автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационная среда использования ГИС-технологий в образовании

Введение.

Глава 1. Анализ состояния существующей практики применения геоинформационных технологий в образовании.

1.1. Основные тенденции развития современных ГИС-технологий.

1.2. Анализ практики применения геоинформационных технологий в отечественном и зарубежном образовании.

1.3. Использование информационной среды в образовании.

Глава 2. Научно-методические положения построения информационной среды использования ГИС-технологий на коллекции предметных задач.

2.1. Проблемно-ориентированный подход в подготовке специалистов различных направлений.

2.2. Технология декомпозиции предметных задач для сведения их к последовательности формальных операций.

2.3. Методы реализации формальных операций на основе аппарата распознавания.

Глава 3. Концепция построения информационной среды использования ГИС-технологий для подготовки специалистов различных направлений в рамках непрерывного образования.

3.1. Основные требования к построению информационной среды использования ГИС-технологий в образовании.

3.2. Интерфейс информационной среды использования

ГИС-технологий в образовании.

3.3. Методика применения информационной среды для подготовки специалистов различных направлений.

Глава 4. Примеры использования результатов исследований диссертационной работы.

4.1. Программы учебных курсов для подготовки специалистов различных направлений.

4.2. Использование технологии декомпозиции в задаче создания электронного атласа условий освоения минерально-сырьевой России.

4.3. Примеры из коллекции предметных задач для обучения школьников.

В последнее время геоинформационные системы (ГИС) рассматриваются в качестве эффективного инструмента анализа различных типов данных при исследовании особенностей развития регионов и выработки комплексных решений. В настоящее время ГИС занимают одно из ведущих мест среди различных информационных технологий в сфере управления, планирования и хозяйствования. Геоинформационные технологии, предлагая новые эффективные подходы к анализу и решению территориальных проблем, продолжают завоевывать все большую популярность и официальное признание

• в нашей стране, а цифровая пространственная информация начинает играть все более важную роль в задачах социально-экономического, политического и экологического развития и управления природным, производственным и трудовым потенциалом в национальных интересах.

Зарубежный и отечественный опыт эксплуатации различных ГИС свидетельствует о том, что необходимость анализа географического расположения явлений и объектов, их количественных и качественных характеристик при помощи карты возникает у представителей различных отраслей народного хозяйства. Средства, предоставляемые геоипформационными технологиями, позволяют использовать новые ф эффективные подходы к решению широкого спектра задач в сфере социальноэкономического, политического и экологического развития, управления, анализа и прогнозирования, недоступных другим компьютерным технологиям.

Необходимость использования ГИС в решении различного рода задач вызывает нарастающий спрос на качественные, надежные и удобные ГИС и, соответственно, на специалистов в области геоинформационных технологий различного уровня - как разработчиков программного обеспечения (ПО), так и высококвалифицированных пользователей.

В связи с этим, обучение геоинформационным технологиям, создание учебных и обучающих ГИС-систем, утверждение государственных стандартов по специализации «ГИС» для подготовки бакалавров, специалистов, магистров в различных областях народного хозяйства является сегодня приоритетным щ направлением.

Для подготовки специалистов такого рода необходимо использовать современные информационные и телекоммуникационные технологии. Построение информационно-образовательной среды на основе современных информационных технологий привносит в учебный процесс новые возможности: сочетание высокой экономической эффективности и гибкости учебного процесса, широкое использование информационных ресурсов, существенное расширение возможностей традиционных форм обучения, а также возможность построения новых эффективных форм обучения.

Модернизация современного образования, в целом, направлена на поиск эффективных путей подготовки специалистов, одним из которых является технологизация образовательного процесса на основе проблемно-задачного подхода. Применение проблемно-задачного подхода в подготовке специалистов на основе ГИС-технологий позволяет демонстрировать важность изученного материала в будущей профессиональной деятельности и потому имеет огромное значение для образовательного процесса.

Таким образом, разработка информационной среды (ИС) использования ГИС-технологий в подготовке студентов различных направлений является актуальным направлением в области использования современных информационных технологий в образовании.

Цель исследования

Целью исследования является разработка информационной среды использования ГИС-технологий для подготовки специалистов различных направлений.

Задачи исследования

В соответствии с целью исследования в работе решаются следующие задачи.

1. Проведение анализа существующей практики использования ГИС-технологий в отечественном и зарубежном образовании.

2. Определение спектра предметных задач, решение которых необходимо для подготовки специалистов различных направлений.

3. Разработка унифицированной технологии декомпозиции предметных задач для их сведения к последовательности формальных операций и решения в среде ГИС.

4. Разработка концепции и макета информационной среды использования ГИС в обучении специалистов различных направлений на основе коллекции предметных задач.

5. Разработка коллекции предметных задач для изучения учебных дисциплин в курсах: «Информатика», «Теория принятия решений», «ГИС в экологии», «ГИС в природопользовании», «Информационные системы и технологии», «Основы ГИС для школьников».

Структура и краткое содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 123 страниц машинописного текста, 25 иллюстраций. Список литературы включает 54 наименования.

Основные результаты проведенных исследований сводятся к следующему:

1. Разработаны научно-методические основы для создания информационной среды использования ГИС-технологий в подготовке специалистов различных направлений на основе коллекции предметных задач.

2. Разработаны программы практических занятий и лабораторных работ для учебных курсов: «Информатика», «Информационные системы и технологии», «ГИС», целью которых является приобретение студентами навыков применения ГИС-технологий для решения различных предметных задач.

3. Разработаны программы учебных курсов «ГИС в экологии», «ГИС в природопользовании» и «Информационно-аналитические системы поддержки принятия решений» для повышения квалификации специалистов в области экологии, природопользования, охраны окружающей среды и управления.

4. Разработан учебный курс «Основы ГИС для школьников» для ознакомления школьников с возможностями ГИС-техиологий и использованием их при изучении различных школьных дисциплин (география, экология, информатика).

5. Разработана схема постановки и решения предметных задач на основе дополнения традиционной схемы прогнозно-поисковых исследований этапами разработки онтологии предметной области; анализа, оценки и интерпретации полученных результатов.

6. Разработана технология декомпозиции предметных задач, позволяющая сведение их к иерархической последовательности формальных операций и обеспечивающая синтез новых задач различного уровня сложности.

7. Разработан алгоритм организации образов, позволяющий дополнять и улучшать исходный материал на основе моделирования экстремальных объектов в решении задач методами распознавания.

8. Разработана концепция построения информационной среды использования ГИС-технологий в подготовке специалистов различных направлений на основе коллекции предметных задач.

9. Разработан и частично реализован пользовательский интерфейс информационной среды использования ГИС-технологий в образовании для университета «Дубна».

Заключение

Таким образом, в результате проведенных исследований была разработана концепция информационной среды использования ГИС-технологий в подготовке специалистов различных направлений.

1. Arc View G1. (User's Guide). ESRI, Inc. Redland, CA USA, 2000.

2. Аниськин В. H. Информационные технологии в экологическом образовании. г. Самара, Самарский государственный педагогический университет (СамГПУ), 2003.

3. Антонов А., Кудрявцев Ф., Шаров JT. Программные средства ГИС под MS WindowsZ/ГИС-Обозрение, 1996.

4. Берлянт A.M. Государственный образовательный стандарт по геоинформационным системам и проблемы деятельности Комитета Преобразование ГИС-Ассоциации//Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1997 № 1(8). С. 48 49.

5. Берлянт A.M., Тикунов B.C. Геоинформационные системы. М.: Картге-оцентр-Геодезиздат, 1994.

6. Бугаевский JT.M., Цветков В.Я. Геоинформационные системы: Учебное пособие для вузов. -М.: Златоуст, 2000. С.222.

7. Вербицкий А.А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход.-М., 1991. С.207.

8. Геоинформатика/Толковый словарь основных терминов. М.: ГИС-ассоциация.

9. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности 071900 «Информационные системы (по областям применения)». М., 2000 г.

10. Гохман В. Познание мира через ГИС. ArcReview, 2002 № 2 (21).

11. Де Мерс М. Н. Географические информационные системы. Основы. М.: Дата+, 1999. С. 490.

12. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика.-М.: МАКС Пресс, 2001. С.349.

13. Иванов Д.А. ГИС и компьютерное моделирование на геологическом факультете Воронежского государственного университета// Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1999 № 1(18).

14. Карпик А.П. Геоинформационное образование в Сибирской государственной геодезической академии. Перспективы и возможности разви-тия//Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 2000 №3 (25). С.47.

15. Ковальчук А.К., Шайтура С.В., Богомолов А.Ю. Создание ГИС-проектов для средних школ: Учебное пособие по курсу Геоинформатика. М.: Радио и связь, 1999.

16. Колесов.А. Двуединые интересы геоинформатики и образова-ния//Компьютерная неделя. М., 1998 №15(139).

17. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС: Учебное пособие. М.: Библион, 1997. С.160.

18. Костенков П.П. Экологическое воспитание школьников. Барнаул, 1990. С. 160.

19. Котова И.Б., Шиянов Е.Н. Развитие личности в обучении. — М., 1999. С.288.

20. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика. — М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993.

21. Крейдер О.А. ГИС в муниципальном управлении//Тезисы доклада II Международной Конференции Молодых Ученых. Ялта-Гурзуф, 2004. С. 18-19.

22. Крейдер О.А. Геоинформационное моделирование в экологическом обра-зовании//Тезисы доклада Четвертой Всероссийской научной конференции «Физические проблемы экологии (экологическая физика)». Москва, 2004. С.45.

23. Крейдер О.А. ГИС в экологическом моделировании//Тезисы доклада Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования». Казань, 2005. С.23-24.

24. Крейдер О.А. ГИС в экологическом образовании//Тезисы доклада Международной конференции «Математика, компьютеры, образование». -Дубна, 2006. Режим доступа: www.mce.biophys.msu.ru.

25. Крейдер О.А. ГИС как инструмент экологического образова-ния//Геоинформатика. Москва, 2004 №4. С.37-43.

26. Крейдер О.А. Информационная среда обучения ГИС технологи-ям//Геоинформатика. Москва, 2005 №4. С. 37-40.

27. Крейдер О.А., Потемкина С.В. Методические аспекты преподавания ГИС в дистанционном образовании// Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникациях, бизнесе/Материалы Международной конференции. Гурзуф, 2004. С. 8-11.

28. Кузнецов O.JL, Никитин А.А., Геоинформатика. М.: Недра, 1992. С.302.

29. Кузнецов O.JL, Черемисина Е.Н. Геоинформатика, геоинформация, геоинформационные технологии в природопользовании//Геоинформатика, 2003 №2. С.3-10.

30. Лурье И.К. Обучающие ГИС для наук о Земле//Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1998 № 1(13). С. 86-89.

31. Любимова А.В. Компьютерная технология комплексной оценки геоэкологического состояния территории//Геоинформатика, 2002 №3. С. 27-31.

32. Максудова Л.Г., Цветков В.Я. От информации к информационным ресурсам //Геодезия и аэросъемка, 2000 №1. С.146-151.

33. Мамедов Н.М. Экологическая культура и образование//Экологическое образование: концепции и методические подходы. М., 1996. С. 10-23.

34. Носков М. Д., Жиганов А.Н., Истомина Н.Ю. Использование геоинформационно-моделирующих систем в экологическом образование/Информационные технологии в образовании. Северск: Северский государственный технологический институт, 2003.

35. Писецкий В.Б. Концепция геоинформационного образования в геолого-геофизической отрасли//Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1998 № 2(14). С. 85 86.

36. Поляков А.А. Концепция, информационное обеспечение индустрии образования программы «Научное, научно-методическое, материальнощ. техническое и информационное обеспечение системы образования». М.1999.

37. Программа учебного курса «Геоинформационные системы». Пущино: Пущинский госуниверситет, 1998.

38. Прогулова Т.Б. Геоинформационные технологии в управлении и обучении. М.: Научно-методический сборник тезисов докладов VII Международной выставки-конференции "Информационные технологии в образовании", 1998. С.50.

39. Рабочая программа по дисциплине «Геоинформационные системы в му-ниципальномуправлении».-Таганрог: ТГРУ, 1998.

40. Тагирова С.Б. ГИС-компоненты теоретических курсов и самостоятельных работ по географическим специальностям//Новые информационные технологии в университетском образовании. Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1998. С. 55-56.

41. Тагирова С.Б. Использование ГИС-моделирования и ГИС-технологий в экологическом образовании. Режим доступа: http://www.cctpu.edu.ru/confl.

42. Талызина Н.Ф. Методика составления обучающих программ. М., 1980. С. 46.

43. Хасаншина Н.З. Геоинформационные технологии как средство интеграции знаний по информатике и географии. Режим доступа: http://www.cctpu.edu.ru/conf/sec2/tez25.html.

44. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. С.288.

45. Цветков В.Я. Особенности развития информационных стандартов в области новых информационных технологий// Информационные технологии, 1998 №8. С. 2-7.

46. Черемисина Е.Н., Чесалов JI.E. Ситуационный центр МПР России: поддержка принятия управленческих решений в природопользовании. 2004, №З.С.14-17.

47. Черемисина Е.Н., Крейдер О.А., Потемкина С.В. О единой информационно-ресурсной среде системы профессионального образования Московской области/Юбразование Подмосковья, 2005 №4. С.35-38.

48. Чесалов JI.E. Единая информационная среда интеграции информационных ресурсов при решении задач природопользования//Геоинформатика, 2003, №2. С.11-14.

49. Чоговадзе Г.Г. Инфорнация:информация, общество, человек. М.: ООО Дата+, 2003. С.121-135.

50. Чукмаров И.А. Государственный образовательный стандарт среднего профессионального образования//Информациониый бюллетень ГИС-Ассоциации, 2000 №3(25).