Открытые ГИС для высшего образования

Эта страница является черновиком статьи.

Схема статьи

Это черновик статьи об использовании Открытых ГИС в образовании. В создании основы статьи принимают участие: bolotoved, Филиппов Владислав, darsvid, gamm, sim, Andreygeo и анонимные пользователи. Изначально статья совместно редактировалась в Public Pad.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие информационных технологий, совершенствование методов получения и обработки геоданных, рост потребностей в пространственной информации совместно привели к тому, что необходимость понимания сути геопространственных технологий и владения инструментами географических информационных систем (далее - ГИС) вышла за пределы узкоспециализированных компетенций [X?X]. Эти тенденции нашли отражение в образовании и закреплены Федеральными государственными образовательными стандартами (далее – ФГОС) нового поколения.

Например, в рамках углубленного освоения школьного курса «География» предусматривается «владение умениями работать с геоинформационными системами». Разумеется, наиболее полно эти закономерности проявляются в высшем образовании, где существенно расширено количество направлений подготовки, в которых владение ГИС выступает в качестве формируемых базовых умений и навыков, необходимых для работы по специальности (табл. 1). Помимо профильных специальностей, таких как «Геодезия и дистанционное зондирование», «Землеустройство и кадастр», «Картография и геоинформатика» по направлению обучения «Географ» (бакалавриат), где введена дисциплина «ГИС в географии», аналогичная дисциплина с соответствующим названием, есть и у экологов-природопользователей, не обошли вниманием и почвоведов, которые изучают «ГИС в науках о Земле». Необходимые умения, знания и навыки в работе с ГИС отмечены для специалистов лесного дела, гидрометеорологов, градостроителей. Важным является и то, что определены междисциплинарные связи ГИС с математическим и естественным учебным циклом. И это с учетом того, что ФГОС обошли вниманием регионоведов, геологов, специалистов сельского хозяйства и другие направления подготовки, для которых ГИС часто является базовым информационным инструментом.

Таблица 1

Cпециальности, для которых изучение ГИС является компонентом ФГОС

Направление подготовки	Дисциплина	Количество зачетных единиц (или акад. часов), учебный цикл	Примечание
Прикладная геодезия (120401), специалист	Геоинформационные системы и технологии	Профессиональный цикла, базовая часть	Выпускник обладает умением практической работы в ГИС
Геодезия и дистанционное зондирование (120100), бакалавр	Геоинформационные системы и технологии	Профессиональный цикл, 108 часов	Задачей дисциплины является подготовка специалистов по внедрению средств и методов геоинформационного анализа и геоинформационного картографирования и создания цифровых моделей местности
Картография и геоинформатика (021300), бакалавр	ГИС в географии. Геоинформатика. Геоинформационное картографирование. Дистанционное Зондирование в картографии	Математический и естественно-научный цикл, базовая часть; профессиональный цикл, базовая часть	Максимальные требования среди всех дисциплин
Землеустройство и кадастры, бакалавр	Картография. Информатика. Фотограмметрия и ДЗЗ. Отдельной дисциплины по ГИС нет	Общепрофессиональная часть	К профессиональным компетенциям отнесена способность использовать знания о ГИС и ЗИС, знать теорию и методы создания ГИС
География, бакалавр	ГИС в географии	Математический и естественно-научный цикл	Выпускник обязан владеть базовыми знаниями в области информатики и современных геоинформационных технологий.
Лесное дело и ландшафтное строительство, бакалавр	Геоинформационные системы в лесном деле и ландшафтном строительстве	Профессиональный цикл, базовая часть	Выпускник имеет представление о дистанционном и наземном мониторинге состояния лесов с применением ГИС-технологий
Гидрометеорология (021600), бакалавр	Картография: топография, картография, геоинформатика	Профессиональный цикл, базовая часть	Выпускник владеет базовыми знаниями в области информатики и современных геоинформационных технологий.
Экология и природопользование, бакалавр	ГИС в экологии и природопользовании	Естественно-научный цикл, базовая часть	Выпускник владеет базовыми знаниями в области информатики и современных геоинформационных технологий.
Почвоведение, бакалавр	ГИС в науках о Земле	Естественно-научный цикл, базовая часть	Выпускник должен уметь использовать ГИС
Градостроительство	Территориальные информационные системы
Регионоведение	Информационно-коммуникационные технологии в региональных исследованиях

Фундамент отечественного ГИС-образования начал формироваться еще в начале 90-х годов с появлением первых учебных пособий на русском языке, посвященных теоретическим основам ГИС, и к сегодняшнему дню имеется достаточно большой их диапазон [X?X]. Но с учетом появления ГИС-дисциплин у новых специальностей, требования к объемам и качеству ГИС-образования будут расти. А это означает, что актуальными становятся вопросы совершенствования не столько теоретической, сколько практической его составляющей и стимулирования процессов самостоятельного профессионального развития. Основой новых форм обучения, которые соответствуют этим тенденциям, должен выступать процесс непрерывного совместного конструирования знаний и умений в сообществе, а не однонаправленная передача информации, характерная для предыдущего периода «классического» университетского образования.

Отметим также, что одним из ключевых моментов в новом Законе об Образовании является возможность разработки программ по предмету самим вузом (на уровне факультета/кафедры), что обеспечивает преподавателю определенную свободу в формировании содержательной части курса.

Это дает определенные свободы и возможности, но как кто ими пользуется Используемое вузом при реализации научно-образовательных задач программное обеспечение может относится к разным типам лицензирования (ссылка на типы лицензий ПО), наиболее распространёны два варианта: проприетарное или открытое. Опыт использования проприетарных ГИС, как российских, так и зарубежных разработчиков в России имеется, открытые же ГИС (далее ОГИС), при всех своих положительных сторонах, мало используется преподавателями. Стоит подчеркнуть, что российское законодательство не ограничивает используемые типы лицензирования ПО в высшем образовании. Официальный ответ из Министерства образования доступен по ссылке.

Споры вокруг Открытых ГИС, как успешной альтернативы проприетарным системам до сих пор не утихают, хотя в профессиональном сообществе давно пришли к выводу, что при реализации ГИС проектов, бюджет не зависит от открытости или закрытости кода и типа лицензии, затраты будут одинаковы. Ситуация в российском образовании до недавнего времени способствовала внедрению ОГИС, что было связано со слабым финансированием. В настоящее время вузы получают достаточное финансирование для приобретения дорогостоящих проприетарных ГИС, которые предлагаются компаниями в комплекте с оснащением компьютерных классов, обучением преподавателей, проведением образовательных семинаров и т.п. Путь приобретения подобного ГИС-пакета значительно проще с точки зрения многих преподавателей, на которых "повесили" чтение дисциплин, связанных с ГИС. Часто, приобретение программного обеспечения не сопровождается каким-либо практическим его использованием в силу различных факторов. Ситуация же с ОГИС иная, мотивация использования программ с открытым кодом исходит от самого преподавателя. "Де-факто", образование на основе ОГИС успешно развивается как в России, так и за рубежом, хотим мы того или нет.

Теоретическое ГИС-образование

Теоретическое ГИС образование опирается на целый ряд фундаментальных учебников как российских, так и зарубежных авторов. Первые учебные пособия на русском языке, посвященные теоретическим основам ГИС общей направленности, появились ещё в начале 90-х годов. К сегодняшнему дню имеется достаточно большой их диапазон, однако, практическая сторона вопроса, особенно с учетом появления ГИС дисциплин у новых специальностей, остается слабо освещенной. Основной задачей авторов учебно-методических пособий, учебников, курсов становится необходимость усиления практической компоненты ГИС-образования. Стоит отметить, что ресурсы, представленные в свободном доступе на GIS-Lab, могут послужить хорошей основой для создания практикумов и методических пособий, в том числе и для тех специальностей, где активно используется ГИС-анализ.

Практическое образование

В свете происходящей реформы образования стоит обсудить вопрос о его целях (в области преподавания ГИС) - чего мы хотим достичь в результате обучения. Очевидно, что в настоящее время происходит смещение от обучения самостоятельному решению задач к использованию стандартных "протоколов" (шаблонов), имеющих пошаговую инструкцию и жестко привязанных к конкретным программным продуктам. Это отражается, в частности, в уменьшении количества учебных часов и постепенном переходе к т.н. "прикладному бакалавриату" - фактически, вуз будет выполнять роль техникума. Стоит отметить, что воспроизвести многие процедуры на открытом ПО "общего назначения" достаточно проблематично (например, связанные с оформление кадастровых документов или топографических карт). Излишнее государственное регулирование геоинформационной отрасли, отсутствие внимания к открытым стандартам OGC приводит к существенному отставанию в развитии российских программных продуктов, их слабому присутствию на мировом рынке. Подготовка специалистов, ориентированных на российские геоинформационные стандарты значительно снижает их конкурентный потенциал на международном рынке труда.

ПОНЯТИЕ ОТКРЫТЫХ ГИС

Понятие Открытого и Свободного программного обеспечения хорошо раскрыто на страница проекта "Википедия".

Обзор текущей ситуации в сфере открытого программного обеспечения проведен в работах М. Дубинина: Открытые настольные ГИС: обзор текущей ситуации и актуализации этой работы на 2010 год: Открытые настольные ГИС: обзор текущей ситуации (2010).

ОПЫТ

Зарубежный опыт

Мировая практика обладает большим опытом использования Открытых ГИС в качестве основы для обучения. Как наиболее положительные примеры можно привести:

учебный курс Геттингенского университета «Remote sensing and image processing with open source software» на основе QGIS и GRASS;

вводный курс ГИС от Гарвардского университета с использованием QGIS;

полноценный ГИС-практикум (Quantum GIS, PostgreSQL, PostGIS), который поможет организовать как аудиторную, так и самостоятельную работу. Отличительной чертой пособия является градация упражнений по уровню сложности, стимулирующая читателя продвигаться от новичка до опытного пользователя;

ежегодные курсы по геостатистике GEOSTAS, проводимые энтузиастами и разработчиками Открытого ПО: R, SAGA GIS, GRASS GIS, FWTools.

open source geo-spatial programming course (Teaching spatio-temporal analysis and efficient data processing in open source environment, [1] Proceedings of the 3rd Open Source Geospatial Research & Education Symposium)

Не последнюю роль в популяризации Открытых ГИС играют инициативы Фонда геопространственного программного обеспечения с открытым кодом (OSGeo). В сентябре 2011 OSGeo и Международная картографическая ассоциация (International Cartographic Association – ICA) подписали Меморандум взаимопонимания с целью развития на глобальном уровне возможностей для сотрудничества между научными, производственными и государственными организациями в области Открытых ГИС и геоданных. Основным следствием подписания Меморандума стало создание и развитие международной сети исследовательских лабораторий и центров (Open Source Geospatial Laboratories and Research Centres). На сегодняшний день насчитывается 25 таких лабораторий, ожидается что в ближайшие несколько лет их количество должно возрасти.

Отечественный опыт

По завершению конференции "ОГИС" было принято решение объединить опыт преподавателей, использующих ОГИС. Представленная ниже таблица аккумулирует такую информацию. Если вам есть чем поделиться, добавляйтесь.

Контактные данные	Вуз, факультет, кафедра	Специальность, название курса, количество часов	Курс обучения, используемые учебники	Формы занятий (лекции, практикумы, семинары, полевые практики)	Цель курса, рассматриваемые темы	Используемые Открытые ГИС. Плюсы/Минусы.	Используемые проприетарные ГИС	Проблемы	Созданные материалы, данные
Свидзинская Дарья Валерьевна	Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Географический ф-тет, кафедра физической географии и геоэкологии	"Методы геоэкологических исследований" 28 лекций, 28 практических	2-й бакалавры, материал "собственного изготовления"	лекции, практикумы	Часть 1. Основы работы в ГИС: Знакомство с настольной ГИС SAGA; Привязка топографических карт; Векторизация растров. Часть 2. Работа с ЦМР: Подготовка ЦММ к работе ; Геоморфометрический анализ ЦМР; Гидрологический анализ ЦМР. Часть 3. Работа с ДЗЗ: ДДЗ и их свойства; Спектральные индексы; Классификация	SAGA, благодаря возможности установить ПО дома часы для самостоятельной работы дома не пропадают впустую, как правило сделав что-то на практической необходимо проделать аналогичное на домашнем ПК		низкий уровень компьютерной грамотности в целом, плохое владение английским, но при наличии детальных пояснений-инструкций в письменной форме процесс освоения идет легче	Методы геоэкологических исследований: геоинформационный практикум для студентов физико-географов и ландшафтоведов
Филиппов Владислав Геннадьевич	Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Кафедра общей геологии и землеустройства	Землеустройство и кадастр.	2-й и 3-й, бакалавриат. Учебник Скворцова А.В. Геоинформатика. Томск 2006	Деления на лекции и практики нет. Каждое занятие начинается с лекционного материала и далее идёт закрепление на практике	1. Использование ГИС для землеустроительного проектирования - замена курвиметра, планиметра и прочих дедушкиных инструментов. 2. Создание маленькой учебной кадастровой ГИС в виде веб-портала+СУБД.	Десктоп QGIS, gvSIG, KOSMO, OpenJUMP для 2-го курса. Геопортал на OpenGeo (PostrgreSQL/PostGIS, Geoserver, GeoExt, OpenLayers) для 3-го курса	ArcGIS 9	Мало времени.	Пока ничего.
Егоров Василий Владимирович	Тверской государственный университет, биологический факультет, кафедра лесного дела	спец. лесное дело, "Оценка леса"	2-й бакалавриат, самиздат	Деления на лекции-практикум нет, на каждом занятии лекционный материал закрепляется практикой	Цель курса - обучить основам пользования ГИС в лесном хозяйстве (осн. понятия, интерфейс, проекции, привязка, векторизация), основы дистанционного мониторинга, дешифровки ДДЗ	Qgis	Текст ячейки	Низкий уровень школьной подготовки, общих знаний, аналитического мышления, отсутствие компьютерных навыков, отсутствие знаний англ. языка, компьютерный класс оборудован устаревшими машинами (работаем на своих ноутбуках)	Первый год веду дисциплину, пока собственных материалов не накопил.
Текст ячейки	Ярославский Государственный Университет, 4 корпус (химики-биологи)	Основы ГИС для экологов	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	методичка "Основные понятия и применение ГИС в природоохранной деятельности", год выпуска - 2003. Автор Орлов В.Ю.
Пирогов Андрей Николаевич	Внештатный преподаватель ВШБ МГУ	Специальность: Менеджмент, бакалавриат, Курс по выбору "Географические аспекты бизнеса", 32 часа	Учебников нет, использую школьные атласы и самиздатовские задания.	семинары, экскурсии (вожу в СканЭкс) В основе - живая работа с ГИС. Все занятия построены на основе создания чего-либо руками. Много картографического анализа. Задания на геопространственное мышление.	Курс призван познакомить менеджеров с общей географией и ГИС инструментами. Использую классическую схему описания ЭГП: начинаю с физ-географии: прир.условия и ресурсы, затем демография, после экономика. Отедельно - геомаркетинг, брендинг территорий, бизнес геопространственной отрасли.	ОГИС - Только для подготовки к занятиям - QGIS. В планах внедрение для продвинутого уровня.	Бесплатная система - ГеоМиксер. Удобно - сеть на 30 компьютеров, полный интерактив по типу - один делает все видят. Доступ через Сеть. Соответствует учебным целям.	Низкое представление о географии вообще. Знания о ГИС - нулевые. Средняя мотивация, но удаётся заинтересовать. Не быстрое освоение примитивнейшего инструментария.	Данные в виде xls с геопривязкой. Шейпы. Задания есть готовые по эконом анализу. Готовлю к выкладыванию.
Фадеев Александр Николаевич	Поволжский государственный технологический университет, кафедра природообустройства	Землеустройство и кадастр, Природообустройство и водопользование	2-4 курсы бакалавриата, 1-2 курсы магистратуры	лекции, практические и лабораторные занятия	Текст ячейки	Текст ячейки	ГИС Карта, MapInfo	Текст ячейки	Проект - Территория ГИС
Присоединяйтесь!	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки	Текст ячейки

Как видно из таблицы, наиболее популярной ОГИС в образовании является QGIS.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Разнообразие продуктов

Открытые ГИС кроссплатформенные характеризуются разнообразием продуктов и поэтому позволяют обеспечить образование практически любой направленности

Развитый аналитический инструментарий

отсутствие стандартов при решении задач развитие творческого мышления умение переключаться между разным ПО

Поддержка самостоятельной работы

У нас есть ArcGIS академическая лицензия, но студент не может взять её домой, а выполнять задания надо и выполняются они в основне вне ВУЗа. - вот это очень верно, т.к. любая программа содержит часы для самостоятельной работы (по последним ГОСам на самомтоятельную работу отведено 50% учебного времени) - если нет ПО дома, то они не испольуются. Это немного неправильная трактовка самостоятельной работы и домашних работ. Для выполнения самостоятельных работ "вуз обеспечивает учащегося всем необходимым", т.е. компьютерным классом, библиотекой и т.п. Отмазки, что у них дома нет ПО - не прокатывают. Т.к. обучающийся может и должен использовать вузовское ПО и помещения. Правда, никого не волнует как должен это обеспечить вуз. Важна также возможность вплетения в другие виды учебной деятельности: практики, курсовые проекты Т.е. после выхода из аудитории студент не забывает о ГИСах, а имеет возможность дальнейшего освоения ПО

ОГИС - платформа для инноваций

ОГИС как платформа для отечественных инноваций, что особенно важно для т.наз. исследовательских университетов Кроме того, они больше ориентированы на международный опыт/ рынок, т.к. развиваются международными сообществами Недостаток отечественных разработок в сфере ГИС приводит к засилью иностранных систем, при том, преимущественно только одной компании. ОГИС - продукт коллективного труда, не работает на экономики зарубежных стран, а дает возможность строить бизнес российским компаниям-интеграторам.

Потенциал применения

Мне кажется, что обсуждение использования открытого ПО в образовании должно учитывать его фактическую распространенность среди потенциальных потребителей. Как с точки зрения разработки стандартных "протоколов" и дополнительных моделей для решения типовых производственных задач, так и с точки зрения популяризации открытого ПО среди потребителей, в первую очередь госбюджетных. Осталось только собрать преподавателей и провести срез.... Думаю, он покажет, что ОГИС используют не при профессиональной подготовке по квалификации "картография", например. И последнее. Как и для любых информационных систем, для ГИС существуют два "пласта" образования - один программно-независимый (алгоритмы+структуры данных), второй - программно-зависимый (реализация первого в понкретном ПО). Для иллюстрации в преподавании первого "пласта" годится любое ПО. Для второго - зависит от "потребителя" выпускников. Стоит отметить, что в настоящее время первый "пласт" сокращается, и скорее всего будет сведен на нет в ближайшие 5 лет (в соответствии с "дорожной картой" реформирования образования, уже вступившей в силу).

Если речь идет о применении ГИС по непрофильным специальностям (например ГИС для биологов-экологов), то там вышеизложенные тенденции не наблюдаются. А предпочтения "заказчиков" определенного ПО не столь жесткие.

Есть две проф. составляющие в ГИС-образовании: первая - это подготовка профильных специалистов для которых ГИС - основной инструмент деятельности, второе - непрофильные специалисты, для которых ГИС выступает лишь как прикладная технология.

СДЕРЖИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ

Со стороны ВУЗов

нехватка квалифицированных преподавателей
слабая осведомленность
нехватка практических пособий
слабая материально-техническая база

Еще имеет смысл делать упор на практическое содержание дисциплин, т.к. учебников достаточно много и рассказать что такое привязка карты или вектор-растр можно, а вот научить используя только проприетарное ПО сложно. У нас нет проблем с теоретическими учебниками, у нас проблема с практикумами, особенно для тех специальностей где нужен ГИС-анализ. Именно поэтому так велика потребность в ресурсах аналогичных гис-лабу В свете происходящей реформы образования стоит обсудить вопрос о его целях (в области преподавания ГИС) - чего мы хотим достичь в результате обучения. Очевидно, что в настоящее время происходит смещение от обучения самостоятельному решению задач к использованию стандартных "протоколов" (шаблонов), имеющих пошаговую инструкцию и жестко привязанных к конкретным программным продуктам. Это отражается, в частности, в уменьшении количества учебных часов и постепенном переходе к т.н. "прикладному бакалавриату" - фактически, вуз будет выполнять роль техникума. Стоит отметить, что воспроизвести многие процедуры на открытом ПО "общего назначения" достаточно проблематично (например, связанные с оформление кадастровых документов или топографических карт). Излишнее государственное регулирование геоинформационной отрасли, отсутствие внимания к открытым стандартам OGC приводит к существенному отставанию в развитии российских программных продуктов, их слабому присутствию на мировом рынке. Подготовка специалистов, ориентированных на российские геоинформационные стандарты значительно снижает их конкурентный потенциал на международном рынке труда.

Со стороны студентов

слабое владение техническим английским
низкий уровень компьютерных навыков

Со стороны потенциальных работодателей

слабая осведомленность
слабый интерес со стороны потенциальных работодателей

Если мы хотим готовить специалистов, которые в состоянии самостоятельно решать задачи, то использование свободного ПО возможно на всех этапах. Однако специалист, даже умеющий решить любую задачу, будет испытывать трудности на производстве, поскольку там скорее всего стоит конкретная программа, обычно коммерческая, плюс шаблон действий, и его знания просто не нужны.

ПЕРСПЕКТИВЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРЕОДОЛЕНИЕМ СДЕРЖИВАЮЩИХ ФАКТОРОВ

Разработка проблемно-ориентированных практикумов

Переход госучреждений на Открытое ПО

Возможно тут будет уместно привести ряд примеров успешного внедрения ОГИС в бюджетные учреждения. За примерами можно сходить к Максиму + лесники из Рослесозащиты, которые были на конференции. От них надо добиться ответа на вопрос: почему именно ОГИС. Лесники популярно объяснили - не дают нам денег, вот мы и...С другой стороны они сказали, что стоимость внедрения ОГИС уже фактически равна стоимости приобретения проприетарного. Как я понял, им проще дописывать/достраивать, под свои нужды именно открытое ПО, а не ждать от проприетарщиков нужные приложения. Это хорошо согласуется с использованием ГИС в бизнесе, где важна именно скорость внедрения решений и возможность моментально что-то исправить руками.

Необходимость популяризации

роль общественных или неформальных профессиональных объединений, подобных ГИС-Лабу, OSGeo

Интеграция с потенциальными работодателями

Новые модели бизнеса

недостаток отечественных разработок в сфере ГИС приводит к засилью иностранных систем, при том, преимущественно только одной компании. ОГИС - продукт коллективного труда, не работает на экономики зарубежных стран, а дает возможность строить бизнес российским компаниям-интеграторам. Хорошая идея.

ВЫВОДЫ

Учебно-методические материалы

В этот раздел необходимо в виде перечня ссылок на опубликованные и черновые статьи собрать список материалов Вики GIS-Lab и сторонних ресурсов, которые могут рассматриваться как подобие УМК.

Например:

Введение в RSAGA

Открытая настольная ГИС SAGA - общая характеристика

Использование ГИС GRASS для работы с цифровыми моделями рельефа

Выделение речных бассейнов по ЦМР в ГИС GRASS

Учебник Quantum GIS

Географическая привязка данных в QGIS

Использование QGIS для подготовки межевого плана

Работа с публичной кадастровой картой на примере QGIS

Использование сервиса Экспресс Космоснимки из QGIS

Открытие объектов из QGIS в Google Maps/Earth

Организация и работа с репозиториями расширений QGIS