Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические основы эколого-географического образования молодежи школьников 12
1.1. Структура понятия «эколого-географическая культура» 12
1.2. Научно-методические основы и принципы образовательного процесса для устойчивого развития 22
1.3. Геоэкологическая изученность территории Карачаево-Черкесии 30
ГЛАВА 2. Перспективы применения географических информационных систем в эколого- географическом образовании 47
2.1. Географические информационные системы в геоэкологии 48
2.2. Геоэкологическое картирование 54
2.3. Использование ГИС-технологий в эколого- географическом образовании 62
ГЛАВА 3. Элективные курсы эколого-географического содержания с использованием геоинформационных технологий 71
3.1. Современное состояние уровня школьного эколого- географического образования и воспитания 71
3.2. Элективные курсы в средней школе 90
3.3. Теоретическая модель эколого-географического образования школьников с использованием ГИС-технологий 92
3.4. Внедрение элективных курсов с использованием ГИС технологий в процесс эколого-географического образования и воспитания школьников 100
3.4.1. ГИС в решении проблем устойчивого развития 100
3.4.2. Элективные курсы 107
ГЛАВА 4. Эффективность внедрения гис в школьное эколого-географическое образование 137
4.1. Необходимые условия для реализации принципов и методов эколого-географического образования школьников средствами ГИС 137
4.2. Результаты опытно-экспериментальной работы по исследуемой проблеме и их интерпретация 142
4.3. Преимущества использования ГИС-технологий в эколого-географическом образовании 149
Заключение 154
Литература
- Научно-методические основы и принципы образовательного процесса для устойчивого развития
- Геоэкологическое картирование
- Теоретическая модель эколого-географического образования школьников с использованием ГИС-технологий
- Результаты опытно-экспериментальной работы по исследуемой проблеме и их интерпретация
Введение к работе
Актуальность исследования. Проблемы глобального геоэкологического кризиса не могут быть решены исключительно техническими средствами - необходима переориентация ценностей, взглядов и поведения как отдельных лиц, так и общества в целом по отношению к окружающей среде. Особенно актуальным становится формирование эколого-географической культуры подрастающего поколения. Определяющим направлением эколого-географического образования и воспитания в целях устойчивого развития является отказ от идеи антропоцентризма и представления о неисчерпаемости природных ресурсов.
Несмотря на определенные достижения в эколого-географическом образовании и воспитании остаются недостаточно разработанными средства и методы формирования эколого-географической культуры. Эколого-географические дисциплины отличаются от многих других научных направлений тем, что они играют активную роль в сохранении сообществ и экосистем в условиях многоукладного рискованного природопользования. В этой ситуации весьма актуальным представляется совершенствование технологий преподавания. В Федеральных государственных образовательных стандартах общего образования одним из требований к результатам освоения курсов географии и геоэкологии является владение геоинформационными системами. Наш опыт показал высокую эффективность внедрения ГИС-технологий в различные виды деятельности школьников и молодежи по изучению географического пространства, проведения учебных занятий и развития соответствующего мышления.
В качестве учебного природного полигона выбрана территория Карачаево-Черкесии. В пределах Северного Кавказа она выделяется максимальным разнообразием ландшафтных биотических и абиотических компонентов. Здесь представлен и весь спектр антропогенных изменений – от естественных (коренных) и рекреационных ландшафтов до селитебных, сельскохозяйственных и промышленных ПТК. Такое разнообразие создает благоприятные условия для внедрения геоэкологических методов оценки территорий, геоэкологического картирования и ГИС-технологий в процесс эколого-географического образования учащихся школ и высших учебных заведений, для выработки у них навыков моделирования экосистем.
Цель исследования: оптимизировать систему эколого-географического образования и воспитания посредством ГИС-технологий и элективных курсов.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
1. Выделить совокупность компонентов, составляющих эколого-географическую культуру личности.
2. Определить уровень сформированности эколого-географических знаний и культуры обучающейся молодежи Карачаево-Черкесии.
3. Разработать программу внедрения эколого-географического образования (содержащую 3 модели: общую теоретическую, практическую и технологическую) на основе развития ключевых учебно-познавательных компетенций, оптимизации элективных курсов, используя механизм ГИС- технологий.
4. Экспериментально установить эффективность внедрения разработанной комплексной модели эколого-географического образования и формирования культуры личности в традиционную систему образования старшеклассников.
Объект исследования: эколого-географическое образование и культура молодежи и школьников Карачаево-Черкесии.
Предмет исследования: ГИС-технологии и элективные курсы в структуре эколого-географического образования и воспитания.
Теоретической и методической основой исследования нами приняты:
- экологические и эколого-географические подходы в образовании и воспитании (В.Т. Богучарсков, Б.С. Гершунский, С.Н. Глазачев С.Д. Дерябо, И.Д. Зверев, А.Н. Захлебный, Н.С. Касимов, Н.Н. Моисеев, В.Г. Морачевский, К.М. Петров, В.А. Ясвин и др.);
- ГИС-технологии в представлении классиков мировой геоинформатики (Р.Ф. Томлинсон, М. Конечный, К. Райс, П.А. Барроу, М.Ф. Гудчайлд, Ж.Л. Клапп, Д.Ф. Марбл, П.Ж. Коуэн);
- ГИС и их использование при изучении окружающей среды в отечественной литературе (А.М. Берлянт, В.С. Тикунов, А.М. Трофимов, М.В. Панасюк, Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, И.К. Лурье, Б.Б. Серапинас, Н.Н. Филатов, В.Г. Линник и др.).
-геоэкологические и ландшафтные исследования территории Северного Кавказа и Карачаево-Черкесии (Ю.П. Андреев, Ю.А. Алексеенко, В.А. Алексеенко, Ю.В. Ефремов, А.Г. Исаченко, А.Г. Крохмаль, П.М. Лурье, В.В. Онищенко, М.Н. Петрушина, П.В. Прокуронов, В.Д Панов, Ю.Я. Потапенко, С.А. Хапаев, Ю.П. Хрусталев, А.В. Хорошев, В.А. Шальнев и др.);
- принципы эколого-географического картирования (К.А. Салищев, А.М. Берлянт, А.Г. Исаченко, Б.И. Кочуров, В.П. Максаковский, Н.Н. Комедчиков, В.И. Стурман, И.Т. Трофимов, В.А. Шальнев и др.);
- целесообразность применения ГИС-технологий в школе как полифункциональных средств (И.В. Пролеткин, О.А, Крейдер, Н.З. Хасаншина, Н.С. Лежнина, Л.М. Ставцева и др.)
Методы и материалы исследования. Геоэкологическая оценка территории и геоинформационный анализ осуществлялись с использованием программ MapInfo 6.0 Professional, Sinteks ABRIS фирмы «ТРИСОФТ»; использовались программный комплекс для школьников ГИС «Живая география» и графические редакторы Photoshop, Photostudio и др.
Применялись и другие методы исследования: теоретические – историко-географический, сравнительно-сопоставительный, прогнозирования, проектирования, моделирования, диагностирования; анализ психолого-педагогической и естественнонаучной литературы в аспекте избранной темы; концептуальная разработка проблемы; эмпирические - наблюдение, беседа, тестирование, анкетирование, самооценка обучаемых, опрос информаторов, опытная работа; педагогический эксперимент по формированию эколого-географических знаний и культуры средствами ГИС; математические методы обработки результатов исследования и представления экспериментальных данных.
Основные материалы исследования: программы элективных курсов, тестовые задания, вопросники и анкеты составленные автором; космо-, аэро- и фотоснимки; тематические карты различного содержания; фондовые и архивные материалы.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые разработаны и апробированы 3 модели (теоретическая, практическая и технологическая) формирования эколого-географического образования средствами ГИС, определяющие основу эколого-географической культуры личности в Карачаево-Черкесии;
уточнены содержание и объем базовых понятий исследования: «эколого-географическая культура», «эколого-географическое образование», «эколого-географическое воспитание»;
впервые определены научно-методические принципы применения ГИС-технологий и элективных курсов в эколого-географическом образовании и формировании культуры молодежи и школьников Карачаево-Черкесии;
применительно для разработанных элективных курсов адаптированы и апробированы критерии и показатели эффективности уровня эколого-географической образованности и культуры молодежи КЧР;
выявлены региональные социально-экономические и социально-экологические особенности, определяющие формирование эколого-географических знаний и культуры с применением механизма ГИС.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
- оптимизированы эффективные технологии эколого-географического образования, обогащающие информационное содержание учебного материала в условиях формирования рыночных отношений, менталитета и традиций природопользования населения Карачаево-Черкесии;
- внедрены авторские программы курсов для обучающихся и педагогов «Географические информационные системы в решении экологических проблем устойчивого развития»;
- составлены и апробированы программы элективных курсов эколого-географического содержания: «Геоинформационные системы», «Экологический туризм», «Экологическое картографирование», «Устойчивое развитие», «Особо охраняемые природные территории», «Глобальные экологические проблемы» и «Геоэкология пещер Карачаево-Черкесии» на основе регионального материала, включающие учебно-тематическое планирование, контрольно-измерительные материалы, вопросы для итогового контроля знаний, тематику рефератов, круглых столов, сообщений, словари основных терминов и понятий;
- изданы два учебных пособия, рекомендованные Министерством образования РФ для студентов вузов: «Геоинформационные системы и их использование в современной картографии» и «Ресурсы и проблемы устойчивого развития горных территорий», а также учебно-методическое пособие «Экологические курсы с использованием геоинформационных технологий», монография «Формирование экологической культуры старшеклассников средствами геоинформационных систем».
Материалы исследования используются в практической работе учителей средних школ, преподавателей вузов, руководителей кружков в центрах детского творчества, а также в деятельности институтов повышения квалификации работников образования Карачаево-Черкесии.
Защищаемые положения:
1. Принципы охраны окружающей среды и щадящего природопользования горных территорий Карачаево-Черкесии, интегрированные в виде элективных курсов в систему общего образования, эффективно формируют эколого-географическую культуру личности.
2. Механизм ГИС-технологий, выявляющий корреляцию между биотическими, абиотическими и социоэкономическими элементами ландшафта, существенно расширяет возможности формирования ключевых учебно-познавательных компетенций.
3. Разработанная ГИС-модель структуры эколого-географического образования молодежи и школьников Карачаево-Черкесии совершенствует традиционный организационно-познавательный комплекс и реализует деятельностный подход.
Теоретическая значимость исследования:
- проведен анализ и дана объективная оценка степени эколого-географического образования в условиях антропогенно измененных горных геосистем Карачаево-Черкесии;
- разработаны теоретические модели элективных курсов и система формирования эколого-географической культуры личности;
- обоснован эколого-географический подход в образовании с использованием ГИС-технологий, в основе которого отражены приемы хранения, обработки и демонстрации данных о типах растительности, климате, топографии, геологии, гидрологии, а также о состоянии почв, поселений, распределении трансформированных ландшафтов, использовании природных ресурсов.
Личный вклад. Исследование проведено в 3 этапа: 1) 1997-2007 гг.- сбор материала, разработка моделей и программ; 2) 2007-2010 гг.- экспериментальная часть; 3) 2010-2012 гг.- обработка результатов и анализ.
Автором ежегодно, с 2000 года осуществлялись экспедиции, походы к геологическим, геоморфологическим, рекреационным объектам и памятникам природы; проводилась оценка состояния природной среды, включающая составление комплекта карт (ландшафтной, функциональных типов антропогенной нагрузки и степени антропогенных изменений). Сформированы электронные базы данных геоэкологической информации для десяти районов и ландшафтов КЧР.
Работа со школьниками старших классов и студентами включала выполнение следующих мероприятий:
- анкетирование родителей (240 чел.) и педагогов (144 чел.);
- тестирование учащихся (9-11 кл.) с 2007 по 2010 гг.;
- освоение основ работы в ГИС MapInfo и Sinteks ABRIS;
- участие в конкурсах (инновационных проектов молодых ученых Карачаево-Черкесии и др.) и научных сессиях студентов;
- проведение университетских студенческих научных конференций с изданием материалов;
- руководство выполнением самостоятельных научных работ студентов и подготовкой публикаций в университетском сборнике «Наука, молодежь, образование» (2004-2012) и др.;
- разработку проектов: «Перспективы вовлечения пещер Карачаево-Черкесии в сферу туризма» (2010), «Организация рекреационного геопарка на территории Карачаево-Черкесии» (2012) и т.д.;
Проведен статистический анализ достоверности результатов полученных в ходе эксперимента критерием.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных и научно-практических конференциях и семинарах, в том числе: заседаниях Карачаево-Черкесского отделения Русского географического общества (2005-2012 гг.), научных конференциях студентов и молодых ученых вузов Южного Федерального округа (Краснодар, 2006, 2007), VI Международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий» (Владикавказ, 2007), 10-ой Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы современности» (Майкоп, 2007), межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития экологического туризма в Карачаево-Черкесской республике» (Архыз, 2008), научной конференции «Селиверстовские чтения» (Санкт–Петербург, 2009); межвузовской научно-практической конференции «Информационные технологии в учебном процессе» (Карачаевск, 2009); международной науч.-прак. конф. «Экологическое равновесие и устойчивое развитие территорий» (Санкт–Петербург, 2010); в сб. «Труды Русского географического общества» (Санкт–Петербург, 2010) и многих других региональных и международных форумах.
Внедрение результатов исследования осуществлялось посредством участия автора в разработке и осуществлении экспериментальной работы с учащимися школ №1, №3, №4 г.Карачаевска и п. Кумыш (144 учителя и 240 учащихся 9-11 кл.) и в учебно-воспитательной работе со студентами 3-5 курсов Карачаево-Черкесского государственного университета им. У.Д. Алиева.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 44 работы, в том числе: 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК; 4 учебных пособия (2 из них рекомендованы Министерством образования РФ для студентов вузов), монография.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 183 источника и 3 приложения. Объем диссертации 176 страниц, в основном тексте которой - 13 таблиц и 51 рисунок.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г.н. профессору В.В. Онищенко и д.г.-м.н. профессору Ю.Я. Потапенко за методическую помощь, ценные рекомендации и консультации.
Научно-методические основы и принципы образовательного процесса для устойчивого развития
О содержании понятия «эколого-географическая культура». Существует множество (более пятисот) определений понятия «культура» в различных областях человеческой жизнедеятельности. Принято выделять два вида культуры: материальную (все формы взаимодействия общества с природой и результаты этого взаимодействия) и духовную (знания, умения, убеждения, навыки). Культура является предметом изучения многих наук: философии, культурологии, истории, искусствознания, педагогики и др.
Культура (лат. cultura - возделывание, воспитание, образование) система исторически развивающихся надбиологических программ человеческой деятельности, поведения и общения, выступающих условием воспроизводства и изменения социальной жизни во всех ее основных проявлениях. Программы деятельности, поведения и общения, составляющие корпус культуры, представлены многообразием различных форм: знаний, навыков, норм и идеалов, образцов деятельности и поведения, идей и гипотез, верований, социальных целей и ценностных ориентации и т.д. В своей совокупности и динамике они образуют исторически накапливаемый социальный опыт (Философский словарь, 2009).
В связи со стремительной деградацией среды обитания человека появилось новое направление культуры – экологическое. По Н.Ф. Реймерсу (1990. С. 259) «экологическая культура - это этап и составная часть развития общемировой культуры, характеризуемые острым, глубоким, всеобщим осознанием насущной важности экологических проблем в жизни и будущем развитии человечества».
Сотрудники научно исследовательской лаборатории «Экологическая педагогика» (2010) экологическую культуру определяют как систему, состоящую из трех крупных блоков. Таковыми являются: культура отношения человека к природе (отражающая экологические знания, накопленные человечеством), культура отношения человека к обществу, другим людям (отражающая деятельностное начало личности, принципы организации деятельности на основе знания законов природопользования и возможных последствий своего поведения для других людей), и третий компонент – культура отношения к самому себе (которая выражает особенности внутреннего мира человека, его личностную позицию и возможность самостоятельно принимать решения, наличие убеждений и потребностей применительно к окружающей среде).
В.А. Ситаров и В.В. Пустовойтов (2000. С. 167) рассматривают экологическую культуру как «нравственно-духовную сферу жизнедеятельности человека, характеризующую своеобразие его взаимодействия с природой и включающую в себя систему взаимосвязанных элементов: экологическое сознание, экологические отношения и экологическую деятельность». Некоторые авторы вычленяют три составных элемента, определяющих содержание экологической культуры: 1) определенный уровень экологических знаний (интеллектуальный компонент); 2) определенный уровень экологического сознания и поведения в природе (ценностный компонент); 3) определенный запас практических умений и навыков в деле охраны природы (деятельностный компонент). Культура различается и в «отраслевом» аспекте (математическая, физическая, химическая, биологическая, лингвистическая, историческая, географическая и др.). Понятие «географическая культура» впервые в отечественной литературе подробно и всесторонне раскрыто В.П. Максаковским (1998). Им выделено четыре важных признака географической культуры: 1) географическая картина мира; 2) географическое мышление 3) методы географии и 4) язык географии.
1. «Географическая картина мира лежит в основе научных знаний в области современной географии, отражает представления человека о природе и обществе, его отношение к ним и входит в качестве составляющей, как в естественнонаучную, так и в общественно-научную картину мира» (Максаковский, 1998. С. 12).
2. Географическое мышление представлено следующими определениями (там же. С. 182): - «это мышление, во-первых, привязанное к территории, кладущее свои суждения на карту, и, во-вторых, связное, комплексное, не замыкающееся в рамках одного «элемента» или одной «отрасли», иначе говоря, играющее аккордами, а не одним пальчиком» (Баранский, 1980. С. 163). - «это «триединое» мышление (территориальность, комплексность, конкретность), а затем дополнено еще одним качеством - глобальностью, т.е. требованием обязательного соответствия локальных, региональных, национальных, континентальных, зональных и других частных проблем с их мировым, глобальным «фоном» (Алаев, 1983. С. 109).
3. Методы географии В.П. Максаковским (1998) подразделены на два больших класса: «общегеографические - имеют сквозной характер, пронизывая всю систему географических наук (традиционные: описания, сравнительно-географический, количественные; новые: математические, моделирования, аэрокосмические и геоинформационные …» (С. 203) и «частногеографические - применяются, например, только физико-географами (геохимический, геофизический и палеогеографический методы …» (С. 209) или «экономико-географами (методы экономического районирования, территориально-производственных комплексов, энергопроизводственных циклов, ресурсных циклов» (С. 232).
4. Язык географии, «…отличается большой сложностью и большим разнообразием. Может быть, даже большими, чем у других наук, поскольку географии единственной среди них приходится иметь дело с явлениями и природного и общественного характера. Это - граница между языком географической науки и языком географической карты» (там же. С. 233).
В исследовании Л.М. Хакимова (2005) представлено определение понятия «эколого-географическая культура» как часть общечеловеческой культуры, отражающая социально-духовные взаимосвязи человека, общества и природы, одно из направлений формирования всесторонне и гармонично развитой личности, сочетающей в себе гуманное отношение к природе, чувство ответственности за ее судьбу как наивысшую национальную и общечеловеческую ценность - естественную и единственную основу жизни на Земле, утверждение в сознании и деятельности людей принципов рационального природопользования, рачительного отношения к природным ресурсам, формирование умений и навыков решать те или иные хозяйственно-экономические задачи без ущерба для окружающей среды. В настоящее время происходит эволюционная трансформация экологической культуры в культуру устойчивого развития. Культура устойчивого развития это новое качество экологической культуры, которое достигается за счет расширения всех составляющих экологической культуры (Алексеев, 2008. С. 18): «когнитивной (содержательной, знаниевой) - за счет интеграции экологических, экономических и социальных знаний и осмысление целостного феномена - устойчивого развития общества; аксиологической (ценностно-смысловой) - за счет смещения шкалы ценностей в направлении экологических ценностей, ценностей эколого-образовательного, эколого-информационного, открытого, гражданского общества;
деятельностной (практико-ориентированной, поведенческой) -за счет интеграции различных видов экологической и учебной деятельности, активное внедрение информационных технологий поиска, хранения, переработки и обобщения информации».
В рамках выполненного исследования возникла необходимость уточнения определения «эколого-географическая культура», как объединяющей параметры индивидуума или социума, включающей понятия «экологическая культура» и «географическая культура».
Итак, эколого-географическая культура личности подразумевает наличие у обучающегося системы взаимосвязанных элементов: экологическое сознание, экологические отношения и экологическую деятельность, основу которых составляет географическая картина мира, географическое мышление (территориальность, комплексность, конкретность, глобальность), язык географии и методы географических исследований (рис.1).
Геоэкологическое картирование
Ю.П. Хрусталев и А.Г. Крохмаль (2000) провели эколого-географическое районирование Карачаево-Черкесии. На схеме масштаба 1:1 250 000 выделено шесть групп территорий, различающихся по современному состоянию природных ландшафтов и интенсивности антропогенного воздействия (рис. 1.9). К первой группе отнесены площади заповедников, заказников и трудно доступные высокогорья. Вторая группа включает ландшафты, используемые для отгонного животноводства и лесного хозяйства. Часть пастбищ при перевыпасе была истощена или даже превращена в бросовые земли. Третья группа (среднегорье) имеет большую доступность; соответственно более интенсивное антропогенное воздействие (отгонное животноводство, растениеводство, туризм, лесное хозяйство) привело на значительных площадях к деградации лесов и лугов.
К четвертой группе отнесены территории хозяйственной деятельности со стационарами крупного рогатого скота мясного и молочного направления, птицеводства, предприятиями легкой перерабатывающей промышленности. Пятая группа территорий распложена вдоль долины р. Кубани от Карачаевска до границы со Ставропольским краем, а также включает Урупское рудное поле. Ландшафты днища долины полностью освоены, на значительной части территории урбанизированы; река Кубань севернее Джегутинского водохранилища вследствие отбора воды в Большой Ставропольский канал в засушливые периоды года теряет способность к самоочищению. Экологическая ситуация классифицируется как напряженная. Наконец, шестая группа территорий испытывает критическую предкризисную нагрузку. В нее включены город Черкесск, окрестности Урупского рудника с обогатительным комбинатом и системой рудных отвалов.
Несколько иной подход в оценке современного состояния ландшафтов Карачаево-Черкесии использован Х.А. Джанибековой (2000). При оценке экологической ситуации применялись методические приемы, разработанные и апробированные (например, шкала В.М. Плюснина, 1994) Ю.Я. Потапенко (1994-2000 гг.) на кафедре физической географии естественно-географического факультета КЧГУ. По степени антропогенной нарушенности все ландшафты разделены на 5 групп: неизмененные, слабоизмененные, среднеизмененные, сильноизмененные и преобразованные. В результате исследования выявлено: S территория республики используется в качестве пахотных угодий (10,3%), сенокосов (9,5), пастбищ (25,3%), селитебных зон (1,6%), мест прохождения коммуникаций (0,5%), заповедников (6,8%), занята лесами (27,3%), скалами, ледниками и другими неиспользуемыми землями (18,7%); ландшафты высокогорий имеют коэффициент антропогенной нарушенности 35,5% (слабонарушенные), среднегорий, депрессий и долин - 42,3% и низкогорных предгорий - 90,1%; S низкогорные ландшафты в основном заняты пашней и многолетними насаждениями (55,8%), пастбищами (22,3%) и сенокосами (12,3%), высокогорные - скалами и осыпями (46,9%), низкопродуктивными пастбищами (34,6%) (Джанибекова, 2000).
Заслуживает внимания книга «Горные ландшафты: структура и динамика» (2002), в которой изложен многолетний опыт И.А. Авессаломовой, М.Н. Петрушиной и А.В. Хорошева (2002) - географов Московского государственного университета по изучению горных ландшафтов Кабардино-Балкарии. Территория этой республики граничит с Карачаево-Черкесией и имеет с ней много общего в геологическом, геоморфологическом и ландшафтном отношении. Ценность работы заключается в том, что она опирается на оригинальные данные, полученные при полевых исследованиях. В ней обоснована необходимость и проведен анализ пространственной структуры на разных уровнях организации горных ландшафтов; предложены подходы к изучению динамики ландшафтов и межкомпонентных связей.
В диссертации Д.С. Салпагарова на соискание ученой степени доктора географических наук (2003) проведен анализ и дана оценка современного состояния ландшафтов северного склона Западного Кавказа, выявлены особенности их трансформации под влиянием антропогенных факторов и особенности функционирования особо охраняемых природных территорий в условиях развитого туризма, курортного дела и смены социально-экономического уклада на Северном Кавказе.
Среди большого разнообразия специальных экологических исследований недавно обозначилось новое перспективное направление, оценивающее природные и антропогенные ландшафты с точки зрения комфортности. Оно разрабатывается в Ростовском (Ю.Н. Меринов) и Карачаево-Черкесском (Л.И. Аппоева) государственных университетах.
Эколого-социальную комфортность (Меринов, 2000) формируют две группы зависимых друг от друга факторов: 1) природный ландшафтный потенциал и экологическая ситуация, 2) экономический потенциал и социальные условия территории. Сложность оценки комфортности горных территорий заключается в необходимости учета ландшафтных особенностей. К их числу принадлежат: повышенные энергозатраты производств, риск хозяйствования и жизни, уязвимость и хрупкость экосистем. С другой стороны, горные территории по сравнению с равнинами обладают высоким ландшафтным, биологическим и этнокультурным разнообразием, требующим особых условий мониторинга окружающей среды и эксплуатации природных ресурсов.
Л.И. Аппоевой (2003) составлена карта-схема районирования территории Карачаево-Черкесии по степени природной комфортности (рис. 1.10). Отдельно была оценена в баллах комфортность рельефа и климата. Оценка рельефа производилась с позиций пригодности для агропроизводственных целей с использованием детальной шкалы уклонов. Климатическая комфортность определялась на качественном уровне по составу и структуре фитоценозов.
Максимально благоприятные условия проживания по обоим выбранным факторам установлены лишь на 5,4 % площади республики, близкие к благоприятным – на 14,8 %. Выполненное мелкомасштабное районирование создало основу для проведения более детальных исследований комфортности территорий, относящихся к различным функциональным типам землепользования.
Теоретическая модель эколого-географического образования школьников с использованием ГИС-технологий
Исходя из определения Захарова В.М (2008, с.5) – «культура устойчивого развития достигается за счет расширения всех составляющих экологической культуры: когнитивной …, аксиологической … и деятельностной - за счет интеграции различных видов экологической и учебной деятельности, активное внедрение информационных технологий поиска, хранения, переработки и обобщения информации» можно утверждать, что применение инфор ма ци о нных (геоинформационных) технологий в современном образовании является необходимым условием формирования эколого-географической культуры личности. И это вполне объяснимо, т.к. в настоящее время перед школой выдвинуты новые требования к образованию и воспитанию, новая образовательная парадигма. Центром становится личность обучающегося, выведение ее, в том числе средствами эколого-геогр аф иче ского образования, в мир культурного человеческого опыта.
Человек, должен уметь прогнозировать экологические ситуации и должен изменить традиционные нормы и нравственные принципы отношения к природе и к своим потребностям, так как без этого невозможно решение экологических проблем. Как известно, ГИС технологии позволяют наиболее наглядно, через модели и электронные карты, представить прогноз ситуаций будущего. Использование ГИС технологий в образовании создает условия для лучшего восприятия природных и общественных явлений, содействуя формированию экологической грамотности, осознанию необходимости бережного природопользования, а не бездумного потребления, варварски уничтожающего уникальные творения природы.
Приставка «гео», фигурирующая в названии этих систем, является артефактом истории их создания. Область их применения, конечно, не ограничивается географией, геологией и другими гео, а также областями практики и науки, так или иначе связанными с земной поверхностью (экология, сельское и лесное хозяйство, управление природными ресурсами, земельные кадастры, городское и ландшафтное планирование и т.д.) (Минимум … 1996).
ГИС обеспечивает ввод, хранение, редактирование, структурирование, комплексный анализ, моделирование и синтез территориально-ориентированных данных, генерацию отчетов и создание твердых копий. Эти возможности способствуют проведению пользователем мониторинговых исследований. Анализируя состояние природного окружения за последние годы, можно моделировать будущее состояние местности через десятки лет и соответственно продумать варианты наиболее природосберегающей деятельности населения.
Вс многообразие типов ГИС классифицируется А.В. Кошкарвым и В.С. Тикуновым (2004) по следующим основаниям: пространственному охвату, объекту и предметной области информационного моделирования, проблемной ориентации, функциональным возможностям, уровню управления и некоторым другим критериям.
По пространственному охвату различают глобальные, или планетарные, субконтинентальные, национальные, межнациональные, региональные, субрегиональные и локальные, в том числе муниципальные, и ультралокальные ГИС. ГИС способна моделировать не только объекты и процессы, локализованные или протекающие на суше (территории), но и на акваториях морей, океанов и внутренних водоемов. Примерами может служить ГИС Черного моря, разработанная в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова (ГИС «Черное море», 1999), или ГИС для мониторинга состояния глубоководного участка газопровода «Голубой поток», проложенного по дну того же Черного моря от поселка Джубга (Российское побережье) к турецкому городу Самсун (ГИС-Обозрение, 2000). Средства ГИС давно и успешно используются в морской навигации, космическом пространстве. Составление подобного рода проектов обучающимися способствует развитию познавательного интереса к миру природы, формированию навыков обобщения и моделирования последствий вмешательства человека в природу, раскрывающих законы, связи, причины и следствия.
Состав и структура данных ГИС определяются объектами информационного моделирования. Ими является объективная реальность (лес, земля, вода, население, хозяйство) и процессы (наводнения, загрязнение окружающих сред, миграционные процессы). При исследовании перечисленных объектов обучающиеся осознают необходимость бережного отношения к использованию лесных, водных и земельных ресурсов. ГИС различаются предметной областью информационного моделирования: природоохранные ГИС, земельные информационные системы (ЗИС), городские, или муниципальные ГИС (МГИС), ГИС для целей предотвращения и локализации последствий чрезвычайных ситуаций (ГИС для целей ЧС). В образовательном процессе наиболее востребованы природоохранные ГИС, которые способствуют развитию географического мышления личности в границах экологической безопасности.
Результаты опытно-экспериментальной работы по исследуемой проблеме и их интерпретация
Восстановление первичной структуры ландшафта следует объяснить газификацией п. Каменномостский в 1998 г., которая резко снизила антропогенную нагрузку (полное прекращение заготовки дров) на лесной массив. Составление детальной геоботанической схемы горного урочища с использованием фотопанорамы В Карачаево-Черкесии преобладает горный рельеф, который дает возможность при детальных геоэкологических исследованиях использовать помимо аэро- и космоснимков наземные фотоснимки склонов. Методика разработана на кафедре географии естественно-географического факультета КЧГУ (Потапенко, 2009). Оборудование: цифровой фотоаппарат, GPS, струйный принтер, программа Mapinfo. Последовательность работы.
1. Выбирается склон долины с характерной для данного ландшафта растительностью (рис. 3.13 а) – луговой, лесной или лесостепной. Фотосъемка производится не из днища долины, а с середины или верхней части противоположного склона. Лесную растительность лучше фотографировать в осеннее время, когда породы деревьев различаются по окраске листвы. Рис. 3.13. Фотографии склона: а) оригинальная, б) отредактированная и обработанная в программе «контур». Морфоструктура Передового хребта. Восточный склон долины р. Кяфар. Интервал высот от 2000 до 3200 м включает горно-луговой и субнивальный пояса
2. Фотография редактируется с использованием шкал «контрастность», «насыщенность» и др. для достижения максимальной детальности изображения. Затем в программе «эффекты» применяется вариант «контур» (рис. 3.13 б). На полученном контурном фотоснимке выбирается участок, содержащий серию выделов, различающиеся цветовым тоном и соответствующих по рангу фациям или урочищам. Опыт автора методики показал, что такие выделы, как правило, различаются составом фитоценозов и степенью увлажнения.
3. Преподаватель с учащимися совершает экскурсию на исследуемый склон. Выбранный участок опознается на местности. В его пределах на нескольких выделах выполняется описание фитоценозов с составлением гербариев. Для границ участков нескольких характерных точек рельефа (отдельные скалы, точки слияния ручьев и т.д.) учащиеся определяют с помощью GPS координаты и высотные отметки.
4. Видовой спектр растений, определенный учащимися, корректируется специалистами-ботаниками; после этого на основе контурного фотоснимка строится геоботаническая схема. Последняя представляет собой проекцию фотографии склона на вертикальную плоскость. При достаточной крутизне склона (более 20) и обзорности эта проекция будет подобна проекции склона на горизонтальную плоскость, т.е. карте и дает представление о типе внутриландшафтной структуры.
5. При наличии крупномасштабной оцифрованной топоосновы, на нее наносят координаты участка и характерных точек рельефа. Затем с помощью ГИС контуры вертикальной проекции склона переносятся на горизонтальную проекцию.
Результат работы – детальная картосхема внутриландшафтной структуры, отражающая тип рисунка растительных сообществ (пятнистый, полосчатый, мозаичный и т.д.). Итак, преимущества карты перед другими видами информации заключается в том, что она показывает изменение в пространстве характеристик любых явлений природного и антропогенного происхождения. Кроме того ГИС позволяет ответить на вопросы следующего характера: какие изменения произошли (или произойдут) на данной территории? Например, сравнив карты загрязненности почв, состояния растительности и пр. в разные годы, определить динамику состояния окружающей среды. Блок моделей, опирающихся на пространственную информацию, позволяет разрабатывать сценарии различных процессов и ситуаций, распространение выбросов в атмосферу, паводков и т.д., выяснять пространственные закономерности и взаимосвязи, например, можно исследовать причины приуроченности заболеваний к определенным местам и т.д.
Элективные курсы Наиболее заинтересованным и увлечнным учащимся предлагались разработанные автором в таком же формате дополнительные курсы эколого-географической направленности с использованием ГИС по выбору: «Экологический туризм», «Экологическое картографирование», 107 «Устойчивое развитие», «Особо охраняемые природные территории», «Глобальные экологические проблемы» и «Геоэкология пещер Карачаево-Черкесии» (Кипкеева, 2006-2013).
Представленные курсы имеют несомненную значимость в эколого-географическом образовании и воспитании школьников Карачаево-Черкесии.
Геоэкология – наука (раздел географии, по другим воззрениям -экологии), изучающий экосистемы (геосистемы) разных уровней (до биосферы включительно) комплексно и в трехмерном пространстве. Таким образом, геоэкология включает два подхода – «горизонтальный» (картографический) и «вертикальный», познающий взаимоотношения как между компонентами геосистемы (ландшафта), так и между геосистемой и обществом.
Поскольку геосистема состоит из многих компонентов (литогенная основа, рельеф, почва, растительность, воды поверхностные и подземные, климат), к их исследованию привлекаются географы, биологи, геологи, почвоведы, геофизики и другие специалисты. В этих условиях геоэколог выступает, по выражению Ф.Н. Милькова, в качестве «дирижера» интеграции отраслевых геоэкологических исследований и одновременно «архитектором» оптимального ландшафта.
Карачаево-Черкесия – уникальный природный феномен, пригодный для получения фундаментального эколого-географического образования Территория КЧР отличается (в пределах Северного Кавказа) максимальным разнообразием природных компонентов и то же время относительной доступностью. Исследователь и учащийся из одной точки наблюдения могут видеть до 5 высотных растительных поясов – от нивального до горных степей. В КЧР представлены все типы горного рельефа: эрозионный, структурно-денудационный, вулканический, аккумулятивный. Здесь можно наблюдать движение ледников, сели, 108 снежные лавины, оползни, различные эрозионно-аккумулятивные
русловые процессы. В геологическом отношении КЧР также уникальна – именно на ее территории находятся древнейшие горные породы Кавказа (кристаллические сланцы) и продукты совсем недавних вулканических извержений. Богат и разнообразен животный и растительный мир.
Все перечисленные компоненты создают благоприятные условия для исследования баланса вещества и энергии в природных и антропогенно-измененных ландшафтах. Проводя геоэкологический анализ, оценив экологическую емкость природных систем, мы можем установить пределы антропогенной, в частности – рекреационной, нагрузки и тем самым обосновать параметры, обеспечивающие устойчивое развитие горных территорий.
На современном этапе геоэкологические исследования и эколого-географическое образование немыслимы без применения ГИС-технологий. Цель элективных курсов - формирование эколого-географической культуры старшеклассников, обеспечивающей прогресс общества в гармонии человека и природы, становление гражданской зрелости и ответственности по отношению к природе, человеку, обществу, самому себе. Содержание курсов направлено на изучение окружающей среды своего города, района, республики, а также понимание природных процессов, происходящих в непосредственном окружении, а результаты исследований антропогенных изменений в природе и их последствий, представленных в виде красочных компьютерных карт не оставляет никого равнодушным.
Похожие диссертации на Реализация основ и принципов эколого-географического образования молодежи и школьников Карачаево-Черкесии средствами геоинформационных систем
