I N H A L T S V E R Z E I C H N I S

Transkript

1

2 I N H A L T S V E R Z E I C H N I S M - 1. Überblick über das Modul... 1 M - 2. Modulziele... 3 M - 3. Modulinhalte... 4 M - 4. Lernen im Modul... 6 M - 5. Pflichtlektüre, empfohlene und weiterführende Literatur... 7 M - 6. Leistungsnachweis... 8 M - 7. Semesterprogramm... 9

3 M - 1. Ü B E R B L I C K Ü B E R D A S M O D U L M F O R M A L E B E S C H R E I B U N G Code n.ba.ui.gis3s Modul Geographic Information Systems (GIS) Status Wahlpflichtmodul ECTS-Credits 4 Semester 3 M A B S T R A C T Geografische Informationssysteme (GIS) bieten die Möglichkeit, räumliche Daten zu erfassen, zu verwalten, zu analysieren und zu präsentieren. Sie werden in der heutigen modernen Informationsgesellschaft sowohl in der Privatwirtschaft als auch in öffentlichen Verwaltungen breit eingesetzt. Im Modul Geographic Information Systems (GIS) werden die theoretischen Grundlagen und die wesentlichen Fähigkeiten und Fertigkeiten im Umgang mit Geoinformationssystemen vermittelt. Mittels Vorlesungen, praktischen Übungen, projektartigem Unterricht und Blended Learning erlangen die Studierenden die nötigen Kompetenzen, um Geoinformationssysteme in ihrem zukünftigen Arbeitsumfeld zielgerichtet einzusetzen. M G E N E R E L L E Z I E L E Die Studierenden sind nach Besuch des Moduls fähig, selbständig einfache Datenmodelle zu erstellen, Geometrie- und Sachdaten am Desktop und im Feld zu erfassen, vektor- und rasterbasierte Datenanalysen durchzuführen und Präsentationen mit einem GIS zu realisieren. Ausserdem sind sie in der Lage, GIS-Projekte unter Berücksichtigung aller relevanten Aspekte von Grund auf zu planen und durchzuführen. M L E I S T U N G S N A C H W E I S Die Modulnote ergibt sich aus einer einstündigen schriftlichen Theorie- und einer zweistündigen schriftlichen Praxisprüfung. Zusätzlich sind mindestens zwei schriftliche Übungsprotokolle einzureichen. M A U F B A U D E S M O D U L S Aufwand Das Modul umfasst 4 Lektionen (Präsenzunterricht) pro Woche. Für das zwingend erforderliche Selbststudium muss zusätzlich mit einem wöchentlichen Zeitaufwand von ca. 4 Stunden gerechnet werden. 1

4 M Z U G A N G S V O R A U S S E T Z U N G EN Im Modul Geographic Information Systems (GIS) werden folgende Informatik-Grundkompetenzen vorausgesetzt (aus Modul Informatik und Learningtools): Die Studierenden verfügen über ein vertieftes Anwenderwissen im Umgang mit PC-Betriebssystemen und können Microsoft Office Programme (insbesondere Excel und Access) bedarfsgerecht einsetzen. Die Studierenden können Dateien kopieren, verschieben, komprimieren, löschen und sind in der Lage, eine sinnvolle und geordnete Datenstruktur aufzubauen. Die Studierenden kennen die wichtigsten und in der Praxis am häufigsten verwendeten Text- (.docx,.pdf) Tabellen- (.xlsx), Datenbank- (.accdb) und Bildformate (.jpg,.png,.tif,.bmp). Die Studierenden verfügen über Grundkenntnisse in der semantischen Datenmodellierung und kennen die Datenbank-Begriffe Beziehung und Kardinalität. Zusätzlich werden folgende allgemeinen Fähigkeiten vorausgesetzt: Die Studierenden wissen, was Koordinaten sind. Sie finden anhand der Koordinaten einen Punkt auf der Schweizer Landeskarte und können die Koordinaten eines beliebigen Punktes bestimmen. Die Studierenden können Karten lesen und kennen die wichtigsten Symbole der Schweizer Landeskarten. Zudem kennen Sie die Bedeutung der Begriffe Nordpfeil, Massstab und Legende. M E V A L U A T I O N D E S M O D U L S Die Modulevaluation erfolgt jeweils am Ende des Moduls durch Befragung der Studierenden mittels anonymisierter Fragebogen. Neben dem generellen Modulinhalt und -ablauf werden ausserdem die Leistungen der einzelnen Referenten bewertet. Die eingehenden Rückmeldungen werden bearbeitet, den Studierenden kommuniziert und innerhalb des Dozierendenteams diskutiert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse fliessen in die nächstfolgende Modulplanung ein. 2

5 M - 2. M O D U L Z I E L E M K O M P E T E N Z E N U N D L E A R N I N G O U T C O M E S Fach- und Methodenkompetenzen Die Studierenden verstehen den Aufbau eines GIS, kennen die gängigsten Geodatenformate und sind in der Lage selbständig räumliche Daten zu erfassen, verwalten, analysieren und zu präsentieren. können geometrisch und topologisch präzise Geodatensätze erfassen, verändern und für die Weitergabe in Projekten bereitstellen. verstehen die Struktur einer Geodatenbank und sind in der Lage Geodatenbanken zu modellieren, erstellen und zu erweitern. sind in der Lage, Karten und Präsentationen zu erstellen und diese auf deren Aussagekraft hin zu bewerten. kennen die wichtigsten vektor- und rasterbasierten Abfrage- und Geoverarbeitungswerkzeuge und können damit bestehende Datensätze analysieren und neue Informationen zielgerichtet ableiten und generieren. verstehen die Funktionsweise von globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) und können eine GPSbasierte Felddatenerfassung vorbereiten und durchführen. können selbständig und im Team ein GIS-Projekt von Grund auf zielgerichtet planen, die benötigten Geodaten beschaffen und auf ihre Qualität hin beurteilen, die räumlichen Fragestellungen effizient beantworten, die Arbeitsschritte korrekt dokumentieren, die Lösungen präsentieren und das Projekt erfolgreich abschliessen. verstehen das Prinzip und die Eigenschaften von Raumbezugssystemen und sind in der Lage, raumbezogene Fragestellungen zu abstrahieren und zu formalisieren. Sozialkompetenzen Die Studierenden können sich bei Fragen gegenseitig unterstützen, indem sie ihre Anliegen in einem Hilfe-Forum auf der Lernplattform Moodle veröffentlichen und mögliche Lösungsansätze diskutieren. Selbstkompetenzen Die Studierenden sind in der Lage auch bei komplexen Problemstellungen ihre Kreativität einzubringen und können mittels entsprechenden E-Learning Plattformen oder Online-Foren selbständig die nötigen Problemlösungskompetenzen erarbeiten. problemorientiert zu arbeiten und selbständig oder im Team nach Lösungen zu suchen und die für die Lösung von Problemstellungen nötigen relevanten Informationen herausfiltern. 3

6 M - 3. M O D U L I N H A L T E M T H E M A T I S C H E E I N F Ü H R U N G I N D A S M O D U L Im Laufe der letzten zehn Jahre haben sich Geoinformationssysteme in der Privatwirtschaft, in öffentlichen Verwaltungen und in der Wissenschaft zunehmend etabliert. Es gibt in unserer modernen Informationsgesellschaft kaum mehr räumliche Problem- und Fragestellungen, zu deren Lösung nicht auf die umfangreichen Möglichkeiten von GIS zurückgegriffen wird. Insbesondere Fragen wie Welchen räumlichen Bezug haben die Dinge zueinander? können mit GIS elegant und effizient beantwortet werden. Sehr viele Entscheidungen im täglichen Leben weisen einen Raumbezug auf. Deshalb werden GIS auch in vielen Bereichen breit eingesetzt. Nur mit GIS ist es möglich, sowohl Geometrie- als auch Sachdaten unter Berücksichtigung ihrer komplexen logischen und räumlichen Beziehungen zu erfassen, zu verwalten und zu präsentieren. Die zahlreichen räumlichen Analyse- und Geoverarbeitungsfunktionen eines GIS bieten ausserdem die Möglichkeit, aus bestehenden Daten neue Informationen zu gewinnen. Dieser zusätzliche Informationsgewinn kann als Grundlage für Entscheidungsprozesse dienen. Insbesondere im Umweltbereich mit seinen häufig interdisziplinären und raumbezogenen Fragestellungen sind GIS nicht mehr wegzudenken. Bei der Abschätzung von Naturgefahren, in der Raum- und Verkehrsplanung, im Umweltmonitoring, im Wildtiermanagement oder auch bei Baum- und Biotopkatastern kommen GIS zum Einsatz. Eine grundlegende und zielgerichtete Ausbildung späterer GIS AnwenderInnen ist Voraussetzung dafür, dass die Möglichkeiten von GIS in der beruflichen Praxis effizient umgesetzt werden können. M I N H A L T L I C H E S C H W E R P U N K T E Einleitung und Datenverwaltung und -modellierung Leitfragen Welche Komponenten müssen berücksichtigt werden, damit in einem Entwicklungsland ein GIS erfolgreich verwendet werden kann? In welchen Anwendungsfeldern werden GIS eingesetzt? Was ist die Besonderheit der Speicherung von Objekten in einem GIS im Gegensatz zur Datenhaltung in einer herkömmlichen Datenbank wie z.b. Access? Auf welche Art und Weise kann die real existierende Welt in einem abstrakten räumlichen Datenmodell abgebildet werden? Zentrale Begriffe GIS-Komponenten, EVAP-Prinzip, GIS-Projekt Entität, Feldmodell, Vektor- und Rasterdaten Datenformate, Sachdaten und Geometriedaten, Shapefile und Geodatenbank Topologie Spatial und Attribut-Join Räumliche, konzeptionelle, logische und physikalische Modellierung 4

7 Datenakquisition Leitfragen An wen wenden sie sich, wenn sie einen bestimmten Geodatensatz für ihr Projekt benötigen? Welche unterschiedlichen Datenerfassungsmethoden gibt es und wodurch unterscheiden sie sich? Inwiefern können uns Satellitennavigationssysteme bei Feldaufnahmen unterstützen? Zentrale Begriffe Geobasis- und Geofachdaten, Metadaten, Geodatenanbieter, WMS- und WFS-Dienste Originäre und sekundäre Erfassungsmethoden Genauigkeit, Präzision und Richtigkeit GNSS und GPS, mobile GIS Datenpräsentation Leitfragen Inwiefern hat die Wahl eines Koordinatensystems Auswirkungen auf die grafische Repräsentation eines geografischen Raumes? Wodurch zeichnet sich eine qualitativ hochstehende Karte aus? Zentrale Begriffe Koordinatensystem, Koordinatentransformation, Georeferenzierung Kartografie, Kartengestaltung, Generalisierung Topografische und thematische Karte, Legendentypen Choroplethenkarte Datenanalyse Leitfragen Wie lassen sich Fragen beantworten wie wo befinden sich potentielle Hirschhabitate im Kanton Zürich? wie lange benötige ich, um mit dem Auto von Zürich nach Chur zu gelangen, ohne Autobahnen zu befahren? wie viele Mobilfunkantennen befinden sich in einer gewissen Entfernung um einen Standort? welche Gebäude einer Gemeinde sind durch Hochwasser gefährdet? Zentrale Begriffe SQL Abfragen, thematische und topologische Selektion Reklassifikation Puffer-, Nachbarschafts und Distanzfunktionen Vektor- und Raster Overlay Räumliche Interpolation Oberflächenfunktionen Lokale, fokale, zonale und globale Funktionen MapAlgebra 5

8 M - 4. L E R N E N I M M O D U L M D I D A K T I S C H E G R U N D S Ä T ZE Das Modul Geographic Information Systems (GIS) orientiert sich an folgenden Unterrichtsprinzipien: Zielorientierung: Die Studierenden erarbeiten sich während des Moduls Kenntnisse, welche sie dazu befähigen, einfache bis bedingt komplexe raumbezogene Probleme zielgerichtet mit GIS zu bearbeiten und zu lösen. Anhand eines bereits zu Beginn des Moduls abgegebenen Kompetenzrasters werden die Lernziele vorgegeben. Praxisorientierung: Das Modul orientiert sich grösstenteils an den Anforderungen der Praxis. Um den Lernprozess zu intensivieren werden praxisnahe und aktuelle Fragestellungen behandelt. Dies geschieht mit Übungen und Lernaufgaben. Diese Praxisorientierung soll die Studierenden dahin lenken, die zukünftigen beruflichen Herausforderungen erfolgreich zu bewältigen. Handlungsorientierung: Der Kurs basiert auf der Leitidee Durch Selbsttätigkeit zur Selbstständigkeit!. Durch die Integration von Denken, Handeln und Fühlen im Unterricht soll eine ganzheitliche Qualifizierung erreicht werden. Gestufte Lernfortschritte: Das Unterrichtsprinzip Vom Einfachen zum Komplexen dient dazu, die Stufen der einzelnen Lernfortschritte abzusichern. Durch Wiederholungen und die Anwendung von Gelerntem auf neue Problemstellungen soll eine nachhaltige Wissenssicherung erreicht werden. Hierfür wird eine aktive Mitarbeit der Studierenden erwartet. M L E R N A R R A N G E M E N T S Die Unterrichtsmethodik basiert sowohl auf freiem Arbeiten als auch auf Frontalunterricht. Vorlesung: Die Sachkompetenz der Studierenden wird gefördert, indem mittels Vorlesungen die theoretischen Grundlagen und die Problemzusammenhänge vermittelt und erarbeitet werden. Die Vorlesungen werden ausserdem mit Fachinputs von externen Referenten ergänzt. Damit erhalten die Studierenden einen praxisorientierten Einblick in unterschiedliche Anwendungsfelder der Geoinformatik. Übungen: In den Übungen werden die vorgängig in der Vorlesung erworbenen theoretischen Kenntnisse vertieft bearbeitet und anhand praxisnaher und konkreter Aufgabenstellungen am Rechner umgesetzt. Freies, eigenständiges Arbeiten unterstützt den Aufbau von Methoden- und Selbstkompetenzen, dies wird mit Einzel-, Partner- und Gruppenarbeiten erreicht. Die Dozierenden führen bei Bedarf in die Aufgabenstellung ein und stehen den Studierenden unterstützend zur Seite. Selbststudium: Durch Selbststudium sollen die Studierenden ihre Kenntnisse repetieren, vertiefen und erweitern. 6

9 Blended Learning: Die e-learning Plattform Moodle wird als Werkzeug für die Studierenden eingesetzt, wo sie auf Unterlagen des Kurses, Lernvideos und weiterführende Informationen zurückgreifen können. Zusätzlich stehen den Studierenden zu jedem Thema ergänzende Übungen zum Selbststudium zur Verfügung. Daneben dient Moodle auch als Mitteilungsforum für die Kursleitung. Ein von den Dozierenden betreutes Diskussionsforum bietet den Studierenden ausserdem die Möglichkeit, sich mit anderen ModulteilnehmerInnen fachlich und methodisch auszutauschen. Zusätzlich haben die Studierenden die Möglichkeit diverse e-learning-plattformen (bsp. GITTA Geographic Information Technology Training Alliance) zu nutzen. Hier stehen den Studierenden verschiedenste Lernmodule zur Verfügung. Die Dozierenden weisen im Laufe des Moduls auf empfehlenswerte Lernmodule hin. M A R T D E R D O K U M E N T A T I O N Die Vorlesungs- und Übungsunterlagen werden digital auf der e-learning Plattform Moodle zur Verfügung gestellt. Die Studierenden werden aufgefordert, zusätzliche eigene Notizen zu machen. Ergänzende Modulunterlagen stehen auf Moodle zum Download bereit. Der Prüfungsstoff basiert auf den Vorlesungs- und Übungsunterlagen und den zur Verfügung gestellten erweiterten Modulunterlagen. M - 5. P F L I C H T L E K T Ü R E, E M P F O H L E N E U N D W E I T E R F Ü H R E N D E L I T E R A T U R Es gibt keine Pflichtlektüre, allerdings wird empfohlen folgende Werke zur thematischen und fachlichen Vertiefung heranzuziehen, wobei sich die Dozierenden primär am Werk von Heywood orientieren: Bill R. (2016). Grundlagen der Geo-Informationssysteme, 6. Auflage. Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. 855 S. ISBN Chang K.T. (2016). Geographic Information Systems, 8. Edition. The McGraw Hill Companies, New York. 448 S. ISBN Heywood I. et. Al. (2011). An Introduction to Geographical Information Systems, 4. Edition. Pearson Education, Limited. 446 S. ISBN

10 M - 6. L E I S T U N G S N A C H W E I S M Q U A L I F I K A T I O N S S C H R I T TE Art des Leistungsnachweises Gewichtung Übungen 2 Übungsprotokolle Testat Theorie Schriftliche Prüfung (Semesterwoche 10) 1/3 Praxis Schriftliche Prüfung am Computer (abgesetzt) 2/3 Übungsprotokolle: In den Semesterwochen 3, 5, 7 und 9 werden die Studierenden mit Lernaufgaben konfrontiert, welche sie mittels Selbststudium bearbeiten müssen. Die Studierenden müssen bei zwei dieser Lernaufgaben ein schriftliches Übungsprotokoll abgeben. Die Studierenden können selber wählen, bei welchen dieser Aufgaben sie diese Protokolle einreichen. Die Anforderungen an die Protokolle werden den Studierenden vorgängig bekannt gegeben. Sofern Sie zwei dieser Protokolle fristgerecht abgeben und diese den Anforderungen entsprechen, gelten die Testatvoraussetzungen als erfüllt. Theorieprüfung (Erfahrungsnote): Anstelle der Vorlesung findet in der 10. Semesterwoche eine einstündige schriftliche Theorieprüfung statt. Die daraus gewonnene Erfahrungsnote entspricht 1/3 der Modulnote. Während der Prüfung sind keinerlei Hilfsmittel erlaubt. Modulprüfung: Die abgesetzte schriftliche Modulprüfung dauert 90 Minuten und findet in den PC- Unterrichtsräumen an den hochschuleigenen Computern statt. Als Hilfsmittel sind alle Unterrichtsunterlagen, persönliche Notizen und Übungsprotokolle und das Internet als Informationsquelle erlaubt. Geprüft werden insbesondere praxisorientierte Kompetenzen. Die daraus gewonnene Note entspricht 2/3 der Modulnote und ergibt zusammen mit der Erfahrungsnote die Modulnote. Das Modul gilt als bestanden, wenn eine genügende Note (Note 4) erreicht wird. Die Note 4 wird beim Erreichen der vorher definierten Mindestkompetenz vergeben. M R A H M E N B E D I N G U N G E N Die Studierenden sind verpflichtet, fristgerecht mindestens zwei Übungsprotokolle zu den in den Übungen abgegebenen Fragestellungen einzureichen. Diese Leistungsnachweise werden nicht benotet. Sofern nicht alle geforderten Leistungsnachweise erfüllt sind, wird die Erfahrungsnote mit der Note 1 gewertet. Ansonsten gilt das aktuell gültige Prüfungsreglement der ZHAW. 8

11 M - 7. S E M E S T E R P R O G R A M M Vorlesung Übung Prüfung Semesterwoche Art der Veranstaltung 1h Prüfung 3h Übung Inhalte Einführung: Allgemeine Modulinformation, Grundlegende Begriffe, GIS-Projekt Einführung in Software (ArcGIS), Layer-Prinzip Datenmodellierung und verwaltung I: (Geo-)Datenformate und typen, Entität und Feldmodell, Geometrie- und Attributdaten Shapefile als Austauschformat, editieren von Geometrien (digitalisieren), editieren von Attributen (attributieren), Arbeit mit Tabellen, Datenmodellierung und verwaltung II: räumliches, konzeptionelles, logisches und physikalisches Modell, Topologie Erstellen von Geodatenbanken, Subtypes und Domains, Join Datenakquisition I: Erfassungsmethoden, Datenquellen und anbieter, WMS und WFS, Metadaten Erweiterte Editierfunktionen, Zugriff GDI (Geodateninfrastruktur), Datendokumentation Datenakquisition II: Datenqualität, GNSS, mobile GIS Felddatenerfassung mit Collector App Datenpräsentation I: Koordinatensysteme & Projektionen, ArcGIS Online Erstellen von Web-Services und Web-Karten mit ArcGIS Online Datenpräsentation II: Grundlagen Kartografie, Legendentypen Symbolisierung, Erstellen von Choroplethenkarten; Karten-Layout Datenanalyse I: Abfragen (SQL), thematische und topologische Selektion Abfragen und Selektionen Datenanalyse II: Vektoranalysemethoden Geoverarbeitung mit ArcToolbox (Vektorfunktionen) Datenanalyse III: Rasteranalysemethoden Geoverarbeitung mit ArcToolbox (Rasterfunktionen) Theorieprüfung Geoverarbeitung mit ArcToolbox 12 4h Übung Einführung Fallstudie 13 4h Übung Fallstudie 14 1h Plenum 3h Übung Modulabschluss, Modulevaluation, Weiterbildungsmöglichkeiten, Prüfungsinformation Abschluss Fallstudie 9