Доступный космос: геоинформационные технологии для школьников
М.А. Сергеева, М. В. воронина
Аннотация
В статье представлены методические и технические разработки по использованию геоинформационных технологий (ГИС) в средней школе и учреждениях дополнительного образования. Проблема в реорганизации учебных курсов наук о Земле назрела давно. Ее истоки - в стремительном расширении области применения геопространственных данных, в превращении этой сферы из узкоспециализированной в массовую и, как следствие, в потребностях аэрокосмического бизнеса в получении высококвалифицированных, эрудированных профессионалов. Развитие аэрокосмического образования влечет за собой необходимость разработки образовательных курсов нового типа, начинающихся со школьной скамьи, которые позволят поднять престиж наук о Земле, оторваться от скучных учебников и привести образовательную программу в соответствие как с потребностями экономики, так и с интересами и возможностями современного школьника.
Ключевые слова: образование; технологии; геоинформатика; дистанционное зондирование Земли
Available Cosmos: Geoinformation Technologies for Schoolchildren
M.A. Sergeeva3, M. v. voroninab, M. K. Raskladkinac
Abstract
The article presents methodical and technical developments on the use of geoinformation technologies in secondary schools and additional educational institutions. The problem in the reorganization of the training courses of the Earth sciences has long been ripe. Its origins lie in the rapid expansion of the field of application of geospatial data, in the transformation of this sphere from a highly specialized to mass and, as a consequence, the needs of the aerospace business in obtaining highly qualified, erudite professionals. The development of aerospace education entails the need to develop new types of educational courses beginning with a school bench that will raise the prestige of earth sciences, break away from boring textbooks and bring the educational program in line with the needs of the economy and with the interests and capabilities of modern students.
Keywords: education; technologies; geoinformatics; Earth Remote Sensing Data
«Мдссовиздция» космической сферы в образовании: российский и зарубежный опыт
В последние годы область применения геопространственных данных расширилась кардинально. «Геоинформационные технологии дают колоссальные возможности для исследования процессов, происходящих на планете, для решения проблем комплексного изучения, освоения и рационального использования природных ресурсов. С помощью снимков Земли из космоса можно изучать состояние природных объектов (например, реки, горные системы, моря и водохранилища), динамику природных процессов -- изменение метеорологической обстановки, развитие крупных лесных пожаров, изменение ледовой обстановки, смену времен года и др.» [1]. Эта информация активно используется в народном хозяйстве, для решения практических бизнес-задач. Космические снимки активно используются в природопользовании, сельском хозяйстве, морской отрасли -- практически во всех отраслях экономики.
Параллельно сфера использования результатов космической деятельности из узкоспециализированной превращается в массовую и все увереннее завоевывает место в образовательном процессе, играя в нем важную роль. Одной из важнейших задач государственной политики Российской Федерации в области «использования результатов космической деятельности является формирование целостной образовательной системы в области использования результатов космической деятельности с участием высших, средних и специальных образовательных учреждений, в том числе с использованием центров компетенции в сфере использования результатов космической деятельности» Основы государственной политики в области использования результатов космической деятельности в интересах модерни-зации экономики Российской Федерации и развития ее реги-онов на период до 2030 года (утв. Президентом РФ 14 января 2014 г. № Пр-51)..
Барьерами на пути выполнения этих задач становятся нерешенные проблемы в области образования, следствием которых явилось то, что, например, географию школьники не относят к приоритетным предметам, не любят, не видят ее места в современной экономике и собственной карьере. На конференции «Практическая география и вызовы XXI века», приуроченной к 100-летию Института географии Российской академии наук (РАН), отмечалось, что ЕГЭ по географии сдают только 2,5% выпускников (http://tass.ru/obschestvo/5277139?utm_source=tass&utm_medium=teaser&utm_campaign=teaser). Причины тому назывались различные.
Главные из них:
отсутствие преемственности (непрерывности), вследствие чего хорошие результаты и интерес, показанные учащимися в начальных классах, резко падают к окончанию средней школы [2];
отсутствие практико-ориентированного подхода, когда ребенок не может понять, для чего ему сведения, затверженные из учебника, изложенные плохо ориентирующимся в мире новых технологий педагогом.
В результате российская экономика не получает столь необходимые кадры для национальной инновационной системы (НИС). В «развитых НИС налажено взаимодействие трех основных элементов: система образования (наука) -- бизнес -- государство. Причем образование в лице университетов, исследовательских лабораторий и т.п. играет роль важнейшего драйвера всей системы. Другие драйверы НИС -- компании, основанные на знаниях» [3]. Состояние этих драйверов определяет вектор развития современного школьного образования. Экономике нужны квалифицированные специалисты, подготовленные по современным программам, способные создавать современную науку, технологии и организовывать образовательный процесс для подготовки кадров для экономики. Как видим, круг замыкается, в этой проблематике нет исходной точки и завершения процесса, кадры несут на себе ответственность за самовосполнение.
Справедливости ради, стоит заметить, что вышеупомянутые проблемы характерны не только для России. Мы проанализировали ряд зарубежных программ дополнительного образования в области наук о Земле.
США
NASA's Earth Observing System (EOS) program -- программа по изучению последствий изменения климата (в сотрудничестве с ведущими вузами США и data-центрами); разработаны программы обучения: тренинги и онлайн-курсы для активистов ко- мьюнити, специалистов и студентов [в том числе материалы, курсы и снимки дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) (http://earthobservatory.nasa. gov/Experiments/Biome/educresources.php)].
NASA Applied Remote Sensing Training Program (ARSET) -- программа обеспечения потенциала в области экологического менеджмента. ARSET напрямую работает с учреждениями государственного и частного сектора -- определение заинтересованных лиц, поддерживающих подходы NASA к наукам о Земле, разработка онлайн и практических курсов по использованию данных ДЗЗ и веб-инструментов, подходящих для определенных приложений, и их использование для поддержки принятия решений (https://earthzine.org/2012/10/03/nasas-arset-training- program-from-the-classroom-to-real-world-satellite- applications).
Германия
Преподавание основ ДЗЗ в школах ведется активно, с учетом образовательных стандартов географии. Поддерживается Немецким географическим обществом (DGfG). Государственный проект Blickpunkt Fernerkundung (BLIF) предполагает разработку web- based ПО для развития цифровых методов обучения в этой области. Используется learning management system (LMS) -- Glokal Change (http://www.isprs.org/ proceedings/XXXVin/6-W7/Paper/23_Naumann_et_ al.pdf).
Польша
Rabczanski Children's University -- университет для детей 6-12 лет по различным направлениям. Цель -- развитие и обогащение интересов подростков, поддержка и вдохновение для открытия новых областей знаний и возможностей современной науки. Занятия по ГИС и ДЗЗ поддерживаются Сельскохозяйственным университетом Кракова (секция геомати- ки при факультете лесоведения), фонда Anna Pasek Foundation (деятельность фонда -- грантовая поддержка молодежи, изучающей ГИС-ДЗЗ), ESRI Polska (http://www.en.annapasek.org/promotion-of-gis-and- remote-sensing/news/184-modern-education-at-the- rabczanski-children-s-university).
Канада
Canada Centre for Mapping and Earth Observation (formerly Canada Centre for Remote Sensing) -- разработка пособий по ДЗЗ для использования в старшей школе и на начальных курсах университетов (Fundamentals of Remote Sensing) (A kit for kids) (http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geomatics/ satellite-imagery-air-photos/satellite-imagery- products/9271).
Таким образом, можно сделать некоторые общие выводы о довузовском обучении основам ДЗЗ в разных странах:
* системное обучение навыкам обработки данных ДЗЗ существует только на уровне программ вузов и школ;
курсы, тренинги, классы проводятся в основном для взрослых, их цель -- обеспечение потенциала в области экологического менеджмента;
на государственном уровне не ставятся цели интеграции с вузовскими образовательными программами и поддержки кадрового потенциала.
Продемонстрируем российский опыт решения проблем в преподавании естественных наук, в частности геоинформатики, конкретные действия в этом направлении и в качестве примера опишем деятельность некоторых акторов инновационного процесса, которыми является ряд российских наукоемких коммерческих компаний -- компаний, основанных на знаниях.
Внедрение образовательных технологий нового типа, реорганизация системы преподавания учреждения среднего образования:
«курчатовский проект» геоинформационный школьник образование
«Проект „Курчатовский центр непрерывного конвергентного (междисциплинарного) образования” основан и реализуется в московских школах с 2012 г. по инициативе Департамента образования города Москвы и НИЦ „Курчатовский институт” (Ы±р://1547. m/projectsДurchatovskij-proekt/179-podrobnee-o- kurchatovskom). В школах проекта созданы центры геоинформационных технологий, в которых ученики и учителя имеют ежедневный доступ к космическим снимкам, принимаемым в режиме реального времени на станцию, установленную в пилотной школе. Работа с космическими и картографическими изображениями на геопортале позволяет учителю и ученикам создать уникальный образовательный продукт, который может быть применен в качестве дополнительного материала при освоении учащимися предметной области „Естественные науки”, что соответствует требованиям ФГОС» [4].
Современным школьникам будет интересно и полезно узнать, что информация, полученная с помощью спутников, используется многими специалистами -- географами, биологами, экологами, административными работниками, метеослужбами, службами оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации (ЧС). Полученные космические снимки позволяют принимать и корректировать решения, связанные с управлением территорией [5].
«Вовлекать детей в специфику космических, ге- оинформационных и веб-технологий можно уже в начальной школе. Ведение проектной и исследовательской деятельности с использованием данных ДЗЗ и современных средств их обработки будет способствовать формированию активной жизненной позиции и усилению мотивации школьников в выборе будущей специальности, сопряженной с наукоемкими технологиями» [4].
В Москве в «Курчатовском проекте» приняли участие 37 школ. Проект реализован при поддержке Группы компаний «СКАНЭКС», в которой разработаны персональные наземные станции для приема спутниковой информации (станции «Алиса», «УниСкан», «Панда») и программные продукты для приема, обработки, интерпретации космических данных (ScanEx Image Processor, Scan Magic и др.). Например, «с помощью станций изображения, принимаемые с метеорологических спутников, могут передаваться непосредственно на компьютер в режиме реального времени бесплатно. Работать с программами приема и обработки изображений может любой учитель и ученик, поскольку работа со станцией для целей учебного процесса не требует специальной профессиональной подготовки» [3].
дополнительное образование: детские
технопарки, образовательные центры,
всероссийские детские центры
Эта новая для Российской Федерации образовательная инициатива в 2012 г. получила государственную поддержку. В 2015-2016 гг. подобные технопарки начали активно открываться в регионах страны. Самая известная сеть технопарков -- Кванториумы, созданные в рамках стратегической инициативы «Новая модель системы дополнительного образования детей» Агентства стратегических инициатив. Данная инициатива была одобрена Президентом Российской Федерации В. В. Путиным на Наблюдательном совете Агентства стратегических инициатив 27 мая 2015 г.
Одним из главных направлений Кванториума является геоинформатика («Геоквантум») (https://www. roskvantorium.ru/programs/geokvantum). В рамках этого направления школьники получают знания, которые дадут возможность им понять законы развития природных явлений, основы устройства окружающего мира, помогут научиться применять современные геоинформационные технологии. Впервые школьникам доступно рассказывается о том, как применяются геопространственные технологии (геодезия, навигация, дистанционное зондирование, картография и геоинформатика) в повседневной жизни, на Земле и в космосе.
После прохождения обучения дети смогут сами формулировать требования к данным и технологиям будущего, которые им нужны уже сейчас для реализации проектов на Земле. В 2016 г. выделено около 1 млрд рублей на создание таких технопарков в 17 субъектах Российской Федерации. В настоящий момент их уже 16, и до конца 2019 г. планируется довести количество технопарков до 20-25 (https://tass. ru/obschestvo/6461646).
Фондом «Талант и успех» в Сочи создан образовательный центр «Сириус» -- уникальная структура для раннего выявления, развития и дальнейшей профессиональной поддержки одаренных детей (https://sochisirius.ru/o-siriuse/obschaja-informatsija). Более 700 школьников ежегодно приезжают в «Сириус», где под руководством наставников в различных областях в формате проектной групповой работы получают новые знания, решают практические задачи и даже делают научные открытия. Например, в ходе проектной космической смены школьники под руководством специалиста группы оперативного спутникового мониторинга морей «СКАНЭКС» и при активной поддержке Фонда содействия инновациям создали программу для моделирования дрейфа нефтяных разливов. Позже этот проект был представлен на XIV Балтийском научно-инженерном конкурсе. Проект получил диплом I степени и Главную премию -- поездку в США на конкурс Intel ISEF, называемый еще «малой Нобелевской премией» (http://baltkonkurs.ru/features/postrelease-2018).