Geoinformationssysteme in Schulen: derzeitiger Stand und zukünftiger Einsatz

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1 Geoinformationssysteme in Schulen: derzeitiger Stand und zukünftiger Einsatz Norbert DE LANGE Zusammenfassung In diesem Beitrag werden fünf Thesen begründet, die die derzeitige Situation von GIS in Schulen darstellen. Detailliert werden die Gegenargumente entkräftet, die häufig einem Einsatz entgegengebracht werden. Ferner werden konkrete Einsatzmöglichkeiten benannt. Insbesondere wird GIS im Erdkundeunterricht auf allen Schulstufen gefordert. 1 GIS im Schulunterricht: der derzeitige Stand These 1: Geoinformationssysteme werden beinahe alltäglich eingesetzt und sind daher in den Schulunterricht zu integrieren. Geoinformationssysteme besitzen inzwischen unumstritten eine hohe und sehr vielfältige Bedeutung. Die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten ist unübersehbar geworden. Die wichtigsten Anwendungsbereiche finden sich bei Planungsprozessen in der Raumordnung, in der Bauleitplanung oder in der Standortplanung sowie in der Realisierung als Umweltinformationssysteme, Altlasten- oder Grünflächeninformationssysteme. Auch Schüler fast aller Jahrgangsstufen kommen vielfältig mit Informationssystemen in Berührung. Zentrale Plattform ist das Internet, das in vielfältiger Weise Informationssysteme anbietet oder das bereits unmittelbar als globales Informationssystem zu verstehen ist. Zumeist werden nur Auskunftssysteme benutzt, die nur eine, wenn auch zuweilen komplexe Verarbeitung von bereits vorhandenen Daten zulassen (Statistiken, Datenbanken, Lexika). Neben den reinen Auskunftssystemen kommen die Schüler in ihrer Alltagswelt dann auch schon mit Rauminformationssystemen i.w.s. in Berührung. Der häufigste Einsatz ist sicherlich das Einholen von Straßeninformationen oder von Stadtplänen zur räumlichen Orientierung. Besonders eindrucksvolle Beispiele von Rauminformationssystemen, durchaus aus der Alltagswelt der Schüler, bietet Google Earth. Die Schüler entwickeln eine große Leichtigkeit, aber auch Flüchtigkeit, Informationssysteme einzusetzen. Von Scheu vor dem unbekanntem Medium keine Spur, die grundsätzliche Handhabung ist von den Computerspielen bekannt. Im Internet sind auch komplexere Geoinformationssysteme zu finden, die Schülern zugänglich und die auch im Unterricht einzusetzen sind. Aus der Fülle soll hier nur als anschauliches Beispiel der Atlas der Überschwemmungsgebiete im Einzugsgebiet der Mosel angeführt werden. Die durch Hochwasser gefährdeten Gebiete wurden einheitlich erfasst und nach ihrem Gefährdungsgrad klassifiziert.

2 Norbert de Lange Schüler können erwarten, dass das schon im Alltag bekannte Instrument auch in der Schule eingesetzt wird. Schülern kann basierend auf den Vorkenntnissen schnell vermittelt werden, dass GIS eine hohe Bedeutung in der Praxis hat. Schüler können auch aus diesem Grund erwarten, mehr über GIS zu erfahren und GIS in der Schule zu nutzen. Die bisherige Argumentation, der keine exakte Definition von GIS vorangestellt wurde, deutet bereits eine differenzierte Verwendung von GIS im Schulunterricht an: - Aufbau und Auswertung eigener Datenbestände mit Hilfe eines Desktop-Geoinformationssystems - Nutzen von Auskunft- und Informationssystemen mit Raumbezug über das Internet mit Hilfe webgestützter Browsertechnologie. Welche Technologie zum Einsatz kommen kann, hängt (neben technischen Rahmenbedingungen) vor allem vom Lernfortschritt der Schüler ab. Das selbständige Arbeiten mit einem Desktop-GIS, das erst das selbständige Formulieren und Lösen einer Fragestellung mit eigenen Daten ermöglicht, ist aus lernpsychologischer Perspektive erst ab der Klasse 8 möglich. Hier soll für eine schulstufenabhängige Mehrdeutigkeit von GIS plädiert werden, um nicht von vorneherein den GIS-Einsatz nur auf die oberen Klassen zu beschränken. These 2: Geoinformationssysteme besitzen eine hohe pädagogische Relevanz. Geoinformationssysteme unterstützen den eigenverantwortlichen Umgang mit neuen Technologien. Der Einsatz von GIS fördert das selbstständige Lernen und Arbeiten, GIS stellt ein geeignetes Arbeitsmittel für eine moderne Bildung dar. Diese bereits für viele moderne Informations- und Kommunikationstechnologien benutzten Schlagworte gelten aufgrund der großen Anschaulichkeit in hohem Maße für Geoinformationssysteme (u. a. Karten im Computer ). Durch ein GIS können die Schüleraktivitäten gesteigert, das Verständnis für Karten und ein kritischer Umgang mit Daten erleichtern werden. Von einem GIS im Unterricht ist eine klare Akzeptanz der Schüler zu erwarten. Ein GIS im Unterricht besitzt eine hohe Relevanz im Hinblick auf ein entdeckendes und problemorientiertes Lernen. So können Lernprozesse können als besonders effektiv angesehen werden, wenn der Schüler sich den Lernstoff selbst erarbeitet (vgl. RINSCHEDE 2005 S. 61). Der Lernstoff wird bei dieser Lernform nicht angeboten, sondern vom Schüler entdeckt (Eigentätigkeit, selbständige Nachforschen, Auffinden von Lösungen). Hiermit verbindet sich zumeist auch eine höhere Lernmotivation. Die Kreativität wird gefördert. Der idealtypische Ablauf des problemlösenden Lernens ist (vgl. RINSCHEDE 2005 S. 62ff.): - Erkennen des Problems - Hypothesenbildung - Lösungsstrategien - Problemlösung - Verifikation, Falsifikation oder Modifizierung der Hypothesen - Reflexion Genau diese Schritte werden bei einem Aufbau eines Geoinformationssystems mit eigenen Daten durchlaufen. Mit einem GIS lassen sich die Vorzüge problemlösenden Lernens nut-

3 Geoinformationssysteme in Schulen zen, die nach Rinschede Anleitung zu selbständigem Lernen und Handeln sowie Schaffen von Lernkompetenz zur Bewältigung von gegenwärtigen und zukünftigen Schlüsselproblemen sind (vgl. RINSCHEDE 2005 S. 63). Somit bestehen auch pädagogische Argumente, die für den Einsatz von GIS im Unterricht sprechen. These 3: Geoinformationssysteme können aufgrund der Lehrplanvorgaben im Erdkundeunterricht problemlos eingesetzt werden. In den einheitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Geographie der BRD kommt der Begriff GIS zwar nicht vor (vgl. EPA Geographie 2005). Die dort angeführten, von den Schülern zu erreichenden Kompetenzen lassen sich aber optimal durch den Einsatz von GIS im Erdkundeunterricht erreichen (EPA Geographie 2005 S. 4): Die Schüler sollen eine raumbezogene Handlungskompetenz erwerben, die die verschiedenen Teilkompetenzen Sachkompetenz, Orientierungskompetenz, Methodenkompetenz, Darstellungskompetenz und Sozialkompetenz umfasst. Weiter ist dann zu Methoden- und Darstellungskompetenz ausgeführt: Methodenkompetenz zeigt sich in der Fähigkeit und Fertigkeit, selbstständig mittelbar und unmittelbar räumliche Strukturen und Prozesse zu erschließen, Lösungsstrategien zu entwickeln und diese zur Grundlage des eigenen verantwortungsbewussten Handelns zu machen. Die Prüflinge können unterschiedliche Arbeitsmethoden der Geographie zur Informationsgewinnung, -verarbeitung und -darstellung anwenden, raumbezogene Problemstellungen durch Verknüpfen von Aussagen unterschiedlicher Materialien wie Karten, Grafiken, Statistiken, Bildern, Texten bzw. durch Erkundung vor Ort bearbeiten, reflektiert mit modernen Informations- und Kommunikationstechniken umgehen, Theorien und Modelle anwenden und hinsichtlich ihres Aussagewertes überprüfen, mithilfe des vernetzten Denkens komplexe Beziehungsgefüge erschließen,... Die Darstellungskompetenz zeigt sich in der Fähigkeit, geographische Sachverhalte themen- und adressatenbezogen zu präsentieren. Die Prüflinge können räumliche Strukturen und Prozesse unter angemessener Nutzung der Fachsprache veranschaulichen, geographische Sachverhalte in graphische Darstellungen als besondere Form der fachlichen Kommunikation umsetzen, komplexe Wirkungszusammenhänge vereinfacht darstellen, zu geographischen Fragestellungen sachlogisch und strukturiert argumentieren, gewonnene Erkenntnisse bzw. selbst erarbeitete Ergebnisse verbal und medial präsentieren. Auch in den Lehrplänen der Bundesländer ist der sachgerechte und kritische Umgang mit neuen Medien und Arbeitstechniken verankert, wenngleich der Einsatz von GIS vielfach konkret nicht vorgegeben ist. Obschon es in der sehr heterogenen, vom Föderalismus in Deutschland geprägten Bildungslandschaft schwierig ist, sich einen Überblick über die verschiedenen Lehrpläne und den GIS-Einsatz zu verschaffen, ist davon auszugehen, dass derzeit im Hinblick auf den verbindlichen Einsatz von GIS Baden-Württemberg, Bayern und Hamburg am weitesten fortgeschritten sind.

4 Norbert de Lange In den neuen Lehrplänen für das Fach Erdkunde in Bayern wird dem Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie zur Informationsbeschaffung und bearbeitung in allen Jahrgangsstufen ein hoher Wert beigemessen. Der Lehrplan Geographie 12 verlangt unter den Arbeitstechniken in Erdkunde explizit das Arbeiten mit Geographischen Informationssystemen (vgl. Lehrplan Geographie für das Gymnasium in Bayern). Der GIS-Einsatz an Schulen ist für die Jahrgangsstufen 8 und 10 sowie für die Kursstufe im Bildungsplan 2004 für Gymnasien in Baden-Württemberg verpflichtend. Die Schülerinnen und Schüler können... thematische Karten interpretieren und erstellen sowie Geographische Informationssysteme (GIS-Darstellungen) nutzen.... (Fachspezifische Methodenkompetenzen in Klasse 8, vgl. Bildungsplan Baden-Württemberg S. 241). Die Schülerinnen und Schüler können... Geographische Informationssysteme (GIS- Darstellungen) zur Analyse einsetzen... (Fachspezifische Methodenkompetenzen in Klasse 10, vgl. Bildungsplan Baden-Württemberg S. 241). Die Schülerinnen und Schüler können... elektronische Informationsquellen wie Geographische Informationssysteme (GIS-Anwendungen), Multimedia-Anwendungen, Datenbanken und Internet als Informationssysteme zur Auswertung aktuell statistischer und grafischer Informationen (wie Wetterdaten, Satellitenbilder) nutzen... (Fachspezifische Methodenkompetenzen in der zweistündigen Kursstufe, vgl. Bildungsplan Baden- Württemberg S. 241). Die Schülerinnen und Schüler können... Multimedia-Anwendungen, Datenbanken und Internet als Informationssysteme zur Auswertung aktuell statistischer und geographischer Informationen wie Wetterdaten, Satellitenbilder nutzen und Geographische Informationssysteme (GIS-Anwendungen) einsetzen... (Fachspezifische Methodenkompetenzen in der zweistündigen Kursstufe, vgl. Bildungsplan Baden-Württemberg S. 241). Dieser neue Bildungsplan wird begleitet durch umfassende Fortbildungsmaßnahmen. Die sog. Medienoffensive II ( ) soll dazu beitragen, den sinnvollen, fächerintegrativen Einsatz der neuen Medien und eine moderne Medienbildung schrittweise zu verankern. So bietet das jeweilige Regierungspräsidium Fortbildungsveranstaltungen zum Thema: Neue Medien im Fach Geographie an (vgl. Lehrerfortbildung Geographie Baden- Württemberg). Auch in Rheinland-Pfalz wird seit Februar 2006 GIS für Schulen massiv vorangetrieben. In einer Initiative des Landesmedienzentrums wurde ein Konzept erarbeitet, das Schulen in die Lage versetzt, das Thema GIS trotz knapper Kassen in einen modernen mediengestützten Unterricht zu integrieren (vgl. webgis.bildung-rp). Das genaue Gegenbeispiel bietet das Land Niedersachsen. Nach Aussage des Kultusministeriums ist in Niedersachsen derzeit GIS an Schulen kein Thema. GIS ist im Lehrplan nicht verankert. Gleichwohl bieten sich recht gute Einsatzmöglichkeiten. So wird mit dem Schuljahr 2006/07 ein sog. Seminarfach zweistündig eingerichtet, in dem fachübergreifende und fächerverbindende Problemstellungen im Vordergrund stehen und das in verschiedene Methoden und Arbeitsformen einführen soll. Zur Förderung der wissenschaftspropädeutischen Kompetenzen ist eine Facharbeit zu schreiben. Die mit dem Seminarfach ver-

5 Geoinformationssysteme in Schulen bundenen Intentionen könnten gut mit GIS realisiert werden. Die interessierten und motivierten Lehrer erhalten in Niedersachsen aber bisher kaum Unterstützung. These 4: Geoinformationssysteme werden unzureichend im Erdkundeunterricht eingesetzt. Für den bislang unzureichenden Einsatz werden häufig mehrere Argumente angeführt: 1. Eine verpflichtende Verankerung von GIS im Lehrplan fehlt. Eine fehlende Verankerung in den Lehrplänen kann kein Argument sein. Die bestehenden Lehrpläne erlauben problemlos den Einsatz von GIS im Unterricht. Die Lehrpläne sind sehr offen formuliert, die Auswahl der Unterrichtsmethode ist den Lehrern überlassen. Somit steht formal dem Einsatz von GIS bereits jetzt nichts im Wege. 2. Der Mehrwert des GIS-Einsatzes im Erdkundeunterricht wird kontrovers gesehen. Neben den vielen positiven Effekten des GIS-Einsatzes im Erdkundeunterricht, die durchaus im Schulalltag gesehen werden, bestehen differenzierte Gegenpositionen. Viele Lehrer stützen sich auf Unterrichtsmethoden, die sich bewährt haben. Gerade dann bleibt Zeit, auf die Schüler einzugehen. Beim problemlösenden Lernen ergibt sich ein unruhiger und häufig unkalkulierbarer Unterrichtsverlauf. So ist zu Beginn einer Unterrichtsreihe offen, ob die Ziele erreicht werden können. Viel wichtiger als eine neue methodische Variante sind einerseits die solide Wissensvermittlung, die effektiver durch andere Lernformen zu erreichen sei, und andererseits die pädagogische Begleitung von Lernprozessen. Ein weiteres Gegenargument setzt bei den pädagogischen Vorteilen an. So eigne sich das problemlösende Lernen nicht in jeder Lernsituation. Diese Lernform fördere vor allem nur die besonders begabten Schüler, aber gerade nicht die schwachen Schüler. Diesen Gegenargumenten kann entgegengehalten werden, dass GIS zur Routine und zu einer bewährten Unterrichtsmethode werden muss. Herauszustellen ist, dass von GIS eine besondere Lernmotivation auch für schwächere Schüler ausgehen kann. GIS hat sich in Gruppenarbeit bewährt, womit soziale und kommunikative Lerneffekte verbunden sind. 3. Geeignete Software fehlt, sie ist zu kostenintensiv oder zu komplex. Dieses Gegenargument ist nur teilweise noch zutreffend. Mit dem sog. DierckeGIS konnte man schon 1999 zu erschwinglichen Kosten einen Klassensatz von GIS-Software zusammen mit Daten anschaffen. Das SchulGIS bietet ebenfalls Software und Daten zu sehr niedrigen Kosten. Auch die kommerziellen Softwarehersteller haben den Schulen inzwischen sehr attraktive Angebote gemacht. Finanzielle Gründe dürfen dem Einsatz eigentlich nicht mehr entgegenstehen. Schulen sind inzwischen in der Lage, vollwertige Desktop- Geoinformationssysteme für einen ganzen Computerraum anzuschaffen. Allerdings muss zugegeben werden, dass die Bedienung gerade der kommerziellen GIS-Produkte sehr komplex ist. Die Handhabung erschließt sich nicht intuitiv. 4. Geeignete Daten fehlen (d.h. Geometriedaten, digitale Karten und Sachdaten). Auch dieses Gegenargument ist nur noch teilweise zutreffend. Die Softwareprodukte werden zumeist mit umfangreichen Daten geliefert. Aus dem Internet sind viele Geodaten als Freeware zu beziehen. Die Landesvermessungsämter sind den Schulen sehr aufgeschlossen. Zum Teil bestehen schon jetzt wie in Rheinland-Pfalz und in Niedersachsen großzügi-

6 Norbert de Lange ge Regelungen zur Bereitstellung von Geodaten. Dies ist aus einem anderen Grund ein sehr schwaches Gegenargument. Die selbständige Datenerfassung und Aufbereitung ist eine Kernaufgabe beim GIS-Einsatz. Gerade hierdurch ergeben sich besondere Mehrwerte im Hinblick auf das problemlösende und selbstorganisierte Lernen. Gerade der Einbau eigener Daten kann einen besonderen Motivationsschub auslösen. 5. Vorbildliche und kopierfähige Unterrichtsbeispiele fehlen. Dieses Argument ist nicht von der Hand zu weisen, wenngleich schon Themenhefte zum GIS-Einsatz in Fachzeitschriften bestehen (Themenhefte in Geographie heute und Praxis Geographie ). Auf den Homepages zum DierckeGIS und SchulGIS finden sich wertvolle Hinweise. Aber, die Vorlage findet sich genauso wenig wie das Unterrichtsbeispiel z. B. zur Behandlung des Themas Wüsten, das im Übrigen auch mit Hilfe von GIS bearbeitet werden kann. Zu fordern ist, dass der Einsatz von GIS im Erdkundeunterricht in den Fachseminaren während einer zweiten Phase der Lehrerausbildung behandelt wird. Hierdurch ergeben sich dann erhebliche Multiplikatoreffekte. 6. Die Hardwareausstattung ist unzureichend. Eine unzureichende Hardwareausstattung ist kein ernst zu nehmendes Gegenargument. Geoinformationssysteme stellen keine besonderen Hardwareanforderungen mehr. Die Computerräume sind mit kostengünstiger Standardhardware ausgerüstet, auf denen Geoinformationssysteme einsatzfähig sind. 7. Die Bedienung von Hard- und Software ist im Schulalltag unzuverlässig. Auch dieses häufige Gegenargument wird zunehmend bedeutungsloser. Hard- und die sonst eingesetzte Software werden stabiler. Auch Abstimmungen mit den Kollegen sind lösbar. Zudem gilt das alte Gesetz: Der souveräne Umgang mit Hard- und Software nimmt mit der Häufigkeit des Nutzens zu. Ein nur gelegentlicher Besuch des Computerraums hilft nicht, die Scheu abzubauen. Dieses Argument ist häufig auf die Unsicherheit der Lehrer im Umgang mit den Informationstechniken zurückzuführen. Dies wird insbesondere dann (von den Lehrern) kritisch gesehen und als Schwäche ausgelegt, wenn die Schüler das System beherrschen. Zu wünschen ist, dass sich das Rollenverständnis ändert. Der Lehrer ist gerade beim Einsatz der neuen Informationstechniken nicht der Be-Lehrer, sondern im Hinblick auf die Technik auch Lernender, der aber die fachspezifischen Inhalte beherrscht und vorgibt. Von derartigen Lernsituationen können völlig neue Lernimpulse ausgehen.

7 Geoinformationssysteme in Schulen 8. Viele Lehrer haben geringe GIS-Kenntnisse und kaum praktische GIS-Erfahrungen. Hierdurch wird die bestehende Situation treffend umschrieben. Die Aussage wird aber für neue Techniken immer gültig bleiben. So haben z. B. die heute über fünfzig Jahre alten Erdkundelehrer während ihres Studiums keine Berührung mit einem Computer, mit Datenbanken oder mit Computergraphik gehabt. Aus diesem Argument ergibt sich zwingend die Forderung nach geeigneter Fortbildung. 9. Fortbildungen in GIS werden für Lehrer zu selten angeboten. Der breite GIS-Einsatz an Schulen kann nur erfolgen, wenn gleichzeitig Fortbildungen für Lehrer besucht werden können. Einige Bundesländer wie Baden-Württemberg, Rheinland- Pfalz oder Hamburg sind vorbildlich. Zu wünschen und zu hoffen ist, dass der GIS-Einsatz in Schulen auch in den anderen Bundesländern ähnlich unterstützt wird. Leider sieht die Realität häufig anders aus. So sind die Universitäten im Rahmen ihres Weiterbildungsauftrags, aber auch die kommerziellen Softwarehersteller aufgefordert, Weiterbildungsmaßnahmen zu organisieren. 10. Die zukünftigen Erdkundelehrer werden bislang unzureichend in GIS ausgebildet. In der Methodenausbildung an Universitäten wurden die Lehramtskandidaten über lange Zeit von GIS-Kursen ausgeklammert. Zum Teil geschah das aus Kapazitätsgründen, wenn sich die Ausbildung in GIS auf die Diplomstudierende konzentrieren musste. Zum Teil fehlte eine Verankerung in den universitären Lehrplänen, was aus der fehlenden Umsetzung in den Schullehrplänen resultierte. Man muss selbstkritisch zugeben, dass diese Nicht-Ausbildung falsch war. Die derzeitigen Adaptionsprobleme an Schulen waren vermeidbar. Die logische Schlussfolgerung kann nur sein, auch die zukünftigen Erdkundelehrer bereits früh an Geoinformationssysteme heranzuführen. These 5: Geoinformationssysteme können vielfältig im Unterricht eingesetzt werden. Einsatz digitaler Karten und einfacher Visualisierungswerkzeuge Die Orientierung im Raum ist als Vorgabe in den Rahmenrichtlinien für Gymnasien der Schulstufen 5/6 enthalten. Lerninhalte sind für den Nahraum: Wegbeschreibung anhand eines Stadtplans, Zeichnen eines Wege- und Lageplans, Lesen von Höhenlinien (Wanderkarte). Hinzukommt die Atlasarbeit u. a. mit Lesen und Beschreiben physischer und politischer Karten, Feststellen von Höhenangaben, Umgang mit dem Maßstab, Berechnung von Entfernungen. Diese Fachgegenstände des Erdkundeunterrichts können mit Hilfe der auf Rasterdaten der TK50 basierenden TOP50-CD (Digitale Kartenserie der deutschen Landesvermessung) sehr gut und stufenspezifisch erreicht werden. Mit der TOP50-CD Niedersachsen/Bremen kann man nicht nur mit der Maus blattschnittfrei vom Harz bis an die Nordsee scrollen und sich über Ortsnamen punktgenau positionieren. Ein digitales Geländemodell zeigt anschaulich das Relief des Geländes sogar in 3D. Mit Hilfe eigener Zeichenfunktionen können einfache thematische Karten erstellt werden, die z. B. die Darstellung des Schulwegs oder einer Schulwanderung ermöglichen. Per Mausklick lässt sich nicht nur die Entfernung, sondern auch ein Höhenprofil anzeigen - sogar ein Abfliegen ist möglich. Zum Schluss können noch Symbole und Beschriftungen hinzugefügt werden. So entsteht eine individuelle Karte, die gedruckt und gespeichert werden kann. Die TOP50-

8 Norbert de Lange CD ist leicht zu bedienen bei recht großer Vielfalt und Anschaulichkeit. Die Anschaffungskosten stellen für Schulen kein Problem dar. GIS im Internet für den Erdkundeunterricht Raumbezogene Informationssysteme im Internet, die gerade im Hinblick auf den Erdkundeunterricht entwickelt wurden und entsprechende Inhalte bereitstellen, bieten viele Vorteile. Eine Installation von besonderer Software ist nicht notwendig, Softwarekosten fallen somit nicht an. Eine leichte Bedienung ist gegeben, da die Funktionalitäten gegenüber einem Desktop-GIS reduziert ist und die generelle Handhabung durch Nutzung des Internets bekannt ist. Die Schüler können ein GIS im Internet auch zu Hause über einen eigenen Internetzugang nutzen. Derzeit werden mehrere Projekte initiiert, die Inhalte des Erdkundeunterrichts mit sog. MapServer-Technologie zur Verfügung stellen. Vom Geographischen Institut der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wird in Kooperation mit dem Zentrum für Datenverarbeitung der WebGIS-Server betrieben (vgl. webgis.bildung-rp). Am Landesmedienzentrum Rheinland-Pfalz ist das WebGIS.bildung-rp.de verfügbar, das eigens für Schulen in Rheinland- Pfalz als methodischer Einstieg in GIS entwickelt wurde. Die Informationsvielfalt variiert erheblich, diese beiden Systeme befinden sich erst im Aufbau. Demgegenüber bietet das Diercke web-gis bereits jetzt schon einen gelungenen Einstieg für Schulen in Geographische Informationssysteme. Aus einer Vielzahl an Variablen zur Bevölkerungs-, Wirtschafts- und Sozialgeographie können Indikatoren für den Bezugsraum Deutschland, Europa oder die Welt ausgewählt und als ein- oder mehrschichtige Karten dargestellt werden (u. a. mit Datenbankabfragen und Suchfunktionen). Das Angebot wird durch erste Arbeitsblätter ergänzt. Ein derartiges Web-GIS eignet sich als Einstieg in GIS. Der Einsatz ist immer dann möglich, wenn eine Atlasarbeit ergänzt werden soll. Die Schüler haben aber relativ wenige eigene Gestaltungsmöglichkeiten wie Bearbeiten eigener Daten oder Veränderung von Klasseneinteilungen und Farbgestaltung. Die Arbeitsmotivation lässt recht schnell nach. Desktop-Geoinformationssysteme im Schulunterricht Desktop-Geoinformationssysteme bieten zum einen die Möglichkeiten, die auch mit einem WebGIS gegeben sind, und zum anderen darüber hinaus weitere Funktionen wie vor allem das Erzeugen neuer Datensätze durch die Analysewerkzeuge (u.a. Overlay und Buffern) und durch Einbinden eigener Datensätze. Hierdurch wird das GIS individuell und unterrichtsspezifisch einsetzbar. Der Lehrer wie die Schüler sind nicht auf vorgefertigte Datensätze angewiesen, sondern können mit eigenen Daten arbeiten, die spezifisch aus der jeweiligen Unterrichtssituation entstehen. Erst hierdurch wird letztlich problemlösendes Lernen umgesetzt. Die Schüler können eine eigenständige Lösungsstrategie entwickeln, dann die hierzu notwendigen Daten erheben, diese Daten in das GIS übernehmen, die Daten auswerten und die Ergebnisse präsentieren. Diese Abfolge ergibt sich unmittelbar aus dem (funktionalen) Vierkomponentenmodell eines GIS (EVAP-Prinzip, Erfassen, Verarbeitung, Analyse, Präsentation). Mit der Zunahme an Funktionalität steigt aber gleichzeitig die Komplexität der Software, die sowohl von Schülern wie auch Lehrern einen größeren Einarbeitungsaufwand erfordert.

9 Geoinformationssysteme in Schulen Die Handhabung eines Desktop-GIS aus dem Stand in der Oberstufe oder während eines Projektes ist unrealistisch und zu aufwändig. In der Regel wird dann zuviel Zeit für die Vorstellung und die Handhabung des Systems benötigt, so dass die Auseinandersetzung mit der inhaltlichen Fragestellung zu kurz kommt. Vor diesem Hintergrund bieten sich zwei Wege an: - Mit Hilfe von WebGIS werden die Schüler an die Funktionen und Arbeitsweisen von GIS herangeführt. Der Umstieg auf ein Desktop-GIS wird hierdurch erheblich erleichtert. - Mit Hilfe eines Desktop-GIS wird direkt in die Arbeitsweise eines GIS eingeführt. Die Schüler arbeiten somit stets mit dem gleichen System, was letztlich die Arbeit erleichtert. Der zweite Weg wird seit mehreren Jahren in Schulen beschritten, da mit dem DierckeGIS und dem SchulGIS zwei Desktop-Geoinformationssysteme vorliegen, für die bereits unterrichtsrelevante Datenbausteine und Tutorials bestehen. In diesen beiden Schulversionen sind die Softwarekerne kommerzieller Geoinformationssysteme enthalten, die an Funktionsumfang reduziert wurden. Dies hat den Vorteil, dass Datenschnittstellen zu gängigen Geodaten implementiert sind (u.a. das sog. Shape-Datenformat). Somit kann ein großer Vorrat an Geodaten erschlossen werden. Ein Import von Beispieldaten aus dem Internet und auch von Daten aus dem Stadtplanungs- oder Umweltamt der eigenen Kommune ist möglich. Statt wie früher üblich eine Papierkarte aus dem Katasteramt für eine Kartierungsübung zu besorgen, ist vom Fachdienst Geodaten ein digitaler Datensatz zum Import in ein Desktop-GIS erhältlich. An diesen Veränderungen in der Praxis zeigt sich auch deutlich der Methodenwechsel, dem sich wie in These 1 erläutert die Schule stellen muss. Die kommerziellen GIS-Hersteller bieten inzwischen günstige Schulversionen an, so dass mit einem vollwertigen GIS auch an Schulen gearbeitet werden kann. Dies erhöht einerseits die Flexibilität und die prinzipiellen Einsatzmöglichkeiten. Andererseits steigt die Komplexität. Die Gefahr ist gegeben, sich in den vielen Funktionen zu verlieren, die mitgeliefert werden, die aber zumeist im Schulalltag nicht benötigt werden. Manche Lehrer wünschen dann sogar, diese Vielfalt zu reduzieren und einige Funktionen stillzulegen, um die Gefahr unkontrollierten Spielens der Schüler zu verringern. Desktop Geoinformationssysteme ermöglichen (naturgemäß) das Arbeiten mit fertigen (digitalen) Karten (z. B. Karteninterpretation). Hierzu werden aufbereitete Beispiele schon von den Softwarelieferanten mitgeliefert (vgl. die Datenbausteine zum DierckeGIS zu den Themen UN-Entwicklungsindex, Europäische Union, Ruhrgebiet, Deutschland-Grunddaten oder die im Rahmen von Seminararbeiten erstellten Unterrichtsbeispiele mit Schul- GIS sowie die umfangreichen Daten-DVDs der kommerziellen GIS-Hersteller). Die Homepages verweisen zudem auf weitere Datenquellen. Mit einem Desktop-GIS können Schüler auch schon in der Klasse 5 durch einfache Orientierungsübungen mit Karte und Foto (z. B. Standortraten) spielerisch an ein GIS herangeführt werden. Das Einlesen von Topographischen Karten und das Einzeichnen des Schulwegs ist auch, wenngleich doch aufwändiger als mit dem System TOP50-CD der Landesvermessungen möglich.

10 Norbert de Lange Bevor Schüler mit selbst erhobenen Daten arbeiten, können mit einem Desktop-GIS vorhandene Daten besser ausgewertet und visualisiert werden als mit einem WebGIS. So kann z.b. für die Staaten Europas der Urbanisierungsgrad im Jahr 2003 kartographisch aufbereitet werden. Die Schüler entwickeln Darstellungen, die hinsichtlich Klassenzahl (Einteilung in vier und in sieben Klassen) sowie hinsichtlich der Klassenbreite (Einteilung in Klassen gleicher Breite und nach natürlichen Breaks) differieren. Die Zuordnungen der Staaten zu den einzelnen Klassen unterscheiden sich dann zum Teil erheblich, woraus (bei gleichen statistischen Ausgangsmaterial) sehr unterschiedliche EU-politische Aussagen abgeleitet werden können. Durch den Einsatz eines GIS zur kartographischen Aufbereitung können die Schüler selbständig Möglichkeiten und Grenzen von thematischen Karten und deren Aussagekraft erfahren (thematische Karten mit Flächensignaturen, Diagrammen und Symbolen, Ändern von Farben und Symbolen, Ändern von Klasseneineilungen, Anfertigen von Legenden). Eine Zuordnung dieser Lernsequenz von ca. 1-2 Stunden ist für die Klassen 9 bzw ( urbane Räume ) z. B. im Lehrplan Nordrhein-Westfalens gegeben. Herauszustellen ist, dass mit einem Desktop-GIS (im Unterschied zu den noch bzw. erst bestehenden Möglichkeiten eines WebGIS) die Sachdaten recht leicht von den Schülern zu verändern bzw. zu ergänzen sind. So kann diese Lernsequenz auch mit dem Urbanisierungsgrad von 1990 im Vergleich zu 2000 oder mit der Bevölkerungsdichte durchgeführt werden. Sehr sinnvolle Erweiterungsmöglichkeiten ergeben sich, indem für die sog. NUTS-II-Gebiete Indikatoren mit einem GIS umgesetzt werden (z. B. Bruttoinlandsprodukt zur Abgrenzung der sog. Ziel-1-Fördergebiete). Im Hinblick auf ein problemlösendes Lernen entfaltet ein Desktop-GIS dann seine pädagogischen Möglichkeiten, wenn die Schüler mit eigenen Geodaten arbeiten. Eine derartige Lernsequenz vermittelt Grundlagen des Digitalisierens und schließt das Scannen und Georeferenzieren einer Karte ein. Diese Vorarbeiten können aber vom Lehrer durchgeführt werden. Die Landesvermessungsämter liefern bereits georeferenzierte Daten. Am einfachsten können Punktdaten (mit zugehörigen Sachdaten) aufgenommen werden. Beispiele können die Baumkartierung an einer Schule sein, die Erhebung von Boden- und Wasserproben, die Erfassung von Freizeiteinrichtungen oder von Gaststätten, was unter Schülern große Motivationsschübe auslöst. Hier zeigen sich zudem Einsatzmöglichkeiten von GIS im fächerübergreifenden Unterricht. Ein weiteres komplexes Beispiel liegt mit dem Projekt City Herford. Eine Standortanalyse des LK 12 im Fach Erdkunde vor (vgl. Behr 2003). Ziele der Unterrichtsreihe waren u. a. Untersuchung der Attraktivität des Einzelhandels in der Herforder City sowie neue Schülertätigkeit im Umgang mit GIS: Eingabe und Auswertung selbst erhobener Daten. Basierend auf einer eigenen Datenerhebung wurde mit den Schülern ein GIS der Citynutzungen erstellt. Mit dem methodischen Ansatz verbinden sich vielfältige fachliche, d.h. stadtgeographische oder planerische Inhalte, die zentrale Inhalte des Geographieunterrichts sind: Strukturierung einer Innenstadt, Abgrenzung der City, Analyse von Ia- und Ib-Lagen sowie von Standortmustern der Einzelhandelseinrichtungen, Erkennen von Ansätzen städtischer Verödung (Leerstand, Mindernutzungen), Erfassen und Darstellen des Gebäudezustands im Hinblick auf Sanierungsnotwendigkeiten.

11 Geoinformationssysteme in Schulen Das letzte Beispiel ist dem Lernprogramm 3 von SchulGIS entnommen (d.h. dem Tutorial eines DesktopGIS). Auf Basis der GIS-Funktionalitäten Buffern und Overlay werden anhand eines aktuellen Beispiels (wie z. B. der Ausbau der dritten Landebahn am Münchner Flughafen) Analysen durchgeführt, wie sie bei raumplanerischen Fragestellungen vorgenommen wird. Die dabei erworbenen Kompetenzen lassen sich dann auf weitere Fragestellungen übertragen (z. B. die Planung von Straßen und Eisenbahntrassen oder die Auswirkungen eines Erdbebens). 2 GIS im Schulunterricht: der zukünftige Einsatz Die Relevanz von GIS für den Schulunterricht ist inzwischen unbestritten. Wie die Erfahrungen aus mehreren Kursen mit Lehrern zeigen, besteht ein hoher fächerübergreifender Nutzen von GIS in den Bereichen Lesekompetenz, Methodik und selbstorganisiertes Lernen. Zudem führt der Einsatz von GIS zu einer Aufwertung des Schulfaches Erdkunde. Unter dem Blickwinkel von Erdkunde als Integrationsfach eignet sich GIS insbesondere für den fächerübergreifenden Unterricht Zum Abschluss ein programmatischer Aufruf: - GIS muss im Erdkundeunterricht in allen Schulstufen eingesetzt werden. So kann schrittweise in komplexere Funktionen eines GIS eingeführt werden. GIS bleibt dann nicht auf die seltenere Projektarbeit beschränkt, für die häufig ein Neueinarbeiten in GIS notwendig wird. - Eine Verankerung von GIS im Erdkundeunterricht in den Rahmenrechtlinien ist notwendig, aber nicht zwingend. GIS bietet überzeugende Vorteile. Der Einsatz ist bereits aufgrund der bestehenden Lehrpläne problemlos möglich. - Software und Geodaten müssen kostengünstig bereitgestellt werden, was bereits einerseits durch Verlage, aber auch inzwischen durch die kommerziellen Softwareunternehmen und andererseits durch Kooperation mit den Landesvermessungsämtern geschieht. - Die Hochschulen sind gefordert, Weiterbildungsangebote zu machen und vor allem die zukünftigen Lehrer frühzeitig an GIS heranzuführen.

12 Norbert de Lange 3 Literatur Behr, P. (2003): Unterrichtsbeispiele mit GIS in einem LK 12: Thematische Karten zum Ravensberger Land und Kartierung der Herforder Innenstadt. ( Bildungsplan Baden-Württemberg Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden- Württemberg (2004, Hrsg.): Bildungsplan 2004, Allgemein bildendes Gymnasium. DierckeGIS: Diercke web-gis: EPA Geographie 2005: Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Geographie (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom i. d. F. vom ) Gefahrenatlas Mosel: Lehrerfortbildung Geographie Baden-Württemberg: /faecher/geographie/gym/modul_2/ Lehrplan Geographie für das Gymnasium in Bayern. Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung ( Medienoffensive in der Lehrerfortbildung Baden-Württemberg: Püschel, L. (2001): Das Internet im Erdkundeunterricht. Gotha. Rinschede, G. (2005): Geographiedidaktik. Paderborn: Schöningh. = Grundriss Allgemeine Geographie. Schäfer, D. 2004: Web GIS. Ein methodisches Werkzeug zum Einstieg in GIS in Schulen und Hochschulen In: Mainzer Geographische Studien, Vol. 52, Page Schleicher, Y. (2004): Computer, Internet & Co. im Erdkunde-Unterricht. Berlin. Schrettenbrunner, H. (1997, Hrsg.): Internet -Themenheft, Geographie heute, Heft 152. SchulGIS: TOP50-CD im Geographieunterricht: C _N _L20_D0_I html webgis.bildung-rp: WebGIS-Schule: Westermann Verlag (2000, Hrsg.): Internet im Geographieunterricht - Themenheft, Praxis Geographie.