Category: Fach

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Fach Klasse Klasse 7 Legacy Material Physik

Dem Unsichtbaren auf der Spur

Die Unterrichtseinheit “Dem Unsichtbaren auf der Spur” erläutert die Funktionsweise eines Satelliten, der das von der Erdoberfläche reflektierte Licht zur Bildaufnahme nutzt und dabei auch Wellenlängen jenseits des sichtbaren Lichts einbezieht. Zusätzlich zum Verständnis der physikalischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auf diese Weise auch Aspekte der Fernerkundung kennen. Eine “Vermittlerfigur” in Form eines virtuellen Professors begleitet die Lernenden bei der Erforschung des elektromagnetischen Spektrums.

Klassen: 7

Bearbeitungszeit: 2 – 3 Stunden

Niveau: leicht

Voraussetzungen: keine

Themen: Absorption, Elektromagnetisches Spektrum, Infrarot, Licht, Reflexion

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß

Ziele:

  • Reflexionseigenschaften unterschiedlicher Objekte sollen benannt werden können.
  • Unterscheidung der Begriffe “Reflexion” und “Absorption”.
  • Der Zusammenhang zwischen Objektfarbe und Reflexionseigenschaften soll erklärt werden.
  • Das elektromagnetische Spektrum und Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Lichts sollen beschrieben werden können.
  • Grundlagen der Umwandlung von Reflexionswerten in Bildinformationen.
  • Entstehung von Falschfarbenbildern.
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Fach Klasse 6 Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy Material Mathematik

Bild
verbesserung mit Statistik

Das Ziel der Unterrichtseinheit „Bildverbesserung mit Statistik“ ist es, Schüler/Innen mit einfachen Analysewerkzeugen auszustatten, mit denen sie selbständig Daten erheben und mit Hilfe des arithmetischen Mittels und des Medians auswerten können. Als Datenquelle steht ihnen ein Satellitenbild zur Verfügung, aus dem sie Bildwerte auslesen können. Die statistischen Methoden wenden die Schüler/Innen an, um Bildkorrekturen an dem Satellitenbild vorzunehmen und dadurch Aufnahmefehler zu korrigieren.

Klassen: 6, 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: Bildverbesserung, Mittelwerte, Moving Window,
Stochastik

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Ali Zubair Shah

Ziele:

  • Mittelwertberechnungen anhand des arithmetischen Mittels und des Medians durchführen können.
  • Mittelwert-Filter zur Rauschunterdrückung auf digitale Satellitenbilder anwenden.
  • Das Prinzip eines „Moving Window“ erklären können.
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Informatik Klasse 12 Legacy

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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Biologie Fach Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy 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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Biologie Fach Geographie Klasse 12 Legacy 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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AR-Apps Fach Geographie Klasse Klasse 7 Klasse 8 Material Uncategorized

Vulkane auf Mars und Erde

In dieser Übungsreihe lernen die Schüler*innen in Einzel- und in Gruppenarbeit Parallelen und Unterschiede zwischen Vulkanen auf der Erde und dem Mars zu erkennen und zu berechnen. Sie vertiefen dabei ihr Gefühl für Maßstäbe und Maßeinheiten. Sie lernen außerdem, wie sie unterschiedliche Objekte maßstabsgetreu und in korrektem Größenverhältnis zueinander zeichnen können.

In der ColumbusEye-App können die Berge des Arbeitsblattes jetzt in 3D betrachtet werden. Als AR-Marker dient die Aufgabenseite des Arbeitsblattes.

Die App “Vulkane auf Mars und Erde” ist Teil der Columbus-Eye-App kostenlos bei Google Play (Part “Berge im Sonnensystem”)

Ziele: Die Schüler*innen…

  • vertiefen ihr Wissen über Maßstäbe und Verhältnisse.
  • verstehen, dass die Erde auch Teil eines größeren Systems ist.
  • lernen die unterschiedlichen Vulkanbauten und ihre Eigenschaften kennen.
  • begreifen den Einfluss der Gravitation.
  • identifizieren Georisiken auf der Erde und Forschungsmöglichkeiten auf dem Mars.
  • haben die Möglichkeit sich über Forschungsmöglichkeiten und -fragen auszutauschen.
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AR-Apps Fach Klasse Klasse 6 Klasse 7 Material Mathematik

Berge auf Erde und Mond

Die Übungen “Berge auf Mond und Erde” wurden im Rahmen der Projekte ESERO Germany und “Columbus Eye – Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht” an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt. Sie sind optimal an die deutschen Mathematik-Lehrpläne angepasst und können sowohl im Unterricht als auch als Hausaufgaben eingesetzt werden. Die Schüler*innen üben die für eine Aufgabenstellung wichtigen Informationen aus einem Text zu gewinnen und berechnen dann wie groß der Mount Everest und der Mons Huygens sind, bevor sie die
beiden Berge miteinander vergleichen und in ein Verhältnis zueinander setzen.

In der ColumbusEye-App können die Berge des Arbeitsblattes jetzt in 3D betrachtet werden. Als AR-Marker dient die Aufgabenseite des Arbeitsblattes.

Columbus-Eye-App kostenlos bei Google Play (Part “Berge im Sonnensystem”)

Ziele: Die Schüler*innen…

  • vertiefen ihr Wissen über Maßstäbe und Verhältnisse.
  • verstehen, dass die Erde Teil eines größeren Systems ist.
  • lernen unterschiedliche Entstehungsarten von Bergen kennen.
  • üben schriftliche Rechenverfahren.
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AR-Apps Fach Geographie Klasse Klasse 11 Material

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 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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AR-Apps Fach Geographie Klasse 10 Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Material Physik

Vulkane unterm Radar

Mit dem Radar-Satelliten Sentinel-1 werden aktive Vulkane beobachtet.

Rund um den Erdball gibt es zahlreiche aktive Vulkane, an deren Hängen – oder sogar in deren Kratern – Menschen siedeln. Um Frühwarnprogramme zu verbessern, müssen diese Vulkane ständig beobachtet werden. Neben verschiedensten
Bodenmessungen kommen dabei auch Satelliten zum Einsatz, zum Beispiel Sentinel-1.
Mit seinem Radar-Sensor kann Sentinel-1 nicht nur durch die Wolken blicken, sondern auch kleinste Veränderungen des Bodens aufspüren. So können Bewegungen der aktiven Vulkane, die auf baldige Ausbrüche hindeuten, beobachtet werden. Die Campi Flegrei, oder Phlegräischen Felder, bei Neapel sind noch immer aktiv. Neueste Forschung zeigt, dass sie sich eine Magmakammer mit dem Vesuv teilen – und, dass sich in ihrer Mitte der Boden hebt. Das Arbeitsblatt vermittelt mit der anschaulichen Augmented-Reality-App, wie Sentinel-1-Radar-Daten benutzt werden, um diese Hebung zu verfolgen, und diskutieren die Abwägungen der Bewohner dieser möglicherweise hochexplosiven Region am Beispiel der Geothermie.

Die “Vulkane unterm Radar”-App ist Teil der ColumbusEye-App

App “Columbus Eye” kostenlos im Google Play Store

Ziele:

Die Schüler*innen sollen…
• die Entstehung eines Vulkans beschreiben und verschiedene Vulkantypen darstellen,
• die Funktionsweise von Radarfernerkundung als Wissenschaft einordnen und anwenden,
• Interferometrie-Abbildungen erklären und analysieren,
• Geothermie als erneuerbare Energiequelle erörtern und in einer Diskussion beurteilen.

Bearbeitungszeit: 2-4 Stunden (Modulauswahl) Themen: Geländemodelle, Geothermie, Naturgefahren, Radar, Radar Niveau: fortgeschritten

Autoren: Claudia Lindner, Frederike Krahn

 
 
 
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Fach Geographie Lernvideos Physik Uncategorized

Die spektrale Aulösung

Spektrale Satellitensensoren sehen die Erde grau. Dies liegt daran, dass sie jeden Wellenlängenbereichen getrennt voneinander in so genannten Spektralkanälen aufnehmen. Die spektrale Auflösung, also die Anzahl der Spektralkanäle, ist eine wichtige Eigenschaft von Satellitensensoren. Doch welche spektrale Auflösung sollte ein Sensor haben und warum können nicht alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums gemessen werden?

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