Lernmaterialien

Künstliche Intelligenz nimmt in unserem Alltag – und auch im Leben von Schüler:innen – einen immer größeren Raum ein. Bildbasierte KI-Systeme werden heute unter anderem in der Navigation, der Umweltüberwachung, im Katastrophenschutz, in der Landwirtschaft, in der Stadtplanung sowie in sozialen Medien eingesetzt. Daher ist es wichtig, dass Schüler:innen diese Informatiksysteme nicht nur anwenden, sondern auch verstehen, analysieren und kritisch bewerten können. Ziele Die Schüler:innen sollen … erklären, wie Bilddaten für KI-Systeme aufbereitet und kategorisiert werden, den…

Erdbeobachtungssatelliten liefern täglich enorme Mengen an Bilddaten. Doch wie erkennt man automatisch, ob ein Pixel Vegetation, eine Straße oder eine Siedlung zeigt? In diesem Video erklären wir anhand eines einfachen Beispiels, wie künstliche neuronale Netzwerke (Artificial Neural Networks, ANN) funktionieren. Wir bauen Schritt für Schritt ein kleines „künstliches Gehirn“, das anhand der RGB-Farbwerte eines Pixels entscheidet, ob es sich eher um Vegetation oder eine versiegelte Fläche handelt. Dabei lernen wir die wichtigsten Bausteine eines neuronalen Netzes kennen: Input…

Dieses Booklet bietet einen anschaulichen Einstieg in die Erdbeobachtung mit dem europäischen Copernicus-Programm. Vorgestellt werden die Sentinel-Satelliten – die „Wächter im All“ – und ihre Aufgaben bei der Beobachtung von Klima, Umwelt und Veränderungen auf der Erde. Neben den technischen Grundlagen wie Auflösung, Spektren und Bildinterpretation zeigt das Heft praxisnahe Beispiele, wie Satellitenbilder im Schulunterricht eingesetzt werden können – etwa in Geographie, Biologie, Physik oder Informatik. Zudem werden aktuelle Bildungsprojekte, frei verfügbare Datenportale und Software-Tools…

Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird kombiniert und als Farben dargestellt, um verborgene Eigenschaften der Erdoberfläche sichtbar zu machen – so entstehen Falschfarbenbilder. Vegetation, Wasser, Boden und menschliche Strukturen reflektieren das Licht unterschiedlich in diesen Spektralbändern, sodass sie in Falschfarbendarstellungen leicht voneinander zu unterscheiden sind. In diesem Video lernst du, wie Falschfarben in der Fernerkundung entstehen, welche Kombinationen verwendet werden und welche Informationen man daraus ableiten kann. Bleib dabei, um mehr zu entdecken!

Metaan (CH4) on tugev kasvuhoonegaas. Selle peamised heitkogused pärinevad põllumajandusest, fossiilkütuste põletamisest ja jäätmemajandusest. Ülemaailmne metaani kontsentratsioon atmosfääris on aastakümneid suurenenud. Alates 2006. aastast on selle sisaldus suurenenud ligikaudu 7%. Kiireim viis heitme vähendamiseks on kontrollida fossiilkütuste käitlemist. Satelliidipiltide abil on võimalik tuvastada selliseid ettearvamatuid ja lühiajalisi lekkeid nagu torujuhtmete ja gaasiväljade lekked. Hollandi kosmoseuuringute instituut kasutab oluliste reostuskollete kaardistamiseks satelliidipiltide…

Methan (CH4) ist nach Kohlenstoffdioxid (CO2) das wichtigste anthropogene Treibhausgas. Daher ist es wichtig, die atmosphärischen Konzentrationen dieser Gase streng zu überwachen. Wie aber kann man mittels Satelliten die atmosphärische Methan-Konzentration messen? Und Was zeigen uns diese Messungen? Fächer: Naturwissenschaften Leitfrage: Was zeigen uns Satelliten-Beobachtungen von Methan? Themen: Methan Konzentration, Klimaentwicklung, Klimawandel

Die Meeresoberflächentemperatur (SST) steuert Wetter, Klima und extreme Ereignisse wie El Niño. Doch was genau misst man eigentlich – die oberen 20 Meter Wasser oder nur einen hauchdünnen Film an der Oberfläche? In dieser Einheit erkundest du echte Satellitendaten aus dem Copernicus-Programm und machst sichtbar, wie sich die Ozeane durch den Klimawandel verändern. Fächer: Naturwissenschaften Leitfrage: Wie verändert sich die Meeresoberflächentemperatur aufgrund des Klimawandels? Themen: Meerestemperaturen, Klimaentwicklung, Klimawandel Links zu allen interaktiven Grafiken:…

Temperaturen zu messen ist nichts Ungewöhnliches – ein Blick aufs Thermometer, und schon wissen wir, ob es Zeit für die Badesachen ist. Doch um globale Herausforderungen wie den Klimawandel zu verstehen, reicht der Blick vor die Haustür nicht aus. Dafür benötigen wir Daten aus den entlegensten Winkeln der Erde – auch aus dem All! Hier kommt der Satellit Sentinel-3 ins Spiel. Er misst die Temperatur der Erdoberfläche aus 800 km Höhe, selbst mitten im Ozean. In diesem Video zeigen wir, wie Sentinel-3 funktioniert und warum seine Daten entscheidend für das Verständnis von Phänomenen wie…

In diesem Video untersuchen wir, wie spiegelnde und diffuse Reflexion funktionieren und wie Radarsatelliten diese nutzen, um die Erdoberfläche aus dem Weltraum zu beobachten. Wir erklären, warum glatte Oberflächen wie Wasser oder Straßen das Radar-Signal vom Satelliten weg reflektieren und dadurch als dunkle Pixel erscheinen, während raue Oberflächen wie Vegetation das Signal in viele Richtungen streuen, heller wirken und so detaillierte Informationen über die Beschaffenheit der Erde liefern. Dabei wird anschaulich gezeigt, wie diese unterschiedlichen Reflexionsarten in Radarbildern sichtbar…

Das Erzeugen scharfer Bilder aus dem All mit langwelligen elektromagnetischen Wellen stellt eine bedeutende technische Herausforderung dar. SAR, oder Synthetic Aperture Radar, ist eine Technologie, die es ermöglicht, die scheinbaren Grenzen der Physik zu überwinden. In diesem Video erfahrt ihr, wie SAR funktioniert und wie es physikalische Prinzipien nutzt, um physikalische Einschränkungen zu umgehen.

Bilder aus dem All Satellitenbilder zeigen unseren Planeten aus neuen Blickwinkeln und in den ungewöhnlichsten Farben. Doch sie sehen nicht nur schön aus! Mit ihrer Hilfe werden vor allem Informationen gesammelt deren Analyse zum Verständnis des Systems Erde und des Wandels in dem es sich befindet einen unschätzbaren Beitrag leisten. Doch wie geschieht das? Wie sehen diese stillen Beobachter, die Satelliten, aus? Welche Daten liefern sie und wie helfen sie uns dabei die hochdynamischen Prozesse auf unserem Planeten zu verstehen und zu erkennen welche Rolle der Mensch dabei spielt?

Die Physik der elektromagnetischen Wellen eröffnet der Fernerkundung nicht nur viele Möglichkeiten, sondern sorgt auch für gewisse Einschränkungen. Diese Einschränkungen besagen: Radarsatelliten können eigentlich nicht funktionieren! Warum? Das lässt sich, mathematisch und physikalisch, herleiten.

CO2 hauptverantwortlich für den momentan stattfindenden Klimawandel. Es gibt allerdings große Unsicherheiten, wer genau wie viel CO2 emittiert und wo wie viel CO2 von der Biosphäre aufgenommen wird. Satellitenmessungen der atmosphärischen CO2 Konzentration können dazu beitragen die anthropogenen Emissionen grenzübergreifend zu beobachten. In dieser Unterrichtseinheit können SuS mit Hilfe einer interaktiven Grafik atmosphärische CO2-Konzentrationen bestimmen sowie Herausforderungen bei Satellitenmessungen ableiten und diskutieren. Fächer: Naturwissenschaften Leitfrage: Wie können…

Am Beispiel des Braunkohletagebaus Hambach westlich von Köln werden die Entstehung und Lage von Braunkohle sowie die Abbautechniken genau erklärt. Ergänzend vergleichen und bewerten die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung verschiedener durch den Braunkohleabbau geprägter Gebiete. Dabei sollen sie die Bedeutung des Braunkohleabbaus für die deutsche Energieversorgung verstehen und die Entwicklung nach der Rekultivierung einschätzen lernen. In dieser Unterrichtseinheit werden verschiedene Fernerkundungsdaten eingesetzt – von optischen Satellitendaten wie MODIS oder LANDSAT bis hin zu einem…

CO2 ist das wichtigste anthropogene Treibhausgas und hauptverantwortlich für den momentan stattfindenden Klimawandel. Hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger, stieg die atmosphärische CO2 Konzentration seit der industriellen Revolution kontinuierlich an. Im dieser Unterrichtseinheit können Schüler mit Hilfe einer interaktiven Grafik diesen Anstieg nachverfolgen, und die Prozesse die ihn verursacht haben nachvollziehen. Leitfrage: Wie können Klimawissenschaftler und Klimaleugner dieselben CO2 Konzentrationsmesswerte untersuchen und dabei zu konträren Aussagen gelangen?…

Satellitenbilder zeigen die Schönheit der Erde, ermöglichen neue Erkenntnisse in der Forschung und liefern wichtige Daten für zahlreiche Anwendungsbereiche. Doch was kann man auf ihnen wohl am häufigsten beobachten? Die Antwort: Wolken, Wolken und nochmals Wolken. Eine zeitlich lückenlose Beobachtung der Vorgänge auf der Erdoberfläche wird so natürlich erschwert. Doch es gibt Satelliten, für die Wolken kein Problem darstellen und die eine ganze Reihe von Eigenschaften haben, die sie zu wichtigen Werkzeugen für die Beobachtung unseres Planeten machen – die Radarsatelliten.

In der modernen Beobachtung der Erdoberfläche und ihrer Veränderungsdynamik sind Radarsysteme von entscheidender Bedeutung. Sie erlauben es, großflächige Oberflächenstrukturen selektiv zu erfassen und zu klassifizieren. Mithilfe von Radarfernerkundung können Veränderungen beispielsweise von Vegetationsverteilungen oder Gletschern detektiert werden. Mit Hilfe von ausgewählten Radarbildern erhalten die Schüler und Schülerinnen (SuS) einen Überblick über die Möglichkeiten zur Erfassung von Veränderungsdynamiken an der Erdoberfläche. Diese Erkenntnisse werden mit Hintergrundwissen zu dem Thema…

Diese Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Strukturen von Städten in vier verschiedenen Kulturräumen der Erde. Das Lernmodul ist so aufgebaut, dass die Schüler/Innen in einem ersten Teil mehr über die Entwicklung und innere Differenzierung von Städten aus Mitteleuropa, den USA, Südamerika und den sozialistischen Staaten erfahren. Anhand von Schrägluftbildern und schematischen Illustrationen können sich die Schüler/Innen eigenständig über die kulturgenetische Entwicklung der ausgesuchten Stadtmodelle informieren. Im nächsten Schritt erfolgt der praktische Teil. Hier…

Digitale Bilder gehören im Zeitalter von Digitalkameras, Smartphones und Internet zu unserem Alltag. Aber wie sind digitale Bilder aufgebaut und welche Informationen sind darin enthalten? Das Lernmodul "1, 0 – Spalte, Reihe, Bild" geht dieser Frage auf den Grund und deckt dabei auf, wie sich ein Bild aus einzelnen Pixeln zusammensetzt und wie der Computer die in diesen Pixeln enthaltenen Informationen abspeichert. Dabei wird ausgehend vom binären Zahlensystem hergeleitet, wie der Computer Informationen in Bits und Bytes speichert und wie diese – letztlich nur als 1 und 0 vorliegenden Zahlen…

Am konkreten Beispiel der verheerenden Waldbrände in Griechenland 2007 setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Dynamik und Stabilität von Ökosystemen auseinander. Sie schlüpfen in die Rolle eines Beraters, der für die EU-Kommission die Entwicklung der Vegetation nach der Feuerkatastrophe analysieren soll. Zu diesem Zweck setzen die Schülerinnen und Schüler Satellitenbilder ein. Zunächst setzen sie sich mit den verschiedenen Spektralkanälen eines optischen Satelliten auseinander und berechnen einen Vegetationsindex (NDVI), der ihnen Aufschluss über die Vitalität der Vegetation gibt.…

Zentrales Element dieser Unterrichtseinheit ist ein Satellitenfilm, der die Wetterphänomene im Verlaufe eines Tages darstellt. Mithilfe des Films wird die atmosphärische Zirkulation in den globalen Zusammenhang eingebettet und besonders einprägsam veranschaulicht. Der Film regt die Schülerinnen und Schüler zur Auseinandersetzung mit der Entstehung und den Zusammenhängen von Wolken- und Windsystemen, Konvektions- und Advektionsprozessen sowie globalen Austauschprozessen an. Niveau: leicht Voraussetzungen: Aufbau der Atmosphäre, Verdunstung, Kondensation, relative Feuchte,…

Zentrales Element dieser Unterrichtseinheit ist das Satellitenbild "Erde bei Nacht". Darauf ist deutlich zu erkennen, dass sich Anzahl und Dichte der abgebildeten Lichtpunkte in den verschiedenen Regionen unterscheiden. Die Schülerinnen und Schüler können davon Aussagen über den regional unterschiedlichen Energieverbrauch auf der Erde ableiten. Die dadurch angedeuteten Disparitäten werden durch ergänzende Materialien genauer untersucht. So kommen die Schülerinnen und Schüler dazu, den Begriff des "Entwicklungslandes" beziehungsweise dessen Indikatoren kritisch zu hinterfragen. Niveau:…