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
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0.9007 ¦0.8939 ox fr-
0.8870 ox fr
0.8801 ox fr
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0 X0 X
0 X fr
INTERPRETATIQNSKURVEN FUER DIE KLASSENBILDUNG:0.83890.8320 0 X
0.82520.8183
0 X
0 X
ox* ANTEIL PRODUKTIVFLACHE (OHNE KALO) AN GENEINDEFLACHE
0.81140.8046 ox0.7977 ox0.7908 ox *0.7840 0 X
0.7771 0 X
0.7702 0 X *0.7633 0 X *0.7565 0 X
0.7496 0 X
0.7427 0 X fr
0.7359 0 X *¦
0.7290 0 X
0.7221 0 X
0.7153 0 X
0.7084 0 X
0.7015 0 X fr
0.6947 0 X fr
0.6878 0 X
0.6809 0 X
0.6740 0 X fr-
0.6672 0 X fr
0.6603 0 X
0.6534 0 X *0.6466 0 X
0.6397 c X *
0.6328 0 X
0.6260 0 X
0.6191 0 X
0.6122 8X
0.6054 X
0.5985 0 X
0.5916 0 X
0.5847 0 X
0.5779 0 X »
0.5710 0 X fr
0.5641 0 X
0.5573 0 X
0.5504 0 X fr
0.5435 0 X fr
0.5367 0 X fr
0.5298 0 X fr
0.5229 0 Xfr0.5160 0 X»0.5092 0 ?X0.5023 0 ?X0.4954 0 »X0.4886 0 frX0.4817 0 ?X0.4748 0 fr X
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0.4405 8 ;0.43360.4267 0 »X0.4199 0 frX0.4130 0 frX0.4061 0 fr X
0.3993 0 X
0.3924 0 fr X
0.3855 ¦fr0.3787 ¦fr0.37180.3649
¦ fr
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* fr fr fr * * fr fr
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
UOfrfrUOfrfrOOfr+frfr0Ü++++
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5 GLEICHFLAECHIGE KLASSEN
0.3300 - 0.52000.5200 - 0.62000.6200 - 0.68000.6800 - 0.73000.7300 - 0.9200
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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
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tical Maps, Int. Jahrbuch für Kartographie, 111/
1963, S. 119-134.
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VII, S. 186-190.
Kishimoto H. und Boesch H.: Einige Bemerkun¬
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Mackay J. R.: An Analysis of Isopleth and Choro-pleth Class Intervals, in Econ. Geogr. 1/1955, Clark
University Worcester, USA.
196