История развития проблемы применения ГИС в биологических исследованиях и ее реализация в методологическом аппарате высшего педагогического образования



В статье рассматриваются теоретические аспекты проблемы применения ГИС в биологических исследованиях. Особое внимание уделяется историческому становлению геоинформатики как науки, ее интеграция в педагогическое пространство высшего образования.

Ключевые слова: географическая информационная среда (ГИС), геоинформатика, биологическая цифровая карта, образовательный стандарт высшего образования

На сегодняшний день технологический и информационный прогресс затронул все направления развития современного общества. Применение инноваций в научно-исследовательском обиходе предположил использование новых высокоспециализированных средств, для обеспечения интеграции большого объема разнородной информации. Одним из таких комплексов выступают геоинформационные системы (ГИС), имеющие значительное преимущество в обработке данных и глобализации различных объектов [1].

Географическая информационная среда представляет собой комплексную систему для обеспечения важнейших функций по работе с информацией, а именно ее сбор, хранение, анализ и визуализацию. Эта характерность дает уникальные возможности использования ГИС для решения широкого спектра задач, как в практической, так и научной деятельности людей [1].

В самом названии «географическая информационная среда» подразумевается тесная взаимосвязь двух фундаментальных наук: географии и информатики. Проследив исторический путь формирования данных дисциплин как наук, становится очевидным о разновременных рамках их развития. Зарождение географии уходит корнями к древнейшим цивилизациям, которые существовали еще до нашей эры. Именно тогда люди, мигрируя по территории, начали расширять свои знания об окружающем мире. Постепенно полученные «географические» знания увеличились, что дало толчок к составлению первых карт, с обозначением на них первичной и подлинной информации. Можно сказать, что в интеграцию ГИС включен лишь один раздел географии — картография [1].

Переход человечества на новый уровень информатизации ознаменовало собой развитие науки о методах и процессах сбора информации с использованием компьютерных технологий, которой стала информатика. Симбиоз двух глобальных наук возродил науку нового поколения — геоинформатику, где объектом изучения ее стала ГИС. Возможность сохранения и преобразования географической информации с помощью компьютера, дало альтернативу по созданию географических цифровых карт с внедрением в них большого количества атрибутивных данных. Стремление пользоваться новыми, мобильными видами карт дало широкое распространение среди пользователей [1].

Идеи создания геоинформационных систем датируется серединой века во многих зарубежных государствах, таких как Великобритания, Канада (Географическая Информационная Система Канады), Швеция и США (Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа Массачусетского технологического института). Богатый опыт накопленных данных об топографических и тематических основ картографирования, а так же их успешное внедрение в компьютерные технологии ХХ послужило толчком в создании и развитии цифровых карт. На рубеже этого времени среда ГИС представляла собой чисто географически-информационную систему, в которой общая модель данных сводилась к набору содержания с привязкой географических координат. Спустя десятилетия вновь усовершенствованные ГИС стали ориентироваться на растровые структуры визуализации данных [1].

Конец ХХ — начало XXI века геоинформационные технологии завоевывают новые сферы науки, которые как, казалось бы, на первый взгляд никак не связаны с цифровым картографированием. В связи с этим на современном этапе развития, тематика ГИС охватывает все больше отраслей научной и хозяйственной деятельности человека. Новые модели ГИС стали ориентироваться на пользователя «многофункционального потребления», для облегчения их использования без затраты времени [5].

Развитие всех наук без исключения тождественно сопряжено с совершенствованием методов их изучения. Биология — одна из самых высокоспециализирующихся и развивающихся наук нашего времени. Для решения биологических задач применяют целый комплекс как традиционных, так и современных методов исследования, одним из которых выступает ГИС. Развитие ГИС в биологических исследованиях ознаменовало собой переход к новому уровню получения и апробации биологических знаний в науке [5].

В настоящее время для исследования экологической и биогеографической составляющей живой природы применяют данные дистанционного зондирования (ДДЗ), которые получают с помощью аэрокосмоснимков широкого масштаба. Именно с помощью такого рода информации передаются обновленные данные об окружающей среде, что впоследствии можно представить в виде различных цифровых карт с геопространственной привязкой. Однако анализ учета кадастра исходных данных проводится внешним диагностическим аппаратом с использованием различных методов исследования. На основе наложения таких данных и в зависимости от задач исследования создаются многопрофильные тематические карты, такие как: зоогеографические, зоологические, ботанические, экологические и многие другие. Создание таких карт позволит расширить знания о биологическом мире природы, отразить общую картину обилия на сегодняшний день, а так же давать прогнозы по эффективному использованию биологических ресурсов и внедрение их в практическую деятельность [5].

Большие затруднения у исследователя возникают в самом биологическом сборе исходных данных. Живые организмы мобильны по своей природе, и общая картина исследования может значительно поменяться в течение небольшого интервала времени на изучаемой территории. Поэтому интерполяция достоверных исходных данных в среду ГИС вызывает определенные трудности. Активное внедрение и применение биологической информации в системе ГИС направлена на использование готовой информации в сохраненном виде, на проведение ее анализа с получением новой предметной биологической информацией, а так же представление ее в виде картографической визуализации. Все это дает альтернативу работе по созданию таких карт и применению их не только в биологических, но и педагогических исследованиях [5].

Преподавание геоинформатики, как дисциплины, в России началось в конце XX века в одном из крупных Московских университетов. В настоящее время реализация ГИС в методической направленности сводится к цели ознакомления обучающихся с ГИС-технологиями и применения их в области структурирования и наглядного отображения различного вида информации, в том числе и биологической. Для преподавания такой дисциплины как геоинформатика нужен специалист широкого масштаба, который не только владеет информацией о ГИС, но и применяет свои знания на практике виде работы с ГИС-технологиями. В ряде вузов России геоинформатика изучается как самостоятельная дисциплина или входит в состав других наук как отдельный раздел. Тем не менее, знание геоинформационной базы необходимо студентам для проведения разного рода биологических исследований [3].

Активное внедрение ГИС в образовательную среду, дает широкие возможности к осуществлению ряда педагогических задач, а именно:

− сохранение первичного материала;

− анализ большого объема сведений о биологических объектах;

− модерация биоинформации;

− корректировка и внесения новых исходных данных;

− визуализация готового продукта.

Внедрение ГИС в педагогическое образование направлен на определенный тип профессиональной деятельности, к которому подготавливается будущий педагог при научно-исследовательских ресурсах вуза. В ФГОС высшего образования педагогического направления, строго определяется: какими видами деятельности должен овладеть студент по окончанию вуза. В числе такой деятельности обозначается исследовательская, подразумевающая под собой решение исследовательских задач с помощью методов научного исследования. Одним из таких методов при реализации двухпрофильного обучения (биология и география) в очной форме обучения выступает ГИС [4].

Эффективное внедрение ГИС в методологический аппарат педагогического образования возможно при включении данного метода к использованию обоих профилей обучения, как биологии, так и географии. Тесное взаимодействие двух дисциплин даст толчок к пониманию географически-информационной основы в среде биологии. Продуктивность работы будет осуществляться при реализации различных модулей (дисциплин) программы, а также практической деятельности студентов. По итогам такого вида работы обучающимся осваиваются компетенции, которые они смогут применить в дальнейшей научной и педагогической деятельности [2].

Немаловажным фактором при проведении геоинформационного биологического исследования выступает технические ресурсы организации. Вузу необходимо предоставить студентам информационно-электронный источник доступа к сети Интернет, т. к. применение геоинформационного метода осуществляется при непосредственном контроле свободной спутниковой информации [4].

Таким образом, географическая информационная среда на сегодняшний день является одним из приоритетных методов исследования, которая активно совершенствуется и реализуется не только в географических дисциплинах, но и в ряде других наук, как биология. Использование ГИС в учебно-образовательном процессе дает возможность расширить традиционные формы обучения, а значит и сам учебный процесс. Работа обучающихся по разноплановым биологическим исследованиям с помощью внедрения ГИС усилит направленность на получение новых результатов, являющихся наиболее эффективными при реализации развивающего потенциала [2].

Литература:

1. Журкин И. Г. Геоинформационные системы / И. Г. Журкин, С. В. Шайтура, И.А. — М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2009. — 272 с.
2. Качалов Я. Н. Использование геоинформационных систем в профессиональной подготовке студентов современного вуза / Я. Н. Качалов, В. М. Ростовцева // Вестник ТГПУ. — 2011. — № 10 (112). — С. 60–63.
3. Манухов В. Ф. Новые информационные технологии в учебном процессе / В. Ф. Манухов, С. А. Тесленок // Интеграция образования. — 2010. — № 1. — С. 30–34.
4. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования. Уровень высшего образования бакалавриат. Направление подготовки 44.03.01 Педагогическое образование.
5. Юдкин В. А. Особенности интеграции зоологических данных в среду ГИС / В. А. Юдкин // Экология и природопользование. — 2012. — № 6. — С. 102–105.