Урок-исследование Геоинформационные системы

Автор(ы): Стрельникова Елена Михайловна, учитель информатики

Раздел программы: информационные системы и базы данных.
Тип урока: изучение нового материала, урок-исследование.
Вид урока: комбинированный.
Время проведения урока: один из последних уроков в указанном разделе.
Оборудование: компьютерный класс, проектор, листы с конспектом урока, листы с заданиями и алгоритмами для исследования.
Программное обеспечение: операционная система Windows, программа создания и демонстрации презентаций Microsoft Power Point, настольная ГИС TOPPLAN Санкт-Петербург; презентация по теме урока Геоинформационные системы.pps, подготовленная учителем.
Цели урока:

• Образовательная - знакомство с новейшим классом информационных систем, освоение приемов поиска и средств навигации геоинформационной системы TopPlan Санкт-Петербург.
• Развивающая – развивать познавательный интерес учащихся, умения применять полученные знания на практике, привить навыки исследовательской работы в группах.
• Воспитательная – повысить уровень информационной культуры и социальной адаптации учащихся, воспитывать интерес и любовь к Петербургу, популяризация географических знаний о Петербурге.

План урока:

1.     Организационный момент

2.     Актуализация знаний

3.     Объяснение новой темы с помощью компьютерной презентации “Геоинформационные системы”

4.     Проведение учебных исследований

5.     Представление презентаций по исследованиям уч-ся

6.     Подведение итогов

1. Организационный момент.
С помощью проектора демонстрируется на экране первый слайд презентации. (Приложение 1) Тема нашего урока “Геоинформационные системы”. Наш век — век информации. ГИС — технология управления ею. Пусть эти слова послужат эпиграфом нашего урока. Озвучить цели и план урока. (слайды 1-3)
2. Актуализация знаний.
Что мы знаем? Что мы не знаем? Слайд 4.
Первым вопросом человека, не знакомого с географическими информационными системами (ГИС), будет, конечно, "зачем мне это нужно?". Действительно, мы не пользуемся атласами и картами каждую минуту нашей жизни. И географию, как известно из произведений классиков, тоже “изучать не обязательно - для этого извозчики есть”. 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. Но, если разобраться, то ГИС - это нечто большее, чем карта, перенесенная на компьютер. Так что же это такое - ГИС? Давайте вспомним, что мы уже знаем и на что мы можем опираться при знакомстве с новой темой. (См. слайд № 4) Организовать диалог с учащимися.
3. Объяснение новой темы с помощью презентации “Геоинформационные системы”
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, метро, 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.
Слайд 5. Что такое геоинформационная система?
ГИС (географическая информационная система) - это 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. Общие геоданные используются при создании и в работе различных типов геоинформационных систем:
Профессиональных (для государственных и отраслевых структур);
Открытых ГИС, которые доступны на автоматизированных рабочих местах разных специалистов внутри региона и страны; Встроенных ГИС – системах, установленных на автомобилях, водном транспорте, подводных лодках, современном железнодорожном транспорте; GPS (Geo Position System) – система навигации с помощью спутниковой информации. Интернет-ГИС – различных сетевых порталах, предоставляющих электронные карты; САПР-ГИС – в системах автоматического проектирования в строительстве зданий и коммуникаций, ландшафтном дизайне; Настольных ГИС – тех системах, которые устанавливаются на рабочих и домашних компьютерах, например TOPPLAN Санкт-Петербург и др. системы настольного картографирования.
Слайд 6. Структура ГИС Из каких составляющих частей состоит ГИС?
Компьютер. Компьютер для работы с ГИС может быть от простейших ПК до мощнейших суперкомпьютеров. Компьютер является основой оборудования ГИС и получает данные через сканер или из баз данных. Наблюдать и анализировать данные ГИС позволит монитор. Принтеры и плоттеры – наиболее распространенные средства для выведения конечных результатов проделанной на компьютере работы с ГИС.
Программа. Программное обеспечение ГИС выполняет хранение, анализ и представление географической информации. Наиболее широко используемые программы ГИС - MapInfo, ARC/Info, AutoCADMap и другие.
Данные. Выбор данных зависит от задачи и возможностей получения информации. Данные могут быть использованы из различных источников – базы данных организаций, Интернет, коммерческие базы данных и т.д.
Пользователи. Люди, пользующиеся ГИС, условно могут быть разделены следующие группы: операторы ГИС, чья работа заключается в размещении данных на карте, инженеров/пользователей ГИС, чья функция заключается в анализе и дальнейшей работе с этими данными и теми, кому на основании полученных результатов нужно принять решение. Кроме того, ГИС могут пользоваться широкие слои населения через готовые программные приложения или Интернет.
Метод. Существует много способов создания карт в ГИС и методов дальнейшей работы с ними. Наиболее продуктивной будет та ГИС, которая работает в соответствии с хорошо продуманным планом и операционными подходами, соответствующими задачам пользователя.
Слайд 7 - 9. Как работает ГИС?
Слайд 7. 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.
Слайд 8. Например, ГИС “TopPlan Санкт-Петербург” содержит ландшафтные и тематические слои географических карт, связанные друг с другом.
Слайд 9. Графическая информация в ГИС хранится в векторном формате.
В векторной модели информация о точках, линиях и полилиниях (дома, дороги, реки, здания и т.п.) кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (Z, T), что позволяет манипулировать изображением. Исходная картинка вводится со сканера в растровом формате, а затем подвергается векторизации – установке формульных соотношений между линиями и точками.
Слайд 10 - 12. Задачи, которые решает ГИС. Области и отрасли применения ГИС
ГИС обычно выполняет пять процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.Слайд 10. Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. Манипулирование. Для совместной обработки все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД). Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы как на простые вопросы о расположении объектов, так и на сложные типа Что находится на…? Что изменилось с…? Что если..? и др. Визуализация. Раньше карты создавались на столетия. 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.
Слайд 11-12. ГИС используются не только специалистами-географами, но и учеными, бизнесменами, врачами, следователями, чиновниками, маркетологами, строителями, экологами. С помощью ГИС природоохранные организации следят за состоянием лесов, рек и почв. Коммунальные службы планируют и проводят мероприятия по обслуживанию городских сетей. Спасатели, пожарники и ремонтники оперативно рассчитывают оптимальные маршруты. ГИС все шире применяются в бизнесе. Внимательный взгляд на карту - и обнаруживаются резервы в обслуживании, незамеченные конкурентами, планируются новые торговые точки. Перевозчики грузов повышают надежность доставки, экономят время и горючее за счет оптимизации маршрутов.
Слайд 13 - 15. Геоинформационная система “TopPlan Санкт-Петербург”
Слайд 13. Геоинформационная система “TopPlan Санкт-Петербург” — интегрированная система, позволяющая пользователю одновременно работать с разными видами информации (картами, справочниками), имеющая стандартный Windows-интерфейс. “TopPlan Санкт-Петербург” связан с базами данных, поддерживает функции поиска по различным параметрам (названию, телефону, адресу, e-mail, www-адресу, сфере деятельности фирмы, а также по ее местоположению на карте), может быть персонифицирован.
Слайд 14. Информационное меню TopPlan Санкт-Петербург состоит из
Алфавитный каталог – перечень названий организаций и фирм с адресами, расположенный в алфавитном порядке. Петербург в Интернете. Тематический каталог – темы и рубрикатор. Карта районов Санкт-Петербурга с алфавитным каталогом по районам. Расписание транспорта. Телефонный справочник служб Петербурга. Календарь событий и Мастер поздравлений
Слайд 15. Навигацию и поиск в электронных картах можно осуществлять с помощью следующих средств: карты, главное и контекстное меню. Навигатор находится на панели любого из двух указанных меню и позволяет увеличивать и уменьшать изображение, передвигаться по карте при нажатой левой клавише мыши – все эти стандартные технологические приемы знакомы вам из Windows.
Слайд 16. Работа со слоями. Для того чтобы включить в карту тематические объекты, например, авиапредприятия или школы, нужно выбрать в меню опцию Состав карты и указать нужные тематические или ландшафтные объекты.
Слайд 17. Адресный поиск может осуществляться в алфавитном каталоге либо непосредственно в карте. И эти приемы вы освоите самостоятельно в практической части урока.
4. Проведение учебных исследований.
Сейчас я предлагаю выполнить вам самостоятельное мини-исследование с помощью программы TopPlan. Организуйтесь, пожалуйста, в группы-команды по 2 человека, так как вы сидите рядом, ребята, и так, как пронумерованы ваши бейджики. Каждая команда получает индивидуальное задание для нахождения оптимального решения, а также алгоритмы работы с программой TopPlan и представления результатов. Команда работает за одним компьютером. Результат исследования каждая команда представит спустя 12 минут в виде небольшой презентации Power Point (пока звучит музыка, вы работаете). Я буду кратко консультировать вас по вопросам, и помогать в возникших затруднениях.
Задания для 6 команд (по 2 ученика в команде за одним компьютером) См. Приложение 2.
5. Представление и защита мини-проектов по исследованиям учащихся.
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 программы TopPlan Санкт-Петербург. Учащиеся отвечают на вопросы учителя о том, как проводилось исследование, какие средства программы они использовали.
6. Подведение итогов урока.
Для проведения наших исследований мы воспользовались простой и удобной настольной ГИС. Домашнее задание: В качестве домашнего задания приглашаю вас совершить путешествие по любым уголкам планеты с помощью геоинформационного Интернет-портала Google Планета Земля maps.google.com или принять участие в работе сетевого геоинформационного проекта по адресу ru.vicipedia.org
Спасибо за слаженную работу. Всем командам – отлично. Желаю вам успехов.