Описание курса ТЕМПУС проект ЕкоБРУ Название курса ГИС-технологии в учебной работе и исследовательской деятельности по географии и экологии Название раздела курса (в случае необходимости) – понятие о геоинформационных системах и их использовании в экологии; – экологическое картографирование в среде MapInfo; – цифровые модели рельефа и их экологический анализ в программе Surfer Ожидаемая квалификация преподавателя Специальные знания и знания методики-дидактики предмета; опыт преподавания Преподаватель Учреждение образования Учреждение образования государственный университет» Руководитель курса: О.В. Ковалева, кандидат биологических наук, доцент Другие члены команды: А.С. Соколов, ассистент В.Д. Ленчук, кандидат технических наук, доцент «Гомельский И.Ю. Семенчукова, кандидат экономических наук, доцент Учреждение образования «Витебский государственный технологический университет» С.А. Демьянов, магистр географических наук Учреждение образования государственный университет» «Полесский Определение дефицита Занимаемое место в системе повышения квалификации Дополнительное образование взрослых Уровень курса На базе средне-специального и высшего образования Тип курса Повышение квалификация Целевая группа Продолжительность Язык(и) Преподаватели экологических и географических дисциплин в учреждениях образования различных ступеней; магистранты; исследователи, изучающие территориальные системы и их взаимодействие с окружающей средой и обществом, желающие освоить современные информационные технологии пространственного моделирования, анализа, хранения, преобразования и визуализации результатов исследования; 1 неделя (40 ч) Русский 1 Условия Условия: наличие учебно-программной документации, аппаратно-программного обеспечения и системы дистанционного обучения Зачетные единицы (1 ед.=30 ч) 1,3 Другие требования (в случае необходимости) Наличие потребностей в образовательной услуге со стороны заказчиков Общее количество часов Аудиторная работа Самостоятельная работа (ч) 40 30 10 Актуальность для ЕкоБРУ** Общее экологическое образование: курс позволит овладеть инструментами для изучения и моделирования одного из важнейших аспектов исследования экосистем – пространственного, оценивать и визуально представлять особенности формирования и развития экологических ситуаций в различных регионах, особенности взаимодействия и структуру экологических связей как между природными и природно-антропогенными территориальными комплексами, так и между подсистемами одного комплекса Специальное профессионально-научное образование: курс предполагает освоение конкретных методик экологического пространственного моделирования, современных технологий создания различных видов экологических карт и моделей поверхности, операций геоинформационного анализа, используемых для изучения экосистем, их компонентов и существующих между ними пространственно-временных отношений Конкретная связь с профессиональной деятельностью: в курсе будут рассмотрены вопросы применения ГИС для решения практическим задач в природоохранной деятельности, работы с базами данных, существующих во всех организациях, занимающихся управлением и эксплуатацией окружающей среды, геоинформационного обеспечения природоохранных мероприятий Цели всего курса сформировать знаний, умений и навыки в области основ теории и практики выполнения операций и технологий географических информационных систем для целей экологических исследований и управления окружающей средой Учебные цели курса (см. список глаголов, используемых для формулировки учебных целей) Специальные знания Методы и формы организации учебного процесса Формы контроля и оценки Лекция, презентация, практическое занятие Тестирование, проверка выполнения заданий к Применять современные методы исследования и решения профессиональных экологических задач на основе знания аналитического и картографического инструментария современных ГИСсистем Составлять экологические и тематические карты, 2 атласы и другие виды картографических произведений с использованием геоинформационных и издательских технологий практическим работам Анализировать состояние окружающей среды и выявлять факторы его формирования с помощью ГИСтехнологий Осуществлять поиск, анализ и систематизацию экологической пространственной информации, преобразовывать её в форму, делающую возможным её ГИСанализ Методико-дидактические компетенции Анализировать и выбирать ГИС-методы и разрпабатывать алгоритмы, позволяющие успешно решить стоящие перед исследователем задачи, комплексировать и комбинировать методы Лекция, презентация, практическое занятие Тестирование, проверка выполнения заданий к практическим работам Лекция, практическое занятие, презентация, анализ конкретных природоохранных задач и ситуаций Тестирование, проверка выполнения заданий к практическим работам Корректно интерпретировать полученные результаты Использовать ГИСтехнологии для изучения связей и взаимодействия между объектами различных естественных наук Междисциплинарные компетенции, социальные компетенции Осуществлять профессиональную эксплуатацию современного оборудования и программных средств, обеспечивающих информационный базис практической деятельности Использовать в социальной жизнедеятельности, в познавательной и в профессиональной деятельности навыки работы с ГИС3 технологиями Цель раздела курса 1 Знать базовый понятийно-терминологический аппарат технологий обработки пространственных данных в ГИС, основные векторные и растровые модели данных ГИС; организацию и основные блоки ГИС MapInfo Учебные цели курса (см. список глаголов, используемых для формулировки учебных целей) Методы и формы организации учебного процесса Формы контроля и оценки Узнать основные типы геоинформационных систем, их составные части, используемые модели хранения данных Специальные знания Знать интерфейс программы MapInfo, рационально организовывать рабочее пространство Лекция, презентация Тестирование Лекция, презентация Взаимное обсуждение и оценка Лекция, обсуждение Рефлексия, взаимное обсуждение и оценка Усвоить общепринятую терминологию ГИС Методико-дидактические компетенции Разрабатывать экологического исследования, связанного использованием технологий план с ГИС- Понимать роль ГИС в системе экологического обучения и просвещения Рассматривать возможность применения ГИС в будущей профессиональной деятельности Междисциплинарные компетенции, социальные компетенции Рассматривать ГИС как фундамент для интеграции и совместного представления результатов разнообразных пространственных исследований природы, общества и техносферы 4 групповое Темы / Содержание Аудиторная работа Лекция. Геоинформационные системы. ГИСтехнологии и операции в экологии. Геоинформатика. Геоинформационные системы. Основные компоненты ГИС. Роль ГИС-специалиста. Функции ГИС. Классификация ГИС. Данные. Позиционные и атрибутивные данные. Базы данных. Способы организации данных. Обзор современных ГИС. Роль и место ГИС в природоохранных мероприятиях. Лекция. Интерфейс, панели инструментов и начала работы в ГИС MapInfo. Геоинформационная система MapInfo. Основные понятия. Назначение, возможности, используемые форматы файлов. Интерфейс. Панель инструментов Операции. Панель инструментов Пенал. Панель инструментов Программы. Панель инструментов Команды. Начала работы в MapInfo. Создание таблицы. Основные графические примитивы, их создание и оформление. Подписи. Рабочий набор. Количество часов и задания для самостоятельной работы 2 2 Цель раздела курса 2 Освоить основные операции, применяемые в экологическом и географическом анализе, реализованные в геоинформационной системе MapInfo Учебные цели курса (см. список глаголов, используемых для формулировки учебных целей) Методы и формы организации учебного процесса Формы контроля и оценки Понимать принципы и смысл пространственноаналитических операций и запросов к базам данных Специальные знания Осуществлять введение географических координат в растровое изображение, выбор и преобразование картографических проекций Создавать электронные слои, привязывать к ним базы данных и наполнять их различными типами данных Презентация, практическое занятие Выполнять основные аналитические операции Выполнять основные картографические операции Методико-дидактические Сопоставлять виды 5 Тестирование, проверка выполнения заданий к практическим работам аналитических операций с особенностями решаемой задачи и планируемым результатов компетенции Объяснять связи между компонентами и элементами на определённой территории Презентация, практическое занятие Тестирование, проверка выполнения заданий к практическим работам Групповое обсуждение Рефлексия, взаимное обсуждение и оценка Создавать дидактические материалы для демонстрации особенностей экологических ситуаций различных территорий Принимать участие в исследовательских работах связанных с визуализацией пространства в рамках неоэкологических дисциплин Междисциплинарные компетенции, социальные компетенции Применять ГИСтехнологии для экологической пропаганды и просвещения населения Создавать базы данных творческого и социального содержания и использованием географической привязки Темы / Содержание Практическая работа. Регистрация растрового изображения, оцифровка объектов на нём. Понятие регистрации (задания географических координат и проекции). Открытие растрового изображение. Регистрация способом задания географических координат и проекции вручную. Регистрация путём переноса координат с уже зарегистрированного изображения. Оцифровка объектов на карте, создание базы данных объектов. Практическая работа. Создание многослойной экологической карты, работа со слоями и подписями. Послойная оцифровка объектов. Совмещение слоёв. Работа с оформлением и подписями различных слоёв карты. Настройка параметров картографической генерализации при изменении масштаба карт. Практическая работа. Удаление части объекта, разрезание объекта по шаблону, создание маски слоёв. Команды «Удалить часть», «Удалить внешнюю часть», «Разрезать». Порядок удаление внешней (внутренней) 6 Аудиторная работа Количество часов и задания для самостоятельной работы 1 1 1 1 1 1 части объекта. Диалоговое окно «Разобщение данных». Разрезание объекта на части с помощью шаблона. Разрезание объекта полилинией. Обрезка растрового изображения. Создание полупрозрачной маски. Практическая работа. Перенос баз данных между MapInfo и Excel. Объединение баз данных. Создание точечных объектов в MapInfo. Экспорт изображений. Файлы формата [.shp] и их преобразование в формат [.tab]. Перенос данных из Excel в MapInfo. Перенос данных из MapInfo в Excel и текстовые файлы. Экспорт изображений из MapInfo в графические файлы [.jpg], [.bmp], [.tif], [.psd] и др. Вставка объектов MapInfo в документы Word. OLE-программы. Приложение MapInfo Map. Создание слоя точечных объектов на основе списка координат точек. Практическая работа. Получение геопривязанных растровых изображений (космических снимков, карт, матриц рельефа) бесплатно через Internet. Получение и преобразования в нужный формат векторных карт. Картографические веб-сервисы. Программа SAS.Планета. Виды скачиваемых изображений: спутниковые снимки, карты, топографические карты, растровые модели рельефа, гибридные изображения и др. Выбор источника, вида изображения и территории для скачивания. Методика получения снимка и создания tab-файла географической привязки в программе SAS.Планета. Получение снимков со спутников серии Landsat. Получение радиометрических снимков рельефа. Практическая работа. Создание тематических экологических и географических карт. Оформление карт и легенды. Виды тематических карт в MapInfo. Создание карт методом плотности точек. Создание карт методом размерных символов. Создание картограмм. Создание картодиаграмм. Создание тематической карты по данным двух различных слоёв. Создание тематических карт для точечных и линейных объектов. Создание карты по качественным данным. Практическая работа. Районирование (создание геогрупп). Геокодирование и геоссылки. Значение и возможности процедуры районирования. Методы районирования. Выделение новых районов. Перенесение объектов из района в район. Объединение районов. Автоматический расчёт показателей по районам. Сущность и значение процедуры геокодирования. Исходные и целевые таблицы. Методика геокодированияв MapInfo. Автоматическое и ручное геокодирование. Понятие геоссылки. Виды геоссылок. Настройка геоссылок. Практическая работа. Запросы к базе данных. Извлечение, анализ и картографическая визуализация необходимой информации. Реляционные базы данных. Язык структурированных запросов SQL. SQL-запросы в MapInfo. Окно SQL-запросов. Описание операторов языка MapBasic для производства выборок данных в таблицах MapInfo. Математические операторы в выражениях. Использование операторов сравнения в выражениях. Логические операторы в выражениях. Географические операторы в выражениях. Примеры запросов. Создание карт на основе запросов. Сохранение запросов. Практическая работа. Создание буферных зон, полигонов Вороного. Буферные зоны: назначение, расчёт, примеры. Создание буферных зон для точечных, линейных и площадных объектов. Оформление буферных зон. Утилита «Буферные зоны-кольца». Вычисление 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 7 статистики буферных зон. Понятие полигонов Вороного. Практические примеры применения. Создание полигонов Вороного в MapInfo. Практическая работа. Элементы оформления карты (создание масштабной линейки, градусной сетки, стрелки на север, названия карты, управление легендой, подписями и др.). Традиционные элементы оформления географической карты. Утилита «Границы рамки и карты» и её использование для создания рамки. Утилита «Нарисовать сетку» и ещё использования для создания и оформления градусной сетки. Утилиты «Масштабная линейка», «Менеджер легенд», «Название карт», «Подписи», «Стрелка на Север», «Редактор условных знаков» и др. и их использование для оформления карт. Практическая работа. Расчёт дальностей между объектами. Расчёт пропорционального перекрытия. Дополнительные возможности анализа экологической информации. Утилита «Калькулятор дальностей». Настройки окна «Анализ дальностей». Определение дальностей между объектами одной таблицы. Определение самого близкого и самого далёкого объекта. Определение дальностей между объектами из разных таблиц. Утилита «Пропорциональное перекрытие». Расчёт соотношений площадей объектов одной таблицы в пределах объектов другой таблицы. Практическая работа. Карты поверхностей в MapInfo. Построение карт поверхностей по высотным отметкам, а также по экологическим параметрам. Понятие поверхностей. Принципы создания поверхности. Двухмерные и трёхмерные поверхности. Создание поверхностей в MapInfo. Оформление карт поверхностей. Создание и оформление карт изолиний в MapInfo. Построение поверхностей по высотным отметкам. Построение поверхностей по экологическим параметрам. Построение поверхности на части карты. Практическая работа. Оформление отчётов. Экспорт отчётов. Подготовка к печати. Отчёты в MapInfo. Редактор отчётов. Создание отчёта. Размещение объектов в отчётах. Элементы оформления отчёта. Экспорт окна отчёта. Дополнительные утилиты для оформления отчётов. Подготовка отчётов к печати. 2 2 2 2 Цель раздела курса 3 Освоить основные операции двух- и трёхмерного моделирования поверхностей и его экологическая интерпретация Учебные цели курса (см. список глаголов, используемых для формулировки учебных целей) Специальные знания Методы и формы организации учебного процесса Определять основные модели поверхностей и их применение для решения экологических задач 8 Формы контроля и оценки Создавать двухи трёхмерные модели поверхностей Выявлять экологические особенности территории с использованием моделей поверхности Лекции, презентация, практическое занятие Тестирование, проверка выполнения заданий к практическим работам Презентация, практическое занятие Тестирование, проверка выполнения заданий к практическим работам Лекция, обсуждение Рефлексия, взаимное обсуждение и оценка Осуществлять математические преобразование поверхностей Создавать производные модели на основе исходных Создавать дидактические материалы, призванные отражать закономерности пространственной организации территории и её влияние на формирование специфических экологических ситуаций Методико-дидактические компетенции Организовывать исследовательскую деятельность учащихся и студентов по экологии на основе применения ГИСтехнологий Создавать иллюстративные модели структуры и функционирования природных систем Способствовать усвоению знаний об окружающей среде при изучении смежных и специальных дисциплин Междисциплинарные компетенции, социальные компетенции Применять трёхмерное моделирование рельефа в деятельности, не связанной с экологическими исследованиями и образованием Показывать необходимость физических и математических операций при решении проблем окружающей среды 9 групповое Темы / Содержание Аудиторная работа Лекция. Понятие цифровых моделей рельефа. Их виды. Интерфейс, панели инструментов и основные операции в ГИС Surfer. Теоретические основы создания цифровых моделей рельефа (ЦМР). Информационное обеспечение для создания ЦМР. Примеры практического использования ЦМР в географии и экологии. Поверхности и тела.GRID- и TIN-модели рельефа: преимущества и недостатки. Программы для создания и анализа ЦМР. Программа Golden Software Surfer. Панели инструментов. Окна «Чертёж» и «Рабочая таблица». Менеджер объектов. Менеджер свойств. Основные операции в Surfer. Практическая работа. Создание и оформление двухмерных и трёхмерных моделей поверхностей в ГИС Surfer. Ввод данных в программу Surfer. Создание grid-файла. Алгоритмы интерполяции. Создание карт на основеgrid-файлов. Двухмерные изображения: карта изолиний, карта точек, классифицированная карта точек, основная карта, карта изображения, карта с оттенённым рельефам, векторная карта, карта водоразделов. Трёхмерные изображения – 3D-каркас и 3D-поверхность. Совмещение различных карт. Оформление карт. Свойства элемента Map. Свойства осей. Свойства изображения. Практическая работа. Методы повышения качества карт изолиний. Сплайновое сглаживание. Сгущение сетки. Перевычисление сетки. Фильтрация сетки. Основные алгоритмы фильтрации. Совместное применение фильтрации и сглаживания. Практическая работа. Бланкирование (вырезание) участков. Построение профилей сечения. Построение графиков функций вида z = f (x, y). Интерполяция на участках отсутствия данных. Бланкирования grid-файла, выбор области бланкирования. Бланкировочный файл [.bln]. Создание и оформление элементов профиля сечения. Построение grid-файла по функции. Стандартные функции. Синтаксис функций. Математические преобразования grid-файлов. Практическая работа. Вычисление площадей и объёмов. Вычисление величин и направлений наклонов в каждой точке, построение карт этих показателей. Экологический смысл данных показателей и карт. Вычисление площадей поверхностей. Вычисление объемов между двумя поверхностями. Вычисление объемов между плоскостью и поверхностью. Математические исчисления. Инструменты для интерпретации сеточного файла. Вычисление наклона или степени изменения наклона сеточной поверхности в указываемом направлении. Вычисление градиентов изменения координаты z (направления наибольшего наклона в данной точке). Создание сетки со значениями наибольших наклонов (т. е. величин градиентов) в каждой точке поверхности. измерение степени накопления или разгрузки воды, вылитой на поверхность. Экологический смысл и практическое применение показателей. Количество часов и задания для самостоятельной работы 2 1 1 1 1 1 1 2 10 Формы контроля и оценки знаний Форма контроля Процентное Сроки проведения Критерии оценки 20 По окончании изучения теоретического материала раздела Количество правильных ответов должно составлять более половины поставленных вопросов Папка портфолио 80 По окончании изучаемого курса Полнота и качество выполненных заданий к практическим работам Сумма 100 соотношение Зачет в тестирования форме Условия допуска к контролю и оценке знаний (экзамену) Регулярное посещение лекции/практического занятия и работа в рамках практического занятия Тип документа, подтверждающий успешное посещение курса (сертификат?) Свидетельство о повышении квалификации государственного образца (сертификат) Организационные указания Место проведения: Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» Рекомендуемое количество участников: 12 человек Литература и учебные материалы Автор Год Название Кол-во страниц издания Место издания, издательство или интернетссылка Основная литература Я.Ю. Блиновская, Д.С. Задоя 2015 Введение геоинформационные системы 2014 Географические информационные системы в тематической картографии 176 Москва, Академический проект 2005 Геоинформатика 480 Москва, Академия 2009 Сборник задач упражнений геоинформатике 512 Москва, Академия 178 Томск, ТМЛ-пресс В.П. Раклов Е.Г. Капралов и др. Е.Г. Капралов и др. в 112 Москва, ФОРУМ и по Дополнительная литература В.В. Хромов, О.В. Хромов 2007 Цифровые модели рельефа 11 К.Ю. Силкин 2010 MapInfo Professional 10.5. Руководство пользователя 570 Pitney Bowes Software Inc. 208 Геоинформационная система Golden Software Surfer 8 66 Воронеж, ИПЦ Воронеж. гос. ун-та, 2009 Геоинформационные системы 273 Москва, КУДИЦ-ПРЕСС 152 Владимир, ВГУ 188 Петрозаводск, ПетрГУ И.Г. Журкин, С.В. Шайтура А.Н. Краснощёков, Т.А. Трифонова, Н.В. Мищенко 2004 А.В. Коросов, А.А. Коросов 2005 ГИС в экологии Техника ведения ГИС. Приложение в экологии 12 *Определение дефицита Участие в курсе повышения квалификации должно быть целесообразным для его слушателя. Это возможно только в том случае, если участник курса ощущает потребность в больших знаниях и умениях, чем он обладает в данный момент. Когда ему предлагают определенный курс повышения квалификации, для него должно быть совершенно понятным, какой дефицит знаний и умений может и должен быть устранен в результате участия в конкретном мероприятии повышения квалификации. Планирование курса должно установить этот дефицит и определить круг интересов потенциальных участников-преподавателей. Для этого нужно предоставить дополнительную информацию. Причем здесь недостаточно подчеркнуть важность ЕкоБРУ (об этом пойдет речь ниже, в пункте «Актуальность для ЕкоБРУ»). Скорее, необходимо обосновать, что можно улучшить благодаря ЕкоБРУ в существующей системе преподавания при условии участия преподавателей в данном курсе повышения квалификации. **Актуальность для ЕкоБРУ В программе ЕкоБРУ мы концептуально различаем три тематических блока: экологическое образование (I), концепции защиты (II) и ресурсосбережение (III). Их можно очертить следующим образом: I Экологическое образование выступает как естественнонаучная, вместе с тем, неспециальная платформа принципов, которые необходимо далее уточнять в рамках профессиональных, т.е., типичных рабочих ситуаций. II Концепции защиты следует рассматривать частично как проекты для реализации, т.е., предусмотрение экологически рациональных решений, исполнение которых не нуждается в специальном экологическом образовании, поскольку задача этих концепций именно в том и состоит, чтобы заменить субъективные размышления, доводы и приоритеты обязательными нормами и механизмами. Концепции защиты находят отражение в учебных программах системы профессионального образования и поэтому не являются частью профессиональной деятельности, основанной на имеющихся знаниях и опыте. III Грамотные с точки зрения экологии решения конкретных профессиональных задач, не предусмотренные концепциями защиты окружающей среды, можно экономически успешно реализовать, т.е., сделать их долгосрочными и непрерывными, лишь в том случае, если они способствуют экономичности использования рабочей силы и материалов благодаря ресурсосбережению. Несмотря на это, оба вышеуказанные блоки, «общая экология» и «концепции защиты», несомненно, являются целесообразными темами в рамках курсов повышения квалификации. Однако предложения по этим блокам необходимо согласовывать с концепцией ЕкоБРУ. Общее экологическое образование Здесь речь идет, прежде всего, об экологическом мышлении с точки зрения естествознания, а не политики. Типичной экологической формой мышления является создание и поддержание равновесия внутри экосистем. Изучение их возникновения, строения, функционирования, источников угроз загрязнения может стать предметом курса повышения квалификации. 13 — Например: Экосистемы в конкретной профессиональной сфере, особенно выбросы в воздух, воду, почву. Основная идея здесь – сохранение экосистем и их защита. Особая форма экологического мышления – эволюция как дальнейшее развитие системы, являющейся результатом равновесия и ориентированной на другой (как правило, более высокий) уровень развития. В курсе повышения квалификации этого направления может идти речь о восстановлении экологически безопасных условий и их стабилизации. Здесь также, в основном, идет речь об общезначимых эмиссиях в воздух, воду, почву. — Основной идеей здесь может быть восстановление и расширение экологически интактных состояний. Специальное профессионально-научное образование Здесь особую роль играют концепции защиты окружающей среды, в частности, новые положения национального или международного уровня. Если речь идет об очень конкретных положениях, то в сочетании с пунктом «общее экологическое образование», например, можно рассмотреть предпосылки, т.к. всегда лучше не только знать, что делается, но и почему это делается или должно делаться. Положения или общие нормативные предписания обусловливают постановку вопроса, как соблюдаются установленные нормы. Их реализация зачастую не проста. — Курс повышения квалификации, предлагающий данные положения и нормы в качестве повышения квалификации, может и должен освещать реализацию предписаний и содержать указания к их практическому применению в определенной области. Конкретная связь с профессиональной деятельностью Здесь идет речь о самом значимом потенциале ЕкоБРУ: ресурсосбережение на фоне тесной связи экономики и экологии в ходе ежедневной, обычной профессиональной деятельности. Поскольку здесь имеют значение не общие положения экологии или предписанные концепции защиты окружающей среды, а реально осуществимые действия, способные изменить существующую практику. Для этого необходимы, с одной стороны, фантазия или использование имеющихся возможностей, а с другой стороны, точное знание условий профессиональной деятельности. Для того чтобы получить это знание, концепция соответствующего курса повышения квалификации предполагает сотрудничество с теми предприятиями, потребности которых в ресурсосбережении необходимо выяснить. — В курсе повышения квалификации необходимо установить связь с производственной деятельностью и продемонстрировать конкретный пример желаемого или осуществленного изменения общепринятой практики, выявленной в ходе взаимодействия с одним или несколькими предприятиями. 14