Информационно-образовательный портал СОДРУЖЕСТВА НЕЗАВИСИМЫХ ГОСУДАРСТВ
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
И ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ В СНГ
Информационно-образовательный портал СОДРУЖЕСТВА НЕЗАВИСИМЫХ ГОСУДАРСТВ  

Страны
Азербайджанская Республика
Республика Армения
Республика Беларусь
Республика Казахстан
Кыргызская Республика
Республика Молдова
Российская Федерация
Республика Таджикистан
Туркменистан
Республика Узбекистан
Украина

Типы материала
Информационно-коммуникационные технологии
Дополнительные информационные материалы
Нормативно-правовое обеспечение
Организация и методики обучения
Экономика образования
Межгосударственное сотрудничество
Образовательные центры
Методики обучения
Межвузовское сотрудничество
Повышение квалификации
Международные проекты и гранты, конкурсы
Конференции, симпозиумы, семинары и др.
Библиотека
 
Журнал «Вестник РУДН» серия «Информатизация образования»
 
2014, №4
2014, №3
2014, №2
2014, №1
2013, №4
2013, №3
2013, №2
2013, №1
2012, №4
2012, №3
2012, №2
2012, №1
2011, №4
2011, №3
2011, №2
2011, №1
2010, №4
2010, №3
2010, №2
2010, №1
2009, №4
2009, №3
2009, №2
2009, №1
2008, №4
2008, №3
2008, №2
2008, №1
2007, №4
2007, №3
2007, №2-3
2007, №1
2006, №1(3)
2005, №1(2)
2004, №1
Научные и специальные электронные ресурсы
Учебная, научная и специальная литература
Комиссия по дистанционному обучению совета по сотрудничеству в области образования государств-участников СНГ
Новости

Профильные учебные геоинформационные системы как дидактический инструмент комплексной подготовки специалистов в области природопользования и экологии


Аннотация
Рассмотрен опыт кафедры рационального природопользования по реализации принципа непрерывности компьютерной подготовки специалистов при изучении профессионально ориентированных дисциплин. В основе - использование учебной ГИС на район полевой учебной практики. Рассмотрены структура ГИС и особенности ее использования. Ключевые слова: компьютерная подготовка, учебные ГИС, природопользование и геоэкогия.

Текст документа

Т.Ю. Зенгина

 

Кафедра рационального природопользования

 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

 

Информационные технологии вошли во все сферы современной жизни. Обработка больших объемов информации любого типа без них сегодня просто невозможна. Однако они не только широко используются в повседневной практике  специалистов разных сфер деятельности, но и обладают колоссальным?? возможностями при их применении в образовательном процессе. Именно поэтому среди принципов современной подготовки кадров высшей школы, определенных Болонской декларацией, важное место занимает широкое внедрение компьютерных технологий.

В полной мере это касается и подготовки специалистов в сфере геоэкологии и природопользования. Анализ требований работодателей к выпускникам этого профиля указывает на необходимость для них свободного владения информационными технологиями как для максимально оперативной и комплексной оценки геоэкологической обстановки и характера хозяйствования, так и для последующего принятия управленческих решений в сфере природопользования. Поэтому среди формируемых у студентов профессиональных компетенций важнейшей следует считать их способность самостоятельно решать профессиональные проблемы с помощью информационных технологий. Именно этим и должен во многом определяться выбор методов и инструментов обучения, среди которых большую роль могут сыграть географические информационные системы (ГИС).

ГИС, получившие сегодня в мире широчайшее применение, предназначены для сбора, хранения, анализа и графической визуализации объектов, имеющих географическую привязку, а также связанной с ними атрибутивной информации. ГИС работают с графическими и тематическими базами данных, используются для моделирования и расчетов, создания тематических карт и атласов, включают возможности управления базами данных, редакторы растровой и векторной графики, аналитические средства. ГИС активно используются для решения научных и практических задач, таких как территориальное планирование на разных уровнях, изучение природно-экономического потенциала регионов, инвентаризация природных ресурсов, проектирование транспортных магистралей и трубопроводов, обеспечение безопасности человека и др. ГИС применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, в оборонных и многих других областях [1]. Поэтому освоение принципов работы с ГИС является абсолютно необходимым условием в профильной подготовке экологов-природопользователей.

Кафедра рационального природопользования географического факультета МГУ готовит специалистов в области природопользования, геоэкологии и ландшафтного планирования. На кафедре огромное внимание уделяется как геоинформационной подготовке студентов, так и практической составляющей изучения проблем природопользования.

С основами использования ГИС-технологий и с методологией построения ГИС для решения задач природопользования и геоэкологии  студенты знакомятся в рамках ряда курсов на протяжении нескольких семестров. Кроме того, разработанная и реализуемая на кафедре инновационная образовательная магистерская программа «Оптимизация природопользования в регионах России» среди пяти основных научно-профилированных дисциплин включает курс «Региональные ГИС в управлении природопользованием».

Не меньшее внимание на кафедре уделяется освоению студентами практических навыков проведения исследований. Умение на начальном этапе грамотно собрать материалы, характеризующие современную обстановку в пределах изучаемой территории, самостоятельно их обработать, интерпретировать, предоставить потребителю, а также - дать оценку ситуации и рекомендации по ее улучшению - все это необходимые навыки, которые будущий специалист должен получить в период вузовской подготовки. Поэтому на кафедре студенты знакомятся как с методикой природной и аппаратурной  индикации загрязнения окружающей среды (в том числе с использованием мобильных полевых лабораторий) и методами проведения лабораторных геохимических анализов, так и с основами геоэкологического картографирования, экономики, управления природопользованием и т.д. Большинство курсов включают практические и лабораторные задания.

Попытка объединить геоинформационную подготовку и освоение навыков практического анализа ситуации в регионах реализуется на кафедре на базе разрабатываемой профильной учебной ГИС «Природопользование» на район летней полевой практики студентов второго курса в Хибинах.

На сегодняшний день накоплен достаточно богатый опыт использования учебных ГИС во многих высших учебных заведениях страны, и в том числе на географическом факультете МГУ [3,4]. Учебные ГИС обеспечивают проведение полевых практик, освоение навыков работы с различными ГИС-пакетами ?? др.

Однако, как показал имеющийся на кафедре опыт использования ГИС «Природопользование», учебные ГИС помимо перечисленных задач также могут оказаться весьма эффективными для решения целого ряда других методических проблем обучения. Например, для преодоления междисциплинарной разобщенности учебного процесса и для обеспечения согласованности и взаимодополняемости учебных дисциплин, входящих в образовательные программы подготовки геоэкологов-природопользователей. Так, традиционное выполнение практических и лабораторных заданий в рамках разнообразных, но разрозненных учебных дисциплин, можно сделать методически более эффективным, если объединить их общей конечной целью, логически увязав между собой и придав характер единого законченного исследования. Особенно эффективен такой подход в случае включения в начало этой цепочки экспедиционных работ, которые  являются неотъемлемым элементом исследований в области рационализации природопользования и геоэкологии. Причем, результаты таких исследований, полученные студентами самостоятельно в ходе учебных полевых практик, вполне могут составить дальнейшее информационное обеспечение практических работ в рамках целого ряда профильных учебных дисциплин. При этом включение промежуточных результатов каждого этапа в структуру ГИС обеспечивает возможность последующего их использования в рамках других дисциплин. Максимально эффективной в этом случае оказывается ГИС именно на район учебной полевой практики, позволяющая формировать эту цепочку начиная с первичных экспедиционных исследований.

Учебные практики студентов кафедры, проходят в Мурманской области с 80-х годов в пределах центральной части Кольского полуострова на территории Кировского, Аппатитского, Мончегорского и Ловозерского административных районов. Студенты знакомятся не только с типичным спектром широтной зональности и вертикальной поясности, характерной для севера России, но и с особенностями промышленного освоения, спецификой современной территориальной и отраслевой структуры природопользования, с геоэкологическими проблемами, возникающими вследствие нерационального хозяйствования и загрязнения природной среды [2]. Программа практики включает проведение научных экскурсий и лекций, посещение предприятий, а также самостоятельные полевые маршруты с ландшафтным и геоботаническим описанием точек, созданием электронного фотогербария, анализом и выделением зон загрязнения вокруг промышленных предприятий, отбором и последующей обработкой проб и др. За период проведения практики в Хибинах собран обширный материал, посвященный самым разнообразным аспектам так или иначе связанным с природопользованием в регионе.

Этот материал и стал основой разрабатываемой ГИС «Природопользование», в задачи которой входит информационное обеспечение самой практики и ряда учебных курсов, проводимых в Москве в разных учебных семестрах.

Содержание базы данных ГИС «Природопользование» определено в соответствии с задачами и принятой трактовкой природопользования как комплексной сферы человеческой деятельности, включающей природную, хозяйственную и социальную составляющие. В качестве базовой программной оболочки выбран ГИС-пакет ArcView3.2a. 

Структурно база данных состоит из четырех основных блоков, включающих разнообразные тематические интегрированные ??анные о природных, хозяйственных, социальных, геоэкологических и других особенностях, относящихся к исследуемой территории и обеспечивающих комплексное изучение природно-хозяйственной обстановки в регионе (рис.1). Учитывая специфику программы практики, знакомящей студентов с проблемами природопользования на разных территориальных уровнях, информация в базе данных организовывается по разделам, соответствующим ключевым участкам разного территориального охвата и масштабного уровня (от 1:2 000 000 для Мурманской области до 1:25 000 для локальных ключевых участков) (табл.1). Информация представлена самыми разнообразными материалами: пояснительными текстами, топографическими и тематическими картами разного масштаба, космическими снимками и результатами их дешифрирования, полевыми геоботаническими описаниями, электронным фотогербарием, результатами геоэкологического мониторинга и др. Однако принципиально важным для подобной ГИС является возможность постоянного пополнения и обновления базы данных на всех уровнях. Осуществляться это должно в первую очередь силами самих студентов. Поэтому ежегодно идет пополнение данных за счет информации, полученной в ходе новых маршрутов, обновление и уточнение данных прошлых лет. Благодаря включенному в структуру ГИС блоку полевого геоэкологического мониторинга, ежегодно обновляются данные о состоянии трех природных сред: почв, растительности, воды.

 

Рис.1. Принципиальная схема структуры базы данных учебной ГИС «Природопользование» на район Хибинской полевой практики

 

Таблица 1

Примеры ключевых территорий в структуре учебной ГИС

«Природопользование» на район Хибинской полевой практики

Территориальный охват ключевых территорий

Название ключевых территорий

Основные решаемые учебные и

учебно-научные задачи

Региональный

Субъект Федерации

Мурманская область

Изучение современной территориальной и отраслевой структуры природопользования

Изучение истории природопользования

Админис-тративные районы:

Мончегорский

Геоэкологические исследования

Апатитский

Геоэкологические исследования

Кировский

Комплексный анализ природопользования

Картографирование природопользования

Изучение рекреационного природопользования

Ловозерский

Изучение традиционного природопользования

Бассейны

Бассейн оз.Имандра

Изучение нарушения растительного покрова

Локальный

Ключевая территория

Котловина оз.М.Вудъявр

Изучение ландшафтной структуры и ландшафтное профилирование

Изучение высотной поясности

Изучение рекреационного природопользования

Оценка пейзажности и рекреационного потенциала территории

Зона воздействия комбината «Североникель»

Изучение воздействия комбината «Североникель»

Эколого-географическое профилирование

г.Кировск и окрестности

Изучение воздействия горно-добывающей и горно-перерабатывающей промышленности

Изучение рекреационного природопользования

Картографирование природопользования

Анализ конфликтов природопользования

Изучение ландшафтно-планировочной специфики северных городов на примере г.Кировска

г.Апатиты и окрестности

Изучение воздействия горно-перерабатывающей промышленности

Изучение ландшафтно-планировочной специфики северных городов на примере г.Апатиты

Изучение динамики лишайникового покрова в г.Апатиты и его окрестностях

г.Полярные Зори, Кольская АЭС

 

Изучение ландшафтно-планировочной специфики северных городов на примере г.Полярные Зори

Знакомство с работой Кольской АЭС и изучение состояния окружающей среды в районе АЭС

 

Комплексный и в тоже время разноплановый характер данных, включенных в структуру ГИС, позволяет использовать их как для информационного обеспечения всех блоков учебной практики, так и в ходе изучения целого ряда общепрофессиональных дисциплин федерального и регионального компонентов подготовки для обучения навыкам научного и практического анализа в сфере природопользования.

Так, материалы, включенные в учебную ГИС «Природопользование», широко используются при изучении ряда курсов, задачей которых является формирование у студентов навыков работы с материалами дистанционного зондирования и овладение соответствующими программными пакетами по их обработке. Важнейший этап этого изучения - освоение современных приемов полевого дешифрирования аэрокосмических снимков во время Хибинской практики. Координатно-привязанные цветные синтезированные снимки и карты, находящиеся в базе данных ГИС, вводятся в карманный персональный компьютер и используются в ходе маршрутов для ориентации на местности и поиска точек ежегодного геоэкологического мониторинга. К ним привязываются пройденные маршруты, участки полевого дешифрирования, точки комплексных ландшафтных описаний. В ходе маршрутов проводится предварительное полевое дешифрирование снимков. Вся вновь полученная информация вносится в базу данных ГИС. Важным этапом работы со снимками в полевых условиях является также выбор, координатная привязка и детальное описание наиболее типичных ключевых участков, которые необходимы для последующего создания обучающих выборок и проведения автоматизированной классификации объектов на изучаемой территории программными средствами.

 Данные, полученные при работе со снимками на практике, позже используются в Москве в рамках курса «Космические методы в природопользовании», в ходе которого полевые материалы переносятся в персональный компьютер и в базу данных ГИС. С использованием растровых ГИС-пакетов Idrisi, MultySpec, Erdas Imagine студенты осваивают методы цифровой обработки и спектрального анализа снимков, проводят их дешифрирование программным способом и сравнивают полученные результаты с составленными в полевых условиях предварительными схемами дешифрирования. Результаты анализа изображений и их дешифрирования вносятся в базу данных ГИС, а затем используются в рамках курса «Геоинформационное картографирование» для создания карт природопользования на ключевые территории. Таким образом, студенты овладевают практикой не только традиционного использования карт и аэрокосмических снимков, но и современными техническими средствами и методами регистрации результатов полевых работ, их дальнейшей камеральной обработкой с помощью ГИС-технологий.

Освоение навыков проведения геоэкологических исследований на кафедре также тесно связано с и??пользованием учебной ГИС. Так, на 2-ом году обучения во время курса «Лабораторные методы изучения окружающей среды» студенты осваивают приемы работы с полевой гидрохимической лабораторией, а в ходе Хибинской практики проводят отбор проб воды, растительности и почв. Основной задачей является изучение состояния окружающей среды в зоне воздействия промышленных предприятий ОАО «Апатит» и «Североникель». В ходе практики осваиваются методики отбора образцов и отбираются пробы в ранее заложенных точках геоэкологического мониторинга. Выход на эти точки осуществляется с помощью GPS по координатам, заложенным в базу данных ГИС. В полевых условиях студентами проводится экспресс-анализ проб воды (PH и общая минерализация), дается первичный анализ сложившейся геоэкологической ситуации. Информация вносится в базу данных ГИС. Дальнейшие более детальные работы ведутся в Москве. Проводится лабораторный анализ отобранных проб воды на содержание в них элементов Zn, K, Mn, Ni, Cu; почв - на содержание Ni, Cu и Pb тремя методами (HNO3- вытяжка, аммонийно-ацетатная вытяжка и рентгено-флуорисцентный метод); растительности (мхи, лишайники, листья березы и др.) - на содержание Ni, Cu и Pb методом атомной адсорбции. Все полученные результаты анализов также вносятся в соответствующий блок базы данных ГИС и затем используются в курсах «Методы обработки экологической информации» и «Геоинформационные системы», в рамках которых студенты обучаются способам их картографической визуализации с помощью различных векторных ГИС-пакетов. Так, студентами создается серия геоэкологических карт на район практики на основе координатно-привязанных результатов проведенных самостоятельно геохимических анализов (карты фактического материала, карты загрязнения различных природных сред, карты динамики загрязнения и др.). На этих материалах также осваиваются различные методы расчетов и элементы ГИС-анализа (запросы по атрибутам, пространственные запросы и др.). Например, используя результаты геохимических анализов, а также базу данных ГИС по рекреации и охране природы, строятся такие карты как «Особо ценные природные территории и объекты Хибинских гор», «Местообитания редких видов растений и животных Хибинских гор, нуждающихся в охране» и др. Построение этих карт требует пространственного анализа взаиморасположения местообитаний по отношению к территориям с различной степенью загрязненности, а также учета степени близости к туристическим маршрутам, стоянкам, зонам отдыха и другим факторам риска.

Не менее значимую роль учебная ГИС «Природопользование» играет при изучении растительности, как наиважнейшего индикатора состояния природной среды в районе практики. В связи с этим существенной  структурной частью природного блока базы данных учебной ГИС является блок «Растительность», который включает характеристику основных зональных типов растительности, высотных поясов, характеристику основных фитоценозов, данные о высших растениях, о лишайниках, результаты фенологических наблюдений, фотоматериалы к каждому разделу и др.  При этом наиболее важной частью блока является раздел, посвященный адаптационным возможностям растений по отношению к различным экстремальным факторам как природным, так и антропогенным. Действие экстремальных природных факторов изучается в ходе практики в пределах разных высотных поясов Хибинских гор, а также в фоновых экосистемах водосбора оз.Имандра. Исследования влияния антропогенного фактора на растения проводится в районе действия комбината «Североникель», где преобладает загрязнение экосистем тяжелыми металлами и диоксидом серы. Собранные данные вносятся в базу данных ГИС и могут быть  использованы для построения различных карт состояния растительного покрова в рамках курса «Геоинформационное картографирование».

Помимо отбора проб растительности для геохимических анализов студенты формируют электронный фотогербарий, представляющий фотоизображения растений как неизмененных, так и подвергшихся негативному воздействию внешней среды. Фотогербарий включен в состав базы данных ГИС и состоит из нескольких разделов: наиболее характерные виды, редкие и охраняемые виды, адаптации растений к суровым природным условиям и болезни, обусловленные техногенным воздействием. Материалы, вошедшие в фотогербарий, в настоящее время не только используются в рамках учебных курсов кафедры и факультета, но и вошли в школьные учебные пособия.

Особое внимание уделено разработке блока «Лишайники», поскольку последние являются важнейшей составляющей напочвенного покрова и существенным компонентом экосистем северных регионов, мало знакомым для большинства студентов. База данных «Лишайники» планируется с многоуровенной системой гиперссылок и будет состоять из ряда разделов включающих разнообразные сведения о лишайниках изучаемой территории. Учитывая основные цели учебного процесса, она будет разделена на два уровня: наиболее часто встречающиеся в районе практики виды и виды, характерные для центральной части Кольского полуострова и Хибинских гор. Такой подход упростит пользование базой данных для решения конкретных задач учебной практики, но в тоже время, не лишит студентов возможности более широко познакомиться со спецификой растительного покрова Мурманской области. На ее основе предполагается в дальнейшем  сформировать полевое руководство для студентов, включающее фотографии и рисунки, а также наиболее значимые сведения о лишайниках, которые могут встретиться непосредственно во время полевых маршрутов.

Помимо перечисленных примеров использования, данные, включенные в учебную ГИС, используются преподавателями в целом ряде других курсов для подготовки лекций, заданий к практикумам, практическим, лабораторным работам и др., а также широко используются студентами для самостоятельной работы при написании отчетов по практике, подготовке курсовых, дипломных, магистерских работ.

В целом, опыт использования ГИС «Природопользование» показал возможность реализации на ее основе принципа непрерывности компьютерной подготовки специалистов и использования информационных технологий при изучении большинства профессионально ориентированных дисциплин на протяжении всего периода обучения. Разрабатываемая учебная ГИС также выполняет роль своеобразного образовательного ресурса, обеспечивающего взаимодополняемость и преемственность различных  дисциплин и их наполнение практическим содержанием. Этим гарантируется совместная эффективная реализация как традиционных (например, полевых), так и перспективных информационных технологий обучения, решается проблема информационного обеспечения не только самой полевой практики, но и аудиторных занятий в течение всего периода обучения; студенты последовательно знакомиться со всей цепочкой исследований необходимых для оптимизации природопользования, начиная с подбора первичных данных о территории и кончая заключительными рекомендациями по совершенствованию структуры природопользования, подготовленными на основе самостоятельно выполненных исследований (как экспедиционных и лабораторных, так и ГИС-анализа). Преподаватели благодаря учебной ГИС получают возможность наглядно с использованием современных методов и технологий продемонстрировать разнообразные пути решения задач природопользования не на абстрактных ситуациях и объектах, а на примере территории, хорошо изученной студентами в ходе полевой практики.

Таким образом, вполне очевидно, что в перспективе профильные учебные ГИС могут стать важным дидактическим инструментом в профессиональном образовании и подготовке экологов-природопользователей.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

[1] Капралов Е. Г., Кошкарев А. В., Тикунов В. С. и др. Геоинформатика: Учебн. для студ. вузов /  Под ред. В. С. Тикунова. – М., Академия, 2005. – 480 с.

[2] Кольский полуостров. Учебно-научные географические и экологические экскурсии в районе г. Кировска /  Под ред. Т.М.  Красовской. – М. – Смоленск: Изд-во СГУ, 1998. – 168 с

[3] Лурье И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы. – М., Изд-во Моск. ун-та, 1997. – 115 с.

[4] Общегеографическая практика в Подмосковье. – М.: Географический ф-т МГУ, 2007. – 306 с.


Автор оригинала: Т.Ю. Зенгина
Источник оригинала: Журнал Вестник РУДН серия «Информатизация образования», №2, 2011

Новости
16.06.2017

Российский университет дружбы народов объявляет о проведение первой волны вступительных испытаний среди иностранных граждан для обучения на программах магистратуры на контрактной основе. Первая ...

13.10.2016

26 октября-27 октября 2016 года Российский университет дружбы народов проводит Международную конференцию «Сетевые университеты и международный рынок труда (пространства БРИКС, СНГ, ШОС)».

19.05.2016

The Peoples’ Friendship University of Russia (PFUR) announces the beginning of admission of foreign citizens who graduated from Bachelor and Specialist Degree programs of PFUR and other Russian and ...

19.05.2016

Российский университет дружбы народов (РУДН) объявляет о наборе иностранных граждан -выпускников бакалавриата и специалитета РУДН и других российских и зарубежных ВУЗов на программы магистратуры на ...

11.12.2015

Проект рекомендаций Семинара-совещания научной общественности по проблемам международного научно-технического и образовательного сотрудничества