Category: Lernmodul

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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.
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7 8 9 Biologie Fach Lernmodul Material

Kleiner Käfer, großer Schädling

Im Rahmen des Klimawandels und den damit einhergehenden Prozessen kommt es auch zu gravierenden Veränderungen in den Ökosystemen. Diese Unterrichtseinheit befasst sich mit dem Einfluss von Bergkiefernkäfern auf das Waldökosystem in Nordamerika. West und Nordamerika zählt zum natürlichen Verbreitungsgebiet des Bergkiefernkäfers, jedoch breitet er sich in den letzten Jahren auch in die borealen Wälder Kanadas aus. Insbesondere wärmere Sommer und mildere Winter begünstigen die Ausbreitung und massenhafte Vermehrung der Käfer. Mit Hilfe von hyperspektralen Satellitenbildern und daraus abgeleiteten Vegetationsindizes erhalten die Schüler/Innen einen Überblick über die Möglichkeiten zur Erfassung von Käferschäden. Diese Erkenntnisse werden mit Hintergrundwissen zu den Themen hyperspektrale Fernerkundung, Interaktion zwischen Käfer und Baum, sowie grundlegendes Wissen über Aufbau und Funktion der Sprossachse ergänzt.

Klassen: 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 45 Minuten

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: Bergkiefernkäfer, Hyperspektralfernerkundung, Vegetationsindex, Waldökosystem, invasive Arten

Autoren: Johannes Schultz, Andreas Rienow, Henryk Hodam

Ziele:

  • hyperspektrale Satellitenbilder interpretieren und aus ihnen den Befall mit Bergkiefernkäfern ableiten
  • den Einfluss von Bergkiefernkäfern auf das Waldökosystem beschreiben
  • ein Verständnis für die Zusammenhänge zwischen Klimawandel, Käferbefall und Abwehrmechanismen der Bäume bekommen
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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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5 Fach Geographie Klasse Lernmodul Material

Vom Satellitenbild zur Karte

Als Grundlage der räumlichen Orientierung spielen Karten eine wesentliche Rolle im täglichen Leben und im Geographieunterricht. Während sie meist als gebrauchsfertiges Arbeitsmittel vorgegeben sind, steht in dieser Unterrichtseinheit die Entstehung einer Karte im Mittelpunkt: Aus einem Satellitenbild entwickeln die Schülerinnen und Schüler eine thematische Karte. Dabei werden Flächen am Rechner mithilfe von Reglern entsprechend ihrer Farbeigenschaft klassifiziert.

Klassen: 5

Bearbeitungszeit: 1-2 Stunden

Niveau: leicht 

Themen: Klassifikation, Landnutzungbedeckung, Thematische Karte

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß

Ziele:

  • Die Draufsicht von Objekten soll gedeutet werden können.
  • Satellitenbilder lesen und interpretieren.
  • Räumliche Orientierung mit Hilfe von Satellitenbildern und Karten.
  • Erstellung eines Klassifikationsschlüssels.
  • Ableitung von thematischen Karten aus Satellitenbildern.
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10 7 8 9 Biologie Fach Geographie Klasse Lernmodul

Der Wald als Klimaretter!?

Im Zusammenhang mit den Prozessen des Klimawandels spielen natürliche CO2-Speicher als Glieder im Kohlenstoffkreislauf eine wichtige Rolle. Diese Einheit rückt den Wald als Kohlenstoffsenke in den Mittelpunkt und stellt die Frage nach der Relation in welcher die Bindung von CO2 durch Deutschlands Waldflächen zum Ausstoß des Treibhausgases innerhalb der Bundesrepublik steht. Mit Hilfe von Satellitenbildern verschaffen sich die Schülerinnen und Schüler einen Überblick über die Verteilung und das Ausmaß der Waldflächen in Deutschland. Diese Erkenntnisse werden mit Hintergrundinformationen verknüpft, um die zentrale Fragestellung beantworten zu können.

Klassen: 7,8

Bearbeitungszeit: 2 Stunden 

Niveau: leicht

Themen: Infrarot, Jahreszeiten, Klimawandel, Kohlenstoffkreislauf, Wald

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß

Ziele:

  • Die Funktion des Waldes als CO2-Speicher soll beschrieben werden können.
  • Infrarot-Satellitenbilder sollen interpretiert werden und die Waldflächen in Deutschland darin identifiziert werden können.
  • Der Einfluss der Jahreszeiten auf die Abgrenzung von Wäldern im Satellitenbild soll beschrieben werden.
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