高中必修地理•数智防灾新视界-地理信息技术在防灾减灾中的应用（名师导航·教学设计）

高中必修地理•数智防灾新视界——地理信息技术在防灾减灾中的应用（名师导航·教学设计）

一、指导思想与理论依据本教学设计严格依据《普通高中地理课程标准（2017年版2025年日常修订版）》的最新要求，以培养地理学科核心素养为根本导向，全面落实立德树人根本任务。2025年修订版课标将核心素养水平与学业质量水平进行了一一绑定，明确要求学生在完成必修课程后具备运用地理信息技术解决实际问题的基本能力。-5-6同时，课标强调要引导学生在真实情境中提升科学思维能力，并新增了关于人工智能辅助教学的表述，指出“可以利用生成式人工智能进行深度探究性学习，引导学生通过主动探索、深度推理、知识迁移与批判性思维的有机融合，形成高阶思维与解决复杂问题的能力”。-6基于此，本教学设计以“数智防灾”为国内容创新理念，深度融合信息技术与地理教学，着力培养学生的综合思维、区域认知、地理实践力和人地协调观四大核心素养。二、教学内容分析本课题选自人教版《普通高中教科书•地理》必修第一册第六章第四节，是全书收束内容，也是自然地理知识与现代技术应用的交汇点。前一节重点介绍自然灾害的类型、分布与防灾减灾措施，本节则聚焦如何运用现代地理信息技术实现灾害的精准监测、预警与高效救援。教材内容编排了遥感技术、全球卫星导航系统和地理信息系统三大专题，旨在让学生了解这些技术的基本原理及其在防灾减灾中的具体应用。新教材的设计理念发生了重要变化，不再刻意强调知识结构的完整性，而是“从与学生生活联系紧密的地貌景观入手，以实际案例为情境，以问题任务为主线实施教学”。-1本节内容的育人价值在于：一方面，帮助学生树立科技赋能防灾减灾的科学意识；另一方面，增强学生运用现代技术手段解决现实地理问题的能力。三、学情分析学生群体为高中一年级学生，经过前五章的学习，已初步建立了自然地理学基本概念，具备一定的综合思维能力。在第六章前三个节次的学习中，学生已经了解了中国主要自然灾害的类型、成因、分布及一般性防灾减灾措施。然而，学生普遍对地理信息技术的原理和应用缺乏系统认识，在生活中虽可能听说过GPS导航、天气预报中的卫星云图等，但对于遥感（RS）、全球卫星导航系统（GNSS）、地理信息系统（GIS）的区分、功能差异及协同机制知之甚少。-15从认知规律看，高一学生处于从感性认识向理性思维过渡的阶段，对直观形象、贴近生活的技术应用案例有较强的学习兴趣。因此，教学中应运用丰富的生活案例和真实新闻素材，引导学生从“知其然”走向“知其所以然”。四、教学目标【核心素养·综合思维】能够结合具体的自然灾害案例，运用综合思维分析遥感、全球卫星导航系统和地理信息系统在灾害监测、预警、救援与恢复重建中的协同作用，形成对地理信息技术体系的整体认知。【核心素养·区域认知】能够根据不同区域的自然灾害类型和地理环境特征，合理选择和应用适宜的地理信息技术，实现对特定区域灾害风险的精准评估与系统管理。【核心素养·地理实践力】能够通过模拟GIS图层叠加分析等课堂实践活动，初步掌握地理信息技术的基本操作思路，培养运用现代技术解决实际地理问题的意识和能力。【核心素养·人地协调观】通过对地理信息技术在防灾减灾中实际成效的学习，理解科技进步对提升人类应对自然灾害能力的重要意义，形成尊重自然、科技防灾的人地协调发展观念。五、教学重难点【重要·重点】遥感、全球卫星导航系统和地理信息系统在防灾减灾中的各自应用及其协同机制。【重要·难点】三大技术功能区分与协同运用的综合理解，特别是地理信息系统在灾害风险评估中图层叠加分析与空间分析的具体运用。六、教学策略与资源本课采用“问题驱动—案例引领—自主探究”的教学策略。课前发布导学任务单，引导学生初步了解三大技术的基本概念；课中设计“科技探案”研习活动，以近年中国防灾减灾领域的成功典型案例为主线，驱动学生自主探究三大技术在灾害发生前、发生时和发生后不同阶段的协同配合。教学资源方面，整合2025—2026年间四川、重庆、湖南、云南等地的地质灾害成功避险真实案例，以及我国天基对地观测系统、北斗卫星导航系统和各地智慧防灾平台的实践成果，构建“技术原理—实际应用—价值意义”三位一体的教学素材库。七、教学过程设计（一）情景导入：从一束“生命电波”说起【教学预设】播放2008年汶川地震约8小时后，首批武警官兵到达地震重灾区并使用北斗用户机实时传递灾情的影像资料片段。教师引导学生思考：灾区交通、通讯设施被毁，几乎成为信息孤岛，救援人员用什么样的设备打破了信息的隔绝？这台设备的背后运行着怎样的技术体系？由此引出本节课的核心研究方向——地理信息技术在防灾减灾中的应用。【设计意图】以真实的历史事件为切入点，让学生直观感受到地理信息技术在极端灾害条件下不可替代的关键作用，激发学生的学习兴趣和探究欲望，同时为后续深入分析三大技术各自的功能打下情感基础。（二）新知探究一：遥感技术——灾害监测的“天空之眼”1.遥感的定义与原理【基础】遥感是一种利用装在航空器（如飞机、高空气球）或航天器（如人造卫星）上的光学或电子设备，对地表物体进行远距离感知的地理信息技术。其工作原理是通过传感器接收地物反射或辐射的电磁波，经过数据处理形成遥感影像。遥感系统通常由遥感平台、传感器和信息接收处理系统三部分组成。遥感平台的高度决定了观测的视野和精度——航天遥感视野广阔，航空遥感分辨率更高。遥感技术具有探测范围大、获取资料快、周期短、信息量大、受地面条件限制少等突出优点，能够实现地物信息的实时、动态监测。-212.遥感技术在防灾减灾中的应用【高频考点·重要】运用遥感技术，可以对洪涝、台风、森林火灾、旱灾等自然灾害形成过程进行全天候追踪和动态监测，及时进行预报和预警。-13例如，气象卫星每天多次对台风路径进行跟踪，形成精准的行进轨迹图；陆地资源卫星可以对比灾前灾后的遥感影像，快速识别地震、滑坡等突发性自然灾害的影响范围，为灾情统计和灾害救援提供第一手空间信息支持。【拓展延伸】当前，我国在轨遥感卫星数量已突破400余颗，覆盖光学、高光谱、红外及微波等类型，实现了全天候、全天时对地观测，有力保障了国家防灾减灾对遥感数据的旺盛需求。-502025年，“统筹民商卫星，助力防灾减灾”示范场景建设取得显著成果，已累计开展159起国内外遥感应急灾害监测，完成卫星成像5700余次，向国内提供高质量遥感数据2.3万余景。-50应急管理部门能够像“太空版云打车”一样，在灾害发生的第一时间派遣负荷性能匹配、轨道最优的民商遥感卫星“即时响应”“精准接单”，让卫星数据真正“跑起来”，把技术成果转化为看得见的防灾减灾新质生产力。-50（三）新知探究二：全球卫星导航系统——灾害救援的“精准坐标”1.全球卫星导航系统的概念与组成【基础】全球卫星导航系统是一种利用卫星在全球范围内进行实时定位、导航和授时的地理信息技术。当前全球主要使用的卫星导航系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo以及中国自主建设和独立运行的北斗卫星导航系统（BDS）。一个完整的全球卫星导航系统主要由卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和信号接收系统（用户部分）三部分组成。2.北斗卫星导航系统的特点北斗系统能够为用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息，广泛适用于陆地、海洋、航空和航天等诸多领域，具备全球性、全天候、连续性和实时性的突出优势。-21与传统全球定位系统不同的是，北斗系统具有独特的短报文通信功能，能够在没有地面通信网络覆盖的区域实现位置信息的双向传输，这一功能在应急救援中具有不可替代的价值。3.在防灾减灾中的应用【高频考点·重要】全球卫星导航系统在防灾减灾中发挥着不可取代的作用。一是在灾害预警监测阶段，利用安装在边坡等潜在危险点的北斗接收机，可以实时捕捉毫米级、厘米级的地表形变位移数据。-42二是灾害发生时，用户运用装载了北斗信号接收设备的手机、车载终端、应急通信机等，可以在没有手机信号的情况下发出包含精确位置坐标的求救信号，有效缩短救援队伍的搜寻时间。-21三是在灾害现场，救援人员可以利用手持终端实时获取自身精确位置，科学高效地调配救援力量、制定搜救路线。【拓展延伸】2025—2026年间，我国在北斗技术与前沿技术融合领域取得了多项重大突破。湖北宣恩县部署的“5G+北斗地质灾害防治监测预警平台”在业内首次将5G、AI视觉及单北斗技术进行深度融合，通过北斗高精度定位技术提供静态毫米级、厘米级的形变监测能力，即使极其微弱的地表位移也能被敏锐捕捉。-42该平台通过GIS地图、实景三维模型、激光扫描与倾斜摄影技术，将地质灾害隐患点立体、直观地呈现出来，管理人员可实时调阅现场视频并接收预警信息，实现了“一屏观全域、一网管全局”的智能化监测。-42另一个典型应用案例是“通导控一体化通用终端”的研制成功，该终端利用北斗星基增强技术建立灾后复杂现场地上时空基准，可深入被废墟掩埋的地下生存空间进行自主定位和生命探测，定位精度可达5厘米，为矿山、隧道等复杂环境下的应急搜救提供了关键技术支撑。-41（四）新知探究三：地理信息系统——灾害管理的“智慧大脑”1.地理信息系统的定义与基本功能【基础】地理信息系统是一种对地理空间数据进行输入、存储、处理、管理、查询、分析和输出等的计算机信息管理系统。它脱胎于传统的纸质地图，但功能远超地图。GIS的核心能力在于“空间分析”——即通过图层的叠加、缓冲分析、空间查询等操作，从海量地理数据中提取有意义的空间模式和决策依据。地理信息系统中每一类信息都被组织为一个独立图层，如地形图层、水系图层、道路图层、居民点图层、地质灾害隐患点图层等。防灾部门可以根据不同目的，对这些图层进行灵活的叠加和分析，生成灾害风险分布图、最优救援路径图等各类专题图件。2.地理信息系统在防灾减灾中的综合应用【高频考点·重要】在灾害预防阶段，GIS可以充分整合RS和GNSS提供的动态数据，结合历史灾情档案资料、地形地貌数据、人口与经济活动分布数据等，利用图层叠加分析方法，构建覆盖整个评估区域的灾害风险图谱。这套图谱能够精确标示出不同区域的灾害风险等级，为国土空间规划和防灾减灾预案制定提供科学依据。-21在灾害发生过程中，GIS可以与灾情现场的实时遥感数据进行联动，快速确定受灾范围、受灾人口分布、交通受阻区域等信息，为应急指挥中心制定转移疏散、抢险救援等决策提供动态更新、精准匹配的行动方案。【跨学科链接】GIS的应用已经超越了传统地理学的范畴，成为融合计算机科学、统计学、环境工程、公共卫生等多个学科的综合分析工具。例如，在城市规划领域，GIS被广泛用于灾害风险评估和基础设施布局优化；在公共卫生领域，GIS则被用于传染病疫情的空间传播路径追踪和医疗资源可及性分析。【拓展延伸】当前数字孪生理念与人工智能的深度融合，正在将GIS应用推向全新的高度。我国正加快构建覆盖31颗遥感卫星、100余部测雨雷达、4800余架无人机、13.3万处地面水文报汛站等的“天空地水工”一体化监测感知体系，这标志着地理信息系统的数据“算据”从传统的固定站点模式，正在迈向立体化、实时化的全新阶段。-51在安徽省黄山市，资源规划部门融合实景三维、物联网、人工智能等现代测绘地理信息技术，构建了地质灾害智能监测预警平台，将全市划分为73625个斜坡单元，部署了336个高频雨量监测站和1236台（套）GNSS位移监测等设备，结合人工智能算法将预警频次从24小时缩短至10分钟，有效解决了皖南小气候区地质灾害预警的难点问题。-63这一实践标志着地质灾害管理从二维平面向三维立体、从经验判断向数据驱动、从人工监测到人机协同的全面晋级。（五）合作探究：三大技术协同的“灾害管理闭环”【思维方法·解题策略】在合作探究环节，将全班同学分为若干“应急救援专家组”，每组开展两项模拟推演任务。任务一：三大技术功能辨析——运用关键词判断法高效选择提供以下关键词列表，各小组合作完成连线配对，并解释判断依据。在“城市内涝应急响应”情境中，初步判断灾情应选用_RS_（关键词：获取灾后遥感影像、判断城镇淹没面积）；制定淹没区居民最优转移路线，需要综合调用_RS_和_GIS_（关键词：RS提供淹没范围空间底图、GIS对避难场所空间分布进行可达性分析和路径规划）；向被困的转移群众发送携带精确位置坐标的求救信号并引导救援队伍精准搜救，则需要运用_GNSS/BDS_（关键词：精确定位、北斗短报文双向通信）。三大技术在灾害管理中相互配合、彼此递进，共同构成了从灾情信息采集、综合数据分析到应急指挥行动的完整功能闭合环。任务二：实战模拟——GIS图层叠加分析助力滑坡风险等级评估教师为每组提供一个简化的GIS数据集，包含五个基本图层：地形坡度图层、地质岩性图层、降雨量等值线图、土地利用类型图、居民点分布图。各小组需要完成以下工作：首先识别出与其他四个图层功能定位不同的图层——土地利用类型图属于社会经济类型的数据，其余四个属于自然地理数据。在理解图层分类的基础上，教师讲解“图层叠加分析”的基础方法：通过将地形坡度、地质岩性、降雨诱发这三个自然图层按照预先设计好的权重体系进行叠加计算，输出一张滑坡灾害风险等级图；接着调取土地利用类型图层和居民点分布图层，把社会经济易损信息叠加到等级图中，最终得到滑坡灾害综合风险图。这张图是政府和基层组织开展风险区管控和防灾资源调配的关键决策依据。各小组完成分析后推选代表上台分享方案设计思路，由教师组织班内点评和互评。通过这项实践活动，帮助学生从对GIS“是什么”的浅层认知，经过认识其关键分析功能“能干什么”，再到动手体验其操作思路的递进式学习，加深对本节二重核心知识的深度理解。（六）前沿视野：人工智能时代的智能防灾【拓展延伸·学科融合】在完成三大技术体系教学的基础上，应引导学生面向未来，关注地理信息技术与人工智能、数字孪生等新一代信息技术融合发展背景下，防灾减灾领域涌现出的革命性变革。未来，人工智能驱动的数字孪生技术将彻底改变传统以“监测—预警—响应”的单向线性流程，转向以灾情动态仿真推演和实时智能决策为核心的主动应对模式。在林业防火领域，基于双向数字孪生平台的智能虚拟指挥舱已经被应用于对森林火灾蔓延趋势的实时预测和应对策略的智能评估与校准，展示了灾害风险管理从静态模拟、被动采集到实时推演、主动响应的重要跨越趋势。-70国家层面也正在进行相应布局：2025年水利部发布了《数字孪生水利“天空地水工”一体化监测感知夯基提能行动方案》，从顶层推动支撑水利全业务的一体化智慧感知防线的全面建设；-512026年3月，应急管理部启动年度应急装备创新揭榜攻关，聚焦智慧感知、智能救援和协同指挥三大技术方向。-这些宏观动向和科研前沿，都在充分昭示地理信息技术未来广阔深远的应用前景。也正因如此，本节知识不仅是高考的重要命题热点，更是帮助每一位同学树立面向未来的科学创新精神和扎实的信息技术素养的重要窗口。（七）小结与课堂练习【易混·易错点辨析】教师带领学生系统回顾一节课所学内容，并对高频易混、易错点进行集中辨析和误区纠正。L1（混淆度较高）遥感、全球卫星导航系统和地理信息系统的核心功能混淆，尤其是三者之间最直观的判断标准欠缺。快速解题时可以套用的是——“点”还是“面”原则，“点”相关情境基本可以圈定全球卫星导航系统，“面”相关情境则需要再在“看”遥感影像获取还是“想”GIS空间分析二选一之间做出精确判断。L2（混淆度次之）遥感影像图的“目视判读”，考生常见误区是过度解读或张冠李戴。应试视角下的正确做法是“由大到小、由整体到局部”进行判读，先看懂整体覆盖范围、影像色调差异和大致纹理走向，再逐步定位灾情重点区域及其空间界限。L3（混淆度再次）各届高考地理试卷中，GIS“图层叠加分析”一直是区分度较高、失分率也偏高的题型之一。相关题目一般会给出三到四个不同的、疑似相关的分析图层让考生判断排序，考生必须准确锁定“图层叠加分析的起点图层一定是对致灾因子敏感的孕灾环境图层”，致灾因子、孕灾环境、承灾体三大风险构成要件缺一不可。在此基础上，推送一组即时课堂选择练习。例题1“某灾区通信网络严重损毁，救援队急需上报具体位置并申请空中投送，此时最适用的技术是？”，解析指向北斗卫星导航系统的短报文通信功能。例题2“某城市想要制作一张内涝高风险区预警地图，需要将下垫面类型图层、排水管网图层、历史积水点位图层叠加分析，此过程主要应用了哪些技术的结合？”，解析指向RS提供高分辨率下垫面底图，GIS在底图之上叠加多个城市内涝相关图层进行空间分析。例题3“2025年洪涝灾害期间，应急管理部门接到某水域决口险情报告后，想要快速获取河水决口导致的实时淹没范围，第一时间应调度何种技术手段？”，解析引导思路为远程感知到大面积水域变化的第一反应应直接锁定光学遥感卫星或SAR卫星等遥感技术手段。通过即时反馈和典型错例讲解，进一步强化易混淆知识点的辨析和准确实战能力的锻炼。八、课堂作业基于本节课所学知识，自主选择一个近两年（2024—2026）发生的有代表性自然灾害事件，以专题小论文或科普手抄报的形式，系统论述遥感、全球卫星导航系统和地理信息系统三大技术在灾害发生的不同阶段各自发挥的主要监测预警和应急救援等功能，阐述三者之间如何协同配合实现闭环管理，并以此印证和展示我国在防灾减灾领域所取得的科技创新能力和安全保障水平的实际提升。（九）板书设计【板书设计】数智防灾新视界——地理信息技术在防灾减灾中的应用一、RS·遥感技术——“天眼”观灾  核心能力：全天候、大范围、动态感知  关键应用：实时追踪灾情发展、快速划定灾害范围  体系定位：灾害监测系统的最前端数据“采集二、GNSS/BDS·全球导航系统——“军师”定位  核心能力：精确定位、导航授时（+短报文双向通信）  关键应用：隐患点毫米级形变监控、指挥和求救双向定位通信  体系定位：连接现场和指挥部的“时空坐标锚点”三、GIS·地理信息系统——“大脑”分析  核心能力：空间数据管理＋多图层叠加＋空间综合运算  关键应用：灾前综合风险评估、灾中路径规划、灾后损失评估  体系定位：灾害全流程管理决策的“中枢支撑平台”四、协同防灾：前端感知（RS）—授时定位（BDS）—分析决策（GIS）—救援闭环  核心理念：技术无界、全局最优、守护人民安全生命线（十）教学评价设计本课采取多元化过程性评价与终结性评价相结合的立体评价方式。（1）课前导学评价（权重15%）：借助智慧教学平台，命制以基础概念辨析为主要考察内容的小型课前诊断题，掌握学生在本节课学习之前的已有知识水平和成组前概念分布情况，并精准诊定本节课教学起点和需要着重突破的教学预备任务。（2）课堂表现评价（权重35%）：在“合作探究”活动环节，由教师和各小组推荐的助教代表以小组为单位，围绕“GIS模拟风险图输出的成果条理性、判断逻辑的准确性、三大技术匹配的维度和严谨性”开展组间