Category: Klasse

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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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10-13 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 10-13

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AR-Apps Fach Geographie Klasse Klasse 5 Klasse 6 Material

Daten-
kompression

Auf der ISS befinden sich zahlreiche Bildsensoren, also Kameras, die die Erde auf verschiedene Arten aufnehmen. Diese Bilddaten müssen aber auch zur Erde gesendet, dort empfangen und gespeichert werden. Um Speicherplatz zu sparen, können die Bilddaten auf verschiedene Weisen komprimiert werden.

In diesem Arbeitsblatt, App und Programmieraufgabe geht es beispielhaft um die Kompressionsverfahren Farbreduktion, Redundanz-/Ähnlichkeitssuche, und Farbunterabtastung, die auf DESIS-Hyperspektralbilder angewendet werden. Somit werden verlustfreie und verlustbehaftete Bildkompression diskutiert und verglichen. Ein Beispiel wird als rekursiver Algorithmus in einer Python-Programmieraufgabe implementiert und mit seiner iterativen Alternative verglichen.

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

Ziele: Die Schüler*innen…

  • beschreiben die Übertragung eines Satellitenbildes zur Erde,
  • erklären verschiedene Kompressionsverfahren,
  • beurteilen die Eignung der verschiedenen Kompressionsverfahren vor dem Hintergrund des Anwendungsbereichs und nehmen Stellung,
  • implementieren den Median-Cut als rekursive Möglichkeit zur Farbreduktion in Python,
  • und vergleichen ihn mit einem iterativen Verfahren.
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Fach Geographie Klasse Klasse 5 Legacy 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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