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Einsatz des Computers im Geographieunterricht · Einsatz des Computers im Geographieunterricht Kurt...

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Einsatz des Computers im Geographieunterricht Kurt Brassei Einleitung Im Wintersemester 1970/71 wurde im Rahmen der Kartenkundeübungen des Geographischen Insti¬ tuts der Universität Zürich erstmals der Computer als zentrales Hilfsmittel für ein Übungsbeispiel ein¬ gesetzt. Da dieser Versuch gelungen ist, wollen wir hier einen Überblick über Konzeption und Durch¬ führung dieser Übung geben. In weiten Kreisen fühlt man sich einerseits etwas unsicher gegenüber der elektronischen Datenverar¬ beitung, und andererseits werden die Rechenauto¬ maten wieder überschätzt. Es ist deshalb mit ein Anliegen dieses Artikels, einen Einblick in das Ar¬ beiten mit Computern zu geben und mögliche Ar¬ beitsbereiche für dieses Hilfsmittel aufzuzeigen. Sind die Voraussetzungen für die Durchführung von Übungen im vorgeschlagenen Stil vorerst viel¬ leicht nur für Hochschulen gegeben, so darf doch darauf hingewiesen werden, daß auch einzelne Mit¬ telschulen (z. B. Zürcher Kantonsschulen) zu Com¬ putern Zugang haben und sie benützen. - Auch betreiben verschiedene kantonale Verwaltungen Datenverarbeitungsanlagen, so daß bei Bedarf even¬ tuell auch anderen Kantonsschulen entsprechende Möglichkeiten offenstünden. Die ursprüngliche Bedeutung des Computers liegt in der Fähigkeit, genau und rasch beliebige Berech¬ nungen durchzuführen. Vermehrt findet er aber auch für andere Zwecke Anwendung, und wir haben ihn vorwiegend dazu benutzt, mit dem Schnelldrucker (Printer) statistische Karten herzu¬ stellen. Das Ausdrucken von Karten mit dem Computer bringt einige Vorteile mit sich; so wird die hand¬ werkliche Arbeit auf ein Minimum herabgesetzt. Außerdem bietet es die Möglichkeit, mit den Abbil¬ dungen zu experimentieren, indem nach einem er¬ sten Darstellungsversuch der Output begutachtet und korrigiert wird und mit geringem Aufwand wie¬ der eine neue Karte erstellt werden kann. Liegen verschiedene Datensätze vor, so hat man die Mög¬ lichkeit, diese beliebig zu korrelieren und die Resul¬ tate wieder graphisch darzustellen. Diesen Vorteilen stehen aber auch Nachteile gegen¬ über: Die Abbildungen aus dem Schnelldrucker sind an das rechteckige Maschennetz der Druck¬ positionen gebunden, und es muß mit Ungenauig- keiten in bezug auf Zwischenräume und Schwär¬ zung gerechnet werden. Die produzierten Karten sind also in ihrer Qualität beschränkt, doch eignen sie sich unbestritten als Arbeitskarten. Ferner muß darauf hingewiesen werden, daß in solchen Übun¬ gen die handwerkliche Schulung des Kartenzeich¬ nens dahinfällt. Demgegenüber tritt aber die ge¬ dankliche Arbeit in den Vordergrund, und das Er¬ stellen von automatisierten Darstellungen ist des¬ halb nicht als Ersatz, sondern vielmehr als Ergän¬ zung der Ausbildung zu betrachten. Übungsgrundlagen Beim hier gezeigten Anwendungsbeispiel handelt es sich um folgende Aufgabe: Aus statistischen Werten der Gemeinden des Kan¬ tons Zürich soll eine Choroplethenkarte mit maxi¬ mal 10 Klassen erstellt werden. Die Karte wird mit dem Computer durch Übereinanderschlagen von 0 bis 4 Signaturen ausgedruckt; die benötigten Pro¬ gramme sowie weitere Unterlagen liegen bereits vor (durch Assistenten vorbereitet). Die Studenten haben folgende Arbeiten durchzuführen: - Auswahl des darzustellenden Themas - Ablochen der statistischen Daten - Festsetzen der Klassengrenzen - Auswählen der Signaturen oder Signaturkombina¬ tionen für die einzelnen Klassen. Die restlichen Arbeiten werden durch die Maschine geleistet. In didaktischer Hinsicht werden mit dieser Übung folgende Ziele verfolgt: - Schulung der Bearbeitung von Choroplethenkar- ten: Klassenbildung, Graustufenwahl, Signatur¬ wahl - Verwendung von Diagrammen als Hilfsmittel; Interpretation der Diagramme - Einblick in die Grundprinzipien der Datenverar¬ beitung: Programme - Dateien, Erstellen eines Datensatzes, Kenntnis des Lochkartenlochers. Die Übung baut im wesentlichen auf bereits bekann¬ ten und beschriebenen Techniken auf (s. Literatur- 191
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Einsatz des Computers im Geographieunterricht

Kurt Brassei

Einleitung

Im Wintersemester 1970/71 wurde im Rahmen der

Kartenkundeübungen des Geographischen Insti¬tuts der Universität Zürich erstmals der Computerals zentrales Hilfsmittel für ein Übungsbeispiel ein¬

gesetzt. Da dieser Versuch gelungen ist, wollen wirhier einen Überblick über Konzeption und Durch¬führung dieser Übung geben.In weiten Kreisen fühlt man sich einerseits etwasunsicher gegenüber der elektronischen Datenverar¬beitung, und andererseits werden die Rechenauto¬maten wieder überschätzt. Es ist deshalb mit ein

Anliegen dieses Artikels, einen Einblick in das Ar¬beiten mit Computern zu geben und mögliche Ar¬beitsbereiche für dieses Hilfsmittel aufzuzeigen.Sind die Voraussetzungen für die Durchführungvon Übungen im vorgeschlagenen Stil vorerst viel¬leicht nur für Hochschulen gegeben, so darf dochdarauf hingewiesen werden, daß auch einzelne Mit¬telschulen (z. B. Zürcher Kantonsschulen) zu Com¬

putern Zugang haben und sie benützen. - Auchbetreiben verschiedene kantonale VerwaltungenDatenverarbeitungsanlagen, so daß bei Bedarf even¬tuell auch anderen Kantonsschulen entsprechendeMöglichkeiten offenstünden.Die ursprüngliche Bedeutung des Computers liegtin der Fähigkeit, genau und rasch beliebige Berech¬

nungen durchzuführen. Vermehrt findet er aber

auch für andere Zwecke Anwendung, und wirhaben ihn vorwiegend dazu benutzt, mit dem

Schnelldrucker (Printer) statistische Karten herzu¬stellen.Das Ausdrucken von Karten mit dem Computerbringt einige Vorteile mit sich; so wird die hand¬werkliche Arbeit auf ein Minimum herabgesetzt.Außerdem bietet es die Möglichkeit, mit den Abbil¬dungen zu experimentieren, indem nach einem er¬sten Darstellungsversuch der Output begutachtetund korrigiert wird und mit geringem Aufwand wie¬der eine neue Karte erstellt werden kann. Liegenverschiedene Datensätze vor, so hat man die Mög¬lichkeit, diese beliebig zu korrelieren und die Resul¬tate wieder graphisch darzustellen.Diesen Vorteilen stehen aber auch Nachteile gegen¬über: Die Abbildungen aus dem Schnelldruckersind an das rechteckige Maschennetz der Druck¬positionen gebunden, und es muß mit Ungenauig-keiten in bezug auf Zwischenräume und Schwär¬

zung gerechnet werden. Die produzierten Kartensind also in ihrer Qualität beschränkt, doch eignensie sich unbestritten als Arbeitskarten. Ferner mußdarauf hingewiesen werden, daß in solchen Übun¬gen die handwerkliche Schulung des Kartenzeich¬nens dahinfällt. Demgegenüber tritt aber die ge¬dankliche Arbeit in den Vordergrund, und das Er¬stellen von automatisierten Darstellungen ist des¬

halb nicht als Ersatz, sondern vielmehr als Ergän¬zung der Ausbildung zu betrachten.

Übungsgrundlagen

Beim hier gezeigten Anwendungsbeispiel handelt es

sich um folgende Aufgabe:Aus statistischen Werten der Gemeinden des Kan¬tons Zürich soll eine Choroplethenkarte mit maxi¬mal 10 Klassen erstellt werden. Die Karte wird mitdem Computer durch Übereinanderschlagen von0 bis 4 Signaturen ausgedruckt; die benötigten Pro¬

gramme sowie weitere Unterlagen liegen bereits vor(durch Assistenten vorbereitet). Die Studenten habenfolgende Arbeiten durchzuführen:

- Auswahl des darzustellenden Themas

- Ablochen der statistischen Daten

- Festsetzen der Klassengrenzen

- Auswählen der Signaturen oder Signaturkombina¬tionen für die einzelnen Klassen.

Die restlichen Arbeiten werden durch die Maschinegeleistet.In didaktischer Hinsicht werden mit dieser Übungfolgende Ziele verfolgt:

- Schulung der Bearbeitung von Choroplethenkar-ten: Klassenbildung, Graustufenwahl, Signatur¬wahl

- Verwendung von Diagrammen als Hilfsmittel;Interpretation der Diagramme

- Einblick in die Grundprinzipien der Datenverar¬beitung: Programme - Dateien, Erstellen eines

Datensatzes, Kenntnis des Lochkartenlochers.

Die Übung baut im wesentlichen auf bereits bekann¬ten und beschriebenen Techniken auf (s. Literatur-

191

VARIABLE f+frfr KLINOGKAPHISCHE KURV h (FLAECr ENANTEIL in PROZENTEN) ??»0 1 2_ _4 6 8 in 15 39 40 50 60 70 80 90 10p+ + ^ fr * X fr fr fr fr fr

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INTERPRETATIQNSKURVEN FUER DIE KLASSENBILDUNG:0.83890.8320 0 X

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0.81140.8046 ox0.7977 ox0.7908 ox *0.7840 0 X

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0.7427 0 X fr

0.7359 0 X *¦

0.7290 0 X

0.7221 0 X

0.7153 0 X

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0.6947 0 X fr

0.6878 0 X

0.6809 0 X

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0 lo 2fl i A ii 5Ä' 60 76 80 98 lflAOOOO PROZENTSATZ OER KANTONSFLAECHE

GROESSER ALS VARIABLENWERTPROZENTSATZ ALLER GEMEINDEN XXXX

(SUKNAT10NSKURVENI

Figur 1

hinweise); es wird lediglich versucht, diese mitneuen Hilfsmitteln durchzuführen.In Choroplethenkarten, die an statistische Einheitengebunden sind, stellen wir die Daten (besonders ge¬

eignet sind Verhältniszahlen, zum Beispiel Dichte¬werte) in einfacher Weise dar: Den Grundflächender statistischen Zähleinheiten (Gemeinden, Be¬

zirke) wird der entsprechende statistische Wert als

dritte Dimension zugeordnet (horizontale Fläche).Damit bei der Darstellung nicht für jede statistische

Einheit eine spezielle Signatur gesetzt werden muß,wird das Spektrum der statistischen Werte in eineZahl von Klassen unterteilt und den einzelnen Klas¬sen eine Signatur zugewiesen. Da die Klassengren¬zen an beliebiger Stelle gesetzt werden können, be¬

steht das Hauptproblem unserer Übung darin, diese

Begrenzungen richtig zu setzen; also so, daß einer¬seits der wahre Sachverhalt nicht verfälscht wirdund andererseits die Darstellung graphisch befrie¬digend ausfällt. Die Wahl der Klassen kann aber

192

I I I I

ANTEIL DER PRODUKTIVFLAECHE

AN GEHEINDEFLAECHE O.HALD

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5 GLEICHFLAECHIGE KLASSEN

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Figur 2. Beispiel einer mit dem Computer erstellten statistischen Karte des Kantons Zürich

nur dann sinnvoll erfolgen, wenn man die Häufig¬keitsverteilung der Variablen über das ganze Spek¬trum zwischen Minimal- und Maximalwert kennt.Wir erstellen uns deshalb mit dem Computer ver¬schiedene Interpretationskurven (Klinogramme,Verteilungskurven, s. Fig. 1), die das Setzen der

Klassengrenzen erleichtern. In einem zweitenSchritt lassen wir dann den Computer eine ent¬sprechende Karte ausdrucken (Fig. 2).

Die Computerarbeiten wurden im Rechenzentrum

der Universität Zürich auf einer IBM/360-50, die

Hilfsprogramme zum Teil auf einer IBM 1620

durchgeführt.

Durchführung der Übung

Wir haben den Ablauf der Übungen in Form eines

Blockdiagramms schematisch dargestellt (s. Figur

193

PROGRAMM ZUM AUSDRUCKENDER DIAGRAMME (KKDIA)

ALLGEMEINE OATENSAETZE:GEHEINDENAMEN

GEMEINDEFLAECHE

ISPEZIELLE OATENSAETZE:II TITEL, NAME ETC. I

I STATISTISCHE WERTE I

HILFSPROGRAMM:LISTEN DER VER-FUEGBAREN DATEN-

SAETZE

DATENSAETZE AUF

MAGNETBAND(NUMERIERT)

ERSTELLEN EINERLISTE DER VER-

FUEGBAREN DATEN¬SAETZE

ERSTELLEN DER DIAGRAMME

ABSPEICHERN DER STA¬TISTISCHEN WERTE

AUF MAGNETBAND

HILFSPROGRAMM:BERECHNUNG DER

KLASSENGRENZEN

BERECHNUNG DER

KLASSENGRENZENNIT INTERPOLA-TIONSPROGRAMN

¦ 1

ALLGEMEINER DATEN¬SATZ: GENEINDEZU-GEHOERIGKEIT DER

RASTERECKPUNKTE

PROGRAMM FUER DIEDARSTELLUNG DER

KARTEN (KKUEBGI

INTERPRETATION DER DIAGRAMME

EV. KORREKTUR DER DATENSAETZE

WAHL VON INTERPOLATIONS¬METHODE UNO KLASSENZAHL

BESTIMMEN DER KLASSENGRENZEN

AUSWAHL DER SIGNATUR¬KOMBINATIONEN

ABLOCHEN DES DATENSATZESFUER KARTENDRUCK:

TITEL. DATENSATZ-NR..NAME.KLASSENGRENZEN, SIGNATUREN

«M

HILFSPROGRAMM:ERSTELLEN EINER

LISTE SAENTLICHERGESPEICHERTER

KARTEN

KARTENINFORMATIONAUF NAGNETBAND

ERSTELLEN EINESVERZEICHNISSES

SAENTLICHERGESPEICHERTER

KARTEN

TERSTELLEN DER KARTEN

(ERSTES EXENPLARI

ABSPEICHERN DER KARTEN¬INFORMATION AUF MAGNET¬

BAND

T

HILFSPROGRAMM:AUSDRUCKEN BEREITS

GESPEICHERTERKARTEN

I BEGUTACHTEN DES KARTEN-I DRUCKES:

V

|

(RESULTAT UNBEFRIEDIGENDI KORREKTUR, VARIATION|

IRESULTAT BEFRIEDIGEND:-IEV.AUSDRUCKEN WEITERER

I KARTENEXEMPLARE

IWEITEftEKARTEN-I

EXEMPLARE I

II INTERPRETATION UNO I

I BESCHREIBUNG DES I

I DARGESTELLTEN THEMAS I

Figur 3. Überblick über den Übungsablauf(fette Rahmen: Vorgänge im Computer; gestrichelte Rahmen: Bearbeitung durch Studenten; feine Umrah¬mung: Vorbereitungsarbeiten durch Assistenten; Pfeile: Flußrichtung, unterschieden nach Wichtigkeit)

3). Die einzelnen Kästchen stellen Arbeitsschrittedar, wobei der Gesamtablauf im wesentlichen vonoben nach unten verläuft. Aus der Umrandungwird ersichtlich, durch wen die entsprechende

Handlung ausgeführt wird. Wir unterscheiden zwi¬schen der Arbeit der Studenten, zwischen Assistenz¬arbeit und den Berechnungen und Manipulationendurch den Computer.

194

Als eigentliche Übungsvorbereitung waren nebenrein administrativen Belangen einige allgemeineDatensätze (rechteckiges Rasternetz über der Kan¬tonsfläche, Gemeindezugehörigkeit der Rasterpunk¬te usw.) bereitzustellen. Ferner waren einige Pro¬

gramme zu entwerfen und auszutesten, nämlich die

beiden Hauptprogramme KKDIA (Diagrammdar¬stellung) und KKUEBG (Kartendruck) sowie ver¬schiedene Hilfsprogramme, die zur Organisationund Manipulation der Datensätze gebraucht wur¬den.

Die Studenten hatten vorerst je einen statistischenDatensatz abzulochen (Gemeindedaten des Kan¬tons Zürich, 20 bzw. 40 Lochkarten; ein Lochkar¬tenstanzer dazu steht im Geographischen Institutzur Verfügung). Die Kartenpakete der Studentenwurden eingesammelt und mit dem entsprechendenProgramm in logisch richtiger Reihenfolge dem

Rechenautomaten übergeben.

Für jeden eingegebenen Datensatz druckte nun der

Computer ein Diagramm (Fig. 1) aus. Es sind darineine klinographische Kurve (Legende oben: -(--Sig¬natur) sowie zwei Verteilungskurven (Legende un¬ten) dargestellt. Die eine (X-Signatur) berücksich¬tigt die Gemeindezahl, sagt also aus, welcher Pro¬

zentanteil sämtlicher Zürcher Gemeinden über ei¬

nem bestimmten Variablenwert liegt, wobei dieser

Wert vom Maximum zum Minimum variiert wird.Die andere (O-Signatur) hält den Anteil an der ge¬

samten Kantonsfläche fest, den die Gemeindenüber einem jeweiligen Variablenwert ausmachen.Dasselbe gilt für die klinographische Kurve, nurbasiert sie auf einer nichtlinearen Skala (näheres s.

Jenks und Coulson 1963, S. 126). Die beiden letzt¬

genannten Kurven sind für die Interpretation, die

dann von den Studenten vorgenommen wurde, vonbesonderer Bedeutung. Beim Setzen der Klassen¬

grenzen kann mit ihrer Hilfe abgeschätzt werden,welcher Anteil der dargestellten Kantonsfläche in

eine betreffende Klasse fällt, also mit einer be¬

stimmten Signatur versehen wird.

Die Klassen können nun nach verschiedenen Kri¬terien abgegrenzt werden: Entweder legt man die

Klassengrenzen auf Knickstellen der klinographi-schen Kurve, an Steilstufen der Verteilungskurven,oder man unterteilt die Abszisse (%-Anteil) in glei¬che Abschnitte (flächengleiche Klassen). Entsprichtder Verlauf der Verteilungskurven dem Graph einermathematischen Funktion (z. B. arithmetisch odergeometrisch wachsender Verlauf; s. Jenks, 1967),so können, falls Klassenzahl sowie Ober- und Unter¬grenzen der Variablen bekannt sind, die Klassen¬grenzen berechnet werden. Für diese Berechnun¬gen wurde ein Hilfsprogramm verfertigt, das vonden Studenten bei Bedarf verwendet werden konnte.

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Figur 4. Ausschnitt aus dem Signaturenkatalog:Übereinanderdruck von je 3 Zeichen

Liegt die Klassenzahl vor und sind die Klassengren¬zen festgelegt, so ist für jede Klasse eine Signatur¬kombination (0-4 Zeichen übereinander) auszu¬wählen. Für diese Auswahl steht ein Katalog, der

3fache Übereinanderdrucke sämtlicher möglicherSignaturen enthält (s. Fig. 4), zur Verfügung.

Ist auch diese Arbeit erledigt, so werden Titel, Da¬

tensatznummer, Name, Klassengrenzen und Signa¬turen (total 4 Lochkarten) abgelocht und die Kartenmit Hilfe des Programms KKUEBG ausgedruckt(Fig. 2). Hat sich ein Fehler eingeschlichen oder ist

eine Signatur nicht sachgerecht gesetzt, so kanndurch Korrektur der entsprechenden Lochkarteeine verbesserte Karte hergestellt werden. Es ist

auch möglich, durch Variation der Klassenzahloder der Klassenbildungskriterien Vergleichsreihenvon Karten ausdrucken zu lassen.

Entsprechend der Aufteilung der Arbeitsschrittewar der Zeitplan der Übung flexibel zu gestalten.Nach einer einführenden Orientierung und dem an¬

fänglichen Ablochen des Datensatzes hatten die

Studenten rund einen Monat Zeit bis zur Abgabevon Kommentaren zum dargestellten Thema. Da¬bei beschränkte sich die Arbeit im wesentlichen auf

Interpretation von Diagramm und Karten. Die Jobs

konnten wöchentlich zweimal abgegeben werden.Anhand dieser Bedingungen war es den Studenten

möglich, ohne viel handwerklichen Aufwand so¬

wohl die Kartendrucke immer wieder zu verbessernals auch die Problemstellung der Übung, die Klas¬

senbildung, zu vertiefen.

Um dem Leser einen Einblick in die Funktions¬weise der beiden Hauptprogramme zu geben, seien

am Schluß die wichtigsten Programmschritte stich¬

wortartig zusammengestellt:

195

Programm zum Ausdrucken der Diagramme(KKDIA)

a) Einlesen der allgemeinen Daten: Gemeindena¬

men, Gemeindefläche usw.b) Einlesen der speziellen Daten: Titel, Name des

Studenten, statistische Variablenwertec) Modifikation und Speichern der Variablenwerte

auf Magnetbandd) Sortieren der Gemeinden nach der Größe der

Variablenwertee) Ausdrucken der sortierten Variablenwerte mit

Gemeindenamenf) Berechnung der Diagrammskala in Ordinaten-

richtung (s. Abb. 1) aus Maximal- und Minimal¬wert der darzustellenden Variablen und aus der

Gesamthöhe des Diagramms (Zeilenzahl)g) Berechnung der Abszissenwerte der Kurven

(Prozentanteile); für jede Diagrammzeile muß

je ein Wert für die klinographische und die Ver¬teilungskurven bestimmt werden

h) Ausdrucken des Diagramms inklusive Titel, Da¬

tensatznummer und Namei) Sprung zurück zu b) (Einlesen der Daten des

nächsten Studenten)

Jeder Rasterpunkt des darzustellenden Gebietes(von 1/1 bis 60/48) wird nach diesem Schema

bearbeitet.d) Zusammenstellen der Abbildung im Hauptspei¬

cher: Plazieren von Titel, Legende, Namen, Da¬

ten usw. an logisch richtiger Stelle

e) Ausdrucken der Kartef) Abspeichern des logisch geordneten Kartenin¬

haltes auf Magnetband (für allfällige weitere

Kartenexemplare)g) Sprung zurück zu b) (Einlesen der Daten des

nächsten Studenten)

Die Datensätze werden also im Stapel eingegebenund in Serie bearbeitet. Ist in einem Datensatz eines

Studenten irgendwo ein Fehler eingelocht, so gibtdas Programm eine Fehlermeldung heraus und

springt direkt wieder zum Ausgangspunkt b). - Füreinen Durchgang des Programmes KKUEBG(Schritte b bis g) braucht die IBM/360-50 rund 90

Sekunden.

KKUEBG: Programm zum A usdrucken der Karten

a) Einlesen der allgemeinen Daten: Gemeindezu¬gehörigkeit der einzelnen Rasterpunkte

b) Einlesen der speziellen Daten: Titel, Datensatz-Nr., Name des Studenten, Signaturkombinatio¬nen, Klassengrenzen; statistische Daten (ab Mag¬netband)

c) Zuordnen einer Signaturkombination für jedenRasterpunkt:

Beispiel

Der Rasterpunktfällt auf die GemeindeDer Variablenwert der

betreffenden Gemeinde beträgt

er liegt also zwischen den

beiden Klassengrenzen

Der betreffende Rasterpunktfällt also in die Klasse

und somit wird ihm folgendeSignaturkombination zugeordnet

29/13

Zürich

2.6197

2.5 und 5.0

3

-X(übereinander)

Literaturhinweise

Jenks G. und Coulson R.: Class Intervals for Statis¬

tical Maps, Int. Jahrbuch für Kartographie, 111/

1963, S. 119-134.

Jenks G. F.: The Data Model Concept in Statistical

Mapping, Int. Jahrbuch für Kartographie, Band

VII, S. 186-190.

Kishimoto H. und Boesch H.: Einige Bemerkun¬

gen zur kartographischen Ausbildung von Geogra¬phen, in «K+F-Kreis», 12. Jahrgang, Nr. 24, Bern,Mai 1971.

Mackay J. R.: An Analysis of Isopleth and Choro-pleth Class Intervals, in Econ. Geogr. 1/1955, Clark

University Worcester, USA.

196


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