Lesson plan – Example of good practice – Sheet of

Lesson plan – Example of good practice – Sheet of

Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
Unterrichtsbeispiel - Wasseranalyse- Arbeitsblatt
Einleitung
Man könnte denken, dass bei 71 prozentiger Wasserbedeckung der Erdoberfläche Wassermangel ein
untergeordnetes Thema wäre. Aber die Realität zeigt ein anderes Bild: Ein Fünftel der Menschen hat
keinen Zugang zu Trinkwasser, und doppelt so viele Menschen haben keine ausreichenden sanitären
Einrichtungen.
Auch die biologische Vielfalt wird zunehmend durch die schlechte Wasserqualität verändert. In
Belgien beispielsweise ist die Wasserqualität von dem Fluss Schelde, der von hoher ökologischer
Bedeutung ist, als mäßig bis schlecht bekannt. Industrien, Haushalte und Landwirtschaft sind
hauptsächlich für den wichtigen Rückgang der biologischen Vielfalt in diesem Bereich
verantwortlich.
Von dem Schelde Bassin in Belgien bis zum Trinkwasser in Peking in China sollte jeder eine bessere
und nachhaltige Wasserwirtschaft anstreben, um unseren "Wasser-Planeten“ zu bewahren.
Jugendliche und Erwachsene sollten dafür sorgen und Maßnahmen ergreifen.
Aufgabenstellung
Das Hauptziel der folgenden Übung ist es, einen genaueren Blick auf die Wasserqualität der Flüsse
und Gewässer zu werfen und den allgemeinen Zustand unserer Gewässer zu visualisieren. Daher
werden die Schüler/innen zuerst Wasserqualitätmessungen im Gelände an unterschiedlichen
Standorten machen. Die Beobachtungen werden in einer Excel-Datei aufgezeichnet und anschließend
auf einer digitalen Karte dargestellt. Dies bedeutet, dass man die Standorte als Punkt auf einer Karte
sucht oder die Koordinaten der Standorte durch Satellitennavigationsgeräte aufnehmen kann.
Am Ende der Übung werden die Schüler gebeten, einen naheliegenden Fluss auf Basis der Karten
und Grafiken, die sie mit ihren erstellten Wassermessungen gemacht haben, zu analysieren.
Für Schüler/innen, die nicht mit geographischem Bezugsysteme vertraut sind, ist es wertvoll,
zunächst einen schnellen Überblick über den Umgang mit geographischen Koordinaten zu erhalten.
Dies finden Sie am Ende der Übung. Für ein tieferes Verständnis ist es empfehlenswert, Fachliteratur
über Kartenprojektionen zu lesen. Diese sind über das Web und in Bibliotheken leicht zugänglich.
Bedarf
 Karten über den analysierten Flussbereich sind notwendig, um diese Übung zu machen. Die
Karte (im Folgenden als Grundkarte bezeichnet) kann entweder im Vektor- oder Raster-Format
sein (z. B. gescannte Karte, Luftbild, etc.). Sie sollte auch georeferenziert werden. Wenn die
Grundkarte nicht georeferenziert ist, dann finden Sie Hinweise auf iNote 40 „Wie kann ich eine
Karte georeferenzieren? ".
Zum Starten geben wir Ihnen Grundkarten von dem Schelde Bereich (Nordfrankreich, Belgien und
Holland):
• Riversegment.shp
• Surfacewaterbodies.shp
• Country_europe.shp
• Landcover + Landcover_2.lyr (Symbologie / Unique Value / Import) (nicht obligatorisch)

Tabellen (z. B. Excel) mit den Wasserqualitätsmessungen für den gewählten Flussabschnitt (Siehe
erster Schritt).
Für die Schelde-Analyse haben wir eine Tabelle mit Wasserdatensammlungen vorbereitet,
sampling.xls genannt (Es gibt dann keine Notwendigkeit, eigene Erhebungen zu machen).
Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
Dauer der Übung
2 Unterrichtseinheiten von 50 Minuten, unabhängig von der Datenerhebung im Freien
(Wassermessungen)
Anweisung
Nummer 1
Vorbereitung der Datei, die die Wasserqualitätsmessungen
enthält, und in ArcMap einzufügen ist
i-Notes
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Lehrer/
Schüler/
Fortbildner
Teilnehmer
Aktivitäten
Aktivitäten
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x
□
x
Sobald die Messungen gemacht sind, sollten die folgenden Spalten
in Ihrer Datei ergänzt werden:
Name & Measurement Group Coordinator
 Name des Flusses:
 Datum:
 Uhrzeit:
 X Koordinaten (UTM):
 Y Koordinaten (UTM):
 Wetter
 Temperatur (° C)
 Säuregehalt
 Nitratgehalt (mg / l)
 Phosphat-Gehalt (mg / l)
 Sauerstoff (mg / l)
 Trübung (cm)
 Biotischer Index (0-10)
Hinweis für Lehrer/innen: ArcMap könnte einige Probleme beim
Import von sehr langen Feldnamen, Sonderzeichen und Leerzeichen
haben. Wir empfehlen, die Feldnamen so kurz wie möglich und ohne
Sonderzeichen zu halten. Daher sollten die oben angegebenen
Namen geändert werden (z. B. Name, Gewässer, Datum, Stunde, x, y,
Wetter, Temperatur, Säuregehalt, Nitrat).
ArcMap hat auch einige Probleme beim Importieren von Zellen im
"Stunden"-Format von Excel. Wenn es nicht funktioniert, ändern Sie
die Zelle in Excel als "Text" anstelle von "Stunde").
A
Beispiel von einer Excel-Datei, bevor sie in ArcMap eingesetzt wird
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ArcMap vom Windows Start Menü öffnen.
2
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Das Projekt speichern
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x
x
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□
x
x
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□
x
Speichern Sie das Projekt als ArcMap Dokument (z. B.
WaterAnalysis.mxd), so dass Sie jederzeit Ihre Arbeit beenden
können.
Hinweis für Lehrer/innen: Während des gesamten Projekts
regelmäßig speichern
4
Den Raumbezug setzen
Falls Sie Datensätze mit unterschiedlichen räumlichen
Bezugssystemen benutzen, empfehlen wir Ihnen, den Datenrahmen
mit dem eher konventionellen System zu setzen.
Zum Beispiel könnte die Grundkarte einen nationalen räumlichen
Bezugssystem (wie Belge Lambert 1972) haben, während die Felder
Messungen ein weiteres System haben könnte (z. B. UTM WGS 1984)
haben.
Dafür definieren Sie den Bezugssystem des Datenrahmens, indem
Sie auf "Datenrahmencharakteristiken“ (Data Frame Properties) unter
'Ansicht' (View) klicken. Zum Beispiel für die Kombination von
Projekt-Datensätzen aus Belgien, Frankreich und Holland, nach dem
"Koordinatensystem" Tab, wählen Sie "Vordefinierte' und dann
'projizierte Koordinatensysteme '>' UTM '>' WGS 1984 '>' WGS 1984
UTM Zone 31N.prj".
Zone 31N enthält zum Teil Frankreich, Belgien und die Niederlande.
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Eine Datei hinzufügen
Die Grundkarte in ArcMap hinzufügen (wie beim Anfangshinweis
erwähnt).
1
Hinweis für Lehrer/innen: Das Überlagern geographischer Dateien
erfordert, dass die Grundkarten vorher georeferenziert sind. Wenn
es nicht der Fall ist, sollten Sie diese zuerst georeferenzieren.
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Die in Schritt 1 erstellte Tabelle importieren (Messungen und
Standpunkte) von der Excel-Datei mit 'Add XY Data'.
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Hinweis: Die Definition des Koordinatensystems ist auch wichtig und
sollte beim Import der Daten in ArcMap definiert werden. In der
vorliegenden Übung werden wir vorschlagen, UTM WGS 1984 zu
verwenden. Daher definieren Sie das Referenzsystem durch Klicken
auf die Taste "Auswahl" und wählen Sie "projizierte
Koordinatensysteme '>' UTM '>' WGS 1984 '>' WGS 1984 UTM Zone
31N.prj '.
Gut zu wissen: Es ist möglich, nach dem Öffnen einer
Bearbeitungssitzung, eine Spalte von einer Excel-Datei in eine DBFTabelle durch ein einfaches "Kopieren-Kleben" zu kopieren. Dies
erleichtert oft die Einfuhr von Daten in ArcMap.
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Daten exportieren
Nachdem Sie die Standorte in ArcMap importiert haben, werden Sie
einen neuen Datenlayer in der Inhaltstabelle von ArcMap sehen. Es
könnte nützlich sein, diesen neuen Layer als Shapedatei zu
speichern. Daher klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den
neuen Layer, wählen Sie "Daten" in der Dropdown-Liste und klicken
Sie auf "Export Daten". Achten Sie darauf, Sie exportieren „Alle
Funktionen" und Sie geben der neuen Shapedatei den Namen z. B.
"Sampling.shp '. Fügen Sie die Shape-Datei in ArcMap ein.
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x
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x
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x
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x
Hinweis: Bei Bedarf können Sie die Symbole Ihrer Probenahme Daten
ändern, damit sie besser sichtbar sind.
Screenshot von ArcMap mit den Standorten von Wassermessungen
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Eine Karte erstellen
-
Ändern Sie die Symbolik der Punkte, so dass es leicht zu
sehen ist, welche Orte den höchsten oder den niedrigsten,
biotischen Index haben. Es gibt verschiedene Optionen, um
die Variable auf der Karte darzustellen. In der vorliegenden
Übung schlagen wir zwei Möglichkeiten vor:
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4
Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
-
Wenn Sie nur ein paar Probeentnahmestellen haben, raten wir
Ihnen, die Etiketten mit eindeutigen Werten zu definieren,
wie auf dem Bild unten. Bei Bedarf können Sie auch die
Symbole austauschen (rechte Maustaste auf Symbol Register
über die Symbole > Flip Symbole), um eine bessere Übersicht
zu haben (z.B. Rot stellt eine sehr schlechte Wasserqualität
vor und Grün eine sehr gute Wasserqualität).
Ein Beispiel, wie man den biotischen Index in einer Karte
mit eindeutigen Werten klassifiziert
-
Wenn Sie zahlreiche Messstellen haben, verwenden Sie lieber
standardisierte Symbole, wie auf folgenden Bild.
-
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Legende, Nordpfeil und Titel in die Landkarte hinzufügen
Verwenden Sie die 'Einfügen' Funktion im Hauptmenü, um eine
Legende, ein Nordpfeil und einen Titel auf die Landkarte
hinzuzufügen. Für die Legende könnten Sie den Namen des Layers
'Biotischer Index' und den Namen des Feldes "Wasserqualität", um
sicher zu sein, dass Ihre Legende den richtigen Titel hat. Dies wird
durch einen Doppelklick auf die Schicht-und Feldnamen in der
Inhaltstabelle gemacht, wie unten dargestellt wird.
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□
x
(a)
(b)
Abbildung (a) zeigt, wie die Daten in der Inhaltstabelle erscheinen,
während Abbildung (b) zeigt, wie die Legende in der Layout-Ansicht
aussieht.
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Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
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Kennzeichnung der Funktionen
Fügen Sie Bezeichnungen zu jedem Punkt auf der Karte ein, indem
Sie als Label-Feld eine eindeutige Identifikationsnummer oder den
Namen des Gewässers (z. B. ID, Gewässer) wählen. Tatsächlich wird
dieses Label-Feld zur Verknüpfung von Punkten auf der Karte und
den Daten in den Grafiken, die Sie in den folgenden Schritten
erstellen werden.
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□
x
Eine Grafik in das Layout einfügen
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□
X
Im vorherigen Schritt haben wir die Wasserqualität auf der Karte mit
Hilfe von dem biotischen Index angezeigt. Allerdings könnte es auch
nützlich sein, die Temperatur und die physiochemischen
Eigenschaften (Sauerstoff-, Phosphat- und Nitrat-Konzentrationen,
Säure und Trübung) des Wassers zu integrieren. Dies kann durch
Einfügen einer Grafik unterhalb der Karte durchgeführt werden.
Wechseln Sie zu Layout.
(1) Erstellen Sie eine Grafik der chemischen Eigenschaften:
 Erstellen Sie eine Grafik Typ 'senkrechter Strich'
 Wählen Sie als Wert-Feld "Nitrat" und als Label-Feld "ID oder
Gewässer"
 Überprüfen Sie, ob "dieses Etikett“ angezeigt wird.
 Für die Farbe wählen Sie „definiert" in der Dropdown-Liste.
 Doppelklicken Sie auf den „senkrechten Strich" Tabelle
unterhalb von dem Grafik-Fenster und geben Sie einen Namen
 Fügen Sie neue Serien ein und wiederholen Sie die obigen
Schritte für Sauerstoff und Phosphate.
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Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
Dieser Screenshot zeigt, wie eine senkrechte Grafik in ArcMap
gemacht wird
-
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Als nächstes geben Sie der Grafik einen Titel (z. B. Chemische
Eigenschaften) und für die linke Achse geben Sie als Titel
"mg / l", da diese die Einheiten der chemischen
Eigenschaften sind.
Dann wird die Grafik in einem neuen Fenster angezeigt. Um
diese in das Layout zu setzen, klicken Sie mit der rechten
Maustaste auf das Grafikfenster und wählen Sie 'zu Layout
hinzufügen ".
In der Layout-Ansicht können Sie die Bilder und Graphiken an
dem richtigen Platz stellen.
(2) Erstellen Sie eine Grafik von der Temperatur, Trübung und Säure:
 Wiederholen Sie die gleichen Schritte wie für die Grafik der
chemischen Eigenschaften, aber dieses Mal machen Sie drei
verschiedene Grafiken für die Temperatur, die Trübung und die
Gesamtsäure als Wertefeld. Da es nur eine Variable für jede Grafik
gibt, brauchen Sie nicht, das Kästchen "Legende hinzufügen ' zu
überprüfen. Definieren Sie als Grafiktitel "Temperatur", "Trübung"
und "Säure" und für die linke Achse geben Sie als Titel bzw. "Celsius
Grad", "cm" und "pH".
An diesem Punkt sollten Sie in ArcMap eine geographische Karte und
die vier Grafiken haben. Arrangieren Sie die Grafik und die Karte so,
dass Sie einen guten Überblick haben. Wenn Sie die
Grafikeigenschaften ändern wollen, doppelklicken Sie auf die Grafik
und das Grafikeigenschaften-Fenster wird geöffnet.
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Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
Hinweis: Wenn Sie die Größe und die Form der Grafik ändern wollen,
doppelklicken Sie auf die Grafik und deaktivieren Sie das
Kontrollkästchen "Seitenverhältnis beibehalten" in der "Größe und
Position“ Tabelle.
Screenshot der Layoutansicht
nach dem Erstellen einer Karte und von vier Graphiken.
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Eine Karte exportieren
Wenn Sie mit Ihrer Karte und Layout zufrieden sind, können Sie sie
exportieren oder drucken.
Exportieren Sie Ihre Karte als Wasseranalyseyourname.pdf und
speichern Sie sie in Ihr Portfolio auf der Lernplattform.
x
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WIR GRATULIEREN!!! Sie haben eine schöne Karte mit wunderschönen Grafiken erstellt. Doch schauen wir
genauer hin! Ist es eher angenehm oder erschreckend? Was denken die Schüler über die Wasserqualität ihrer
Region? Können die Schüler einige Gründe geben, warum bestimmte Bereiche verschmutzter als andere
aussehen (z. B. in der Nähe von Industriegebieten, Gewässern von intensiver Landwirtschaft, Abwässern aus
Haushalten ,…)?
Diskutieren Sie gemeinsam mit den Schülern über die Möglichkeit, wirtschaftliche Maßnahmen zu nehmen
und eine Politik zu führen, die alles besser oder schlechter machen kann.
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Lesson plan – Water Analysis – Worksheet
Hinweis zum Umgang mit Koordinatensystemen
Um Punkte in ArcMap zu erhalten, ist es wichtig, dass die Koordinate der Messpunkte bekannt sind
und in einem angemessenen Bezugssystem angegeben sind. Dies ist oft eine Funktion von Interesse
für die Region, für die Daten-Interoperabilität, für die GPS. Der nächste Abschnitt gibt einen
schnellen Überblick über den Umgang mit Koordinaten.
Es gibt zwei Hauptklassen von Punktkoordinaten, die geographischen Koordinaten (Breitengrad (φ),
Länge (λ)) und die projizierten (oder auch als kartesischen oder geozentrischen) Koordinaten (X, Y).
Die folgende Liste enthält Beispiele für die Punktkoordinaten, die oft in Belgien, Frankreich und den
Niederlanden auftreten.
- Das geographische Koordinatensytem ETRS89 or WGS84
z. B. φ =50 ° 39'03.26912 ", λ = 4 ° 22'07.49841" h = 143,146 m
- Das projizierte Koordinatensystem Universal Transverse Mercator (UTM ETRS89, WGS84 of
ED50)
z. B. X = 5764515,741 m, Y = 592150,939 m
- Das projizierte Koordinatensystem LAMBERT72 (oft in den alten belgischen Karten
verwendet)
z. B. X = 148 920 m, Y = 153 920 m, H = 100 m
Das projizierte Koordinatensystem LAMBERT2008 (in den neueren Karten von Belgien)
z. B. X = 650 002,211 m, Y = 648 920,654 m, H = 100 m
- Das projizierte Koordinatensystem NTF LAMBERT I, II, III of IV (oft in den französische Karten
verwendet)
z. B. X= 601 000 m, Y= 2 429 600 m, H=100 m
- Das projizierte Koordinatensystem Rijksdriehoeksmeting (RD) - Normaal Amsterdams Peil
(NAP), RDNAP of RDNAPTRANSTM (oft in den niederländischen Karten verwendet).
z. B. X = 83 335,777 m, Y = 448 877, 638 m, H = 100 m
Auf den Internetseiten finden Sie eine Vielzahl von kostenlosen Softwaren, so dass Sie Ihre PunkteKoordinaten von einem Bezugssystem zu einem anderen wechseln können. Das National Geographic
Institut von Belgien, zum Beispiel, hat eine kostenlose Software, namens cConvert, auf ihrer Website
zur Verfügung gestellt (http://www.ngi.be/). Ebenso schlagen die Nationalen Geographischen
Instituten Frankreichs und der Niederlande folgende Software vor:
CIRE
(http://professionnels.ign.fr/documentDossiers.do?idDoc=5352513&siteId=5059300)
und
Coördinatie Calculator Versie 4.1 (herunterzuladen auf 'download' auf der Website
http://www.rdnap.nl/).
Sie sollten daher ein Koordinatensystem benutzen, das am besten von Interesse für Ihre Region ist
und der Zweck der Studie ist. Für diese Übung werden wir annehmen, dass alle Punkte in UTM
WGS84 oder UTM ETRS89 sind, da diese Koordinatensysteme universell sind.
Dieses Projekt wurde mit Unterstützung der Europäischen Kommission finanziert. Diese
Veröffentlichung spiegelt nur die Meinungen des Autors wieder und die Kommission haftet nicht für
eine weitere Verwendung der Information.
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