Реализация основ и принципов эколого-географического образования молодежи и школьников карачаево-черкесии средствами геоинформационных систем

На правах рукописи

Кипкеева Палистан Аубекировна

РЕАЛИЗАЦИЯ ОСНОВ И ПРИНЦИПОВ

ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОЛОДЕЖИ И ШКОЛЬНИКОВ КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕСИИ СРЕДСТВАМИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Ростов-на-Дону 2013

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования естественно-географического факультета ФГБОУ ВПО «Карачаево-Черкесский государственный университет им. У.Д. Алиева».

Научный руководитель:	Онищенко Вячеслав Валентинович, доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и природопользования ФГБОУ ВПО «Карачаево-Черкесский государственный университет имени У.Д. Алиева»
Официальные оппоненты:	Богучарсков Виктор Трофимович, доктор географических наук, профессор кафедры физической географии, экологии и охраны природы ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
	Петрушина Марина Николаевна, кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и ландшафтоведения ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»
Ведущая организация:	ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Защита диссертации состоится: « 27» июня 2013 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.12 при ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090 г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет ЮФУ, аудитория 201.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090 г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «____» ___________ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук, профессор О.С. Безуглова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ведение содержит характеристику актуальности, объекта и предмета исследования, цели, задач, научной новизны, практической значимости работы, изученности проблемы и личного вклада автора. Кроме того включает выносимые на защиту положения, сведения об апробации результатов, структуре и объеме работ.

Глава 1. Теоретические основы эколого-географического образования молодежи и школьников

1.1. Структура понятия «эколого-географическая культура»

Проанализированы понятия культуры: экологической (Реймерс, 1990; Экологическая педагогика, 2010; Сатиров и др., 2000 и др.), географической (Максаковский, 1988), эколого-географической (Хакимов, 2005) и культуры устойчивого развития (Алексеев, 2008 и др.). В большинстве определений присутствуют три обязательных компонента: 1) когнитивный (знаниевый), 2) аксеологический (ценностно-смысловой) и 3) деятельностный (практический, поведенческий).

В рамках выполненного исследования возникла необходимость уточнения определения понятия «эколого-географическая культура», включающего существенные признаки понятий «экологическая культура» и «географическая культура».

Таким образом, 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).

1.2. Научно-методические основы и принципы образования для устойчивого развития (ОУР)

В соответствии с современными представлениями и методическими установками (И.Д. Зверев, А.Н. Захлебный, Н.С. Касимов, С.С. Кашлев, Б.С. Гершунский и др.) экологическое образование – это грамотность-образованность-компетентность-культура. ОУР интегрирует знания в природной, экологической, социальной и экономической областях, формирует ключевые образовательные компетенции, умения, навыки и способы деятельности. Если в 1980-е годы оптимизация образования связывалась с совершенствованием организационно-методической системы обучения в комплексе с техническими средствами обучения, то в настоящее время подобным, но несравненно более мощным элементом являются ГИС-технологии. ГИС позволяют сместить акцент географических исследований с технических процессов на моделирование систем. Эколого-географические основы (Исаченко 1991; Морачевский, Петров, 1994) предусматривают экологическую характеристику географических объектов различной размерности, от континентов до единичных ландшафтов и фаций. Основными его методами являются регистрация, мониторинг, оценка состояния и прогнозирование (моделирование) изменений состояния окружающей среды в пространстве и времени и разработка рекомендаций по сохранению целостности природной среды.

1.3. Геоэкологическая изученность территории Карачаево-Черкесии

Рассмотрены принципы составления и содержание ландшафтных (Черновалов, Шальнев, 1968; Беручашвили, 1979; Шилкин, 1991; Исаченко, 1991; Потапенко, 1996; Авессаломова, Петрушина, Хорошев, 2002; Шальнев, 2004; Шальнев и др. (2009, впервые использованы ГИС-технологии) и геоэкологических (Андреев, Ю.А. Алексеенко, 1988; В.А. Алексеенко, 1990; Прокуронов, 1991; Потапенко и др., 1993; Хрусталев, Крохмаль, 2000; Джанибекова, 2000; Аппоева, 2003 и др.) карт территорий Карачаево-Черкесии и Кабардино-Балкарии. Приведен обзор исследований, посвященных климатическим условиям, водному режиму, балансу рек, эволюции современного оледенения, антропогенному влиянию на озера и состояние флоры и фауны Карачаево-Черкесии (Хапаев, 1981; Ефремов, 1984; Крохмаль, 1999; Лурье, Панов, Ткаченко, 2005; Панов, 2000; Лурье, Крохмаль, Панов и др. 2000; Онищенко, 2009; Караваев и др., 2012).

Анализ геоэкологических исследований территории республики позволил установить, что устойчивость горных ландшафтов к антропогенному давлению быстро уменьшается по мере набора высоты: наиболее уязвимы субальпийские и альпийские зоны, где естественное восстановление нарушенного почвенного покрова происходит крайне медленно, а растительного – затруднено. Техногенное воздействие, в основном связано с геологоразведочными и горнодобывающими работами, на которые накладываются и другие виды антропогенного пресса выпас скота, заготовка древесины, рекреация, прокладка новых дорог и т.д. Имеющиеся картографические и эмпирические материалы позволяют в необходимой мере характеризовать эколого-географическую ситуацию республики и достаточны для использования в сфере образования.

Следует подчеркнуть, что абсолютное большинство проанализированных работ, относящихся к 1988-2010 годам, выполнены в традициях эмпиризма, т.е. онтологической концепции. Нами при составлении элективных курсов использовалась модельно-целевая системно-гносеологическая концепция (Андерсон, 1996), т.е. построение ГИС-моделей эколого-географической реальности.

Глава 2. Перспективы применения ГИС в экологическом образовании

2.1. Географические информационные системы в геоэкологии

Представлены понятие о ГИС и их отличительные особенности по сравнению с другими информационными технологиями в образовании и их возможности в эколого-географических исследованиях.

2.2. Геоэкологическое картирование

В геоэкологии актуальной задачей является картирование природных и антропогенных систем, которые отличаются сложностью, многокомпонентностью и изменчивостью (Берлянт, 1986). Отражение во времени и в пространстве изменений свойств отдельных компонентов ландшафтов является сложной задачей, и вместе с тем необходимой для оптимизации и управления природными системами. Основы картографии (язык карты, геоинформационный метод и т.д.) являются составляющими эколого-географического образования и географической культуры (Максаковский, 1996). В разделе представлены свойства, принципы, виды картографических изображений (Салищев, 1967, 1982; Асланикашвили, 1974; Берлянт, 1988) и основные приемы составления геоэкологических карт (Комедчиков и др., 1994; Виноградов 1998; Стурман 2003; Трофимов и др. 2007; Кочуров и др., 1995; Потапенко, 2009 и др.).

2.3. Использование ГИС-технологий в эколого-географическом образовании

Необходимость компьютеризации эколого-географического образования очевидна. Нами составлена технологическая модель эколого-географического образования (рис. 2).

Рис. 2. Технологическая модель возможности использования ГИС в образовательном пространстве.

Предлагаемые направления эколого-географических исследований 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 др.

Глава 3. Элективные курсы эколого-географического содержания с использованием ГИС-технологий

3.1. Современное состояние уровня школьного эколого-географического образования и воспитания

С целью выявления процессов, происходящих в современном эколого-географическом образовании и воспитании школьников и молодежи, были составлены тесты, анкеты и опросники для обучающихся, педагогов и родителей; использовалась диагностическая шкала, позволяющая определять уровень профессиональной готовности к эколого-педагогической деятельности педагогов.

Экспериментальная часть исследования проводилась с 2007 по 2010 гг. с учащимися 9-11 классов школ №1, №3, №4 г.Карачаевска (194 чел.) и п. Кумыш (46 чел) в три этапа: констатирующий, формирующий и итоговый.

В первый - констатирующий этап (2007 г.) определялись параметры, характеризующие сформированность эколого-географической культуры школьников. Были определены три составляющих компонента сформированности эколого-географической культуры: 1) эколого-географические знания и осознание экологических проблем (знаниевый); 2) проявление эмпатии к живому и уважительного отношения к природе (мотивационно-ценностный); 3) включенность в общественно-трудовую деятельность (деятельностный). Проведенное диагностическое исследование выявило уровни сформированности эколого-географической культуры: «низкий», «средний» и «высокий» (согласно принятой в педагогике классификации). Результат диагностики обучающихся показал низкий уровень осознания экологических проблем, слабую развитость потребности практического участия в их решении и у большинства - потребительский тип отношения к природе (рис.3).

Определение готовности к эколого-педагогической деятельности учителей основывалось на самооценках респондентов, результаты которых свидетельствовали об их недостаточной подготовке. В итоге из 144 педагогов были отобраны четверо достаточно квалифицированных и пожелавших использовать новые геоинформационные технологии в эколого-географическом образовании и воспитании.

3.2. Элективные курсы в средней школе

Поскольку существующие традиционные способы эколого-географического обучения и воспитания не дают должного эффекта, необходимы другие более эффективные формы и методы организации образовательного процесса элективные курсы с использованием ГИС-технологий. Представлено место элективных курсов в системе образовательного процесса и их типология.

3.3. Теоретическая модель эколого-географического образования школьников с использованием ГИС-технологий

Учитывая специфику учебно-воспитательной работы с учащимися, была разработана общая теоретическая модель (приведена в диссертации) эколого-географического образования с использованием механизма ГИС, содержащая основные компоненты и необходимые условия образовательного процесса.

3.4. Внедрение элективных курсов с использованием ГИС-технологий в процесс эколого-географического образования и воспитания

Рис. 3. Диагностика сформированности эколого-географической культуры обучающихся на констатирующем этапе

Исходя из задач второго (формирующего) этапа эксперимента (2007-2010 гг.), были выбраны две группы обучающихся по 120 человек в каждой. Основу данного этапа эксперимента составили авторские элективные курсы (разработанные по 8-ми направлениям) эколого-географического содержания с использованием ГИС-технологий.

Основной курс «ГИС в решении экологических проблем устойчивого развития» был разработан в двух вариантах - для учителей и учащихся. В начале приемы работы в ГИС осваивали учителя, затем проводились занятия с учащимися экспериментальной группы (один - два раза в неделю). Курс состоял из 3 разделов:

1. «Основы геоинформатики» понятие о ГИС; методика создания карт с использованием ГИС–технологий; приемы экологического картографирования.

2. «Важнейшие экологические проблемы современности» проблемы загрязнения окружающей среды; проблемы сокращения генофонда биосферы; проблемы истощения природных ресурсов.

3. «Пути решения некоторых экологических проблем» концепция стратегии устойчивого развития; образование для устойчивого развития; особо охраняемые природные территории; туризм и экология.

Наиболее заинтересованным и увлеченным школьникам предлагались и другие курсы эколого-географической направленности по выбору: «Геоинформационные системы», «Экологический туризм», «Экологическое картографирование», «Устойчивое развитие», «Особо охраняемые природные территории», «Глобальные экологические проблемы» «Геоэкология пещер Карачаево-Черкесии». Занятия по курсам сыграли большую роль в формировании экологического мировоззрения учащихся, в осознании естественноисторических связей природы и общества.

Объем элективных курсов составлял 20 часов (10 часов лекций и бесед, 10 часов практических занятий). В их основу положены разработки автора из опыта преподавательской деятельности. Все предложенные курсы рассматривались на региональном материале, на примере Карачаево-Черкесии. Для них представлены учебно-тематические планы, темы круглых столов и проектов с использованием ГИС-технологий, контрольные вопросы, тестовые задания, словари основных терминов и понятий, списки литературы и цифровых картографических материалов. Формой отчетности элективных курсов предлагались: зачет в виде тестирования, викторина, круглый стол или защита обучающимися проектных работ.

В процессе преподавания всех курсов большое внимание уделялось использованию цифровых карт (применялся программный комплекс для школьников ГИС «Живая география») и составлению их учащимися в ГИС-технологиях (в программах MapInfo и Sinteks ABRIS). В результате учащиеся овладевали основами знаний об организации моделей данных в ГИС (векторной и растровой), обучались приемам создания слоев, выполняли оцифровку отдельных элементов тематических карт Карачаево-Черкесии. Например, был проведен сопряженный анализ покомпонентных карт долины р. Махар (рис. 4).

Учащиеся последовательно вносили в базу данных карты различного содержания и путем их попарного электронно-графического совмещения анализировали степень соответствия границ различных компонентов природной среды границам ландшафтной карты. Сопряженный анализ карт с применением графического совмещения и заверочные полевые маршруты обнаружили несогласованность границ различных компонентов ландшафтов (почвы, фитоценозы, форма рельефа и т.д.). Сопряженный анализ покомпонентных карт развивает критическое мышление школьников, показывая относительность и недостаточность наших знаний о природе, многовариантность и неоднозначность проведения одних и тех же границ.

Особое значение в настоящее время приобретают карты геоэкологического содержания в связи с необходимостью охраны окружающей среды. ГИС позволяют, в виде красочных электронных

карт представлять эколого-географическую информацию, создавать банки данных на изучаемую территорию. Эта возможность наглядного моделирования ситуации с использованием ГИС формирует живой интерес к геоэкологическим проблемам КЧР, желание улучшить сложившуюся ситуацию.

Оценка геоэкологического состояния горных ландшафтов проводились путем составления комплекта трех карт: ландшафтной, функциональных типов антропогенной нагрузки и степени антропогенных изменений. В качестве примера выбрана территория среднегорного рельефа, расположенная в пределах Северо-Юрской депрессии к югу от г. Карачаевска, в междуречье Теберды и Кубани (рис. 5).

На аэрофотоснимке стереодешифрированием выделяются топографические и геоботанические элементы. Полученные данные послужили основой для составления карты структуры Нижне-Тебердинского (по А.Г.Исаченко, 1991) и Каменномостского ландшафтов в ранге урочищ. После полевых исследований составлены карты антропогенной нагрузки и степени антропогенных изменений, на которых в соответствии с классификацией ВСЕГИНГЕО (Москва, 1996) выделены функциональные типы: сельско- и лесохозяйственные, транспортный, селитебный и промышленный (карьер). Весь комплекс картографического моделирования с использованием ГИС-программ успешно усваивался обучающимися (пользователями). Степень антропогенных изменений ландшафтов оценивалась по пятибалльной шкале (Плюснин, 1994) коэффициентами (от 1 до 5) и цветами (от зеленого до красного). Соотношение площадей с разной степенью преобразования на обширных площадях показывается в процентах в виде диаграмм.

ГИС-технологии при анализе экологической ситуации способствовали интеллектуальному, творческому, эмоциональному развитию учащегося, активизации познавательной деятельности.

Данные аэро- и космической фотосъемки послужили дополнительными источниками информации для анализа и с использованием ГИС, в частности ряд фотографий местности, сделанных через промежутки времени позволяют обнаружить деградацию среды обитания и выработать навыки проектирования необходимых природоохранных мероприятий. По этой тематике проводилась оценка изменения соотношения площадей луговых и лесных угодий на месте вырубленного леса (рис.6). При сравнении карт (1940-1950-х г.) и снимков разных лет (1973г. и 2012 г.) выяснилось, что в окрестностях п. Каменномостский в период с 1957 г. на правобережье р. Кубани лиственный лес в нижней части склона был вырублен на 80%. Возникшая после порубок мозаичная антропогенная структура леса отражена на аэрофотоснимке 1973 г. (рис. 6а). При сравнении аэрофотоснимка с космоснимком 2012 г. (рис. 6б) установлено, что в ряде изреженных фрагментов леса и просек образовались сплошные заросли кустарника. Восстановление первичной структуры ландшафта объясняется газификацией п. Каменномостский в 1998 г., которая резко снизила, вплоть до прекращения, вырубки леса.

Для детальных исследований структуры горных ландшафтов эффективным оказалось дешифрирование фотопанорам склонов долин (рис. 7а) с составлением геоботанических схем горных урочищ. Компьютерное редактирование позволяет составлять детальные карто-схемы распределения геоботанических ассоциаций (рис. 7б). Методика комплексного использования аэро- космоснимков и наземных фотоснимков, разработанная на кафедре географии естественно-географического факультета КЧГУ (Потапенко, 2009) при участии автора, подробно изложена в диссертации.

Рис. 6. Антропогенно измененный ландшафт близ п. Каменномостский: а) аэрофотоснимок (1973 г.), б) космоснимок (2012 г.) Пунктиром показаны границы лиственного леса на топографических картах до 1957 года.

Рис. 7. 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

Преимущества карты перед другими видами модельной информации заключается в том, что графические изображения изменений в пространстве характеристик явлений природного и антропогенного происхождения легко воспринимается обучающимися.

ГИС позволили учащимся провести сбор, хранение и обработку полевой фактографической и картографической информации: о характере, степени и площади экологических нарушений естественного и техногенного происхождения; об использовании природных ресурсов; проанализировать изменения окружающей среды и предложить меры по рациональному использованию и охране природных и рекреационных ресурсов.

Глава 4. Эффективность внедрения ГИС в школьное эколого-географическое образование

В главе представлены результаты опытно-экспериментальной работы по исследуемой проблеме, проведена их интерпретация и выявлены преимущества использования ГИС-технологий в учебном процессе.

4.1. Необходимые условия для реализации принципов и методов эколого-географического образования школьников средствами ГИС

Согласно разработанной в ходе исследования практической модели формирование эколого-географической культуры старшеклассников осуществлялось в различных группах: с учащимися, педагогическим коллективом, семьей, со службами СОШ и социальными институтами. Определены формы деятельности в виде практической модели, представляющей собой систему формирования эколого-географической культуры: коллективное творческое дело; экскурсии, походы, посещение памятников природы, культуры и т.д.; нестандартные уроки; семейный клуб; элективные курсы эколого-географического содержания с использованием ГИС и др.

4.2. Результаты опытно-экспериментальной работы по исследуемой проблеме и их интерпретация

Результаты диагностики сформированности эколого-географической культуры после проведения эксперимента (2010 г.), были сопоставлены с результатами обследования контрольной группы испытуемых старшеклассников, которые не участвовали в специальной учебно-воспитательной программе. Полученные результаты представлены в табл.1.

Таблица 1

Сравнительный анализ результатов сформированности эколого-

географической культуры средствами ГИС

Группа*	«Высокий» уровень				«Средний» уровень				«Низкий» уровень
	компоненты сформированности эколого-географической культуры
	эколого-географические знания и осознание экологических проблем, %	проявление эмпатии к живому и уважительного отношения к природе %	включенность в общественно-трудовую деятельность, %	среднее значение, %	эколого-географические знания и осознание экологических проблем, %	проявление эмпатии к живому и уважительного отношения к природе %	включенность в общественно-трудовую деятельность, %	среднее значение, %	эколого-географические знания и осознание экологических проблем, %	проявление эмпатии к живому и уважительного отношения к природе %	включенность в общественно-трудовую деятельность, %	среднее значение, %
Экспериментальная группа	38	36	39	37,6	47	42	48	45,6	15	22	13	16,6
Контрольная группа	21	19	24	21,3	30	29	25	28	50	52	51	51
Разница показателей	17	17	15	16,3	17	13	23	17,6	-35	-30	-38	-34,4

*Примечание: группы с условными уровнями «высокий», «средний», «низкий» выделены в результате диагностического исследования на первом этапе эксперимента.

Из таблицы следует, в целом сформированность эколого-географической культуры старшеклассников возросла в группе с «высоким» уровнем на 16,3%; в группе со «средним» уровнем – на 17,6%; количество учащихся с «низким» уровнем уменьшилось на 34,4%.

4.3. Преимущества использования ГИС-технологий в эколого-географическом образовании

Использование ГИС-технологий в сравнении с традиционными методами обучения существенно расширяет образовательную сферу учащегося и учителя: повышает эффективность учебного процесса и интерес школьников к изучению своей местности (составление авторских экологических карт и банков данных); облегчает обработку, хранение и использование полученных ГИС-моделей на практике; способствует восприятию изучаемых природных комплексов как сложных экосистем, неоднозначно реагирующих на антропогенные воздействия; позволяет интерактивно управлять информацией, акцентируя внимание учащихся на наиболее интересных или сложных моментах изучаемого материала; облегчает понимание сущности природных и техногенных явлений и процессов посредством наглядной демонстрации их в динамике.

Использование ГИС в образовательном процессе создает атмосферу причастности обучающихся к проблемам родного региона, а моделирование вариантов решения возникающих проблем развивает исследовательские навыки и повышает социальную значимость проведенной работы. Поэтому ГИС все шире внедряется в образование.

Заключение

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.

4. Использование ГИС-технологий, деятельностный характер обучения, организация самостоятельной работы учащихся с различными источниками региональной эколого-географической 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 16-18%; количество учащихся с «низким» уровнем уменьшилось на 34,4%; часть школьников (16%) из группы с низкой подготовкой оказалась не готова к восприятию информации с помощью ГИС-технологий.

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях автора:

а) входят в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ

1. Кипкеева П.А. Методы, приёмы, средства экологического воспитания и формирование экологической культуры учащихся // Вестник Адыгейского государственного университета. – Майкоп: Из-во АГУ. – Вып. 1, 2009. – С. 55-61.
2. Кипкеева П.А. Географические информационные системы в формировании экологической культуры личности // Научные проблемы гуманитарных исследований: научно-теоретический журнал. Вып. 1. – Пятигорск, 2010. – С. 159-166.
3. Кипкеева П.А. Роль геоинформационных технологий в активизации когнитивного процесса экологического образования на основе регионального образования // Научные проблемы гуманитарных исследований: научно-теоретический журнал. Вып. 6. – Пятигорск, 2010. –С.114-119.

б) учебные, учебно-методические пособия, монография

4. Кипкеева П.А. Геоинформационные системы и их использование в современной картографии: учебное пособие. – Карачаевск: КЧГУ, 2004. – 228с. (Гриф МО РФ от 23.06.2003 г).
5. Кипкеева П.А. Ресурсы и проблемы устойчивого развития горных территорий: учебное пособие. Карачаевск: Изд-во КЧГУ, 2008. 336 с. (Рецензия ФИРО от 02.04.2008.).
6. Кипкеева П.А. Экологические курсы с использованием геоинформационных технологий: учебно-методическое пособие. – Карачаевск: КЧГУ, 2009. –180с.
7. Кипкеева П.А. Формирование экологической культуры старшеклассников средствами геоинформационных систем: монография. Карачаевск: КЧГУ, 2012. – 210с.
8. Кипкеева П.А. Об учебе и здоровом образе жизни: методические рекомендации. – Карачаевск: КЧГУ, 2011. –58с.

в) статьи и другие материалы

9. Кипкеева П.А. Электронные карты // Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета. / Тезисы докладов. Карачаевск: КЧГПУ, 1999. С.75-76.
10. Кипкеева П.А. Географические информационные системы и развитие картографии // Вестник: Научно-методический журнал №2. Карачаевск: КЧГПУ, 1999. С. 322-330.
11. Кипкеева П.А. Акбаева Н.К., Батищев В.В. Изучение компьютерного картографирования и ГИС - технологий в школьном и университетском образовании // Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета. Тезисы докладов. Карачаевск: КЧГПУ, 2000. С.290-292.
12. Кипкеева П.А. Структура и принципы организации географических информационных систем // Вестник: Научно-методический журнал. №4. Карачаевск: КЧГПУ, 2000. С.126-132.
13. Кипкеева П.А. Геоинформационное образование: проблемы и возможности развития на естественно-географическом факультете // Вестник КЧГПУ: Научно-методический журнал. Карачаевск: КЧГПУ, 2001. С.192-198.
14. Кипкеева П.А. Области применения географических информационных систем // Вестник КЧГПУ: Научно-методический журнал №7. Карачаевск: КЧГПУ, 2002. С.344-352.
15. Кипкеева П.А. Новые научные направления в современной картографии // Вестник КЧГПУ: Научно-методический журнал №9. Карачаевск: КЧГПУ, 2002. С. 356-364.
16. Кипкеева П.А. Использование геоинформационных технологий для анализа морфологических особенностей горных ландшафтов Карачаево-Черкесии // Современные геоэкологические проблемы горных регионов России /Материалы Всероссийской научной конференции. – Карачаевск: КЧГУ, 2003. С. 109-111.
17. Кипкеева П.А. Геоинформационные технологии при составлении картографических материалов (на примере Карачаево-Черкесии) // Вестник КЧГУ: Научно-методический журнал №11. Карачаевск: КЧГУ, 2003. С. 242-248.
18. Кипкеева, П.А. Байрамукова Е.Д Верховья Теберды полигон экологического туризма //Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета / Тезисы докладов. Карачаевск: КЧГУ, 2004. С.410.
19. Кипкеева П.А. Проблемы переработки исходных картографических материалов при создании цифровых моделей карт // Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета / Материалы научной сессии в двух частях. – Часть II. – Карачаевск: КЧГУ, 2005. С.247-248.
20. Кипкеева П.А. Экологический туризм. Программа элективного курса для учащихся старших классов СШ. Карачаевск: КЧГУ, 2005. – 12 с.
21. Кипкеева П.А. Воспитание экологической культуры учащихся посредством элективного курса «Экологический туризм» с использованием геоинформационных технологий // Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета / Материалы научной сессии в двух частях. – Часть II. – Карачаевск: КЧГУ, 2006. С.300-301.
22. Кипкеева П.А. Туризм и формирование новой социальной и экологической нравственности // Тезисы докладов XXXIII научной конференции студентов и молодых учёных вузов Южного Федерального округа (январь-март 2006 г.). – Часть III. Краснодар, 2006. С. 58-59.
23. Кипкеева П.А. Географические информационные системы как фактор развития личности // Новые исследования в психолого-педагогических науках. Вып. II. Часть 2. / Прил. к жур. «Прикладная психология и психоанализ» / Под ред. док. пед. наук проф. А.Р. Джиоевой. Москва–Владикавказ. М.: ИД «МПА Пресс, 2006». – С. 96-102.
24. Кипкеева П.А. Геоинформационные системы в сфере экологического образования и воспитания // Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета / Материалы научной сессии в двух частях. – Часть II. – Карачаевск: КЧГУ, 2007. С. 252-255.
25. Кипкеева П.А. Геоинформационные системы как необходимый компонент экологического образования и воспитания // Вестник КЧГУ: Научно - методический журнал №.20. Карачаевск: КЧГУ, 2007. –С. 126-138.
26. Кипкеева П.А. Информационные технологии в экологическом воспитании старшеклассников // Тезисы докладов XXXIV научной конференции студентов и молодых учёных вузов Южного Федерального округа (январь-март 2007). – Часть III. Краснодар, 2007. –С.116-117.
27. Кипкеева П.А., Акбаева Н.К. Геоинформационные технологии в решении экологических проблем горных территорий // Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий / Материалы VI Международной конференции. 28-30 мая 2007 г. – Владикавказ: Терек, 2007. – С.471-472.
28. Кипкеева П.А., Акбаева Н.К. Роль экологического воспитания и образования в развитии современного общества // Экологические проблемы современности / Материалы 10-ой Международной научно-практической конференции, 20-22 ноября 2007. – Майкоп: Изд-во МГТУ, 2007. – С. 202-203.
29. Кипкеева П.А. Ресурсы и проблемы устойчивого развития горных территорий // Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий / Материалы VI Международной конференции. 28-30 мая 2007 г. – Владикавказ: Терек, 2007. – С.80-82.
30. Кипкеева, П.А. Устойчивое развитие горных территорий – актуальная проблема современности //Ресурсы и проблемы устойчивого развития горных территорий. Материалы V научной конференции. 23 марта 2007. /Сост. П.А. Кипкеева. Карачаевск: КЧГУ, 2007. – С. 5 – 8.
31. Кипкеева П.А. Экологическое воспитание и экотуризм как условия устойчивости природных комплексов Карачаево-Черкесии // Актуальные проблемы развития экологического туризма в Карачаево-Черкесской республике /Материалы межрегиональной научно-практической конференции. – Карачаевск: КЧГУ, 2008. – С.88-91.
32. Кипкеева П.А. Образование в интересах устойчивого развития: экологический аспект // Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета / Материалы научной сессии. – Карачаевск: КЧГУ, 2009. С. 394-397.
33. Кипкеева П.А. Экологическое образование для устойчивого развития горных территорий //Селиверстовские чтения. Санкт–Петербург, 2009. – С.523-528.
34. Кипкеева П.А. Использование географических информационных систем в формировании экологической культуры старшеклассников // Информационные технологии в учебном процессе /Материалы межвузовской научно-практической конференции. – Карачаевск: КЧГУ, 2009. –С. 89-96.
35. Кипкеева П.А. Современные направления применения геоинформационных технологий в экологическом образовании /Экологическое равновесие и устойчивое развитие территорий: материалы международной науч.-прак. конф. 30-31 марта 2010 г. /под общ. ред. проф. В.Н. Скворцова. –СПб.: ЛГУ им. Пушкина, 2010. – С. 410-413.
36. Кипкеева П.А. Элективные курсы в системе формирования экологической культуры старшеклассников /Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета. /Материалы научной сессии. Карачаевск: КЧГУ, 2010. С.104-109.
37. Кипкеева П.А. Элективные курсы экологического содержания для устойчивого развития горных территорий /Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений: материалы VII международной конф. 14-16 сентября 2010 г Владикавказ, 2010.
38. Кипкеева, П.А. Региональное географическое и экологическое образование с использованием геоинформационных технологий [Электронный ресурс] /Труды РГО. СПб., 2010.
39. Кипкеева П.А. Преимущества использования геоинформационных систем в учебном процессе /Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета. /Материалы научной сессии. Карачаевск: КЧГУ, 2011. С.176-178.
40. Кипкеева П.А. Опыт использования ГИС-технологий в процессе экологизации школьного образования Карачаево-Черкесии /Модели популяционной динамики и мониторинг биоразнообразия для устойчивого развития горных районов: материалы международной научно-практической конференции 19-22 сентября 2011 г Теберда. Карачаевск: КЧГУ, 2011. С.136-143.
41. Кипкеева П.А. Экологизация школьного образования посредством внедрения элективных курсов с использованием информационных технологий /Сб. Проблемы географии и геоэкологии горных территорий: к 15-летию образования Карачаево-Черкесского отделения Русского географического общества. Карачаевск: КЧГУ, 2011. С.120-129.
42. Кипкеева П.А. Разработка теоретической модели формирования экологической культуры старшеклассников с использованием ГИС-технологий / Алиевские чтения: научная сессия преподавателей и аспирантов университета. /Материалы научной сессии. Карачаевск: КЧГУ, 2012. С.161-174.
43. Кипкеева П.А. Формирование культуры устойчивого развития с использованием геоинформационных технологий / Поиск. Знание. Наука. Сб. научных статей. /Материалы научных исследований с международным участием. Карачаевск: КЧГУ, 2012. – С.24-33.
44. Кипкеева П.А. Возможности активизации эколого-географического образования с применением ГИС-технологий /Наука. Мастерство. Искусство /Сб. науч. статей. Карачаевск: КЧГУ, 2013. – С.124-130.