Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоинформационные системы при подготовке специалистов в области недропользования

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Прогулова, Татьяна Борисовна

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ отечественного и зарубежного опыта применения геоинформационных систем в образовании и обучении.

1.1. Обзор современного программного обеспечения.

1.2. Аппаратные требования ГИС-технологий.

1.3. Сравнение основных ГИС, применяемых при геологическом изучении недр и недропользовании.

1.4. Современные тенденции в развитии ГИС.

ГЛАВА 2. Геоинформационные системы и заданный подход в обучении.

2.1. Классы приложений ГИС как технологии интегрированный системного анализа многоуровневой разнородной геоинформации.

2.2. Основы методики использования геоинформационных систем в обучении студентов гуманитарных специальностей.

2.3. ГИС в образовании студентов экологов.

2.4. Основы методики использования геоинформационных систем в обучении специалистов проектировщиков и разработчиков ГИС.г.

2.5. Интегрированный системный анализ как основа системного управления — ГИС в переподготовке и повышении квалификации специалистами.

ГЛАВА 3. Методические подходы к обучению специалистов геоинформационным технологиям и с использованием геоинформационных систем.

3.1. Задачный подход как общий принцип обучения.

3.2. Обучение элементам ГИС-технологий в рамках курса «Информатика».

3.3. ГИС-технологии в обучении геоэкологов.

ГЛАВА 4. Геоинформационные системы и дистанционное образование.

4.1. Общая характеристика дистанционного образования (ДО).

4.2. Методические основы и средства обучения ДО.

4.3. Дистанционный курс по дисциплине «Геоинформатика» — реализация, проблемы и перспективы развития.

4.4. Дистанционное обучение геоинформационным системам по программам дополнительного профессионального образования.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоинформационные системы при подготовке специалистов в области недропользования"

В конце второго тысячелетия человечество шагнуло из индустриальной эры в эру информационную. Если раньше основу общества составляли материальные ресурсы и рабочая сила, то в настоящее время решающими факторами развития общества становятся интеллект и доступ к информации. Переход к информационному обществу сопровождается лавинообразным ростом объемов информации. Эффективная работа с всевозрастающими потоками информации разной природы, структуры, способа представления все больше определяет профессиональный уровень и психологический комфорт в условиях быстро изменяющейся информационной среды [31, 32]. Без комплексной обработки информации невозможно системное управление, в частности, без обработки геоинформации невозможно управление минерально-сырьевыми ресурсами, недропользованием и природопользованием.

Перспективная система образования, как профессионального, так и информационного, должна способствовать формированию [21, 72, 73, 83]:

1. Системного научного мышления, позволяющего человеку, обозревая некоторую проблему или явление в целом, выделить не только наиболее важные составные части, но и выявить их взаимосвязи и взаимообусловленность, а также место этой проблемы в ряду других;

2. Конструктивного образного мышления, являющегося универсальным средством общения специалистов разных предметных областей;

3. Пространственного мышления, содействующего адекватному восприятию разнообразных пространственных форм окружающего мира;

4. Ассоциативного мышления, позволяющего человеку уловить взаимосвязи и взаимовлияние некоторых, казалось бы далеких друг от друга явлений и на этой основе выявить новые закономерности развития природы и общества;

5. Вариативности мышления, способности выйти за рамки привычных, устоявшихся представлений.

Ограниченные возможности человека по восприятию и переработке информации вынуждают искать способы, приемы более интегрированного представления и анализа данных. Для решения большой части задач принципиальной является информация пространственного характера (ее в той или иной форме включают, по разным источникам, до 90 % баз данных).

В связи с вышесказанным, базовое и профессиональное компьютерное образование при подготовке специалистов в области наук о Земле на геоинформационной основе становится все более актуальной проблемой.

Для настоящего момента характерна возможность, потребность и актуальность расширения базового информационного образования за счет обучения геоинформационным технологиям, как эффективному инструменту для решения задач в самых различных прикладных областях в науках о Земле, отличительной особенностью которых являются огромные массивы геоинформации, ежегодные объемы их хранения достигают десятков терабайт.

По ряду прогнозов к концу десятилетия географические информационные системы (ГИС) будут такой же неотъемлемой частью рабочего места специалиста, как сегодня текстовый и графический редакторы, электронные таблицы, базы данных. Возрастает актуальность опережающего и непрерывного обучения этим технологиям специалистов разных предметных областей [20]. Таким образом, необходимо обеспечение конкретных действий в области подготовки кадров, разработки технических и методических средств при подготовке специалистов в области геоинформатики на уровне массового пользователя.

Цель работы. Целью работы является исследование потребностей и возможностей применения геоинформационных систем и геоинформационных технологий при геологическом образовании, а также разработка методики обучения ГИС разных категорий студентов и специалистов.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: 1. Определение классов специалистов с позиций использования ими геоинформационных систем и геоинформационных технологий;

2. Систематизация прикладных задач, решаемых в рамках геоинформационных систем;

3. Разработка моделей образования в области геоинформационных систем и геоинформационных технологий для различных классов специалистов;

4. Создание методики обучения геоинформационным технологиям различных классов специалистов;

5. Разработка коллекции задач для реализации методики обучения геоинформационным технологиям различных классов специалистов;

6. Практическое использование разработок в учебных курсах для студентов Университета «Дубна» при подготовке специалистов в области геоэкологии.

Научная новизна диссертационной работы. В диссертации разработана методика обучения геоинформационным технологиям с использованием заданного подхода, выделены классы специалистов с позиции использования ими геоинформационных систем и технологий, предложены четыре модели подготовки специалистов в области геоинформатики и геоинформационных систем, создана коллекция задач для реализации методики обучения ГИС-технологиям в области геоэкологии.

Практическая значимость работы определяется:

1. предложенной методикой обучения геоинформационным технологиям различных категорий студентов с позиций задачного подхода;

2. апробацией методики обучения геоинформационным технологиям при подготовке специалистов в области геоэкологии, при этом автором создана соответствующая коллекция задач;

3. использованием методических разработок в учебных курсах «Информатика», «Теория принятия решений», «Математические методы системного анализа», «ГИС в экологии», «Системная экология», «Математическое моделирование экосистем» для студентов инженерно-технических, социально-экономических и гуманитарных направлений;

4. решением конкретных задач геоэкологии: изучение атмосферных выпадений тяжелых металлов в промышленных районах Румынии, Польши, Тульской области и др. с помощью биомониторирования; оценка состояния (устойчивости) природных экосистем Ханты-Мансийского автономного округа методами таксономического анализа; выделение водосборной территории участка Иваньковского водохранилища; моделирование распространения загрязнений донных отложений тяжелых металлов на участке Иваньковского водохранилища.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научном семинаре «Компьютерные технологии в образовании» (Москва, МГУ, 1996 г.), Second International Conference on Distance Education in Russia (ICDED'96), International Conference: Computational Modeling and Computing in Physics (CMCP'96), на Всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» (26-29 июня 1996 г., Воронеж), The II-nd International Conference «The Standards in Education: Problems and Perspectives (SE-97)» October 1-6, 1997, First Int. Symposium on Nucl. and Rel. Tech. in Agr., Ind., Health and Envin. (NURT-1997), V Международной конференции «Математика, компьютер, образование» Дубна, 26-31 января 1998.

Защищаемые положения

1. Предложенные четыре модели подготовки специалистов (специалисты - пользователи ГИС; специалисты конкретных областей наук — геологи, геофизики, геоэкологи; специалисты-разработчики ГИС; повышение квалификации специалистов с переходом на новые технологии) в области геоинформационных систем и геоинформационных технологий обеспечивают выбор соответствующей методики обучения этим системам и технологиям.

2. Сформулированные принципы обучения геоинформационным системам и технологиям, к которым относятся: формулировка задачи обучения, выбор модели обучения, соответствующие методики обучения и реализация методики в учебных курсах и процессе, —■ позволяют выделить классы специалистов, разработать эффективные программы обучения специалистов на базе геоинформационных систем и технологий и сформировать соответствующие коллекции задач.

3. Созданные методики использования ГИС в базовом и профессиональном обучении студентов геологических специальностей (на примере геоэкологов) обеспечивают системный подход в области подготовки специалистов по геоинформационным системам и технологиям как в очном, так и в дистанционном образовании. Использование дистанционных методик при обучении геоинформационным системам и технологиям обеспечивает синтез ГИС и ДО.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 100 страниц, 6 таблиц, 18 рисунков. Список цитируемой литературы включает 92 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Прогулова, Татьяна Борисовна

Заключение

В настоящее время в связи с глобальным процессом информатизации резко возросла актуальность обучения перспективным дисциплинам и технологиям. В сферах деятельности, которые опираются на пространственно-распределенную информацию, постоянно растет востребованность специалистов, способных в той или иной степени применять геоинформационные технологии. Геоинформатика интенсивно развивается, активно взаимодействуя с любыми прикладными областями, где требуется пространственное мышление и пространственный анализ данных, привязанных к местности — геологией, экономикой, науками об окружающей среде, бизнесом, региональным и муниципальным управлением, сельским хозяйством, археологией и т.д. Обеспечиваемая геоинформационными технологиями возможность проведения наиболее полных интегральных оценок состояния объектов на выделенной территории на разном масштабном и тематическом уровне значительно повышает эффективность решения широкого класса задач и эффективность профессиональной деятельности.

До недавнего времени образование в области геоинформационных систем и навыки работы с конкретными ГИС-продуктами были доступны только узкому кругу специалистов и студентов. Основными причинами этого были высокие стоимости аппаратного и программного обеспечения ГИС, а также сложность работы с программным обеспечением. Для настоящего же времени характерна возможность широкого включения ГИС в базовое и специальное образование студентов разных направлений и специальностей.

Таким образом, актуальными являются исследование потребностей и возможностей применения геоинформационных систем и геоинформационных технологий при геологическом образовании, а также разработка методики обучения ГИС разных категорий студентов и специалистов.

В результате выполненной работы были:

1. сформулированы принципы обучения геоинформационным системам и технологиям, к которым относятся: формулировка задачи обучения, выбор модели обучения, соответствующие методики обучения и реализация методики в учебных курсах и процессе;

2. выделены классы специалистов с позиции использования ими геоинформационных систем и геоинформационных технологий;

3. предложены модели образования в области геоинформационных систем для различных классов специалистов (гуманитариев, специалистов естественнонаучного профиля, в частности, геоэкологов, специалистов-разработчиков);

4. разработаны методики использования ГИС в базовом и профессиональном обучении студентов геологических специальностей (на примере геоэкологов), обеспечивающие системный подход в области подготовки специалистов по геоинформационным системам и технологиям как в очном, так и в дистанционном образовании;

5. подготовлена коллекция задач для реализации методики обучения геоинформационным технологиям различных классов специалистов.

В настоящее время методические разработки практически используются при подготовке специалистов в Университете «Дубна». Их эффективность и перспективность подтверждается широким спектром тем выпускных работ студентов Университета, связанных с разработкой и применением геоинформационных систем. Нередко эти работы служат основанием для трудоустройства выпускников.

Предполагается дальнейшее развитие работы как в направлениях более широкого использования геоинформационных технологий в обучении, так и в развитии форм обучения геоинформационным технологиям. Качественное и количественное развитие коллекции задач должно повысить эффективность формирования информационной карты предметной деятельности при подготовке как специалистов в области недропользования и природопользования, так других областей.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Прогулова, Татьяна Борисовна, Дубна

1. Абросимов А.В. Опыт Курганского ГУ по обучению современным геоинформационным технологиям/Информационный бюллетень ГИС-ассоциации №1 (33) -2 (34) 2002, с. 65-67.

2. Агранович Б.Л. Геоинформационная система мониторинга и анализа устойчивого развития региона/В сб.: Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе. Труды XXIX международной конференции.— Гурзуф, 2002, с.21-22.

3. Баранов Ю.Б., Берлянт A.M., Кошкарев А.В., Серапинас Б.Б., Филиппов Ю.А. Толковый словарь по геоинформатике. Под ред. Берлянта A.M., Кошкарева А.В., 1997.

4. Бешенков С.А., Гейн А.Г., Григорьев С.Г. Информатика и информационные технологии. — Екатеринбург, Уральский гос. пед. университет, 1995.

5. Блинкова О. 30 лет ГИС и тенденции на будущее. — htpp://gisnews.icc.ru/gistory.html

6. Блинкова О. Парадная история ГИС. — htpp://gisnews.icc.ru/gistory2.html

7. Гайгул А.В., Кузнецов А.И. Обучение геоинформатике в колледже/Информационный бюллетень ГИС-ассоциации №1 (33) 2 (34) 2002, с. 70.

8. Геоинформационная система для решения задач лицензирования недропользования и задач рационального использования недр. — http://www.cctpu.edu.ru/win/product/gis.htm

9. Гиркин И. В. Новые подходы к организации учебного процесса с использованием современных компьютерных технологий. —Информационные технологии, 1998, №6, с.46.

10. ГИС в Западной Сибири. —http://www.gis.cctpu.edu.ru/

11. ГИС-технологии в геологическом изучении недр/Гл.ред. д.т.н. Черемисина Е.Н. — М.: ВНИИгеосистем, 1996.

12. Дацун Н.Н. Модели дистанционного обучения/В сб.: Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе. Труды XXVII международной конференции. —Гурзуф, 2000, с. 103-104.

13. Дистанционное образование. — http:// www.nntu.sci-nnov/DISLRN.

14. Добрынин В.Н., Мазный Г.Л., Прогулова Т.Б., Трофимович Э.Э., Черемисина Е.Н. Концепция формирования объемных сцен на основе экспериментальных данных International

15. Conference: Computational Modelling and Computing in Physics. CMCP'96, Book of Abstracts. — Dubna: Joint Institute for Nuclear Research, 1996, p.60.

16. Живичин В. ГИС для нефтегазовой промышленности//САПР и графика. Геоинформационные системы, №11, 1997, с.33.

17. Жуков В.Т., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Компьютерное геоэкологическое картографирование. — М.: Научный мир, 1999.

18. Заславский И. ГИС в американских университетах / ГИС обозрение 3/1997, с. 10-13.

19. Землянский А. А. Информатика. — Москва: Издательство МСХА, 1999.

20. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. — М.: МАКС Пресс, 2001.

21. Информационные технологии в высшей школе. Геоинформатика и географические информационные системы. Отраслевой стандарт Минобразования России ОСТВШ 02.001-97, 1998.

22. Калантаев П.А., Пяткин В.П. Объекшо-ориентированная ГИС в сети Intranet // В сб.: Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе. Труды XXVII международной конференции. — Гурзуф, 2000, с. 19-21.

23. Кокшарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика/Под ред. Д.В. Лесницкого. — М.: Карто-центр-Геоиздат, 1993.

24. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика. Справочное пособие.— М.: 1997.— с.213.

25. Колин К. К. Информатика в системе опережающего образования. — Москва, 1996.

26. Колин К. К. Информатизация образования как фундаментальная проблема. — Дистанционное образование, 1998, №6, с. 10.

27. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. —М.: Комитет ГИС-образование ГИС-Ассоциации, 1997.

28. Королев Ю. ГИС и САПР: история, современное состояние, перспективы развития/ААЕ1-CREVIEW. — 1998. — №2(5). — с.З^.

29. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. —М.: СП «Дата+», 1998. — 118 с.

30. Кошкарев А.В., Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы. — М.: Наука, 1987.

31. Кузнецов О.Л., Никитин А.А. Геоинформатика. —М.: Недра, 1992.

32. Кузнецов О.Л., Черемисина Е.Н. Интегрированный системный анализ многоуровневой разнородной информации//Геоинформатика. — 1999. — №3. — С.3-6.

33. Кузьмин Ю. Геоинформационные системы нового поколения — подход корпорации Intergraph. — http://www.intergraph.ru/articles/newgis.shtml

34. Ларикова О.И., Митракова О.В. Создание прикладной геоинформационной системы для оценки геолого-экономических условий освоения месторождения и определения необходимого комплекса природоохранных мероприятий/Геоинформатика, №1, 1999, с.50-51.

35. Лурье И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы. Учебно-методическое пособие. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997. — 114 с.

36. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование и геоинформатика — учебные дисциплины. — http://www.geomarket.ru/578.html

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

38. Любимова А.В., Чесалов Л.Е., Толмачева Е.Р. Цифровые атласы по геологическим и геоэкологическим данным//Геоинформатика. — 1999. — №3. — С.43^-8.

39. Мазный Г.Л., Черемисина E.H., Прогулова Т.Б. Региональный международный центр информатизации образования в Дубне.— Компьютеры в учебном процессе, № 6, 1999, с. 5-11.

40. Макарова Н. В. Информатика. — М.: Финансы и статистика, 1997.

41. Мартыненко А.И., Бугаевский Ю.Л., Шибалов С.Н. Основы ГИС: Теория и практика. Фадеев В.A. WinGIS — руководство пользователя. — М.: МП «Геоинформационные технологии», 1995.

42. Матвеев С. Ю. Геоинформационные системы и Internet: новые возможности управления территориальной инфраструктурой. — Информационные технологии, 1998, №11, с.36.

43. Мельник В. Региональные геоинформационные системы по геологии и полезным ископаемым в магаданской области. —http://www.kolyma.ru/magadan/Science/gisl.shtml

44. Митракова О.В. Информационно-аналитические системы в природопользовании и устойчивом развитии/В сб.: Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе. Труды XXIX международной конференции.— Гурзуф, 2002, с. 146-148.

45. Митракова О.В., Деев К.В., Суханов М.Г., Морозов К.К. Системы информационно-аналитического обеспечения недропользования//Геоинформатика.— 1999.— №3. —С.39-42.

46. Могилев А. В. Педагогические аспекты дистанционного образования. — http:// www.vspu.as.ru.

47. Морозов К.К. Разработка баз данных при создании прикладных геоинформационных систем в природопользовании//Геоинформатика. — 1999. — №3. —С.28-30.

48. Недилько Б.Е., Приставка А.Ф., Передерий А.И. Новые информационные технологии и программное обеспечение в географии и геологии. —Днепропетровск: ДДУ, 1997.

49. Образование, которое мы можем потерять. Сборник/Под общ.ред. В.А. Садовничего. — Москва: МГУ, Институт компьютерных исследований, 2002.

50. Полат Е.С. Дистанционное обучение. Пособие по разделу курса «Проблемы и особенности разработки Интернет-ресурсов образовательного назначения»/Под ред. А.А. Елизарова. — М.: 2000.

51. Прогулова Т.Б. Геоинформационные технологии в управлении и обучении. — М.: Научно-методический сборник тезисов докладов VII Международной выставки-конференции «Информационные технологии в образовании» 10 февраля 13 февраля 1998 г., 1998, с.50.

52. Прогулова Т.Б. ГИС-технологии в учебном процессе. — Воронеж: Тезисы докладов Всероссийского совещания-семинара «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» 26-29 июня 1996 г., 1996, с.53-54.

53. Прогулова Т.Б., Черемисина Е.Н. Геоинформационные системы и технологии в образовании. — М.: Тезисы докладов V Международной конференции «Математика, компьютер, образование» Дубна, 26-31 января 1998 г., 1998, с.219.

54. Прогулова Т.Б., Черемисина Е.Н. ГИС-технологии в муниципальных службах города Дубна. — М.: Тезисы докладов V Международной конференции «Математика, компьютер, образование», Дубна, 26-31 января 1998 г., 1998, с. 220.

55. Сурнин А.Ф. Муниципальные информационные системы. Опыт разработки и эксплуатации. Обнинск, 1998. — 218 с.

56. Суханов М.Г., Чесалов Л.Е., Шумихин А.С. Технология доступа и обработки данных в распределенной ГИС-системе//Геоинформатика. — 1999. — №3. — С.25-27.

57. Усков В.Л., Ускова М. Информационные технологии в образовании. — Информационные технологии, т. 1, 1999, с.31-37.

58. Финкельштейн М.Я., Деев К.В. ГИС INTEGRO — инструмент для создания прикладных технологий в природопользовании//Геоинформатика. — 1999. —№3. — С.22-24.

59. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. — Изд-во Оксфордского университета, 1991.

60. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. — М.: Финансы и статистика, 1998.

61. Черемисина Е.Н., Добрынин В.Н. Математические методы и средства вычислительной техники в геолого-прогнозных исследованиях. — М.: Недра, 1988.

62. Черемисина Е.Н., Лопатин Н.В., Гильберштейн П.Г., Галуев В.И., Любимова А.В. Региональная оценка перспектив нефтегазоносности бассейна на основе интегрирования геоин-формации//Геоинформатика. — 1999. — №3. — С.53-57.

63. Черемисина Е.Н, Мельникова О.И., Прогулова Т.Е. ГИС-технологии в образовании. — М.: МГУ, Тезисы докладов на научном семинаре «Компьютерные технологии в образовании», с.9-11.

64. Черемисина Е.Н., Прогулова Т.Б. Геоинформационные технологии в образовании / Геоинформатика, №4, 2002, с. 51-53.

65. Черемисина Е.Н., Редькина М.В. Формы контроля знания при дистанционном обучении/ В сб.: Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе. Труды XXIX международной конференции (осенняя сессия). —Гурзуф, 2002, с.137-140.

66. Черемисина Е.Н., Финкельштейн М.Я., Мигракова О.В. Методика постановки и решения прогнозно-диагностических задач в природопользовании//Геоинформатика. — 1999. — №3. — С.7-12.

67. Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 1997. — 253 с.

68. Benyon D., Stone D., Woodroffe М. Experience with developing multimedia courseware for the Word Wide Web: the need for better tools and clear pedagogy, Academic Press Ltd, 1997.

69. Ь1рр://сш1^и.8ефикЬоу.5и^ШМ1ГтЬ.Ыт1 — коллекция определений ГИС91. http://www.tantal.ru/ — Сервер Русского института управления92. http://www.tisbi.ru/ — Татарский институт содействия бизнесу