Entwicklung einer interaktiven Lernsoftware zur Klimaklassifikation mit einer Bewertung ihrer Einsatzmöglichkeiten im Unterricht

Universität Bonn
Geographisches Institut

Entwicklung einer interaktiven Lernsoftware 
zur Klimaklassifikation 
mit einer Bewertung deren unterrichtlicher Einsatzmöglichkeiten

dem Staatlichen Prüfungsamt Köln

vorgelegt von
Zvezdan Djekic

Bonn 2001

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung in die Thematik ... 5

2. Rahmenbedingungen für den Einsatz von Informations- 
und Kommunikationstechnologie im Unterricht ... 6
    2.1. Politische Rahmenbedingungen ... 6
    2.2. Informations- und Kommunikationstechnologie im 
    Geographieunterricht ... 7
    2.3. Hemmfaktoren für den Fortschritt im Klassenzimmer ... 8
        2.3.1. Hemmfaktor Hardwareausstattung ... 9
        2.3.2. Hemmfaktor Lehrerausbildung ... 10
        2.3.3. Hemmfaktor Softwareausstattung ... 11

3. Ziele der Arbeit ... 12
    3.1. Entwicklung einer interaktiven Lernsoftware ... 12
    3.2. Anforderungen an die Lernsoftware ... 13

4. Klimatologie und Klimasystematik ... 15
    4.1. Historische Entwicklung der Klimasystematik ... 16
    4.2. Neuere Versuche der Klimaklassifikation ... 18
    4.3. Die unterschiedlichen Ansätze bei der Klimaklassifikation ... 20
    4.4. Die effektive Klimaklassifikation von W. Köppen ... 22
        4.4.1. Klimazonen ... 22
        4.4.2. Klimatyp ... 26
        4.4.3. Klimauntertyp ... 30
    4.5. Die genetische Klimaklassifikation von H. Flohn ... 35
        4.5.1. Planetarische Zirkulationsgürtel ... 36
        4.5.2. Klimatische Ausprägungen und Genese der Klimazonen 
        nach H. Flohn ... 38
    4.6 Effektive versus genetische Klimasystematik ... 40

5. Konzeption der Software ... 43
    5.1. Wahl einer geeigneten Klimaklassifikation unter Berücksichtigung 
    fachdidaktischer Aspekte ... 43
        5.1.1. Der genetische Ansatz von H. Flohn ... 44
        5.1.2. Der effektive Ansatz von W. Köppen ... 44
        5.1.3. Der effektive Ansatz von Lauer & Frankenberg ... 47
        5.1.4. Abschließende Zusammenfassung ... 48
    5.2. Verwendete Klimadaten ... 49
        5.2.1. Klimadatenquelle GHCN V2 ... 49
        5.2.2. Datenkonvertierung und Klimadatenstruktur der Lernsoftware 
        "Klimastation" ... 52
    5.3. Lernsoftwaretypologie ... 56
        5.3.1. Simulationsprogramme ... 57
        5.3.2. Informations- und Datenbanksysteme ... 58
        5.3.3. Internet ... 58
        5.3.4. Tutor- und Lernprogramme ... 60
        5.3.5. Auswahl eines geeigneten Lernsoftwaretyps ... 62
    5.4. Kartographische Darstellung ... 64
        5.4.1. Praktische Umsetzung ... 66
        5.4.2. Datenreduktion ... 67
    5.5. Entwicklungsumgebung ... 69
    5.6. Grundstruktur und Basisfunktionalität der Lernsoftware ... 71
        5.6.1 Programmtechnische Grundstruktur ... 71
        5.6.2 Prozedur "koeppen" ... 74
    5.7 Benutzeroberfläche - Mensch Maschine Interface ... 76
        5.7.1. Fenstertechnik ... 77
        5.7.2. Pull - Down Menüs ... 78
        5.7.3. Standardsteuerelemente ... 79

6. Funktionale Struktur, Installation und Bedienung ... 83
    6.1. Funktionsübersicht ... 83
    6.2. Programminstallation ... 89
        6.2.1. Installation der Lernsoftware "Klimastation" ... 90
        6.2.2. Installation des Programms "Klimastation" innerhalb von 
        Netzwerken ... 92
        6.2.3. Programmstart ... 94
    6.3. Hypermediales Kartensystem - Erdteilfenster ... 95
        6.3.1. Toolbar Schaltfläche "Station wählen" ... 96
        6.3.2. Toolbar Schaltfläche "Entfernung messen" ... 97
        6.3.3. Toolbar Schaltfläche "Karte verschieben" ... 98
        6.3.4. Toolbar Schaltfläche "nahe Stationen" ... 99
        6.3.5. Visualisierungseffekte des Hypermedialen Kartensystems ... 100
    6.4. Benutzerdialog "Klimadiagramm" ... 101
        6.4.1. Klimadiagramm nach Walter und Lieth ... 102
        6.4.2. Klimadiagramm mit Niederschlagsäulen ... 103
    6.5. Menütitel "Datei" ... 105
        6.5.1. Menüpunkt "Datei -> Exportieren" ... 106
        6.5.2. Menüpunkt "Datei -> Drucken" ... 107
        6.5.3. Menüpunkt "Datei -> Einstellungen" ... 108
        6.5.4. Menüpunkt "Datei -> Beenden" ... 109
    6.6. Menütitel "Stationen" ... 109
        6.6.1. Menüpunkt "Stationen -> Station wählen" ... 110
        6.6.2. Menüpunkt "Stationen -> Suchen" und "Station -> Auswahl 
        bearbeiten" ... 111
        6.6.3. Menüpunkt "Stationen -> Suche nach Klassifizierung" ... 113
        6.6.4. Menüpunkt "Stationen -> Benutzerdefinierte Stationen" ... 115
    6.7. Menütitel "Ansicht" ... 116
        6.7.1. Menüpunkt "Ansicht -> Erdteilkarte Visualisierungseffekte" ... 117
        6.7.2. Menüpunkt "Ansicht -> Globus, Erdteil öffnen, Klimakarte, 
        Legende" ... 117
    6.8. Menütitel "Klimathemen" ... 118
    6.9. Menütitel "Trainer" ... 119
        6.9.1. Menüpunkt "Datei -> Programmeinstellungen -> Trainings-
        stationen festlegen" ... 120
        6.9.2 Menüpunkte "Klimaklassifikation Üben und Testen" ... 121
        6.9.3 Menüpunkte "KlassiQuiz und Highscore" ... 123

7. Zusammenfassende Bewertung der unterrichtlichen Einsatz-
möglichkeiten der Lernsoftware "Klimastation" ... 125
    7.1. Lehrplanbezug der Software ... 126
    7.2. Mögliche Unterrichts- und Organisationsformen ... 126
    7.3 Stellung der Lernsoftware im Unterrichtsverlauf ... 128

8. Literaturverzeichnis ... 129

9. Abbildungsverzeichnis ... 134

10. Tabellenverzeichnis ... 136

Einführung in die Thematik
Die Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologie (IuK) ist in den vergangenen Jahrzehnten entscheidend fortgeschritten. Wurden in den 60er und 70er Jahren Datenverarbeitungsgeräte noch vorwiegend in der Wirtschaft und der öffentlichen Verwaltung eingesetzt, so haben sich heute IuK Gerätschaften in allen Bereichen der Wirtschaft und Medien wie auch im privaten Bereich etabliert.
Bis vor etwa 20 Jahren wurde Informationstechnologie primär in Form von Großrechnern bzw. mittlerer Datentechnik (Mainframes) eingesetzt.
Aufgrund der technischen Entwicklung (u.a. Entwicklung von integrierten Schaltkreisen) konnten elektronische Geräte mit ähnlicher Funktionalität entwickelt werden, die zum einen kompakter in der Größe und zum anderen günstiger in der Herstellung waren.
Seit Anfang der 80er Jahre wurden beispielsweise Rechensysteme aufgrund des stark verbesserten Preis - und Leistungsverhältnisses auch für den privaten Nutzer interessant. Die ersten „Heimcomputergeräte“ kamen auf den Markt und wurden von interessierten Jugendlichen und Erwachsenen genutzt. Parallel zu dieser Entwicklung im privaten Bereich entwickelte IBM 1982 den sog. Personal Computer (PC), der primär für den professionellen Einsatz entwickelt wurde und durch seinen modularen Hardwareaufbau dem Einsatzzweck entsprechend konfiguriert werden konnte. Auf der Softwareseite verwendete IBM als Betriebssystem ein bis dahin unbekanntes System mit dem Namen MS-DOS der Firma Microsoft, obwohl zu jener Zeit das Betriebssystem CP/M der Firma Digital Research die Rolle eines Quasi-Standards einnahm.
Seit Beginn der 90er Jahre ist die IuK gekennzeichnet von einem immer breiter werdenden Einsatzbereich der PC-Technologie, sowohl im privaten als auch im beruflichen und schulischen Umfeld. Die Nutzung von Computertechnologie hat sich zu einer Kulturtechnik entwickelt. Dieser Entwicklung trägt auch die Schulausbildung durch eine entsprechende, politische Rahmensetzung Rechnung.

2. Rahmenbedingungen für den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologie im Unterricht
2.1. Politische Rahmenbedingungen
Bereits am 19. September 1983 hat der Europäische Rat übereinstimmend die Einführung von Informationstechnologien im Unterricht beschlossen¹. Als ein Ergebnis dieser Bemühungen ist sicherlich die Einführung von Informatikunterricht in der Sekundarstufe II anzusehen, auch wurde im Fachunterricht der Einsatz von Informationstechnologie vorgesehen. In den Richtlinien und Lehrplänen des Landes Nordrhein Westfalens für das Fach Erdkunde des Gymnasiums Sekundarstufe I, findet sich beispielsweise folgender Bildungsauftrag: „Die Vermittlung grundlegender Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten... Dazu bedarf es im Unterricht der Beschäftigung und Auseinandersetzung mit der menschlichen Kulturtätigkeit ... mit den Informations- und Kommunikationstechnologien“.²

Auch in den Richtlinien und Lehrplänen für die Sekundarstufe II des Fach(e)s Erdkunde lassen sich ähnliche Aufgabenstellungen finden:

"Die Gymnasiale Oberstufe soll Qualifikationen fördern, die sowohl für den Erwerb der allgemeinen Hochschulreife als auch für die Studien- und Berufswahl von Bedeutung sind ... die Fähigkeit die modernen Informations- und Kommunikationstechnologien nutzen zu können".

Um eine Informationstechnische Grundbildung (ITG) im Bereich der Schule zu ermöglichen, soll nach dem "Rahmenkonzept Neue Informations- und Kommunikationstechnologien" des Kultusministeriums des Landes Nordrhein Westfalen diese ITG im Rahmen des Fachunterrichts erfolgen, für den sich "thematische Anknüpfungsmöglichkeiten ergeben..."

2.2. Informations- und Kommunikationstechnologie im Geographieunterricht
Der Erdkundeunterricht "gilt als eines der medienfreundlichsten und medienreichsten Unterrichtsfächer"⁵, dieser Aussage folgend ergeben sich im Erdkundeunterricht eine Vielzahl von Anknüpfungsmöglichkeiten für den Einsatz der Informationstechnologie.⁶
Nach der Definition von Brucker sind Medien "als pädagogische Hilfsmittel notwendig, da sie als Träger von Informationen zwischen der Wirklichkeit und dem Empfänger vermitteln".⁷

Ein technisches Medium, wie der Computer, kann eine Vielzahl von Darstellungsformen, von Animationen über Bilder bis hin zu Zahlen und Diagrammen, wiedergeben. Diese Universalität gibt dem Computer bzw. der Computersoftware, zusätzlich zur hohen außerschulischen Bedeutung, eine herausragende Stellung als Unterrichtsmedium.⁸

Neben der Integration verschiedener Darstellungsformen zu einer multimedialen Präsentation von Informationen ermöglicht Computersoftware u.a. eine dynamische Interaktion mit dem Benutzer. So kann sich durch interaktive hypermediale Software das Informationsangebot dem Informationsbedarf des Nutzers anpassen.
Das wohl bekannteste Beispiel für hypermediale Inhalte sind Webseiten mit Hyperlinks. Durch den Einsatz von Links können Nutzer auf andere Inhalte geleitet werden oder auch Zusatzinformationen zu den durch Links gekennzeichneten Begriffen erhalten.
Nicht nur bei textbasierten Dokumenten lässt sich das hypermediale Verfahren verwenden, auch bei Kartensystemen können z.B. durch Anklicken einer Stadt weiterführende Informationen, wie Bevölkerungszahl, Altersstruktur, Umsatz im Einzelhandel oder Kraftfahrzeuge pro Einwohner angegeben werden.
Diese Informationen könnten auch mit Hilfe einer herkömmlichen Karte übermittelt werden, die Vielzahl der verschiedenen Informationen würde jedoch diese Karte zwangsläufig unübersichtlich machen, so dass sie von didaktisch fragwürdigem Wert wäre.

[...]

1 Kommission der Europäischen Gemeinschaft (1986), S. 1
2 Kultusministerium des Landes Nordrhein-Westfalen (1993), S. 15
3 Kultusministerium des Landes Nordrhein-Westfalen (1999), S. XIV
4 Ritter, Markus (1995) ,S. 26
5 Haubrich, Hartwig / Kirchberg, Günter / Brucker, Ambros u.a. (1988), S. 223
6 Siehe Einführung Kapitel 1., Stichwort: "Informationstechnische Grundbildung"
7 Haubrich, Hartwig / Kirchberg, Günter / Brucker, Ambros u.a. (1988), S. 224
8 Vgl. Ritter, Markus (1995), S.67