Опыт применения ГИС технологий на уроках географии
статья по географии на тему

   Современная школа, строится на основе федеральных стандартов, но даже стандарты не могут  обеспечить  всестороннее  развитие учащихся, следовательно, надо искать методы, способы или средства с помощью которых можно повысить качество уроков. Так, например,  ГИС-технологии  представляют  широкий  спектр  возможностей  исследо-вательской работы учащихся.

    Поскольку новые ФГОС, основной мыслью, которых является самостоятельная деятельность по изучению того или иного школьного предмета, то именно ГИС технологии и позволяют учащимся понять, а главное осмыслить, как полученную информацию от учителя, так и самостоятельно найденную в процессе анализа карт, сделанных ими самими.

Ведущая педагогическая идея опыта

   Ведущую идею данного опыта вижу в следующем:

- формирование самообразовательных умений учащихся на уроках географии посредством ГИС как способа организации учебно-познавательной деятельности;

- формирование творческих способностей как возможностей создавать новое, оригинальное;

- формирование активной, творческой личности, способной на преобразования

Длительность работы над опытом

   Опыт, над которым я работаю, актуален и перспективен. Работая над ним прошел через определенные этапы. Общая их продолжительность – 3 года.

1 –ый этап: изучение фактического уровня подготовки учащихся через собеседование, наблюдение во время урока;

2 –ой этап: изучение состояния вопроса в науке через учебу на географическом факультете в магистратуре АлтГУ, курсы повышения квалификации, ознакомление с передовым опытом коллег;

- 3 –ий этап: организация практической деятельности на уроках, разработка конспектов, презентаций и др.

Теоретическая база опыта

   В основе опыта – педагогические идеи выдающихся педагогов: И. Песталоцци, В.А. Сухомлинского, А. Дистервега и др., общая идея которых заключается в том, что для успешного обучения и воспитания необходимо развитие познавательной активности учащихся, их творческих способностей.

   В работе находят отклик и предложения, выдвинутые Ю.К. Бабанским в научных трудах в разделе «Концепция содержания методов и форм организации обучения в современной образовательной школе», одним из его предложений является усиление мотивации учения школьников. Учтено значение технологии развивающего обучения В.В. Давыдова, З.И. Калмыковой.

Новизна опыта

Новизна опыта состоит в создании системы применения ГИС, направленных на развитие познавательной деятельности учащихся на уроках географии, создании условий для ее активизации посредством широкого внедрения в образовательный процесс.

Технология опыта

   Из своего опыта я понял, что только тогда испытываю истинное удовольствие, когда вижу любопытные глаза детей, когда урок заканчивается вопросами, а во время урока случается неподдельный интерес и удивление. А чтобы это случилось учитель должен всегда напряженно работать. Да, это трудно.

От того, насколько правильно определена цель урока, отобран материал, подобраны адекватные методы, средства обучения зависит качество и успешность достижения результатов. Одной из инновационных технологий при изучении географии является ГИС

  Наш век — век информации. ГИС — технология управления ею. Это цифровой образовательный инструмент, работающий с цифровыми, учебными географическими картами, космическими снимками в процессе обучения географии при демонстрационном использовании учителем и самостоятельной работе учеников.

   Первым вопросом человека, не знакомого с географическими информационными систе-мами (ГИС), будет, конечно, "зачем мне это нужно?". Действительно, мы не пользуемся атласами и картами каждую минуту нашей жизни. И географию, как многие считают, изу-чать не обязательно.  К тому же информации из разных источников мы и так получаем больше, чем иногда хотелось бы. И нужно ли ее еще и систематизировать? Тут есть о чем задуматься. Серьезно над этим вопросом задумался и я:Что я знаю о ГИС, чего не знаю?                                                                                                                                 Гипотеза: Если я овладею данной технологией,  как это скажется на качестве образова-тельного процесса?                                                                                                                 Попробовал разобраться. Для этого изучил соответствующую литературу, статьи в сети Интернет, овладел практическими навыками. Как нельзя кстати пригодились знания, полученные во время учебы в магистратуре АлтГУ.  Для себя понял, что  ГИС - это нечто большее, чем карта, перенесенная на компьютер. А еще: важно не только обладать информацией.

   Для меня, как для педагога, сегодня важно уметь работать с имеющейся информацией. Методы работы с данными постоянно совершенствуются, и теперь уже привычно видеть документы, таблицы, графики, чертежи и картинки на экране компьютера. Одним из типов документов, в который компьютер вдохнул новую жизнь, стала и географическая карта. Существуют виды деятельности, в которых карты - электронные, бумажные или хотя бы представляемые в уме - незаменимы. Даже в быту, мы регулярно работаем с информацией о географическом положении объектов - магазин, детский сад, работа, школа… Пространственное мышление естественно для нашего сознания.

   Последние десятилетия ознаменовались бумом в области применения карт, и связано это с возникновением  Географических Информационных Систем, воплотивших принципиально новый подход в работе с пространственными данными.

   ГИС (географическая информационная система) – это и современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, а также событий, происходящих на нашей планете, в нашей жизни и деятельности.

Географическая Информационная Система - это компьютерная система, позволяющая показывать необходимые данные на электронной карте. Карты, созданные с помощью ГИС, можно смело назвать картами нового поколения. На карты ГИС можно нанести не только географические, но и статистические, демографические, технические и многие другие виды данных и применять к ним разнообразные аналитические операции.

Электронная карта, созданная в ГИС, поддерживается мощным арсеналом аналитических средств, богатым инструментарием создания и редактирования объектов, а также базами данных, устройствами сканирования, печати, средствами Интернет и даже космическими снимками и информацией со спутников.

 Как работает ГИС на моих уроках?

    В отличие от обычной бумажной карты, электронная карта, созданная в ГИС, содержит скрытую информацию, которую можно “активизировать” по необходимости. ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Каждый слой состоит из данных на определенную тему. Например, сведения о пространственном положении, привязка к географическим координатам или ссылки на адрес и табличные данные. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения объекта применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте, где находится интересующий объект.

Например, если вы изучаете определенную территорию, то один слой карты может содержать данные о дорогах, второй - о водоемах, третий – о проживающем там населении, четвертый о больницах и так далее. Вы можете просматривать каждый слой-карту по отдельности, а можете совмещать сразу несколько слоев, или выбирать отдельную информацию из различных слоев и выводить ее на карту. Вы также можете моделировать различные ситуации, всякий раз получая изображения в соответствии с поставленной задачей, причем без необходимости создавать новую карту.

 Задачи, которые решает ГИС на уроке географии

   При наличии ГИС и географической информации  можно получить ответы как на простые вопросы о расположении объектов, так и на сложные типа Что находится на…? Что изменилось с…? Что если..? и др. Раньше карты создавались на столетия. И сейчас не всегда мы имеем возможность приобрести новые, современные карты, дающие правдивую информацию, соответствующую сегодняшнему дню. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

ГИС дает возможность для проведения учебных исследований.

Результаты исследований учащиеся оформляют с помощью презентаций или текстовых документов, в которых отражают ответы на вопросы исследования и демонстрируют копии экранных картинок, фрагменты карт, фотографии, найденные с помощью той или иной программы. Учащиеся отвечают на вопросы учителя о том, как проводилось исследование, какие средства программы они использовали.

    Каковы  же возможности  использования  геоинформационных  систем   на   уроках географии, которые являются неотъемлемой частью информатизации географического образования?  Я считаю,  что  важно  использовать  современные  информационные и коммуникационные технологии. Использование презентаций, фильмов особенно важно на уроках географии. Но необходимо, так же использовать и электронный картографический материал. Электронные  карты давно перестали служить только "изображением Земли на плоскости", это  уже  полноценная  модель  Земного  шара,  где  так  же  предоставлена атрибутивная информация об объектах, существует возможность добавления фотографий с   конкретной географической привязкой (что очень важно для будущего географа).
   ГИС (геоинформационные системы) позволяют визуализировать (представить в виде цифровой  карты)  большие  объёмы  статистической  информации,  имеющей географическую привязку. Программы позволяют создавать и редактировать карты всех масштабов, расшифровывать космические снимки, обрабатывать карты с последующей их отрисовкой. Также  необходима  база  данных  космических  снимков, которые могут быть сделаны  различными  спутниками,  в  различное  время  года  за  несколько  лет.  Так, например,  использование  тематических  космических  снимков  (водных,  лесных, биологических ресурсов, метеорологических данных и др.) позволит осуществить анализ, проследить динамику развития природных и экологических процессов и явлений, сделать прогноз на будущее.
  На образовательном  рынке предоставлен широкий спектр ГИС. Многие из них являются профессиональными и конечно слишком дороги для приобретения школ, но есть и такие, которыми может воспользоваться учитель любой школы.  Одним из таких является применение геоинформационных сервисов Google, которые построены на использовании электронных карт и космоснимков: Google Maps и Google Earth. Данные сервисы позволяют не только просматривать космические снимки и карты, но и, активизируя дополнительные слои (природные явления: вид из космоса, глобальные проблемы и изучение окружающей среды и др.). Существенным преимуществом сервиса, на мой взгляд, является возможность создания и редактирования собственного слоя не только одним учащимся, но и группой формируя при этом сообщество по типу «web 2.0».
  Сервис Google Earth и Google Maps даёт поистине уникальную информацию о нашей планете. Он предоставляет данные о погодных условиях, состоянии океана, распределении исчезающих видов растений и животных по планете, позволяет следить за передвижением некоторых морских животных в океане. Кроме того, есть функции демонстрации ландшафтов Луны и Марса, режим просмотра снимков звездного неба – и это далеко не все возможности Google Earth. Так, при включении слоя «Погода» на фотокарте отразится состояние облачного слоя над нашей планетой в данный момент времени, температура воздуха, влажность, скорость ветра, давление в различных районах земного шара и даже прогноз погоды на будущие 10 дней. Все эти данные передаются со спутников и постоянно обновляются. 
   Слой «Океан» будет полезен при изучении Мирового океана. Этот слой даёт информацию о рельефе дна океана, давлении на уровне моря, скорости течений, отражает наивысшие высоты волн и т.д. Данные передаются с буёв, установленных в Мировом океане в акваториях США, Канады, Англии, Японии и некоторых других стран. Кроме того, в слое «Океан» представлены некоторые результаты национальных и международных проектов, проводимых под патронажем США. Это, например, «Проект по отслеживанию передвижения морских животных в океане», международный проект «Перепись морской жизни» и пр. 
   Слой «Земля в 3-х мерном пространстве» позволит учащимся совершить виртуальную экскурсию на уникальные природные объекты нашей планеты, увидеть результаты действия некоторых геологических процессов, происходящих на поверхности Земли. В объёме прорисованы высочайшая вершина мира гора Эверест, вулкан Везувий, Ключевская Сопка и др. Помимо природных объектов в 3D изображены выдающиеся произведения архитектуры, например, Эйфелева башня, небоскрёбы Нью-Йорка.
   Слой «Галерея» включает подслои «360 Cities» (отражает панорамные снимки локальных объектов), «Красивые места планеты: вид из космоса», «Природные явления: вид из космоса», «Снимки Земли, сделанные астронавтами», «Огни городов Земли». Подслой «Огни городов Земли» поможет дать представление о расселении населения по земному шару, наблюдать агломерации крупных городов и мегаполисы. Раздел «Природные явления: вид из космоса» поможет наглядно продемонстрировать некоторые природные явления и раскрыть механизмы их возникновения. 
Как особое природное явление, занимающее немаловажное значение в жизни человека, в отдельный раздел были вынесены землетрясения. При включении этого слоя, на карте пунсонами отображаются землетрясения силой более 1 балла. Выдаётся краткая информация о месте, магнитуде, дате и времени землетрясения. Ко всему, Google Earth отображает распространение вулканов по поверхности Земли с указанием их краткой характеристики. Благодаря этим слоям, ученик сможет выявить зоны сейсмической активности на планете. 
   При изучении глобальных экологических проблем большую помощь может оказать слой «Глобальные проблемы и изучение окружающей среды». Здесь предоставлены материалы крупных международных природоохранных и социальных проектов по сохранению исчезающих видов растений и животных, сбережению историко-архитектурных памятников. Отображаемая информация привязана к карте и даёт пространственное представление о глобальных проблемах человечества.
Функция «Просмотр исторических изображений» даёт возможность увидеть снимки, сделанные в различные временные промежутки (начиная с 2002 года), что позволяет выявить изменения, произошедшие в природных и городских ландшафтов во времени.
Для публикации своих научных разработок в Google Earth используется функция «Создание собственного слоя», куда можно импортировать свои географические данные и просматривать их наряду с другими слоями. При публикации этого слой он может стать доступным для всех пользователей Google. 
  Конечно, сейчас нельзя полностью раскрыть весь потенциал сервисов Google, который я использую на уроках географии и при изучении географии своего края. Использование данных сервисов требует от учителя особой подготовки к проведению уроков, но это в свою очередь делает географию более наглядной и жизненной, дает возможность активно использовать интернет ресурсы.

   На своих уроках использую также ГИС «Живая природа»

Использование ГИС «Живая география» дает следующие возможности:

- умение анализировать снимки Земли с космоса с последующим его изучением;

- менять содержание карты с помощью управления слоями;

- добавлять различные объекты;

- изучать пирамиду масштабирования;

   С помощью «Живой природы» можно научить учащихся, как накладывать различные тематические карты друг на друга, продемонстрировать их, а также как найти и описать любой уголок земного шара или даже самостоятельно построить трехмерную модель местности (объемное изображение). Более того данная система может анализировать статистические данные, с дальнейшим построением картограмм, картодиаграмм и быстро производить измерения расстояний.

В дальнейшем на основе все тех же статистических данных учащиеся для более полноценного восприятия темы могут накладывать созданные ими же картограммы на сделанные ими цифровые контурные карты. Далее учащиеся могут накладывать различные снимки на карты.

Соответственно именно возможность настраивать карту на определенный урок позволяет учителю вместе учащимися выявлять причинно-следственные связи и закономерности, развивая тем самым пространственное мышление

   На основе ГИС «Живая география», подавая новый материал, включаю, тем самым, образное осмысление материала с дальнейшим его усвоением.  Так на примере темы «Рельеф и недра России» могу загрузить в ГИС «Живая География» карту «Тектоника и минеральные ресурсы», а затем убрать все слои, кроме морей и океанов, математической основы, системного и плит платформ, объясняя попутно геологическое строение России с точки зрения теории движения литосферных плит.

   Россия расположена на нескольких литосферных плитах, при взаимодействии которых образуются крупнейшие формы рельефа.   Называю платформы и плиты, показываю их на карте, учащиеся записывают или обозначают их на контурной карте. После этого  накладываю на тектоническую карту растр “Рельеф России” и называю крупнейшие формы рельефа (равнины и горы), соответствующие тектоническим структурам. Учащиеся записывают и обозначают их на контурных картах.

Для большей наглядности лучшим способом будет наложение на карту космического снимка России, на котором хорошо видны особенности рельефа страны.

   Чтобы осмысление материала было полное, а именно понимание процессов происходящих в недрах Земли можно выделить цветом границы плит, где происходят землетрясения и развит вулканизм.  Добавляю слои «Землетрясения» и «Вулканизм», ученики обозначают зоны сейсмической активности на территории России, крупнейшие вулканы и разрушительные землетрясения.

     Изучив теоретическую часть вместе с учителем, ученики, загрузив соответствующие карты в компьютеры,  должны подтвердить свой вывод о взаимосвязи геологического строения, рельефа и сейсмической активности на примере своей местности.

Результативность опыта

 Использование ГИС технологий в процессе обучения географии формирует способность и готовность учащихся к использованию географических знаний и умений в повседневной жизни, позволяет их подготовить к работе с информацией во всех формах и различных сферах жизнедеятельности.

    Владение данными технологиями оказывает неоценимую помощь при подготовке к различным конкурсам, олимпиадам, сдаче ЕГЭ. Убежден, что высокие результаты, которых достигли мои ученики, стали возможны, в том числе, благодаря владению ГИС технологиями.

Назову эти результаты:

- Победа в районной Олимпиаде по географии (Золотарев Замир 2013г.,Чернышов Константин 2013г.)

- Победа во Всероссийской познавательной викторине «Широка страна моя родная – реки России»- Дударева Полина (1 место), Золотарев Замир  (1 место), 2015г.

-Сдача ОГЭ Золотарев Замир- «отлично», 2016г.

-Сдача ЕГЭ: Сигитов Александр- «отлично» ( 2014г.), Чернышов Константин «хорошо»  

-Пахомов Александр и  Золотарев Замир были приглашены для участия в очном этапе краевого конкурса «Вокруг света» (2016г.)

Библиографический список

1. Бабанский Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса М., 1989
2. Душина И.В. Педагогические технологии обучения географии. География в школе№3, 2001
3. Крылова О.В. Современный урок. География в школе №2, 2008
4. Новенко Д.В. Новые информационные технологии в обучении. География в школе№5, 2012

Приложение к опыту:

Приложение 1 Урок (конспект) 5 класс. Тема: «Землетрясения. Вулканизм».

Приложение 2 Конспект урока. 6 класс. Тема: «Озера и болота»

Приложение 3Конспект урока. 6 класс. Тема: «Особенности жизни в океане. Распространение жизни в океане»