Среды блочного программирования для вычислительной географии
Материал из Поле цифровой дидактики
| Описание события | Доклад, в котором представлены возможности сред блочного программирования для освоения вычислительной географии. |
|---|---|
| Тип события | Доклад |
| Начало | 2024-04-26T17:00:00.000Z |
| Окончание | 2024-04-26T18:00:00.000Z |
| color | lime |
| Адрес события | http://digida.mgpu.ru/ |
| Видео запись события | |
| Среды и средства, которые использовались в рамках события | Snap!, NetsBlox, StarLogo Nova, App Inventor |
| Формируемые в рамках события компетенции | Умеет работать с геоинформационными системами, Формирование умений и навыков использования разнообразных географических знаний в повседневной жизни |
| Область знаний | География, Информатика |
| Местоположение | 55° 48' 22.89" N, 37° 36' 58.69" E |
| Формат реализации | |
| Карта |
Введение
Статья представляем подход к конструированию содержания учебного курса, когда деятельность направлена на освоение компетенций, но мотивы этой деятельности скрыты в инструментах и объектах деятельности. Такими мотивирующими социальными объектами для изучения вычислительной географии служат модели и игры, в которых используются географические данные и географические понятия.
Логика работы
Логика работы представлена в виде диаграммы деятельности на рисунке 1 и может быть описана как последовательность действий - запросов, которые мы адресуем к различным категориям объектов, которые хранятся в базе знаний поля цифровой дидактики. Мы начинаем с выделения компетенций и заканчиваем примерами проектов, которые подтверждают, что эти компетенции были освоены.
Компетенции
При определении компетенций мы начинаем с тех, которые уже есть в базе данных и связаны с географией. При этом мы ограничили поиск только теми компетенциями, для которых указаны среды и инструменты, поддерживающие их освоение.
{{#ask: [[Категория:Competence]] [[TypeLiteracy::Географическая]] [[Environment::+]] | ?Description | ?Источник | ?Environment }}
- Выделим только те, для которых есть средства освоения
- Geospatial Thinking - The ability to analyze and solve problems using geospatial data and tools
- Cartographic Design - The ability to create effective maps
- Geospatial Data - The ability to access, evaluate, and use various forms of geospatial data
Основные понятия
{{#ask: [[Категория:Понятие]] [[Field_of_knowledge::География]] | ?Description }}
| Description | |
|---|---|
| GIS | Геоинформационная система (географическая информационная система, ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах. Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах |
| География | География - это наука, которая изучает физические и культурные аспекты Земли, включая ее природные ресурсы, население, экономику, политику и другие социальные явления. География занимается изучением географических образований, таких как горы, реки, озера, пустыни, леса, а также их взаимодействия с окружающей средой и людьми. Она также исследует взаимодействие между различными регионами мира и их влияние на глобальные процессы, такие как изменение климата, миграция населения и экономический рост.
|
| Геоинформатика | Геоинформатика — наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практических и научных целей. Важной составляющей геоинформатики является публикация геоданных в Интернет |
| Город | Го́род — населённый пункт, имеющий соответствующий статус с учётом численности населения, характера занятий его жителей, географического, экономического, исторического и культурного значения. Порядок отнесения населённого пункта к категории города может отличаться в разных государствах и устанавливается, как правило, законодательным путём. Самым частым критерием отнесения населённых пунктов к городам выступает численность населения: обычно пороговое значение составляет 1—2 тысячи человек, но в отдельных случаях оно может быть как 100 человек, так и 50 тысяч. |
| Гражданская наука | Гражданская наука (англ. Citizen science) — концепция проведения научных исследований с привлечением широкого круга добровольцев, многие из которых могут быть любителями |
| Картография | Картогра́фия (от χάρτης «бумага из папируса» + ράφειν «рисовать») — наука об исследовании, моделировании и отображении пространственного расположения, сочетания и взаимосвязи объектов, явлений природы и общества. В более широкой трактовке картография включает технологию и производственную деятельность. Объектами картографии являются Земля, небесные тела, звёздное небо и Вселенная. Наиболее популярными плодами картографии являются образно-знаковые модели пространства в виде: плоских карт, рельефных и объёмных карт, глобусов. Они могут быть представлены на твёрдых, плоских или объёмных материалах (бумага, пластик) или в виде изображения на видеомониторе. |
| Урбанистика | Наука, изучающая развитие городских сообществ и систем. Она аккумулирует достижения гуманитарных, социальных и технических наук для того, чтобы развивать города, делать их комфортнее и удобнее для жизни. Урбанистика находится на стыке архитектуры, социологии, экономики, географии, экологии и госуправления. Принято разделять ее на две субдисциплины — городской дизайн (urban design), сосредоточенный на эстетике города, и городское планирование (urban planning) — науку о городском землепользовании и социально-экономическом развитии инфраструктуры. |
Книги
{{#ask: [[Категория:Book]] [[Field_of_knowledge::География]] | ?Description }}
| Description | |
|---|---|
| Growing Artificial Societies: Social Science From the Bottom Up (Complex Adaptive Systems) | Первая книга о выращивании искусственных сообществ. В книге представлена модель Sugarscape - простое искусственное общество, в котором агенты живут на двухмерной сетке и взаимодействуют друг с другом на основе правил, регулирующих передвижение, размножение и торговлю. Модель Sugarscape служит основой для изучения различных социальных явлений, таких как возникновение распределения богатства, передача культуры, сотрудничество и конфликты. |
| Turtles, termites, and traffic jams: explorations in massively parallel microworld | Книга "Черепахи, термиты и дорожные пробки: исследования в микромире массово-параллельных вычислений" Децентрализованный подход к феноменам окружающего мира - на основе использования микромира с тысячами черепашек |
| Объекты и пространства | Использование объектов само создает пространственные условия возможности и невозможности. Пространственности порождаются и приводятся в действие расположенными в них объектами – именно этим определяются границы возможного. (Следуя первому утверждению, стоит упомянуть, что пространственные возможности по своему характеру также множественны.) Существуют различные формы пространственностей; те, о которых говорим мы, включают в себя регионы, сети и потоки. В-третьих, я предполагаю, что эти пространственности и объекты, которые заполняют и создают их, плохо совместимы, т.е. находятся в напряженных отношениях. |
| Экологический подход к зрительному восприятию | Какие возможности открывает окружающий мир перед человеком, как мы воспринимаем и используем эти возможности. Мир физики объемлет все сущее. Наряду с земным объектами этому миру в равной степени принадлежат ка объекты макрокосма (планеты, звезды, галактики и т. п. так и объекты микрокосма (атомы, элементарные частиц и т. п.). Поскольку в этом мире встречаются объекты самых различных размеров (атомы и галактики могут служить примером поражающих воображение крайностей), то для их измерения физики используют единицы разного масштаба. На уровне микрокосма единицами измерения служат обычно миллионные доли миллиметра или еще боле мелкие единицы. На уровне макрокосма единицей длин служит световой год, а иногда и более крупные единицы. Ни один из этих масштабов не пригоден для измерения размера предметов, составляющих окружающий мир животных. |
Модели
{{#ask: [[Категория:Model]] [[Field_of_knowledge::География]] | ?Description | ?Environment }}
| Description | Environment | |
|---|---|---|
| Air Pollution - Buses and Cars | Когда модель работает, автобусы непрерывно следуют по дороге. В домах есть люди, которым нужно добираться на работу. Если автобус проезжает мимо дома, человек из этого дома «садится в автобус». Однако, если автобус не прибудет достаточно скоро, вместо этого человек использует личную машину, в результате чего на дороге появится машина, которой необходимо проехать определенное расстояние, прежде чем ее уберут с дороги. Автомобили выбрасывают 1 загрязнение каждые 7 «тиков». Автобусы выбрасывают одно загрязнение каждые 1 тик. Автомобили и автобусы следуют основным правилам дорожного движения: снижайте скорость, если многолюдно, и останавливайтесь, если впереди нет места для движения.
| StarLogo Nova |
| Segregation (model) | Модель сегрегации
Принципы: - Минимальная толерантность к различиям: Люди склонны предпочитать окружение, где большинство соседей принадлежат к той же группе, что и они сами. Однако они могут терпеть некоторую долю соседей другой группы. - Пороговая толерантность: Существует пороговый уровень доли соседей другой группы, выше которого человек начинает чувствовать себя некомфортно и стремится переехать в район с большей однородностью. - Переезд при превышении порога: Если доля соседей другой группы превышает установленный порог, человек решает переехать. Этот переезд приводит к тому, что районы становятся всё более сегрегированными. | NetLogo StarLogo Nova |
| Traffic jams | Модель формирования и рассасывания дорожной пробки, реализованная в нескольких средах многоагентного моделирования
Принципы: Эмерджентное поведение: Формирование пробки является результатом коллективного поведения агентов-автомобилей, а не предписанным поведением отдельного агента. Непредсказуемость: Модель может быть стохастической, то есть случайные факторы, такие как непредсказуемое поведение водителей, могут влиять на формирование и рассасывание пробки. Адаптация: Агенты-автомобили могут адаптироваться к изменяющимся условиям движения, например, меняя свою скорость или маршрут. | NetLogo StarLogo Nova Snap! |
Датасеты
{{#ask: [[Категория:Dataset]] [[Field_of_knowledge::География]] | ?Description }}
| Description | |
|---|---|
| Bills of Mortality (dataset) | Датасет причин смертности в Лондоне в 17 - 18 веке. 1657 - 1758 - столетие. 7381 строка в таблице |
| Cities (dataset) | Фрагмент из датасета, где хранилось более 140 000 записей о городах с населением более 1 000 жителей. В этом датасете 478 записей. Только городов с населением от 1 млн человек. Датасет используется в нескольких географических проектах в Kepler, App Inventor и других цифровых средствах
|
Игры
| Description | |
|---|---|
| SimCity | В SimCity у игрока обычно нет определённой цели, по достижении которой игра заканчивается. Играющий управляет городом, выступая в роли мэра. Ему предоставляется возможность собирать налоги, строить городские здания и прокладывать дороги. Конечно, в руках мэра далеко не все аспекты жизни города — он не может, например, приказывать, где строить частные здания, а может только планировать территорию, разделяя её на коммерческие, жилые и промышленные зоны. Эти зоны впоследствии застраиваются жителями города. В случае, если привлекательность данной зоны в глазах городских жителей низка (причиной чего могут быть высокие налоги в данной сфере или недостаточное развитие других городских зон), она не будет застраиваться. В январе 2008 года код оригинальной SimCity был открыт и теперь распространяется под лицензией GPLv3. Права на имя «SimCity» принадлежат Electronic Arts, поэтому открытый проект был переименован в Micropolis. |
| Sims | The Sims — однопользовательская видеоигра в жанре симулятора жизни, первая по счёту из серии The Sims, разработанная командой разработчиков Maxis под руководством геймдизайнера Уилла Райта и изданная компанией Electronic Arts. Игра создавалась при сотрудничестве Эдварда Уилсона — известного биолога, изучавшего социальное поведение муравьёв в колониях. Игра была выпущена для IBM PC, Commodore Amiga, Apple Macintosh и Super Nintendo Entertainment System. Когда игрок впервые играет в The Sims в рамках обучающей программы, он должен управлять семьёй молодожёнов — Ньюби (англ. Newbie), которая только переехала в город и должна освоиться в нём. Действие игры происходит в городке, где проживают пять семей. |
Языки и цифровые средства
{{#ask: [[Category:Язык программирования]] [[Field_of_knowledge::География]] OR [[Category:DigitalTool]] [[Field_of_knowledge::География]] | ?Description }}
| Description | |
|---|---|
| App Inventor | App Inventor является бесплатным инструментом для программирования для создания мобильных приложений для Android. Он был разработан Массачусетским технологическим институтом и предоставляет простой интерфейс для создания мобильных приложений, который доступен для любого пользователя. Для программирования в App Inventor используется визуальный язык программирования, очень похожий на язык Scratch и StarLogo Nova.
|
| GAMA | Платформа для проведения экспериментов в области многоагентного моделирования. Программы пишутся на языке GAML.
|
| Kepler | Open Source инструмента для визуализации и анализа больших наборов гео-данных.
 |
| Maps for MediaWiki | Расширение, которое позволяет встраивать географические карты на страницы вики |
| NetsBlox | Визуальный блочный язык программирования - производный от Scratch и Snap! - внимание уделено сетевым возможностям, интеграции с Google картами. Внутри среды NetsBlox участники проектов могут коллективно редактировать блоки программы так же как это происходит в Google-документах. |
| QGIS | Quantum GIS — свободная кроссплатформенная геоинформационная система, состоящая из настольной и серверной части:
|
| RAWGraphs | RAWGraphs - это веб-приложение с открытым исходным кодом для визуализаций статических данных. При этом формы представления данных можно изменять.
Не требует регистрации. По состоянию на 2 августа 2021 г - бета-версия. Язык интерфейса - английский |
| RNetLogo | RNetLogo - пакет R позволяет подключить в R язык многоагентного моделирования NetLogo |
| Snap! | Блочный язык программирования для преподавания алгоритмов и структур данных. Snap! - потомок языка Scratch. В отличие от Scratch Snap! поддерживает лямбда-исчисление, объекты первого класса, процедуры, рекурсия и множество других возможностей. С версии 4.0 Snap! получил современное название и был переписан на JavaScript.
 |
| Инструменты мотивации профессионального развития педагогических кадров | RAWGraphs - это веб-приложение с открытым исходным кодом для визуализаций статических данных. При этом формы представления данных можно изменять.
Не требует регистрации. По состоянию на 2 августа 2021 г - бета-версия. Язык интерфейса - английский |
Кейсы - рецепты
{{#ask: [[Category:Scripting Tutorials]] [[Field_of_knowledge::География]] | ?Description }}
| Description | |
|---|---|
| Задать цвет части поля | Как задать цвет поля (или его части) для разных сред агентного моделирования |
| Как дополнить датасет из MediaWiki API в мобильном приложении | У нас есть датасет, в котором есть названия городов, дополнительная информация (страна и численность жителей). Мы хотим представить эту информацию и дополнить её дополнительными сведениями из MediaWiki. При этом будем использовать MediaWiki API
|
| Как организовать обмен сообщениями через MQTT4Snap! | Возможно обмениваться сообщениями по протоколу MQTT через MQTT серверы -возможность связать Snap! проекты и устроить соревнование между участниками. Например, они могут передавать свои географические координаты
 |
| Как построить диаграмму в App Inventor | Может быть несколько способов построения диаграмм на основании внешних данных. Один из вариантов, данные считываются из внешнего датасета, используются внутри первого экрана на географической карте и затем передаются на второй экран, где превращаются в диаграмму численности населения городов.
 |
| Как собрать все корпуса МГПУ на карте | Собираем корпуса МГПУ на карте мобильного приложения. Нам понадобятся:
 |
| Карта кафе и ресторанов Москвы | Приложение карта кафе и ресторанов Москвы. Функционал приложения: На главной странице пользователь нажимает кнопку "Перейти к карте", далее из списка он выбирает понравившееся ему кафе или ресторан, впоследствии выбранное кафе отображается на карте. Функционал позволяет отобразить несколько понравившихся кафе или ресторанов на карте, ниже выводится описание данного заведения. |
| Определить и использовать цвет точки под собой | Как определить и использовать в программе цвет точки, на которой находится агент. Распространённая задача, когда действия агента основываются на свойствах среды. Для NetLogo можно использовать конкретный цвет patch на котором стоит агент. Для StarLogo Nova - создадим специальное свойство и будем его изменять в зависимости от цвета поля |
| Передать значения другому экрану App Inventor | Мы хотим перейти на другой экран и передать в него значение переменной, которое мы на этом экране получили. Варианты:
|
| Погода в Москве | Приложение, которое отображает текущую погоду в Москве и предлагает пройти тест на знания в области погоды |
| Приложение для планирования посещения мест | Хотите посетить новое место, но не знаете какое или уже наметили траекторию своих мест, но боитесь забыть о них? Тогда приложение MapPlan поможет Вам в этом. Его функционал не ограничивается картой с возможностью поставить метку места, Вы можете прямо в самом приложении посмотреть места и отзывы к ним в Google-картах, что поможет наметить ваш путь. Кроме того у Вас есть доступ к блокноту и Вашей личной комнате с котиком, которые вы можете обустроить сами. С каждой выполненной целью переходите на новый уровень и радуйте Вашего котика. |
В заключении хотелось бы отметить, что в работе и на диаграмме деятельности (Рис. 1) представлена линейная организация деятельности от компетенций к продуктам деятельности. Такую линейную форму легко представлять, но сам процесс обучения носит нелинейный и децентрализованный характер, когда очень многое зависит от связей между учащимися и объектами их деятельности. Процесс внутри учебного сообщества начинается с того, что новый ученик знакомится с уже созданными другими учениками моделями или играми, копирует для себя существующие решения, видоизменяет их в соответствии с дизайном собственной модели и представляет собственную модель сообществу для дальнейшего использования. Варианты этого процесса были разработаны для различных обучающих сообществ [18]. В данном случае мы только усиливаем и обогащаем схему повторного использования объектов данными, инструментами и языками программирования.
Библиографический список
- Macgill J., Openshaw S. The use of flocks to drive a geographic analysis machine // International Conference on GeoComputation. 1998.
- Openshaw S. Geographical data mining: key design issues // Proceedings of geocomputation. 1999. Vol. 99.
- Openshaw S., Openshaw C. Artificial intelligence in geography. John Wiley & Sons, Inc., 1997.
- Патаракин Е.Д., Быховский Я.С., Ястребцева Е.Н. Геокешинг, Геотаггинг, Фликр, Вики-Вики, Веб-блоги и Живой журнал в образовании: Новое поколение учебных проектов городских улиц и сетевых сообществ. Москва: Институт образовательных технологий, 2005. 36 с.
- Патаракин Е.Д. Сетевые сообщества и обучение. Москва: ПЕР СЭ, 2006. 112 p.
- Batty M. Geocomputation // Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science. SAGE Publications Ltd STM, 2017. Vol. 44, № 4. P. 595–597.
- Bhunia G.S., Shit P.K. Introduction to GeoComputation // GeoComputation and Public Health: A Spatial Approach / ed. Bhunia G.S., Shit P.K. Cham: Springer International Publishing, 2021. P. 1–13.
- Barthelemy M. Modeling cities // Comptes Rendus. Physique. 2019. Vol. 20, № 4. P. 293–307.
- Barthelemy M. Le monde des réseaux. Odile Jacob, 2023.
- Barthelemy M. Stochastic equations and cities // Reports on Progress in Physics. IOP Publishing, 2023.
- Патаракин Е.Д. Школа SCRATCH // Школьные технологии. 2010. № 4. с. 132–135.
- Патаракин Е.Д. Сеть Детских Конструкторов // Труды большого московского семинара по методике раннего обучения информатике. 2011. Vol. 2. с. 91–99.
- Dobryakova M. et al. Key Competences and New Literacies: From Slogans to School Reality. Springer Nature, 2023. 428 p.
- Parandekar S.D., Patarakin E., Yayla G. Children Learning to Code: Essential for 21st Century Human Capital. Washington, DC: World Bank, 2019. P. 151.
- Ло Д. Объекты и пространства // Социологическое обозрение 2006. Vol. 5, № 1. с. 30–42.
- Гибсон Д.Д. Экологический подход к зрительному восприятию: Пер. с англ. Прогресс, 1988. 464 с.
- Resnick M. Turtles, termites, and traffic jams: explorations in massively parallel microworlds. MIT Press, 1997. 184 p.
- Патаракин Е.Д. Педагогический дизайн социальной сети Scratch // Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society). 2013. № 2. с. 505–528.
