Применение геоинформационных систем в образовании

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: "Геоинформацинные системы"

На тему: " Применение геоинформационных систем в образовании "

Воронеж 2006 г.

Содержание

1. Факультативная подготовка по ГИС-технологиям в школе ………… 3

2. Экологический практикум для школьников на оз. Горькое  

    Звериноголовского района (курорт «Сосновая роща») ……………… 4

3. Обучение геоинформатике в колледже ……………………………….. 5

4. Опыт Курганского ГУ по обучению современным

   геоинформационным технологиям ……………………………………. 7

5. Геоинформационная система Нижегородского ГТУ на базе

     программного продукта AutoCAD Map ………………………………  9

6. Геоинформационное обеспечение учебных и производствен-

     ных практик геологического факультета МГУ: обучение

     через составление реальных ГИС-проектов …………………………. 11

7. Обучение ГИС-технологиям на геологическом факультете МГУ ….. 13

8. Геоинформационные системы на кафедре картографии СПбГУ …… 15

9. Среда получения оценок на базе ГИС – технологии как основа

    обучения специалистов в области экологии ………………………….. 18

10. Содержание обучения в области геоинформационных

      систем и транспортная логистика в Уральском ГУ ………………… 20

11. Геоинформационное образование в Уральской

      горно-геологической академии ………………………………………. 22

12. Геоинформационные системы в учебном процессе

       телекоммуникационных специальностей …………………………… 24

13. Учебно-методическое обеспечение ГИС-образования ……………... 25

14. Заключение …………………………………………………………….. 27

Литература …………………………………………………………………. 28

1. Факультативная подготовка по ГИС-технологиям в школе

Развитие информационных технологий ставит перед педагогами общеобразовательных школ новые методические задачи. В рамках оказания помощи школе были проведены факультативные занятия по геоинформатике с учениками десятого класса.

Школа, в которой проводились занятия, давно подлежит ремонту. В аварийном состоянии находятся перекрытия и потолки здания. Поэтому, чтобы снизить затраты на ремонтные работы с одной стороны и одновременно оценить примерную стоимость необходимых материалов была выбрана данная тема.

Вначале была осуществлена подготовка школьников к восприятию и использованию пространственно распределенной информации. Для этого пришлось обратиться к дополнительным занятиям по инженерной графике, элементам картографии и знакомству с ГИС.

Силами учеников были смоделированы поэтажные планы школы и привязаны к карте города. В качестве основы использовались чертежи этажей от 1985 года. Они оказались устаревшими, многие перегородки были перенесены, поэтому заново делались замеры и наносились на план.

В качестве векторизатора был выбран пакет AutoCAD (Autodesk), т. к. он обладает мощным графическим редактором, большим набором средств для построения и редактирования двумерных и трехмерных объектов и модель, созданная в формате AutoCAD, принимается в любых других инструментальных ГИС. Затем чертежи были импортированы в ArcView, была создана и наполнена база данных, содержащая информацию о помещениях, в том числе и фотографии помещений до ремонта. ArcView выбрана в связи с удобным интерфейсом и наглядным представлением слоев. Система позволяет решать как административные так и хозяйственные задачи, может быть включена в городскую ГИС, а также служить источником справочной информации. Ученики получили новые знания и опыт работы над проектом в коллективе.

Результаты работы представлялись на районном конкурсе школьных работ и были оформлены в виде школьных диссертаций.

Выполнение указанной работы потребовало дополнительной подготовки в следующих направлениях и объеме:

Элементы инженерной и компьютерной графики.

1.      Проекционное черчение в объеме освоения работы с поэтажными планами. Основные положения ЕСКД (Форматы, масштабы, виды, разрезы, сечения, нанесение размеров) – 12 час.

2.      Знакомство с графическим пакетом AutoCAD как инструментом геометрического моделирования и векторизации поэтажных планов – 18 час.

Элементы картографии и основы ГИС

1.      Элементы картографии – 6 час.

2.      Введение в ГИС (Понятие ГИС. Области и примеры применения) – 4 час.

3.      Изучение инструментальной системы ArcView (Работа с растровыми и векторными слоями. Таблицы. Запросы. Тематическое картографирование) – 12 час.

Элементы дизайна и инструментальные средства презентации результатов
Photoshop и PowerPoint – 10 час.

2. Экологический практикум для школьников на оз. Горькое

    Звериноголовского района (курорт «Сосновая роща»)

Практикум проводился под эгидой областного экологического центра учащихся ГлавУНО Курганской области. В ландшафтно-экологическую группу входит шесть учащихся 8–10-х классов. Основные цели работы — построение и анализ трех карт на район курорта и озера: ландшафтной (до уровня типов урочищ), сохранных и редких ландшафтов, антропогенной нагрузки.

Оборудование: компьютер (в стационаре) и приемник GPS E-Trex с кабелем для соединения с PC. Программное обеспечение: Mapinfo Professional, Geographic Tracker (Special MapInfo Edition), WayPoint+, GPS TrackMaster.

Ввод данных осуществляется напрямую в MapInfo с помощью протокола NMEA, программ Geographic Tracker и текстовых файлов WayPoint+ и GPS TrackMaster. По линиям траков строились площадные объекты и выносились точечные, проводились зонирование, районирование. В результате наложения карт и с помощью специальных инструментов был выполнен географический анализ.

Методика работы в полевых условиях: маршрутное исследование, включающее изучение ландшафтов с одновременным выявлением слабоизмененных природных комплексов и, наоборот, видов и пространственных очагов человеческого воздействия на геосистемы.

При движении по маршруту приемник GPS постоянно включен, он записывает трак — линию движения человека с прибором. Таким образом, при фиксации контуров ландшафтов или очагов антропогенной нагрузки (размером более 30 м) достаточно «обойти» контур по его границе и затем с необходимой точностью отобразить его в компьютере.

Данная функция E-Trex и других навигационных приемников бесценна для географа-ландшафтоведа, которому в рамках карты-основы землепользования постоянно приходится отделять друг от друга фации, составляющие урочище. Так, даже на лесохозяйственных картах невозможно увидеть разграничения, скажем, между бором мертвопокровным и травяным (не позволяет это сделать и большинство данных ДЗЗ). Теперь оконтуривание фаций, которое зачастую приходилось делать почти на глаз, с помощью многократных измерений рулетками, что занимало длительное время, выполняется в два приема — «обход» контура с прибором и установка путевой точки в месте замыкания контура, обозначающей тип фации (например, БТЗ-2 — бор травяной злаковый, точка № 1). Стандартно приемник записывает шесть символов (GPS12-XL — до 16 букв), остальное описание выполняется традиционно — в полевом дневнике (или в карманном компьютере). Полностью исключается необходимость в трудоемкой и занимающей много времени операции — географической привязке маршрутных точек. При фиксации небольших объектов (5–15 м в диаметре) применяется способ путевых точек (WayPoints), когда каждому такому объекту (кострище, микросвалка, отдельно стоящее дерево и т. п.) соотносится точка, обозначенная условным знаком из базы прибора и имеющая уникальный идентификатор (Kost1, Sval16, Derev5).

Значительно упрощается работа по ландшафтной съемке при использовании двух приборов. В этом случае нет необходимости в полном обходе контура, во-вторых, появляется возможность фиксации протяженных, параллельных друг другу границ. Поясним это на примерах.

1. При использовании одного прибора для описания контура целинной типчаково-ковыльной степи работа выполняется в следующей последовательности: установка путевой точки, затем полный обход контура с возвратом в начальную точку.

При использовании двух приборов выполняется установка путевой точки на одном из приборов с одновременный обходом контура с двух сторон с перекрещиванием траекторий в конце обхода.
Время, затрачиваемое на операцию, сокращается в 3 раза.

2. При использовании одного прибора в процессе изучения расстояния от границы пашни до кромки воды в озере приходится постоянно менять траекторию, переходя от кромки воды к границе распашки. Кроме того, необходима установка множества путевых точек в местах перехода от одной границы к другой. Результат такой работы неточный — траектории получаются не сплошные, а с разрывами.

При использовании двух приборов постоянно фиксируются две параллельные траектории. Время, затраченное на работу, сокращается примерно в 2 раза, и заметно улучшается точность результатов.

В ходе практикума школьники освоили прибор за 2 ч, а к концу первого дня уже свободно заносили в приемник путевые точки, выполняли их описание. Чуть больше времени заняло обучение операции ввода данных из GPS в ГИС и, конечно, их географическому представлению и анализу. К концу шестидневного практикума школьники самостоятельно построили все искомые карты, о чем с удовольствием доложили на заключительной конференции.

3. Обучение геоинформатике в колледже

Среди причин, сдерживающих развитие геоинформационных технологий в России, — финансовых, правовых, организационных, режимных и др. — подготовка кадров занимает на одно из первых мест. От уровня подготовки специалистов, в том числе в области геоинформатики, во многом зависит и решение многих других проблем. Необходимость совершенствования системы геоинформационного образования осознается многими педагогами и специалистами, пока, однако, работа держится на инициативе отдельных личностей, занимающихся самообразованием.

До начала изучения геоинформатики учащиеся должны освоить основы: геодезических измерений, в том числе современные методы сбора информации о земной поверхности и явлениях; картографии, в том числе цифровой информатики.

Программа курса  «Геоинформатика» в колледже должна содержать разделы:

1.      Введение, где рассматриваются:

      определение и терминология ГИС;

      области применения ГИС-технологий;

2.      Организация данных в ГИС:

  пространственные данные. Регистрация. Топология;

  атрибутивная информация в ГИС. Базы данных;

  связь пространственных и атрибутивных данных;

  редактирование данных в ГИС;

  импорт-экспорт графических и атрибутивных данных.

3.      Функциональные возможности современных ГИС:

      выбор объектов по пространственным и атрибутивным данным. SQL-запросы;

      задачи, решаемые по выбранным объектам;

      пространственный анализ. Анализ цветного растрового изображения;

      3D-изображение, GRID, TIN-модели;

      задачи, решаемые с использованием объемного изображения;

      организация работы в локальной сети. Удаленный доступ;

      перспективы развития ГИС.

В заключение курса следует осветить проблемные вопросы традиционных подходов и решений на основе ГИС-технологий. По такому тематическому плану идет становление преподавания геоинформатики в Читинском лесотехническом колледже (ЧТЛК) на специальности «прикладная геодезия». В процессе обучения используются рабочие и демонстрационные версии программ векторизации, CAПР, обработки и анализа векторной и растровой графики. Для контроля знаний по предмету предлагается ответить на теоретический вопрос и подготовить практический пример, основанный на использовании стандартных функций ArcView GIS.

Приходится сожалеть, что в колледже для изучения геоинформатики, в отличие от других базовых дисциплин, отводится минимум учебного времени -60 ч, в том числе 20 - на практику. Предусмотренная форма контроля результата обучения зачет - не повышает значимости предмета.

Существенную помощь в организации практических занятий оказывает колледжу Забайкальское АГП: цифровыми картами, аэро- и космическими снимками и ГИС, разработанными специалистами предприятия. Преподает предмет один из специалистов предприятия. Часть студентов проходит производственную практику на Забайкальском АГП. Эффективность обучения намного повышается, когда практические занятия проводятся с использованием картографических материалов территории края, района, города, села. Многочисленные примеры по запросам, соединению и связыванию таблиц, геокодированию, агрегированию, буферизации, геопроцессингу, построению профилей, поверхностей, подсчету площадей и объемов, выбору площадок, определению видимостей учитывают специфику предмета.