Unterrichtsmaterialien zum Thema "Fernerkundung"

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Atmosphärische Zirkulation – Globale Windsysteme

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zu den Themen Wetter und atmosphärische Zirkulation analysieren und interpretieren die Lernenden Bilder eines Wettersatelliten und verstehen den grundlegenden Aufbau von Hoch- und Tiefdruckgebieten sowie die Grundlagen der globalen atmosphärischen Zirkulation. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.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. Das Projekt FIS des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Dabei entstehen neben klassischen Materialien auch Anwendungen für den computergestützten Unterricht.Die Unterrichtseinheit "Atmoshpärische Zirkulation" hat zum Ziel, den Schülerinnen und Schülern die Themenkomplexe Wetter und atmosphärische Zirkulation in ihrem Gesamtzusammenhang näher zu bringen. Dadurch sind sie in der Lage, atmosphärische Prozesse als treibende Kraft für die Unterschiede im Naturpotential verschiedener Räume zu verstehen. Anhand eines Satellitenfilms, der das Wettergeschehen auf der Erde an einem Tag in voller Länge zeigt, werden die Jugendlichen besonders anschaulich in die globalen Zusammenhänge eingeführt. Dabei sollen die Lernenden zunächst eine Lesekompetenz in Bezug auf Wettersatellitenbilder aufbauen, um dann erste Wetterphänomene erkennen und erklären zu können. Darauf aufbauend können zunehmend komplexere Themenbereiche, wie Konvektions- und Advektionsprozesse sowie die Passatzirkulation und planetarische Frontalzone erarbeitet werden. Unterrichtsverlauf und Arbeitsmaterialien Ausgehend von einem Satellitenfilm erarbeiten sich die Lernenden schrittweise die globale Verteilung von Wolken- und Windsystemen. Die Schülerinnen und Schüler können Bilder von Wettersatelliten interpretieren und zur Analyse der atmosphärischen Zirkulation nutzen. können unterschiedliche Druck- und Wolkengebilde unterscheiden und sie Klimazonen zuordnen. können Grundlagen der atmosphärische Zirkulation beschreiben. Zum Abspielen der kurzen Filmsequenz zur atmosphärischen Zirkulation benötigen Sie entweder den Adobe Flash Player oder den Apple Quicktime Player (beide kostenlos erhältlich). 1. Stunde: Wettergeschehen im Satellitenbild Zu Beginn kann den Schülerinnen und Schülern der Satellitenfilm über einen Beamer gezeigt werden. Der Film besteht aus einer Abfolge von Bildern, die während eines Tages vom Meteosat-Satelliten aufgenommen wurden. Anhand des Meteosat-Filmes sollen die Schülerinnen und Schüler die wesentliche Gliederung der planetarischen Zirkulation erkennen können. Die Wolkenverteilung und -bewegungen sind anschaulich zu erkennen. Folie 1 (folie_1_wolkenarten.pdf) zeigt anschaulich typische Wolkenformen aus verschiedenen Regionen der Erde. Anschließend regt das Arbeitsblatt 1 (ab_1_wolkenarten.pdf) zur Auseinandersetzung mit den verschiedenen Wolkentypen an. Die Folien 2 (folie_2_nordhalbkugel.pdf) und 3 (folie_3_tropen.pdf) zeigen noch einmal im Ausschnitt die Wolkenverteilung der Außertropen und der Tropen. Ziel ist es, den grundlegenden Aufbau von Hoch- und Tiefdruckgebieten erklären zu können. Damit sollen die Lernenden in die Lage versetzt werden, Wolkenbilder gleichsam "lesen" zu können. Optional können mithilfe der Folien 2a und 2b die von den Lernenden gemachten Aussagen zur Außertropischen Zirkulation überprüft werden. Die beiden Abbildungen zeigen die Druckverteilung, Temperatur- und Bewölkungssituation am Tag der Satellitenbildaufnahme. Im letzten Teil dieser Unterrichtseinheit bringen die Schülerinnen und Schüler die Erkenntnisse der vergangenen Stunden in einen globalen Zusammenhang. Als wichtige Elemente sollen die Lernenden hierbei die Bedeutung der innertropischen Konvergrenzzone (ITC), der Hadley-Zelle sowie der Coriolis-Kraft kennen lernen. Im Arbeitsblatt 4 lokalisieren sie die relevanten Windsysteme und sollen den Wärme- und Energietransport in der Atmosphäre erklären können.

  • Geographie
  • Sekundarstufe II

Mittelwertberechnung von der ISS

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit zu "Mittelwertberechnung von der ISS" stattet Lernende mit einfachen Analysewerkzeugen aus, mit denen sie selbstständig Daten erheben und diese mithilfe des arithmetischen Mittels auswerten können.Als Datenquelle steht den Lernenden ein von der ISS aufgenommenes Bild zur Verfügung, aus dem sie Bildwerte auslesen können. Die statistischen Methoden wenden die Schülerinnen und Schüler an, um Bildkorrekturen an dem Satellitenbild vorzunehmen und dadurch Aufnahmefehler zu korrigieren. Diese Unterrichtseinheit ist im Rahmen des Projektes " Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht " entstanden. Das übergeordnete Projektziel besteht in der Erarbeitung eines umfassenden Angebots an digitalen Lernmaterialien für den Einsatz im Schulunterricht. Dieses Angebot umfasst interaktive Lerntools und Arbeitsblätter, die über ein Lernportal zur Verfügung gestellt werden. Anwendungsbezogene Beispiele fördern die Problemlösungs-Kompetenz Die Stochastik ist eine zentrale inhaltsbezogene Kompetenz des Mathematikunterrichts, die in der Regel in der Jahrgangsstufe 7 vermittelt wird. Die Schülerinnen und Schüler erheben dabei Daten und werten sie unter Anwendung statistischer Methoden aus. Ein wichtiger Bestandteil ist die Betrachtung und Interpretation relativer Häufigkeiten und Mittelwerte, insbesondere des arithmetischen Mittels. Nutzen die Schülerinnen und Schüler diese Methoden anhand realitätsnaher und anwendungsbezogener Beispiele, spricht dies besonders ihre Problemlösungs-Kompetenz an. Ablauf Einsatz der Lernumgebung "Mittelwertberechnung von der ISS" Hier finden Sie Hinweise zu Aufbau und Einsatz der Lernumgebung. Die Abbildungen veranschaulichen die Funktionen und die interaktiven Übungen. Die Schülerinnen und Schüler können Mittelwertberechnungen anhand des arithmetischen Mittels durchführen. wenden Mittelwert-Filter zur Rauschunterdrückung auf digitale Bilder an. können das Prinzip eines "Moving Window" erklären. werden in die Erdbeobachtung von der ISS eingeführt. Computereinsatz und technische Voraussetzungen Die Unterrichtseinheit bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik durch Animation und Interaktion zu vermitteln. Den Lernenden wird der Computer nicht als reines Informations- und Unterhaltungsgerät, sondern als nützliches Werkzeug nähergebracht. Die interaktive Lernumgebung ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Auf Windows-Rechnern wird das Modul durch Ausführen der Datei "MatheMittelwertberechnung.exe" geöffnet. Unter anderen Betriebssystemen wird die Datei " MatheMittelwertberechnung.html" in einem Webbrowser geöffnet. Hierfür wird der Adobe Flash Player benötigt. Wichtig ist in beiden Fällen, dass die heruntergeladene Ordnerstruktur erhalten bleibt. Eigenschaften und Nutzerführung Der jeweils aktivierte Bereich wird auf der unteren Leiste der Lernumgebung eingeblendet (Abb.1). Während der erste Teil einen Einblick in die Thematik liefert und eine übergeordnete Aufgabenstellung benennt, gliedert sich der Rest des Moduls in zwei Sequenzen: Der erste Teil bietet Hintergrundinformationen zum Thema. Im zweiten Teil werden die Schülerinnen und Schüler aktiv und wenden eigenständig Bildbearbeitungsmethoden zur Lösung von entsprechenden Aufgaben an. Den Abschluss eines jeden Bereichs bildet ein Quiz. Erst nach dem Bestehen dieser kleinen Übung wird der folgende Teil der Lernumgebung zugänglich und erscheint in der Seitenleiste. Danach ist auch ein Springen zwischen den Teilbereichen möglich. Einleitung Nach dem Start des Lernmoduls sehen die Schülerinnen und Schüler den Einführungstext, der sie über den Inhalt und den Aufbau der Lernumgebung informiert. Im rechten Bereich des Fensters ist ein von der ISS aufgenommenes Bild zu sehen. Neben Ozean und Wolken kann man eine Versorgungskapsel vom Typ "Dragon" erkennen. Führt man die Maus über das Bild, kann man unter dem zuerst sichtbaren stark verrauschten Bild ein korrigiertes Bild aufdecken. Dies weist auf die Ziele der Bildkorrektur hin, die im Laufe des Lernmoduls entdeckt werden können. Durch das Schließen des Fensters gelangen die Lernenden in den ersten Teil des Lernmoduls. Sollten Unklarheiten bezüglich der Bedienung auftauchen, lässt sich durch einen Klick auf das Fragezeichen-Symbol am oberen rechten Rand des Lernmoduls jederzeit eine Bedienungshilfe aufrufen. Zwei Rubriken Der erste Teil des Lernmoduls legt als Hintergrundwissen die Grundlagen für die spätere Arbeit mit den ISS-Bildern im zweiten Modulteil. Dieser Teil besteht aus zwei Rubriken. In der ersten wird die Berechnung des arithmetischen Mittels erklärt. Mit einem Klick auf den rechten grünen Balken mit der Kennzeichnung "2" öffnet sich die zweite Rubrik, in der Bildstörungen und die Funktionsweise eines Moving Windows (= Kernel) erklärt werden. Letzteres wird mithilfe einer kurzen Animation dargestellt. Es kann jederzeit zwischen Rubrik 1 und 2 hin- und hergeschaltet werden. Nachdem sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Hintergrundwissen beschäftigt haben, gelangen sie über einen Klick auf das Feld "Quiz" in der Navigationsleiste in einen Bereich, in dem das erlernte Wissen kontrolliert werden kann. Für eine Beispiel-Bildmatrix berechnen sie den Mittelwert. Anwendung des Mittelwertfilters Im zweiten Modulteil erhalten die Schülerinnen und Schüler die Bilddaten und das mathematische Werkzeug, um Korrekturen an den ISS-Daten vornehmen zu können. Zunächst öffnet sich ein Fenster mit Aufgaben, an denen sich die Lernenden während ihrer Arbeit orientieren können. Die Schülerinnen und Schüler erhalten vier ISS-Bilder. Per drag & drop können die Bilder in das Hauptfenster gezogen werden. Zwei Bilder zeigen Kanada im Winter, zwei zeigen Teile der arabischen Halbinsel. Eine der Kanada-Aufnahmen enthält einen Blaustich, verursacht durch die Ralyeigh-Streuung der Atmosphäre. Man kann sie gut mit dem "Bilder vergleichen-Werkzeug" mit dem bereits gefilterten Bild vergleichen und die Unterschiede erkennen. Die beiden Bilder der arabischen Halbinsel enthalten ein leichtes und ein starkes Rauschen. Im rechten Bereich des Anwendungsbereichs befinden sich die Werkzeuge, mit denen die Lernenden die Bilddaten bearbeiten können. Unter "Filter wählen" können sie den Mittelwertfilter auswählen. Durch einen Klick in das Bild wird ein 3x3-Pixel-Fenster ausgewählt und in der rechten Seitenleiste dargestellt. Nun können die Schülerinnen und Schüler zunächst die Mittelwertberechnung nur auf das ausgewählte Fenster anwenden (Matrix filtern). Auf diese Weise haben sie die Möglichkeit, die Funktionsweise des Filters nachzuvollziehen und gegebenenfalls nachzurechnen. Über die Schaltfläche "Bild filtern" wird der Filter per Moving Window auf das gesamte Bild angewendet. In der rechten Seitenleiste stehen noch zwei weitere Werkzeuge zur Verfügung. Nach einem Klick auf die Schaltfläche "Pixelwerte auslesen" werden am Maus-Zeiger die Pixel-(Grau-)Werte im Bild angezeigt. Alle berechneten (gefilterten) Bilder befinden sich in der rechten Seitenleiste im Bereich "berechnete Bilder". Indem sie auf das Papierkorb-Symbol gezogen werden, können sie gelöscht werden. Abschluss Haben die Schülerinnen und Schüler die Bildkorrekturen durchgeführt und die gestellten Aufgaben beantwortet, können sie durch Beantworten der Fragen im zweiten Quiz die Bearbeitung des Moduls abschließen.

  • Mathematik
  • Sekundarstufe I