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Fach Klasse Klasse 8 Legacy Material Mathematik

Pixel auf Abwegen

Zentrales Element dieser Lerneinheit ist das Beispiel eines Flugzeugs, das für Scanneraufnahmen über eine Landschaft fliegt und durch eine Windböe vom geraden Kurs abkommt. Die dadurch auf dem Scannerbild entstandene Verzerrung können die Schülerinnen und Schüler durch eine Funktion korrigieren. Zusätzlich zum Verständnis der mathematischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auch Aspekte der Fernerkundung kennen.

Klassen: 8

Bearbeitungszeit: 2 Stunden

Niveau: leicht

Voraussetzungen: Grundlagen im Bereich lineare Funktionen

Themen: Geokorrektur, Koordinatensystem, Lineare Funktion, Verzerrung, digitale Bilder

Autoren: Henryk Hodam

Ziele:

  • Aufgabe und Mechanismen einfacher linearer Funktionen sollen beschreiben werden können.
  • Ein klarer Bezug zwischen mathematischen Inhalten und einer realen Situation soll hergestellt werden können.
  • Die Entstehung von Flugzeug-Scannerbildern soll nachvollzogen werden können.
  • Die Struktur eines digitalen Bildes soll benannt und auf die Problemstellung übertragen werden können.
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Fach Klasse Klasse 11 Klasse 12 Legacy 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.
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Fach Klasse Klasse 6 Legacy Material Physik

Summer in the City

Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit dem Themenkomplex Temperatur und Energie auseinander. Mithilfe von Thermalbildern werden sie in die Lage versetzt, Oberflächen unterschiedlicher Temperatur voneinander zu unterscheiden. Dabei lernen sie den Zusammenhang zwischen Oberflächentemperatur, spezifischer Wärmekapazität und weiteren thermalen Objekteigenschaften kennen.

Klassen: 6

Bearbeitungszeit: 1 – 2 Stunden

Niveau: leicht

Voraussetzungen: keine

Themen: Temperatur, Thermalbilder, Thermalstrahlung, spezifische Wärmekapazität

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß

Ziele:

  • Die Begriffe spezifische Wärmekapazität, Reflexion und Absorption sollen mit eigenen Worten erklärt werden können.
  • Verschiedene Stoffe und Oberflächen sollen anhand ihrer spezifischen Wärmekapazität eingeordnet werden.
  • Die Erwärmung verschiedener Oberflächen im Tagesgang soll bewertet werden.
  • Die Temperaturunterschiede verschiedener Oberflächen in Thermalbildern von Tag- und Nachtaufnahmen sollen erkannt und benannt werden.
  • Thermalbilder sollen ausgewertet, interpretiert und bewertet werden.
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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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