CC BY
15
УДК 91(075.8)
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕСИИ
© 2013 г. П.А. Кипкеева
Кипкеева Палистан Аубекировна - доцент, кафедра Kipkeeva Palistan Aubekirovna - Associate Professor,
физической и экономической географии, Карачаево- Department of Physical and Economic Geography,
Черкесский государственный университет, ул. Ленина, Karachai-Cherkess State University, Lenin St., 29,
29, г. Карачаевск, Карачаево-Черкесская Республика, Karachaevsk, Karachai-Cherkess Republic, Russia,
369202, е-mail: [email protected]. 369202, е-mail: [email protected].
Предлагается опыт разработки и внедрения элективных курсов в систему эколого-географического образования молодежи и школьников Карачаево-Черкесии с использованием геоинформационных технологий: «Экологический туризм», «Устойчивое развитие», «Особо охраняемые природные территории» и др. Оригинальной частью курсов является построение учащимися с помощью ГИС серии карт эколого-географического содержания; геоботаническое картирование с помощью фотопанорам; сопряженный анализ покомпонентных карт и др.
Ключевые слова: эколого-географическое образование, элективные курсы, ГИС-технологии, окружающая среда, структура ландшафтов, Карачаево-Черкесия.
The paper proposes the development and implementation of elective courses in environmental and geographic education youth and students ofKarachay-Cherkessia with GIS technology, "Eco-tourism", "Sustainable development", "Protected areas", etc. The original part of the courses is to build students with GIS: a series of maps eco-geographical content, geo-botanical mapping using photo panoramas; сonnected analysis of component-wise maps, etc.
Keywords: ecological and geographical education, elective courses, GIS-technology, environment, structure of landscapes, Karachai-Cherkessia.
Приоритетным направлением в системе образования становится разработка и использование новых эффективных методов и приемов, в частности, внедрение ГИС-технологий в эколого-географическое образование и воспитание.
В качестве учебного природного полигона выбрана территория Карачаево-Черкесии. На Северном Кавказе она выделяется исключительно высоким биологическим и ландшафтным разнообразием. Здесь представлен широкий спектр природных и антропогенных ландшафтов - от естественных (коренных) и рекреационных до селитебных, сельскохозяйственных и промышленных. Восприятие такого разнообразия в единой системе функционирования возможно лишь в случае использования унифицированного программного обеспечения, способного моделировать структуру и динамику природно-антропогенных систем в пространстве и во времени. Такими возможностями располагают ГИС-технологии, внедрение которых в структуру образования позволяет моделировать различные сценарии развития геоэкологических процессов, осуществлять сопряженный анализ характера антропогенной деятельности с естественным функционированием коренных ландшафтов и формировать сознание необходимости сохранения окружающей природной среды на уязвимых горных территориях.
В работе предлагается опыт внедрения методических приемов эколого-географического образования с использованием информационных (в том числе гео-
информационных) технологий при разработке и внедрении элективных курсов на материалах Карачаево-Черкесии: «Геоинформационные системы», «Экологический туризм», «Экологическое картографирование», «Устойчивое развитие», «Особо охраняемые природные территории», «Глобальные экологические проблемы» и «Геоэкология пещер Карачаево-Черкесии» [1]. Объём курсов составляет 20 ч. В их основу положены разработки авторов из опыта преподавательской деятельности. Для каждого курса составлены учебно-тематические планы, темы круглых столов и проектных работ, различные карты эколого-географического содержания, контрольные вопросы, тестовые задания, словари основных терминов и понятий, списки литературы и цифровых картографических материалов. Формой отчётности элективных курсов предлагается зачёт в виде тестирования, викторина, круглый стол или защита обучающимися проектных работ [1].
Апробация курсов проводилась в школах г. Кара-чаевска (9-10-й кл.) и в Карачаево-Черкесском госуниверситете им. У.Д. Алиева с 2007 по 2010 г. В процессе обучения использовались: программы MapInfo 6.0 Professional и Sinteks ABRIS фирмы «ТРИСОФТ»; программный комплекс для школьников ГИС «Живая география»; графические редакторы Photoshop, Photostudio и др.
Оригинальной частью курсов было выполнение обучающимися с помощью ГИС заданий различного
характера: создание карт эколого-географического содержания, прогнозирование и моделирование состояния окружающей среды и мониторинговые исследования различных параметров состояния окружающей среды по направлениям исследований, представленных на рис. 1.
Эколого-географические исследования с помощью ГИС могут использоваться в работе геоэкологических кружков и элективных курсов, при выполнении проектных и дипломных работ, на экскурсиях, при составлении экологического паспорта школы, предприятия и т.д.
Функциональные особенности ГИС оптимизируют дидактический процесс, позволяя наглядно представлять экологические ситуации, недоступные непосредственному восприятию во времени, пространстве и в динамике; проводить интерпретации последствий экологических и техногенных процессов и явлений в ретроспективе и перспективе.
Ниже приведены несколько экспериментальных приемов оптимального восприятия обучающимися эколого-географических знаний.
ная и луговая растительность, участки скальных обнажений в рельефе, соответствующие выходам маг-магических пород, карьер и пашня. Полученные данные позволяют самостоятельно составить ландшафтную карту, на которой отражена структура Нижне-Тебердинского и Каменномостского ландшафтов по урочищам.
После полевых рекогносцировочно-заверочных маршрутов на основе ландшафтной карты обучающимися составлена карта антропогенной нагрузки. На ней в соответствии с классификацией ВСЕГИНГЕО (Москва, 1996) выделены следующие функциональные типы: сельскохозяйственный и лесохозяйстве-ный, транспортный, селитебный и промышленный (карьер) [4].
Третья карта - степени антропогенных изменений -может быть составлена с помощью разных подходов. В настоящее время разработано и используется несколько различных подходов к оценке экологического состояния природной среды. Например, Институт географии РАН использует синтезирующие показатели, а географы МГУ - показатели состояния отдель-
Эколого-географическая оценка состояния горных ландшафтов
Оценка проведена путем составления комплекта трех карт: ландшафтной, функциональных типов антропогенной нагрузки и степени антропогенных изменений [2]. Для проведения оценочного эксперимента выбрана территория среднегорного ландшафта, расположенная в пределах Северо-Юрской депрессии к югу от г. Карачаевска (рис. 2), в междуречье Теберды и Кубани. Исходными материалами послужили топографические карты масштаба 1:200 000 и 1:25 000, аэрофотоснимок масштаба 1: 17 000.
Космоснимок включает фрагменты долин Теберды и Кубани (длиной с севера на юг 7 км). Северная граница снимка находится в 3 км к югу от устья р. Теберды. Те-бердинский участок на ландшафтной схеме долины р. Те-берды входит в состав Нижне-Тебердинского ландшафта [3]. Соседний к востоку ландшафтный участок в долине Кубани условно назван Камен-номостским. На аэрофотоснимке с помощью стереоскопа дешифрируются реки, селитебные территории (пос. Джин-гирик и Каменномостский), автомобильные дороги, лес-
Рис. 1. Возможности использования географических информационных систем в образовательном пространстве
Дешифруемые признаки:
Нарушенность природной среды (коэффициент, цвет):
<5^- реки водоразделы СЗ - леса ¿Р'-^ Q) - карьер - пашни - населенные пункты - дороги -в ыходы магматических 1 (зеленый) - неизмененный; 2 (бледно-зеленый) - слабоизмененный; 3 (желтый) - среднеизмененный; 4 (розовый) - сильноизмененный; 5 (красный) - преобразованный
г ^
Рис. 2. Космоснимок и карта степени антропогенных изменений междуречья Теберды и Кубани, Карачаевский район КЧР
ных компонентов ландшафтов (почв, вод и т.д.). Нами в учебном процессе применялась пятибалльная шкала, в соответствии с которой различаются территории (в скобках - коэффициенты изменения среды): неизмененные (1), слабоизмененные (2), среднеизмененные (3), сильноизмененные (4) и преобразованные (5) [5]. Используются контуры территорий с карты функциональных типов, а степень антропогенных изменений показывается коэффициентами и цветами - от зеленого до красного (рис. 3). Соотношение площадей с разной степенью преобразования показывается в процентах в виде диаграмм.
Преимущество ГИС-карты перед другими видами информации заключается в том, что она показывает изменения в пространстве процессов и явлений природного и антропогенного происхождения. Кроме того, ГИС позволяет выявить и наглядно представить изменения во времени, которые произошли (или произойдут) на данной территории, выяснять пространственные закономерности и взаимосвязи и т.д.
Оценка изменения площади выделов в результате рубки леса
При сравнении карт и снимков, выполненных в разные годы, выяснилось, что на правобережье р. Кубани, у п. Каменномостского, в период с 1957 г. лиственный лес, произраставший в нижней части склона, был вырублен на 80 %. О наличии здесь до 1957 г. лиственного леса высотой древостоя 10 -15 м свидетельствуют топографические карты 1940 - 1950-х гг. и единичные сохранившиеся экземпляры прямоствольной дикой груши. Возникшая после вырубки мозаичная антропогенная структура леса отражена на аэрофотоснимке 1973 г. (рис. 3а). При сравнении аэрофотоснимка с космоснимком 2012 г. (рис. 3б) установлено: 1) в ряде изреженных лесных выделов произошло сплошное возобновление кустарника; 2) некоторые грунтовые дороги и трелевочные волока также заросли кустарником.
Восстановление лесной среды на месте интенсивной вырубки векового леса следует объяснить
газификацией п. Каменномостского в 1998 г., предотвратившей полное исчезновение лесного массива, используемого для заготовки.
Геоботаническое картирование горной территории с использованием фотопанорамы
В Карачаево-Черкесии преобладает горный рельеф, который дает возможность при детальных эколо-го-географических исследованиях использовать помимо аэро- и космоснимков наземные фотоснимки склонов. Методика разработана на кафедре географии естественно-географического факультета Карачаево-Черкесского госуниверситета Ю.Я. Потапенко [2].
Учащимися выбирается склон долины с характерной для данного ландшафта растительностью (рис. 4 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 или ее отсутствию. Затем фотографию редактируют в графической программе с использованием шкал «контрастность», «насыщенность» и других для достижения максимальной детальности изображения, затем в меню «эффекты» применяется вариант «контур» (рис. 4б). На полученном контурном фотоснимке выбирают участок,
Рис. 3. Антропогенно измененный ландшафт близ п. Каменномостского: а - аэрофотоснимок (1973 г.), б - космоснимок (2012 г.). (Пунктиром показаны границы лиственного леса на топографических картах до 1957 г.
Рис. 4. 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
содержащий серию выделов, различающихся цветовым тоном и соответствующих по рангу фациям или урочищам, такие выделы, как правило, различаются составом фитоценозов, лесоводственно-таксационной структурой и почвенно-гидрологическими условиями. Следующим условием данного методического подхода является посещение со специалистом оконтуренного участка на местности. В его пределах на нескольких выделах выполняется подробное геоботаническое описание фитоценозов с составлением гербариев. Для геодезической привязки границ участков в нескольких характерных точках рельефа (отдельные скалы, точки слияния ручьев и т.д.) учащиеся определяют координаты и высотные отметки с помощью GPS.
Видовой состав растений и другие показатели, определенные учащимися, корректируются специалистами-ботаниками; после этого на основе контурного фотоснимка строится геоботаническая картосхема, которая представляет собой проекцию фотографии склона на плоскость. При достаточной крутизне склона (более 20°) и обзорности эта проекция будет идентична проекции ситуации склона на горизонтальную плоскость, т.е. картосхема и дает представление о внутриланд-шафтной структуре. При наличии крупномасштабной оцифрованной топосновы 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 внутри-ландшафтной структуры, отражающая тип рисунка растительных сообществ (пятнистый, полосчатый, мозаичный и т.д.).
Сопряженный анализ покомпонентных карт
При составлении ландшафтных и геоэкологических карт исполнитель должен пользоваться информацией на имеющихся картах различного содержания (топографических, почвенных, геоботанических, геоморфологических, ландшафтных и др.). ГИС-техно-
логии позволяют выполнить сравнительный анализ рисунков специализированных (покомпонентных) карт и ландшафтной (итоговой) карты. Такой анализ со старшеклассниками и студентами был выполнен на примере бассейна р. Махар (левый приток р. Учкулан).
Исходным материалам послужили карты: топографическая [6], геоморфологическая [7], почвенная [8], геоботаническая [9] и ландшафтная [10].
Обучающиеся последовательно оцифровывают карты различного содержания, приводят их к одному масштабу и путем их попарного совмещения на мониторе анализируют степень соответствия границ различных компонентов природной среды границам ландшафтной карты (рис. 5).
Сопряженный анализ карт с применением графического совмещения и заверочные полевые маршруты показали, что в большинстве случаев выявляется несогласованность границ различных компонентов ландшафтов (почв, фитоценозов, форм рельефа и т.д.) с внутриландшафтными структурными элементами. Такой анализ покомпонентных карт развивает критическое мышление школьников, показывая относительность и недостаточность наших знаний о природе, многовариантность и разобщенность проведения одних и тех же границ специалистами разных квалификаций.
В результате исследования были выявлены следующие преимущества ГИС перед традиционными методами преподавания:
1. Более высокий уровень реализации принципов обучения и ключевых образовательных компетенций: ценностно-смысловой, общекультурной, учебно-познавательной, информационной, коммуникативной, социально-трудовой и компетенции личностного самосовершенствования.
2. Существенно расширяется сфера учебной взаимосвязи учащегося и учителя, повышается инициативность, эффективность учебного процесса и интерес к изучению своей местности (к составлению соб-
Карты долины р. Махар КЧР: 1 - лесов; 2 - геоботаническая; 3 - почвенная; 4 -геоморфологическая; 5 - ландшафтная;
6 - совмещение рисунков лугов и лесов;
7 - совмещение рисунков ландшафтов и лесов; 8 - совмещение рисунков геоморфологической и ландшафтной структуры
Рис. 5. Сравнительный анализ карт бассейна р. Махар (левый приток р.Учкулан) КЧР
ственных геоэкологических моделей в виде карт, таблиц и графиков); облегчается обработка, хранение и поиск необходимой информации.
3. ГИС способствуют восприятию изучаемых природных комплексов как сложных природных систем, неоднозначно реагирующих на антропогенные воздействия. Возрастает эффективность самостоятельной работы обучающихся, в практическую деятельность вовлекается решение проблем окружающей среды местного, регионального и глобального значения (выявление редких и исчезающих видов, организация экологической тропы, защита природы от разрушений, определение факторов риска в районах проживания).
4. Занятия, проводимые с использованием ГИС, отличаются выразительностью транслируемой учебной информации, эмоциональностью и регулированием информационной насыщенности с учетом индивидуальных особенностей учащихся и т.д.
Литература
1. Кипкеева П.А. Экологические курсы с использованием геоинформационных технологий : учеб.-метод. пособие. Карачаевск, 2009. 180 с.
2. Потапенко Ю.Я. Ландшафтно-геоэкологические исследования и картирование горных территорий : учеб.-метод. пособие. Карачаевск, 2009. 264 с.
3. Исаченко А.Г. Основы ландшафтоведения и физико-географическое районирование. М., 1991.
4. Методические рекомендации по составлению эколо-го-географических карт масштаба 1:200 000 - 1:100 000, сводная легенда и макеты / сост. Л.А. Островский, В.Н. Островский, Р.К. Шахнова. М., 1996. 61 с.
5. Плюснин В.Б. О нарушенности естественных ландшафтов Прибайкалья // География и природные ресурсы. М., 1994. № 1.
6. Топографическая карта Карачаево-Черкесии масштаба 1:200 000. Карачаевск, 1995.
7. Черных В.И. Геоморфологическая карта масштаба 1:50 000. Ростов н/Д, 1993.
8. Почвенная карта КЧР масштаба 1:200 000 / сост. Кубанский государственный проектный институт по землеустройству. Краснодар, 1977.
9. Геоботаническая карта КЧР масштаба 1:100 000 / сост. Львовский госуниверситет (НИЛ геоботанических исследований). Львов, 1989.
10. Шальнев В.А., ДжанибековаХ.А. Ландшафтная карта КЧР масштаба 1:200 000 / Ставропольский госуниверситет, Карачаево-Черкесский госуниверситет. Ставрополь, 1997.
Поступила в редакцию_17 мая 2013 г.
