In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Jahreszeiten erstellen die Schülerinnen und Schüler für einen fiktiven Fernsehbericht einen Kommentar zu einer Animation über die Entstehung der Jahreszeiten.Die Ausprägung der Jahreszeiten beeinflusst täglich die Tages- und Freizeitgestaltung der Schülerinnen und Schüler. In den Medien wird regelmäßig über den anthropogen verursachten Klimawandel berichtet und in diesem Zusammenhang auch über eine Verkürzung einzelner Jahreszeiten, eine Veränderung der Neigung der Erdachse und die Verschiebung von Klima- und Vegetationszonen. Dabei wird der Sachverhalt zum Teil sehr emotional und auf der Ebene des "Halbwissens" diskutiert. Um den Schülerinnen und Schülern eine sachlich korrekte Einschätzung zu ermöglichen, sollen sie in die Lage versetzt werden, die naturwissenschaftlichen Grundlagen der Phänomene zu verstehen und zu beurteilen.Der inhaltliche Schwerpunkt dieser Einheit liegt auf der durch die Neigung der Erdachse bedingten Entstehung der Jahreszeiten. In einer weiteren Einheit ließe sich, zum Teil anhand derselben Materialien, dann auch die Entstehung der Klimazonen erklären. Aufgabenstellung und Hinweise zum Einsatz der Materialien Auf dieser Seite finden Sie die Materialien zur Unterrichtseinheit "Die Entstehung der Jahreszeiten" und eine Schilderung des "Szenarios", in dessen Rahmen die Schülerinnen und Schüler einen Animationskommentar erstellen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler benennen den 21. März, den 21. Juni, den 23. September und den 22. Dezember als Beginn der vier Jahreszeiten. erkennen und erklären die Neigung der Erdachse als Ursache der Jahreszeiten. lernen den Einfluss des Mondes als stabilisierende Kraft der Erdachse kennen. üben in der Nachbesprechung der Stunde Modellkritik (fakultativ). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erörtern Mediendarstellungen kritisch. Einstieg in das Thema Die Lehrkraft präsentiert eine reißerische Schlagzeile zum Thema "Erdachse kippt". Alternativ können auch andere aktuelle Schlagzeilen aus der Presse verwendet werden. Arbeitsauftrag Ein Fernsehredakteur hat im Archiv des Senders eine Animation zum Thema "Entstehung der Jahreszeiten" (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken) entdeckt und möchte sie zur Untermalung einer Live-Reportage verwenden. Leider ist der Ton zum Film verloren gegangen, und so muss ein neuer Kommentar verfasst werden. Da die Reportage in 40 Minuten beginnt, hat der Redakteur aber keine Zeit mehr, um sich selber über die Entstehung der Jahreszeiten zu informieren. Dies ist die Aufgabe der Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit. Durch die Materialien sowie die Sozial- und Aktionsformen (Partner- oder Kleingruppenarbeit, Schülerpräsentationen) wird die Medien- und Kommunikationskompetenz der Schülerinnen und Schüler gefördert. Zudem lernen sie durch das fiktive Medienszenario auch unter "Termindruck" zu arbeiten. Der Wechsel der Jahreszeiten erfolgt zu folgenden Zeitpunkten: 21. März = Frühlingsanfang, 21. Juni = Sommeranfang, 23. September = Herbstanfang, 22. Dezember = Winteranfang Die Erdachse ist um 23,5 Grad geneigt. Dadurch entsteht eine unterschiedliche Beleuchtung (Tageslänge) der Nord- und der Südhalbkugel. Durch die Neigung der Erdachse und den Umlauf der Erde um die Sonne kommt es zur Ausprägung der Jahreszeiten. Der Mond stabilisiert die Lage der Erdachse. Ohne ihn wären die Jahreszeiten extremer und chaotisch. Die Darstellungen in Zeitungsartikeln sind oft übertrieben. Mit natürlichen Phänomenen wird Angst erzeugt. Das in dem Online-Arbeitsblatt verwendete Animationsmodell ist vereinfacht. Es berücksichtigt nicht den Einfluss der Gravitation des Mondes.

Die Entstehung von Jahreszeiten verbinden viele Schülerinnen und Schüler aufgrund der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne mit unterschiedlichen Sonnenentfernungen. Webbasierte Animationen und einfache Experimente mit einer Taschenlampe sollen diesen Vorstellungen entgegentreten und für Klarheit sorgen. Die komplexen Zusammenhänge zwischen der Drehung der Erde um die Sonne in Verbindung mit der Neigung der Erdachse und den daraus hervorgehenden unterschiedlichen Beleuchtungszonen stellen immer wieder eine Herausforderung für den Geographieunterricht dar. In den allermeisten Fällen werden die Schülerinnen und Schüler diese Zusammenhänge anhand von Texten und Grafiken lernen. Nicht repräsentative Schülerumfragen des Autors in der Sekundarstufe II zeigten jedoch, dass diese Methodik in vielen Fällen zu keinen nachhaltigen Kenntnissen führt. Mit der hier vorgestellten WEBGEO-Animation kann die Anschaulichkeit erhöht werden. Zudem bewirkt ein Taschenlampenversuch eine aktive Auseinandersetzung der Lernenden mit der Thematik. Der Lernerfolg der kann mit einem Multiple Choice Tests überprüft werden. Für eine Vertiefung des Themas sind die Visualisierungen der Software "Home Planet" hervorragend geeignet. Die in dieser Unterrichtseinheit eingesetzten Animationen stammen aus dem Projekt WEBGEO, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Zukunftsinvestitionsprogramms "Neue Medien in der Bildung" gefördert wurde. Die Funktionalität der Animationen sollte den Lernenden auf jeden Fall per Beamer demonstriert werden, bevor sie mithilfe der Animationen die Aufgaben bearbeiten. Unterrichtsverlauf und Materialien Mithilfe von Animationen und einem Taschenlampenexperiment werden die Ursachen für die Entstehung der Jahreszeiten anschaulich vermittelt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Zusammenhänge zwischen der Neigung der Erdachse und Einstrahlungsverhältnissen kennen lernen und daraus Beleuchtungszonen ableiten. im Taschenlampenversuch Zusammenhänge zwischen Einstrahlungswinkel und Intensität der Beleuchtung erkennen und auf das System Sonne-Erde übertragen. aus den vorangegangenen Erkenntnissen auf die Entstehung von thermischen Jahreszeiten schließen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass Animationen modellhaft Prozesse der Realität abbilden können. mit Animationen umgehen können. Thema Entstehung von Jahreszeiten Autor Jens Joachim Fach Geographie Zielgruppe Klasse 7-8 Zeitraum 1-2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss, Beamer, DSL-Anschluss; für das Abspielen der Animationen ist der Adobe-Flash-Player oder PowerPoint erforderlich; je eine Taschenlampe und ein dunkles A4-Blatt pro Schülergruppe Vorwissen der Schülerinnen und Schüler Im der ersten Aufgabe des Arbeitsblatts (jahreszeiten_arbeitsblatt.pdf) sollen die Schülerinnen und Schüler den Wahrheitsgehalt vorgegebener Aussagen zur Entstehung der Jahreszeiten bewerten und eigene Kommentare ergänzen. Es kann davon ausgegangen werden, dass sie über astronomische Vorkenntnisse verfügen (Neigung der Erdachse um 23,5 Grad, Drehung der Erde um die Sonne innerhalb eines Jahres). Ihr Vorwissens wird abgerufen und fixiert. Am Ende der Unterrichtseinheit wird wieder Bezug auf die Ergebnisse zur ersten Aufgabe genommen und dabei für die Lernenden ein Wissenszuwachs erlebbar. Auch wenn die Lernenden zu Beginn der Unterrichtsstunde(n) den Wahrheitsgehalt der Aussagen richtig bewerten, ist ein genaueres Wissen meist nicht vorhanden. Beleuchtungszonen und besondere Breitenkreise Die zweite Aufgabe, die wie die folgenden in Partnerarbeit bearbeitet werden soll, dient der Erarbeitung der Beleuchtungszonen der Erde. Hierzu wird eine interaktive WEBGEO-Animation eingesetzt (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Das Wissen um die Beleuchtungszonen stellt eine wesentliche Grundlage der physischen Geographie da. Auf ihnen beruhen die überwiegend breitenkreisparallelen Klima- und Vegetationszonen der Erde und damit wesentliche Voraussetzungen für agrarische Nutzungssysteme. Taschenlampenversuch Im dritten Teil der Unterrichtseinheit werden die zuvor entdeckten unterschiedlichen Einstrahlungswinkel per Taschenlampenversuch in Zusammenhang mit der Strahlungsintensität gesetzt (Abb. 2). Je nach Qualität der Taschenlampen ist eine Verdunklung des Raumes notwendig. Aufgabe 3 ist die Schlüsselaufgabe für das Ziel der Unterrichtseinheit. Insofern sollte die richtige Lösung der Aufgabe im Lernprozess kontrolliert werden. Animation zu den astronomischen Jahreszeiten In der vierten Aufgabe erfolgt die Synthese der bisher gefundenen Zusammenhänge in einer Tabelle. Dabei kommt eine zweite WEBGEO-Animation zum Einsatz (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). Das Gelernte wird auf die nördlich gemäßigten Zonen angewendet. Durch die Angabe des Zenitstandes und der Jahreszeiten wird der Zusammenhang zwischen (scheinbarer) Wanderung des Zenits und der Entstehung von Jahreszeiten gefestigt. Die abschließende Aufgabe 5 dient ebenfalls der Festigung und zwingt die Schülerinnen und Schüler zu einer zusammenhängenden Verbalisierung der Ursachen für die Entstehung der Jahreszeiten. Der Vergleich mit den Aufzeichnungen zu Aufgabe 1 (Wahrheitsgehalt vorgegebener Aussagen zur Entstehung der Jahreszeiten) macht den Wissenszuwachs erlebbar. Die Aufgabe zum Weiterdenken (Arbeitsblatt) kann mündlich nach der Fertigstellung des Arbeitsblattes diskutiert werden. Hierzu könnten auch Bilder von Weihnachtssituationen auf der Südhalbkugel zur Illustration genutzt werden. Manche Schulnetzwerke oder -rechner können auf den für das Abspielen der WEBGEO-Simulationen notwendigen Flash-Player nicht zugreifen. Die hier angebotene PowerPoint-Präsentation des Autors stellt für diesen Fall eine Alternative dar: Visualisierungen mit der Software "Home Planet" Die Software "Home Planet" von John Walker (kostenfreier Download aus dem Internet) kann zur Intensivierung der Beschäftigung mit der Entstehung der Jahreszeiten genutzt werden. Anhand einer Weltkarte wird mit der Darstellung der Tagesbeleuchtung der Zusammenhang zwischen Rotation und Revolution der Erde sichtbar. Die Eingabe von Zeitintervallen ermöglicht Simulationen in die Vergangenheit, aber auch in die Zukunft. Extreme Jahreszeiten auf Uranus Im Gegensatz zur Erde weist die Rotationsachse des Planeten Uranus mit einem Winkel von 98 Grad eine extrem starke Neigung auf. Infolge der großen Äquatorneigung gegen die Bahnebene dauern Tag und Nacht an den Polen etwa 42 Jahre. Was wäre, wenn auf der Ede vergleichbare Bedingungen herrschen würden? Astronomen untersuchen mithilfe des Hubble Weltraumteleskops den Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die Vorgänge in der Uranus-Atmosphäre: Hubble Discovers Dark Cloud in the Atmosphere of Uranus Informationen und Bilder auf Hubblesite.org: Das Weltraumteleskop entdeckte einen Wirbelsturm mir einer Ausdehnung von etwa der zwei Dritteln der Fläche der USA. Das Phänomen der Jahreszeiten Auf der Homepage der Görlitzer Sternfreunde finden Sie Informationen zu den Jahreszeiten auf anderen Planeten. Inklination der Planeten Auf der Website der Zentrale für Unterrichtsmedien im Internet sind die Bahndaten (Entfernung, Rotation in Inklination) der Planeten zusammengestellt.

Mit dieser Unterrichtseinheit zum Thema Frühling und Natur lernen Schülerinnen und Schüler, die neu in Deutschland sind, die wichtigsten Tiere und Pflanzen ihrer unmittelbaren Umgebung kennen. Sie entdecken den Frühling als Jahreszeit und schulen dabei ihre Achtsamkeit.Während in Deutschland aufgewachsene Schülerinnen und Schüler in der Grundschule die Natur ihrer näheren Umgebung entdecken, sind für neu angekommene Jugendliche viele Pflanzen und Tiere mehr oder weniger unbekannt. In der Lebenswelt der Jugendlichen spielen sie häufig keine große Rolle. Mit dieser Unterrichtseinheit soll einerseits Interesse für die Natur und die Jahreszeiten geweckt werden, andererseits wird das wichtigste Allgemeinwissen zum Frühling in Deutschland vermittelt. Das Thema Frühlingsspaziergang im Unterricht Für den Frühlingsspaziergang benötigt die Lehrkraft Grundwissen zu Tieren und Pflanzen des Frühlings in der Umgebung. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf Gruppendynamik und Erlebnispädagogik. Wird das Thema Frühling im Unterricht von Deutsch als Zweit- oder Fremdsprache bearbeitet, steht vor allem die Wortschatzarbeit im Vordergrund. Ist der Spaziergang Teil des sprachsensiblen Biologie- oder Sachunterrichts, kann hier eine Grundlage für spätere Systematiken geschaffen werden. Vorkenntnisse Die Lernenden benötigen für diese Unterrichtseinheit zum Themenbereich Frühling und Natur keine Vorkenntnisse. Deutschkenntnisse auf dem Kompetenzniveau A1 und Alphabetisierung sind hilfreich, aber nicht notwendig. Didaktische Analyse Das erste Lernziel der Unterrichtseinheit "Frühlingsspaziergang in neuer Umgebung" besteht ganz allgemein in der Bewusstmachung des Jahreskreislaufs und der Achtsamkeit gegenüber der unmittelbaren natürlichen Umgebung. Dabei stehen Pflanzen und Tiere im Frühling im Mittelpunkt. Zusätzlich wird das Vokabular im Wortfeld Frühling und Natur erweitert. Die Schülerinnen und Schüler lernen Namen für Pflanzen und Tiere kennen, die besonders im Frühling zu beobachten sind. Ein weiterer Aspekt kann – je nach Klassenkonstellation – in der Vermittlung von Verhaltensregeln im öffentlichen Raum bestehen: Schülerinnen und Schüler aus anderen Kulturen haben häufig viele Fragen zu regelgerechtem Verhalten in der neuen Umgebung. Ein Spaziergang wie der hier vorgestellte ist ein Setting, in dem diese Fragen gestellt werden können, beziehungsweise in dem über normverletzendes Verhalten gesprochen werden kann. Die Lehrkraft sollte dabei wertfrei und ohne Vorwürfe erklären, welches Verhalten als normal oder angemessen angesehen wird und welches Verhalten möglicherweise als störend empfunden wird. Hierbei sollten soweit möglich natürlich auch Begründungen angegeben werden. Methodische Analyse Wenn die Arbeitsblätter nicht der Lebensrealität oder dem Sprachniveau der Jugendlichen entsprechen, können bei der Durchführung der Unterrichtseinheit "Frühlingsspaziergang in der neuen Umgebung" Schwierigkeiten entstehen. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, sollten die Arbeitsblätter an die direkte Umgebung, die genaue Jahreszeit und das Sprachniveau der Schülerinnen und Schüler angepasst werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Namen der häufigsten Tiere, Pflanzen und Pflanzenteile ihrer Umgebung im Frühling kennen. entwickeln ein Bewusstsein für den Jahreszeitenwechsel in Deutschland. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen, eine Fotodokumentation zu erstellen. lernen entweder den Umgang mit dem Beamer kennen oder erfahren, wie Fotos entwickelt werden. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten kooperativ und kreativ. entwickeln in der Gruppe eigene Fragestellungen.

Diese Unterrichtsvorschläge zum Thema Ostern bündeln fächerverbindende Unterrichtsideen und Linktipps für die Grundschule. Die nachfolgenden Vorschläge lassen sich für die Freiarbeit kombinieren.Jahreszeitliche Feste wie Advent, Weihnachten, Ostern oder Erntedank lassen sich im Grundschulunterricht hervorragend fächerübergreifend behandeln. Hier kann einerseits reflektierend-kognitiv gearbeitet werden, genauso aber auch künstlerisch-kreativ. Verschiedene Zugänge zur Thematik motivieren die Schülerinnen und Schüler, sich aktiv am Unterricht zu beteiligen. Gerade jahreszeitliche Feste sind traditionell in unsere Kultur eingebettet, sodass man von diesen Bräuchen im Unterricht profitieren kann, beispielsweise durch das Herstellen von Dekorationen, das Backen von entsprechendem Gebäck und das Kennenlernen des gesellschaftlichen oder religiösen Hintergrunds. Das Osterfest im Unterricht Beim Osterfest wird die Auferstehung Jesu Christi von den Toten gefeiert, der Sinn des Osterfests liegt also in der christlichen Tradition. Auf diesen Hintergrund und damit auf die zugehörigen biblischen Geschichten sollte auf jeden Fall eingegangen werden, da sich daraus viele aktuelle Bräuche ableiten und da dieser Sinn dem Fest seinen eigentlichen Tiefgang gibt. Dies ist auch für Schülerinnen und Schüler eine Bereicherung, die aus einem anderen Kultur- und Religionshintergrund stammen. Es gibt ihnen die Möglichkeit, die Bedeutung und die Bräuche des Osterfests zu verstehen. Geeignet für die Freiarbeit Die nachfolgenden Vorschläge lassen sich für die Freiarbeit kombinieren. So kann eine individuell passende vorösterliche Unterrichtseinheit oder ein vorösterlicher Projekttag zusammengestellt werden. Wenn gewünscht, kann auch ein Kinder-Eltern-Nachmittag entstehen, an dem Ergebnisse präsentiert werden (Osterlieder vorsingen, Osteranspiel, Ostergeschichten vorlesen) oder gemeinsam gebastelt und gebacken wird. Weitere Unterrichtsideen finden Sie im Dossier Ostern und Frühling im Unterricht . Kreatives Schreiben zur Ostergeschichte Die Kinder schreiben Geschichten rund um das leere Grab, für deren Erstellung auch der Computer genutzt werden kann. Mögliche Themen sind: Zeitungsberichte, die über die Geschehnisse von Karfreitag bis zum Ostermorgen berichten Tagebucheinträge von Maria aus Magdala, die das Grab am Ostermorgen leer vorfindet eigene Ostergedichte Ideenaufsatz: "Wie sieht dein ideales Osterfest aus?" Für den Aufsatz zum Osterfest können mehrere Fragen als Anregung dienen, aus denen frei gewählt werden kann: Mit wem möchtest du Ostern feiern – mit der Familie oder auch mit Freunden? Was möchtest du an Ostern am liebsten machen? Was schmeckt dir zum Osterfest am besten? Wie sieht dein idealer Ostergottesdienst aus? Ein Ostergedicht vortragen Die Schülerinnen und Schüler suchen sich ein Ostergedicht aus dem Lesebuch (oder aus anderen Büchern oder dem Internet) aus, lernen es auswendig und tragen es der Klasse vor. Vorschläge für den Kunst-Unterricht Ob Hasenbilder ausmalen, Ostereier gestalten oder Osternester basteln – die Möglichkeiten, etwas Kreatives zur Osterzeit zu gestalten, sind vielfältig. Passende Webseiten mit Vorlagen, Ideen und Anleitungen finden Sie in den Linktipps. Vorschläge für den Religionsunterricht DVD "Die Ostergeschichte" Der Film "Die Ostergeschichte" kann sehr gut im vorösterlichen Religionsunterricht und auch im fächerverbindenden Unterricht eingesetzt werden. Er kann als ein Höhepunkt im Ganzen angeschaut werden, es ist aber zu empfehlen, die DVD für die Freiarbeit zu nutzten und je nachdem, wo man sich im Unterricht inhaltlich befindet, ein einzelnes Kapitel betrachten zu lassen. CD-ROM "Klick-Bibel 1" Es lohnt sich zudem, die Lernsoftware "Klick-Bibel 1" einzusetzen, bei der ebenfalls der Vogel Wido Wiedehopf durchs Programm führt. Diese beinhaltet illustrierte Erzählungen und Texte zu Gründonnerstag, Karfreitag und Ostern mit passenden Spielen und Bildern zum Ausmalen. Die Ostergeschichte als Theaterstück Die Ostergeschichte wird in der Bibel (am besten "Gute Nachricht" oder "Hoffnung für alle") oder im Internet nachgelesen werden, zum Beispiel auf der Website ostern-mit-dem-osterhasen.de gelesen und als Theaterstück eingeübt, das der Klasse oder den Eltern vorgeführt wird. Vorschläge für den Sachunterricht Im Sachunterricht können die Schülerinnen und Schüler Ostertraditionen verschiedener Länder recherchieren – in Büchern und/oder im Internet – und miteinander vergleichen. Zur kreativen und schmackhaften Vertiefung des Gelernten können Oster-Backrezepte aus anderen Ländern ausprobiert werden. Eine Sammlung von Internetseiten zu den Themen "Ostertraditionen in anderen Ländern" sowie einige ausländische Oster-Rezepte finden Sie in den Linktipps. Vorschläge für den Englisch-Unterricht Die Kinder können englische Osterwörter im Wörterbuch nachschauen und notieren. Dies kann besonders gut online erfolgen, beispielsweise im Internet-Wörterbuch LEO . Die Ergebnisse können in eine Deutsch-Englisch-Tabelle in einem Textverarbeitungsprogramm eingetragen werden. Mögliche Vokabeln sind: Jesus Christus, Kreuzigung, Auferstehung, Lamm, leeres Grab, Gottesdienst, Ostern, Engel. Vorschläge für den Mathematik-Unterricht Die Schulkinder denken sich Textaufgaben rund ums Osterfest aus, schreiben diese auf und berechnen die Lösungen, die dann von der Lehrkraft kontrolliert werden. Die einzelnen Textaufgaben können in ein kleines "Oster-Übungsheft" kopiert werden. Außerdem können einige Schülerinnen und Schüler ihre Textaufgaben an die Tafel schreiben und sie der Klasse als Aufgabe stellen. Vorschläge für den Musik-Unterricht Ostergedichte Verschiedene Ostergedichte aus dem Lesebuch, dem Internet oder auch selbst verfasste Gedichte werden mit Orff-Instrumenten vertont. Man kann sich natürlich auch eine Singmelodie dazu ausdenken. Hierfür bietet sich Gruppenarbeit an, die Resultate werden dann der Klasse vorgetragen. Osterlieder Zudem können Frühlings- und Osterlieder einstudiert werden, auch mit instrumentaler Begleitung. Zusätzlich zum Musikbuch kann das Internet als Recherchequelle dienen (siehe Linktipps).

Beobachtungen unseres äußeren Nachbarplaneten lohnen sich nur während der Monate um die Oppositionen, die etwa alle zwei Jahre und zwei Monate eintreten. Die Dokumentation einer Marsschleife ist eine reizvolle Aufgabe für ein kleines Beobachtungsprojekt.Die rötliche Färbung des Planeten fällt auch ungeübten Beobachterinnen und Beobachtern sofort auf. Sie ist besonders beeindruckend, wenn Mars noch nicht allzu hoch über dem Horizont steht. Der Grund dafür ist derselbe, der auch die Sonne oder den Mond beim Auf- und Untergang rötlich erscheinen lässt - kurzwellige Lichtanteile werden durch die Atmosphäre stärker gestreut als die langwelligen. Die Marsfarbe wird durch diesen Effekt aber nur verstärkt. Der allgegenwärtige eisenoxidhaltige Staub hat dem Planeten zu Recht den Beinamen des "Roten" eingebracht - "rostiger" Planet wäre ebenso zutreffend. Die linke Abbildung zeigt eine Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops und ein Marsfoto, das mit einem kleinen Amateurteleskop aufgenommen wurde. Informationen zur Sichtbarkeit des Planeten am Abendhimmel finden Sie unter Links und Literatur zum Thema Mars . Zur Vorbereitung der Beobachtung können mithilfe kostenfreier Planetarium-Software (z.B. Stellarium ) Simulationen durchgeführt und Sternkarten ausgedruckt werden.Kaum ein Planet hat die Fantasie der Menschen so sehr in Gang gesetzt wie Mars: Die "Entdeckung" der Marskanäle ist ein schönes Beispiel aus der Wissenschaftsgeschichte dafür, dass auch die Objektivität von Naturwissenschaftlern optischen Täuschungen und einer guten Portion Autosuggestion unterliegen kann. Aber auch für eine Massenhysterie ist Mars gut: Die 1938 am Holloween-Abend über das Radio ausgestrahlte fiktive Schilderung eines Marsmenschen-Überfalls soll in den USA eine Panik ausgelöst haben. UFO-Fans und Esoteriker sahen in einer von der Raumsonde Viking I im Jahr 1976 aufgenommen Gebirgsformation, die als "Marsgesicht" Berühmtheit erlangte, einen extraterrestrischen Monumentalbau, der es bis in die Kultserien "Akte X" und "Futurama" schaffte. Mars bietet also reichlich Stoff, um das Interesse der Schülerinnen und Schüler für Astronomie und Naturwissenschaften zu wecken. Obwohl den meisten von ihnen der eine oder andere Science-Fiction-Film zum Thema Mars bekannt sein dürfte, haben nur die wenigsten den Planeten bewusst mit eigenen Augen gesehen. Nutzen Sie also die nächste Marsopposition, um zusammen mit Ihren Schülerinnen und Schülern den faszinierenden Planeten näher kennen zu lernen und zu beobachten. Historisches und Histörchen Ob Götter, Marsmenschen, Kanäle oder andere Monumentalbauten - die Raumfahrt hat Jahrtausende alte Vorstellungen sowie Fiktionen aus dem 19. und 20. Jahrhundert beendet. Erforschung des "Rostigen Planeten" Mars-Orbiter, Landegeräte und mobile Rover übermittelten nicht nur wissenschaftliche Daten, sondern auch Bilder mit faszinierenden Mars-Impressionen und Landschaften. Der Mars - Oppositionen des Exzentrikers Die Entstehung von rückläufiger Bewegungen und Schleifen der äußeren Planeten und die Besonderheiten der Marsoppositionen werden erläutert. Beobachtung des Planeten Lernende können mit einfachen Hilfsmitteln eine Marsschleife dokumentieren und versuchen, mit einem Teleskop Oberflächenstrukturen zu erkennen. Dokumentation einer Marsschleife Vorschläge für Arbeitsmaterialien und Hinweise zur Verfolgung der Bewegung des Planeten Mars in dem Zeitraum um seine Opposition Die Schülerinnen und Schüler sollen Mythologie und Science Fiction zum Thema Mars kennen lernen. die Geschichte der Erforschung des Planeten überblicken - von der "Entdeckung" der Marskanäle bis hin zur Erforschung der Oberfläche durch NASA-Rover. Mars mit eigenen Augen sehen und in dem Lichtpunkt mithilfe der NASA- und ESA-Fotos eine fremde Welt erkennen. den Planeten durch ein Teleskop beobachten (Schul- oder Volkssternwarte) und versuchen, Oberflächendetails mithilfe eines "Onlinerechners" der Webseite CalSky zu benennen. verstehen, wie eine Marsschleife entsteht. die Bahn des Planeten über einige Monate verfolgen und mit einfachen Mitteln eine "Marsschleife" aufzeichnen. Thema Marsbeobachtung Autoren Dr. André Diesel, Peter Stinner Fächer Naturwissenschaften ("Nawi"), Astronomie, Astronomie AG Zielgruppe Klasse 5 bis Jahrgangsstufe 13 (je nach Thema und Vertiefung) Zeitraum variabel, vom einmaligen Beobachtungsabend bis hin zur Dokumentation einer Marsschleife über mehrere Monate Technische Voraussetzungen Beobachtung mit bloßem Auge oder dem Amateurteleskop; für die fotografische Dokumentation der Planetenbewegung Bildbearbeitungssoftware, zum Beispiel Fitswork (kostenloser Download); Planetarium-Software zur Vorbereitung der Beobachtung, zum Beispiel Stellarium (kostenfrei) Traditionelle Rolle als Kriegsgott Mars fasziniert die Menschen schon seit Jahrtausenden. Im Altertum war der Planet bei vielen Völkern mit dem jeweiligen Kriegsgott verknüpft - Nergal im Zweistromland, Ares bei den Griechen und eben Mars bei den Römern. Ursache dafür dürfte seine auffällig orange-rote Färbung sein - verursacht durch den auf der Marsoberfläche allgegenwärtigen Eisenoxidstaub -, die schon dem bloßen Auge nicht entgeht. Die rote Farbe ist übrigens umso kräftiger, je tiefer der Planet am Himmel steht. Hoch über dem Horizont erscheint Mars eher orange bis gelblich. Ein weiteres Charakteristikum des Planeten sind die großen Helligkeitsunterschiede während seiner Oppositionen. In einigen Jahren kann er über mehrere Wochen sehr hell werden und sogar mit der Leuchtkraft von Jupiter konkurrieren, in anderen Jahren bleibt er relativ unscheinbar und in seiner Helligkeit etwa dem Polarstern vergleichbar. Sein Aufleuchten haben unsere Vorfahren möglicherweise als Symbol für entfesselte Feuersbrünste oder das Vergießen von Blut gedeutet. Wikipedia: Nergal Gottheit der sumerisch-akkadischen und der babylonischen und assyrischen Religion Wikipedia: Ares Griechischer Gott des Krieges, des Blutbades und Massakers Wikipedia: Mars Der Kriegsgott war neben Jupiter der wichtigste Gott der Römer. Schiaparellis "Canali" Aber auch in modernen Zeiten fasziniert Mars und entfesselte Fantasien. 1877 glaubte der Leiter der Mailänder Sternwarte, Giovanni Schiaparelli (1835-1910), mit dem Teleskop Marskanäle entdeckt zu haben - ein Effekt, der einer optischen Täuschung zuzuschreiben ist. Schiaparelli hielt die "Canali" für natürliche geradlinige Senken, durch die Wasser auf der Marsoberfläche fließen könnte. Eine ungenaue Übersetzung ins Englische ("canals" statt "channels") suggerierte jedoch die Entdeckung von Artefakten auf dem Mars. Schnell verbreitete sich so der Glaube an eine hochtechnisierte Marszivilisation, die in den hundert Kilometer breiten Kanälen das Schmelzwasser der Marspole in die gemäßigten Breiten leiten sollte, um die Anbaugebiete der Marsianer im Vegetationsgürtel des Planeten zu bewässern. Wikipedia: Marskanäle Die Kanäle wurden erstmals im Jahr 1877 beschrieben. Science Fiction Der Glaube an eine Marszivilisation war auch die Grundlage zahlreicher Werke des Science-Fiction-Genres. Spektakulär soll der Effekt eines Hörspiels von Orson Wells (1915-1985) gewesen sein, das auf dem Roman "War of the Worlds" von Herbert George Wells (1866-1946) basiert. Orson Wells' fiktive Radio-Reportage über eine Invasion bösartiger Marsianer wurde im Jahr 1938 am Halloween-Abend ausgestrahlt und soll an der Ostküste der USA eine Massenpanik ausgelöst haben (ob dies tatsächlich so war, ist heute allerdings umstritten). Vielen älteren Schülerinnen und Schülern dürfte die beklemmende Verfilmung des Stoffs von Steven Spielberg aus dem Jahr 2005 bekannt sein, ebenso die skurrile filmische Aufarbeitung von Tim Burton aus dem Jahr 1996, "Mars Attacks". Keine Kanäle, weder Zivilisation noch Vegetation Auch wenn man bereits in den dreißiger Jahren begann, die "Marskanäle" für das Ergebnis optischer Täuschungen zu halten - Gewissheit bekam man erst durch die Bilder der Raumsonde Mariner 4, die im Jahr 1965 an dem Planeten vorbei flog und deren Kameras den Mars erstmals aus der Nähe betrachteten. Zwar könnte die Wahrnehmung einiger "Canali" durch geomorphologische Großstrukturen erklärt werden, von dem ausgeklügelten Bewässerungssystem der Marsmenschen fand man jedoch keine Spur. Für die bis dahin mit Besuchern vom Mars in Verbindung gebrachten "Fliegenden Untertassen" mussten UFOlogen fortan andere Erklärungen finden. Aber auch von der bis dahin teilweise noch gehegten Vorstellung, der Planet könne von Moosen und Flechten bewachsen sein (dessen Vegetationsperioden die beobachteten Veränderungen auf der Oberfläche hätten erklären können), musste man sich endgültig verabschieden - Mars scheint ein toter Planet zu sein. Das Marsgesicht Auch wenn die Raumfahrt die menschliche Fantasie weitgehend auf den Boden der Tatsachen zurückholte, bot ein Foto der Raumsonde Viking I aus dem Jahr 1976 Anlass für ganz neue Spekulationen. Aus knapp 2.000 Kilometern Höhe nahm die Sonde beim Landeanflug eine Gebirgsformation auf, die als "Marsgesicht" berühmt wurde (Abb. 1). UFO-Fans erkannten darin das monumentale Artefakt einer außerirdischen Spezies. Das Marsgesicht wurde von diversen TV- und Kinoproduktionen aufgegriffen. In der Trickfilmserie "Futurama" bildet es zum Beispiel den Eingang zur marsianischen Unterwelt, in der Aliens hausen. Aufnahmen des NASA-Orbiters Mars Global Surveyor aus dem Jahre 2001 zeigen jedoch nichts anderes als eine verwitterte Felsformation und beendeten so auch diese Illusion. Durchmesser, Tageslänge, Neigung der Rotationsachse Der Durchmesser des Planeten ist mit etwa 6.800 Kilometern doppelt so groß wie der des Mondes, aber nur halb so groß wie der unserer Erde. Ein Marstag dauert nur 40 Minuten länger als ein irdischer Tag. Dies fanden schon Christian Huygens (1629-1695) und Giovanni Domenico Cassini (1625-1712) heraus, die die Rotationsdauer durch die Beobachtung von Oberflächendetails bestimmen konnten. Die Neigung der Rotationsachse (etwa 25 Grad) entspricht ungefähr derjenigen der Erdachse (23 Grad) und beschert dem Mars Sommer und Winter. Die marsianischen Jahreszeiten dauern allerdings doppelt so lange wie die unsrigen, da Mars für eine Runde um die Sonne etwa zwei Erdenjahre benötigt. Entfernung und Jahreslänge Mars ist im Schnitt 1,5 astronomische Einheiten, also 1,5 Mal soweit von der Sonne entfernt wie die Erde. Aufgrund seiner stark exzentrischen Bahn schwankt sein Abstand zur Sonne zwischen 207 und 250 Millionen Kilometern. Ein Marsjahr dauert etwa 687 Tage (siderische Umlaufzeit). Alle 780 Tage wird er von der Erde überrundet (synodische Umlaufzeit). Zwischen den Marsoppositionen liegen also zwei Jahre, ein Monat und drei Wochen. "Furcht" und "Schrecken" begleiten den Kriegsgott Bei den beiden kleinen, etwas kartoffelförmigen Marsmonden handelt es sich möglicherweise um eingefangene Asteroiden. Standesgemäß wurden die Trabanten des Kriegsgotts auf die Namen Phobos und Deimos, Furcht und Schrecken, getauft. Während unser Mond groß genug ist, um die Rotationsachse der Erde zu stabilisieren (was ihrer Bewohnbarkeit sehr entgegen kommt), sind Phobos und Deimos dafür viel zu klein. Deshalb vollführt die Mars-Rotationsachse eine viel deutlichere Taumelbewegung als die der Erde. Die Marsatmosphäre besteht zu 95 Prozent aus Kohlenstoffdioxid. Der Atmosphärendruck beträgt am Boden weniger als ein Prozent des Luftdrucks der Erde. Flüssiges Wasser kann an der Oberfläche unter diesen Bedingungen - selbst oberhalb des Gefrierpunkts - nicht existieren. Die dünne Atmosphäre speichert kaum Wärme, sodass die Temperaturunterschiede zwischen Tag (bis zu 20 Grad Celsius in Äquatornähe) und Nacht (bis zu -85 Grad Celsius) beträchtlich sind. Die mittlere Temperatur liegt bei -55 Grad Celsius. Neben der gemäßigten Neigung der Rotationsachse trägt die Exzentrizität der Umlaufbahn zu einer deutlichen Ausprägung der Jahreszeiten mit dynamischen Vorgängen in der dünnen Atmosphäre bei. Im Marsfrühjahr können heftige Staubstürme große Teile des Planeten verhüllen. Durch die Verwehungen hellen Staubs in dunklere Gebiete kommt es zu jahreszeitlichen Veränderungen der Marsoberfläche, die im Teleskop beobachtet werden können. Die Veränderung der dunklen Schattierungen hielt man früher für eine mögliche Folge marsianischer Vegetationszyklen. Die Polkappen bestehen zum größten Teil aus gefrorenem Kohlenstoffdioxid, enthalten aber auch Wassereis. Sie "pulsieren" mit dem Wechsel der Jahreszeiten. Die Dicke der nördlichen Polkappe (1.000 Kilometer im Durchmesser) wird auf immerhin fünf Kilometer geschätzt. Abb. 2 zeigt eine Aufnahme des NASA-Orbiters Mars Global Surveyor. Die Suche nach Wasser Eine Hauptaufgabe der im Jahr 2008 etwas nördlich des Polarkreises gelandeten NASA-Sonde Phoenix war die Suche nach Spuren von Wasser. Fließspuren an der Oberfläche (trockene Flusstäler und Überschwemmungsgebiete) waren bereits vorher bekannt. Durch Gesteinsanalysen konnte bestätigt werden, dass der Mars einst wärmer und feuchter und somit seine Atmosphäre dichter gewesen sein muss. Abseits der Polkappen versteckt sich das Wassereis heute im Permafrostboden einige Meter unter der Marsoberfläche. In seiner nördlichen Position konnte Phoenix Wassereis jedoch schon wenige Zentimeter unter der Oberfläche nachweisen. Spuren von Leben hat man bisher nicht gefunden. Konjunktion und Opposition Mars ist im Schnitt 1,5 astronomische Einheiten, also 1,5 Mal soweit von der Sonne entfernt wie die Erde. Aufgrund seiner stark exzentrischen Bahn schwankt sein Abstand zur Sonne zwischen 207 und 250 Millionen Kilometern. Dies ist auch die Ursache für die unterschiedliche Leuchtkraft des Planeten am Himmel während seiner Oppositionsstellung (Abb. 6). Etwa alle 15 Jahre kommt uns der Rote Planet besonders nah. Zuletzt war dies im Jahr 2003 der Fall - auf die nächste spektakuläre Marsopposition müssen wir also bis zum Jahr 2018 warten. Überholen wir Mars auf unserer Innenbahn, während er sich in seiner sonnenfernsten Position befindet (Aphel), dann bleibt er an unserem Himmel relativ unauffällig. Die maximale Oppositionsentfernung zur Erde liegt bei mehr als 100 Millionen Kilometern. Überholen wir Mars dagegen, wenn er sich in seiner sonnennächsten Position befindet (Perihel), kann sich ihm die Erde bis auf 56 Millionen Kilometer nähern. Abb. 7 (zur Vergrößerung bitte anklicken) gibt einen Überblick über die geometrischen Situationen der Marsoppositionen in den Jahren von 1999 bis 2022 sowie die jeweiligen scheinbaren Durchmesser des Marsscheibchens. Die Entfernungen Erde - Mars sind in Millionen Kilometern angegeben. Rückläufigkeit und Schleifen Um die Zeit der Opposition überholt die Erde einen äußeren Planeten "auf der Innenbahn". Beobachterinnen und Beobachter auf der Erde sehen den gleichen Effekt wie ein Läufer, der in der Stadionkurve auf der Innenbahn an einem Läufer auf der Außenbahn vorbeizieht. Während dieses Überholvorgangs bewegt sich der überholte Läufer auf der Außenbahn vom Läufer auf der Innenbahn aus gesehen vor dem Publikum auf der Kurventribüne kurzzeitig rückwärts. Übertragen auf die Bewegungen im Sonnensystem heißt dies, dass der äußere Planet sich während der Opposition von der Erde aus gesehen vor dem Fixsternhimmel rückwärts, das heißt von Ost nach West bewegt. Der Fixsternhimmel hat jetzt die Rolle des Publikums auf der Kurventribüne übernommen. Weil die Bahnebenen der Planeten geringfügig gegen die Erdbahn geneigt sind, erscheinen die Bahnen von Mars und den übrigen äußeren Planeten um die Zeit der Opposition herum als "Schleifen" an der Himmelskugel. Dies wird durch Abb. 8 und die folgenden Java-Applets veranschaulicht: Auffällige Oppositionsschleifen Weil Mars von allen äußeren Planeten der Erde am nächsten ist, fällt seine Oppositionsschleife am Sternhimmel deutlich größer aus als die von Jupiter und Saturn. Die Ausdehnung der Oppositionsschleife von Saturn erreichte zum Beispiel im Jahr 2010 nur etwa 30 Prozent derjenigen von Mars. Somit gilt als Fazit: Mars ist das ideale Objekt für die Beobachtung der Oppositionsschleife eines Planeten im Rahmen eines schulischen Projekts! Im Bereich Fachmedien finden Sie eine kurze Einführung in das einfach zu bedienende virtuelle Planetarium Stellarium . (Als ebenso hilfreich, aber etwas komplexer, erweist sich das Programm Cartes du Ciel ) Führen Sie nach dem Start von Stellarium den Mauszeiger in die linke untere Bildschirmecke. Danach öffnen sich die beiden Menüleisten links und unten (Abb. 9, zur Vergrößerung des Ausschnitts bitte anklicken). Per Mausklick auf das Uhrensymbol in der linken Leiste öffnet sich ein Dialogfenster, in das man Datum und Uhrzeit eingibt. Nach Klick auf das Lupensymbol in der linken Menüleiste gibt man den Namen "Mars" ein. Stellarium wählt jetzt den Himmelsausschnitt so, dass sich Mars genau im Zentrum befindet. Drehen am Scrollrad der Maus vergrößert oder verkleinert den dargestellten Himmelsauschnitt. So kann man leicht die Lage vom Mars relativ zum Horizont oder relativ zu markanten Sternbildern einschätzen. Was ist zu sehen? In einem 60 Millimeter Teleskop erscheint Mars lediglich als kleines, oranges Scheibchen. Ab etwa zehn Zentimetern Öffnung können unter günstigen Umständen helle und dunkle Bereiche der Oberfläche schemenhaft wahrgenommen werden. Auch Polkappen sind - je nach marsianischer Jahreszeit - zu sehen. Teleskope mit 15 bis 20 Zentimetern Öffnung lassen weitere Details erkennen. Christian Huygens beschrieb bereits im Jahr 1659 die "Große Syrte", ein dunkles, auffällig dreieckiges Wüstengebiet. Die Suche nach Oberflächendetails lohnt sich jedoch nur während weniger Monate um den Oppositionstermin herum. Abb. 10 zeigt eine Aufnahme des Planeten von Heinrich Kuypers, die im Rahmen einer Astronomie-AG mithilfe eines kleinen Amateurteleskops entstand. Dabei wurden viele Einzelbilder mit der kostenfreien Software RegiStax addiert. Das Foto zeigt Oberflächendetails somit deutlicher als der Blick durch das Okular des Teleskops. Übersichtskarte Die im Folgenden vorgestellten Arbeitsmaterialien wurden für die Dokumentation der Marsschleife im Jahr 2010 erstellt. Sie können bei künftigen Oppositionen als Anregung für die Zusammenstellung entsprechender Schülermaterialien dienen. Passende Sternkarten müssen dann für den jeweiligen Beobachtungszeitraum mit geeigneter Astronomie-Software, etwa GUIDE oder den kostenfreien Progeammen Cartes du Ciel und Stellarium , erstellt werden. Die mit der Software GUIDE 8.0 erzeugte Übersichtskarte (uebersichtskarte.jpg) zeigt den Ost- und Südhimmel mitsamt Horizont, wie er sich Beobachterinnen und Beobachtern in Deutschland am 15. Februar 2010 um 21:00 Uhr darstellte. Der aufgehellte Bereich in der rechten Bildhälfte entspricht der Milchstraße. Den Himmelsanblick einer solchen Karte findet man - bei gleicher Horizontlage - 15 Tage später schon eine Stunde früher oder 15 Tage früher erst eine Stunde später vor. Anhand des Ausdrucks einer solchen Karte können sich die Schülerinnen und Schüler grob am Sternhimmel orientieren. Wichtig ist, dass sie die Sternbilder, durch die sich Mars während des gewählten Beobachtungszeitraums bewegen wird, eindeutig identifizieren können. Negativ-Übersichtskarte Die Grafik der Datei "uebersichtskarte_negativ.jpg" ist die Negativ-Darstellung der Karte "uebersichtskarte.jpg". Der Himmelshintergrund ist weiß gehalten, die Sterne sind als schwarze Kreise dargestellt. Ihre Helligkeit wird durch die verschieden großen Kreisdurchmesser veranschaulicht. Solche Negativ-Sternkarten eignen sich gut für handschriftliche Einträge und Ergänzungen. Detailkarten Nach etwas Übung in der Orientierung am Himmel genügen den Schülerinnen und Schülern für weitere Beobachtungen dann die vergrößerten Ausschnittkarten, zum Beispiel "detailkarte.jpg" oder "detailkarte_negativ.jpg" (Abb. 12; zur Vergrößerung des Ausschnitts bitte anklicken). Letztere Karte liegt auch mit dem Gradnetz des äquatorialen Himmelskoordinatensystems vor ("detailkarte_negativ_gradnetz.jpg"). Händische Einträge in die Himmelskarten In allen Karten fehlt der am Sternhimmel nicht ortsfeste Mars. Er ist jedoch in der betrachteten Himmelsgegend bei einer "durchschnittlichen" Opposition ein auffälliges Objekt und deshalb leicht aufzufinden. Aufgabe der Schülerinnen und Schüler ist es nun, an möglichst vielen klaren Abenden während der Beobachtungsmonate (in dem hier vorgestellten Beispiel Januar bis April 2010) nach dem Planeten Mars Ausschau zu halten, ihn am Himmel aufzufinden, seine Position relativ zu den umgebenden Sternen nach Augenmaß zu ermitteln, um diese Marspositionen dann nebst Datum in der Detailkarte (Negativdarstellung) festzuhalten. Durch Einbeziehen des Koordinatenrasters in der Detailkarte kann eine ordentliche Genauigkeit bei der Bestimmung der Positionen erzielt werden. Brauchbares Wetter vorausgesetzt, sollte man im Laufe einiger Wochen viele unterschiedliche Marspositionen beobachten und dokumentieren können. Man wird zuerst die retrograde (rückläufige) Bewegung erkennen, dann den scheinbaren Stillstand, dem danach die normale prograde Bewegung von Westen nach Osten folgt. Abb. 13 (Grafik zur Vergrößerung des Ausschnitts bitte anklicken) zeigt den mit der Software GUIDE 8.0 erzeugten Verlauf der Marsbewegung um dessen Opposition (Beobachtungsbeispiel Oktober 2009 bis Mai 2010). Technikbegeisterte Schülerinnen und Schüler werden eher an der fotografischen Dokumentation der Marsbewegung interessiert sein. Unter Verwendung der kostenlosen Software Fitswork kann man aus Fotografien einfacher Digitalkameras Planetenbahnen am Sternhimmel rekonstruieren und nebenbei Grundlagen der digitalen Bildbearbeitung erlernen. Das dieser Technik zugrunde liegende Vorgehen wird ausführlich beschrieben in dem Beitrag zur Allgemeine Hinweise zur Planetenbeobachtung . Literatur Die astronomischen Jahrbücher informieren über die wesentlichen Ereignisse, deren Begleitumstände sowie über die Sichtbarkeiten der Planeten: Ahnert Astronomisches Jahrbuch, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft (Heidelberg) Keller Kosmos Himmelsjahr, Kosmos Verlag (Stuttgart)

Diese Unterrichtseinheit zum Ökosystem Wald befasst sich mit dem Einfluss von Bergkiefernkäfern auf das Waldökosystem in Nordamerika. Im Rahmen des Klimawandels und der damit einhergehenden Prozesse kommt es auch zu gravierenden Veränderungen in den Ökosystemen. West- und Nordamerika zählen 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. Mithilfe von hyperspektralen Satellitenbildern und daraus abgeleiteten Vegetationsindizes erhalten die Schülerinnen und Schüler 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. Das Projekt "Fernerkundung in Schulen" (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. Einordnung in den Lehrplan Der Lehrplan Biologie für die Sekundarstufe I sieht in Nordrhein-Westfalen das Inhaltsfeld "Energiefluss und Stoffkreisläufe" mit dem Bereich "Erkundung und Beschreibung eines ausgewählten Biotops (Produzenten, Konsumenten, Destruenten)" sowie das Inhaltsfeld "Angepasstheit von Pflanzen und Tieren an die Jahreszeiten" mit dem Bereich "Entwicklung exemplarischer Vertreter der Wirbeltierklassen und eines Vertreters der Gliedertiere" vor. Die Betrachtung von Wäldern aus Satellitenperspektive bietet sich innerhalb dieses Themenkomplexes besonders an, da anhand der Bilder anschaulich gezeigt werden kann, wie großflächige Vegetationsmuster unter dem Einfluss auch der kleinsten sichtbaren Lebewesen stehen und von ihnen beeinflusst werden. Die eingesetzte Methodik der zeitlichen Veränderung eines Vegetationsindexes orientiert sich dabei stark an tatsächlich in der Wissenschaft eingesetzten Techniken. Zudem wird in diesem Zusammenhang im Lehrplan Biologie die Nutzung digitaler Medien explizit gefordert. Sie sollen bei der Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten sowie bei der Darstellung und der Simulation fachlicher Sachverhalte ebenso eingesetzt werden wie bei der Suche nach Informationen, der Präsentation und der Kommunikation von Überlegungen und Ergebnissen. Zielsetzung Das Ziel der Unterrichtseinheit "Ökosystem Wald: kleiner Käfer, großer Schädling" besteht darin, grundlegende Funktionen und Zusammenhänge im Waldökosystem und durch den Klimawandel induzierte Veränderungen zu verstehen. Ferner schult die Unterrichtseinheit den Umgang mit abstrakten Darstellungen (Satellitenbild) von bekannten Landschaftseinheiten. Inhalte und Einsatz im Unterricht Hier erhalten Sie Hinweise zum Aufbau der Lernumgebung "Ökosystem Wald: kleiner Käfer, großer Schädling". Die Abbildungen veranschaulichen die Funktionen und die interaktiven Übungen zu den Themenfeldern "invasive Arten" und "Waldökosystem". Die Schülerinnen und Schüler interpretieren hyperspektrale Satellitenbilder und leiten aus ihnen den Befall mit Bergkiefernkäfern ab. beschreiben den Einfluss von Bergkiefernkäfern auf das Waldökosystem. bekommen ein Verständnis für die Zusammenhänge zwischen Klimawandel, Käferbefall und Abwehrmechanismen der Bäume. Computereinsatz und technische Voraussetzungen Die Unterrichtseinheit "Okösystem Wald: kleiner Käfer, großer Schädling" 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 "Kleiner_Käfer_großer_Schädling.exe" gestartet. Unter anderen Betriebssystemen wird die Datei "Kleiner_Käfer_großer_Schädling.html" in einem Webbrowser geöffnet. Hierfür wird der Adobe Flash Player benötigt. Wichtig ist in beiden Fällen, dass die heruntergeladene Ordnerstruktur erhalten bleibt. Der jeweils aktivierte Bereich wird auf der unteren Leiste der Lernumgebung eingeblendet (Abbildung 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 "Ökosystem Wald". Im zweiten Teil werden die 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. Inhalte im Überblick 1. Einleitung Nach dem Start des Lernmoduls sehen die Schülerinnen und Schüler einen Einführungskasten, der kurz in das Thema "Invasive Arten" einleitet und den Aufbau der Lernsequenz erklärt. Das Bild zeigt deutlich die Schäden, die der Bergkiefernkäfer in Colorado (USA) verursacht hat. Der erste Teil des Lernmoduls legt als Hintergrundwissen die Grundlagen für die spätere Arbeit mit den Satellitenbildern im zweiten Modulteil. In diesem Teil werden grundlegende Inhalte vermittelt, wie zum Beispiel der Unterschied zwischen multispektralen Satellitenbildern - sie enthalten nur wenige Kanäle, die bestimmte Spektralbereiche repräsentieren - und hyperspektralen Bildern, die weit über hundert verschiedene Kanäle umfassen können. So ist es mit der hyperspektralen Fernerkundung beispielsweise möglich, den Wasser- und Chlorophyllgehalts in Blättern aus dem All zu bestimmen. Nach dieser Einführung in die Fernerkundung erhalten die Schülerinnen und Schüler einen Überblick über die Lebensgewohnheiten und die systematische Einordnung des Bergkiefernkäfers. Ferner wird der Aufbau der Sprossachse von Nadelbäumen kurz erklärt. Dies ist wichtig, da die Schülerinnen und Schüler nur so nachvollziehen können, warum ein Käferbefall zum Absterben des Baumes führt. Im zweiten Modulteil stehen den Schülerinnen und Schülern mehrere Einzelbilder zur Verfügung, die verschiedene Kanäle repräsentieren. Die aufgenommenen Szenen zeigen das Gebiet rund um den Grand Lake (Rocky Mountain National Park Colorado USA). Die Bilder stammen vom amerikanischen Satellitensensor Hyperion EO-1. Ein Pixel deckt 90 qm ab; man kann also nicht viel erkennen. Erst durch die Berechnung des Vegetationsindex NDVI wird deutlich, wo gesunde Pflanzen zu finden sind: Besonders hohe NDVI-Werte deuten auf einen guten Gesundheitszustand der Vegetation hin. Durch den Käferbefall vertrocknen die Bäume und sterben sukzessive ab. Dieser Prozess geht mit einer Abnahme des Chlorophyllgehalts und somit des NDVI einher. Diese Veränderungen lassen sich gut im Satellitenbild erkennen. Es stehen insgesamt zwei EO-1 Hyperion-Bilder mit jeweils zwei Kanälen für das Jahr 2004 und 2012 zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich in einem ersten Schritt mit den ungewöhnlichen Aufnahmen vertraut machen. In einem zweiten Schritt sollen sie die NDVI-Werte innerhalb der Waldgebiete berechnen und vergleichen. Dazu können sie die Differenz zwischen den beiden NDVI-Bildern (2004 und 2012) berechnen. Abschließend können sie Waldgebiete identifizieren, in denen sich der NDVI-Wert signifikant verändert hat (weiße Flächen). Die Schülerinnen und Schüler können so relativ einfach vom Käfer befallene Flächen ausmachen und quantifizieren. Ziel ist es, dass sie lernen, die im Differenzbild enthaltenen abstrakten Informationen einem konkreten Prozess (Käferbefall) zuzuordnen. Haben die Schülerinnen und Schüler die Veränderungsdetektion durchgeführt und die gestellten Aufgaben beantwortet, können sie durch Beantworten der Fragen im zweiten Quiz die Bearbeitung des Moduls abschließen.

Die Erde ist ein "heißes Ding", unter der Erdkruste herrschen sehr hohe Temperaturen. Diese geothermische Energie lässt sich auch zu Heizungszwecken nutzen. Wie das funktioniert und was es kostet, lernen Grundschulkinder in dieser fächerübergreifenden Projektarbeit.Für viele Kinder sind spektakuläre Vulkanausbrüche und ihre Ursache kein Geheimnis mehr. Sie wissen, dass der Erdkern aus glühendem, flüssigem Gestein besteht, das sich an manchen Stellen seinen Weg durch die Erdkruste bricht. Dass aber die Erde ganz unspektakulär auch zur Beheizung von Häusern genutzt werden kann, ist weniger bekannt. Ausgehend von der ZDF-Sendung "Erdwärme? Heißes Pflaster in Bärstadt" aus der Reihe Löwenzahn erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie eine solche Erdwärmeheizung funktioniert und warum sie trotz höherer Anschaffungskosten sinnvoll ist. Die Kinder arbeiten mit einer Internetplattform, die sie durch die Recherche auf kindgemäßen Webseiten und zur Lösung der Arbeitsaufträge führt. Verschiedene interaktive Übungen und herkömmliche Arbeitsblätter runden die interaktive Lerneinheit ab.In Zeiten des Klimawandels und immer weiter schwindender Ressourcen fossiler Energie ist es dringend nötig, unseren Kindern Alternativen aufzuzeigen und mit ihnen deren Vor- und Nachteile zu besprechen. Eine der Alternativen ist die Erdwärme. Die vorliegende Unterrichtseinheit will in einem multimedialen Ansatz den Blick auf diese alternative Energie richten, auf die wir über kurz oder lang sehr dankbar zurückgreifen werden. Neben der Recherche im Internet, herkömmlichen Medien wie Arbeitsblättern, Wörterbuch und Lexikon, bietet die professionelle und kindgemäße Bearbeitung des Themas in der "Löwenzahn"-Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" bei ZDF tivi einen idealen Einstieg. Hintergrund Erdwärme Hier finden Sie eine kurze Einführung in die Funktionsweise von Erdwärme-Heizungen und die Kosten-Nutzen-Rechnung. Die Lernumgebung und der Ablauf des Projekts Hier erfahren Sie mehr über den Aufbau der interaktiven Lernumgebung und erhalten Hinweise zur Planung der Projektarbeit. Arbeitsmaterial zur interaktiven Lernumgebung Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu den einzelnen Arbeitsblättern und Hinweise, wie Sie mit der interaktiven Lernumgebung verzahnt sind. Fachkompetenz die Schülerinnen und Schüler sollen in den Fächern Sachkunde, Deutsch, Mathematik und Kunst Differenzierte Lernziele erreichen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Video im Internet anschauen und Informationen daraus entnehmen. gezielte Recherchen im Internet durchführen und das World Wide Web als Informationsquelle nutzen. eine interaktive Lerneinheit am Computer bearbeiten und dabei Erfahrungen mit dem Prinzip der Verlinkung machen. interaktive Übungen durchführen (HotPotatoes: Kreuzworträtsel, Lückentext). ein interaktives Memo-Spiel durchführen. ein interaktives Quiz durchführen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Absprachen zur Benutzung der Computer-Arbeitsplätze treffen. sich als Partnerinnen und Partner über die Reihenfolge der Aufgaben einigen. sich gegenseitig helfen. Nie wieder Kohle! "Ich heize meinen Bauwagen jetzt mit dem glühenden Inneren der Erde!", begeistert sich Fritz und gibt dem Kohlenhändler eine Abfuhr. Dann macht er sich an die Bohrarbeiten. Heiße Quellen in Bärstadt? Er hofft auf eine heiße Quelle zu stoßen, schließlich nutzt man auch in anderen Ländern brodelnde Geysire und dampfende Quellen zum Heizen. Und tatsächlich, schon nach wenigen Minuten sprudelt Fritz warmes Wasser entgegen. Doch die Quelle ist eine angebohrte Wasserleitung. Fritz ist also noch lange nicht am Ziel! Sendung online Die Sendung kann jederzeit auch als Video auf der Internetseite von ZDF tivi abgerufen werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen das Innere der Erde und die Entstehung von Vulkanen kennen lernen oder Kenntnisse darüber wiederholen. ein Experiment zum Vulkan durchführen. Thermalquellen und ihre Nutzung kennen lernen. erfahren, dass Wärme aus der Erde zum Heizen genutzt werden kann. erfahren, welche Teile zu einer Erdwärmeheizung gehören und wie eine Wärmepumpe funktioniert. ein Beispiel für die Verwendung von Erdwärme kennen lernen. Vor- und Nachteile der Erdwärmeheizung benennen. Abbildungen den richtigen Texten zuordnen und beschriften. mit dem Multiple-Choice-Verfahren arbeiten (richtige und falsche Aussagen unterscheiden). Die Schülerinnen und Schüler sollen Anschaffungskosten für Erdwärmeheizungen berechnen und laufende Kosten verschiedener Heizarten vergleichen. die nötigen Angaben dazu einer Internetseite entnehmen. erfahren, dass die höheren Anschaffungskosten der Erdwärmeheizung sich im Laufe der Jahre rentieren. Zahlen im Tausender- und Zehntausenderraum ergänzen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Rätselschriften entziffern. Lernwörter für ein Diktat üben. Wörter mit z oder tz üben. zusammengesetzte Nomen bilden. Lückentexte ergänzen. einen Buchtipp zum Thema aufschreiben und ein passendes Coverbild zum Buch malen. Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Vulkan darstellen (Collage aus gerissenem und teilweise selbst gefärbten Papier). 1000 Grad im Erdmantel Der Energievorrat der Erdwärme lagert in heißem Wasser oder Gestein und ist nahezu unerschöpflich, so dass es eigentlich keine Energieprobleme geben dürfte, wenn sie richtig genutzt würde. Im Erdinneren herrschen vermutlich Temperaturen von über 5000 Grad und im oberen Erdmantel sind immerhin noch über 1000 Grad vorhanden. Nur 0,1 Prozent der Erde sind kühler als 100 Grad. Diese umweltfreundlichen Energiequellen können praktisch überall genutzt werden. Island regt zur Nachahmung an Am deutlichsten zeigen sich diese "Segnungen" der Erde in Island, wo es viele aktive Vulkane und zahlreiche schon von weitem sichtbare Geysiren gibt, aus denen heißes Wasser in die Luft schießt. Schon seit Jahrzehnten werden diese heißen Quellen angezapft und liefern fast vollständig den Energiebedarf des Landes. Aber auch an weniger gesegneten Stellen der Erde ist durch den heutigen Stand der Technik der Einsatz der Geothermie möglich. Denn schon in 40 bis 60 Metern Tiefe können die Temperaturen unabhängig von der Jahreszeit zehn bis 15 Grad Celsius erreichen. Hohe Investition zahlt sich aus Obwohl die Anschaffungskosten beim Einsatz der Geothermie höher liegen als bei herkömmlichen Heizarten, hat sie entscheidende Vorteile: Sie steht zu jeder Tages- und Nachtzeit und unabhängig von der Jahreszeit zur Verfügung. Sie ist umweltschonend, da keine Verbrennung erfolgt und muss nicht transportiert werden, da der Anschluss an Ort und Stelle erfolgt. Der Betrieb der Anlage verursacht nur geringe Kosten, so dass sich die Anschaffung im Laufe der Jahre amortisiert. Die Heizkosten bei einer Erdwärmeheizung liegen 50 bis 70 Prozent niedriger als im Vergleich mit einer herkömmlichen Heizung. Salzwasser bringt die Energie an die Oberfläche Beim Hausbau werden bis zu 100 Meter tiefe Löcher in die Erde gebohrt und darin Erdwärmesonden versenkt. Diese unten geschlossene Sonde besteht aus zwei Schläuchen. In einem dieser Schläuche wird kaltes Salzwasser ins Erdreich gepumpt und erwärmt sich dort. Das erwärmte Wasser kommt über den zweiten Schlauch zurück an einen Wärmetauscher und heizt darin ein Kühlmittel auf. Erdwärme deckt Großteil der Heizkosten ab Durch Kompression des Kühlmittels kann die Temperatur auf 55 bis 80 Grad Celsius steigen. Diese Wärme wird über einen zweiten Wärmetauscher an die Heizanlage und das Brauchwassersystem abgegeben. Das abgekühlte Salzwasser fließt zurück in die Erdsonde und wird dort erneut erwärmt So es entsteht ein komplett geschlossener Kreislauf. Das Erdwärmesonden-System kann für 75 bis 80 Prozent der notwendigen Heizenergie sorgen, die restlichen 20 Prozent kommen über das Stromnetz. Zur theoretischen Aufarbeitung des Themas Erdwärme ist das Internet ein ideales Medium. Es gibt eine Reihe kindgemäßer Seiten, die den Schülerinnen und Schülern Gelegenheit zum selbstständigen Erforschen geben. Hier wird aber insbesondere auf die ZDF-Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" aus der Reihe "Löwenzahn" zurückgegriffen, die als idealer Einstieg in das Thema dient. Für Kinder verständlich vermittelt sie wissenschaftliche und technische Fakten und hat außerdem hohen Unterhaltungswert, so dass mit Spaß gelernt werden kann. Aufbau der Lernumgebung Das Material zur Sendung und weitere Informationen erarbeiten sich die Kinder mithilfe einer interaktiven Lernumgebung . Sie leitet die Schülerinnen und Schüler von einer Aufgabe zur nächsten und verweist dabei auf die zugehörigen Arbeitsmaterial . Neben der Eingangsseite besteht die Lerneinheit aus drei weiteren Hauptseiten (Ein heißes Ding/ Sprache/ Dies und das), fünf intern verlinkten interaktiven Übungen (Hot Potatoes-Übungen/Memo-Spiel) und 14 externen Links. Die internen Links können offline bearbeitet werden. Ein heißes Ding Diese Rubrik mit ihren Unterseiten behandelt die sachkundlichen Aspekte. Die Kinder lernen durch Kurzvideos und Internet-Recherche Funktionsweise, Vor- und Nachteile der Erdwärmeheizung kennen und berechnen das Kosten-Nutzen-Verhältnis. Sprache Aufgehängt am Thema Erdwärme trainieren die Kinder Lernwörter mit verschiedenen Methoden (zum Beispiel Lückentext, Diktat oder Kreuzworträtsel) und verfassen eine Buchvorstellung. Dies und das Diese Rubrik leitet die Kinder dazu an, einen Vulkanausbruch zu simulieren. Es ist ratsam, dieses Experiment gemeinsam durchzuführen, da eine ganze Reihe von Utensilien gebraucht werden. Eine Alternative wäre, diese Aufgabe als Hausaufgabe aufzugeben und anschließend in der Klasse darüber berichten zu lassen. Die Quizfragen beziehen sich auf die Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" und dienen der Ergebnissicherung, das Memo-Spiel der Entspannung. Zeitlicher Ablauf Partnerarbeit halbiert die Wartezeit Organisation des Unterrichts und Zeitraum der Arbeit hängen von der Anzahl der jeweils vorhandenen Computerarbeitsplätze ab und davon, ob sie in einem Netzwerk gemeinsamen Zugang zum Internet haben. Als sinnvoll hat sich auf jeden Fall Partnerarbeit erwiesen. Auf diesem Weg lässt sich die Zahl der auf einen Computer wartenden Kinder halbieren und die Paare können sich untereinander unterstützen. Weitere Arbeitsblätter als Ergänzung Als zusätzliches Angebot kann die Lehrkraft weitere Arbeitsblätter zur Verfügung stellen, die die in der Lerneinheit angesprochenen Themen vertiefen. Die Schülerinnen und Schüler können zum Beispiel Sachbücher zum Thema anschauen, weitere Aufgaben zu den Lernwörtern lösen, weitere Wörter mit z oder tz und zusammengesetzte Nomen suchen. Fachunterricht oder übergreifender Ansatz Die Unterrichtseinheit ist fächerübergreifend angelegt. Als Fachlehrerin oder Fachlehrer haben Sie aber auch die Möglichkeit, nur die Sachthemen zu behandeln und das Fach Deutsch auszuklammern, wenn der fächerübergreifende Ansatz aus stundenplantechnischen Gründen nicht oder nur sehr schwer durchführbar ist. Organisation des Ablaufs Vorschläge der Kinder aufgreifen Wichtig ist außerdem die Organisation des Unterrichtsablaufs. Absprachen bezüglich der Computer-Nutzung müssen getroffen werden, da nicht alle Schülerinnen und Schüler gleichzeitig am Rechner sitzen können. Dabei sollten Vorschläge der Kinder aufgegriffen werden, weil sie erfahrungsgemäß die Einhaltung eigener Vorschläge auch selbst überprüfen. Außerdem ist festzulegen, ob die Arbeit als Partner- oder Gruppenarbeit erfolgen soll und eine entsprechende Einteilung vorzunehmen (freie Wahl, Zufallsprinzip durch Ziehen von Kärtchen oder von der Lehrkraft bestimmt). Computer-Experten lösen Probleme Es hat sich zudem bewährt, "Computer-Experten" zu wählen, die bei Schwierigkeiten mit dem Medium als erste Ansprechpartner fungieren sollen. So können die Kinder viele Fragen unter sich klären und selbstständig arbeiten. Voraussetzungen Die Kinder sollten an offene Unterrichtsformen gewöhnt sein. Kenntnisse im Umgang mit dem Internet sind nicht unbedingt nötig, da die Links direkt über die Lerneinheit angesteuert werden und keine Internetadressen eingegeben werden müssen. Erfolgskontrolle Jedes Kind heftet seine fertigen Arbeitsblätter und gelösten Aufgaben in einem Hefter ab, der nach Abschluss des Projekts eingesammelt und von der Lehrkraft überprüft werden kann. Die Projektarbeit umfasst insgesamt 14 Arbeitsblätter. Sie sind den Rubriken der interaktiven Lernumgebung "Ein heißes Ding", "Sprache" und "Dies und das" zugeordnet. ZDF tivi - Löwenzahn Zu viel Kohle für die Kohle! Jahr für Jahr schießt der Preis für die Heizkohle aufs Neue in die Höhe. Wen das nicht zum "Kochen" bringt...? Schluss damit. Fritz hat eine Idee: die Warmwasser-Speicher der Erde anzapfen. Im Innern unseres Planeten ist es schließlich glühend heiß. Die Hitze bringt teilweise auch das Grundwasser zum Kochen. Dampfende Quellen und aufbrodelnde Geysire sind eindrucksvolle Beispiele dafür. Erdwärme müsste man doch auch in Bärstadt zum Heizen nutzen können. Der erste Bohrversuch holt Fritz allerdings schnell auf den harten Boden der Tatsachen zurück: Ein Flop! Irgendwie muss man doch rankommen an die Wärme tief unter uns. Fritz sprudelt schon wieder vor Ideen...

Bei diesem Unterrichtsprojekt zum Thema "Bärengeschichten" übernimmt das Spielzeug der Kinder die Hauptrolle. Nirgends lernt es sich leichter und nachhaltiger als im Spiel. Oft wird jedoch schulischer Unterricht und kindlicher Spieltrieb als nicht miteinander vereinbar gesehen. Dabei hatte Friedrich von Schiller bereits erkannt: "Nur dort ist der Mensch ganz Mensch, wo er spielt". Immer wieder mal möchten Kinder ihre Spielsachen mit in die Schule bringen. Dadurch kommt es gelegentlich zu Streitereien in der Klasse. Die Ablenkungsbereitschaft im Unterricht nimmt zu. Meist werden dann mit der Klasse Regeln vereinbart, beispielsweise ein gemeinsamer "Spielzeugtag", um das Problem zu lösen. In einer zweiten Klasse der Berliner Klecks-Grundschule war das Thema Anlass für ein Unterrichtsprojekt, bei dem die Lieblingskuscheltiere der Schülerinnen und Schüler die Hauptrolle besetzen. An neun Lernstationen arbeiteten die Kinder handlungsorientiert zu der Thematik. Entstanden ist dabei unter anderem ein interaktives Bilderbuch, das mit dem Programm Mediator erstellt wurde. Zum Abschluss des Projektes fand eine "Bärenparty" statt. Es kommt gelegentlich zu Streitereien, aber auch zu Unaufmerksamkeiten im Unterricht, wenn Grundschulkinder Spielsachen mit in die Schule bringen. Durch dieses Unterrichtsprojekt, in der das Spielzeug einen ganz anderen Stellenwert erhält, kann den Schülerinnen und Schülern verdeutlicht werden, dass ihr eigenes Spielzeug ein wichtiger Bestandteil ihres Umfeldes ist, in der Schule aber nur zu besonderen Anlässen eine Bedeutung hat. Die Idee des Unterrichtsprojektes ist, dass alle Kinder ihr Lieblingskuscheltier zu einem umfassenden Festprogramm in die Schule einladen. Dieser Tag soll ganz unter dem Motto "Teddybären" stehen. Die Stationen An neun Stationen setzen sich die Kinder mit der Thematik handlungsorientiert auseinander. Nutzung von Computer und Internet Hinweise zu den organisatorischen Voraussetzungen, den notwendigen Vorkenntnissen, zu Arbeitsformen und zum Verlauf. Literatur Hier finden Sie Hinweise zur Literatur, die in diesem Unterrichtsprojekt verwendet wurde. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler schreiben und illustrieren Geschichten. bestimmen und beschreiben Bären aus der Tierwelt. gestalten ein Lesezeichen. erstellen ein "Fühlbuch". erstellen einen Bären-Kalender. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden ihre bisherigen Erfahrungen im Umgang mit dem Programmen Word und Mediator an und vertiefen diese. recherchieren zur Historie des Teddys und lernen dabei verschiedene Recherchemöglichkeiten kennen. schätzen ihre Ergebnisse ein und bewerten diese. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zusammen an einem Gemeinschaftsprodukt. erkennen das Bedürfnis nach Zuneigung und Freundschaft und akzeptieren sich damit gegenseitig. erhalten Gelegenheit, geschlechtsspezifische Hemmnisse in der Klassengemeinschaft zu überwinden. Station 1: Rechercheaufgaben im Internet Exemplarische Rechercheaufgabe in der Schulbibliothek: Woher stammt der Begriff "Teddy" (Theodore Roosevelt, genannt Teddy, war ausschlaggebend für den Namen des Plüschtiers.) Station 2: Geschichten schreiben Diese Station kann als reine Computerstation eingerichtet werden, dann empfiehlt es sich, den Computerraum oder eine Medienecke mit mehreren Rechnern dafür freizuhalten. Schreiben und illustrieren können die Kinder alternativ auch auf klassische Weise auf Papier. Dann müssen die fertigen Bilder eingescannt und die Geschichten nachträglich abgetippt werden. Station 3: Gestalten von Bären Dazu benötigen die Kinder jeweils eine Schablone und geeignete Materialien. Entstehen können Lesezeichen in Bärenform, Girlanden für das Bärenfest... Station 4: Forschungsstation Forschungsauftrag "Bären aus der Tierwelt" - zu Braunbär, Eisbär, Grizzlibär, Koalabär, Pandabär, Waschbär - sollen Steckbriefe erstellt werden. Dazu werden Recherchemöglichkeiten in Sachbüchern, Zeitschriften und im Internet bereitgestellt. Verwendete Adressen: wissen.de wasistwas.de fragfinn.de Der Steckbrief war als Arbeitsblatt vorgegeben. Die Kinder suchten Informationen zum Name, Lebensraum, Aussehen, Größe, Gewicht, Aufzucht der Jungen, Verhalten im Winter, Aufzucht der Jungen und so weiter. Außerdem sollten Besonderheiten und eine Abbildung gesucht werden. Station 5: Malstation - einen Bären-Kalender erstellen Ein Fotokalender (Vorlage mit Kalendarium) zum selber Basteln wurde zu den Jahreszeiten passend mit Bildergeschichten gestaltet. Die Gestaltungstechniken (Klebearbeiten, Malen mit Tusche, Filzstift oder Buntstift, Ausmalen von Kopiervorlagen und so weiter können vorgegeben werden, die Kinder wählen eine aus. Station 6: Taststatioen - ein "Fühlbuch" erstellen Für das "Bärenfühlbuch" sollte jedes Kind Materialien mitbringen (zum Beispiel: Schleifpapier, Metallfolie, Velourspapier, Frottee, Plastikfolie, Samt, Holzfurnier, Toilettenpapier ...) Station 7: Backen von "Bärentatzen" Hier kann es hilfreich sein, Eltern zur Unterstützung in die Schule zu bitten. Das Rezept "Bärentatzen" Für den Teig braucht man: 250g Butter 175 g Zucker 2 Tüten Vanillezucker 1 Ei 350g Mehl 75g gemahlene Mandeln für die Füllung Marmelade, Pflaumenmus oder Nutella. Zubereitung: Man rührt Butter, Zucker, Vanillezucker und das Ei zu einer schaumigen Masse. Dazu gibt man vorsichtig das Mehl und die gemahlenen Mandeln. Der Teig wird in eine Spritztüte gefüllt und damit spritzt man Tatzen auf ein mit backpapier ausgelegtes Backblech. Backzeit: 15 Minuten bei 170°C Wenn die Tatzen abgekühlt sind, bestreicht man sie mit Marmelade, Nutella oder Pflaumenmus und "klebt" damit zwei Tatzen zusammen. Zum Schluss kann man sie noch mit Schokoguss braun färben. Station 8: Nähen eines eigenen Plüschbären Dazu benötigen die Kinder Material: Schablone, braunen und weißen Plüschstoff, Nähnadel, passendes Nähgarn, Schere, Filzstift, Füllwatte zum Ausstopfen, zwei Knöpfe für die Augen. Station 9: Spielstation Einüben eines Springspiels, Rollenspiel: ein gespielter Streit zwischen einem schwarzen und einem weißen Teddybären, Teddy-Würfelspiel Spielanleitung zum Hüpfspiel Suche dir einen Mitschüler oder eine Mitschülerin zum Seilspringen. Nehmt ein langes Seil, das von zwei Kindern an beiden Enden geschlagen wird. Dazu sprecht im Reim: Teddybear, teddybear, turn around, (Teddybär, Teddybär, dreh dich um) Teddybear, teddybear, touch the ground, (Teddybär, Teddybär, berühre den Boden) Teddybear, teddybear, show your shoe, (Teddybär, Teddybär, zeige deinen Schuh) Teddybear, teddybear, I love you! (Teddybär, Teddybär, ich liebe dich!) Seit Beginn der ersten Klasse lernten die Kinder wöchentlich eine Stunde am Computer und erwarben erste Grundfertigkeiten im Umgang mit Windows und Office. Für das Programm Mediator bedarf es einer Einweisung mit ersten Übungen. Dann können die Kenntnisse im Unterrichtsprojekt angewendet werden. Die Einzelarbeiten der Kinder sollen hinterher zu einem geschlossenen Ganzen (Produkt) zusammengefügt werden. Dafür ist es wichtig, sich untereinander abzusprechen und gegebenenfalls genauen Anweisungen zu folgen, damit zum Beispiel nicht gleiche Dateinamen überschrieben werden und Fehler entstehen. Organisatorische Voraussetzungen Selbstbestimmt arbeiten Die Kinder sollten möglichst selbstbestimmt ihre Arbeit an den Stationen einteilen. Dies kann zur Folge haben, dass sehr viele Kinder zur gleichen Zeit in den Computerraum möchten. In meiner Klasse hatte ich deshalb die Teilnehmerzahl für diese Station auf jeweils sechs Schülerinnnen und Schüler begrenzt. Damit hatte jedes Kind einen eigenen Computer zur Verfügung. Zusammenarbeit in Teams Die Arbeit am eigenen Computer war nicht zwingend, es konnte auch gemeinsam gearbeitet werden. Die Arbeit im Team war sehr wichtig. Hilfreich ist es, wenn die Zusammensetzung der Teams den Kenntnisstand der Kinder hinsichtlich des Umgangs mit dem Computer berücksichtigt. Auch weitere Aspekte, beispielsweise geschlechtsspezifische oder differenzierungsrelevante seien an dieser Stelle erwähnt. Von einer CD-ROM mit Cliparts wählte ich eine Reihe von Teddybärenbildern zu den unterschiedlichsten Situationen aus. Die Bilder habe ich vergrößert ausgedruckt und an die Tafel geheftet. Im Kreisgespräch ergaben sich spannende Geschichten. Die Kinder sollten nun je eine Geschichte schreiben. Da die Programme Word und Paint schon bekannt waren, waren hier nicht viele zusätzliche Hilfen und Hinweise nötig. Die Geschichten wurden am Computer den Kindern selbst geschrieben und fehlerkorrigiert. Aufgrund der bereits erworbenen Kenntnisse in der Bedienung von MS Word war hier wenig Unterstützung für die Kinder nötig. Sie konnten ihre Texte weitgehend selbstständig tippen und abspeichern. Für die Arbeit mit der Textverarbeitung und dem Malprogramm (in unserem Fall Windows-Paint) stellte ich eine kurze Arbeitsanleitung zur Verfügung. Bei der Einführung des Programms Mediator kam der Beamer zum Einsatz. Die notwendigen Teilschritte erläuterte ich vor gesamten Klasse, bevor die Kinder anhand eines Übungspfades mit dem Programm arbeiten konnten. Literatur-Werkstatt In der Literatur-Werkstatt sprechen die Kinder über Freundschaft, spielen Eifersuchtsszenen nach und überlegen, wie man am besten eine Versöhnung anfängt. Aufgaben zur Texterschließung und zahlreiche Schreibanlässe unterstützen dabei das sinnerfassende Lesen der Geschichte. Und die Kinder erfahren etwas über Koalabären, Eisbären, Gummibärchen ... Sie schreiben ein Bären-ABC, basteln Bären-Anstecker, nähen einen eigenen Wuschelbär und backen Bären-Gesichter. Kurzinformationen Titel Kreative Ideenbörse (Grundschule) Autorinnen Monika Zeidler, Marion Klinger Verlag mvg-Verlag ISBN 3-478-72070-2 Preis 98,00 EUR* (jährlich 4 Nachlieferungen mit je ca. 100 Seiten, Seitenpreis: EUR 0,23) Kreative Ideenbörse Grundschule Unterrichtseinheiten mit kopierfertigen Arbeitsmaterialien zu den Themenbereichen: Zusammenleben, Gesundheit, Heimat, Natur/Pflanzen, Natur/Tiere, Natur/Wissenschaft, Raum und Zeit, Medien und Konsum. Kam zum Einsatz beim Backen der Bärentatzen, Basteln der Girlanden und der Erstellung der Steckbriefe. Kurzinformationen Titel Literatur-Werkstatt Wuschelbär Autorin Ursula Arndt Verlag Verlag an der Ruhr ISBN 3-86072-641-2 Preis 17,90 €

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema trigonometrische Funktionen wird die Sinusfunktion fächerübergreifend als Schwingungsfunktion eingeführt. Darauf aufbauend kann die Trigonometrie als Anwendungsbereich behandelt werden.Die Winkelfunktionen werden üblicherweise am Dreieck oder Einheitskreis definiert. Phänomenbetrachtungen oder Experimente sind die Ausnahme und tauchen, wenn überhaupt, erst als Anwendung auf. Im Rahmen dieser Unterrichtseinheit wird die Sinusfunktion dagegen aus der Anwendung heraus als Schwingungsfunktion eingeführt. Die Trigonometrie erscheint als Nebenprodukt dieser Schwingungsfunktion. Dabei können Computeralgebrasysteme, einfache Funktionenplotter oder geeignete Java-Applets zur schnellen Überprüfung von Hypothesen eingesetzt werden. Die Schülerinnen und Schüler "spielen" dabei mit den Parametern Amplitude, Periodenlänge oder Frequenz, während die Folgen ihrer Experimente am Bildschirm dynamisch dargestellt und analysiert werden können. Mühsame und langwierige Zeichnungen bleiben ihnen erspart. Das Ziel dieser Einführung ist es, ohne größeren Zeitaufwand die vorgegebenen Lernziele auf einem neuen Weg zu erreichen und dabei ein besseres Verständnis der Sinusfunktion als Schwingungsfunktion zu vermitteln.Im herkömmlichen Unterricht wird der Sinus über Streckenverhältnisse im Dreieck eingeführt. Die Sinusfunktion wird mehr oder weniger als Erweiterung der Definitionsmenge plausibel gemacht. Dabei hat die Funktion eine sehr wichtige und auch anschauliche Anwendung: Die Beschreibung periodischer Vorgänge. Die Addition zweier Schwingungen mit geringem Frequenzunterschied kann zunächst hörbar erfahren werden (zum Beispiel durch das Überblasen zweier ähnlich gefüllter Flaschen oder mithilfe der klassischen Stimmgabeln aus der Physik). Danach experimentieren die Schülerinnen und Schüler mit einem Funktionenplotter oder einem vergleichbaren digitalen Werkzeug. Unterrichtsverlauf "Sinusfunktion" Zunächst wird als periodischer Vorgang die Sonnenaufgangskurve untersucht. Rein harmonische Schwingungen werden dann mithilfe des Computers betrachtet. Bezug der Unterrichtseinheit zu SINUS-Transfer Weiterentwicklung der Aufgabenkultur, Fächergrenzen erfahrbar machen - Fachübergreifendes und fächerverbindendes Arbeiten Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Bedeutung der Sinusfunktion zur Beschreibung von Schwingungen verschiedener Perioden und Amplituden. erhören über das physikalische Phänomen Schwebung ein Additionstheorem. Untersuchung periodischer Vorgänge Nachdem die Schülerinnen und Schüler mit der Beschreibung der Natur durch Potenzfunktionen bereits mehr oder weniger vertraut sind, sollen als neue Funktionsklasse nicht gleich die Sinusfunktionen, sondern erst einmal beliebige periodische Vorgänge untersucht werden. Direkt am Phänomen können Amplitude und Periodenlänge als wichtigste Begriffe erfahren werden (Experimentvorschläge finden Sie auf den Arbeitsblättern 1 und 2). Dabei erscheint mir das Wort Periodenlänge (und nicht Periodendauer, Periode oder Schwingungsdauer) für die Beschreibung der Periode im Mathematikunterricht als am besten geeignet. Hier legt man sich nicht schon im Voraus auf zeitliche Perioden fest. Der Frequenzbegriff ist vom mathematischen Standpunkt aus erst einmal nicht nötig. Auch auf den Begriff der Winkelgeschwindigkeit verzichte ich, auch wenn seine konsequente Verwendung durchaus denkbar ist. Phasenunterschiede sind für das Phänomen an sich primär nicht von großer Bedeutung und werden deshalb vorerst nicht behandelt. Daher wird auch nur die Sinusfunktion und nicht zusätzlich auch noch die Kosinusfunktion eingeführt. Die Sonnenaufgangskurve als nichtphysikalisches Sicherungselement Die Begriffe Amplitude und Periodenlänge sollen erst hinreichend gesichert werden, bevor sich die harmonische Schwingungsfunktion als wichtigste periodische Funktion herauskristallisiert. Dazu eignen sich insbesondere Experimente aus der Akustik. Hier kann man Amplitude und Periodenlänge direkt hören und mit dem Oszilloskop sogar sichtbar machen. Als nichtphysikalische Sicherungselemente bieten sich insbesondere tages- und jahreszeitliche Perioden an. Ich habe mich für die Änderung der Sonnenaufgangszeit im Laufe des Jahres entschieden, weil dieses Problem zum Beispiel im Herbst höchst aktuell und schülernah ist. Die Sonnenaufgangskurve weicht zwar mit zunehmender geographischer Breite von einer Sinuskurve ab, diese Abweichungen betragen in Deutschland jedoch weniger als fünf Prozent. Definition der Funktion Erst nach der beschriebenen Einführung wird die Kreisbewegung ins Spiel gebracht und es erfolgt eine Beschränkung auf die rein harmonischen Schwingungen. Das klassische Experiment dazu ist die synchrone Projektion von Federpendel und Kreisbewegung eines Stiftes. Vor der Definition von sin(x) sollen die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass die harmonische Schwingungsfunktion keine Potenzfunktion sein kann. Das erste Mal in ihrer mathematischen Laufbahn können sie eine funktionale Abhängigkeit nicht aus den bekannten Rechenoperationen zusammenstellen. Eine neue Funktion muss definiert werden. Das hört sich einfacher an, als es ist, denn man bekommt bei einer solchen Definition sehr viele Freiheiten mit auf den Weg. Die Kurvenform ist zwar mehr oder weniger festgelegt, doch stehen die Achsenbeschriftungen noch völlig frei. Um hier zu steuern, werden die Schülerinnen und Schüler vorher in einem Arbeitsblatt die harmonische Schwingungskurve für eine Projektion eines Punktes auf einer Kreisbahn mit festem Radius genau zeichnen (Arbeitsblatt 4). Dadurch liegt es nahe, die neue Funktion im Bogenmaß zu definieren, nur der Radius sollte noch normiert werden. Argumente im Winkelmaß führte ich erst später ein. Um schnell von der Kreisbewegung zum Graphen der Sinusfunktion zu gelangen, bietet sich das Applet von Walter Fendt an (siehe externe Links auf der Startseite dieser Unterrichtseinheit). Wer etwas mehr Zeit hat, kann seine Schülerinnen und Schüler natürlich auch auf die herkömmliche Art und Weise die Projektion des Einheitskreises mithilfe des oben genannten Arbeitsblattes durchführen lassen, diesmal allerdings vor dem Hintergrund einer echten Bewegung. Kartierung der Funktion Nach der Definition wird die Funktion zu Hause punktweise kartiert und erst anschließend mit der Taschenrechnertaste "sin" in Verbindung gebracht und als Ganzes möglichst genau gezeichnet. Damit die Schülerinnen und Schüler wirklich das Gefühl einer eigenen Definition haben, soll die Namensgebung sehr offen gestaltet werden. Ein weiterer Vorteil eines vorerst anderen Namens besteht darin, dass die Lernenden bei der Kartierung der Funktion nicht zum "Mogeln" mit dem Taschenrechner gedrängt werden. Einsatz des Computers Die "nackte" Sinusfunktion reicht zur Beschreibung der harmonischen Schwingungen noch nicht aus, sie muss verschoben, gestreckt und gestaucht werden. Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler lernen, zu vorgegebenen Funktionen der Art f(x) = A sin(B x) + C den zugehörigen Funktionsgraphen skizzieren zu können und umgekehrt zu festen Periodenlängen, Amplituden und Verschiebungen die zugehörige Funktion nennen zu können. Phasenverschiebungen werden aus den genannten Gründen nur kurz behandelt. Bei dieser Vorgehensweise bietet es sich außerdem an, auch die Überlagerung von Schwingungen und damit das Additionstheorem am Phänomen der Schwebung zu erfahren. Die Lernenden sollen das Additionstheorem hören (langsame Amplitudenschwankungen bei ähnlicher Frequenz wie die Grundtöne) und dann mithilfe eines CAS, eines Funktionenplotters oder eines geeigneten Java-Applets den Funktionsgraphen ermitteln. Abb. 1 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt die Darstellung einer Schwebung mit dem CAS Derive, die durch Addition von sin(12x) und sin(13x) entsteht (verwendbare Online-Materialien wie zum Beispiel Java-Applets finden Sie unter den externen Links auf der Startseite dieser Unterrichtseinheit). Dabei werden die Begriffe Amplitude und Periodenlänge nochmals gesichert und gefestigt. Der Unterricht zur Trigonometrie basiert im Wesentlichen auf Aufgaben, bei dem es um Eigenschaften von Dreiecken geht. Die Einführung der Sinusfunktion bleibt ein Anhängsel. Erst in neuerer Zeit werden in Schulbüchern die periodischen Funktionen in diesem Zusammenhang besprochen. In dieser Unterrichteinheit soll der Spieß umgedreht werden: Die Sinusfunktion wird vor der Trigonometrie als logische Konsequenz aus der Untersuchung von Schwingungen eingeführt, die Trigonometrie folgt als praktische Anwendung. Dabei entstehen völlig neue Aufgabentypen, die die Vielfalt der Aufgabenkultur bereichern. In dieser Einheit sind dies einerseits komplexe Arbeitsblätter mit offenen Fragestellungen unter Einbeziehung des Computers, andererseits kleine Erkennungsaufgaben, wie man sie von den Parabeln kennt. Mathematik und Physik werden meist nur von Physiklehrkräften fächerübergreifend vermittelt. Damit vergeben die Mathematikerinnen und Mathematiker eine große Chance, Anschauliches mit rein Mathematischem zu verknüpfen. Mit dieser Unterrichtseinheit soll auch Nichtphysikern die Möglichkeit gegeben werden, fächerübergreifend zu arbeiten.

In dieser Unterrichtseinheit zum Ökosystem Wald interpretieren die Lernenden Satellitenbilder, um die Auswirkungen von Waldbränden in Griechenland zu erfassen. Dabei setzen sie sich mit der Dynamik und Stabilität von Ökosystemen auseinander und werden in die Methoden der Fernerkundung eingeführt. Ein interaktives Modul vereinfacht und veranschaulicht das Lernen. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Waldbrände kommen in vielen Regionen der Welt als natürlicher Teil eines Kreislaufes vor, durch den die Voraussetzungen für die Nährstoffversorgung der folgenden Baumgenerationen geschaffen werden. Ihre Auswirkungen können jedoch auch verheerend sein. Anhand von Satellitenbildern können die Schülerinnen und Schüler mithilfe eines interaktiven Computer-Moduls die Folgen nachvollziehen und sichtbar machen. Materialien und Anwendungen stammen aus dem Projekt "Fernerkundung in Schulen" (FIS) des Geographischen Institutes der Universität Bonn. FIS beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Die Unterrichtseinheit gibt es mit einem eigenen Computermodul auch für den Geographieunterricht: Feuerspuren im Satellitenbild - Eingriffe in Landschaften .Die vorliegende Unterrichtseinheit zum Ökosystem Wald hat zum Ziel, den Schülerinnen und Schülern den Themenkomplex "Stabilität und Dynamik von Ökosystemen" näherzubringen. Die Lernenden sollen am Ende diese Sequenz in der Lage sein, Zusammenhänge zwischen dem elektromagnetischem Spektrum, der Aufnahme und der Entstehung von Satellitenbildern sowie der Erfassung von Veränderungen innerhalb von Ökosystemen aufzuzeigen und zu verstehen. Anhand von zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Satellitenbildern können die Jugendlichen Veränderungen der entsprechenden Region in Griechenland feststellen. Dabei lernen sie, wie die Pflanzen das Licht für die Photosynthese verwenden und welche Wellenlängenbereiche von Pflanzen reflektiert werden. Als wissenschaftliche Grundlage dient dabei die Einführung in die Methodik der Fernerkundung. Aufbau des Computermoduls Interaktive Aufgaben führen die Lernenden durch verschiedene thematische Bereiche; Quizfragen dienen zur Sicherung der Ergebnisse. Inhalte des Computermoduls Die Lernenden analysieren anhand von Satellitenbildern die Situation einer Region in Griechenland vor und nach den Waldbränden. Die Schülerinnen und Schüler können Satellitenbilder interpretieren und zur Analyse von Stabilität und Dynamik von Ökosystemen. können das elektromagnetische Spektrum und unterschiedliche Wellenlängenbereiche beschreiben. können Reflexionseigenschaften von Pflanzen vergleichen und zuordnen. können Vegetationsindizes für die Veränderungsanalyse anwenden. Die Unterrichtseinheit "Feuerspuren im Satellitenbild - Dynamik von Ökosystemen" bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik durch Animation und Interaktion nachhaltig zu vermitteln. Darüber hinaus sind die durchgeführten Analysen und Manipulationen des Satellitenbildes nur mithilfe des Rechners umsetzbar. Dieser Umstand bringt den Schülerinnen und Schülern das Medium Computer nicht als reines Informations- und Unterhaltungsgerät, sondern auch als Werkzeug näher. Das Modul ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Das Computermodul - drei Teilbereiche Das Computermodul gliedert sich in zwei inhaltliche Bereiche: die Einführung in das Thema und den Hauptteil der Bildberechnung. Darüber hinaus wird das Modul durch einen dritten zusätzlichen Bereich ergänzt, in dem durch Videos und Tutorials der Umgang mit dem Modul vorgestellt wird. Die aktivierten Bereiche werden auf der linken Leiste eingeblendet. Während der erste Teil einen ersten Einblick in die Thematik der Waldbrände liefert und eine übergeordnete Aufgabestellung benennt, setzt sich der Hauptteil aus verschiedenen Untersequenzen zusammen, in denen jeweils Aufgabenteile mit Fragestellungen sowie Info-Boxen mit Hintergrundinformationen enthalten sind. Den Abschluss der jeweiligen Untersequenzen bildet ein Quiz. Der erste Teil des Moduls wird nach dem Start automatisch geladen. Zu Beginn ist ein Schreibtisch zu sehen, auf dem verschiedene Dokumente liegen (siehe Abbildung 1, zur Vergrößerung bitte anklicken). Die Schülerinnen und Schüler sollen sich nun nacheinander mit den drei dargestellten Dokumenten beschäftigen: einem Zeitungsartikel zu Waldbränden in Griechenland, Bildmaterial sowie der übergeordneten Aufgabestellung, die als Auftrag der EU-Kommission gestaltet ist. Durch Anklicken werden die jeweiligen Dokumente vergrößert. Nach der Bearbeitung der drei Materialien können die Jugendlichen durch Anklicken der virtuellen Computermaus in den Hauptteil des Moduls übergehen. Bildrechner Der Hauptteil ist in vier Unterbereiche unterteilt. Der erste Teil beginnt mit einem kurzen Video über den Umgang mit dem Modul. Nun können die Lernenden ein Satellitenbild im roten und infraroten Kanal, eine Satellitenkarte sowie eine Nutzungskarte laden und sich die unterschiedlichen Pixelwerte im Bild anzeigen lassen. In der dazugehörigen Info-Box (siehe Abbildung 2) wird ihnen einführendes Wissen zur Satellitenfernerkundung vermittelt. Nachdem sie das Quiz erfolgreich bestanden haben, gelangen die Lernenden in einen weiterführenden Bereich des Hauptteils. Vegetationsindex NDVI Wieder werden die Schülerinnen und Schüler durch ein kleines Video in die Vorgehensweise eingewiesen. Hier können sie zwei Satellitenbilder, eins vor den Waldbränden mit einem nach den Waldbränden, vergleichen und für den jeweiligen Zeitpunkt ein Bild des Vegetationsindex "NDVI" (Normalized Difference Vegetation Index) berechnen. In der dazugehörigen Info-Box finden sie das dazu notwendige Wissen einfach und anschaulich erklärt. Auch hier schließt dieser Teil mit einem Quiz ab und leitet in den dritten Teil weiter. Change Detection Der dritte Teil unterscheidet sich optisch nicht vom zweiten, allerdings variieren Aufgabenstellung und Info-Box, indem sie vor allem die Berechnung des Unterschiedes (change detection) der beiden Bilder in den Vordergrund stellen. Die Lösung der Aufgaben und das Bestehen des Quiz leiten in den letzten Teil über. Zeitreihenanalyse Dem letzten Teil des Moduls wird erneut ein Video-Tutorial vorangestellt. In diesem Teil liegt der Fokus auf der Zeitreihenanalyse, mithilfe welcher die Lernenden nicht nur zwei Zeitpunkte miteinander vergleichen können, sondern Bilder zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten. Dies ermöglicht ihnen eine umfassendere Analyse in Bezug auf die Feuerkatastrophe, aber auch zu jahreszeitlichen Schwankungen des Ökosystems. Ein abschließendes Quiz beendet das Modul mit einer Schlussnotiz. Im Video und Tutorial-Teil können sich die Schülerinnen und Schüler zur Vorbereitung kurze Videos anschauen, um in ihrem Umgang mit dem Modul sicher zu werden. Mit jedem erfolgreich gelösten Arbeitsbereich wird ein weiteres Tutorial sichtbar, das von nun an jederzeit erneut angesehen werden kann. Die verschiedenen Tutorials lassen sich wie Karteikartenreiter am oberen Bildschirmrand anklicken (siehe Abbildung 3). Navigation im Modul Das Computermodul erlaubt auch, zwischen den zwei Hauptbereichen (Einführung und Bildrechner) zu springen. Zu Beginn ist die grüne Navigationsleiste am linken Rand noch leer. Erst nach Lesen der ersten Materialien wird das Icon für den jeweiligen Bereich sichtbar, sodass man später über die Navigationsleiste wieder dorthin zurück gelangen kann. Der Ablauf der Unterrichtsstunden mit dem interaktiven Lernmodul "Feuerspuren im Satellitenbild - Dynamik von Ökosystemen" wird durch die Struktur des Computermoduls vorgegeben. In Zweierteams können sich die Schülerinnen und Schüler die zwei Teilbereiche in drei Schulstunden erarbeiten. Der Unterricht beginnt jeweils mit einer Erläuterung des Moduls und gegebenenfalls der Aufgabenstellung. Dann folgt die selbständige Erarbeitung und Überprüfung der Kenntnisse im Quiz. Abschließend können die Ergebnisse jeder Stunde noch einmal im Plenum gebündelt werden. Stunde 1: Einführung - Waldbrände und Satellitenfernerkundung In der ersten Stunde führt das Computermodul mit zwei Dokumenten zu Waldbränden sowie der übergeordnete Aufgabestellung in die Thematik ein. Die Lernenden erhalten dort erstes Hintergrundwissen zu Waldbränden in Griechenland. Erst nach dem Lesen der Dokumente wird in den anschließenden Hauptteil weitergeleitet. Aufgabe der Schülerinnen und Schüler ist es, die Entwicklung und die Regeneration der verbrannten Flächen nachzuvollziehen und zu analysieren. Darüber hinaus beschäftigen sich die Lernenden zu Beginn des Hauptteils mit den Grundlagen der Satellitenfernerkundung und analysieren erste Grauwertbilder. Zur Überprüfung und Festigung des Gelernten ist ein Quiz integriert, das man über einen Button unten rechts im Bild erreicht. Es leitet gleichzeitig zum nächsten Modulteil über. Stunde 2 und 3: Bildrechner Veränderungsanalyse Thema der zweiten Stunde ist der Vergleich von zwei Satellitenbildern aufgrund unterschiedlicher Vitalitätszustände der Pflanzen. Das Computermodul erlaubt, die Situation in einer Region vor und nach Waldbränden gegenüberzustellen. Mithilfe eines Rechners auf der rechten Seite kann der Vegetationsindex errechnet und analysiert werden. Die Info-Box bietet den Schülerinnen und Schülern einen vertieften Einblick in die Arbeitsweisen der Satellitenfernerkundung mit Vegetationsindizes. Auch hier schließt ein Quiz den zweiten Modulteil ab und leitet in den dritten Teil über. Hier wird nun das erworbene Wissen der ersten Teile zusammengefügt und in Form der computergestützten Veränderungsanalyse (change detection) durchgeführt. Die Jugendlichen vergleichen die Satellitenbilder nicht mehr nur visuell, sondern analysieren diese mithilfe des errechneten Bildes. Die dritte Stunde geht noch einen Schritt weiter und lässt die Schülerinnen und Schüler nicht mehr nur zwei Bilder miteinander vergleichen, sondern eine Sequenz mehrerer zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommener Bilder (Abbildung 4, bitte anklicken). Je nachdem, wo der Mauszeiger auf der Karte positioniert wird, ändert sich der Kurvenverlauf in der Grafik am rechten Bildschirmrand. Neben durch Katastrophen verursachte Veränderungen können auch natürliche saisonal bedingte Schwankungen erfasst und analysiert werden. Ein abschließendes Quiz rundet das Modul inhaltlich ab.

In dieser Unterrichtseinheit zu Eingriffen in Landschaften interpretieren die Lernenden Satellitenbilder, um die Auswirkungen von Waldbränden in Griechenland zu erfassen. Dabei setzen sie sich mit den Ursachen und Folgen von Eingriffen in geoökologische Kreisläufe auseinander und werden in die Methoden der Fernerkundung eingeführt. Ein interaktives Modul vereinfacht und veranschaulicht das Lernen. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Waldbrände kommen in vielen Regionen der Welt als natürlicher Teil eines Kreislaufes vor, durch den die Voraussetzungen für die Nährstoffversorgung der folgenden Baumgenerationen geschaffen werden. Ihre Auswirkungen können jedoch auch verheerend sein. Anhand von Satellitenbildern können die Schülerinnen und Schüler mithilfe eines interaktiven Computer-Moduls die Folgen nachvollziehen und sichtbar machen. Materialien und Anwendungen stammen aus dem Projekt "Fernerkundung in Schulen" (FIS) des Geographischen Institutes der Universität Bonn. FIS beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Die Unterrichtseinheit gibt es mit einem eigenen Computermodul auch für den Biologieunterricht: Feuerspuren im Satellitenbild - Dynamik von Ökosystemen .Die vorliegende Unterrichtseinheit hat zum Ziel, den Schülerinnen und Schülern den Themenkomplex "Ursachen und Folgen von Eingriffen in geoökologische Kreisläufe" näherzubringen und sie in die Lage zu versetzen, Zusammenhänge zwischen elektromagnetischem Spektrum, der Aufnahme und Entstehung von Satellitenbildern und der Erfassung von Veränderungen innerhalb von Landschaften aufzuzeigen und zu verstehen. Anhand von zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Satellitenbildern können die Jugendlichen Veränderungen der entsprechenden Region in Griechenland feststellen. Dabei lernen sie, wie die Pflanzen das Licht für die Photosynthese verwenden und welche Wellenlängenbereiche von Pflanzen reflektiert werden. Als wissenschaftliche Grundlage dient dabei die Einführung in die Methodik der Fernerkundung, mithilfe derer die Jugendlichen durch Vegetationsindizes und Veränderungsanalysen eigenständige Bewertungen vornehmen können. Aufbau des Computermoduls Interaktive Aufgaben führen die Lernenden durch verschiedene thematische Bereiche, Quizfragen dienen zur Sicherung der Ergebnisse. Inhalte des Computermoduls Die Lernenden analysieren anhand von Satellitenbildern die Situation einer Region vor und nach den Waldbränden. Die Schülerinnen und Schüler lernen Ursachen und Hintergründe von Waldbränden kennen. können Satellitenbilder interpretieren und zur Analyse von Stabilität und Dynamik von Landschaften nutzen. können das elektromagnetische Spektrum und unterschiedliche Wellenlängenbereiche beschreiben. können Reflexionseigenschaften von Pflanzen vergleichen und zuordnen. können NDVI-Zeitreihen zur Beurteilung der Dynamik und Stabilität ausgewählter Regionen anwenden. Die Unterrichtseinheit bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik "Eingriffe in Landschaften" durch Animation und Interaktion nachhaltig zu vermitteln. Darüber hinaus sind die durchgeführten Analysen und Manipulationen des Satellitenbildes nur mithilfe des Rechners umsetzbar. Dieser Umstand bringt den Schülerinnen und Schülern das Medium Computer ergänzend zu seiner Freizeit-Relevanz als reines Informations- und Unterhaltungsgerät auch als unterrichtlich nutzbares Werkzeug näher. Das Modul ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Das Computermodul - drei Teilbereiche Das Computermodul "Feuerspuren im Satellitenbild - Eingriffe in Landschaften" gliedert sich in zwei inhaltliche Bereiche: die Einführung in das Thema und den Hauptteil der Bildberechnung. Darüber hinaus wird das Modul durch einen dritten zusätzlichen Bereich ergänzt, in dem durch Videos und Tutorials der Umgang mit dem Modul vorgestellt wird. Die aktivierten Bereiche werden auf der linken Leiste des Programmfensters eingeblendet. Während der erste Teil einen ersten Einblick in die Thematik der Waldbrände liefert und eine übergeordnete Aufgabestellung benennt, setzt sich der Hauptteil aus verschiedenen Untersequenzen zusammen, in denen jeweils Aufgabenteile mit Fragestellungen sowie Info-Boxen mit Hintergrundinformationen enthalten sind. Den Abschluss der jeweiligen Untersequenzen bildet ein Quiz. Der erste Teil des Moduls wird nach dem Start automatisch geladen. Zu Beginn ist ein Schreibtisch zu sehen, auf dem verschiedene Dokumente liegen (siehe Abbildung 1, zur Vergrößerung bitte anklicken). Die Schülerinnen und Schüler sollen sich nun nacheinander mit den drei dargestellten Dokumenten beschäftigen: einem Zeitungsartikel zu den Waldbränden in Griechenland 2007, Bildmaterial sowie der übergeordneten Aufgabestellung, die als Auftrag der EU-Kommission gestaltet ist. Durch Anklicken werden die jeweiligen Dokumente vergrößert. Nach der Bearbeitung der drei Materialien können die Jugendlichen durch Anklicken der virtuellen Computermaus in den Hauptteil des Moduls übergehen. Bildrechner Der Hauptteil ist in vier Unterbereiche unterteilt. Der erste Teil beginnt mit einem kurzen Video über den Umgang mit dem Modul. Nun können die Lernenden ein Satellitenbild im roten und infraroten Kanal, eine Satellitenkarte sowie eine Nutzungskarte laden und sich die unterschiedlichen Pixelwerte im Bild anzeigen lassen. In der dazugehörigen Info-Box (siehe Abbildung 2) wird ihnen einführendes Wissen zur Satellitenfernerkundung vermittelt. Nachdem sie das Quiz erfolgreich bearbeitet haben, gelangen die Lernenden in einen weiterführenden Bereich des Hauptteils. Vegetationsindex NDVI Wieder werden die Schülerinnen und Schüler durch ein kleines Video in die Vorgehensweise eingewiesen. Hier können sie zwei Satellitenbilder, eins vor den Waldbränden mit einem nach den Waldbränden vergleichen und für den jeweiligen Zeitpunkt ein Bild des Vegetationsindex "NDVI" (Normalized Difference Vegetation Index) berechnen. In der dazugehörigen Info-Box finden sie das dazu notwendige Wissen einfach und anschaulich erklärt. Auch dieser Teil schließt mit einem Quiz ab und leitet in den dritten Teil weiter. Change Detection Der dritte Teil unterscheidet sich optisch nicht vom zweiten, allerdings variieren Aufgabenstellung und Info-Box, indem sie vor allem die Berechnung des Unterschiedes (change detection) der beiden Bilder in den Vordergrund stellen. Die Lösung der Aufgaben und das Bestehen des Quiz leiten in den letzten Teil über. Zeitreihenanalyse Dem letzten Teil des Moduls wird erneut ein Video-Tutorial vorangestellt. In diesem Teil liegt der Fokus auf der Zeitreihenanalyse, mithilfe derer die Lernenden nicht nur zwei Zeitpunkte miteinander vergleichen können, sondern Bilder zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten. Dies ermöglicht ihnen eine umfassendere Analyse in Bezug auf die Feuerkatastrophe, aber auch zu jahreszeitlichen Schwankungen des Ökosystems. Ein abschließendes Quiz beendet das Modul mit einer Schlussnotiz. Im Video- und Tutorial-Teil können sich die Schülerinnen und Schüler zur Vorbereitung kurze Videos anschauen, um in ihrem Umgang mit dem Modul sicher zu werden. Dieser Bereich wird über den Button "T" in der linken Menüleiste angewählt. Mit jedem erfolgreich gelösten Arbeitsbereich wird ein weiteres Tutorial sichtbar, das von nun an jederzeit erneut angesehen werden kann. Die verschiedenen Tutorials lassen sich wie Karteikartenreiter am oberen Bildschirmrand anklicken (siehe Abbildung 3). Navigation im Modul Das Computermodul erlaubt auch, zwischen den zwei Hauptbereichen (Einführung und Bildrechner) zu springen. Zu Beginn ist die grüne Navigationsleiste am linken Rand noch leer. Erst nach Lesen der ersten Materialien wird das Icon für den jeweiligen Bereich sichtbar, so dass man später über die Navigationsleiste wieder dorthin zurück gelangen kann. Der Ablauf der Unterrichtsstunden wird durch die Struktur des Computermoduls vorgegeben. In Zweierteams können sich die Schülerinnen und Schüler die zwei Teilbereiche in drei Schulstunden erarbeiten. Der Unterricht beginnt jeweils mit einer Erläuterung des Moduls und gegebenenfalls der Aufgabenstellung. Dann folgt die selbständige Erarbeitung und Überprüfung der Kenntnisse im Quiz. Abschließend können die Ergebnisse jeder Stunde noch einmal im Plenum gebündelt werden. Stunde 1: Einführung - Waldbrände und Satellitenfernerkundung In der ersten Stunde führt das Computermodul mit zwei Dokumenten zu Waldbränden sowie der übergeordnete Aufgabenstellung in die Thematik ein. Die Lernenden erhalten dort erstes Hintergrundwissen zu Waldbränden Griechenland. Erst nach dem Lesen der Dokumente wird in den anschließenden Hauptteil weitergeleitet. Aufgabe der Schülerinnen und Schüler ist es, die Entwicklung und die Regeneration der verbrannten Flächen nachzuvollziehen und zu analysieren. Darüber hinaus beschäftigen sich die Lernenden zu Beginn des Hauptteils mit den Grundlagen der Satellitenfernerkundung und analysieren erste Grauwert-Bilder. Zur Überprüfung und Festigung des Gelernten ist ein Quiz integriert, das man über einen Button unten rechts im Bild erreicht. Es leitet gleichzeitig zum nächsten Modulteil über. Stunde 2 und 3: Bildrechner Veränderungsanalyse Thema der zweiten Stunde ist der Vergleich von zwei Satellitenbildern aufgrund unterschiedlicher Vitalitätszustände der Pflanzen. Das Computermodul erlaubt, die Situation in einer Region vor und nach Waldbränden gegenüberzustellen. Mithilfe eines Rechners auf der rechten Seite kann der Vegetationsindex errechnet und analysiert werden. Die Info-Box bietet den Schülerinnen und Schülern einen vertieften Einblick in die Arbeitsweisen der Satellitenfernerkundung mit Vegetationsindizes. Auch hier schließt ein Quiz den zweiten Modulteil ab und leitet in den dritten Teil über. Hier wird nun das erworbene Wissen der ersten Teile zusammengefügt und in Form der computergestützten Veränderungsanalyse (change detection) durchgeführt. Die Jugendlichen vergleichen die Satellitenbilder nicht mehr nur visuell, sondern analysieren diese mithilfe des errechneten Bildes. Zeitreihenanalyse Die dritte Stunde geht noch einen Schritt weiter und lässt die Schülerinnen und Schüler nicht mehr nur zwei Bilder miteinander vergleichen, sondern eine Sequenz mehrerer zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommener Bilder (Abbildung 4, bitte anklicken). Je nachdem, wo der Mauszeiger auf der Karte positioniert wird, ändert sich der Kurvenverlauf in der Grafik am rechten Bildschirmrand. Neben durch Katastrophen verursachte Veränderungen können auch natürliche saisonal bedingte Schwankungen erfasst und analysiert werden. Ein abschließendes Quiz rundet das Modul inhaltlich ab.