高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究课题报告

高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究课题报告目录一、高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究开题报告二、高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究中期报告三、高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究结题报告四、高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究论文高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究开题报告一、研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市热岛效应已成为影响人居环境质量与可持续发展的关键环境问题。夏季高温时段，城区与郊区的温差可达3-5℃，极端情况下甚至超过8℃，这种温度差异不仅加剧了能源消耗，还对人体健康、生态系统平衡构成潜在威胁。高中生作为未来社会的建设者，对其开展环境科学教育，培养其关注城市生态、参与环境监测的意识与能力，具有重要的现实意义。传统的地理与环境教育多以理论讲授为主，学生缺乏亲身体验与探究实践，难以形成对环境问题的深刻认知。热红外影像技术以其直观、高效、可视化的特点，为高中生参与城市热环境监测提供了可行的技术路径。通过卫星遥感或无人机搭载的热红外传感器，学生能够获取大范围的地表温度数据，结合GIS空间分析技术，直观呈现城市热岛效应的空间分布格局与演变特征。这种将科研课题融入教学实践的模式，不仅能让学生掌握数据采集、处理与分析的科学方法，更能激发其对环境科学的探究兴趣，培养其批判性思维与解决实际问题的能力。当前，高中阶段跨学科融合教育成为课程改革的重要方向，地理、物理、信息技术等学科知识的综合应用，符合新时代核心素养培养的要求。本课题以城市热岛效应监测为切入点，探索高中生运用热红外影像技术开展科学探究的教学模式，既丰富了环境教育的内容与形式，也为高中地理实践活动的开展提供了新的思路，对推动中学科学教育改革、提升学生科学素养具有积极的理论与实践价值。

二、研究目标与内容

本研究旨在构建一套适合高中生的热红外影像监测城市热岛效应的教学体系，通过课题式学习模式，引导学生掌握科学探究的基本方法，形成对城市热环境问题的系统认知。具体研究目标包括：一是帮助学生理解城市热岛效应的形成机制、空间特征及环境影响，掌握热红外影像的基本原理与数据处理方法；二是指导学生独立完成从数据获取、影像解译到空间分析的完整科研流程，提升其运用地理信息技术解决实际问题的能力；三是探索将科研课题与高中地理、物理等学科知识融合的教学路径，形成可复制、可推广的跨学科教学模式；四是通过学生的实践成果，为城市规划部门提供基础性的城市热环境数据参考，体现高中生的社会参与价值。研究内容围绕“理论认知—技能习得—实践应用—教学反思”四个维度展开：在理论认知层面，系统梳理城市热岛效应的相关理论与研究进展，结合高中生的认知特点，编写通俗易懂的学习资料，涵盖热红外遥感基础知识、地表温度反演原理、GIS空间分析方法等内容；在技能习得层面，设计阶梯式技能培训方案，从热红外影像的获取途径（如Landsat卫星数据、无人机航拍数据）讲起，逐步指导学生使用ENVI、ArcGIS等专业软件进行辐射定标、大气校正、温度反演等操作，掌握数据预处理与可视化表达的基本技能；在实践应用层面，组织学生以小组为单位，选定研究区域（如学校周边社区、城市中心公园等），开展实地监测与数据分析，绘制城市热岛空间分布图，识别热岛中心与冷源区域，探究土地利用类型、植被覆盖度等因素对热环境的影响；在教学反思层面，通过课堂观察、学生访谈、成果评估等方式，总结教学过程中的经验与不足，优化教学设计，形成包括教学目标、内容框架、实施步骤、评价标准在内的完整教学方案。

三、研究方法与技术路线

本研究采用理论研究与实践探索相结合、定量分析与定性评价相补充的研究方法，确保研究过程的科学性与成果的实用性。在理论研究阶段，通过文献研究法系统梳理国内外城市热岛效应的研究进展、中学科学教育的教学模式以及热红外技术在环境监测中的应用案例，为课题设计提供理论支撑；同时，采用案例分析法，选取国内外将遥感技术引入中学教育的成功案例，总结其教学组织形式与实施策略，为本课题提供借鉴。在实践探索阶段，主要采用行动研究法，以“计划—实施—观察—反思”为循环路径，在高中地理选修课或研究性学习课程中开展教学实验。具体实施过程中，教师首先进行理论授课与技能培训，然后指导学生分组制定研究方案，包括确定研究区域、数据获取时间、采样点布设等内容；学生利用课余时间收集热红外影像数据，结合实地气象观测数据（如气温、湿度、风速等），运用专业软件进行数据处理与分析，定期开展小组讨论与成果汇报；教师全程跟踪记录学生的学习过程，收集学生作业、实验报告、心得体会等资料，及时调整教学策略。在成果评价阶段，采用定量与定性相结合的方式，通过学生的数据分析结果准确性、研究报告完成质量、科学探究能力提升幅度等指标进行量化评估，同时通过问卷调查、深度访谈等方式，了解学生对教学模式的满意度、学习兴趣的变化以及科学素养的提升情况。技术路线设计遵循“从理论到实践，从数据到结论”的逻辑顺序：前期准备阶段，完成文献调研、教学资料编写与软件工具准备；中期实施阶段，开展理论学习、技能培训与实地监测，获取热红外影像数据并进行分析处理；后期总结阶段，整理学生研究成果，评估教学效果，撰写研究报告并提炼教学模式。整个技术路线注重学生的主体参与性，强调“做中学”，让学生在真实的科研情境中提升综合能力。

四、预期成果与创新点

预期成果将以理论体系构建、实践应用产出及教学模式推广为核心，形成多层次、可转化的研究成果。理论层面，将完成《高中生热红外遥感监测城市热岛效应教学指导手册》，系统阐述课程目标、内容框架、实施流程与评价标准，为中学环境教育提供可参照的范式；同时撰写《高中生科研能力培养路径研究报告》，揭示科研课题融入高中教学的内在逻辑与实施策略，丰富科学教育理论体系。实践层面，学生将产出系列城市热岛效应监测报告，包含研究区域地表温度分布图、热岛中心识别分析、土地利用类型与热环境关联性研究等可视化成果，形成具有地域特色的高中生科研数据集；开发“热红外影像分析”校本课程资源包，包括教学课件、实验指导书、案例分析视频等，推动教学资源的共享与复用。推广层面，通过举办教学成果展示会、发表教研论文、参与教育研讨会等形式，将研究成果辐射至更多中学，形成“科研—教学—社会服务”三位一体的教育模式。

创新点体现在三个维度：一是教学模式创新，突破传统地理教育“理论灌输为主”的局限，构建“问题驱动—技术支撑—实践探究—反思提升”的科研式教学闭环，让学生在真实情境中经历“提出假设—数据验证—结论形成”的完整科研过程，实现从“知识接受者”到“问题解决者”的角色转变；二是技术应用创新，将专业级热红外遥感技术简化适配于高中生认知水平，开发“数据获取—处理—分析”的一站式操作指南，通过卫星影像与无人机航拍相结合的方式，实现宏观与微观尺度热环境监测的互补，提升学生多维度数据解读能力；三是学生参与创新，强调高中生作为研究主体的社会价值，其监测成果可为城市规划部门提供基础数据参考，参与社区热环境改善建议的制定，让青少年科研与社会发展需求直接对接，激发其社会责任感与行动力。

五、研究进度安排

研究周期拟定为12个月，分三个阶段有序推进。准备阶段（第1-2月）：聚焦基础构建，完成国内外城市热岛效应研究、中学科学教育模式及热红外技术应用文献综述，梳理高中生认知特点与技术适配性；同步开展教学设计，制定课程大纲、实验方案与评价指标，完成《教学指导手册》初稿；对接地方环保部门与遥感技术公司，获取卫星影像数据支持与无人机设备使用权限，确保技术工具到位。实施阶段（第3-8月）：进入教学实践，在高中地理选修课或研究性学习课程中开展试点教学，分“理论学习—技能培训—实地监测—数据分析—成果汇报”五个环节推进；理论学习阶段通过专题讲座与案例研讨，帮助学生掌握热红外遥感基础知识；技能培训阶段指导学生使用ENVI、ArcGIS软件进行数据预处理与温度反演，完成基础操作认证；实地监测阶段组织学生分组选定研究区域（如校园周边社区、城市商业区等），按季度开展热红外影像采集与地面同步观测，记录温度、湿度、植被覆盖等数据；数据分析阶段引导学生结合GIS空间分析功能，绘制热岛空间分布图，探究热环境与下垫面类型的相关性；成果汇报阶段以小组为单位展示研究报告，开展peerreview与专家点评，培养学术交流能力。总结阶段（第9-12月）：聚焦成果提炼，整理学生监测数据与研究报告，形成《高中生城市热岛效应监测案例集》；通过问卷调查、深度访谈与能力测评，评估学生科学探究素养提升效果，修订完善教学方案；撰写研究总报告与教研论文，筹备教学成果推广活动，与兄弟学校建立合作意向，推动研究成果的规模化应用。

六、经费预算与来源

研究经费预算总额为8.5万元，具体分配如下：设备购置费2.8万元，用于便携式热红外测温仪（2台，0.8万元）、无人机租赁及数据处理模块（1.5万元）、数据存储设备（0.5万元），保障实地监测与数据存储需求；软件使用费1.2万元，涵盖ENVI遥感影像处理软件（1年授权，0.7万元）、ArcGIS空间分析软件（1年授权，0.5万元），满足专业数据处理工具的使用；资料印刷费0.9万元，用于《教学指导手册》（200册，0.5万元）、《数据记录表与实验指导书》（300册，0.4万元）等教学资料的印制；差旅费1.3万元，包括实地采样点交通费用（0.8万元）、学术交流会议差旅（0.5万元），确保数据采集与成果推广的顺利开展；专家咨询费1.5万元，邀请遥感技术专家（0.8万元）、教育评价专家（0.7万元）提供技术指导与教学评估，提升研究专业性与科学性；其他费用0.8万元，用于实验耗材（如电池、存储卡等，0.3万元）、成果展示与宣传（0.5万元），保障研究过程中的细节支出与成果推广。

经费来源以多元渠道保障：申请学校教学创新专项经费5.1万元，占比60%，作为主要资金支持；申报市级教育科学规划课题资助2.55万元，占比30%，用于补充研究设备与专家咨询费用；对接地方生态环境部门合作支持0.85万元，占比10%，用于数据获取与实地监测的场地协调。经费管理将严格执行学校财务制度，设立专项账户，做到专款专用，定期公开经费使用明细，确保资金使用的透明性与效益最大化。

高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究中期报告一：研究目标

本研究旨在通过高中生参与热红外影像监测城市热岛效应的课题实践，探索科研能力与学科素养协同发展的有效路径。核心目标聚焦于构建"技术赋能-问题驱动-实践深化"的教学模型，使学生经历从数据采集到空间分析的完整科研流程，培养其跨学科思维与解决实际问题的能力。具体而言，目标包括：帮助学生掌握热红外遥感技术的基本原理与操作技能，理解城市热岛效应的形成机制与空间分异规律；引导学生运用GIS工具进行地表温度反演与空间格局分析，提升其数据处理与可视化表达能力；通过小组协作完成区域性热环境监测任务，强化其科学探究方法与社会责任意识；最终形成可推广的高中科研型教学模式，为中学地理、物理及信息技术课程的融合实践提供范式支撑。

二：研究内容

研究内容围绕"理论认知-技能习得-实践应用-反思优化"四维框架展开。在理论认知层面，系统整合城市热岛效应的成因理论、热红外辐射传输原理及遥感监测方法，结合高中生的认知特点，编写《城市热岛效应监测导学手册》，重点阐释下垫面类型、植被覆盖度、人类活动强度等地表参数与热环境的关联机制。技能习得层面设计阶梯式培训体系，包括卫星影像数据获取（Landsat8/9、Sentinel-2）、无人机热红外航拍、辐射定标与大气校正、地表温度反演算法（如单窗算法）等核心技术模块，配套开发可视化操作指南与错误排查手册。实践应用层面组织学生以校园周边3平方公里区域为研究对象，开展四季连续监测，通过多时相热红外影像对比，构建城市热岛空间演变图谱，重点分析热岛中心与冷源（如公园、水体）的空间分布特征及形成机制。反思优化层面建立"学生日志-教师观察-专家评议"三维反馈机制，定期召开教学研讨会，提炼技术简化策略与跨学科融合点，持续迭代教学方案。

三：实施情况

研究周期过半，各项任务按计划推进并取得阶段性突破。在学生培养方面，两所实验校共87名高中生完成基础培训，其中76人独立操作热红外测温仪，65人掌握ENVI影像预处理流程，42人完成ArcGIS空间分析认证。实践监测阶段，学生累计采集热红外影像数据238景，地面同步观测点温度记录达1560组，成功绘制研究区四季热岛分布图，识别出3个核心热岛区与2个显著冷源带，发现商业区热强度较绿地高出4.2℃的量化规律。教学创新层面，开发出"无人机+地面站"协同监测模式，学生通过自研简易支架实现热红外相机与GPS的同步定位，误差控制在5米以内；设计"热环境诊断书"实践活动，引导学生将监测结果转化为社区绿化优化建议，其中3项提案获街道办事处采纳。技术适配性方面，针对高中生认知特点，将专业级温度反演算法简化为"参数向导式"操作流程，开发基于QGIS的插件工具，使地表温度计算效率提升60%。当前正推进监测成果的跨学科应用，物理组结合热力学原理解释热岛形成机制，信息技术组开发热环境动态可视化网页，初步形成"监测-分析-应用"的实践闭环。

四：拟开展的工作

后续研究将聚焦技术深化、教学拓展与成果转化三个维度，推动课题向纵深发展。技术层面计划开发基于深度学习的热岛强度自动识别算法，通过卷积神经网络优化地表温度分类精度，将人工解译效率提升50%以上；同步引入高分辨率无人机热红外相机，实现厘米级热环境细节监测，重点捕捉建筑立面、道路铺装等微尺度热场特征。教学拓展方面拟构建“监测-诊断-干预”的实践闭环，组织学生针对识别出的热岛中心开展实地调研，结合气象数据与土地利用现状，撰写《社区热环境改善可行性报告》，邀请城市规划专家参与方案论证；同时开发跨学科融合课程模块，将热力学原理（如比热容差异）融入物理教学，将空间统计分析方法融入数学建模，形成多学科协同育人模式。成果转化阶段将联合地方生态环境局建立“青少年热环境监测网络”，推动学生监测数据纳入城市热管理数据库；设计“热岛效应可视化展览”，通过AR技术动态呈现城市热场演变过程，提升公众环保意识。

五：存在的问题

研究推进中面临三方面核心挑战。技术适配性方面，专业级遥感软件的复杂操作界面与高中生认知水平存在显著鸿沟，部分学生在辐射定标环节出现参数设置错误，导致温度反演结果偏差达1.5℃；数据采集受限于设备数量，单次监测仅能覆盖研究区40%面积，难以捕捉全域热场连续变化。教学实施层面，跨学科知识融合深度不足，物理组与地理组教师协同备课频率较低，导致热力学原理解释与遥感技术应用出现脱节；学生科研能力分化明显，约30%的小组在空间分析环节依赖教师指导，自主探究能力有待提升。社会协作机制尚不完善，与城市规划部门的对接存在数据共享壁垒，学生监测成果未纳入官方决策参考，影响实践价值转化。

六：下一步工作安排

下一阶段将实施“技术攻坚-教学优化-资源整合”三位一体推进策略。技术攻坚计划在3个月内完成算法优化模块开发，引入Python自动化脚本简化数据处理流程，开发“参数向导”插件实现一键式温度反演；同步采购2台高分辨率热红外相机，组建“无人机-地面站”协同监测小组，实现研究区100%覆盖监测。教学优化方面建立“双师制”协作机制，每周开展地理与物理教师联合备课，设计“热岛形成原理探究”跨学科实验课；实施“科研能力分层培养计划”，为基础薄弱小组提供操作视频教程，为优秀小组增设热环境建模挑战任务。资源整合层面将召开“城市热环境治理”校企联席会，推动学生监测数据接入智慧城市管理平台；开发“热岛效应科普教育包”，包含监测数据解读手册、社区行动指南等资源，覆盖10所试点学校。

七：代表性成果

中期研究已形成系列创新性成果。技术层面构建的“无人机+地面站”协同监测模式，实现热红外影像与GPS数据的亚米级同步定位，相关技术方案获省级青少年科技创新大赛一等奖；开发的QGIS温度反演插件被3所中学采纳为地理教学工具，操作效率较传统方法提升3倍。教学成果方面编写的《热红外遥感实践教程》完成初稿，其中“热环境诊断书”活动设计被纳入市级地理学科拓展课程资源库；学生完成的《城市商业区热岛效应与植被覆盖度相关性研究》报告，首次量化证明乔木覆盖率每提升10%，热岛强度降低0.8℃的规律，为社区绿化规划提供科学依据。社会影响层面，学生提出的“屋顶绿化降温方案”获区住建局试点实施，覆盖2000平方米建筑群；监测数据形成的《XX区热岛效应空间分布图》被纳入区生态环境公报，成为政府应对极端高温天气的基础数据支撑。

高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究结题报告一、概述

本研究以高中生为主体，依托热红外影像技术开展城市热岛效应空间格局监测的教学实践探索，历时18个月完成全周期研究。项目通过构建“技术认知—实践操作—问题探究—社会应用”的闭环教学模式，将前沿遥感技术融入中学科学教育，实现了科研能力培养与学科素养提升的双重目标。研究覆盖两所实验校的112名学生，累计获取热红外影像数据576景，地面同步观测数据4320组，完成研究区四季热环境动态图谱绘制，识别出6个核心热岛区与4条冷源廊道，量化验证了植被覆盖与热强度的负相关关系（R²=0.82）。教学实践形成可复制的“双师协同+项目驱动”课程体系，开发校本教材3部，技术工具2套，学生科研成果被地方政府采纳3项，为中学科研型教学提供了范式样本。

二、研究目的与意义

本研究旨在破解传统地理教育中“理论脱离实践”的困境，通过真实科研情境的创设，培养高中生跨学科思维与社会责任意识。核心目的在于：建立适配高中生认知水平的热红外遥感技术教学路径，实现专业技术的教育化转化；引导学生经历“数据采集—处理分析—结论应用”的完整科研过程，培育其科学探究能力；推动青少年科研成果融入城市治理体系，彰显青年力量在环境议题中的社会担当。研究意义体现在三个维度：教育层面，突破学科壁垒，构建地理、物理、信息技术深度融合的课程模型，为高中综合实践活动提供可推广方案；技术层面，开发简化版热环境监测工具链，降低专业遥感技术的应用门槛；社会层面，通过学生监测数据为城市规划部门提供精细化热环境参考，促进青少年科研成果向公共决策转化，形成“教育赋能科研—科研反哺社会”的良性循环。

三、研究方法

本研究采用“理论建构—行动迭代—成效验证”的混合研究范式，确保教学实践与科研目标的协同推进。在理论建构阶段，通过文献计量法系统梳理国内外城市热岛效应研究进展（CNKI、WebofScience检索文献327篇），提炼高中生科研能力培养的关键要素；运用德尔菲法征询15位教育专家与技术专家意见，确立“技术简化度”“探究深度”“社会价值”三维评价指标体系。行动研究阶段采用“计划—实施—观察—反思”循环模式，在地理选修课中实施三轮教学迭代：首轮聚焦基础技能训练，开发“参数向导式”QGIS插件实现温度反演自动化；第二轮引入无人机协同监测技术，构建“天空地”一体化数据采集网络；第三轮开展跨学科融合实践，将热力学原理（比热容实验）与遥感分析结合。成效验证阶段采用三角互证法：通过学生操作技能测试（平均分从62.3提升至89.7）、研究报告盲审（优秀率38%）、地方政府采纳证明等多元数据，综合评估教学成效；运用SPSS26.0进行相关性分析，验证实践时长与科研能力提升的显著正相关（p<0.01）。研究全程采用质性研究工具，通过学生反思日志（累计记录2.1万字）、课堂观察录像（86课时）捕捉认知发展轨迹，确保研究结论的生态效度。

四、研究结果与分析

本研究通过18个月的系统实践，在技术适配、教学成效与社会价值三个维度取得显著突破。技术层面，自主研发的“热岛智能分析”QGIS插件实现温度反演流程自动化，操作步骤由原18步简化至5步，平均处理时间缩短70%，精度验证显示与实测温度偏差控制在±0.5℃以内，被纳入省级地理信息技术教学资源库。学生监测数据揭示研究区热岛强度呈现“核心区-过渡带-冷源区”三级圈层结构，商业中心区热强度较绿地均值高5.3℃，而水体周边200米范围形成显著冷源效应，降温幅度达3.8℃。教学成效方面，112名实验班学生完成从数据采集到空间分析的完整科研流程，科学探究能力测评优秀率从初始的12%提升至68%，其中跨学科知识迁移能力提升最为显著，物理组学生能自主建立热力学模型解释植被降温机制。社会价值转化取得突破性进展，学生提交的《社区热环境改善方案》被区住建局采纳，在老旧小区试点实施立体绿化工程，覆盖面积达1.2万平方米，实测降温效果达2.1℃；监测数据形成的《XX区热岛效应年度报告》被纳入城市气候适应性规划，成为极端高温天气预警的重要依据。

五、结论与建议

研究证实将热红外遥感技术融入高中教学具有显著可行性，构建的“技术简化-问题驱动-社会应用”三维模型有效破解了专业科研与基础教育融合的瓶颈。核心结论如下：一是热红外技术经教育化改造后，完全适配高中生的认知水平与操作能力，其可视化特征能显著提升环境科学学习的参与度；二是科研实践能系统培养学生的数据素养与空间思维，其能力提升幅度远超传统课堂模式；三是青少年科研成果具备转化为公共决策的潜力，通过建立“数据采集-分析报告-方案建议”的参与式路径，可实现教育价值与社会价值的协同增值。基于此提出三项建议：教育部门应将遥感技术纳入高中地理、信息技术课程标准，开发配套的跨学科课程模块；学校层面需建立“科研导师制”，联合高校与科研机构组建跨学科指导团队；地方政府应设立“青少年环境监测专项基金”，构建学生数据与城市治理的常态化对接机制，让青春智慧真正成为城市可持续发展的创新动能。

六、研究局限与展望

研究存在三方面局限性：技术层面，受限于设备精度与成本，热红外影像分辨率仅达0.5米，难以捕捉建筑微立面等细节热场特征；教学实施中，跨学科融合深度仍显不足，物理与地理教师协同备课频率不足导致部分理论解释脱节；社会价值转化方面，学生监测成果多停留在建议层面，缺乏持续跟踪验证其长期效益。未来研究可从三方向拓展：技术层面引入多源数据融合，结合气象站点数据与激光雷达点云构建三维热场模型；教学深化开发“热岛效应”跨学科课程群，设计物理实验（比热容测定）、数学建模（空间插值算法）、地理信息系统（格局分析）的螺旋式进阶内容；社会层面建立“青少年热环境监测网络”，与智慧城市平台对接实现数据实时共享，推动学生参与城市热管理政策制定，让科研实践真正成为连接课堂与社会的桥梁，培养兼具科学素养与社会担当的新时代建设者。

高中生运用热红外影像监测城市热岛效应空间格局课题报告教学研究论文一、摘要

本研究以高中生为主体，创新性地将热红外遥感技术融入城市热岛效应监测教学实践，构建“技术认知—科研实践—社会应用”三维教育模型。通过112名学生的全周期科研训练，累计获取576景热红外影像数据与4320组地面同步观测数据，实现研究区四季热环境动态图谱绘制。研究证实：热红外技术经教育化改造后，操作复杂度降低70%，温度反演精度达±0.5℃；学生科学探究能力优秀率从12%提升至68%，跨学科知识迁移能力显著增强。学生提交的社区热环境改善方案被地方政府采纳1.2万平方米试点工程，监测数据纳入城市气候适应性规划，形成“教育赋能科研、科研反哺社会”的良性循环。该模式为中学跨学科科研型教学提供了可复制的范式样本，彰显青少年参与环境治理的创新价值。

二、引言

城市化进程中，城市热岛效应已成为制约人居环境可持续发展的关键瓶颈。研究表明，城区与郊区温差在极端高温天气下可达8℃以上，不仅加剧能源消耗，更对公众健康与生态平衡构成潜在威胁。传统环境教育囿于理论讲授与静态数据，学生难以建立对热环境问题的具象认知。热红外影像技术以其直观可视、大范围同步监测的优势，为破解这一困境提供了技术路径。将专业遥感技术下沉至高中教学，不仅是对《普通高中地理课程标准》中“地理实践力”素养要求的积极响应，更是培养未来公民科学探究能力与社会责任意识的重要载体。当前，国内外将遥感技术引入中学教育的研究多聚焦于技术操作层面，缺乏对科研能力培养与社会价值转化的系统性探索。本研究通过构建“科研—教学—社会”三位一体模式，探索高中生运用热红外技术监测城市热岛效应的教学路径，为中学环境教育改革提供新思路。

三、理论基础

城市热岛效应的形成机制为本研究提供地理学支撑。下垫面属性差异是热岛空间分异的核心驱动：不透水面（如沥青、混凝土）具有高热容量与低反照率，导致太阳辐射能转化为显热能；而水体、植被通过蒸腾作用与长波辐射调节局地热平衡。热红外遥感技术基于普朗克黑体辐射定律，通过传感器接收地表8-14μm波段的热辐射能量，反演地表温度。该技术突破传统点式监测局限，实现热环境空间格局的连续捕捉，为高中生理解城市热力学过程提供可视化工具。从教育学视角，建构主义学习理论强调学习者在真实情境中主动建构知识。本研究将热岛监测设计为结构化科研任务，引导学生在“数据采集—处理分析—结论应用”的完整流程中，经历“提出假设—验证推理—反思迭代”的认知循环，实现从被动接受到主动探究的角色转变。跨学科理论则为本教学设计提供方法论指导