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Climapse – Klima im Zeitraffer

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Überblick

Primarstufe, Sekundarstufe

Natur und Technik , Physik, Informatik, Geographie

Klimawissenschaften, Nachhaltigkeit

Deutsch

Überblick

Schlüsselwörter: Klimawandel, Datenerfassung, Meteorologische Datenerfassung, Mikrocontroller, Erderwärmung, Gletscher, Klimageschichte, Luftqualität, Geodatenvergleich, Satellitendatennutzung
Disziplinen: Geowissenschaften, Biologie, Physik, Mathematik, IKT
Altersstufe: 12-16
Zeitrahmen: je nach Aktivität zwischen 45 Minuten und mehreren Unterrichtsstunden

 SDG 15 - Leben an Land SDG11 - Nachhaltige Städte und Gemeinden

Weiter zu den Kapiteln:
Einführung – Zeiten ändern sich
Mikrocontroller Arduino
Mikrocontroller micro:bit
Online-Monitoringtools: Copernicus Climate Data Store
Online-Monitoringtools: EduMed und EO Browser
Aktiv werden

 

Zusammenfassung

"Climapse" ist eine Wortschöpfung aus Klima ("Climate") und Zeitraffer (Timelapse). Dieses Unterrichtsmaterial besteht aus drei Teilen, die individuell für verschiedene Altersgruppen und je nach vorhandener Ausstattung miteinander kombiniert werden können. Das Material sensibilisiert zunächst für die starken Anzeichen des Klimawandels und seine Auswirkungen in Europa anhand von Zeitrafferaufnahmen. Anschließend können die Schüler*innen in die Rolle von Wissenschaftler*innen schlüpfen und mit Mikrocontrollern ihre eigenen Daten sammeln. Nach der Analyse der Daten und Satellitenbilder erstellen sie eigene Zeitreihen. Basierend auf diesen wissenschaftlichen Erkenntnissen sollen die Schüler*innen motiviert werden, selbst aktiv ihre Zukunft zu gestalten.

Die Einheit basiert auf einem primären Modul, um das Bewusstsein für das Problem des Klimawandels zu schärfen. Es ist schwierig, den Klimawandel zu beobachten, wenn man die aufeinander folgenden Jahre vergleicht. Betrachtet man jedoch einen etwas größeren Zeitraum, sind drastische Veränderungen in ganz Europa zu erkennen, wie schmelzende Gletscher, häufige Wirbelstürme infolge höherer Durchschnittstemperaturen.

Dies wird in der Einführung in die Unterrichtseinheit behandelt, an die sich verschiedene Lektionen und deren unterschiedliche Aktivitäten anschließen, die flexibel kombiniert werden können.

Einführung – Zeiten ändern sich

Wenn das Wetter über 30 Jahre gemittelt wird, nennen wir es Klima. Diese sehr grobe Definition zeigt bereits das Problem. Der Zeitraum ist lang für uns, aber sehr kurz für unsere Erde. Die folgende Einheit zeigt den Schüler*innen die sichtbaren Auswirkungen des Klimawandels in Europa und hilft ihnen, wiederkehrende Wetterphänomene als Zeichen des vom Menschen verursachten Klimawandels zu erkennen.

Dieser Teil beginnt mit einem eindrücklichen Video über Tornados und ihre zerstörerische Kraft in Modena, Norditalien. Die Schüler*innen erkennen dabei, dass auch wir hier in Europa direkt von der Zunahme extremer Wetterbedingungen, die früher selten waren, betroffen sind. Auf diese Einführung folgt eine interaktive Übung, die das Bewusstsein für verschiedene Aspekte des Klimawandels schärft.


Dazu gehören extreme Wetterbedingungen wie schwere Überschwemmungen sowie geografische und biologische Aspekte. Die Übung zeigt die schmelzenden Gletscher in Europa und die Auswirkungen der früheren Blüte der Pflanzen aufgrund der Erwärmung. Wir haben versucht, Beispiele aus ganz Europa zu finden, um die Auswirkungen für uns alle zu verdeutlichen.
Der Teil endet mit großflächigen Simulationen und Darstellungen Climate Time Machine (Klima-Zeitmaschine) der NASA.


Dadurch wird deutlich, dass die Rettung unserer lokalen Umwelt auch Einfluss auf die Rettung unserer Erde haben wird.

Mikrocontroller

Diese Einheit beschäftigt sich mit dem Einsatz von Mikrocontrollern zur Erfassung eigener Daten. Die Schüler*innen erfassen Daten und erstellen ihre eigenen Zeitreihen, um den Klimawandel nachzuweisen. Als Lehrkraft haben Sie hier zwei Möglichkeiten, je nach Ausstattung und Alter der Kinder.

Mikrocontroller Arduino

Die Arduino-Einheit ist die fortgeschrittene Option für ältere Schüler*innen. Sie haben den Vorteil einer breiten Palette von Sensoren und viele Schulen verfügen bereits über die entsprechende Ausrüstung. Dies ist besonders empfehlenswert, wenn Sie die Luftqualität hervorheben und diese Einheit mit dem EO-Browser kombinieren möchten, da geeignete Sensoren für Arduino verfügbar sind.

Diese Einheit ist für fortgeschrittene Schüler gedacht, die verschiedene Sensoren verkabeln und in C++ programmieren können.

Die Lehrkraft führt in die Bedeutung von Zahlen in der Klimatologie und Meteorologie ein und erklärt, wie meteorologische Ereignisse durch Datenvariationen in der Zeit beschrieben werden können und wie die Luftverschmutzung durch Angaben der Konzentration bestimmter Substanzen in der Atmosphäre kontrolliert werden kann. Die Lehrkraft motiviert die Schüler*innen mit eindrücklichen Zahlen über Luftverschmutzung, starke Winde, die Schäden verursacht haben, oder anderen beeindruckenden Zahlen.

Der Schwerpunkt wird dann auf die Zahlen verlagert. Wie können wir die physikalischen Größen, die zur Beschreibung von Ereignissen und ihrer Reichweite beitragen, quantifizieren und in Zahlen ausdrücken? Es wird dargelegt, dass physikalische Größen zusammen mit ihren Einheiten definiert werden müssen. Darüber hinaus wird ihr Nutzen im Hinblick auf den Austausch zwischen den Wissenschaftler*innen deutlich.

Die Lehrkraft stellt dann automatische Datenerfassungssysteme vor: wie sie funktionieren und wie sie eine kontinuierliche, ununterbrochene Datenerfassung und einen Datenfluss gewährleisten.

Die Art und Weise, wie eine physikalische Größe mit Hilfe von Mikrocontrollern und Sensoren gemessen wird, wird den Schülern anschließend vorgestellt.

Als Nächstes erklärt die Lehrerin bzw. der Lehrer, wie eine physikalische atmosphärische Größe in eine Zahl und eine physikalische Maßeinheit in einem Mikrocontroller umgewandelt wird (hier haben wir Arduino UNO R3 verwendet).

Anschließend stellen Sie vor, wie Daten auf einem Mikrocontroller für den Unterricht gespeichert werden können und wie sie analysiert werden können.

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© Science on Stage
Der Arduino MKR WiFi 1010 für das atmosphärische Monitoring.
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© Science on Stage  
Ein Sensor-Detail: der verwendete Arduino MKR WiFi 1010 für das atmosphärische Monitoring.

Microcontroller micro:bit

Der micro:bit ist ein einfaches Gerät, das mit Blöcken programmiert werden kann und sehr intuitiv ist. Sie können diesen Teil der Unterrichtseinheit auch ohne Hardware durchführen, indem Sie eine virtuelle Simulation verwenden. Jedoch empfehlen wir, echte Mikrocontroller zu verwenden. Darüber hinaus gibt es eine Aktivität für kollaboratives Arbeiten mit einer Sende- und einer Empfangseinheit, um die Schüler*innen in die Gruppenarbeit einzubinden.

Das folgende Video ist Englisch untertitelt. Über die Einstellungen unten rechts können die Untertitel in Deutsch automatisch übersetzt angezeigt werden.

Eingebaute Temperatursensoren

Bei dieser Aufgabe protokollieren die Schüler*innen zu Beginn die Daten der eingebauten Temperatursensoren. Es müssen keine externen Sensoren angeschlossen werden.

Externe Temperatursensoren

Die zweite Aufgabe mit dem micro:bit ist die Verwendung eines kostengünstigen externen Sensors. Dies ist eine größere Herausforderung, da die Schüler*innen eine externe Bibliothek einbinden müssen, um die Daten von den Sensoren zu lesen und das externe Gerät richtig anschließen.

Online-Monitoringtools: Copernicus Climate Data Store

Über die Copernicus-Webseite haben Sie Zugriff auf zahlreiche atmosphärische Daten wie die Durchschnittstemperatur in 2 m Höhe über dem Boden, die durch einfache Python-Programmierung im Browser gesteuert werden können

Das folgende Video ist Englisch untertitelt. Über die Einstellungen unten rechts können die Untertitel in Deutsch automatisch übersetzt angezeigt werden.

Copernicus Climate Data Store (CDS) ist eine frei verfügbare Datenbank zur Erforschung des vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Klimas der Erde. Sie können sich registrieren und erhalten Zugang zum CDS und seiner Toolbox.

Die Schüler*innen lernen, wie man auf meteorologische Daten für bestimmte Ereignisse (Zeitrahmen und Ort) zugreift und wie man diese Daten mit Python darstellt.

Online-Monitoringtools: Edumed und EO Browser

Die EduMed-Website bietet eine Zeitmaschine für Wetterbedingungen in ganz Europa, um insbesondere einzelne Ereignisse wie Überschwemmungen oder Tornados zu analysieren.

Für die Analyse der Luftqualität bietet EO Browser eine praktische Website, auf der Sie die Parameter grafisch einstellen und die Daten extrahieren können.

EDUmed wird von der Université Côte d'Azur, Frankreich, für Bildungszwecke angeboten. Über diese Seite haben Sie Zugang zu einfach zu bedienenden Tools, die die Analyse einer großen Anzahl von atmosphärischen Parametern ermöglichen. Hervorzuheben ist, dass man hier Ereignisse der Vergangenheit finden kann. Die Lehrkraft muss den Zusammenhang zwischen den angezeigten Parametern und dem am Tag des Extremereignisses aufgezeichneten Wetter erklären.

Der EO Browser der ESA ermöglicht das Durchsuchen und Vergleichen von Bildern in voller Auflösung aus dem kompletten Archiv von Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3, Sentinel-5P, dem ESA-Archiv von Landsat 5, 7 und 8, der globalen Abdeckung von Landsat 8, Envisat Meris, Proba-V, MODIS und GIBS-Produkten. Sie können zwischen verschiedenen Interessengebieten wählen, einen Zeitbereich auswählen und Daten aus verschiedenen Quellen analysieren.

Screen recording METEO

Aktiv werden

Die Lehrkraft ermutigt die Schüler*innen, ihre Forschungsergebnisse in der Schule oder in der Stadt bzw. Gemeinde zu präsentieren und anhand der gewonnenen Daten zu erklären, was passiert ist. Der Hauptzweck dieser Aktivität besteht darin, die Schüler*innen dabei zu unterstützen, wissenschaftliche Daten auf effektive Art und Weise zu kommunizieren und dabei den richtigen Ansatz zu wählen: formell oder informell.

Das folgende Video ist Englisch untertitelt. Über die Einstellungen unten rechts können die Untertitel in Deutsch automatisch übersetzt angezeigt werden.

Diese Aktivität ist auch eine gute Gelegenheit deutlich zu machen, dass der Austausch von zuverlässigen Informationen ein guter Weg ist, um Fehlinformationen zu vermeiden.
Der nächste Schritt wird darin bestehen, alle von Lehrer*innen und Schüler*innen in ganz Europa analysierten Daten zu sammeln, um zu sehen, was an verschiedenen Orten passiert. Wenn Sie uns Ihre Ergebnisse mitteilen möchten, können Sie dies über Twitter mit dem Hashtag #ClimpaseSDGs tun.

Autor*innen von Climapse: Johannes Almer (DE), Marco Nicolini (IT), Teresita Gravina (IT)

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