Реализация основ и принципов эколого-географического образования молодежи и школьников Карачаево-Черкесии средствами геоинформационных систем

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 3 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, H.H. Моисеев, В. Г. Морачевский, K.M. Петров, В. А. Ясвин и др.);

ГИС-технологии в представлении классиков мировой геоинформатики (Р.Ф. Томлинсон, М. Конечный, К. Райе, 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 (A.M. Берлянт, B.C. Тикунов, A.M. Трофимов, М. В. Панасюк, Е. Г. Капралов, A.B. Кошкарев, И. К. Лурье, Б. Б. Серапинас, H.H. 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, A.B. Хорошев, В. А. Шальнев и др.);

— принципы эколого-географического картирования (К.А. Салищев, A.M. Берлянт, А. Г. Исаченко, Б. И. Кочуров, В. П. Максаковский, H.H. Комедчиков, В. И. Стурман, И. Т. Трофимов, В. А. Шальнев и др.);

— целесообразность применения ГИС-технологий в школе как полифункциональных средств (И.В. Пролеткин, O.A. 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: теоретическиеисторико-географический, сравнительно-сопоставительный, прогнозирования, проектирования, моделирования, диагностированияанализ психолого-педагогической и естественнонаучной литературы в аспекте избранной темыконцептуальная разработка проблемыэмпирические — наблюдение, беседа, тестирование, анкетирование, самооценка обучаемых, опрос информаторов, опытная работапедагогический эксперимент по формированию эколого-географических знаний и культуры средствами ГИСматематические методы обработки результатов исследования и представления экспериментальных данных.

Основные материалы исследования: программы элективных курсов, тестовые задания, вопросники и анкеты составленные авторомкосмо-, аэрои фотоснимкитематические карты различного содержанияфондовые 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-Черкесииуточнены 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-Черкесииприменительно для разработанных элективных курсов адаптированы и апробированы критерии и показатели эффективности уровня эколого-географической образованности и культуры молодежи КЧРвыявлены 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 экологического 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 7 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 л 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.8 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 природыпроводилась 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 Maplnfo 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 2 полученных в ходе эксперимента X критерием.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных и научно-практических конференциях и семинара, в том числе: заседаниях Карачаево-Черкесского отделения Русского географического общества (2005;2012 гг.), научных конференциях студентов и молодых 9 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 35 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 175 страниц, в основном тексте которой — 13 таблиц и 51 рисунок.

Выводы:

1. Карстовые пещеры — золотой фонд нашей природы.

2. Пещерные ресурсы не восстанавливаются и не восполняются.

3. Решение проблемы их сохранения заключается в организации эффективной системы рационального использования подземного пространства.

4. Самое лучшее средство охраны пещер, этих ценных памятников истории, культуры и природы, по нашему мнению, использование их в рекреационных целях. Наиболее интересные и легкодоступные пещеры на территории КЧР необходимо оборудовать, опираясь на опыт других регионов России и зарубежных стран.

Комментарий. Проект был представлен в виде презентации, состоящий из 42 слайдов в программе Microsoft PowerPoint. В слайдах применялись анимационные изображения, рисунки, фотографии и карты, составленные учащимися в программе Mapinfo Professional. Демонстрировалось 6 картосхем, представляющие состав слагающих пород, период образования и географию распространения пещер КЧР (слайды 31−35):

1. Карстовые процессы на территории Карачаево-Черкесии (рис.

3.24). ркен-Шахар

ЧЕРКЕССК.

УСТЬ-ДЖ В-УТ/ у рджиново.

Краснов ос;

Учкею льбрусский.

Ункулан рлагерьдСев Приют.

Условные обозначения: — территории активного развития карста.

Рис. 3.24. Карстовые процессы на территории Карачаево-Черкесии (слайд № 8).

2. Пещеры, образованные в известняках верхнего девона (рис. 3.25).

3. География распространения пещер, образованных в песчаниках раннеюрского возраста.

4. Пещеры, образованные в известняках позднеюрского возраста.

5. География распространения пещер и гротов в породах мелового периода.

6. Подземелья на территории КЧР, созданные человеком. Кроме того, в слайдах были представлены (рис. 3.26−3.32): структура спелеологии (слайд № 4), район классического карста Югославии Плато Красс (слайд № 5, понятие карст (слайд № 6), геология КЧР (слайд № 7), кремневые орудия среднего палеолита из пещеры Треугольной (КЧР) (слайд № 10), реконструкция пещерного медведя, останки, которого.

I. Пет при хребта Джситу 1. Пешеры Заге.тапа.

3. Питера Ильясови.

4. Иешеры перхипьев р. Кжфар-Лгур

5. Петера Старательская Ь. Пещера Мраморная.

7. Пещера Копимая К. Петера Змеиная.

Выходы девонских отложений (по К).Я. Потапенко, 2004″.

Рис. 3.25 География распространения пещер КЧР, образованных в известняках верхнего девона найдены в пещере Киспан (КЧР) (слайд № 11), рисунки древних людей в пещерах (слайды № 9, 12, 13), стадии развития пещер (слайд № 14), разнообразие отложений пещер (слайды № 17−19), перечень наименований естественных подземных полостей Карачаево-Черкесской республики (слайд № 15), самые глубокие пещеры (шахты) Карачаево-Черкесии (слайд № 16).

Были представлены в сравнении всемирно известное ячеистое выветривание в песчаниках — «Копи царя Соломона» (Израиль) (слайд № 26) и ничем ему не уступающее ячеистое выветривание песчаников долины р. Мары (слайд № 25) — геологический памятник природы КЧР, а.

I щ у Рис. 3.26. Реконструированный М. М. Герасимовым облик ребенка-неандертальца из пещеры Тешик-Таш на фоне натеков. Композиция (слайд № 9).

Рис. 3.27. В маленькой Треугольной пещерке (КЧР) были обнаружены в большом количестве обожженные кости древних животных и орудия первобытного человека, изготовленные из кремня. Находки из Треугольной пещеры относятся к эпохе мустье среднего палеолита. Находка такой древности была пятой по счету, сделанной в пещерах нашей страны (слайд № 10).

Кремнешые орудня ¦¦ среднего палеолите.

Рис. 3.28. Слайд № 13. Петроглифы в гроте рядом с источником Боркулдауук (КЧР) (слайд № 9).

Рис. 3.29. Реконструкция пещерного медведя, останки, которого найдены в пещере Киспан (КЧР).

В 1974 году в пещере Берлога (КЧР) обнаружили череп ископаемого пещерного медведяв настоящее время эта находка экспонируется в Карачаево-Черкесском республиканском музее-заповеднике (слайд № 11).

Рис. 2.30. План-схема пещеры «Южный Слон» (КЧР) (по Михайлову И.В.) Узкий проход — «шкуродер» между залами этой пещеры (слайд № 17) Петера Южный Стон [.

Рис. 2.31. Летучие мыши — на потолке пещеры. Сталактиты пещеры Южный Слон (КЧР) (слайды № 18,19.).

1И—.

Рис. 2.32. Копи царя Соломона (Израиль) и Маринское ячеистое выветриваниегеологический памятник природы КЧР. Сравнение рисунков ячеистого выветривания песчаников не оставляет сомнения в более выраженной контрастности природного рисунка Маринского объекта перед Израильским. Однако последний, благодаря рекламе привлекает нескончаемый поток туристов со всех стран мира, тогда как Мариинские кружева остаются практически безвестными (слайды № 25,26) также Маринские песчаниковые пещеры (слайд № 24) — памятник природы КЧР.

Демонстрировались обитатели пещер (слайды № 27−29), Карабекская пещера — древнейшая горная выработка Карачая (слайд № 36) и другие сохранившиеся горные выработки, которые можно использовать как объекты туризма слайд № 37), возможности использования пещер для лечения больных пещерным воздухом (спелеотерапия) (слайд № 38).

Как видно, из представленных слайдов, учащимися был собран огромный материал, имеющий образовательное и воспитательное значение. Значительная роль в этой работе принадлежала ГИС. Сравнительные показатели уровня сформированности экологической культуры учащихся в экспериментальной группе на констатирующем (2007) и на промежуточном этапе эксперимента (2009) представлены в табл. 3.9.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Технические достижения человечества за последние полвека достигли высокого уровня, облегчив его жизнь, сделав его намного комфортнее. Но, к сожалению, активная деятельность по преобразованию окружающей среды породила одну из глобальных проблем человечестваэкологическую катастрофу, угрожающую существованию всего живого на Земле.

Академик Никита Николаевич Моисеев, впервые в мире выполнивший компьютерное моделирование геоэкологических последствий глобального потепления климата, считал: «Новая цивилизация должна начаться не с новой экономики, а с новых научных знаний и с новых образовательных программ».

Необходимое условие предотвращения экологической катастрофыизменение стиля мышления человечества, перейти от потребительского отношения к природе к созидательному. Потому система образования для обеспечения устойчивого развития предполагает переход к модели образования, основанной на целостном подходе к человеку, обществу и природе, единстве современного научного знания, на гуманистических ценностно-мировоззренческих установках. Поэтому сегодня формирование у подрастающего поколения ценностного отношения к природе, с высокой гуманистической, технологической и эколого-географической культурой одна из главных задач современности. Однако, в реальной жизни, наблюдается «экологическая недостаточность» общего среднего, дополнительного и высшего образования.

В связи с этим основной целью образования для устойчивого развития является формирование у подрастающего поколения ключевых образовательных компетентностей, развитие осознанной мотивации для учебно-исследовательской и социально-значимой деятельности, обучение управлению качеством жизни, осознание объективно существующих.

154 экологических возможностей и ограничений экономического развития и необходимости адаптации к ним.

Несмотря на определенные достижения в решении проблем эколого-географического образования и воспитания, недостаточно разработаны средства, методы и направления формирования эколого-географической культуры. Следовательно, необходимо разнообразить формы и виды деятельности школьников по изучению природы, удовлетворить их потребности и интересы, и в этих целях активно использовать географические информационные системы.

Наше диссертационное исследование позволило сделать следующие выводы:

1. Анализ современной научной литературы и использование ГИС-технологий в эколого-географическом образовании молодежи и школьников Карачаево-Черкесии позволили уточнить содержание и объем понятия «эколого-географическая культура личности». Существенными признаками ее являются сформировавшееся экологическое сознание, географическое мышление, умение оценивать и предвидеть последствия преобразующей деятельности социума на окружающую среду.

2. Традиционные формы образования в Карачаево-Черкесии обеспечивают сравнительно низкий уровень эколого-географических знаний и культуры, что ограничивает восприятие окружающих ландшафтов как комплексных геосистем, не развивает навыков самостоятельного решения задач, связанных с охраной и воспроизводством природных ресурсов. В связи с этим появилась необходимость поиска способов углубления знаний и повышения эколого-географической культуры школьников.

3. Предложенная система эколого-географического образования (объединяющая общую теоретическую, практическую и технологическую подсистемы) представляет новое для Карачаево-Черкесии направление формирования эколого-географической культуры, с использованием ГИС-технологий и элективных курсов геоэкологического содержания.

4. Использование ГИС-технологий, деятельностный характер обучения, организация самостоятельной работы учащихся с различными источниками региональной геоэкологической информации в процессе преподавания элективных курсов существенно ускоряет формирование учебно-познавательных компетенций.

5. Вклад элективных курсов в повышение уровня эколого-географической культуры школьников зависит от уровня первичной подготовки — в группах с «высоким» и «средним» уровнем он составил 1618%- количество учащихся с «низким» уровнем уменьшилось на 34,4%- часть школьников (16%) из группы с низкой подготовкой оказалась не готова к восприятию экологической информации с помощью ГИС-технологий.