Геоинформационная система по ландшафтам Командорских островов для научных и образовательных целей

Размещено на http://allbest.ru

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПО ЛАНДШАФТАМ КОМАНДОРСКИХ ОСТРОВОВ ДЛЯ НАУЧНЫХ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЕЙ

И.В. Чильчигешева

геоинформационная система ландшафт школьный урок

GIS FOR LANDSCAPES OF THE COMMANDER ISLANDS FOR SCIENTIFIC AND EDUCATIONAL PURPOSES

Chilchigesheva I.V.

National Research Tomsk State University, Tomsk, Russia

The possibilities of using GIS for school education are examined on the example of studying the landscapes of the Commander Islands. The experience of creating a landscape GIS of the Commander Islands based on satellite imagery, UAV images, and field expedition studies is described. Geo-informational mapping of landscapes was carried out. The results of school lessons using landscape GIS are analyzed.

In our opinion, the use of GIS developed during the implementation of scientific projects and for educational purposes has great prospects. This approach is often used in higher education, but much less often for school education.

The Commander Islands are located in the northwestern the Pacific Ocean. From the south, they are washed by the waters of the Pacific Ocean, and from the north by the waters of the Bering Sea.

The purpose of this study is a development of GIS for landscapes of the Commander Islands (as a part of the research work at the Commander State Biosphere Conservancy Area) and the use of this system for school education.

To study the features of landscapes during the summer and autumn 2019, field studies were conducted on Mednyi island. Landscape descriptions of key areas, including geobotanical, soil, and geomorphological descriptions, have been produced. In total, 301 points were described and 6 key sections were taken from the UAV.

The created GIS was used in geography classes at school. Using landscape GIS, you can clearly show students, for example, with which geosystems some species of plants and animals are associated.

Using the electronic map, a brief physical and geographical characteristic of Bering Island was shown and a small introduction of children to toponyms of Commander Islands (in the format of questions and answers) was made. Visual material was provided by different maps of the islands.

In the course of the workshop, students were given material in the form of an outline map of the island. Using GIS, they needed to map the names of geographical objects that children know, and also measure the distance of patrol routes on the map using a ruler.

It is currently planned to significantly increase the information base of the created GIS to solve the scientific problems of the Conservancy Area. For example, according to large-scale topographic maps and UAV images, a highly detailed digital elevation model (DEM) of the island is created. In this case, various DEM formats are used: TIN (based on vector elevation data from topographic maps) and GRID (based on UAV survey data). On the basis of the DEM, it is planned to create a series of thematic maps of the most important morphometric indicators and to conduct regionalization of the territory on the basis of the oroclimatic analysis. In the process of landscape mapping, it is also planned to carry out a morphometric analysis of geosystems with the use of DEM based on the methods developed by TSU researchers. Keywords: GIS, landscape, the Commander Islands, school education.

Современную общеобразовательную и высшую школу характеризует активный переход к использованию новых информационных технологий. В учебном процессе реализуются программы информатизации, разработаны электронные учебники, развиваются дистанционные технологии получения образования, создана Российская единая коллекция цифровых образовательных ресурсов. Государственный стандарт общего среднего образования по географии требует, чтобы изучение данного предмета в школе было направлено на овладение умениями ориентироваться на местности; использование одного из «языков» международного общения -- географической карты, статистических материалов, современных геоинформационных технологий для поиска, интерпретации и демонстрации различных географических данных.

В настоящее время в ряде стран мира (в частности, в США, Великобритании, Австрии и др.) геоинформационные системы (ГИС) широко применяются в школьном географическом образовании. О необходимости внедрения геоинформационных технологий в систему общего образования России говорили еще более 10 лет назад [1-3]. Однако проблема использования и проектирования геоинформационных систем в средней школе на практическом уровне до настоящего времени не решена. Применение ГИС происходит пока только в рамках отдельных экспериментов. Проводятся редкие научные исследования с целью обоснования и практической реализации методической системы обучения по созданию и использованию учебных геоинфор- мационных систем в различных курсах средней школы [4, 5].

На наш взгляд, большие перспективы имеет использование ГИС, разработанных в ходе реализации научных проектов, и для образовательных целей. Такой подход часто используется в высшем образовании [6], но для школьного образования гораздо реже.

Целью данного исследования является разработка ГИС по ландшафтам Командорских островов (в рамках научной работы государственного биосферного природного заповедника «Командорский» им. С.В. Маракова) и применение этой системы для школьного образования.

Командорские острова расположены в северозападной части Тихого океана. С юга омываются водами Тихого океана, а с севера - водами Берингова моря. Командорский архипелаг -- западный блок Алеутской островной дуги. Нередко из-за особенностей геологической истории и расположения Командорских островов, отделенных от основной части Алеутских островов широким проливом, дугу называют Командорско-Алеутской. Общая протяженность Командорско-Алеутской дуги, состоящей из 150 островов и 47 проливов, составляет 2 260 км. Территория Командорских островов -- уникальный в природном отношении регион, его специфику определяет местоположение -- самые северные на российском Дальнем Востоке океанические острова, развивавшиеся в сложных и многократно менявшихся условиях преобразований рельефа, климата, биоты, под воздействием вулканизма и оледенений, колебаний уровня океана [7].

Для изучения особенностей ландшафтов летом и осенью 2019 г. были проведены полевые исследования на о. Медный. Произведены ландшафтные описания ключевых участков, включая геоботанические, почвенные и геоморфологические. Всего была описана 301 точка и была произведена съемка с БПЛА 6 ключевых участков (рис. 1).

При описании ландшафтов о. Медный была использована классификация А.Н. Иванова, сделанная для о. Беринга [8], и были выделены следующие виды геосистем ранга местностей: среднегорные, низкогорные, озерно-аллювиальные и прибрежные. Внутри местностей были картографированы типы урочищ. При создании ГИС использовалось программное обеспечение ArcGIS (ESRI Inc.). Источники информационного обеспечения ГИС: разновременные космические снимки, базы данных с отметками встреч животных и разных ландшафтов на территории Командорских островов, материалы полевых исследований. В результате была создана цифровая ландшафтная карта (рис. 2).

Рис. 1. Ортофотоплан долины руч. Бобровый на о. Медный

Пространственный анализ ландшафтов на основе ГИС показал, что среди береговых геосистем преобладают абразионные выступы, аккумулятивные песчаные и галечные пляжи.

Рис. 2. Фрагмент цифровой ландшафтной карты (район бухты Песчаная на о. Медный

Имеется несколько песчаных дюн: бухта Жировая, бухта Ожидания, бухта Корабельная, бухта Песчаная (рис. 3). На территории присутствуют три наиболее крупные озерные котловины: возле озера Гладковское, озера Жировое, озера Песчаное. Озерные котловины во время потеплений климата были заливами. Озерные котловины находятся в понижениях между сопками, все расположены на беринговоморском побережье. Озерные котловины отделены от моря песчаными наносами, покрытыми растительностью.

Рис. 3. Бухта Песчаная на о. Медный (фото автора)

Растительность представлена разнотравными, осоково-разнотравными лугами, маршевыми осоковыми лужайками. Низкогорные геосистемы представлены преимущественно сильно расчлененными склонами. Почвы представлены тундровыми подбурами, тундровыми подбурами слаборазвитыми и пионерными почвами. Растительность представлена в основном кустарничковыми, разнотравно-кустарничковыми тундрами с лишайниками, щебнистыми кустарничковыми тундрами.

Созданная ГИС была использована на уроках географии в школе. С помощью ландшафтной ГИС можно наглядно показать школьникам, например, к каким геосистемам приурочены отдельные виды растений и животных. Поскольку я являюсь сотрудником заповедника со специализацией ландшафтоведение, то мне представилась возможность провести занятия в местной школе для школьников с восьмого по одиннадцатый класс. Так как занятия проводились от заповедника «Командорский», в границах которого расположено село, то целью являлось знакомство детей с территорией заповедника в формате небольшой теории и практикума. Занятия проводились для школьников 8--9-х классов Алеутского района (о. Беринга).

В теоретической части рассказывается о причинах создания заповедника, для чего он нужен и как дети могут помочь заповеднику, ведь их участие тоже во многом может помочь сотрудникам в сборе информации. С помощью электронной карты ГИС была показана краткая физико-географическая характеристика о. Беринга и произведен небольшой экскурс детей в топонимику Командорских островов (в формате вопросов и ответов). Наглядный материал был представлен разными картами островов.

В процессе практикума школьникам раздавался материал в виде контурной карты острова. С использованием ГИС им необходимо было нанести на карту названия географических объектов, которые дети знают, и также измерить расстояния маршрутов патрулирования по карте с помощью линейки.

Дети справились практически успешно, многим было интересно. Однако при проектировании следующих занятий стоит сделать упор именно на заповедную составляющую, так как проблема многих детей в том, что они не понимают цели создания и запрета посещения заповедных ядер. При следующих занятиях стоит это учесть и более подробнее рассказать о заповедной системе и для чего она нужна. А также подготовить хороший иллюстративный материал, так как у школьников вызывают больший интерес фотографии мест, в которых царствует дикая природа. Тем более средства ГИС позволяют объединять иллюстративную графику (фотографии) с объектами на карте. В целом использование ГИС в школьном образовании позволяет значительно улучшить восприятие материала и повысить интерес к учебе.

Для решения научных задач заповедника в настоящее время планируется существенно увеличить информационную базу созданной ГИС. Например, по данным крупномасштабных топографических карт и съемок с БПЛА создается высокодетальная цифровая модель рельефа (ЦМР) острова. При этом используются различные форматы ЦМР [9]: TIN (на основе высотных данных с топокарт) и GRID (по данным съемки). На основе ЦМР планируется создать серию тематических карт важнейших морфометрических показателей и провести районирование территории по принципу ороклиматической общности [10]. В процессе ландшафтного картографирования планируется также провести морфометрический анализ геосистем по ЦМР на основе методик, разработанных сотрудниками ТГУ [11, 12].

ЛИТЕРАТУРА

1. Гохман В. Познание мира через ГИС // ArcReview. 2002. № 2.

2. Новенко Д.В. Использование геоинформационных технологий в школьном географическом образовании / / География в школе. 2007. № 7. С. 36--40.

3. Шайтура С.В. Концепция создания и использование единой школьной геоинформационной гиперсистемы. Интернет. Общество. Личность -- ИОЛ-2000. Секция: F. Телекоммуникации и Интернет в среднем образовании. URL: http:// www.ict.edu.ru/vconf/index (дата обращения: 23.05.20).

4. Жигулина О.В., Бочарникова ЭА. Использование геоинформационных систем на уроках географии // Молодой ученый. 2014. № 12 (71). С. 255-257.

5. Анитина Л.В., Греков И.М. Использование геоин- формационных систем на современных уроках географии // География: развитие науки и образования. СПб., 2019. С. 328-331.

6. Демкин В.П., Хромых В.В., Березин А.Е. [и др.]. Высокопроизводительная геоинформационная система мониторинга и прогнозирования состояния природных объектов для решения научно-технических и образовательных задач // Открытое и дистанционное образование. 2016. № 4 (64). С. 5-11.

7. Мочалова ОА., Якубов В.В. Флора Командорских островов. Владивосток: БПИ ДВО РАН, 2004. 120 с.

8. Иванов А.Н. Ландшафтные особенности Командорских островов // Известия Русского географического общества. 2003. Вып. 1. С. 64-70.

9. Хромых В.В. Применение ГИС в геоморфологических исследованиях // Самоорганизация и динамика геоморфосистем: матер. XXVII пленума Геоморфологической комиссии РАН. Томск : Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2003. С. 217-225.

10. Гармс Е.О., Хромых В.В., Сухова М.Г. Использование ГИС в оценке геоморфологических ресурсов для целей рекреации (на примере трансграничного Горного Алтая) // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 940.

11. Хромых В.В., Хромых О.В. Опыт автоматизированного морфометрического анализа долинных геосистем Нижнего Притомья на основе цифровой модели рельефа // Вестник Томского государственного университета. 2007. № 298. С. 208-210.

12. Khromykh V., Khromykh O. Analysis of spatial structure and dynamics of Tom Valley landscapes based on GIS, digital elevation model and Remote Sensing // Procedia -- Social and Behavioral Sciences: Elsevier. 2014. № 120. P. 811--815.

Размещено на Allbest.ru