Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ

Казарян М.Л. 1
1 СОГУ «Северо-Осетинский Государственный университет им. К.Л. Хетагурова» финансовый университет при правительстве российской федерации
Проанализированы процессы информатизации образования в условиях глобализации. Предлагается внедрение космических технологий в режиме онлайн с учениками школ и студентами ВУЗов при проведении экологического мониторинга на территории РСО – Алании. Был проведен педагогический эксперимент, где на примере физмат лицея г. Владикавказ изучался вопрос об удовлетворенности учащихся проведенными занятиями.
космические технологии; дистанционное образование; информатизация образования; экосистема; твердые бытовые отходы; дистанционное зондирование Земли; космический мониторинг захоронения ТБО; удовлетворенность учащихся.
1. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной безопасности России (природно-техногенные аспекты). – М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. – 398 с., с иллюстр.
2. Шовенгердт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. – М.: Техносфера, 2010. – 560 с.
3. Казарян М.Л. Исследование задач цифровой обработки сигналов посредством дискретных ортогональных преобразований на устойчивость. – Владикавказ: СОГУ, 2009.
4. Казарян М.Л. Проблемы создания и разработки мобильного учебного центра высокогорных районов РСО – Алании. – Владикавказ: СОГПИ, 2011.
5. Казарян М.Л. Ортогональные преобразования вейвлет - Хаара в дистанционном зондировании Земли // Математическое моделирование (http://www.econf.rae.ru/article/7574): научная конференция. – М., 27.04.2013 г.

Введение

В 2002 г. Россия присоединилась к Болонскому соглашению, что привело к следующим направлениям информатизации в стране [3,4]: оснащение образовательных учреждений современными средствами информатизации и использование их для обучения; использование современных средств телекоммуникации и баз данных для обработки информации; развитие и распространение средств дистанционного образования; пересмотр содержания образования на всех уровнях внедрения ИКТ. Существуют основные направления информатизации образования, определенные федеральной целевой программой развития образования (ФЦПРО): развитие электронных образовательных ресурсов (ЭОР); развитие информационных систем и средств поддержки образовательного процесса; развитие информационных систем управления отраслью; развитие сетевой научно – образовательной инфраструктуры; закупка и установка аппаратно – программных средств; подготовка педагогических, административных, инженерно – технических кадров; системная информатизация школы.

Для гармоничного развития общества уровень информационной культуры населения должен быть достаточно высоким и это может обеспечить система образования. Статистика последних лет свидетельствует о том, что побочные эффекты научно – технического прогресса создали серьезные угрозы для жизни и здоровья людей, состояния окружающей среды. Подготовка всех категорий населения в области обеспечения жизнедеятельности в условиях чрезвычайных ситуаций наряду с нормативно – правовыми, организационными и инженерно – техническими мероприятиями способна повлиять на значительное снижение рисков чрезвычайных ситуаций и смягчение их последствий.

Решение в рамках образования инноваций требует создания единой педагогически эффективной информационно – образовательной среды, ориентированной на развитие личности учащегося, формирования у него системного мышления, сознательного и ответственного отношения к личной безопасности общества на основе использования информационных технологий в рамках системно – деятельного подхода. Для этого необходимо полностью задействовать научно – методический, информационный, технологический, организационный и педагогический потенциал.

Точные и достоверные данные играют важнейшую роль в наблюдении за экологической обстановкой[1,5]. В последнее время интенсивно развивается направление, связанное с разработкой и использованием систем дистанционного зондирования, позволяющих с космических аппаратов получать информацию среднего или высокого пространственного разрешения и проводить гиперспектральные измерения [2]. Результирующей информацией о ТБО являются: координаты очагов мусорных свалок, административное местоположение очагов, площадь ТБО.

Для оценки новшества, связанного с внедрением новых космических технологий на уроках можно воспользоваться таким элементом качества образования как удовлетворенность учеников. В связи с этим был проведен педагогический эксперимент. Были проведены занятия с учениками физмат лицея г. Владикавказ и анализировалось такое понятие как удовлетворенность ученика.

Удовлетворенность ученика – один из главных компонентов в обеспечении учебного результата и определении эффективности обучения. Экспертиза удовлетворения ученика в учебе может вести к существенному успеху для усовершенствования программ.

Результат статистического анализа показал, что три основных характеристики учащихся, а именно, образовательный уровень, готовность к онлайн – космическому обучению, локус контроля, показали существенную связь с параметром удовлетворенности.

Было проведено также интервьюирование с преподавателями для получения результатов качественного анализа. Был получен следующий результат: интернальный локус контроля (принятие ответственности за собственные поступки, события жизни) является наиболее значимым с чувством удовлетворения от обучения.

Роль и место информационных образовательных технологий при решении экологических проблем

Мощное антропогенное воздействие на окружающую природу инициирует возникновение многих опасных природных явлений. Отсутствие у населения знаний, умений и навыков по действиям в условиях поражающих факторов чрезвычайных ситуаций значительным образом сказывается на рациональности принимаемых в экстремальных условиях решений. Под технологией образования будем понимать рациональную последовательность использования различных средств и приемов формирования профессионального сознания в процессе образования. Современные образовательные технологии работают по схеме: школа – ВУЗ – дополнительное – послевузовское образование.

В области общего образования реализуется новый подход к обучению ряда школьных подходов на базе передовых информационных технологий [1]. Инновационным моментом в области научно – методического обеспечения является: преподавание основных общеобразовательных предметов путем их «преломления и интегрирования» к тематике курсов «ОБЖ» и «экология»; введение обучения на базе современных технологий мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного, техногенного и экологического характера; широкое использование геоинформационных систем; закрепление учебного материала путем решения задач по мониторингу окружающей среды в реальном масштабе времени с использованием космических снимков.

Инновацией в области новых форм и методов обучения является использование: методов дистанционного обучения; интерактивных и игровых форм обучения; информационных ресурсов сети Интернет.

Информационная технология образования предусматривает: разработку математической и информационной моделей, характеризующих сущность определенной области деятельности; установление взаимосвязей каждого элемента вышеперечисленных моделей с тематикой занятий; разработка типовых проблемных ситуаций с изучаемыми дисциплинами. Наибольшими на данный момент возможностями имитации реальности обладают мультимедиа технологии, позволяющие создавать и воспроизводить учебный материал и представляющие текст, звук, рисунки, фото, видео – и анимационные фрагменты.

К возможностям обучающих мультимедиа технологий относят: космическое воздействие на все органы чувств; управление вниманием обучаемых; глубокое погружение сознания в моделируемую информационную среду; управление психическим состоянием за счет создания разного рода проблемных ситуаций; возможность неоднократного предъявления одной и той же информации разными способами; моделирование различных ситуаций; адаптация программы к знаниям и опыту конкретного человека.

В виду территориальных и экономических особенностей регионов страны, современный образовательный процесс должен позволить учителю конструировать индивидуальные образовательные траектории, а обучаемый должен все больше становиться соавтором получения своих знаний. Программно – технический комплекс состоит из трех информационно – образовательных модулей: интегратор учебно-лекционного образовательного элемента (схема урока); фактологический материал об окружающем мире; средства обеспечения актуализации и интерактивности указанного материала в рамках урока.

ТБО – проблемы, создание системы обучения и проведения космического мониторинга учащимися.

В качестве примера внедрения космических технологий в образовании приведем примерную программу по теме «космический экологический дозор». Программа состоит из лекционных и практических занятий. Лекционные и практические занятия включают: цикл лекций по системным вопросам взаимосвязи макро – микро – мега миров и современных возможностей космического и мониторинга окружающей среды; цикл лекций и практических занятий по основам программной среды Mat Lab, как универсального средства для математического анализа и проведения исследовательской работы, позволяющей школьникам получить твердые теоретические знания и практические навыки в использовании данного программного продукта в своей проектной деятельности в процессе обучения в школе и в будущем при обучении в Вузе и профессиональной деятельности; цикл лекций и практических занятий по космическому мониторингу объектов захоронения отходов, обработки данных дистанционного зондирования Земли из космоса с использованием полученных знаний и навыков по применению Mat Lab.

Тематика лекционных занятий по системным вопросам взаимосвязи макро, микро и мега миров и современных возможностей космического мониторинга окружающей среды: межпредметные понятия о системе организации любого объекта материального мира (атом, планета, организм или галактика); понятия о макро, микро и мега мирах; методы и технологии космического мониторинга окружающей природной среды (история, основные принципы и технические характеристики систем космического мониторинга, основные возможности космического мониторинга для решения широкого спектра задач в интересах различных отраслей экономики).

Тематика лекционных занятий по программной среде Mat Lab: введение, интерфейс, структура программной среды, возможности программной среды как универсального для математического анализа и проведения исследовательских работ; язык программирования, элементы языка, типы данных, переменные, основные операции; функции, работа с функциями и М – файлами; векторы, матрицы и массивы, основные операции работы с матрицами, некоторые подходы при работе с матрицами; работа со строками, основные функции работы со строками, некоторые подходы при работе со строками; работа с файлами, типизированные и текстовые файлы; группировка данных в файлах; построение графиков, работа с графиками, некоторые подходы при построении и редактировании графиков; элементы управления, основные функции работы с элементами управления, построение приложений; обработка изображений, функции Image Processing Toolbox; обработка временных рядов; автоматизация обработки символьной информации и изображений.

Тематика практических занятий с использованием программного продукта Mat Lab: ознакомление с интерфейсом, составление простейших выражений, расчет элементарных функций; работа с матрицами, применение основных функций работы с матрицами; запись и чтение данных с текстовых файлов, выделение информации из текстовых файлов; построение и редактирование графиков; работа с временными рядами; создание и редактирование приложений; работа с изображениями на примере космических снимков; проведение расчетов вегетационных и других индексов подстилающей поверхности по космическим изображениям; проведение различных процедур обработки космических изображений: конвертация данных показаний сенсора в значения температур, атмосферная и радиометрическая коррекция и др.; систематизация и автоматизация обработки космических изображений и символьной информации: метеоданных, метаданных снимков и т.д.

Тематика лекционных занятий по космическому мониторингу объектов захоронения отходов: введение, загрязнение окружающей среды, замусоривание, как форма загрязнения окружающей среды, масштабы проблемы, примеры замусоренных территорий; объекты захоронения отходов (ОЗО), общие сведения об ОЗО, основные понятия, связанные с ОЗО, компоненты поверхности ОЗО и окружающей природной среды, полигон твердых бытовых отходов (ТБО), структура полигона, проектирование, эксплуатация и рекультивация ТБО; классификации, классификация ОЗО, отходов, видов экономической деятельности, регламентирующие документы; дополнительные материалы, документы, регламентирующие деятельность на полигонах ТБО, законодательная база обращения с отходами, список рекомендуемой литературы по свалкам и полигонам; полигоны ТБО РСО – Алания, карта основных свалок региона РСО - Алания, масштабы замусоривания республики, параметры основных полигонов ТБО республики, примеры полигонов ТБО; химические процессы деградации отходов, биохимическая деградация органического вещества на полигонах ТБО, фитодеградация отходов, стадии биохимической деградации; структура исследования ОЗО, входные данные, параметры ОЗО по данным космического мониторинга, возможности использования разных космических изображений, порядок исследования ОЗО, верификация данных космического мониторинга ОЗО по данным наземных наблюдений; деградация почвы в окрестности ОЗО, оценка деградации почвы и степени вегетации на территории и в окрестности ОЗО по данным космического мониторинга, деградация территории на примере конкретных полигонов ТБО; тепловой режим ОЗО, оценка параметров теплового режима на территории и в окрестности ОЗО по данным космического мониторинга, тепловой режим на примере конкретных полигонов ТБО; оценка других параметров ОЗО, геометрические, компонентные, технологические параметры, параметры загрязнения ОЗО по данным космического мониторинга, прогнозирование параметров ОЗО; обнаружение ОЗО, математические методы и алгоритмы, используемые при обнаружении ОЗО по данным снимков высокого разрешения, примеры обнаружения ОЗО по данным алгоритмам; карты параметров поверхности, автоматизация составления карт параметров поверхности по данным космического мониторинга, составление баз данных параметров поверхности; комплексный алгоритм обнаружения, анализа и контроля ОЗО в режиме реального времени, расчет социально – экономических показателей обнаружения, анализа и контроля ОЗО.

Тематика практических занятий по космическому мониторингу объектов захоронения отходов: визуализация объектов, относящихся к замусориванию, в программе Google Планета Земля, обнаружение ОЗО и составление отчетов о параметрах обнаруженных ОЗО; составление базы данных видов отходов и видов экономической деятельности по текстовым файлам; составление карт свалок с использованием программной среды ArcGis; оценка химических процессов, происходящих на ОЗО; ознакомление с архивами данных космических изображений, с архивами метеоданных; обработка изображений в программной среде ENVI, программная среда ENVI + IDL; расчет вегетационных индексов и других индексов подстилающей поверхности по данным космических изображений; оценка деградации почвы по данным космических изображений и анализ результатов; оценка температуры поверхности по данным космических изображений; оценка рельефа местности по данным космических изображений; составление карт поверхности; обнаружение объектов замусоривания по данным космических изображений; составление баз данных атрибутивных и картографических параметров ОЗО по данным космического мониторинга.

Перечень выездных мероприятий: выезд на место нахождения объекта захоронения отходов, проведение наземного мониторинга и составление отчета; верификация данных космического мониторинга по данным наземных наблюдений и исследований; забор грунта и поведение лабораторных исследований химического состава и содержания загрязняющих веществ.

При проведении занятий одним из образовательных методов является дистанционный, который приобретает все большую популярность в школах, а также в ВУЗах, т.к. не все желающие имеют возможность посещения учебных заведений.

Дальнейшая экспериментальная работа будет осуществляться именно с программой онлайн с учениками некоторых школ в РСО – Алании по вышеизложенной программе.

Экспериментальные исследования

Для оценки новшества, связанного с внедрением новых космических технологий на уроках можно воспользоваться таким элементом качества образования как удовлетворенность учеников.

Удовлетворенность ученика – один из главных компонентов в обеспечении учебного результата и определении эффективности обучения. Экспертиза удовлетворения ученика в учебе может вести к существенному успеху для усовершенствования программ. Выгоды, связанные с идентифицированным параметром удовлетворения ученика, группируются по трем пунктам: ученики не так сильно устают, у них высокий уровень мотивации и они более преданы своим занятиям; удовлетворенность учеников может привести к повышенному интересу со стороны других, не зарегистрированных на данных занятиях учащихся; ученики, которым понравились занятия, будут рекомендовать их членам семьи, друзьям и т. д.

Цель экспериментальных исследований заключалась в следующем: рассматривалась следующие социальные переменные (возраст, пол, образовательный уровень), переменные начального восприятия учеников (онлайновая самоэффективность, самоэффективность в технологии, готовность к обучению, локус контроля и предшествующего знания относительно программы) и удовлетворение ученика; исследование взглядов преподавателей относительно факторов, которые вносят вклад в удовлетворение учеников.

Выборка при проведении эксперимента состояла из двух преподавателей и 50 учеников средней физмат школы г. Владикавказ. Занятия проводились по вышеизложенной программе в в 2012 – 2013 гг. Использовалось анкетирование, полуструктурированное интервьюирование, а также статистическая обработка для получения выборки и проведения количественной и качественной обработки информации. Результат статистического анализа показал, что три основных характеристики учащихся, а именно, образовательный уровень, готовность к онлайн – космическому обучению, локус контроля, показали существенную связь с параметром удовлетворенности.

Было проведено также интервьюирование с преподавателями для получения результатов качественного анализа. Итак, был получен следующий результат: интернальный локус контроля (принятие ответственности за собственные поступки, события жизни) является наиболее значимым с чувством удовлетворения от обучения.

Заключение

В статье исследуются роль и место космических онлайн образовательных технологий при исследовании экологических проблем, и предлагается введение данных технологий в образование в качестве инновационных. Дистанционное зондирование Земли позволяет с космических аппаратов получать информацию среднего, высокого пространственного разрешения и проводить гиперспектральные измерения. Проводится педагогический эксперимент для определения удовлетворенности учеников поведенными занятиями в результате, которого был получен следующий вывод: интернальный локус контроля (принятие ответственности за собственные поступки, события жизни) является наиболее значимым с чувством удовлетворения от обучения, а также студенты должны контролировать свое обучение, свою мотивацию, эмоции и использовать мотивационные стратегии для активного обучения.


Библиографическая ссылка

Казарян М.Л. КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 1-2. – С. 22-26;
URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=4547 (дата обращения: 28.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074