Didaktische Hinweise

1 Überblick

Themen: Fernerkundung, Klimawandel, Satellitendaten, Vegetation, Waldbrände
Fächer: Geographie, Informatik
Jahrgangsstufe: 10-13
Zeit: 135 Minuten (3 Stunden)

2 Einordnung

CDEC soll Schüler:innen unter anderem dazu befähigen, sich eigenständig mit Klimadaten auseinanderzusetzen und Ideen zu entwickeln und umzusetzen. Gerade das forschende Lernen ist hierbei ein Ansatz, der Schüler/innen zum eigenständigen Denken und Handeln befähigen soll. Dabei sollen sie mit Satellitendaten arbeiten, um die Herausforderungen des Klimawandels nachvollziehen zu können. Dafür werden sie durch praktische und forschungsbasierte Lernmodule geführt.

In diesem Lernmodul werden den Schüler:innen vordergründig Sach- und Methodenkompetenz vermittelt. Sie erwerben Wissen im Bereich der Fernerkundung, unter anderem die Potenziale von Satellitendaten, und wenden das Gelernte im Kontext des Klimawandels an. Außerdem lernen sie durch den interdisziplinären Aspekt auch Methoden der Informatik kennen. Die Interdiziplinarität fördert ganzheitliches Denken, was Schüler:innen, neben den vermittelten Inhalten, auf ihre spätere Berufs- und Lebenswelt vorbereitet.

3 Lernziele

Die Lernziele sind zunächst lehrplanunabhängig formuliert. Weiter unten findet sich die Einbindung in die Kernlehrpläne Geographie und Informatik, sowohl für NRW als auch für Berlin / Brandenburg. Ein Verweis auf die Bildungsstandards im Fach Geographie für die Allgemeine Hochschulreife (Herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geographie) findet sich ebenfalls unten.

Grundlagen der Fernerkundung kennenlernen
ein Verständnis für Möglichkeiten der Erdbeobachtung entwickeln
Anwendung auf konkrete Raumbeispiele
Arbeit mit Satellitendaten und Datenbanken
Erstellung und Visualisierung interaktiver Karten und anderer Darstellungsformen
Untersuchung von Waldbränden

3.1 Einführung (Teil 1)

Hintergrund

In Zeiten, in denen der Klimawandel die Menschheit vor unzählige Herausforderungen stellt, müssen Lösungsansätze her und gehandelt werden. Der Climate Data Entrepeneurial Club (CDEC) integriert den Klimawandel in den Schulunterricht und ermöglicht das Erleben von Selbstwirksamkeit. Das Teilmodul dient hierbei als Einführung und gibt den Schüler*innen einen Einblick, worum es in dem Projekt geht und was Fernerkundung ist.

Lernziel

Die Schüler:innen sollen erste Erfahrungen im Umgang mit den Jupyter Notebooks sammeln und können das Projekt in den Kontext von CDEC einordnen. Die Jupyter Notebooks dienen dazu, den Schüler:innen komplexe Themen anhand von angeleiteten Übungen, Codes und visuellen Darstellungen näher zu bringen. Sie lernen insbesondere, was Codes sind und wie diese ausgeführt werden, wodurch sie ihre Methodenkompetenz fördern. Dafür gibt es besonders Übungen mit interaktiven Karten.

3.2 Grün ist nicht gleich Grün (Teil 2)

Hintergrund

Fernerkundung ermöglicht es, sich in besonderer Weise analytisch mit dem Klima zu beschäftigen. Da sich der Klimawandel auch auf die Vegetation auswirkt, ist es wichtig, Veränderungen der Vegetation zu erkennen. Dafür ist beispielsweise der Unterschied zwischen Echt- und Falschfarbenbildern wichtig, um künstliche von echter Vegetation zu unterscheiden.

Lernziel

Das Lernmodul soll erste Untersuchungen von Satellitendaten anhand eines Raumbeispiels in Deutschland ermöglichen. Durch das Nahraum-Prinzip wird die Gegenwarts- und Zukunftsrelevanz des Themas für Schüler:innen deutlich und außerdem die Förderung eines Umweltbewusstseins ermöglicht. Das soll sowohl für Folgen als auch für Maßnahmen wie Klimaschutz und Klimaanpassung sensibilisieren. Inhaltlich lernen sie, wie künstliche Vegetation von echter Vegetation unterschieden wird und was Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums damit zu tun haben. Es wird sowohl Sach- als auch Methodenkompetenz gefördert.

3.3 Waldbrände (Teil 3)

Hintergrund

Waldbrände häufen sich durch den Klimawandel, was einige Herausforderungen mit sich bringt. Auf Satellitenbildern können zum Beispiel Brandflächen identifiziert und Veränderungen der Vegetation erkannt werden.

Lernziel

Ziel des Lernmoduls ist die Analyse eines Waldbrands in Griechenland. Anhand verschiedener Darstellungsformen wie Abbildungen und Histogramme werden Veränderungen des NDVI untersucht und interpretiert. Es wird sowohl Sach- als auch Methodenkompetenz gefördert.

4 Exemplarische Unterrichtssequenz

45 Minuten

Zeit	Phase	Didaktischer Kommentar	Sozialform	Medien
10 Min	Einstieg	Die Lehrkraft beginnt mit einem Bildimpuls, indem sie den SuS ein „Satellitenbild“ zeigt. Das Thema der Stunde ist Erdbeobachtung. Gemeinsam kann eine Leitfrage für die nächsten Stunden entwickelt werden. Eine mögliche Leitfrage könnte lauten: „Was ist Fernerkundung und wie kann man sie nutzen, um Klimaveränderungen sichtbar zu machen?“ Zu Beginn installieren die SuS die notwendigen Pakete. Falls dies schon getan wurde, kann der Schritt übersprungen werden.	Plenum EA	Evtl. Beamer, PPP Notebooks
30	Erarbeitung	Die SuS navigieren durch die „Einleitung“ und bearbeiten die Aufgaben. Hier machen sie sich mit den Notebooks vertraut und lernen erste Anwendungen.	EA / PA	Notebooks
5	Sicherung	Erste Erkenntnisse werden im Plenum besprochen. Hierbei kann gemeinsam reflektiert werden, was gelungen ist und wo noch Fragen zur Benutzung offen geblieben sind.	Plenum

2 x 45 Minuten

Zeit	Phase	Didaktischer Kommentar	Sozialform	Medien
5 Min	Einstieg	Die SuS sollen in wenigen Sätzen wiederholen, was letzte Stunde gemacht wurde. Dabei wird erneut auf die Leitfrage eingegangen.	Plenum	Evtl. Tafel
30 Min	Erarbeitung	Vegetation in Berlin untersuchen (Echtfarben vs. Falschfarben, Wellenlängen, usw.), Förderung der Methodenkompetenz.	EA / PA	Notebooks Kapitel 2
10 Min	Zwischen-sicherung	Die bisherigen Ergebnisse werden präsentiert und besprochen. Sicherstellen, dass alle SuS den Umgang mit den Notebooks verstanden haben.	Plenum
30 Min	Erarbeitung	Vergleich der Satellitenbilder	EA / PA	Notebooks Kapitel 3
15 Min	Sicherung	Die Ergebnisse werden im Plenum besprochen. SuS reflektieren ihre eigene Vorgehensweise.	Plenum	Evtl. Tafel

2 x 45 Minuten

Zeit	Phase	Didaktischer Kommentar	Sozialform	Medien
5 Min	Einstieg	Wiederholung der letzten Stunde / des letzten Teilmoduls	Plenum EA	Evtl. Beamer, PPP Notebooks
30	Erarbeitung	Vitalität der Vegetation untersuchen und Veränderungen in einer Differenz-Map darstellen und analysieren.	EA / PA	Notebooks Kapitel 2.1 & 2.2
10 Min	Zwischen-sicherung	Die bisherigen Ergebnisse werden präsentiert und besprochen.	Plenum
30 Min	Erarbeitung	Mit dem Pixel-Inspektor und mit Histogrammen die NDVI-Veränderungen untersuchen	EA / PA	Notebooks Kapitel 2.3 & 2.4
15 Min	Sicherung	Die Ergebnisse werden im Plenum besprochen. SuS reflektieren ihre eigene Vorgehensweise und erläutern die Bedeutung von Satelliten. Dafür wird abschließend die Leitfrage beantwortet.	Plenum	Evtl. Tafel

5 Einbindung in die Rahmenlehrpläne

5.1 Geographie

Methodenkompetenz (NRW)
- Geographische Informationen graphisch in einer interaktiven Karte darstellen
Raumverständnis (BER, BB)
- Daten gewinnen, indem sie wissenschaftliche Verfahren anwenden
Sachkompetenz (NRW)
- Wirkungen und Folgen von Eingriffen des Menschen in das Geofaktorengefüge analysieren
Raumanalyse (BER, BB)
- Ursachen und Folgen räumlicher Entwicklungen beschreiben
- Geographische Informationen aufgabenbezogen aus Medien gewinnen
Inhaltsfelder / Themenbereiche
- Lebensräume und deren naturbedingte sowie anthropogen bedingte Gefährdung (NRW, E-Phase)
- Europa – Raumstrukturen im Wandel (Klimaschutz) (BER, BB, Q-Phase)

5.2 Informatik

Mit Informationen umgehen (BER, BB)
- Informationen analysieren und strukturieren
Darstellen und interpretieren (NRW)
- Daten interpretieren und Beziehungen und Abläufe erläutern, die in Form von textuellen, grafischen oder formalen Darstellungen gegeben sind
Argumentieren (NRW)
- anhand von Fallbeispielen Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen untersuchen

6 Einbindung in die Bildungsstandards Geographie

Kompetenzbereiche

Fachkonzepte
- Erkenntnisinteressen der Geographie beschreiben (Analyse der Wechselbeziehungen zwischen Mensch und Umwelt mit Fokus auf Erdbeobachtung)
Raumbezogene Orientierung
- Interaktive, topographische, physische und andere Karten vor dem Hintergrund des Klimawandels strategiebasiert auswerten
- Aus vorliegenden Datensätzen digitale Karten erstellen
Erkenntnisgewinnung
- Phänomene und Beobachtungen als Ausgangspunkte von geographischen Untersuchungen charakterisieren (z.B. Waldbrände)
- Methoden und Instrumente zur Datenaufbereitung und -auswertung anwenden
- Ergebnisse der Datenauswertung theoriebezogen interpretieren
Handlung
- Herausforderungen raumbezogener Verantwortung des Menschen beschreiben (klimatische Veränderungen und deren Auswirkungen)

6.2 Ausgewählte Basiskonzepte

Mensch-Umwelt-System
- Die Auswirkungen möglicher Systemveränderungen/-eingriffe: Waldbrände, klimatische Veränderungen, Vitalität der Vegetation
- Wechselbeziehungen zwischen dem Subsystem Mensch und dem Subsystem Natur erkennen
Maßstäblichkeit
- lokal und regional: Waldbrand in Treuenbrietzen, Vegetation in Berlin
- global: Satelliten sammeln Daten von unterschiedlichen Orten auf der ganzen Erde und liefern regelmäßig Bilder

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--- title: "Didaktische Hinweise" format: html number-sections: false --- ## 1 Überblick - Themen: Fernerkundung, Klimawandel, Satellitendaten, Vegetation, Waldbrände - Fächer: Geographie, Informatik - Jahrgangsstufe: 10-13 - Zeit: 135 Minuten (3 Stunden) ## 2 Einordnung CDEC soll Schüler:innen unter anderem dazu befähigen, sich eigenständig mit Klimadaten auseinanderzusetzen und Ideen zu entwickeln und umzusetzen. Gerade das forschende Lernen ist hierbei ein Ansatz, der Schüler/innen zum eigenständigen Denken und Handeln befähigen soll. Dabei sollen sie mit Satellitendaten arbeiten, um die Herausforderungen des Klimawandels nachvollziehen zu können. Dafür werden sie durch praktische und forschungsbasierte Lernmodule geführt. In diesem Lernmodul werden den Schüler:innen vordergründig Sach- und Methodenkompetenz vermittelt. Sie erwerben Wissen im Bereich der Fernerkundung, unter anderem die Potenziale von Satellitendaten, und wenden das Gelernte im Kontext des Klimawandels an. Außerdem lernen sie durch den interdisziplinären Aspekt auch Methoden der Informatik kennen. Die Interdiziplinarität fördert ganzheitliches Denken, was Schüler:innen, neben den vermittelten Inhalten, auf ihre spätere Berufs- und Lebenswelt vorbereitet. ## 3 Lernziele Die Lernziele sind zunächst lehrplanunabhängig formuliert. Weiter unten findet sich die Einbindung in die Kernlehrpläne Geographie und Informatik, sowohl für NRW als auch für Berlin / Brandenburg. Ein Verweis auf die Bildungsstandards im Fach Geographie für die Allgemeine Hochschulreife (Herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geographie) findet sich ebenfalls unten. - Grundlagen der Fernerkundung kennenlernen - ein Verständnis für Möglichkeiten der Erdbeobachtung entwickeln - Anwendung auf konkrete Raumbeispiele - Arbeit mit Satellitendaten und Datenbanken - Erstellung und Visualisierung interaktiver Karten und anderer Darstellungsformen - Untersuchung von Waldbränden ### 3.1 Einführung (Teil 1) #### Hintergrund In Zeiten, in denen der Klimawandel die Menschheit vor unzählige Herausforderungen stellt, müssen Lösungsansätze her und gehandelt werden. Der Climate Data Entrepeneurial Club (CDEC) integriert den Klimawandel in den Schulunterricht und ermöglicht das Erleben von Selbstwirksamkeit. Das Teilmodul dient hierbei als Einführung und gibt den Schüler*innen einen Einblick, worum es in dem Projekt geht und was Fernerkundung ist. #### Lernziel Die Schüler:innen sollen erste Erfahrungen im Umgang mit den Jupyter Notebooks sammeln und können das Projekt in den Kontext von CDEC einordnen. Die Jupyter Notebooks dienen dazu, den Schüler:innen komplexe Themen anhand von angeleiteten Übungen, Codes und visuellen Darstellungen näher zu bringen. Sie lernen insbesondere, was Codes sind und wie diese ausgeführt werden, wodurch sie ihre Methodenkompetenz fördern. Dafür gibt es besonders Übungen mit interaktiven Karten. ### 3.2 Grün ist nicht gleich Grün (Teil 2) #### Hintergrund Fernerkundung ermöglicht es, sich in besonderer Weise analytisch mit dem Klima zu beschäftigen. Da sich der Klimawandel auch auf die Vegetation auswirkt, ist es wichtig, Veränderungen der Vegetation zu erkennen. Dafür ist beispielsweise der Unterschied zwischen Echt- und Falschfarbenbildern wichtig, um künstliche von echter Vegetation zu unterscheiden. #### Lernziel Das Lernmodul soll erste Untersuchungen von Satellitendaten anhand eines Raumbeispiels in Deutschland ermöglichen. Durch das Nahraum-Prinzip wird die Gegenwarts- und Zukunftsrelevanz des Themas für Schüler:innen deutlich und außerdem die Förderung eines Umweltbewusstseins ermöglicht. Das soll sowohl für Folgen als auch für Maßnahmen wie Klimaschutz und Klimaanpassung sensibilisieren. Inhaltlich lernen sie, wie künstliche Vegetation von echter Vegetation unterschieden wird und was Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums damit zu tun haben. Es wird sowohl Sach- als auch Methodenkompetenz gefördert. ### 3.3 Waldbrände (Teil 3) #### Hintergrund Waldbrände häufen sich durch den Klimawandel, was einige Herausforderungen mit sich bringt. Auf Satellitenbildern können zum Beispiel Brandflächen identifiziert und Veränderungen der Vegetation erkannt werden. #### Lernziel Ziel des Lernmoduls ist die Analyse eines Waldbrands in Griechenland. Anhand verschiedener Darstellungsformen wie Abbildungen und Histogramme werden Veränderungen des NDVI untersucht und interpretiert. Es wird sowohl Sach- als auch Methodenkompetenz gefördert. ## 4 Exemplarische Unterrichtssequenz :::{.panel-tabset} ### Einführung (Teil 1) 45 Minuten | Zeit | Phase | Didaktischer Kommentar | Sozialform | Medien | |--------|--------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------|-----------------------------------------| | 10 Min | Einstieg | Die Lehrkraft beginnt mit einem Bildimpuls, indem sie den SuS ein „Satellitenbild“ zeigt. Das Thema der Stunde ist Erdbeobachtung. Gemeinsam kann eine Leitfrage für die nächsten Stunden entwickelt werden. Eine mögliche Leitfrage könnte lauten: „Was ist Fernerkundung und wie kann man sie nutzen, um Klimaveränderungen sichtbar zu machen?“ Zu Beginn installieren die SuS die notwendigen Pakete. Falls dies schon getan wurde, kann der Schritt übersprungen werden. | Plenum EA | Evtl. Beamer, PPP Notebooks | | 30 | Erarbeitung | Die SuS navigieren durch die „Einleitung“ und bearbeiten die Aufgaben. Hier machen sie sich mit den Notebooks vertraut und lernen erste Anwendungen. | EA / PA | Notebooks | | 5 | Sicherung | Erste Erkenntnisse werden im Plenum besprochen. Hierbei kann gemeinsam reflektiert werden, was gelungen ist und wo noch Fragen zur Benutzung offen geblieben sind. | Plenum | | ### Grün ist nicht gleich Grün (Teil 2) 2 x 45 Minuten | Zeit | Phase | Didaktischer Kommentar | Sozialform | Medien | |--------|--------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------|-----------------------| | 5 Min | Einstieg | Die SuS sollen in wenigen Sätzen wiederholen, was letzte Stunde gemacht wurde. Dabei wird erneut auf die Leitfrage eingegangen. | Plenum | Evtl. Tafel | | 30 Min | Erarbeitung | Vegetation in Berlin untersuchen (Echtfarben vs. Falschfarben, Wellenlängen, usw.), Förderung der Methodenkompetenz. | EA / PA | Notebooks Kapitel 2 | | 10 Min | Zwischen-sicherung | Die bisherigen Ergebnisse werden präsentiert und besprochen. Sicherstellen, dass alle SuS den Umgang mit den Notebooks verstanden haben. | Plenum | | | 30 Min | Erarbeitung | Vergleich der Satellitenbilder | EA / PA | Notebooks Kapitel 3 | | 15 Min | Sicherung | Die Ergebnisse werden im Plenum besprochen. SuS reflektieren ihre eigene Vorgehensweise. | Plenum | Evtl. Tafel | ### Waldbrände (Teil 3) 2 x 45 Minuten | Zeit | Phase | Didaktischer Kommentar | Sozialform | Medien | |--------|--------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------|-----------------------------------------| | 5 Min | Einstieg | Wiederholung der letzten Stunde / des letzten Teilmoduls | Plenum EA | Evtl. Beamer, PPP Notebooks | | 30 | Erarbeitung | Vitalität der Vegetation untersuchen und Veränderungen in einer Differenz-Map darstellen und analysieren. | EA / PA | Notebooks Kapitel 2.1 & 2.2 | | 10 Min | Zwischen-sicherung | Die bisherigen Ergebnisse werden präsentiert und besprochen. | Plenum | | | 30 Min | Erarbeitung | Mit dem Pixel-Inspektor und mit Histogrammen die NDVI-Veränderungen untersuchen | EA / PA | Notebooks Kapitel 2.3 & 2.4 | | 15 Min | Sicherung | Die Ergebnisse werden im Plenum besprochen. SuS reflektieren ihre eigene Vorgehensweise und erläutern die Bedeutung von Satelliten. Dafür wird abschließend die Leitfrage beantwortet. | Plenum | Evtl. Tafel | ::: ## 5 Einbindung in die Rahmenlehrpläne ### 5.1 Geographie - Methodenkompetenz (NRW) - Geographische Informationen graphisch in einer interaktiven Karte darstellen - Raumverständnis (BER, BB) - Daten gewinnen, indem sie wissenschaftliche Verfahren anwenden - Sachkompetenz (NRW) - Wirkungen und Folgen von Eingriffen des Menschen in das Geofaktorengefüge analysieren - Raumanalyse (BER, BB) - Ursachen und Folgen räumlicher Entwicklungen beschreiben - Geographische Informationen aufgabenbezogen aus Medien gewinnen - Inhaltsfelder / Themenbereiche - Lebensräume und deren naturbedingte sowie anthropogen bedingte Gefährdung (NRW, E-Phase) - Europa – Raumstrukturen im Wandel (Klimaschutz) (BER, BB, Q-Phase) ### 5.2 Informatik - Mit Informationen umgehen (BER, BB) - Informationen analysieren und strukturieren - Darstellen und interpretieren (NRW) - Daten interpretieren und Beziehungen und Abläufe erläutern, die in Form von textuellen, grafischen oder formalen Darstellungen gegeben sind - Argumentieren (NRW) - anhand von Fallbeispielen Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen untersuchen ## 6 Einbindung in die Bildungsstandards Geographie **Kompetenzbereiche** - Fachkonzepte - Erkenntnisinteressen der Geographie beschreiben (Analyse der Wechselbeziehungen zwischen Mensch und Umwelt mit Fokus auf Erdbeobachtung) - Raumbezogene Orientierung - Interaktive, topographische, physische und andere Karten vor dem Hintergrund des Klimawandels strategiebasiert auswerten - Aus vorliegenden Datensätzen digitale Karten erstellen - Erkenntnisgewinnung - Phänomene und Beobachtungen als Ausgangspunkte von geographischen Untersuchungen charakterisieren (z.B. Waldbrände) - Methoden und Instrumente zur Datenaufbereitung und -auswertung anwenden - Ergebnisse der Datenauswertung theoriebezogen interpretieren - Handlung - Herausforderungen raumbezogener Verantwortung des Menschen beschreiben (klimatische Veränderungen und deren Auswirkungen) ## 6.2 Ausgewählte Basiskonzepte - Mensch-Umwelt-System - Die Auswirkungen möglicher Systemveränderungen/-eingriffe: Waldbrände, klimatische Veränderungen, Vitalität der Vegetation - Wechselbeziehungen zwischen dem Subsystem Mensch und dem Subsystem Natur erkennen - Maßstäblichkeit - lokal und regional: Waldbrand in Treuenbrietzen, Vegetation in Berlin - global: Satelliten sammeln Daten von unterschiedlichen Orten auf der ganzen Erde und liefern regelmäßig Bilder