Virtual Globe

trefwoorden: aardwetenschappen, Google Earth, 3D, Future Planet Studies

Informatie:

Snapshot van Google Earth waarin een 3D omgeving van een gebied in Groenland is weergegeven

Snapshot van Google Earth waarin een 3D omgeving van een gebied in Groenland is weergegeven. Als overlay is een zwart-wit  luchtfoto gebruikt die de situatie 50 jaar geleden weergeeft. Met behulp van diverse gele en rode ‘placemarks’ is er detail informatie op te vragen. De bijbehorende test bevat diverse type vragen (o.a. meerkeuze) die via BlackBoard kunnen worden gemaakt (inzet)

Projectleider:         A.C. Seijmonsbergen

Faculteit:                 Natuurwetenschappen, Wiskunde 
                                  en Informatica
Looptijd:                 1 september 2011 – 1 september 2012

Korte beschrijving van het project

In dit project is een nieuwe onderwijsapplicatie ontwikkeld waarin grote aantallen studenten historisch en actueel beeld- en kaartmateriaal kunnen verzamelen, analyseren en presenteren in de 3D omgeving van een ‘Virtual Globe’. Interpretatie en analyse wordt gedaan met behulp van de vrij verkrijgbare softwarepakketten Google Earth en ArcGIS Explorer. De opdrachten worden interactief met behulp van Blackboard gemaakt en onmiddellijk van feedback voorzien.

Het leermateriaal omvat thematische landschapsinformatie uit de vijf thema’s ‘Leven met Tektoniek’, ‘Water en ijs in het landschap’, ‘Aride en Semi-aride gebieden’, ‘Leven in kustgebieden’ en ‘Veranderingen in landgebruik’. Naast deze vijf hoofdthema's zijn er ook drie aanvullende (reserve) modules waarin extra oefenopdrachten worden aangeboden. Hier komen aanvullende landschappen aan bod om verkregen kennis te verdiepen en inzicht te vergroten. Daarnaast dienen zij als voorbereiding op een tussentoets die halverwege de cursus wordt afgenomen en als inspiratie voor de te maken eindopdracht, een eigen poster met zelf gemaakte datasets.

Tijdens de uitvoering van het project is het ontwikkelde materiaal reeds aangeboden de nieuwe cursus Future Planet Studies “Virtual Globe”. Door de directe ervaring met dit nieuwe onderwijs zijn door de docent en de assistent terugkoppelingen en aanpassingen doorgevoerd, waardoor de kwaliteit is geoptimaliseerd. Daarnaast is een eerste student evaluatie voorhanden (bijlage E) van deze cursus, waardoor toekomstige cursussen kunnen worden verbeterd.

Korte beschrijving van projectresultaten

Er is een volledige cursus (Virtual Globe) ontwikkeld van 3 EC die aangeboden is aan studenten FPS. Samenvattend zijn de volgende projectresultaten behaald:

  • Ontwerpen en realiseren van een Blackboard leeromgeving gericht op het uitvoeren van toetsen (tests) door de student
  • Er is onderwijsmateriaal ontwikkeld voor 5 thema’s. Per thema zijn minimaal 5 opdrachten ontwikkeld met bijbehorende gerichte vragen die verwijzen naar instructiemateriaal dat op de Virtual Globe wordt ingeladen. In bijlage B zijn de volledige opdrachten aanwezig; de uitwerkingen in bijlage C.
  • Er is digitaal instructiemateriaal verzameld dat bestaat uit: historisch beeldmateriaal (UvA eigendom) en historisch kaartmateriaal (UvA eigendom, of vrij beschikbaar via internetbronnen). Het materiaal is ook buiten de Blackboard omgeving beschikbaar als gewone documenten. Dit biedt flexibiliteit om de cursus ook zonder Blackboard te kunnen toepassen, hoewel interactief onderwijs wel de voorkeur heeft.
  • Er is een evaluatie door 75 studenten FPS voorhanden naar aanleiding van de eerste cursus VG (zie bijlage E). Hieruit is een samenstelling gemaakt van verbeterpunten en succespunten. Als geheel werd de cursus met een 7,8 beoordeeld.

Voor de individuele opdrachten van de studenten zijn postertemplates gemaakt en beschikbaar gesteld. Een eerste lijst met externe internetbronnen is beschikbaar gesteld om datasets op het internet te kunnen vinden (zie bijlage F). Het onderwerp is de eigen keus van de student, wat tijdens een oriënterende practicummiddag gekozen dient te worden. Indien nodig, zijn er ‘standaard’-onderwerpen beschikbaar om als opdracht uit te geven. De eindproducten zijn ingeleverd en selecties ervan worden gebruikt om in volgende cursussen te gebruiken. Deze resultaten blijken ook gedeeltelijk bruikbaar om nieuwe opdrachten te ontwikkelen. (10 poster/VG projectonderwerpen gekozen door studenten is te vinden in bijlage D bijgesloten als voorbeeldposters).

Tezamen met de bijbehorende Virtual Globe .kmz files geeft het behandelde onderwerp praktische, theoretische en visuele informatie over het bestudeerde onderwerp. Voor deze twee onderdelen zijn beoordelingscriteria opgesteld op basis waarvan een cijfer wordt gegeven.

In onderstaande tabel staat een overzicht van de belangrijkste resulterende opdrachten per hoofdthema.

 

Thema:

Voorbeelden van opdrachten:

Leven met tektoniek

Maverick Spring,USA:

Aride gebieden waar de aardkorst geplooid is en zich domes hebben gevormd geven een goed beeld van de relaties tussen lithologie, structuur en drainagepatroon.

Parícutin, Mexico:

Deze vulkaan begon als een kleine scheur. Het is één van de weinige vulkanen waarvan het ontstaan vanaf het begin door mensen is gezien.

Volturno-rivier, Italië:

De benedenloop van de Volturno-rivier. Erg belangrijk in deze opdracht is de koppeling tussen geologie, hydrologie, ontwikkeling en landgebruik van het landschap

Water en ijs in het landschap

Philipp Quadrangle, Mississippi:

Voorbeeld van sedimentologie en ontwikkeling van een vrij meanderende rivier en aangepast landgebruik.

Klimaat en Gletsjer:

Een samengestelde opdracht waarin uitgebreid kennis wordt gemaakt met gletsjers en bijbehorende processen. De student moet klimaatgegevens koppelen aan gletsjers. Ook moeten er metingen gedaan worden aan dikte van ijskappen en afsmelten van gletsjers.

Aride en semi-aride gebieden

Cyrenaica, Libië:

Wat is de beste locatie om grondwater op te pompen en wat zijn de eventuele effecten? De student maakt kennis met verschillende landschapsvormen en leert om feiten te verzamelen op basis van fotomateriaal.

Zagros-gebergte, Iran:

De vorming van het gebergte wordt behandeld, diverse landschapsvormen maar ook hoe mensen omgaan met waterschaarste in dit droge gebied.

Antelope Peak, Arizona:

De ontwikkeling van een landschap in een (semi-) aride klimaat levert andere kenmerken op in vergelijking met een humide klimaat. Hier wordt behandeld wat de belangrijkste vormen zijn, maar ook de invloed op het landgebruik.

Leven in kustgebieden

Monrovia, Liberia:

Verstedelijking zet druk op het ecosysteem in een kustgebied. De uitbreiding van de hoofdstad en de drinkwatervoorziening staan onder andere ter discussie.

Kustdynamiek en verandering in de tijd:

In deze opdracht wordt een kustgebied in South Carolina behandeld. Waar eerder kustuitbreiding was, is nu kusterosie. Dit kan leiden tot verzilting van het grondwater en dus effect hebben op het landgebruik.

Point Reyes, California:

Een kustgebied in een tektonisch actieve zone (San Andreas Fault) en de invloed ervan op de ontwikkeling en potentiële gevaren in het landschap.

Veranderingen in landgebruik

Landgebruik: patronen en processen:

Drie gebieden en de veranderingen in het landschap door de mens: kap in het regenwoud, landbouw en irrigatie, en de effecten van mijnbouw.

Groesbeek: waar kunnen we bouwen, verbouwen en grazen:

Verschillen in landgebruik hebben vaak te maken met de ondergrond. Er wordt gekeken naar de hydrologie en de bedekking van de vegetatie en verandering in de tijd.

Zambia – Slaapziekte en dambo’s:

De relatie van geologie - ontwikkeling landschap - vegetatie - slaapziekte wordt beschreven. En daaraan gekoppeld welke maatregelen in het landschap zijn genomen om de ziekte te bestrijden.

Doelgroep

Eerstejaarsstudenten Future Planet Studies, met inbegrip van eerstejaarsstudenten die de track Aardwetenschappen volgen. Aanverwante opleidingen als archeologie, biologie, planologie en sociale geografie, welke ook veel met ruimtelijke informatie werken, kunnen ook profiteren van dit project. Daarnaast kan de VG-omgeving als voorlichting voor VWO-scholieren worden gebruikt of als nascholing voor b.v. aardrijkskundeleraren. Dit is binnen enkele masterclass-bijeenkomsten in het verleden al eens getest (Google Earth en de zichtbare gevolgen van Klimaatverandering, door John van Boxel en Harry Seijmonsbergen).

(Onderwijskundige) meerwaarde van het project

Bij Future Planet Studies (FPS) is het in al in het 1e semester van het 1e studiejaar noodzakelijk dat studenten aanleren om digitaal kaart- en beeldmateriaal te verzamelen, verwerken en interpreteren. Dit is toegepast door kennis uit eerdere vakken (bv. Toekomstperspectief voor de Aarde) te gebruiken.

Het onderwijs is gebaseerd op e-learning en ‘self-tuition’. De modules worden aangeboden d.m.v. Blackboard. De student opent de cursus en kiest de module die voor de betreffende dag beschikbaar is gesteld. De opdrachten verlopen via de functie ‘toetsen’ (tests) van Blackboard. Wanneer de vragen met behulp van de ‘Virtual Globe’ zijn beantwoord, kan de toets worden ingediend en krijgt de student automatisch feedback en toelichting bij zowel de foute als goede antwoorden. Doordat dit voor het grootste deel automatisch gaat, is het mogelijk geworden om grotere groepen studenten tegelijkertijd onderwijs aan te bieden.

Belangrijk is dat theoretische begrippen uit inleidende vakken (b.v. geologische structuren van de aardkorst) nu op de VG driedimensionaal afgebeeld en geïnterpreteerd worden, dat veranderingen in de tijd zichtbaar gemaakt worden (‘temporal change’) en dat eenvoudige toepassingen door de student op basis van eigen waarnemingen van de VG met metingen onderbouwd kunnen worden (b.v. hoogtemetingen, afsmelten van ijs, kustafslag/aangroei).

De student krijgt, door de visuele interactie die binnen de VG mogelijk is, beter inzicht in de processen die zich afspelen binnen een landschap: theoretische begrippen worden namelijk direct op een interactieve manier praktisch geoefend. Het is binnen de VG ook mogelijk de student naar beschikbare of zelf te ontwikkelen websites te dirigeren vanuit de datasets (b.v. vanuit de tekst die achter een placemark is gezet), zodat aanvullende informatie over een locatie, een patroon of proces in het landschap op te zoeken is.

Naast individuele, op e-learning en ‘self-tuition’ gebaseerde leermodules doet de student individueel of in een kleine groep onderzoek naar een actueel thema, proces of verandering aan het aardoppervlak in een kort onderzoeksproject. Dit mondt uit in een afsluitende presentatie van een poster en bijbehorende datasets. Deze datasets bestaan uit door de student gemaakt maar ook op internet verzameld beeld- en kaartmateriaal dat binnen de ‘Virtual Globe’ omgeving opgeslagen wordt en door derden (bijvoorbeeld andere studenten of de Google Earth community) kan worden gebruikt. Zo kan de opgebouwde database verder uitgebreid en gedeeld worden.

Door studenten al in het eerste jaar beter kennis te laten maken met een Virtual Globe analyse omgeving en een verscheidenheid aan digitale ruimtelijke data, worden ze beter voorbereid op vakken die later in het studieprogramma worden aangeboden, zoals World Food Systems.

Highlights van het project

  • Eigen opdrachten van studenten maakten het mogelijk dat ze eigen interesse kwijt konden. Dat heeft een boeiende bijeenkomst met veel motivatie en goed verzorgde presentaties opgeleverd.
  • De inzet van de studentassistent was zeer waardevol. Met de efficiënte ondersteuning voor het gebruik van Blackboard in het onderwijs vanuit het IC was het mogelijk de ontwikkeling binnen de daartoe beschikbare tijd af te ronden met een mooi resultaat.

Lessons learned van dit project

  • Google Earth (GE) is geschikter gebleken als Virtual Globe dan ArcGIS Explorer (AE). GE is gebruiksvriendelijker en werkt sneller. AE heeft daarentegen een uitgebreidere functionaliteit, met name op het gebied van compatibiliteit met gangbare datasets. Bijvoorbeeld datasets afkomstig van de NASA of USGS (United States Geological Survey) bieden zeer veel data aan die in sommige gevallen gemakkelijker te visualiseren is met behulp van AE.
    • Aanbeveling:
      Een introductie zal blijven bestaan met het programma AE. Tijdens de fase met eigen opdrachten van de studenten is namelijk gebleken dat een aantal studenten dit programma daadwerkelijk heeft gebruikt en de extra functionaliteit heeft onderkend.
  • Op computers in sommige onderwijszalen kunnen datasets vanwege de omvang soms niet goed worden geladen. Dit heeft tot nu toe niet veel echte problemen gegeven, maar het kan wel enigszins frustrerend werken. Dit heeft vrijwel altijd met de leeftijd van de computers te maken.
    • Aanbeveling:
      Werken met recente computers, niet ouder dan 3 jaar en voldoende verwerklingscapaciteit (geheugen, snelheid  en opslag).
  • Blackboard is belangrijk. Alle opdrachten (testes) zijn via BB aangeboden. Het grote voordeel is dat studenten direct na het maken van een test feedback krijgen op de meest voorkomende fouten. De overige vragen kunnen direct door een docent of een assistent worden beantwoord. Zo kan het leerproces eenvoudig en centraal gestuurd worden.
    • Aanbeveling:
      Verder gebruik van BB stimuleren, ook vanuit de student.
  • De eigen opdrachten voor de studenten waren een succes. Het leverde een interessante variatie aan presentaties van gemaakte posters en VG-datasets op, waarbij studenten duidelijk hun eigen interesses kwijt kunnen. De resultaten van deze individuele projecten kunnen deels ingezet worden als nieuw onderwijsmateriaal voor toekomstige studenten waardoor een ruimer aanbod aan cursusmateriaal voorhanden komt. In dit aanbod is de interesse van de huidige ‘student’ geïntegreerd en zijn de onderwerpen en het materiaal meestal toegespitst op actuele problemen die in het landschap en de maatschappij voorkomen.
    • Aanbeveling:
      Selecties van projectresultaten van studenten uit eerdere jaren beschikbaar maken in de volgende cursus.
  • De voorkennis van studenten bleek niet altijd voldoende – met name op het gebied van de aardwetenschappen. Dit is in deze cursus opgelost door a-la-minute instructiecolleges per thema van 15 tot 30 minuten in te lassen door de verantwoordelijke docent/coördinator. In komende cursussen moet hier rekening mee gehouden worden.
    • Aanbeveling:
      Inhoud cursus afstemmen met eerder gegeven cursussen in het curriculum, of benodigde theorie inbouwen in deze cursus, hetzij door instructie colleges, hetzij door integratie van ander theoretisch lesmateriaal.
  • De tussentoetsen zijn buiten BB om afgenomen, maar wel met behulp van GE als Virtual Globe. Dit heeft vooral te maken met potentiële fraudegevoeligheid van BB bij officiële toetsing.
    • Aanbeveling:
      De tussentoetsen zullen per studiejaar opnieuw worden voorbereid. In een later stadium kan, indien gewenst, de mogelijkheid tot summatief toetsen met de software ‘Questionmark’ worden onderzocht.

Communicatie en disseminatie

  • Er is interesse getoond vanuit Naturalis (afdeling GIS) om uitwisseling met hun VG onderwijs te hebben en daarop voortbordurend GIS en Remote Sensing-onderwijs)
  • Er is een initiatief genomen door de GIS-studio van IBED (www.GIS-studio.nl) om te komen tot een binnen de faculteit FNWI (en wellicht erbuiten) op te zetten Geodatabase Server, omdat daar ten zeerste behoefte is aan het centraal opslaan en beheren van geodata, die van metadata-gegevens is voorzien. De geodata die binnen Virtual Globe beschikbaar is/komt, zou bij uitstek geschikt zijn om op te slaan en te benaderen via AE en internetbrowsers, zodat het ingeladen kan worden binnen de software van VG.
  • Tijdens de aanstaande ‘site-visit’ van de decaan (voorlopige datum: 25 oktober) zal het project ‘Virtual Globe’ getoond worden in een presentatie/practische toelichting.
  • Andere opleidingen die met ruimtelijke informatie werken kunnen potentieel profiteren van deze manier van studeren

Toekomst project

Het project heeft een succesvolle start gekend en zal blijvend worden ingezet binnen de cursus VG. Met het oog op de verandering van de Bachelor opleidingen Aardwetenschappen, Bèta-Gamma en Future Planet Studies ligt het in de lijn der verwachtingen dat het aantal potentiële gebruikers toe zal nemen. De belangrijkste software (Google Earth) zal hoogstwaarschijnlijk de komende tijd gratis beschikbaar blijven. Daardoor vormt dit project de basis om een groeiend aantal gebruikers te bedienen.

Er is de mogelijkheid om het project verder te ontwikkelen en te integreren met een cursus met ArcGIS/ArcMap. Deze software is niet gratis, maar er is reeds een campuslicentie bij de Universiteit van Amsterdam aanwezig. Deze software is weliswaar veel krachtiger, maar kost aanzienlijk meer tijd om aan te leren. Nu vormt de VG-cursus wel een ‘opstap’, tezamen met de ArcGIS Explorer software, om het echte gebruik van Geografische Informatie Systemen te gaan gebruiken in een aansluitende cursus van het tweede jaar FPS (Digital Earth I).

De eerste cursus heeft veel positieve reacties losgemaakt bij de studenten en deze hebben ook enkele verbeterpunten gesuggereerd (zie onder ‘7. Lessons learned’ en bijlage E).

Een uitbreiding van VG ligt besloten in de koppeling naar een Geodataserver, via welke de opslag en beheer van de ruimtelijke gegevens zal kunnen gaan. Deze server kan ook het centrale portal worden voor benadering van buitenaf. Een concept voor deze Geodataserver staat beschreven in bijlage A.

Ideeën voor gebruik van het project in een andere context

Gebruik van de Virtual Globe in het onderwijs is inzetbaar in alle onderwijsvormen per computer waarbij:

  • Ruimtelijke gegevens in een gecombineerd landschappelijke / maatschappelijke context worden gebruikt
  • Voorstudies moeten worden gemaakt van te ontwikkelen ruimtelijke projecten
  • Tijdsontwikkeling (monitoring / verandering) een belangrijke component heeft

 

  • Do’s:
  • Beschikbaar kaartmateriaal scannen en op de VG plaatsen
  • Een vaste plaats waar afbeeldingen / kaarten geplaatst worden i.v.m. doorlinken naar deze data (geodata server)
  • Design van een .kmz-bestand moet goed doordacht zijn bij het presenteren van een project: aangeven waar te beginnen, deelmappen aanmaken, logische structuur
  • De structuur op Blackboard moet goed doordacht zijn en van tevoren klaar zijn.
    • Don’ts
    • Oppervlakteberekeningen niet binnen GE uitvoeren. De Pro-versie van GE biedt echter wel deze mogelijkheid, maar kost geld.
    • Maak niet te grote kaartbestanden (>50 MB), GE kan dan vastlopen of langzamer werken.

Gepubliceerd door  ICT Services

17 september 2014