06 nguyễn thị thùy linh GIS và viễn thám ứng dụng

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Họ tên: Nguyễn Thị Thùy Linh Số báo danh: 06 Điểm Bằng số Bằng chữ BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN Học phần: GIS viễn thám ứng dụng Đối tượng: CH-K28B Thời gian làm bài: 24h Học kỳ II, năm học 2020-2021 Ngày/tháng/năm sinh: 12/09/1998 Số trang giấy thi: 08 Cán chấm thi (Ký ghi rõ họ tên) Cán chấm thi (Ký ghi rõ họ tên) ĐỀ BÀI Cho chủ đề: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS viễn thám giảng dạy mơn Địa lí trường phổ thông (THPT THCS) (Học viên sử dụng tài liệu) BÀI LÀM I Đặt vấn đề Ngày nay, hệ thống thơng tin Điạ lí - Geographic Information System(GIS) phát triển ứng dụng rộng rãi toàn giới Việt Nam GIS hệ thống thông tin thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp xử lí, tra cứu, phân tích hiển thi ̣ dạng liệu Điạ lí, có khả phóng to thu nhỏ cách dễ dàng, giúp tiết kiệm chi phí thời gian việc lưu trữ liệu GIS ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, lĩnh vực mà đối tượng, tượng quan sát, nghiên cứu quản lí vi ̣ trí Điạ lí chúng có ý nghĩa quan trọng Ở nước ta nay, việc đổi phương pháp giảng dạy giáo dục với mục đích lấy người học làm trung tâm hết giáo viên phải người tiên phong, nắm bắt vận dụng nhiều phương pháp trình dạy học Với phát triển mạnh cơng nghệ thơng tin học sinh có nhiều điều kiện tiếp xúc, với nhiều nguồn thông tin, tri thức khác Việc ứng dụng hệ thống thông tin Điạ lí (GIS) vào giảng dạy việc làm thiết thực, tạo hiệu lớn trình dạy học sử dụng phương tiện góp phần tích cực vào việc đổi phương pháp Tuy nhiên, việc dạy học Điạ lí cấp trung học sở chủ yếu dựa vào sách giáo khoa đồ truyền thống Những phương tiện dạy học thường cũ kĩ, ít sinh động khả tương tác với người sử dụng hạn chế nên chưa khiến học sinh cảm thấy hứng thú mơn học Vì việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS viễn thám giảng dạy mơn Địa lí trường THCS cần thiết II Giải vấn đề Nội dung 1: Cơ sở lý luận thực tiễn việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS viễn thám giảng dạy mơn Địa lí trường phổ thơng 1.1 Mục tiêu nghiên cứu Ứng dụng GIS để hỗ trợ giảng dạy, phát huy tính tích cực, chủ động, khả tư khám phá tri thức học sinh 1.2 Phương pháp nghiên cứu, tiếp cận 1.2.1 Phương pháp tham khảo tài liệu Dùng để tổng quan tư liệu GIS chương trình Điạ lí THCS 1.2.2 Phương pháp hiển thị liệu GIS Phương pháp dựa chức như: thể đối tượng theo tiêu số lượng chất lượng, liệu đa thời gian, chức phóng to, thu nhỏ, hiển thi ̣tỉ lệ, hiển thi ̣thuộc tính, gắn nhãn đối tượng không gian 1.2.3 Phương pháp phân tích – truy vấn GIS Trên sở liệu thu thập được, phương pháp giúp xây dựng ứng dụng GIS cụ thể việc giảng dạy trường THCS Phương pháp dựa chức cụ thể thiết lập phần mềm GIS: đo đạc khoảng cách, chu vi, diện tích, thống kê liệu thuộc tính liệu không gian 1.2.4 Phương pháp xuất liệu GIS Dùng để hiển thi,̣ trình bày kết phân tích mơ hình hóa không gian GIS dạng đồ, bảng thuộc tính hay văn hình hay vật liệu truyền thống khác tỉ lệ chất lượng khác tùy thuộc vào yêu cầu người dùng khả thiết bi ̣xuất liệu hình, máy in máy vẽ 1.3 Cơ sở lí thuyết GIS 1.3.1 Khái niệm GIS Có nhiều quan niệm khác đinh ̣ nghĩa hệ thống thơng tin Điạ lí (GIS): "Hệ thơng tin Địa lí hệ thống thơng tin bao gồm số hệ (subsystem) có khả biến đổi liệu Địa lí thành thơng tin có ích" – theo đinh ̣ nghĩa Calkin Tomlinson, 1977 "Hệ thơng tin Địa lí hệ thống quản trị sở liệu máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích hiển thị không gian" (theo đinh ̣ nghĩa National Center for Geographic Information and Analysis, 1988) Theo đinh ̣ nghĩa ESRI (Environmental System Research Institute) “Hệ thơng tin Địa lí tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, liệu Địa lí người, thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích kết xuất” Từ khái niệm thấy điểm chung thống quan niệm GIS: hệ thống kết hợp người hệ thống máy tính thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị thơng tin địa lý phục vụ mục đích nghiên cứu, quản lý định Xét góc độ công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị thông tin không gian nhằm thực mục đích cụ thể Xét góc độ phần mềm, GIS hệ thống phần mềm nhằm xử lý thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian đối tượng Có thể nói chức phân tích khơng gian tạo diện mạo riêng cho GIS Xét góc độ ứng dụng quản lý nhà nước, GIS hiểu cơng nghệ xử lý liệu có tọa độ để biến chúng thành thông tin trợ giúp định phục vụ nhà quản lý Xét góc độ hệ thống, GIS hệ thống gồm hợp phần: phần cứng, phần mềm, sở liệu, phương pháp người Có thể coi GIS khoa học liên ngành với kết hợp nhiều ngành khoa học khác nhau: khoa học máy tính, toán học, Điạ lí học đồ học, Ở Việt Nam, từ năm cuối thập niên 80 kỷ XX, GIS bắt đầu thâm nhập qua dự án hợp tác quốc tế Tuy nhiên, thập niên 90, GIS có hội phát triển Việt Nam GIS ngày nhiều người biết đến công cụ hỗ trợ quản lý lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường, quản lý đất đai, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, Hiện nay, nhiều quan Nhà nước doanh nghiệp tiếp cận công nghệ GIS để giải tốn như: quản lý mơi trường, tài ngun thực toán quy hoạch sử dụng đất, quản lý thiết kế cơng trình hạ tầng kỹ thuật Sự phát triển GIS với nhiều ứng dụng hữu hiệu thu hút quan tâm nhiều người ứng dụng ngày phong phú tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển GIS Việt Nam GIS hệ thống thông tin Giống hệ thống thông tin khác, GIS bao gồm hợp phần: hệ thống thiết bị phần cứng (máy tính, thiết bị đầu vào, thiết bị đầu ra); hệ thống phần mềm (phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần mềm ứng dụng); hệ thống thông tin đầu vào hệ thống cập nhật thông tin; hệ thống sở liệu; hệ thống hiển thị thông tin giao diện với người sử dụng Tuy nhiên, GIS có khác biệt với hệ thống thông tin khác chỗ có GIS có khả phân tích liệu địa lý (dữ liệu không gian, liệu thuộc tính) Đây đặc điểm bật GIS, thể cụ thể đặc điểm chính: khả chồng xếp lớp đồ, khả phân tích khơng gian khả phân loại thuộc tính 1.4 Khả ứng dụng GIS dạy học Địa lí THCS 1.4.1 Một số phương pháp dạy học Địa lí theo hướng tích cực Phương pháp dạy học tổng hợp cách thức hoạt động phối hợp, tương tác người dạy người học, nhằm giúp người học chiếm lĩnh hệ thống kiến thức khoa học, hình thành hệ thống kĩ năng, kĩ xảo, thực hành, sáng tạo thái độ chuẩn mực, theo mục tiêu q trình dạy học Điạ lí với tư cách môn học giảng dạy nhà trường nhằm trang bi ̣ cho học sinh kiến thức tảng, vấn đề tự nhiên, kinh tế xã hội đại cương quốc gia, khu vực giới Việt Nam Môn học giúp cho học sinh nhận thức giới, biến động đời sống kinh tế - xã hội, thích ứng với biến động Và thông qua việc giảng dạy mơn Điạ lí nhà trường giúp em hình thành lực cần thiết khác lực xã hội, lực hành động, tính chiụ trách nhiệm, khả thích nghi giải tình sống Dưới số phương pháp dạy học thường sử dụng dạy học Điạ lí trường THCS như: Phương pháp đàm thoại, phương pháp dạy học theo nhóm, phương pháp thảo luận, phương pháp dạy học giải vấn đề 1.4.2 Một số cơng cụ trực quan sử dụng dạy học Địa lí Trong dạy học Điạ lí, sử dụng nhiều cơng cụ Trong đó, có công cụ truyền thống gồm đồ, biểu đồ, tranh ảnh, điạ cầu, …Công cụ đại gồm Google Earth, GIS,… 1.4.3 Vai trò GIS dạy học Địa lí - GIS cơng cụ hỗ trợ việc dạy học Điạ lí hiệu quả, GIS phóng to thu nhỏ, thay đổi không gian thể hiện, thay đổi khung nhìn, cập nhật thơng tin dễ dàng Trong đó, đồ giấy khơng thể làm điều đồ giấy xuất in tỉ lệ đinh ̣ nên khơng thể phóng to thu nhỏ GIS được.Dưới là hình ảnh minh họa nói khả thu phóng GIS so với đồ giấy - Thông qua hệ thống thông tin kí hiệu cách trực quan sinh động tạo cho học sinh hứng thú việc tiếp thu giảng, sở quan trọng nhằm đổi theo hướng phát huy tính tích cực, động, sáng tạo học sinh.Trong đó, viễn thám ghi nhận lại thơng tin tồn khách quan ngồi thực tế mà khơng sử dụng hệ thống kí hiệu Vì vậy, ứng dụng GIS phương tiện trực quan, hiệu dạy học Điạ lí - Trong đồ giấy khó cập nhật thơng tin (vì thơng tin in ấn sẵn theo năm xuất đinh ̣ nên muốn cập nhật thay đổi phải đợi lần xuất sau) GIS lại cho phép truy cập cách nhanh chóng dễ dàng liệu cập nhật thông qua chức bản, dễ dàng sử dụng người chưa có kiến thức chuyên sâu GIS như: tra cứu, tìm kiếm thơng tin dựa phần mềm GIS mã nguồn mở (tiêu biểu phần mềm QGIS) phần mềm GIS trực tuyến (tiêu biểu ArcGIS online) - GIS tạo điều kiện để thử nghiệm với phương pháp thể đồ cách chọn màu sắc, kĩ thuật đồ họa phương pháp lựa chọn trình bày liệu đồ viễn thám thể thơng tin tồn khách quan ngồi thực tế đồ giấy cố đinh ̣ khơng thể thực điều Qua đó, GIS rèn luyện kĩ trình bày liệu, so sánh, đối chiếu để lựa chọn cách thể tốt Điều giúp rèn luyện kĩ phân tích, đánh giá, lực tư duy, sáng tạo học sinh Nội dung 2: Khái quát chương trình Địa lí THCS phương pháp sử dụng GIS dạy học Địa lí 2.1 Khái qt chương trình mơn Địa lí trường THCS 2.1.1 Địa lí đại cương - Điạ lí tự nhiên đại cương (gồm toàn chương trình Điạ lí lớp 6) - Điạ lí kinh tế - xã hội đại cương (gồm phần I phần II chương trình Điạ lí lớp 7) 2.1.2 Địa lí giới - Điạ lí tự nhiên giới (gồm phần ba Điạ lí lớp phần Điạ lí lớp 8) - Điạ lí kinh tế - xã hội giới (gồm phần ba Điạ lí lớp phần Điạ lí lớp 8) 2.1.3 Địa lí Việt Nam - Điạ lí tự nhiên Việt Nam (gồm phần Điạ lí lớp 8) - Điạ lí kinh tế - xã hội Việt Nam (gồm tồn chương trình Điạ lí lớp 9) 2.2 Các lĩnh vực ứng dụng GIS viễn thám 2.2.1 Xây dựng tư liệu, công cụ giảng dạy đồ, ảnh viễn thám - GIS công cụ hỗ trợ việc dạy học Điạ lí hiệu quả, GIS phóng to thu nhỏ, thay đổi khơng gian thể hiện, thay đổi khung nhìn, cập nhật thơng tin dễ dàng Trong đó, đồ giấy khơng thể làm điều đồ giấy xuất in tỉ lệ đinh ̣ nên khơng thể phóng to thu nhỏ GIS được.Dưới là hình ảnh minh họa nói khả thu phóng GIS so với đồ giấy Ví dụ khả thu phóng GIS so với đồ giấy - Trong đồ giấy khó cập nhật thơng tin (vì thơng tin in ấn sẵn theo năm xuất đinh ̣ nên muốn cập nhật thay đổi phải đợi lần xuất sau) GIS lại cho phép truy cập cách nhanh chóng dễ dàng liệu cập nhật thông qua chức bản, dễ dàng sử dụng người chưa có kiến thức chuyên sâu GIS như: tra cứu, tìm kiếm thơng tin dựa phần mềm GIS mã nguồn mở (tiêu biểu phần mềm QGIS) phần mềm GIS trực tuyến (tiêu biểu ArcGIS online) Ví dụ: Một đô thi ̣ nâng lên thành phố đồ tập atlat ghi thi ̣ xã Nếu ta sử dụng atlat để giảng dạy khơng thể điều đó, cịn GIS, ta thay đổi thơng tin cách nhanh chóng kip̣ thời 2.2.2 Mơ hình ứng dụng dạy học thông minh, giới ảo - Thông qua lớp liệu thành lập thời điểm khác nhau, theo dõi trình biến động tiêu khác theo thời gian, bật đồ chính tri,̣ dân cư theo xu hướng thu hẹp phát triển lên Ví dụ: GIS có khả thể thay đổi đồ chính tri ̣ Liên Xô cũ trước sau thời điểm tan rã vào năm 1991 2.2.3 Ứng dụng GIS xây dựng dạy - Trong giảng dạy, giáo viên sử dụng thông tin GIS để minh hoạ thêm cho kiến thức Điạ lí trình bày Khi GIS có tác dụng bổ sung làm rõ kiến thức Điạ lí Dạng minh hoạ trực quan mang tính đặc trưng Điạ lí Ví dụ: Châu Phi Châu lục khơ hạn lục Đia,̣ nước quan trọng việc phát triển thi ̣này, thành phố thi ̣có dân số đông dọc theo sông lớn khu vực ven biển Ta sử dụng GIS để minh họa cho điều 2.2.4 Ứng dụng GIS biên soạn kế hoạch dạy (giáo án) + Lựa chọn ứng dụng GIS phù hợp với yêu cầu + Xây dựng hệ thống sở liệu, mở liệu liệu chuyên ngành phù hợp với nội dung học VD: Xây dựng hệ thống sở liệu thông qua chức liên kết với ảnh vệ tinh nhờ vào Google Earth 2.2.5 Ứng dụng GIS kiểm tra, đánh giá học sinh - Đưa đồ câm để kiểm tra trình độ học tập lực học sinh dựa việc tổ chức trò chơi, cố ôn tập… Ví dụ: Tổ chức trò chơi cho học sinh điền tên tỉnh, thành phố Việt Nam GV đánh số thứ tự từ Bắc vào Nam tỉnh thành phố Sau đó, GV chia lớp thành hai nhóm, nhóm lên điền tên tỉnh thành phố Việt Nam Sau em điền xong, GV cho hiển thi ̣nhãn tỉnh thành phố lên cho học sinh đối chiếu kết 2.3 Các giải pháp, cách thức lựa chọn ứng dụng GIS dạy học Địa lí cấp THCS 2.3.1 Lựa chọn công cụ GIS tùy vào nội dung cần truyền đạt - Lựa chọn công cụ GIS công việc quan trọng trước tiến hành sử dụng GIS Do q trình lựa chọn cơng cụ GIS phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên giáo viên phải thận trọng khâu để đảm bảo chức GIS lựa chọn đạt hiệu sử dụng tối ưu - GIS phương tiên dạy học nên đảm nhiệm hết chức - GIS làm tốt chức khơng thực tốt chức khác Vì vậy, phải lựa chọn phương tiện phù hợp với nội dung cần giảng dạy 2.3.2 Kết hợp với phương tiện dạy học trực quan khác - Cần phối hợp sử dụng GIS với phương tiện dạy học tranh ảnh, video clip, đồ,Google Earth…với hình thức tham quan, khảo sát điạ phương phương pháp dạy học khác (mô tả, thảo luận ) để tạo biểu tượng cụ thể, sinh động đối tượng Điạ lí cho học sinh, đồng thời phát huy cao độ tính tích cực học tập học sinh Ví dụ: Khi dạy Điạ lí Địa phương Quảng Ninh, cần phối hợp sử dụng GIS với tranh ảnh để gây hứng thú cho học sinh, hình 14 kết hợp tranh ảnh với GIS, giúp cho học sinh hiểu rõ Điạ lí Quảng Ninh Ví dụ: Nếu muốn thể vấn đề chi tiết, nhỏ tồn khách quan thực tế ta nên sử dụng kết hợp với Google Earth để diễn tả toàn vẹn đối tượng cụ thể Dưới hình ảnh vận dụng kết hợp Google Earth GIS 2.4 Triển khai ứng dụng GIS viễn thám dạy học Địa lí THCS 2.4.1 Ứng dụng dạy học Địa lí tự nhiên 2.4.1.1 Vị trí Địa lí, hình dạng, kích thước GIS ứng dụng hiển thi ̣ hệ thống đường kinh tuyến, vĩ tuyến để xác đinh ̣ vi ̣ trí Điạ lí khu vực, qua hệ thông đường kinh tuyến, vĩ tuyến ta đọc tọa độ giới hạn, điểm cực khu vực - Ví dụ: Muốn xác đinh ̣ điểm cực Liên Bang Nga ta dựa vào hệ thống kinh tuyến, vĩ tuyến Nếu không dựa vào hệ thống kinh tuyến, vĩ tuyến ta khơng thể xác đinh ̣ điểm cực đồ Đối với phần hình dạng lãnh thổ sử dụng phép chiếu giữ góc (Mercator) hình dạng chính xác Đối với việc xác đinh ̣ diện tích lãnh thổ ta sử dụng phép chiếu giữ diện tích (Equad – Area Cylindrica) Để xác đinh ̣ khoảng cách lãnh thổ ta sử dụng phép chiếu giữ khoảng cách (Geographic) 2.4.2.2 Khí hậu Trong GIS giúp hiển thi ̣ đường chí tuyến dựa vào đường chí tuyến để Thế giới có năm vành đai khí hậu vành đai nóng, hai vành đai ơn hịa, hai vành đai lạnh - Vành đai nóng có vi ̣trí từ chí tuyến bắc đến chí tuyến nam - Hai vành đai ơn hịa có vi ̣ trí từ chí tuyến bắc đến vịng cực bắc từ chí tuyến nam đến vòng cực nam - Hai vành đai lạnh có vi ̣ trí từ vòng cực bắc đến cực bắc từ vòng cực nam đến cực nam 2.4.2.3 Sơng ngịi - Ta sử dụng sở liệu sơng ngịi GIS để giúp hiển thi ̣ hệ thống sông giới 2.4.2 Ứng dụng dạy học Địa lí kinh tế-xã hội 2.4.1 Bản đồ trị - GIS có khả thể thay đổi đồ chính tri ̣theo thời gian 2.4.2 Dân cư - GIS sử dụng việc thể điểm dân cư theo quy mô khác nhau, thông qua kích thước kí hiệu điểm dân cư, xác đinh ̣ dân cư đơng ít Ví dụ: GIS giúp thể dân cư Châu Âu, Châu Á,… 2.4.3 Giao thông – vận tải - GIS có khả hiển thi ̣ mạng lưới giao thông Khi sử dụng GIS vào giảng dạy giao thông vận tải, giáo viên mở liệu giao thơng, sau mạng lưới giao thơng hiển thi ̣ hình Giáo viên di chuyển chuột phóng to mạng lưới giao thông nơi cần giảng dạy, phù hợp với nội dung học III Kết luận vấn đề Việc ứng dụng hệ thống thông tin Điạ lí (GIS) vào giảng dạy việc làm thiết thực, tạo hiệu lớn trình dạy học sử dụng phương tiện góp phần tích cực vào việc đổi phương pháp Tuy nhiên, việc dạy học Điạ lí cấp trung học sở chủ yếu dựa vào sách giáo khoa đồ truyền thống Những phương tiện dạy học thường cũ kĩ, sinh động khả tương tác với người sử dụng hạn chế nên chưa khiến học sinh cảm thấy hứng thú môn học Để nâng cao hiệu ứng dụng GIS dạy học cần thực số nội dụng sau: Đối với giáo viên trực tiếp giảng dạy Địa lí khối lớp cần quan tâm đến việc ứng dụng GIS giảng dạy, xem ứng dụng cần thiết, đặc thù môn, ứng dụng rộng rãi nhiều mục đích giảng dạy giáo viên tiết lên lớp; Tăng cường lớp bồi dưỡng cho giáo viênvề khả sử dụng GIS để ứng dụng tốt dạy học; Nhà trường cần trang bi ̣ đầy đủ phương tiện, thiết bi ̣ liên quan đến ứng dụng…để tạo điều kiện tốt cho giáo viên việc ứng dụng GIS giảng dạy môn Điạ lí trường THCS [1] [2] [3] [4] TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Văn Đức, (2001), Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Kim Lợi, Vũ Minh Tuấn, (2009), Thực hành: Hệ thống thông tin địa lý, NXB Nơng nghiệp Trần Thị Băng Tâm, (2006), Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý, NXB Nông nghiệp Kiều Quốc Lập, (2018), Giáo trình Hệ thống thơng tin địa lý, NXB Nông nghiệp  ... hiệu ứng dụng GIS dạy học cần thực số nội dụng sau: Đối với giáo viên trực tiếp giảng dạy Địa lí khối lớp cần quan tâm đến việc ứng dụng GIS giảng dạy, xem ứng dụng cần thiết, đặc thù môn, ứng dụng. .. nên sử dụng kết hợp với Google Earth để diễn tả toàn vẹn đối tượng cụ thể Dưới hình ảnh vận dụng kết hợp Google Earth GIS 2.4 Triển khai ứng dụng GIS viễn thám dạy học Địa lí THCS 2.4.1 Ứng dụng. .. lí lớp 9) 2.2 Các lĩnh vực ứng dụng GIS viễn thám 2.2.1 Xây dựng tư liệu, công cụ giảng dạy đồ, ảnh viễn thám - GIS công cụ hỗ trợ việc dạy học Điạ lí hiệu quả, GIS phóng to thu nhỏ, thay đổi