhölzer
  • 1 Taschenrechner
M 14 (Sv)Bestimmung der Eisen-Konzentrationen mit Thiocyanat
Ermittlung der Eisen-Konzentrationen
Dauer:Vorbereitung: 20 min Durchführung: 25 min
Die GBUs finden Sie auf der CD 38.Chemikalien:
  • Filtrate der Bodenproben
  • Kaliumthiocyanat-Lösung
  • Eisen(III)-chlorid-Lösung
  • 1-Propanol
  • VE-Wasser
Geräte:
  • 7 Reagenzgläser (für jede Bodenprobe ein zusätzliches)
  • 7 Stopfen (für jede Bodenprobe einen zusätzlichen)
  • 2 skalierte Pasteurpipetten 1 ml (für jede Bodenprobe eine weitere 3 ml)
  • 2 Messpipetten 2 ml
  • 1 Reagenzglasständer
  • 1 Smartphone/Tablet oder Kamera
  • Schutzbrillen und Kittel
  • 2 Peleusbälle
  • 1 wasserfester Stift
  • 1 Taschenrechner
M 15 (LEK)Boden(untersuchungs)-Quiz

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