Mehrwert mit Praxisbezug: GIS im Informatikunterricht

Geographie und Informatik haben viele Gemeinsamkeiten. Wir präsentieren euch vier Unterrichtsanleitungen mit ArcGIS Online für die 7. bis 9. Klasse. Themen sind SQL, Arcade und Python

Geographische Informationssysteme (GIS) bieten nicht nur viele Möglichkeiten für einen lebendigen, unterhaltsamen Geographieunterricht. Sie eignen sich auch bestens für den Informatikunterricht. Denn bei der Beantwortung von Fragen aus dem GIS-Bereich beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler (SuS) unter anderem mit Informatik-Themen.

Die beiden Fachrichtungen haben viele Gemeinsamkeiten:

Arbeitsschritte mit GIS	Informatik-Inhalte
Erfassung und Verwaltung – Erfassen geographischer Informationen – Raster- und Vektordaten – Datenimport	Erfassung und Verwaltung – Graphische Repräsentationsformen (Vektor und Raster) – Datentypen – Datenformate – Datenbanken
Analyse – Räumliche Abfragen – Transformationen	Analyse – Algorithmen – Datenbankabfrage – Datenmodellierung
Präsentation – Klassifikation – Symbolisierung – Kartenlayout	Präsentation – Visualisierung und Interpreatation

Vier Unterrichtsanleitungen mit GIS-Bezug

Unterschiedliche geographische Fragestellungen haben einen direkten Bezug zum Alltag der Schülerinnen und Schüler. Sie sind deshalb die ideale Basis, um komplexe Inhalte aus der Informatik anschaulich sowie altersgerecht darzustellen – und sie erlebbar zu machen. Für die Umsetzung eignet sich das informatikdidaktische Konzept „Informatik im Kontext“.

Wir stellen euch vier Beispiele vor, wie ihr GIS in den Informatikunterricht einbauen könnt. Es handelt sich um Unterrichtsanleitungen auf Basis von ArcGIS Online. Die Arbeitsblätter stehen euch bei den einzelnen Themen als Download zur Verfügung.

Erfassung und Verwaltung: öffentliche Daten nutzen

Öffentlich verfügbare Daten mit räumlichen Informationen im CSV-Format in ArcGIS Online aufbereiten ist keine große Sache – dank Drag and Drop ins Kartenfenster. Um sie kartographisch sinnvoll beziehungsweise quantitativ darzustellen, braucht es ein paar Anpassungen beim Datenformat der einzelnen Attribute/Sachinformationen.

In unserem Beispiel behandeln wir Erdbeben und ihre Magnitude. Wir möchten also Anzahl und Stärke von Erdbeben in einer bestimmten Region und während eines definierten Zeitraums so darstellen, dass die Daten aussagekräftig sind.

Arbeitsblatt: Erdbeben-Daten umformatieren

Das Arbeitsblatt „Open Data in ArcGIS Online“ zeigt den SuS, wie sie aus dem Attribut „mag“ als „Zeichenfolge/String“ ein neues Attribut als „Double“ kreieren. Sie müssen sich also mit der Attributtabelle und den Daten auseinandersetzen.

*Abb. 1: Quantitative Darstellung von Erdbeben dank neuem Attribut im angepassten Format.*

Zum Arbeitsblatt „Open Data in ArcGIS Online “

Analyse: Daten abfragen

Daten selektieren und filtern: Das ist eine zentrale Aufgabe bei der Arbeit in einem GIS. Man filtert die Daten dabei entweder nach Attributen/Sachinformationen oder nach räumlichen Zusammenhängen. Auch im Informatikunterricht ist das Filtern nach Attributen ein Thema. Es ist klassischer Lernstoff im Zusammenhang mit Datenbanken.

Wie in der Informatik basiert die Datenabfrage in einem GIS auf der Abfragesprache SQL (Structured Query Language) – in einer leicht vereinfachten Version. Der große Vorteil liegt in der Visualisierung.

Arbeitsblatt: Erdbeben nach Stärke selektieren

Das Arbeitsblatt „Abfragen in ArcGIS Online“ thematisiert Erdbeben. Die Jugendlichen lernen anhand eines konkreten Beispiels Schritt für Schritt, wie sie in ArcGIS Online genau nach Daten selektieren können. Die Ergebnisse ihrer Suche sehen sie direkt auf einer Karte.

*Abb. 2: Fenster zum Erstellen von Attributabfragen.*

Zum Arbeitsblatt „Abfragen in ArcGIS Online“

Präsentation: Pop-ups konfigurieren mit „Arcade“

Daten von einzelnen Objekten werden in Webkarten auf zwei Arten dargestellt: farblich klassifiziert oder als individuell gestaltete Pop-ups. Diese Pop-ups enthalten zum Beispiel Abbildungen, Diagramme oder Informationen aus Variablen.

Um diese Variablen beziehungsweise um die „Benutzerdefinierte Attributanzeige“ geht es in unserem Beispiel. Definiert man Namen von Attributen als Namen von Spalten in einer Attributtabelle, wird der entsprechende Wert angezeigt. Diese Funktion kann man erweitern durch den Einsatz der Skriptsprache „Arcade“. Sie wendet einfache mathematische Berechnungen und logische Operationen auf die Daten an und generiert so neue Ausdrücke – und neue Werte für jedes Objekt.

Arbeitsblatt: Pop-ups zur Demografie erstellen

Das Arbeitsblatt „Pop-ups konfigurieren in ArcGIS Online“ zeigt den SuS Schritt für Schritt, wie sie Pop-ups zum Thema Demographie erstellen können. Die Jugendlichen finden Antworten auf konkrete Fragen wie: „In welchen Kreisen leben mehr Frauen als Männer?“ Anschließend können sie zum Beispiel mit den Informationen weiterarbeiten – auch in einem anderen Kontext.

*bb. 3: Benutzerdefinierte Attributanzeige und entsprechendes Pop-up für den Kreis Hannover.*

Zum Arbeitsblatt „Pop-ups konfigurieren in ArcGIS Online“

Vorteil: Automatisierung mit „Python“

Wer mit ArcGIS Online arbeitet, profitiert dank der Skriptsprache „Python“ auch von der Automatisierung von Prozessen. In ArcGIS Online greifen die Jugendlichen über die Jupyter Notebooks auf die ArcGIS Python API zu, sie sammeln so erste Programmier-Erfahrungen mit Python.

Ob aus ArcGIS Online – inklusive integrierter Analysefunktionen – oder selbst hochgeladen: Geodaten werden direkt in das Python-Skript integriert. Das Skript selber ist in Blöcken organisiert, welche dann einzeln ausgeführt werden können. Zudem wird es so viel übersichtlicher. Die SuS entdecken mögliche Fehler in ihrem Skript schneller, und sie kriegen auch eine direkte Rückmeldung.

Arbeitsblatt: Ein Python-Skript erstellen

Auch das Arbeitsblatt „Automatisierung mit Python in ArcGIS Online“ befasst sich mit Erdbeben. Die SuS erstellen mithilfe der Anleitung ihr erstes einfaches Skript.