Thorsten Steinbrinker Grundschule Pye
Thema der Unterrichtseinheit:
Wasser
Thema der Unterrichtsstunde:
Was passiert mit dem Wasser im Erdboden?
Stundenziel:
Die Schüler1 sollen durch die Durchführung mehrerer Versuche erkennen, dass einige Bodenschichten (Erde, Sand, Kies) Wasser durchlassen und dass sich (Grund-) Wasser über einer undurchlässigen Tonschicht im Boden sammelt.
Teilziele:
Die Schüler sollen:
eigene Vermutungen über den Verbleib des Regenwassers im Boden anstellen und verbalisieren können.
anhand der demonstrierten Bodenarten und des Bodenschichtmodells den Aufbau des Bodens kennen lernen.
Experimente selbstständig aufbauen, durchführen, die Ergebnisse verbalisieren und mit ihren Hypothesen vergleichen.
sachgerecht mit den Versuchsmaterialien umgehen.
Gliederung der Unterrichtseinheit:
1. Stunde: Wasser kann flüssig oder fest sein 2. Stunde: Die Eigenschaften von Wasser 3. Stunde: Wasser kann verschwinden 4. + 5. Stunde: Der Kreislauf des Wassers
5. Stunde: Was passiert mit dem Wasser im Erdboden?
6. Stunde: Wie entsteht eine Quelle?
7. Stunde: Trinkwassergewinnung durch Brunnenbohrung 8. Stunde: Wie kommt das Trinkwasser in den Wasserhahn?
1 Benennt sowohl weibliche als auch männliche Schüler
Literatur:
Bochter, R.: Boden und Bodenuntersuchungen – Für den Unterricht. In: Chemie, Biologie und Geographie. Praxis Schriftreihe, Band 53. Köln 1995.
Einsiedler, W.: Arbeitsformen im modernen Sachunterricht der Grundschule. Donauwörth 1978.
Faltmeier, R.: Lebensraum Boden. Biologie – Praktischer Unterricht. Stuttgart 1996.
Kaiser, A.: Arbeitsbuch zur Didaktik des Sachunterrichts. Schneider-Verlag, Hohengehren 2001.
Mayer, W. G.: Der Sachunterricht. Teil II. Heinsberg 1993.
Nieders. Kultusministerium (Hrsg.): Rahmenrichtlinien für die Grundschule. Sachunterricht.
Schroedel, Hannover 1982.
Pommerening, R.; Ritter, J. (Hrsg): Pusteblume. Das Sachbuch, 3. Schuljahr. Schroedel 2001.
Schächter, M.: Mittendrin – Ohne Wasser läuft nichts. Berlin 1988.
Schreier, H.: Erstaunliche Experimente. In: Grundschule 9/1992, S. 16-24. Braunschweig 1992.
Vester, Frederic: Wasser = Leben. Ravensburg 1987.
Internetadressen:
www.stadtwerke-osnabrueck.de www.al.fh-osnabrueck.de
2 Sachanalyse
Wasser ist nicht nur eine Ansammlung von H2O-Molekülen mit physikalisch bemerkenswerten Eigenschaften. Wasser ist viel mehr, nämlich Träger des Lebens schlechthin, unverzichtbarer Bestandteil des Naturhaushaltes und existentielles Lebensmittel für Mensch, Tier und Pflanze. Es unterliegt komplexen Naturgesetzen und befindet sich in einem ständigen Kreislauf und Phasenwechsel. Innerhalb des Wasserkreislaufes versickert ein Achtel der Gesamtniederschlagsmenge in Form von Regen, Schnee oder Hagel im Boden.
Dabei bleibt ein geringer Teil der Niederschläge als Haftwasser in den oberen Mutterbodenschichten wie Erde oder Humus und wird von den Wurzeln der Pflanzen aufgesogen. Überschüssiges Wasser sinkt als Senkwasser durch tiefere Bodenschichten wie Sand und Kies, bis es auf eine wasserundurchlässige Schicht aus Ton, Mergel oder Felsen trifft. Dort staut es sich, füllt die Hohlräume der darüber liegenden Schichten aus und bildet so das Grundwasser. Liegen mehrere wasserundurchlässige Schichten übereinander und haben sie Löcher, durch die das Wasser in weitere Sand- oder Kiesschichten sickern kann, entstehen Grundwasserstockwerke, die mehrere tausend Meter tief in die Erde hinabreichen können.
Endet eine wasserundurchlässige Schicht an der Erdoberfläche, z.B. an einem Berghang, tritt das gestaute Wasser als Quelle wieder aus. Für das Leben auf der Erde sind insbesondere die oberen Grundwasserschichten von Bedeutung. Sie regulieren den Wasserstand der Bäche und Flüsse und sind Trinkwasserreservoir.2 Das öffentliche Leitungsnetz wird von den Wasserwerken zu 100 %3 aus Grundwasser beliefert, das von Natur aus am besten die an Trinkwasser zu stellenden Anforderungen erfüllt, weil es besonders gut vor Verunreinigungen geschützt ist und beim Durchströmen des Bodens gefiltert wird.
Die in der heutigen Stunde durchgeführten Versuche zur Entstehung des Grundwassers haben Modellcharakter, d.h. sie liefern ein vereinfachtes Abbild der Wirklichkeit. Durch die in einem Aquarium vorgenommene Schichtung von Kies, Ton, Kies, Sand und Erde werden wesentliche und für den Versuch bedeutsame Bodenarten der Region berücksichtigt.4 Aus witterungsbedingten Gründen wird statt Erde aus der Natur Blumenerde (als wasser- durchlässiges Gemisch mit Sand vermischt) verwendet. Leitungswasser dient als Regenwasser. Nach den Schülerversuchen wird „Regenwasser“ am Innenrand des Aquariums auf die darin befindlichen Bodenschichten gegossen und beobachtet, wie das Wasser durch die Erde, Sand und Kies sickert, um sich über der Tonschicht zu sammeln. Die wesentlichen Begriffe der Unterrichtsstunde sind bereits mehrfach verwandt und durch den vorhergehenden Text erläutert worden. Im Einzelnen sollen die Begriffe:
„Bodenschicht, Erde, Sand, Kies, Ton, versickern, wasserundurchlässig, Grundwasser, Regenwasser“
verstanden und im Unterrichtsgespräch sachgerecht genutzt werden.
3 Didaktische Überlegungen
In den Rahmenrichtlinien für die Grundschule „Sachunterricht“ ist unter dem Lernfeld
„Mensch und heimatlicher Lebensraum“ das Rahmenthema „Menschen müssen ihre Lebensgrundlagen schützen“ die „Wasserversorgung“ als Zusatzthema mit der Nummer 3.2.3, für das 3./4. Schuljahr, aufgeführt.5 Es wird dort bemerkt: „Die Sorge um die Sicherung
2 vgl. Schächter, S. 34-37
3 Quelle: Stadtwerke Osnabrück
4 vgl. www.al.fh-osnabrueck.de
5 vgl. RRL, S. 56
unserer Trinkwasserversorgung nimmt zu. [...] Die Schüler sollen erkennen, dass die Versorgung mit einwandfreiem Wasser [...]öffentliche und private Aufgabe“ ist.6
Der intendierte Aspekt, mit Trinkwasser sorgsam umzugehen und möglichst Trinkwasser einzusparen, zeigt auf, wie anachronistisch die RRL für den Sachunterricht sind. Die Wasserversorger (in unserem Fall die Stadtwerke Osnabrück) sowie die deutlich stärker von ökologischen Inhalten gelenkten Naturschutzverbände weisen gegenwärtig ausdrücklich darauf hin, dass die Reduktion des Trinkwasserverbrauches mit einer Kostenerhöhung für die Instandhaltung des Leitungsnetzes einhergehen wird. Des Weiteren fällt in der norddeutschen Tiefebene (und der gesamten Bundesrepublik) ausreichend Niederschlag, so dass es unmöglich sein wird, den Grundwasserspiegel durch Abpumpen von Trinkwasser negativ zu tangieren.7 Aufgrund dessen ist der Aspekt der Trinkwassereinsparung als Unterrichtsinhalt zu vernachlässigen. Fragt man jedoch, woher das Trinkwasser kommt, erhält man nicht selten die Antwort: „Aus dem Wasserhahn“, was zunächst auch nicht falsch ist. Wasser ist für Kinder ein Element, mit dem sie auf vielfältige Art und Weise Erfahrungen machen (Schwimmbad, duschen, baden, Zähne putzen, beim Kochen, als Trinkwasser, Niederschläge u.a.). Das Vorhandensein von Wasser, insbesondere in Form von Regen und Trinkwasser, ist den Kindern aus ihrem Alltag oft so nah, dass sie selbstverständlich damit umgehen, dessen Herkunft und Verbleib jedoch nur selten kennen.8
Die Schüler der Grundschule Eversburg wachsen überwiegend in einem städtischen Bereich, mit vielen versiegelten Flächen, auf. Dennoch ist ihnen das Phänomen des oberirdischen Einsickerns von Regenwasser nicht unbekannt. Beispielsweise ist der Sportplatz (Rasenfläche) der Schule ein beliebter Aufenthaltsort in den Pausen. Bei länger anhaltenden Regenfällen wird das Betreten der Rasenfläche jedoch untersagt, da die Wassermengen nicht schnell genug versickern und der Rasen bei Belastung Schaden nehmen würde. Unbekannt ist ihnen dagegen weitgehend der weitere unterirdische Weg dieses Regenwassers. Aufgrund dessen sollen die Schüler eigene Vermutungen über den Verbleib des Regenwassers im Boden anstellen und verbalisieren.
Die heutigen Versuche demonstrieren in anschaulicher Weise die Entstehung des Grundwassers und verdeutlichen somit den Verbleib des Regenwassers im Boden. Die Materialien und die Durchführung des Versuchs stehen dabei exemplarisch für die in der Natur verborgenen Vorgänge und machen sie sichtbar. Hierin ist der notwendige, festzuhaltende Wissensbesitz der Unterrichtsstunde zu sehen, der entsprechend in den Stundenzielen verbalisiert ist.
Nach Schreier ist es eine wesentliche Aufgabe des Sachunterrichts, „elementare Lernerfahrungen zu vermitteln, die den Kindern dabei helfen das komplexe Bild der bestehenden Wirklichkeit einschließlich deren unsichtbaren Dimensionen zu sehen.“9 Im Hinblick auf den weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit lernen die Schüler heute den Teil des Wasserkreislaufs kennen, in den der Mensch eingreift, um sich mit Trinkwasser zu versorgen.
Demnach bildet der Stundeninhalt zugleich die Voraussetzung dafür, den weiten Weg des Grundwassers vom Brunnen über das Wasserwerk in die Haushalte im Unterricht behandeln zu können.
6 ebda.
7 vgl. www.stadtwerke-osnabrueck.de
8 Pro Tag verbraucht eine Person in Osnabrück rund 132 ltr. Trinkwasser. Das entspricht einem Kostenvolumen von ca. 0,20 € p. Tag. Vgl. ebda.
9 Schreier, S. 17
4. Methodische Überlegungen
Nach der Begrüßung der Klasse bitte ich die Schüler in den Sitzkreis. Ausgehend von meiner Frage nach dem Verbleib des Regenwassers der letzten regnerischen Tage sind sie aufgefordert, ihr diesbezügliches Vorwissen zu äußern.
Anhand eines demonstrierten Bodenschichtmodells (Aquarium gefüllt mit Kies, Ton, Kies, Sand, Erde), der einzelnen, in Schälchen gefüllten Bodenarten und einer Gießkanne sollen die Kinder den Aufbau des Bodens und die Beschaffenheit der einzelnen Bodenarten beschreiben sowie Vorschläge zur Durchführung der Versuche machen. Darüber hinaus sollen sie auch Hypothesen zu möglichen Ergebnissen äußern, um sie in der Auswertungsphase aufzugreifen und mit den tatsächlichen Ergebnis(sen) zu vergleichen. Die Ankündigung der folgenden Gruppenarbeit zur selbstständigen Versuchsdurchführung liefert die weitere Transparenz der Stunde. Die Versuchsdurchführung und deren genaue Beobachtung ist als „Arbeitsform als Befragen der Natur“ zu verstehen.10
Es ist noch immer notwendig, die Durchführung der Versuche im Sitzkreis durchzusprechen und zu demonstrieren, da das eigenständige Ausführen rein schriftlicher Arbeitsaufträge häufig zu Missverständnissen und in deren Folge zu Spannungen in der Arbeitsgruppe führt.
Nun erhalten die Schüler den Auftrag sich in den bekannten Arbeitsgruppen (s. Situation der Lerngruppe), unter Berücksichtigung evtl. fehlender Schüler, zusammenzufinden. Die Gruppen holen sich selbstständig die zur Versuchsdurchführung notwendigen Materialien von der Fensterbank. Jede Gruppe benötigt: fünf durchsichtige Plastikbecher mit Löchern im Boden, je ein Schälchen mit Erde, Sand, Kies und Ton. Des Weiteren einen Messbecher mit Wasser und eine Schüssel zum Unterstellen, sowie das Arbeitsblatt mit dem Arbeitsauftrag, der gleichzeitig als Tafelbild visualisiert wird. Nach der Besorgung der Materialien folgt die Experimentierphase in den Gruppen. Dabei füllen die Mitglieder Sand, Kies, Erde und Ton in jeweils einen Becher und lassen es darauf „regnen“. Sie müssen nun genau beobachten, ob das jeweilige Material Wasser durchlässt oder nicht, und dies anschließend auf dem Arbeitsblatt notieren. Sollte eine Gruppe deutlich früher als die anderen zu Ergebnissen gekommen sein, besteht die Zusatzaufgabe darin, die Bodenschichten übereinander in einem Becher zu schichten und zu beobachten, welchen Weg das Wasser nimmt. Der Lehrer hält sich in dieser Experimentierphase zurück, steht aber als Ansprechpartner bereit. Besondere Aufmerksamkeit erhält in dieser Phase der Gruppentisch Nummer fünf, an dem Fabian sitzt (s. Situation der Lerngruppe). Kurz vor Ende der Arbeitsphase gebe ich ein akustisches Signal.
Alternativ hätten die Schüler gleich alle Bodenschichten, entsprechend dem Bodenschichtmodell, in einen Becher füllen können und durch Beobachtung herausarbeiten, dass die unterste Tonschicht wasserundurchlässig ist. Ich habe mich jedoch aus folgendem Grund für die oben angegebene Versuchsdurchführung entschieden: Werden die Becher jeweils einzeln mit nur einer bestimmten Bodenschicht befüllt, erschließt sich deutlich, dass die Tonschicht kein Wasser durchlässt. Beim kombinierten Modell (alle Bodenschichten in einem Becher) ist nur an der sukzessiven Dunkelfärbung der einzelnen Schichten zu erkennen, dass sie vom Wasser durchdrungen werden. Es besteht also ein deutlich höherer Anspruch in Bezug auf das zielgerichtete Beobachten, die Auswertung und die anschließende Verbalisierung des Ergebnisses. Mit einer leistungsstärkeren Klasse würde ich mich für das kombinierte Modell entscheiden, halte die jetzige Versuchsanordnung für diese Lerngruppe jedoch für sinnvoller (vgl. Situation der Lerngruppe).
Die Schüler kommen erneut im Stuhlkreis zusammen und tragen ihre Versuchsergebnisse vor.
Die anfangs angestellten Vermutungen, was bei Regen passiert, werden erneut aufgegriffen
10 vgl. Einsiedler
und erweitert. In dieser Gesprächsphase sollen die Schüler die Fachbegriffe (s. Sachanalyse) nutzen und möglichst in vollständigen Sätzen an der Auswertung teilnehmen.
Zur Überprüfung des Ergebnisses (Ton lässt kein Wasser durch) lässt es der Lehrer über dem Bodenschichtenmodell regnen (s. Sachanalyse) und die Schüler beobachten erneut den Weg des Wassers, welches auf der Tonschicht als „Grundwasser“ stehen bleibt und nicht bis auf die unterste Kiesschicht vordringt. Dies dient der Zusammenfassung des geplanten Lernzuwachses und soll von den Schülern verbalisiert werden.
Sollte nach dem Aufräumen noch Zeit vorhanden sein, präsentiert der Lehrer als Zusammenfassung und Festigung noch einmal kurz die Entstehung von Grundwasser mithilfe einer Powerpoint-Präsentation. Das gewählte Medium bündelt noch einmal die Schüleraufmerksamkeit. Die Abbildung der Präsentation werden die Schüler in der folgenden Sachunterrichtsstunde als Arbeitsblatt erhalten und beschriften.
Nach Brunner steht in dieser Unterrichtsstunde das Lernen der enaktiven Ebene (Handlungserfahrung, gezielte Beobachtung, Experiment) im Vordergrund, begleitet durch die ikonische Ebene (Veranschaulichung durch Powerpoint-Präsentation). Aus zeitökonomischen Gründen wird die symbolische Ebene (Verschriftlichung der Ergebnisse) erst in der folgenden Sachunterrichtsstunde erreicht werden.
4.1 Medienanalyse
Die eingesetzten Medien sind überwiegend Alltagsmaterialien, die somit leicht verfügbar sind und andererseits den meisten Schülern vertraut erscheinen dürften. Es ist aufgrund dessen nicht von Berührungsängsten seitens der Schüler auszugehen. Die Materialien, mit denen die Schüler umgehen, sind: Messbecher (bringen die Schüler am Donnerstag mit zur Schule) mit Leitungswasser, durchsichtige Plastikbecher, Schüsseln zum Unterstellen, Löffel zum Portionieren, (Blumen-) Erde, Kies, Sand (vom Schulspielplatz), Ton (evtl. einigen Schülern aus der Ton-AG der Schule bekannt). Das Bodenschichtmodell stelle ich selber her und nutze hierfür ein altes Terrarium der Grundschule Pye.
Der in der didaktischen Reserve eingeplante Beamer wird erstmals von mir eingesetzt. Er bündelt vermutlich die Aufmerksamkeit der Schüler und ist vom Medienzentrum Osnabrück entliehen. Ein weiterer Grund für den Einsatz des Gerätes ist die Möglichkeit, komplexere und ansprechendere Präsentationen vorzunehmen, als es die Tafel oder der Tageslichtprojektor zulassen.
Anlagen:
Stundenverlauf
Sitzplan
Arbeitsblatt
Tafelbild
