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11 12 13 AR-Apps Fach Klasse Material Physik

Von der Erde zum Mond und zurück –
Gravitation im Erde-Mond-System

Wie beeinflusst
der Mond die Erde – und wie die Erde den Mond?
Was wäre, wenn sich der Mond viel näher um die Erde drehen würde – oder viel weiter weg?
Und wieso trifft der Mondschatten die Erde so selten?

Im neuen Arbeitsblatt “Von der Erde zum Mond und zurück – Gravitation im Erde-Mond-System” mit dazugehöriger App beschäftigen sich Schüler*innen experimentell mit der Veränderung des Erde-Mond-Abstandes. Mit dem Smartphone nehmen die Schüler*innen die Position des Mondes ein und können aus dem Weltraum heraus experimentieren. So finden sie heraus, was passiert, wenn sie der Erde immer näher kommen – sowohl auf der Erde, als auch auf dem Mond. Mit der Mondschatten-Simulation und dem Video einer Mondfinsternis aus dem All ermitteln sie nicht nur, warum Mond- und Sonnenfinsternisse so selten sind, sondern erhalten auch ein Verständnis für die Größenverhältnisse im Weltraum.

Die App ist Teil der Columbus-Eye-App. Kostenlos erhältlich bei Google Play (Part “Erde-Mond-System”)

Ziele: Die Schüler*innen sollen…

  • Die Auswirkungen differentieller Gravitation erkennen,
  • Wechselwirkungen im Kräftesystem Erde-Mond erkennen,
  • physikalische Größen begründet auswählen und deduktiv in einer Hypothese verarbeiten,
  • ein Gedankenexperiment durchführen

Die Zip-Datei (1MB) enthält das Arbeitsblatt, Lehrermaterial mit Stundenplanung und Musterlösungen und das Haupt-Markerbild “Erde”. Für technisch Interessierte ist die Arbeitsweise der App mit den physikalischen, mathematischen und geographischen Hintergründen im Zusatzmaterial erklärt.

ColumbusEye_GravitationImErdeMondSystem_2020Download
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11 12 13 AR-Apps Fach Geographie Klasse Material

Erde bei Nacht –
Energieverbrauch um Rhein, Ruhr, Mass und Schelde

In dieser Einheit befassen sich die Schüler*innen mit der Energiegewinnung und -verbrauch in den benachbarten Regionen Belgien und Nordrhein-Westfalen. Dabei werden tatsächliche Auswirkungen des in NRW intensiven Braunkohletagebaus und potentielle Auswirkungen des in Belgien bevorzugten Atomstroms anhand von animiertem Kartenmaterial verglichen. Ein Video der Region bei Nacht, aufgenommen von der ISS, verdeutlicht den Energieverbrauch ebenso wie die unterschiedlich entwickelte Siedlungsstruktur.

Die App ist Teil der Columbus-Eye-App. Kostenlos erhältlich bei Google Play (Part “Erde bei Nacht”)

Ziele: Die Schüler*innen sollen…

  • Unterschiede in der Stadtstrukturentwicklung basierend auf naturräumlichen Gegebenheiten erkennen.
  • Einflüsse der räumlichen Verteilung von fossilen Energieträgern auf die lokale Wirtschaft erkennen.
  • Anthropogene Gefährdungen durch Energiegewinnung und -Verbrauch erkennen, einschätzen und nach Alternativen suchen.
FIS_ErdeBeiNacht-EnergieverbrauchDownload
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10 11 12 13 Fach Geographie Klasse Lernmodul Material

Städte der Welt aus der Luft begriffen

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 stehen den Schüler/Innen vier hochaufgelöste Echtfarben-Bilder des RapidEye-Satelliten zur Verfügung. Sie können diese Bilder mit Hilfe der so genanten „Edge Detection“ (Kantendetektion) bearbeiten. So werden Kanten und Linien hervorgehoben, Flächen dagegen treten in den Hintergrund. Anhand der sich abzeichnenden Struktur, können die Schüler/Innen das Wissen über die spezifische Stadtentwicklung und der inneren Differenzierung der ausgesuchten Kulturräume anwenden und versuchen Gemeinsamkeiten wie Unterschiede zwischen Realität und Idealtyp festzustellen.

Klassen: 10, 11, 12, 13

Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Niveau: fortgeschritten

Voraussetzungen: keine

Themen: Kantendetektion, Kulturräume der Erde, Satellitenbilder, Stadtentwicklung, Stadtmodelle, Stadtstrukturen

Autoren: Andreas Rienow, Henryk Hodam, Ali Zubair Shah

Ziele: 

  • Stadtstrukturen sollen erkannt und beschrieben werden.
  • Stadtmodelle unterschiedlicher Kulturräume werden erörtert.
  • Sich mit Hilfe von Satellitenbildern räumlich orientieren können.
  • Anwendung der Bildbearbeitungsmethode zur Detektion von Kanten in einem Satellitenbild.
Geographie_StaedtederWeltDownload
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12 Fach Geographie Klasse Lernmodul Material

Erde bei Nacht – Disparitäten werden sichtbar

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.

Klassen: 12

Bearbeitungszeit: 1 – 2 Stunden

Niveau: einführend

Voraussetzungen: keine

Themen: Energieverbrauch, Entwicklungsland, Erde bei Nacht, Industrialisierung, Weltweite Disparitäten, Wirtschaftssektoren

Autoren: Caroline Kraas, Florian Thierfeldt, Kerstin Voß

Ziele: 

  • Die Schüler/Innen sollen die weltweite “Ungleichverteilung” und die Disparitäten von Energie anhand des Bildes “Erde bei Nacht” erkennen und benennen.
  • Der Entwicklungsstand Deutschlands und der Philippinen soll anhand von Wirtschafts- und ausgewählten weiteren Faktoren verglichen und dargestellt werden.
  • Erörterung der Mehrdimensionalität der Begriffe “Entwicklungsstand”, “Entwicklungsland” und “Industrieland”.
Geographie_ErdeBeiNachtDownload
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10 11 12 Fach Geographie Klasse Klima Material Physik Uncategorized

Das Treibhausgas CO2 im Laufe der Zeit

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. 

Jahrgangstufen: 10,11,12

Bearbeitungszeit: 90 min

Fächer : Geographie, Chemie

Leitfrage: Wie können Klimawissenschaftler und Klimaleugner dieselben CO2 Konzentrationsmesswerte untersuchen und dabei zu konträren Aussagen gelangen?

Themen: CO2 Konzentration, Klimaentwicklung, Klimawandel

https://www.iup.uni-bremen.de/carbon_ghg/Clim4Edu/interaktiv/clim4edu_co2ts.html
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11 12 Fach Klasse Lernmodul Material Physik

Mikrowellen aus dem All – Die Erde im Radar

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 Radarfernerkundung, sowie grundlegendes Wissen über Eigenschaften von Mikrowellen ergänzt.

Das Ziel der Unterrichtseinheit „Radar” ist das Verständnis grundlegender Eigenschaften elektromagnetischer Wellen und ihrer Anwendungsmöglichkeiten in Radarfernerkundungssystemen kennen zu lernen. Ferner schult die Unterrichtseinheit den Umgang mit abstrakten Darstellungen (Satellitenbilder) von bekannten Landschaftseinheiten.

Klassen: 11, 12

Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: Braunkohle, Change Detection, Elektromagnetisches SpektrumRadar

Autoren: Johannes Schultz, Andreas Rienow, Henryk Hodam
Floreana Miesen

Ziele:

  • grundlegende Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen und Radarfernerkundsystemen kennen lernen.
  • die Veränderungsdynamik im Braunkohle-Abbau analysieren.
  • ein Verständnis für die Zusammenhänge zwischen Landoberfläche, Rückstreuung und Radarfernerkundungssystemen bekommen.
Physik_RadarDownload
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12 Informatik Lernmodul

1, 0 – Spalte, Reihe, Bild

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 – in Form eines Bildes für das menschliche Auge sichtbar und interpretierbar gemacht werden können. Hierdurch wird wichtiges Grundlagenwissen in der Fernerkundung vermittelt. Im Zentrum des Lernmoduls steht ein digitales Luftbild, das einige Mängel aufweist und von den Schüler/Innen korrigiert werden soll. Im Übrigen ist die Technik der digitalen Fotografie im Zusammenhang mit der Raumfahrt und Erdbeobachtung entwickelt worden und wird dort schon seit den 1970er Jahren eingesetzt – das bis in die 1960er Jahre übliche Abwerfen der Filmrollen mit Wiedereintrittskapseln war doch recht umständlich.

Klassen: 12

Bearbeitungszeit: 2 Stunden

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: Bit & Byte, Histogramm, binäre Zahlen, digitale Bilder

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam

Ziele:

  • Der Aufbau eines digitalen Bildes soll erklärt werden können.
  • Das binäre Zahlensystem soll angewendet und binäre Zahlen in Dezimalzahlen umgerechnet werden.
  • Der Wertebereich von 8 Bit soll benannt werden können.
  • Die Schüler/Innen manipulieren Grauwerte eines digitalen Bildes durch die Änderung der Grauwerte einzelner Pixel und durch Histogrammstreckung.
  • Es soll erklärt werden können, was ein Histogramm ist.
Informatik_1_0_Reihe_Spalte_bildDownload
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12 Biologie Fach Geographie Lernmodul Material

Feuerspuren im Satellitenbild

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. Zuletzt wird mit mehreren NDVI-Bildern eine Zeitreihe aufgebaut und analysiert.

Klassen: 12

Bearbeitungszeit: 3 – 4 Stunden

Niveau: fortgeschritten 

Voraussetzungen: Kenntnisse in den Bereichen Photosynthese, Ökologie (Biologie) und Optik (Physik) sind von Vorteil.

Themen: Absorption, Change Detection, Dynamik von Ökosystemen, Elektromagnetisches Spektrum, Infrarot, Jahreszeiten, Licht, Naturgefahren, Photosynthese, Reflexion
Vegetationsindex, Zeitreihenanalyse

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß

Ziele:

  • Einordnen der Dynamik von Ökosystemen am Beispiel der Waldbrände 2007 in Griechenland.
  • Beschreiben des elektromagnetischen Spektrums.
  • Reflexionseigenschaften von Pflanzen sollen verglichen werden.
  • Zuordnen der Wellenlängenbereiche, die für die Photosynthese von Bedeutung sind.
  • Die Schüler/Innen sollen die Relevanz von Vegetationsindizes erläutern und sie für eine Veränderungsanalyse verwenden.
Biologie_Feuerspuren_Griechenland
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Algenblüte im Trinkwasser

Algenblüten sind eine Bedrohung für die Gesundheit aller, die sich im betroffenen Gebiet aufhalten. In Süßwasserreservoirs gefährden Sie die Trinkwasserversorgung, aber auch den Tourismus und die Fischerei. Ausgelöst werden sie zum einen von landwirtschaftlichen Praktiken, andererseits werden sie von den Folgen des Klimawandels noch verstärkt.

Spezielle Satellitenbilder, sogenannte Hyperspektraldaten, können dabei helfen, verschiedene Algenarten zu identifizieren und zu quantifizieren. In diesem Lernmaterial wird am Beispiel der Rekord-Algenblüte im Eriesee in 2011 dargestellt, wie Algenblüten mit den Hyperspektraldaten des ISS-Sensors HICO untersucht werden. Die Schüler*innen lernen sowohl, die Hyperspektraldaten zu interpretieren, als auch auf deren Basis Maßnahmen für den kurz- und den längerfristigen Schutz der Bevölkerung und Umwelt zu ermitteln.

Die Algenblüte-App ist Teil der Columbus-Eye-App. Erhältlich kostenlos bei Google Play (Part “Algenblüte”)

Ziele: Die Schüler*innen lernen…

• Hyperspektrale Bilder zu beschreiben, zu analysieren und zu interpretieren,
• spektrale Signaturen und Indizes zur Identifikation von Schwebstoffen zu nutzen,
• natürliche und anthropogene Veränderungen von Ökosystemen zu unterscheiden,
• Ökosystem-Veränderungen im Klimawandel zu diskutieren

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11 12 13 AR-Apps Fach Informatik Material

Bildverarbeitung

Bilder lassen sich im RGB-Farbraum leicht manipulieren, in dem Helligkeit, Sättigung und Kontrast geändert werden. Bei Satellitenbildern geht dies sogar über RGB hinaus. In der App lässt sich ein Bild des Ätna, geschossen vom ISS-gebundenen DESIS-Sensor, nicht nur in seinem Aussehen verändern, sondern auch in seiner Kanalkombination – denn Satelliten sehen mehr!

Im Arbeitsblatt wird u.a. mit Pseudocode und Programmierung in Java die funktionale und objektorientierte Programmierung geübt, die Manipulation eines RGB-Bildes implementiert und im Kontext der Data Literary analysiert.

Die App kostenlos bei Google Play (Part “Bildverarbeitung”)

Die Schüler*innen…

  • beschreiben digitale Bilder im RGB-Farbraum,
  • implementieren Veränderungen in Bezug auf den Kontrast, die Sättigung und die Helligkeit erklären und dazugehörige Funktionen,
  • vertauschen Kanäle,
  • nehmen Bildverarbeitungen von Hyperspektralbildern in Form des NDVIs vor,
  • bewerten Daten im Rahmen von Data Literacy kritisch.

Jahrgangsstufe 11-13

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