מערכת מידע גאוגרפית

מערכת מידע גאוגרפית או GIS (ראשי תיבות של: Geographic Information System) היא מערכת מידע ממוחשבת המאפשרת ניהול, אחזור וניתוח מידע גאוגרפי תוך שילוב תכנים ממספר שכבות מידע, המבוססות ברובן על מערך מיפוי, אך גם על מאגרי מידע טבלאיים "רגילים". מערכות אלו מבצעות בצד הקלט: קליטה, ארגון ובקרת איכות, ובצד הפלט: הפקה, מיון, שליפה ופילוח של מידע גאוגרפי. מערכות מסוג זה משמשות גורמים רבים, ובהם משרדי ממשלה, מכוני מחקר, נותני שירותים, חברות משלוחים, מתכנני ערים ותשתיות ועוד. למערכות אלו יתרון בפישוט והמחשה של תופעות מרחביות והעלאת חלופות יעילה למקבלי החלטות.
מערכות ה-GIS מאפשרות שיתוף וייצוא של המידע בדרכים רבות. מידע גאוגרפי רב זמין באינטרנט באמצעות מערכות GIS מקוונות, ונגיש גם בהתקנים ניידים שונים.

מידע וקטורי ומידע רסטרי

מערכות ממ"ג וקטוריות מחלקות את המידע הגאוגרפי למידע נקודתי (כגון בארות, עמודי חשמל), מידע קווי (כגון נחלים, דרכים) ומידע פוליגונלי (כגון תחומי שיפוט, אזורים בנויים, מדינות). לכל ישות (נקודתית, קווית או פוליגונלית) ישנה שורה בבסיס הנתונים של השכבה, וניתן להצמיד אליה מידע אלפא-נומרי (כגון ספיקת הבאר, שנת הסלילה של הכביש או מספר התושבים בשטח הבנוי). לאחר מכן ניתן ליצור שאילתות כגון מציאת קטעי הכביש שנסללו לפני 1948, או השטח הבנוי שהאוכלוסייה בו חלקי שטחו (הצפיפות) היא פחות מ־5 תושבים לדונם.
מלבד השאילתות על שכבה בודדת, ניתן לבצע פעולות בוליאניות בין שתי שכבות או יותר. דוגמה לפעולה כזו היא מציאת כל קטעי הכביש שמקיימים את שני התנאים הבאים: נסללו לפני שנת 1948 וגם עוברים בשטח בנוי שצפיפות האוכלוסייה בו היא מעל ל-20 תושבים לדונם.
בנוסף, קיימת גם שיטה לניתוח על ידי מערכות רסטריות. במערכות אלו, המיועדות ככלל לניתוח תופעות רציפוֹת במרחב (כגון טופוגרפיה, שיעור הזיהום בקרקע), מיוצג המידע על ידי תמונה (רסטר) בה כל פיקסל מייצג עוצמה של התופעה. השכבה מכונה גריד. יתרון עיקרי של הניתוח הרסטרי הוא המהירות בה ניתן לבצע עיבודים. אם לדוגמה היינו מחפשים את הנקודות המישוריות במפה טופוגרפית, היה על מערכת וקטורית ליצור חישוב מסובך ביותר, בעוד שמערכת רסטר הייתה מחפשת שני פיקסלים סמוכים בעלי אותו צבע.

תוכנות GIS

באמצעות תוכנות GIS ניתן לצפות, להעביר, לערוך ולנתח מידע גאוגרפי. בתעשייה יש חברות המתמחות בתוכנות GIS והמספקות כלים שונים לטיפול במידע גאוגרפי. כמה מהמובילות ביניהן: Smallworld, Manifold System ,QGIS, ESRI, Intergraph, Mapinfo, ArcGIS ו-Autodesk. בנוסף קיימות תוכנות שמותאמות לצרכים ייחודים במקומות כמו מחלקות ממשל וצבא, וכן קיימים מוצרי קוד פתוח (כמו GRASS או Generic Mapping Tools). אף על פי שקיימים כלים חופשיים לצפייה במידע גאוגרפי, גישה ציבורית למידע גאוגרפי נעשית לרוב דרך יישומים מקוונים כ-Google Earth או דרך שירותים ברשת.
עד סוף שנות התשעים רוב מערכות המידע הגאוגרפיות התבססו על מחשבים גדולים ושימשו להחזקת מידע פנימי, והתוכנות היו מוצר עצמאי. עם עליית השימוש באינטרנט וברשתות והעלייה בביקוש למידע גאוגרפי, תוכנות ה-GIS שינו את פניהן בהדרגה כדי לספק מידע ברשת. בעשור השני של המאה ה-21, תוכנות GIS נמכרות כתוכנות המשלבות מספר אפליקציות, או כ-API.

מערכת מידע גאוגרפית בשימוש ההוראה

מערכות מידע גאוגרפית (GIS) נמצאות בשימוש ההוראה מאז שנות ה-90. מחקרים רבים מצאו שמערכת המידע הגאוגרפית היא כלי אפקטיבי מאוד לפיתוח החשיבה המרחבית בקרב תלמידים; יכולת פתרון בעיות; חשיבה ביקורתית; לשיפור יכולות החשיבה שלהם. בנוסף לכך הכלי מייצר סביבת לימוד מבוססת חקר/ סביבת לימוד קונסטרוקטיביסטית. אחת המטרות המרכזיות בלימודי הגאוגרפיה היא לפתח אזרחים בעלי יכולת של חשיבה מרחבית ביקורתית. עולם התוכן של הגאוגרפיה מעניק לתלמידים ידע, ערכים, ומיומנויות שחלקן ייחודיות למקצוע כמו שימוש מושכל במפות. המקצוע מזמן שילוב חדשנות בפדגוגיה שבאה לידי ביטוי בפדגוגיה דיגיטלית משולבת מפה, ובכישורי חשיבה התורמים לפיתוח לומדים עצמאיים שיוכלו לתפקד בתבונה וביעילות כאזרחים וכעובדים בעולם המורכב של המאה ה-21.
משרד החינוך פרסם דו"ח בנושא "התאמת מערכת החינוך למאה ה-21" ובו מפורטות "מיומנויות המאה ה-21". הן כוללות את הנושאים הבאים: שימוש בכלי תקשוב; אוריינות מידע ותקשורת; חשיבה ביקורתית ויכולת לפתור בעיות; תקשורת שיתוף ועבודת צוות; לומד עצמאי; אתיקה ומוגנות ברשת. מקצוע הגאוגרפיה נבחר כאחד מחמשת מקצועות הליבה השותפים לתוכנית. הוראת הגאוגרפיה באמצעות כלי ה- GIS ממש את מטרות התוכנית.
יצרני מערכות ה-GIS המובילים בעולם פיתחו לאורך השנים פעילויות בתחום החינוך. כך למשל חברת ESRI חתמה עם מספר רב של מדינות בארצות הברית על הסכמי רישוי המאפשרים לבתי הספר באותן מדינות גישה לשירותי GIS תוצרת ESRI ללא תשלום נוסף. הדבר מאפשר למשרדי החינוך במדינות השונות בארצות הברית לפתח מערכי שיעור משולבים עם מפות GIS. במדינת מינסוטה למשל, מתקיימת תחרות מפות GIS שנתית בין בתי הספר במדינה.
משרד החינוך הישראלי פתח בשנת הלימודים תשע"ז מסלול לימוד חדש לבגרות. מסלול לימודים זה מתמקד במדעי הגאוגרפיה המשלבים את השימוש במידע מרחבי הנאסף, מעובד, מנותח ומוצג באמצעות מערכות מידע גאוגרפית. המסלול ממחיש את חשיבותן של טכנולוגיות מיקום ומידע מרחבי בעידן הדיגיטלי. בנוסף לכך, השימוש במערכות מידע גאוגרפית יהווה חיזוק לנלמד בתחומי המתמטיקה והגאומטריה.