Fernerkundung in Schulen

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Der Begriff Fernerkundung in Schulen beschreibt allgemein die Integration von Fernerkundung in den Schulunterricht. Dabei kann es sich zum einen um Fernerkundungsdaten, wie photographische, digitale oder mikrowellengestützte Luft- und Satellitenbilder, und zum anderen um Fernerkundungsmethoden, wie Resampling, Klassifikation von Landoberflächen und Zeitreihenanalysen handeln.

Fernerkundung in Schulen als wissenschaftliches Projekt

Fernerkundung und ihr didaktischer Mehrwert

Das Projekt Fernerkundung in Schulen (FIS) des Geographischen Instituts der Universität Bonn hat sich zum Ziel gesetzt die Integration des Themas Fernerkundung im Schulunterricht der Sekundarstufe I & II nachhaltig und fächerübergreifend zu fördern. Seit dem Start 2006 wird das Projekt durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unterstützt. Oftmals scheitert die Intention vieler Lehrer, Fernerkundungsdaten und -methoden in ihren Unterricht einzubinden, an der Komplexität und Sperrigkeit bestehender freier Bildverarbeitungssoftware für Schulen. Darüber hinaus ist festzustellen, dass Satellitenbilder, wenn sie in den Schulunterricht implementiert werden, primär im Geographieunterricht eingesetzt werden. Aus diesem Grund hat das FIS-Projekt ein didaktisches Konzept erarbeitet, das durch Intermedialität, Interaktivität und Interdisziplinarität gekennzeichnet ist. Eine Säule des Konzepts besteht aus der Entwicklung und Implementierung digitaler Lernmodule. Kern dieser interaktiven Unterrichtsmaterialien sind Verarbeitungswerkzeuge der digitalen Bildanalyse, die mit fachspezifischen Aufgabenstellungen und erläuternden Animationen gekoppelt werden.

Unterrichtsmaterialien

Erdkunde/Geographie

Die Verfügbarkeit von Satellitenbildern verbessert sich ständig. Mit der wachsenden Zahl an unterschiedlichen Sensoren steigt auch die räumliche und zeitliche Auflösung von Fernerkundungsdaten. Somit können aktuelle Themen, wie z.B. Naturkatastrophen, Klimawandel oder Städtewachstum, mit aussagekräftigem Bildmaterial im Unterricht unterstützt werden. Über unsere Lernmodule und Analysetools können Schülerinnen und Schüler die Bilder problem- und handlungsorientiert analysieren.

Atmosphärische Zirkulation

Unterrichtseinheit Atmosphärische Zirkulation

Zentrales Element dieser Unterrichtseinheit ist ein Satellitenfilm, der die Wetterphänomene im Verlaufe eines Tages darstellt. Mithilfe des Films wird die atmosphärische Zirkulation in den globalen Zusammenhang eingebettet und besonders einprägsam veranschaulicht. Der Film regt die Schülerinnen und Schüler zur Auseinandersetzung mit der Entstehung und den Zusammenhängen von Wolken- und Windsystemen, Konvektions- und Advektionsprozessen sowie globalen Austauschprozessen an.

Themen	Atmosphärische Zirkulation, Klima, Wetter, Wolken, globale Windsysteme
Klasse	11. Klasse
Zeitaufwand	2-3 Stunden
Link	Atmosphärische Zikulation

Braunkohle - Landschaft im Wandel

Unterrichtseinheit Braunkohle - Landsschaft im Wandel

Am Beispiel des Braunkohletagebaus Hambach westlich von Köln werden die Entstehung und Lage von Braunkohle sowie die Abbautechniken genau erklärt. Ergänzend vergleichen und bewerten die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung verschiedener durch den Braunkohleabbau geprägte Gebiete. Dabei sollen sie die Bedeutung des Braunkohleabbaus für die deutsche Energieversorgung verstehen und die Entwicklung nach der Rekultivierung einschätzen lernen.

In dieser Unterrichtseinheit werden verschiedene Fernerkundungsdaten eingesetzt - von optischen Satellitendaten wie MODIS oder LANDSAT bis hin zu einem digitalen Geländemodell. Mit Hilfe kleiner und intuitiv nutzbarer Tools erforschen die Schüler/Innen diese Datensätze und erarbeiten sich eigene Erkenntnisse zum Landschaftswandel durch den Braunkohleabbau.

Themen	Braunkohle, Geländemodelle, Ressourcennutzung, Tagebau
Klasse	11. Klasse
Zeitaufwand	5 Stunden
Link	Braunkohle - Landschaft im Wandel

Zu Unterrichtseinheit Braunkohle - Landschaft im Wandel

Erde bei Nacht - Disparitäten werden sichtbar

Unterrichtseinheit Erde bei Nacht

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.

Themen	Energieverbrauch, Entwicklungland, Erde bei Nacht, Industrialisierung, weltweite Disparitäten, Wirtschaftssektoren
Klasse	12. Klasse
Zeitaufwand	1-2 Stunden
Link	Erde bei Nacht - Disparitäten werden sichtbar

Feuerspuren im Satellitenbild

Unterrichtseinheit Feuerspuren im Satellitenbild

Am konkreten Beispiel der verheerenden Waldbrände in Griechenland 2007 setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Ursachen und Folgen von Eingriffen in geoökologische Kreisläufe 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.

Themen	Photosynthese, Change Detection, Ökosysteme, elektromagnetisches Spektrum, Naturgefahren, Vegetationsindex
Klasse	12. Klasse
Zeitaufwand	3-4 Stunden
Link	Feuerspuren im Satellitenbild

Haiti - Katastrophenhilfe aus dem All

Unterrichtseinheit Haiti - Katastrophenhilfe aus dem All

Anfang des Jahres 2010 hat sich mit dem Erdbeben in Haiti die verheerendste Naturkatastrophe seit dem Tsunami im Indischen Ozean ereignet. Eine Vielzahl an ortsfremden Rettungskräften und Hilfsorganisationen sind bei der Bewältigung der Katastrophe im Einsatz. Um Aussagen über die Folgen des Ereignisses machen zu können und den Hilfskräften möglichst aktuelle und präzise Informationen in Form von Karten und Koordinaten geben zu können, bietet sich der Einsatz von Fernerkundungsdaten an. Indem die Schüler/innen mit GoogleEarth die Lage vor Ort analysieren, können sie Schäden kartieren und geeignete Schadenskategorien erstellen.

Themen	Change Detection, Erdbeben, Kartierung, Naturgefahren, Schadensermittlung
Klasse	5.-8. Klasse
Zeitaufwand	1-2 Stunden
Link	Haiti - Katastrophenhilfe aus dem All

Hochwasser - Umgang mit einer Naturgefahr

Unterrichtseinheit Hochwasser - Umgang mit einer Naturgefahr

Extreme Hochwasserereignisse und deren Folgen für die betroffenen Anwohner werden immer wieder über die Medien transportiert und folglich auch von Schülerinnen und Schülern wahrgenommen. Aufgrund der wieder verstärkt geführten Diskussion über mögliche Folgen einer anthropogen beeinflussten Klimaveränderung rücken gerade durch das Wettergeschehen hervorgerufene Extremereignisse ins Zentrum des öffentlichen Interesses. Da eine Naturkatastrophe wie ein Hochwasser nicht durch die Natur allein determiniert ist, sondern auch dadurch, wie der Mensch mit der Gefahr umgeht, ergeben sich zahlreiche auch für den Schulunterricht relevante Fragen. Welche Standorte sind besonders gefährdet? Wie beeinflusst menschliches Handeln das Hochwasserrisiko? Welche Schutzmaßnahmen können ergriffen werden? Fernerkundungsdaten und Geoinformationssysteme (GIS) können bei der Beantwortung solcher Fragen einen wichtigen Beitrag leisten. In der Unterrichtseinheit „Hochwasser - Umgang mit einer Naturgefahr“ arbeiten die Schüler/Innen innerhalb eines computergestützten und interaktiven Lernmoduls mit verschiedenen Fernerkundungsdaten. Im Mittelpunkt der Unterrichtseinheit steht ein digitales Geländemodell.

Themen	GIS, Geländemodelle, Hochwasser, Naturgefahren, Standortanalyse
Klasse	7.-9. Klasse
Zeitaufwand	2 Stunden
Link	Hochwasser - Umgang mit einer Naturgefahr

Oasen - von nah und fern erkundet

Unterrichtseinheit 'Oasen - von nah und fern erkundet'

Die Schülerinnen und Schüler lernen die grundlegenden Modelle von Oasentypen kennen. Das zentrale Element der Lerneinheit stellt das Beispiel der Flussoase dar. Auf der Grundlage eines Satellitenbildes können die Schülerinnen und Schüler interaktiv eine thematische Karte erstellen. Diese Karte wird anschließend mit dem Modell der Flussoase verglichen, um so die Unterschiede zwischen Modell und Wirklichkeit zu erfassen.

Themen	Infrarot, Landnutzung/-bedeckung, Oasen, thematische Karte
Klasse	7.-8. Klasse
Zeitaufwand	1-2 Stunden
Link	Oasen - von nah und fern erkundet

Tsunami - wenn Wellen alles ändern

Unterrichtseinheit Tsunami - wenn Wellen alles ändern

Naturkatastrophen gefährden Lebensräume: Siedlungen werden zerstört, landwirtschaftliche Flächen überflutet, Küstenlinien verändern sich. Besonders eindrucksvoll lässt sich dies anhand von Satellitenaufnahmen nachvollziehen. Indem die Schülerinnen und Schüler diese Bilder interpretieren, sind sie in der Lage, Risiken und Schäden für Natur und Menschen zu erkennen und zu bewerten. Zentrales Thema dieser Unterrichtseinheit ist der Tsunami des Jahres 2004 im Indischen Ozean. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit einem interaktiven Computer-Modul.

Themen	Change Detection, Erdbeben, Klassifikation, Naturgefahren, Schadensermittlung, Kartierung
Klasse	7.-9. Klasse
Zeitaufwand	3-4 Stunden
Link	Tsunami - wenn Wellen alles ändern

Vom Satellitenbild zur Karte

Unterrichtseinheit 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.

Themen	Klassifikation, Landnutzung/-bedeckung, thematische Karte
Klasse	5. Klasse
Zeitaufwand	1-2 Stunden
Link	Vom Satellitenbild zur Karte

Biologie

In Satellitenbildern stecken Informationen über den Zustand und die Entwicklung der Vegetation. Daher sind Satellitenbilder für den Biologieunterricht, vor allem im Bereich der Ökologie, sehr interessant. Phänomene, wie der Einzug des Frühlings in Europa, der Zustand von Wald- oder Gewässerökosystemen, sowie Veränderungen der Umwelt durch den Menschen können anhand von Satellitenbildern anschaulich analysiert werden.

Der Wald als Klimaretter!?

Unterrichtseinheit 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 CO₂durch 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.

Themen	Infrarot, Jahreszeiten, Klimawandel, Kohlenstoffkreislauf
Klasse	7.-8. Klasse
Zeitaufwand	2 Stunden
Link	Wald als Klimaretter

Weblinks

• Projekt Fernerkundung in Schulen
• Jugendportal des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)
• Satellitenbild-Lernspiel der PH Heidelberg