Предмет: информатика и ИКТ.
Раздел программы: Построение и исследование информационных моделей.
Тип урока: изучение нового материала, урок-исследование.
Вид урока: комбинированный.
Оборудование: компьютерный класс, проектор, цифровая доска, конспект урока, описание практической работы, авиа- и космоснимки города Смоленска, района школы, школы, космический снимок смоленской области.
Программное обеспечение: операционная система Windows, Opera, программа Microsoft Power Point, Delphi, программа «Улицы города Смоленска», презентация к уроку Геоинформационные системы.pps, подготовленная учителем.
Цели урока:
- Образовательная – познакомить учащихся сгеоинформационными системами,с приемами поиска и средствами навигации геоинформационных систем, со значением космических снимков в создании ГИС, сформировать умения учащихся работать с космическими снимками.
- Развивающая – развивать познавательный интерес учащихся, умения применять полученные знания на практике, прививать навыки исследовательской работы.
- Воспитательная – повысить уровень информационной культуры и социальной адаптации учащихся, воспитывать интерес и любовь к малой Родине – Смоленщине.
План урока:
Часть I (1час)
- Организационный момент.
- Подготовительная самостоятельная работа.
- Актуализация опорных заний.
- Объяснение нового материала и первичное закрепление знаний.
- Выполнение практической работы.
Часть II (2 часа)
- Практическая работа:
– создание ГИС;
– заполнение ГИС. - Задание на дом.
ХОД I УРОКА
1. Организационный момент
Учитель. Тема урока «Геоинформационные системы». На первом уроке вы познакомитесь геоинформационными системами, приемами поиска и средствами навигации в геоинформационных системах, на следующем сами создадите простую ГИС.
Слайд 1.
2. Подготовительная самостоятельная работа
– Сначала каждый из вас 5 минут работает самостоятельно.
1 учащийся готовится к ответу по вопросу «Информационные модели». Остальные учащиеся разбиваются на группы и, используя поисковые системы, готовятся к ответам на вопросы:
1 группа – «Что такое геоинформационные
системы»;
2 группа – «Типы геоинформационных систем»;
3 группа – «Структура ГИС»;
4 группа – «Применение ГИС».
3. Актуализация опорных знаний
Слайд 2.Заполнив схему, рассказать об информационных моделях.
Ученик отвечает на вопрос слайда.
Учитель. Приведите примеры информационных моделей для Смоленской области.
Учащиеся(возможные варианты ответов). Слайд 3.
- Графические:
- физическая карта, карта административного деления Смоленской области и др.;
- графики среднемесячных температур, трудоустройства населения и др.;
- схема газопровода, электрических сетей и др.;
- дерево административного деления области.
- Табличные:
- базы данных выпускников;
- результаты сдачи ЕГЭ и др.
- Математические:
- расчет заработной палаты;
- расчет оплаты коммунальных услуг и др.
- Вербальная
После ответов учащихся учитель зачитывает: Смоленская область (Смоленщина)
- субъект Российской Федерации, входит в состав Центрального федерального округа.
- Граничит с Московской, Калужской, Брянской, Псковской и Тверской областями России, а также с Могилёвской и Витебской областями Белоруссии.
- Площадь – 49 778 км?.
- Население – 0,966 млн. человек (на 2010 год).
- Областной центр – город Смоленск, расстояние до Москвы – 365 км по автодороге.
- Образована – 27 сентября 1937 года на территории Западной области. Награждена орденом Ленина (1958), в 1985 году присвоено звание город-герой. [5]
4. Объяснение нового материала
Учитель. Мы с вами уже говорили о том, что одним из видов графических информационных моделей являются географические карты. Настоящее время невозможно представить без компьютера, который дал новую жизнь картам – карты стали цифровыми. Геоинформационное моделирование базируется на создании многослойных электронных карт, в которых опорный слой описывает географию определенной территории, а каждый из остальных – один из аспектов состояния этой территории. На географическую карту могут быть выведены различные слои объектов: города, дороги, аэропорты и др. Геоинформационное моделирование связано с
Географическими Информационными Системами или ГИС. [1]
Предоставим слово учащимся группы, работавшей над вопросом «Что такое ГИС».
Учащиеся отвечают, учитель дополняет.
Слайд 4. Что такое ГИС?
Учитель. Однозначное краткое определение этому явлению дать достаточно сложно. Ребята привели не одно определение.
Географическая информационная система (ГИС) – это возможность нового взгляда на окружающий нас мир.
Геоинформационная система – это
система, предназначенная для сбора, хранения,
анализа пространственных данных и связанной с
ними информации.
Термин также используется в более узком
смысле – ГИС как инструмент (программный
продукт), позволяющий пользователям искать,
анализировать и редактировать цифровые карты, а
также дополнительную информацию об объектах,
например высоту здания, адрес, количество
жильцов.
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.
Эта технология объединяет традиционные операции
работы с базами данных, такими как запрос и
статистический анализ, с преимуществами
полноценной визуализации и географического
(пространственного) анализа, которые
предоставляет карта. 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.
Эти возможности отличают ГИС от других
информационных систем и обеспечивают уникальные
возможности для ее применения в широком спектре
задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и
событий окружающего мира, с осмыслением и
выделением главных факторов и причин, а также их
возможных последствий, с планированием
стратегических решений и текущих последствий
предпринимаемых действий. [6], [7]
Предоставим слово учащимся группы, работавшей
над вопросом «Типы геоинформационных
систем».
Учащиеся отвечают, учитель дополняет.
Слайд 5. Типы геоинформационных систем.
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 – в 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.
Учитель. Из каких частей состоит ГИС, нам ответит следующая группа.
Учащиеся отвечают, учитель дополняет.
Слайд 6. Структура ГИС
Аппаратное обеспечение. 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. [7]
Учитель. Возникает вопрос, 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. В ГИС используются
картографический материал, имеющий привязку в
заданной системе координат. 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 и его
характеристики. ГИС позволяет быстро
производить пространственный анализ данных и на
его основе принимать эффективные управленческие
решения.
Например, если вы изучаете определенную
территорию, то один слой карты может содержать
данные о дорогах, второй – о водоемах, третий – 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
создавать на основе выборки тематические карты.
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.
[7]
Учитель. Как вы думаете, в каких областях применяется ГИС?
Учащиеся (следующая группа) называют области применения ГИС.
Слайд 8. Применение ГИС.
Учитель. В настоящее время ГИС – это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности – будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи и др. [3], [6].
Слайд 9. Работа с ГИС.
Учащиеся работают за компьютерами. По компьютерной сети на всех компьютерах открыта презентация.
Программа «Улицы города Смоленска»
Гиперссылка указывает на исполнимый файл
программы pr_slmstr.exe.
Данная программа написана Максимом Гуляевым,
учеником 11 физико-математического класса 2006
года.
Учитель. Что позволяет сделать данная ГИС?
Учащиеся отвечают, учитель дополняет.
Программа содержит информацию об улицах города Смоленска: карта улицы, история и описание улицы, фотографии; информация о городе Смоленске. Поиск проводится по улицам, имеющим имя.
Практическая работа. Поиск улиц города и информации о них.
- Найдите на карте улицу Твардовского.
- Каков топоним и история улицы?
- Найдите фото улицы (http://www.smoladmin.ru/map)
Учитель. В процессе выполнения практической работы ответьте на вопрос: «Что позволяет сделать данная ГИС?»
Практическая работа. Работа с открытой геоинформационной системой города Смоленска.
- Установив соответствующие флажки и обновив карту, на основной карте найдите все объекты «Образование».
- Выберите карту «Адресный план». Осуществляя поиск по адресу, найдите дом, в котором вы живете.
- Выберите карту «Кадастр города». Определите кадастровую стоимость земли в месте расположения вашего дома.
Учащиеся отвечают на вопрос, поставленный учителем перед выполнением практической работы.
Учитель. Сервис Google Maps предлагает карту и спутниковые снимки всего мира (а также Луны и Марса). В карту интегрирован бизнес-справочник и схема автомобильных дорог с поиском маршрутов в США, Канаде, Японии, Гонконге, Китае, Великобритании, Ирландии, районов Европы, а также российских городов.
Практическая работа. Окрестности Нью-Йорка.
- Начните с общей карты Северной Америки.
- Измените масштаб, чтобы на карте появились обозначения американских штатов.
- Выполните дальнейшее увеличение карты. Чтобы не потеряться на карте, рекомендуется выполнять увеличение двойным щелчком на нужном географическом объекте.
- Рассмотрите фото того же самого района, сделанное со спутника. [4]
Практическая работа. Достопримечательности Смоленской области.
- В строку «Поиск на карте» введите названия усадьбы Хмелита.
- Выполните увеличение карты.
- Рассмотрите космические снимки того же самого района, сделанное со спутника.
- Посмотрите фото к этому району.
Это государственный историко-культурный и природный музей-заповедник. На его территории находятся уникальные мемориальные, архитектурные, исторические и природные памятники федерального значения, связанные с именами А.С. Грибоедова, А.С. Хомякова, П.С. Нахимова, С.С. Уварова, М.А. Булгакова.
Слайд 10. Космическая съемка.
Учитель. Как смогли увидеть во время практической работы, электронная карта, созданная в ГИС, поддерживается средствами Интернет и даже космическими снимками и информацией со спутников.
Космическая съемка – съемка земной
поверхности с космических летательных аппаратов
при помощи специальной аппаратуры (фотосъемка,
сканерная съемка, тепловая съемка и др.). [12]
Раньше, изучая землю, картографы затрачивали
целые столетия для того, чтобы нанести на карту
различные географические объекты. Теперь это
можно сделать за считанное количество
околоземных витков космических аппаратов. Всего
за 10 минут космический корабль может
сфотографировать до 1 млн. кв. км земной
поверхности, в то время как из самолета такую
площадь снимают за 4 года, а геологам и топографам
потребовалось бы для этого приблизительно 80 лет.
С помощью космической съемки, удалось стереть
многие «белые пятна» в труднодоступных районах
земли. [14]
Историческая справка
I. Первые снимки из космоса были сделаны
- с ракет в 1946,
- с искусственных спутников Земли – в 1960,
- с пилотируемых космических кораблей – в 1961 (Ю. А. Гагариным).
Первая фотография из космоса сделана чуть больше года спустя после окончания Второй мировой войны. 24 октября 1946 года ракета V-2, запущенная со стартовой площадки полигона White Sands в штате Нью-Мехико, поднялась на высоту 104.6 км. Фотокамера, установленная на борту, делала по снимку каждые полторы секунды полета. После нескольких минут пребывания в космическом пространстве ракета вернулась на землю. Посадка не планировалась мягкой, и ракета разбилась вдребезги, а вместе с ней и камера. Стальная кассета с пленкой осталась цела, и ученые получили в свои руки уникальный фотоматериал. До 1946 года самыми "высотными" снимками Земли считались фотографии, сделанные с воздушного шара Explorer II (22 км) в 1935 году. [15]
II. В 1987 г., находясь в космосе на станции «Мир», космонавты Юрий Романенко, Александр Лавейкин и Александр Александров провели съемки значительной части Антарктиды. Все это помогло в создании подробной карты этого материка в масштабе 1:200000 (2 км в см). Другими методами такие карты, да еще и в таком масштабе, просто не сделать. [13]
5. Выполнение практической работы
Практическая работа. Район, в котором я учусь.
- Открыть ресурс http://kosmosnimki.ru
- В строку поиска ввести Смоленск.
- Изменяя масштаб, найти МБОУ СОШ № 29.
- Найти географические координаты школы.
- Найти улицы-границы района школы и, используя маркеры, подписать их.
- Найти в районе школы детскую поликлинику, библиотеку, спортивную школу, детский сад и подписать их.
(В п.п. 3-5 учащиеся по очереди работают и с цифровой доской, отмечая найденные объекты.)
Учитель. В каких областях используются космоснимки?
Учащиеся (возможные ответы): в экологическом мониторинге, лесном хозяйстве, сельском хозяйстве, строительстве, картографии, кадастровой деятельности, туристической деятельности, страховании.
Слайд 16. Использование космической съемки и ГИС-технологий.
Учитель. Как вы думаете, как используются космоснимки в экологическом мониторинге, лесном хозяйстве, сельском хозяйстве, строительстве, картографии, кадастровой деятельности, туристической деятельности, страховании. [9]
Слайды 17-24.
ХОД II УРОКА
Компьютерный практикум «Создание геоинформационной системы Смоленской области»
1. Создание программы для работы с космическим снимком Смоленской области. Компьютерный практикум по предложенному алгоритму и коду.
2. Внесение названий географических
объектов на космический снимок Смоленской
области.
Используя карты Смоленской области, ресурсы
Интернет http://kosmosnimki.ru и http://maps.google.com нанести на
космический снимок города, реки, озера
Смоленской области.
Домашнее задание:
1) Более детально познакомьтесь с геоинформационным Интернет-порталом Google Планета Земля www.maps.google.com и www.kosmosnimki.ru.
2) 1 уровень. Используя ресурс www.kosmosnimki.ru, найдите и подпишите
все башни Смоленской крепостной стены.
2 уровень. Используя ресурс www.kosmosnimki.ru, составьте программу
памятных мест промышленного района города.
– Спасибо за слаженную работу. Желаю вам успехов.
Источники информации
- Н.Угринович «Информатика и информационные технологии 10-11», Москва, Бином. Лаборатория знаний, 2003
- Н.Угринович «Информатика и ИКТ 11», Москва, Бином. Лаборатория знаний, 2009
- Газета «ARCREVIEW современные геоинформационные технологии» № 1 [52] 2010г.
- Газета «Информатика» №8 (537) 2007 г.
- http://ru.wikipedia.org/wiki/
- http://www.dataplus.ru/Industries/100_GIS/GIS.htm
- http://ru.wikipedia.org/wiki/GIS
- http://kosmosnimki.ru
- http://www.scanex.ru
- http://maps.google.com/
- http://www.smoladmin.ru/map
- http://www.rosleshoz.gov.ru/terminology/k/100
- http://www.km.ru
- http://www.ntsomz.ru/news/news_cosmos/spaceimaging
- http://www.offtop.ru/castles/v14_136325_2_.php?of406=4b3201c0799d30303959128ae78257e1
- Космоснимок Смоленской области предоставлен СканЭкс
- http://images.yandex.ru