3.    Arbeit mit den Satellitenbildern

3.1    Vorbemerkung

Ziel der jetzt beginnenden intensiven Arbeit mit den Satellitenbildern war, einen Mittelweg zu finden zwischen einem relativ unstrukturierten Ausprobieren und Spielen mit dem Medium Satellitenbild, bei dem trotz der uneingeschränkten Selbsttätigkeit der Schülerinnen und Schüler wegen der absehbaren Erfolgs- und Ergebnislosigkeit nur kurzfristig mit einer tragfähigen Motivation zu rechnen war, und einer ausschließlich ergebnisorientierten, systematischen Instruktion, in der jeder einzelne Schritt vorgegeben und vom Kursplenum lediglich nachvollzogen werden musste.

Der eingeschlagene Mittelweg bestand in einem forschenden und entdeckenden Lernen, das die Selbständigkeit und Selbsttätigkeit der Schülerinnen und Schüler verband mit einem kontrollierten methodischen Vorgehen. Das bedeutete, dass die Arbeit mit den Satellitenbilder in einem ständigen Wechsel zwischen offenen und methodisch durchstrukturierten Phasen bestand. Die im Arbeitsprozess auftretenden Fragen, 'Stolpersteine' und Sackgassen waren Anlass sowohl für situative Hilfen als auch für Informationen über weiter führende methodische Möglichkeiten der Satellitenbildauswertung (z.B. Vegetationsindex, Erstellen von Klassifikationen) v.a. durch die beiden Experten in der Lerngruppe, die in dieser Unterrichtsphase stark gefragt waren.

In diesem Vorgehen zu berücksichtigen war noch eine weitere Zielebene. Es ging darum, dass Schülerinnen und Schüler in dem Sinne Medienkompetenz erwerben, die sie befähigt, über Informationen zur Funktionsweise von Satelliten Verständnis für die spezifischen Möglichkeiten der Auswertung von Satellitenbildern zu gewinnen und daraus wiederum zielorientierte Arbeitsschritte abzuleiten.

Diesem Ziel dienten zum einen Materialien, die konkrete Arbeitsschritte im Sinne der Leitfragen bzw. der jeweiligen Aufgabenstellung steuern sollten. Diese Materialien wurden ausgegeben, wenn es der Fortgang des Arbeitsprozesses erforderte. Zum anderen erhielten die Schülerinnen und Schüler grundlegende Informationen über Fernerkundung und Satellitenbilder, so einen Textauszug aus:

W. Hassenpflug, Fernerkundung und Satellitenbilder - Methoden und geographisch bedeutsame Potentiale. In: Fernerkundung. Geographie und Schule H.104, Dez. 1996 S.4-5

Darüber hinaus wurden die Schülerinnen und Schüler auf einführende Informationen im Internet verwiesen:

http://www.satgeo.de/methoden 

http://www.ipn.uni-kiel.de/projekte/a7_2/a72_info.htm 

http://www.edu.uni-klu.ac.at/~stautsch/fernerkundung/fernerkundung.htm 

http://geo.ewf.uni-kiel.de/geowww/forum/unterric/material/einf_fe/index.htm 

Für die „intensive“ Arbeit mit dem Medium Satellitenbild reichte das Vorwissen, welches der Kurs bereits durch die Einführung in die Satellitenbildbetrachtung von M. Heinemann und D. Müller hatte (s.o. Stunde am 05.03.), nicht aus, da die Schülerinnen und Schüler nun selbst „forschen“, d.h. nicht bereits vorbereitetes Bildmaterial auswerten sollten. Der Kurs sollte also mit den über SatGEO bezogenen Rohdaten der Satellitenbilder arbeiten.

Für ihre Bearbeitung der Satellitenbilder wurde das von dem Leiter der Satelliten-AG am Johanneum, StD. F.-W. Duttke, entwickelte Programm LANDSAT benutzt. Diese Entscheidung bot mehrere Vorteile:

  1. Durch ihre Mitgliedschaft in der von Herrn Duttke betreuten Satelliten-AG verfügten M. Heinemann und D. Müller bereits über umfangreiche praktische und theoretische Kenntnisse des Programms.

  2. Die Software wurde für den schulischen Einsatz entwickelt und bietet aufgrund ihrer einfach strukturierten Bedienungsoberfläche die Möglichkeit einer relativ schnellen Einführung.

  3. Die Software war bereits an der Schule vorhanden, bei auftretenden Problemen stand Herr Duttke zu Verfügung.

Der Kurs konnte während der Arbeit mit der Software LANDSAT den Informatik-Raum der Schule uneingeschränkt nutzen. Die Ausstattung des Raumes mit Arbeitsplätzen erlaubt es, die für die Arbeit am Computer optimale Anzahl von 2 bis 3 Personen pro Arbeitsplatz zu erreichen. Ferner erwies es sich aus zeitökonomischen und arbeitsklimatischen Gründen als äußerst vorteilhaft, dass alle Kursteilnehmer über Grundkenntnisse im Umgang mit dem Computer und dem Betriebssystem Windows verfügten.

 

3.2    Einführung in die Arbeit mit Satellitenbildern

Die Einführung des Kurses in LANDSAT führten die Mitlieder der Satelliten-AG, M. Heinemann und D. Müller durch.

Diese ca. 50minütige Einführung in die Grundfunktionen von LANDSAT hatte das Ziel, folgende für die Arbeit mit Satellitenbildern notwendigen Kenntnisse zu vermitteln:

Ausführen des Programms und dessen Gliederung in zwei Komponenten

Öffnen, Schließen und Speichern von Satellitenbildern

Aufbau eines Satellitenbildes aus 7, in unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes messenden Kanälen sowie kanalspezifische Betrachtung von Satellitenbildern und Anzeigen von 3-Kanal-Falschfarbendarstellungen

Ausschneiden von kleinen 480x480 Pixel großen Gebieten aus einem großen Satellitenbild zur genaueren Betrachtung und Bearbeitung

Einführung in die Funktionen ZOOM, LUPE mit Unterfunktion SPLINE und Erklären des Maßstabs 1 Pixel = 30m

Zunächst wurde den SchülerInnen das Programm LANDSAT vorgestellt und erläutert, dass dieses aus zwei Komponenten besteht: ein Unterprogramm zum Betrachten von großflächigen Rohdaten und Ausschneiden von 480x480 Pixel großen Teilbildern, sowie einem Unterprogramm zur genauen Bearbeitung dieser ausgeschnittenen Teilbilder. An dem zu diesem Zeitpunkt aktuellsten Satellitenbild des niederrheinischen Braunkohlenreviers, das zu unserer Verfügung stand, einem Bild von 1995, sollten die SchülerInnen das Laden und Betrachten eines solchen Rohdatenbildes erlernen. Es zeigte sich, dass das Konzept, die Schüler während des Vortrages von M. Heinemann und D. Müller das vermittelte Wissen direkt am Computer umzusetzen, von großem Vorteil war, da somit einerseits die Aufmerksamkeit der Kursteilnehmer gewährleistet war und andererseits auch eine kooperative Lernatmosphäre entstand, in der Schüler, die im Umgang mit dem PC geübter waren, langsameren Schülern Hilfeleistung gaben.

Anhand des von den einzelnen Kursteilnehmern geöffneten Satellitenbildes konnte anschließend anschaulich der multispektrale Aufbau eines solchen Bildes vermittelt werden. Die Schülerinnen und Schüler betrachteten mit Hilfe der Software die sieben unterschiedlichen Grauwert-Kanäle des Bildes und erstellten daraus mittels der Funktion 3KANALBILD farbige 3-Kanal-Kombinationen, die bspw. dem vertrauten Luftbild ähnelten. Im folgenden für die spätere Arbeit mit den Bildern wichtigen Schritt wurde den SchülerInnen vermittelt, wie sie aus einem solchen mehrere Quadratkilometer umfassenden Rohformatbild ein 480x480 Pixel großes Teilgebiet auswählen und für eine genauere Betrachtung und Analyse ausschneiden können. Mit der praxisorientierten Aufgabenstellung, den Tagebau Hambach auf dem Satellitenbild zu finden und dieses Gebiet auszuschneiden, wurde neben dem Umgang mit der Funktion SCHNEIDEN/IMG-BILD auch die Navigation und Orientierung auf dem Satellitenbild gefestigt. Ferner erlernte der Kurs dabei das Abspeichern eines solchen ausgeschnittenen IMG-Bildes.

Der individuelle Erfolg dieser Übung konnte von den Schülern im nächsten Schritt begutachtet werden. Nun sollten die ausgeschnittenen Teilbilder mittels der zweiten Komponente der Software geladen und betrachtet werden. Da die Benutzeroberfläche von LANDSAT in dem zweiten Unterprogramm weitgehend konform mit der von Unterprogramm I ist, stellte die „neue“ Umgebung für die SchülerInnen kaum Probleme dar. Die bereits erlernten Grundfunktionen LADEN, Betrachten der einzelnen Kanäle und Erstellen von 3-Kanal-Bildern konnten von den Kursteilnehmern weitgehend eigenständig wiedergefunden und angewendet werden. Neu sollten nur noch die für eine erste produktive Bildanalyse nützlichen Funktionen ZOOM und LUPE eingeführt werden. Mittels ZOOM konnten einzelne Bereiche des Satellitenbilds in beliebigen Vergrößerungsstufen angezeigt werden und somit erstmals einzelne Pixelstrukturen gesehen werden. Auf diese Weise konnten die „Experten“ Heinemann und Müller anschaulich den in einzelne Bildpunkte (Pixel) eingeteilten Bildaufbau erläutern und der Maßstab „1 Pixel entspricht 30m auf dem Erdboden“ bekam bspw. zur Berechnung von beobachteten Flächen für die SchülerInnen einen konkreten praktischen Bezug. Anhand der Funktion LUPE konnten die Kursteilnehmer ebenfalls nochmals die Grenzen des Auflösungsvermögens des Satelliten Landsat feststellen. Jedoch wurde ihnen mit Hilfe der Unterfunktion SPLINE eine Möglichkeit gezeigt, diese Auflösung scheinbar zu erhöhen. Somit war den Schülern ein erstes Basiswissen zur weiterführenden Bildbearbeitung zur Verfügung gestellt worden. Um das Erlernte im praktischen Umgang zu vertiefen wurde den Schülern anschließend Zeit zum eigenständigen Arbeiten mit dem Satellitenbild gegeben.

Dazu ergab sich eine nicht vorhersehbare Notwendigkeit. In der Einführungsstunde war fast die Hälfte des Kurses nicht anwesend gewesen, so dass in der Folgestunde eine Wiederholung notwendig wurde. Um dies möglichst kompakt und für diejenigen, die die Einführung schon mitgemacht hatten, nicht zu langweilig zu gestalten, sollte die Einweisung der Fehlenden auf Kooperationsbasis mit den bereits fachkundigen Schülern geschehen. Dieses Modell bewährte sich insofern, als die in der vorherigen Stunde fehlenden Schüler ihre Defizite auffüllen konnten und die bereits unterrichteten Schülerinnen und Schüler ihr Wissen nicht nur wiederholen, sondern darüber hinaus den Mitschülern vermitteln mussten.

Um für die folgenden Schritte eine inhaltliche und methodische Progression einzuleiten, wurden in dieser Stunde erste theoretische Grundlagen vermittelt, die die Schülerinnen und Schüler dazu befähigen sollten, die bisherigen Ergebnisse zielgerichtet anzuwenden. Dazu standen den SchülerInnen zwei Arbeitsblätter/Abbildungen zur Verfügung: 

„Spektrum , Sensoren, spektrale Signaturen“. W. Hassenpflug, Fernerkundung und Satellitenbilder - Methoden und geographisch bedeutsame Potentiale. In: Geographie und Schule H.104, 1996 S.5

Information Landsat (der Satelliten-AG) mit Daten zu den Spektralbereichen. Das Arbeitsblatt beruht auf Daten aus: http://www.ipn.uni-kiel.de/projekte/a7_2/landsat.htm 

Ähnliche, z.T. differenziertere Informationen finden sich in:

http://www.satgeo.de/satgeo/methoden/spektrum.htm 

http://www.satgeo.de/methoden/kunst.3htm 

Ziel war es, die physikalischen Grundlagen der Satellitenfernerkundung zu erarbeiten. Dazu wurde primär das Arbeitsblatt zur spektralen Auflösung analysiert. Von den Schülern wurde dabei herausgefunden:

Landsat hat einen passiven Scanner, der seine Daten anhand der von der Erdoberfläche reflektierten Strahlung ermittelt.

Die Erdatmosphäre ist nicht in jedem Wellenspektrum des Lichts gleich „durchlässig“. Es gibt Wellenlängenbereiche, in denen ankommende Strahlung absorbiert wird.

Die Wellenlängenbereiche, in denen die Landsat-Kanäle liegen, befinden sich dementsprechend in den durchlässigen Bereichen der Erdatmosphäre, den sog. „Atmosphärischen Löchern“.

Die Vielzahl an Kanälen, die in unterschiedlichen Spektralbereichen messen, erlaubt eine multispektrale Analyse der Erdoberfläche und bietet damit ein weitaus höheres Informationsvolumen als bspw. das menschliche Auge.

Eine erste Anwendung sollte das bisher Gelernte mit der nächsten Aufgabe finden: das Auffinden rekultivierter Gebiete auf dem Satellitenbild und ihre Bewertung im Sinne der übergreifenden Problemstellung (s.o. unter 3.).

Ausgangspunkt dieser Aufgabe war eine Karte der Rheinbraun AG (Stand 01/2000), in der aktuelle Betriebsflächen, ehem. Betriebsflächen in Rekultivierung, landwirtschaftliche Rekultivierung, forstliche Rekultivierung, Wasserflächen und Umsiedlungen eingezeichnet sind.

Erste Aufgabe der einzelnen Partnergruppen an den Computern war, ein forstliches Rekultivierungsgebiet auf dieser Karte zur näheren Bearbeitung auszuwählen. Bei der Wahl zu beachten war, dass insgesamt Rekultivierungsgebiete unterschiedlichen Alters untersucht werden. Ausgewählt wurden:

Sophienhöhe/Tagebau Hambach (mehrfach)

Tagebau Fortuna-Garsdorf

Tagebau Garzweiler

Als Zusatzmaterial erhielt jede Gruppe die betreffenden Seiten aus der Broschüre

Rheinbraun informiert. Landschaftsgestaltung und Ökologie im Rheinischen Braunkohlenrevier.

Der Schwerpunkt „Sophienhöhe“ ist insofern günstig, als zu dieser Außenkippe detailliertes Material von der Rheinbraun AG veröffentlicht wurde:

Sophienhöhe. Eine neue Landschaft entsteht. Köln 2000

Als erster Schritt musste das Rekultivierungsgebiet auf dem Satellitenbild identifiziert werden. In einem zweiten hatte jede Arbeitsgruppe ein Vergleichsgebiet mit ursprünglichem Wald auf der topographischen Karte 1 : 25000 zu suchen mit der Maßgabe, beide Gebiete zu vergleichen und nach möglichen Unterschieden auf dem Satellitenbild zu suchen.

Damit war ein Rahmen gesetzt für ein weitgehend selbständiges Arbeiten in den einzelnen Gruppen. Bewusst wurde dabei auf eine strikte Arbeitsanleitung verzichtet. Vielmehr sollte mit der Software und dem Satellitenbild "gespielt" werden und durch verschiedene Kanalkombinationen oder Einzelkanalbetrachtungen versucht werden, auf ein Resultat zu stoßen.

Einzelne Gruppen konnten erste vorläufige Ergebnisse festhalten. So wurde bspw. herausgefunden, dass

zurückbleibende Außenkippen (z.B. Sophienhöhe) deutlich erkennbar sind und sich von der übrigen Landschaft stark abheben.

das Rekultivierungsgebiet „Sophienhöhe“ beim Tagebau Hambach im Vergleich zu dem südöstlich an den Tagebau angrenzenden Staatsforst vermutlich eine größere Einförmigkeit in Bezug auf Pflanzenvielfalt aufweist. Dies wurde durch Betrachtungen des Infrarotkanals 4 und Dreikanalbildern der Kombination 543 sichtbar.

die landwirtschaftlichen Rekultivierungsgebiete um Garzweiler sich nicht sichtbar von natürlichen Agrarflächen unterscheiden.

Zu Beginn der Stunde waren die Schülerinnen und Schüler darüber informiert worden, dass die ursprüngliche Arbeitsgruppe zum Braunkohlentagebau (s.o.) am nächsten Samstag eine Vorexkursion in das Rheinische Braunkohlenrevier durchführen wird. Damit bestand die Möglichkeit, Arbeitsaufträge für diese Exkursion zu erteilen. Wenn z.B. auffällige Stellen im Satellitenbild nicht erklärt werden konnten, sollte die Exkursionsgruppe versuchen, vor Ort Klarheit herzustellen. Die in Frage kommenden Stellen mussten auf der Karte 1 : 25000 markiert werden. Die Gruppe erhielt drei solcher Aufträge aus dem Kurs (2x Sophienhöhe, 1x Garzweiler).

 

3.3    Vorexkursion in das Rheinische Braunkohlenrevier am 26.05.2001

Pünktlich um 7.30 Uhr startete die Gruppe, bestehend aus dem Kursleiter und M. Heinemann, D. Müller, F. Rücker und C. Werner von Herborn aus in Richtung Köln. Neben den Aufträgen aus dem Kurs erhielt die Vorexkursion eine weitere Funktion, die daraus resultierte, dass die Projektplanung in einem wichtigen Punkt geändert werden musste. In einem Brief an den Kursleiter hatte die Rheinbraun AG mitgeteilt, dass erst wieder im Oktober 2001 ein Termin für eine Führung durch einen Tagebau frei sei. Damit musste die Exkursion in eigene inhaltliche und organisatorische Regie übernommen werden. Die inhaltlichen Schwerpunkte sollten beibehalten werden: Tagebau (jetzt allerdings nur noch von außen zu besichtigen), Umsiedlungen, landwirtschaftliche und forstliche Rekultivierung, neue Siedlungen. Als neue Aufgabe stellte sich die wichtige Frage, welche Orte angefahren werden müssen, um die genannten Inhalte abzudecken.

Als erste Station bot sich von der Fahrtstrecke her der im Abbruch befindliche Ort Etzweiler an, von dem wir bereits im Einstiegsfilm einige Bilder und Stellungnahmen von Noch-Einwohnern gesehen hatten. Danach stand die Sophienhöhe auf dem Programm, die einen guten Einblick in den Tagebau Hambach zulässt und auch als gewaltige Außenkippe die verschiedenen Facetten und Stadien einer Rekultivierung erkennen lässt. Sehr lehrreich war die Vorexkursion im Hinblick auf die zeitliche Planung. Sowohl ein bedrückender Spaziergang durch Etzweiler (ein Schüler fühlte sich an Bilder aus dem Kosovo erinnert) wie ein Gespräch mit einer älteren Noch-Einwohnerin sprengten den vorgesehenen zeitlichen Rahmen ebenso, wie der Aufstieg auf die Sophienhöhe mehr Zeit kostete als geplant. Die Aufträge der Arbeitsgruppen konnten, soweit sie unmittelbar die Sophienhöhe betrafen, ausgeführt werden. Für eine Fahrt nach Garzweiler reichte die Zeit nicht aus. Als neue Orte wurden Altdorf/Inden und Fronhoven/Neu-Lohn durchfahren. Die Besichtigung einer landwirtschaftlichen Rekultivierung wird aus Zeitgründen nur in unmittelbarer Nachbarschaft stattfinden können, gedacht ist an Höfe und Ackerflur auf dem ehemaligen Tagebau Zukunft West.

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