第二节 数字地球和数字城市教学设计高中地理中图版2007选修7地理信息技术应用-中图版2004

第二节数字地球和数字城市教学设计高中地理中图版2007选修7地理信息技术应用-中图版2004学科Xx年级册别Xx年级上册共1课时教材部编版授课类型新授课第1课时设计意图一、设计意图本节结合中图版选修7“地理信息技术应用”内容，通过数字地球和数字城市案例，联系学生生活实际（如智慧交通、在线地图），理解数字地球的核心特征与数字城市的功能，培养地理信息技术应用意识，落实区域认知与综合思维，深化对“技术赋能地理”的认知，符合高中地理核心素养要求。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过数字地球的空间可视化与数字城市的智慧应用，强化区域认知，理解地理信息技术对空间格局的解析；提升综合思维，分析数字技术对区域发展多要素的协同影响；培养地理实践力，体验地理信息技术在生活场景中的操作应用；树立人地协调观，认识数字技术赋能可持续发展的人地和谐路径。学情分析三、学情分析本节课面向高中选修7学生，已具备地理信息技术基础概念认知，但对数字地球、数字城市的系统理解较薄弱。知识层面，熟悉GIS、RS等基本技术，但空间数据整合与多源信息融合能力不足；能力上，空间想象与抽象思维有待提升，对复杂技术场景的分析存在局限；素质方面，具备一定探究兴趣，但主动实践意识不强，习惯被动接受知识。行为习惯上，依赖教材案例，缺乏将技术应用于生活实际的意识，影响对数字城市智慧功能的深度理解。教学中需结合生活实例（如智慧交通、在线地图），分层设计探究活动，引导学生从抽象概念走向具体应用，强化技术赋能地理的认知。教学资源软硬件资源：多媒体教室设备（投影仪、交互式白板）、GIS专业软件（ArcGIS、中图版选修7配套地理信息系统软件）、平板电脑（学生分组实践用）、遥感影像处理软件（ENVI简化版）。

课程平台：学校地理教研组数字资源库、学习通班级空间（上传课件与案例）。

信息化资源：中图版选修7教材配套数字地球演示视频、数字城市智慧应用场景图片集（交通、社区等）、典型城市GIS空间数据（土地利用、人口分布）、在线地图工具（街景功能模拟）。

教学手段：案例教学法（课本中“数字北京”等实例）、小组合作探究（分析数字技术解决实际问题）、多媒体演示（动态展示数字地球构建过程）、GIS软件实操（简单图层叠加分析）。教学过程师：同学们，上课！今天我们学习《第二节数字地球和数字城市》。请大家先看大屏幕——（展示手机导航实时路况图）这是你们每天上学可能用的导航，它背后藏着什么地理技术？对，是GIS、RS和GPS的集成！今天我们就揭开“数字地球”和“数字城市”的面纱，看看地理信息技术如何让地球“数字化”、城市“智慧化”。

师：首先，我们要明确“数字地球”的概念。课本第28页写到：“数字地球是数字化的地球，是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现。”谁能用自己的话解释一下？

生：就是把地球上的信息，比如地形、人口、交通等，全部变成数字，存在电脑里，能随时查看和分析？

师：非常准确！数字地球的核心是“3S”技术的集成——（板书：数字地球：3S技术集成+海量地理数据）大家看课本图2-2，数字地球的框架包括数据获取、数据处理、数据应用三个层次。我们重点看“数据获取”，RS和GPS分别负责什么？

生：RS负责遥感影像，比如卫星拍的照片；GPS负责定位，比如确定某个点的经纬度。

师：完全正确！那么“数据处理”呢？GIS的作用是什么？

生：GIS把RS和GPS得到的数据整合起来，做成地图，还能分析空间关系，比如哪里适合建商场。

师：太棒了！数字地球的四大特征是整体性、数字化、网络化、可视化（课本第29页）。我们来看一个案例——（播放“数字地球”演示视频）这是美国NASA的数字地球平台，能实时查看全球森林覆盖变化、台风路径等。大家思考：数字地球的“可视化”对我们理解地理现象有什么帮助？

生：以前看课本上的静态地图，很难理解台风移动，现在动态演示，能直观看到路径和影响范围。

师：没错！可视化让抽象的地理信息变得直观。接下来，我们进入“数字城市”的学习。课本第30页定义：“数字城市是数字地球理念在城市中的具体应用。”谁能举例说说你身边的“数字城市”应用？

生：共享单车的APP，能看到附近车辆位置；智慧红绿灯，根据车流量自动调整时间。

师：这些都是数字城市的“公共服务”应用！数字城市的核心功能是“城市数字化、网络化、智能化”（板书：数字城市：数字化+网络化+智能化）。我们来看课本中的案例“数字北京”（第31页），它包括哪些子系统？

生：交通、环保、政务、安全……

师：对！其中“智能交通系统”最贴近生活。我们做个小探究——（展示北京交通实时监控图）假设你是交通规划师，如何利用数字技术解决早晚高峰拥堵？小组讨论3分钟，然后派代表发言。

生（小组1）：用GPS收集车辆位置数据，GIS分析拥堵路段，然后通过APP提醒司机绕行，同时红绿灯根据车流量动态调整时间。

生（小组2）：还可以用RS监控道路使用情况，比如哪些路段车流量大，提前规划公交线路，增加班次。

师：方案非常专业！数字城市的“城市管理”功能就是通过这些技术实现的。再看“产业发展”——课本中提到的“上海浦东新区数字园区”（第32页），它如何促进企业发展？

生：企业通过数字平台共享资源，比如物流信息、市场数据，降低成本，还能在线办理审批手续，提高效率。

师：总结得很好！数字城市的三大应用领域是城市管理、公共服务、产业发展（课本第33页）。现在，我们动手实践——（发放GIS软件操作任务单）请大家打开中图版配套软件，加载“城市土地利用”图层和“人口分布”图层，分析：商业区主要分布在哪里？为什么？

生（操作后）：商业区集中在市中心，因为人口密集，交通便利。

师：完全正确！这就是GIS的空间分析功能。通过刚才的操作，大家应该感受到：数字城市让城市管理更科学、居民生活更便捷。最后，我们思考一个问题：数字地球和数字城市是什么关系？

生：数字地球是整体，数字城市是局部，数字城市是数字地球在城市中的应用。

师：非常准确！数字地球为数字城市提供技术支撑，数字城市是数字地球的“试验田”。今天的课就到这里，请大家课后观察身边的数字城市应用，下节课分享！教学资源拓展1.拓展资源：

（1）数字地球技术支撑：教材中数字地球依托3S技术，拓展可补充大数据、云计算、物联网如何实现多源地理数据（遥感影像、GPS定位、社会经济数据）的实时采集、处理与融合。例如，欧盟哥白尼计划通过哨兵卫星系列获取的遥感数据，结合云计算平台，实现全球环境变化的动态监测，体现数字地球的“整体性”与“网络化”特征。

（2）数字城市深化应用：教材提到数字城市管理、公共服务、三大领域，可拓展智慧医疗（如北京协和医院5G远程手术系统，依托GIS定位患者位置、RS传输医疗影像）、智慧教育（如杭州“之江汇”教育广场，基于数字技术实现城乡教育资源精准推送）等案例，深化对“智能化”功能的理解。

（3）典型案例对比：教材中“数字北京”“上海浦东数字园区”，可补充新加坡“智慧国2025”计划（通过物联网传感器实时监测城市能耗、交通流量，优化资源配置）和杭州“城市大脑”（整合交通、文旅、卫健等13个部门数据，实现红绿灯智能配时、应急事件联动处置），对比不同城市数字建设的侧重点，分析区域差异与技术适配性。

（4）数字地球与可持续发展：教材强调数字地球对地理现象的数字化重现，可拓展全球碳监测计划（NASAOrbitingCarbonObservatory卫星利用RS技术监测大气CO₂浓度分布，为碳中和政策提供数据支撑）、地震预警系统（中国“地震预警网”结合GPS实时监测地壳形变，通过数字地球平台实现预警信息秒级推送），体现数字技术在人地协调中的作用。

2.拓展建议：

（1）实践活动：观察记录身边数字城市应用，如社区智能快递柜（基于GIS定位、物联网数据交互）、校园智慧路灯（集成光照传感器、摄像头，实现车流量监测与照明自动调节），绘制应用场景示意图，标注所用地理信息技术，分析其对生活效率的影响。

（2）文献阅读：推荐《地理信息系统（第3版）》（黄杏元著）中“数字城市构建技术”章节，了解数据标准、共享机制等底层逻辑；阅读《中国地理信息技术应用发展报告（2023）》中“数字孪生城市”部分，理解虚拟城市与物理城市的实时映射关系。

（3）项目探究：小组合作完成“校园数字地图”设计，使用中图版配套GIS软件，采集校园建筑坐标（GPS）、绿化覆盖面积（遥感影像解译）、人流量分布（实地调查数据），叠加图层分析功能分区合理性，提出优化建议（如增设自习区、调整路线）。

（4）跨学科联系：结合信息技术学科，编程实现简单路径规划算法（如Dijkstra算法），模拟导航软件中的“最短路径”功能；结合城市规划学科，分析数字技术如何缓解“大城市病”（如通过交通大数据优化公交线路设置）。

（5）行业动态关注：整理《地理信息世界》期刊中“智慧城市”最新案例（如深圳坪山区的“数字孪生工地”，通过BIM+GIS实现施工进度实时监控），撰写短评，探讨技术应用中的隐私保护、数据安全等问题。典型例题讲解例题1：简述数字地球中RS、GPS、GIS技术的核心作用及相互关系。

答案：RS负责地理信息获取（如遥感影像）；GPS提供空间定位数据；GIS用于数据管理、分析与可视化；三者集成实现从数据采集到应用的全流程。

例题2：分析北京“智能交通系统”如何综合运用3S技术解决交通拥堵。

答案：GPS采集实时车流数据；RS监控道路状况；GIS分析拥堵点并优化信号配时；通过平台向司机推送绕行路线。

例题3：数字城市的三大应用领域是什么？各举一例说明。

答案：城市管理（如杭州“城市大脑”调控红绿灯）；公共服务（如上海“一网通办”政务平台）；产业发展（如深圳智慧物流园区）。

例题4：评价上海浦东数字园区对企业发展的技术支撑作用。

答案：GIS优化空间布局；物联网实现设备互联；大数据分析市场需求；降低企业运营成本，提升决策效率。

例题5：结合全球森林监测案例，说明数字地球的“整体性”特征。

答案：整合多国卫星遥感数据、地面传感器信息及社会经济数据，通过云计算平台生成全球森林覆盖动态变化图，体现全球尺度数据协同。教学反思与改进八、教学反思与改进这节课上完，感觉学生对数字地球和数字城市的概念有了基本认识，但3S技术在实际场景中的协同应用理解还不够透彻，比如讨论北京智能交通时，很多学生能说出GPS、RS、GIS，但具体怎么整合数据、分析问题就说不清楚了。课堂GIS操作环节，部分学生加载图层后不会进行空间分析，说明软件实操基础薄弱，需要加强前置技能铺垫。小组讨论时，总有几个学生不发言，合作效率不高，得想办法让每个人都动起来。课后打算让学生写“我家附近的数字城市应用”小报告，比如小区智能快递柜用了什么技术，这样能把课本知识和生活联系起来，评估他们是不是真的理解了。下次上课前，我会先放个5分钟的“3S技术如何协同工作”短视频，用智慧农业的例子直观展示数据获取-处理-应用的全流程，比单纯讲概念更管用。操作环节改成分层任务，基础层的学生跟着步骤做图层叠加，进阶层的学生试着分析商业区选址，再安排“小老师”一对一辅导，这样慢的学生能跟上，快的学生有挑战。小组讨论前明确每人任务，有的负责查资料，有的负责画示意图，汇报时必须轮流发言，避免“搭便车”。最后收集学生的反馈，看看哪些案例他们最感兴趣，下次课多加点类似的例子，比如杭州城市大脑怎么调控红绿灯，这样课堂会更生动。内容逻辑关系①数字地球与数字城市的整体逻辑关系：数字地球核心概念“对真实地球及其相关现象的统一性数字化重现”（课本第28页），数字城市是“数字地球理念在城市中的具体应用”（课本第30页），体现从宏观整体到微观局部的层级关系；数字地球的“3S技术集成”（课本第29页）为数字城市提供技术支撑，数字城市是数字地球技术落地的典型场景。

②3S技术在数字地球中的逻辑关系：RS“获取地理信息”（如遥感影像，课本第29页），GPS“提供空间定位数据”（如经纬度坐标，课本