VU Gelände- und Labormethoden: Abflussbildungsprozesse (Boden und Hydrologie)

Nähere Beschreibung des Projekts

Die VU Gelände- und Labormethoden: Abflussbildungsprozesse (Boden und Hydrologie) hat zum Ziel, die Studierenden mit einem umfassenden Hintergrundwissen zu den Abflussbildungsprozessen und den Methoden zu ihrer Identifizierung auszustatten. Nach dem didaktischen Prinzip der Selbsttätigkeit wird darauf geachtet, dass die Studierenden die besprochenen Methoden selbst aktiv ausführen. Die Lehrveranstaltung ist wie folgt aufgebaut:

1) In den ersten fünf Einheiten im Seminarraum (bzw. wenn Covid-19-bedingt notwendig, virtuell) werden in Form von Kurzreferaten und deren anschließender Diskussion die bodenkundlichen und bodenhydrologischen Grundlagen und die in der Folge angewandten Methoden erarbeitet. Zu den Kurzreferaten müssen je ca. fünfseitige Texte verfasst werden, zu denen es von den Lehrveranstaltungsleiter*innen detailliertes Feedback gibt und die am Ende des Kurses als ein konzentriertes Manual für alle zur Verfügung stehen.

2) Am ersten Tag im Gelände werden in Gruppen zu je vier Studierenden Bodenprofile gegraben. Ihre Aufnahme und Bewertung hinsichtlich der Abflussbildungseigenschaften dieser Standorte erfolgt anhand des Aufnahmeschlüssels und Bewertungstools des Merkblatts DWA-M922 (2020). Da die Lehrveranstaltungsleiterin Gertraud Meißl Mitglied der DWA-AG HW1.3 war, die dieses Merkblatt über Jahre entwickelt hat, steht im Rahmen der Lehrveranstaltung umfangreiches Hintergrundwissen zur Entstehung dieser neuen Methode bereit. Die Studierenden erarbeiten die Bewertung anhand ihres eigenen Bodenprofils und stellen den jeweils anderen Gruppen am Ende des Tages die Besonderheiten ihres Profils und den Diskussionstand dessen Bewertung vor. Außerdem werden Bodenproben für weitere Übungen und Analysen im Labor entnommen.

An einem weiteren Termin im Seminarraum werden die Bewertungsergebnisse der verschiedenen Profile diskutiert, wenn notwendig adaptiert und verglichen/zusammengefasst.

3) An einem zweiten Tag im Gelände werden auf denselben Flächen Messungen durchgeführt, die zur Plausibilisierung der Bewertung der Abflussbildungsprozesse anhand der Bodenprofile herangezogen werden können. Dabei werden Oberflächenabflussbeiwerte mit Hilfe von Beregnungsversuchen mit einer Kleinberegnungsanlage bestimmt und die Bodenpermeabilität mit dem Doppelringinfiltrometer und dem Guelph-Permeameter gemessen. Damit alle Studierenden selbst möglichst intensiv Hand anlegen und nicht in der Rolle von Zuschauer*innen verbleiben, gibt es für diese Lehrveranstaltungseinheit zwei Termine, an denen jeweils die Hälfte der Gruppe teilnimmt. Auf die Weise sind alle Kursteilnehmer*innen intensiv mit den unterschiedlichen Messungen befasst. Bei den komplexeren Verfahren (Guelph-Permeameter und Kleinberegnungsanlage) übernehmen jeweils die Studierenden, die diese Messverfahren im Seminar vorgestellt haben, Verantwortung für die praktische Umsetzung. An dem „Messtag“ werden immer wieder Zeiten eingerichtet, in denen sich die Kleingruppen gegenseitig die Verfahren vorstellen, damit trotz der Verantwortung für eine bestimmte Messung Erfahrungen zu den anderen Methoden geteilt werden.

4) Die entnommenen Bodenproben werden im Labor bearbeitet. Dabei wird zuerst die gesättigte hydraulischen Leitfähigkeit gemessen, im Anschluss daran werden der Skelettanteil (= Anteil an Steinen > 2mm), der Wurzelanteil, die Lagerungsdichte und der Glühverlust (zur Bestimmung des Anteils der organischen Substanz) ermittelt. Dabei werden sowohl die Verfahren der systematischen Probenvorbereitung als auch die nachfolgenden Berechnungsschritte vermittelt. Zudem die sogenannte „Fingerprobe“ zur Bestimmung der Korngrößenverteilung der Feinerde ausführlich getestet und im Vergleich zu alternativen Labormethoden diskutiert. Für alle angewandten Methoden, sowohl im Gelände direkt am Standort als auch im Labor gilt: die Studierenden lernen durch ihre eigenen Arbeit die Ausführung der Methode kennen, die notwendigen Dokumentationsarbeiten sowie mögliche Fehlerquellen bzw. Vor-und Nachteile bestimmter Methoden. Für die Tage im Gelände und die Laborarbeit steht ein*e Tutor*in zur Unterstützung bereit.

In den vergangenen beiden Studienjahren war die Arbeit im Labor wegen des Konflikts zwischen den eher beengten Platzverhältnissen und den Covid-19-Abstandsregeln nicht möglich. Um das zu kompensieren, haben die Lehrveranstaltungsleiter*innen Videos im Umfang von 1 h 25 min hergestellt, in denen die einzelnen Arbeitsschritte erläutert werden. Diese Videos werden auch in Zukunft für die Einführung in die Laborarbeit herangezogen, wodurch mehr Zeit im Kurs für die Diskussion bleibt. Sie können in der Vorbereitungsphase auf die Laborarbeit zu einem von den Studierenden selbst bestimmten Zeitpunkt angesehen werden und stehen den Studierenden auch nach Abschluss des Kurses zur Verfügung.

5) In abschließenden drei Terminen im Seminarraum werden die Ergebnisse aus der Arbeit im Gelände und im Labor zusammengetragen und auf Konsistenz geprüft. Es werden dabei die graphischen Darstellungsmöglichkeiten erörtert und mögliche Widersprüche im Vergleich der Methoden untereinander diskutiert. Auf diese Weise kann eine abschließende Bewertung der Abflussbildung an den Standorten durchgeführt werden. Die Studierenden fassen die Ergebnisse in einer Abschlusspräsentation zusammen und diskutieren dabei auch die Potentiale, Limitationen von unterschiedlichen Methoden sowie ihre Kombinierbarkeit.

Der Kurs kombiniert unterschiedliche didaktische Methoden (Kurzreferate; detailliertes Feedback zu den schriftlichen Arbeiten; gemeinsame Diskussion; selbständiges Videostudium; selbständige Anwendung von Bewertungs- und Messmethoden unter Aufsicht, so dass bei Bedarf angeleitet oder korrigierend eingegriffen werden kann; Zusammenschau und adäquate graphische Darstellung aller Ergebnisse in einer Abschlusspräsentation).

Die beiden Fachbereiche Bodenkunde und Hydrologie, an deren Schnittstelle die Lehrveranstaltung angesiedelt ist, werden durch die Kooperation der beiden Lehrveranstaltungsleiter*innen, die in der Bodenkunde bzw. Hydrologie forschen und u.a. zu den verwendeten Methoden publizieren, abgedeckt. Es zeigt sich dabei, dass sich gerade an der Schnittstelle von Fachbereichen, die ansonsten getrennt gelehrt sind, sich spannende, neue Fragestellungen ergeben und Forschungsmethoden angewandt werden können. Dass die Studierenden in Kleingruppen zu ca. vier Personen an den Profilen, den Messgeräten und im Labor arbeiten, steigert (bei einer Gruppengröße von bis zu 20 Studierenden) die Lerneffizienz und wird durch den erhöhten Zeitaufwand durch die Lehrveranstaltungsleitung ermöglicht.

Nachhaltigkeit

Das Konzept der Lehrveranstaltung, möglichst viele unterschiedliche didaktische Elemente zu kombinieren und vor allem den Studierenden zu ermöglichen, sehr viele Arbeitsschritte selbst durchzuführen, lässt sich auf andere Lehrveranstaltungen übertragen, ebenso das systematische Durcharbeiten eines „Forschungsprozesses“. Limitierend ist jedoch der Aufwand für die Lehrveranstaltungsleitung.