Fernerkundung in Schulen – Lernen mit digitalen Satellitenbildern

Bei Schülerinnen und Schülern besteht oft eine große Hemmschwelle, sich mit naturwissenschaftlichen Fächern zu befassen. Mit Apps, die Arbeitsblätter anreichern und mit Live-Bildern aus dem Weltall wird jeder MINT-Unterricht spannend.

Bilder der Erde aus dem Weltall sind faszinierend. Geografen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Universität Bonn helfen Schülerinnen und Schülern zu entdecken, wie viel mehr dahintersteckt. In den Projekten KEPLER ISS (Kompetenzorientiertes, erfahrungsbasiertes und praktisches Lernen mit Erdbeobachtung von der ISS) sowie FIS-III (Fernerkundung in Schulen) werden faszinierende Arbeitsblätter, digitale Lernmodule und Apps für den Unterricht entwickelt und auf Webportalen zur Verfügung gestellt. Unter dem Begriff Fernerkundung versteht man die kontaktlose Beobachtung der Erde. Dies geschieht meist aus dem Weltraum mithilfe von Satelliten und ihren verschiedenen Beobachtungsinstrumenten. Aber auch die Erdbeobachtung mit Drohnen oder Flugzeugen fällt da­runter.

Lehrmaterialien aus NASA HDEV Videos für viele Schulfächer

Als europäischer Partner des NASA HDEV-­Experiments ist das Projekt KEPLER ISS dafür verantwortlich, die Aufnahmen der am Columbus-Labor befestigten HD-­Kameras, die die Erde rund um die Uhr beobachten, zu archivieren. Die Internationale Raumstation (ISS), die die Erde ungefähr alle anderthalb Stunden umrundet, ist mit vier Kameras ausgestattet, die Tag und Nacht hochaufgelöste Live-Bilder zur Erde schicken. Diese Bilder der NASA-­Mission High Definition Earth Viewing (HDEV) sind faszinierend und enthalten viele Informationen. Basierend auf diesen HDEV-­Videos unserer Erde werden Lehrmaterialien entwickelt, die die natürlichen Phänomene der Erde und die auftretenden Wechselwirkungen in einem gekoppelten Mensch-Umwelt-System verdeutlichen.

Dabei werden auch die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse erläutert. So thematisiert z. B. das Arbeitsblatt „Streuung und Farben in der Atmosphäre“, wie das Sonnenlicht in der Atmosphäre gestreut wird. Hierzu wurde ein ISS-Video vom Sankt-Lorenz-Strom in Kanada so aufbereitet, dass die Atmosphäreneinflüsse herausgerechnet wurden. Anhand einer kleinen Interaktion, dem Original-Video und der bearbeiteten Version werden den Schülerinnen und Schülern die Rayleigh- und Mie-Streuung erläutert, sodass sie zudem den Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Teilchengröße und Streuung verstehen.

Die Unterrichtseinheit „Stereoskopie“ befasst sich mit 3D als Thema des Faches Physik. Seit 2009 kommen vermehrt 3D-­Filme in die Kinos. Doch wie funk­tio­niert der Effekt? Die Schülerinnen und Schüler lernen die physikalischen Grundlagen der Technik zu verstehen. Sie bekommen u. a. einen Überblick über gängige Techniken, die einen 3D-Seheindruck vermitteln, wie Anaglyphenbilder und Shutter-­Tech­nik. Darüber hinaus lernen sie die physikalischen Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen und grundlegende Begrifflichkeiten wie Polarisation kennen.

Beide Projekte finden Sie hier:
www.columbuseye.uni-bonn.de/unterricht
www.fis.uni-bonn.de

Das Austrockenen des Aralsees in der erweiterten Realität

Exemplarisch soll das Projekt „Aralkum – Vom See zur Wüste“ vorgestellt werden. Im Rahmen dieses Arbeitsblattes wird den Schülerinnen und Schülern am Beispiel des Aralsees verdeutlicht, welche Probleme die voranschreitende Desertifikation in vielen Gebieten der Erde mit sich bringt. Das Arbeitsblatt ermöglicht es, die Entwicklung der Aralsee-Region sowie die gesellschaftlichen und ökonomischen Folgen in den letzten zehn Jahren anhand von ISS-­Videos, Satellitendaten sowie Hintergrundinformationen nachzuvollziehen.

Mit Hilfe der auf Augmented Reality (erweiterte Realität) basierenden App „ColEye – Aralkum“ (kostenlos im Google Play Store) können die Schülerinnen und Schüler eigenständig in die Rolle der Forscher schlüpfen und selbstständig Prognosen erstellen. Auf dem Arbeitsblatt befinden sich Bilder, die als Marker dienen. Werden diese mit dem Smartphone und der App aufgenommen, werden ergänzende weitere Informationen im Handy­display sichtbar. So verwandelt sich z. B. ein einfaches auf dem Arbeitsblatt abgedrucktes Satellitenbild in eine interaktive Zeitreihe, die die Entwicklung des Aralsees von 2000–2016 zeigt. Die Schülerinnen und Schüler lernen zudem, Satellitenbilder zu interpretieren und räumlich zu verorten. Sie werden sie in die Lage versetzt, die in der Aralsee-Region stattfindenden Prozesse einzuordnen, auch mit Blick auf die Konflikte zwischen menschlicher Nutzung und Erhalt des Naturraums.

Angebot der Projekte

Neben den Unterrichtmaterialien bieten die beiden Webportale weitere Zusatzinformationen. Das FIS-Portal verfügt z. B. über eine sehr umfangreiche Info-Box, in der Animationen und Hintergrundinformationen hinterlegt sind. Über eine Suchfunktion können einfach die einzelnen Inhalte erreicht werden. So ist schnell ein Überblick möglich, welche Materialien zur Verfügung stehen.

Dr. Johannes A. Schultz, Dr. Andreas Rienow

Die Schulprojekte „KEPLER ISS“ und „FIS-III“ werden von der Arbeitsgruppe Geomatik der Ruhr-Universität Bochum in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Fernerkundung der Universität Bonn umgesetzt und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert (FKZ: 50JR1701 & 50EE1703). Das FIS-Projekt entwickelt digitale, interaktive, intermediale und interdisziplinäre Unterrichtsmaterialien für die Fächer Biologie, Geographie Mathematik, Physik und Informatik. „KEPLER ISS“ ist das Nachfolgeprojekt von „Columbus Eye – Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht“ und hat zum Ziel, die Erdbeobachtung von der ISS in den Schulunterricht zu integrieren. Basierend auf Videos des NASA „High Definition Earth Viewing Experiment“ (HDEV) entwickelt das Projekt Mate­rialien für den MINT-Bereich.

www.fis.uni-bonn.de
www.columbuseye.uni-bonn.de