慧眼识灾·智防未来-高中地理（人教版2019必修一）地理信息技术在防灾减灾中的应用教学设计

慧眼识灾·智防未来——高中地理（人教版2019必修一）地理信息技术在防灾减灾中的应用教学设计

【基础】【核心素养】一、指导思想与理论依据本教学设计以《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》及2022年版核心素养理念为指导，落实立德树人根本任务，以培育学生“人地协调观、综合思维、区域认知、地理实践力”四大地理学科核心素养为核心目标-。围绕“大单元教学”与“教学评一致性”理念，打破碎片化知识讲授模式，将“地理信息技术在防灾减灾中的应用”置于“自然灾害的成因与防治”这一大单元框架中，实现知识的结构化整合与素养的进阶发展。本设计充分体现“做中学、用中学、创中学”的课改精神，以真实灾害案例为载体，引导学生自主探究遥感技术（RS）、全球卫星导航系统（GNSS/BDS）和地理信息系统（GIS）三大核心技术的原理及其在防灾减灾全流程中的协同作用。同时，积极响应“人工智能赋能教育”的前沿趋势，将2024至2026年间我国“空天地一体化”灾害监测预警体系建设的最新成果、北斗卫星导航系统在应急管理中的创新应用，以及人工智能辅助决策在地质灾害防治中的实战案例引入课堂，增强教学的时代感与现实针对性。通过项目式学习和跨学科融合的教学设计，培养学生的创新精神、实践能力与科学素养，引导学生树立“生命至上、安全第一”的价值观念。【基础】【核心素养】二、教学内容分析本课题选自人教版高中地理必修第一册第六章《自然灾害》第四节。在地理学科的知识体系中，本节内容占据着承上启下的关键地位——既是对前序自然灾害成因与分布规律的知识深化，又是将地理理论应用于解决现实问题的能力跃迁。本节教材主要包括三大技术板块：遥感技术（RS）、全球卫星导航系统（GNSS，重点介绍北斗卫星导航系统BDS）和地理信息系统（GIS）。教材编写遵循“概念—原理—应用”的认知递进逻辑，首先阐述各技术的基本概念与核心功能，随即以丰富的案例着重展示其在防灾减灾领域的具体应用场景。本节内容具有鲜明的“技术性”与“实践性”特征，对培养学生的综合思维和地理实践力具有重要价值。需要特别指出的是，本节教学应避免停留在单纯的技术知识罗列层面，而应着力引导学生建立“技术服务于人的生存与发展”这一价值认知，深刻理解地理信息技术在现代防灾减灾工作中的支撑性作用，从而培育学生的人地协调观。近年来，我国在“3S”技术（RS、GIS、GNSS）集成应用方面取得了长足进步。“3S”集成是指将遥感技术、地理信息系统和全球卫星导航系统高度融合，发挥各自技术优势，形成从数据获取、空间定位到分析决策的完整信息化链条的技术体系。例如，在2025年黑龙江东宁市的地质灾害风险调查评估中，技术人员充分利用以遥感技术、地理信息系统和北斗卫星导航系统为核心的“3S”技术，开展多方法、分层次、多尺度综合调查：基于遥感技术全面开展地质灾害隐患早期识别；借助北斗定位导航系统进行地面验证；利用地理信息系统开展成果资料整理和地质灾害风险的综合信息预测评价分析-39。“3S”技术的集成应用，为灾害防治提供了客观、实时、动态的数据支撑。【基础】【核心素养】三、学情分析从知识基础来看，学生通过前几节的学习，已了解自然灾害的类型、成因与分布规律，建立了灾害认知的基本框架，但对“如何用科技手段应对灾害”仍缺乏系统认识。从能力水平来看，高一学生具备较强的信息获取和逻辑推理能力，能够进行简单的图表分析和信息提取，但对遥感影像判读、GIS空间分析、北斗定位原理等技术性内容较为陌生，对“3S”技术之间的协同工作机制缺乏直观理解。从学习心理与兴趣点来看，学生对高科技手段和真实灾害案例具有强烈的好奇心和求知欲，尤其是“北斗导航系统究竟有多准？”“无人机是如何监测滑坡的？”等贴近日常生活且富有科技感的问题极易激发其学习热情。此外，高二学生正处于世界观、人生观和价值观形成的关键时期，在教学中适时渗透“生命至上”理念和家国情怀，有助于实现知识传授与价值引领的有机统一。本设计主要采用真实案例教学，通过展示2025—2026年间我国在防灾减灾领域的若干标志性实践成果，将抽象的“3S”技术原理转化为具象的、可感知的应用场景。【重要】四、教学目标（核心素养导向）【核心素养】1.人地协调观：通过分析地理信息技术在防灾减灾中的实际应用案例，理解科技进步如何增强人类应对自然灾害的能力，树立科学防灾意识和人地协调发展的观念。【核心素养】2.综合思维：结合遥感影像、北斗定位和GIS图层数据，综合分析地理信息技术在灾害监测、预警、评估、救援等环节中的协同作用，能够从多角度、多维度认识防灾减灾过程的系统性。【核心素养】3.区域认知：选取不同区域（如山地滑坡区、平原洪涝区、林区等）的真实灾害案例，分析地理信息技术在不同区域的差异化应用策略，把握区域特征对技术应用效果的影响。【核心素养】4.地理实践力：通过模拟灾害应急决策、GIS图层叠加分析、北斗定位信息解码等实践活动，体验地理信息技术在防灾减灾中的操作流程，初步掌握运用地理信息技术解决实际问题的基本方法，提升应对灾害的实践能力。【高频考点】五、教学重难点【高频考点】教学重点：（1）遥感技术、全球卫星导航系统和地理信息系统的基本概念、核心功能及其在防灾减灾中的应用；（2）三大技术在减灾全流程（灾前预警、灾中应急、灾后评估）中的协同工作机制。【难点】【跨学科链接】教学难点：（1）理解遥感技术对不同地物波谱特征的判别机理以及地理信息系统的空间分析原理；（2）突破“3S”技术之间的孤立认知，建立“数据获取—定位传导—分析决策”的一体化思维模式；（3）将技术原理与灾害实际需求精准对接，并在此基础上引入人工智能（AI）对卫星数据进行深度学习的实战案例，提升学生的高阶思维。【核心素养】六、教学策略与资源本设计综合运用案例教学法、问题导向法、探究式学习法和信息技术融合法。以2025—2026年间的真实灾害事件为“一境到底”的主线情境，将知识的习得、能力的训练与素养的培育融会贯通于动态的灾害演进过程之中。借助多媒体课件、动态遥感图、GIS模拟平台、北斗位置服务等数字化教学工具，构建“虚实结合”的学习环境。同时，精心设计“应急救援决策模拟”“GIS图层叠加分析”“北斗定位实战”等小组合作探究活动，引导学生在“做中学、用中学”。【高频考点】【跨学科链接】七、教学过程设计（一）课堂导入：从“听天由命”到“智算天机”设计意图：以打破传统认知的科技变革切入主题，引发认知冲突，激发学习兴趣。教师活动：播放2026年4月央视网关于“硬核科技筑牢防灾减灾防线”的新闻报道片段，并抛出核心问题：“过去，面对突如其来的泥石流和城市内涝，人们常常只能‘听天由命’。而今天，在四川雅安的深山里，抢险人员却能通过手机小程序精准预知未来两小时的降雨与泥石流风险。从‘听天由命’到‘智算天机’，这中间究竟发生了什么？是谁给了我们‘逆天改命’的底气？”-68学生活动：观看视频，思考并发表对于科技进步防灾的初步认识。部分学生可能会提到“卫星”、“天气预报”等关键词。过渡语：同学们提到的这些关键词，就是帮助我们“算尽天机”的现代地理信息技术。今天，我们将系统学习遥感、全球卫星导航系统和地理信息系统这三大技术是如何在防灾减灾中发挥关键作用的。（二）新课讲授：走近“3S”技术，揭开防灾科技的神秘面纱环节一：【基础】遥感技术（RS）——灾害监测的“天眼”1.概念厘清遥感技术是指利用装在航空器（如飞机）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。其核心原理是接收和记录地物反射或发射的电磁波信息，并通过分析波谱特征来识别地物类型和状态变化。2.核心优势归纳结合问题引导学生自主归纳：与传统的实地调查相比，利用遥感技术进行灾害监测具有哪些显著优势？学生回答预期：探测范围大（卫星可覆盖广阔区域）、获取信息速度快（卫星过境即可成像）、周期短（多星组网可实现高频重访）、信息量大（多光谱数据包含丰富信息）、受地面条件限制少（不受地形和交通状况制约）、能够实现地物信息的实时动态监测、大大节省人力物力等。3.【跨学科链接】【热点】前沿案例分析：宜昌市林火监测与风云四号气象卫星案例一：林地火灾的“天基感知”展示2026年4月26日长治市“空天地一体化”防灭火监测平台数据的案例截图。该平台依托13颗卫星，每5分钟完成一轮高频火点扫描，搭载红外热成像与AI智能识别模块的无人机编队沿预设航线深入林区精准侦察，地面高点监控与传感网络实时补盲补缺，构建从风险发现到火情核实、应急处置全流程智能化闭环，确保火情分钟级感知、全链条追踪、高效率响应-69。教师提问：“为什么遥感卫星能够发现尚未明火的‘热点’？红外热成像技术背后的原理是什么？”案例二：台风与强对流天气的“精准捕雨”播放2026年风云四号气象卫星捕捉到的台风“海神”三维动画云图。介绍国家卫星气象中心联合多家单位研发出的风云气象卫星数据深度扩散模型，成功将强对流天气临近预报有效时长延长至4小时，这一科研成果已发表在国际知名学术期刊-68。该技术基于风云四号气象卫星数据，能覆盖我国及周边2000万平方千米区域，在4000米至48000米的不同空间尺度和各季节均表现出稳定的预报能力-68。同时引入四川雅安“夔牛”短临预警系统的案例：2025年主汛期该系统为甘孜争取到最长79分钟、为雅安争取到最长49分钟的宝贵预警提前量，曾在石棉县成功预警泥石流，帮助200多名村民安全转移，预警跑赢了泥石流-6。探究活动：小组讨论“为什么卫星能‘看见’地下的断层和地表的温度变化？遥感技术从识别到预警需要经过哪些步骤？”答案要点：不同地物具有不同的电磁波辐射或反射特征。健康的绿色植被反射近红外波段较强，而受灾植被或裸露土壤光谱特征发生显著变化。地物温度不同，热红外辐射强度也不同。卫星接收这些信号后进行数据处理和对比分析，判别灾害迹象，再结合模型推演生成预警信息。（三）新课讲授：感知技术的“北斗力量”环节二：【基础】【高频考点】全球卫星导航系统（GNSS）——应急场中的“精准时空坐标”1.系统认知全球卫星导航系统是指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。目前主要系统包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）以及欧盟的伽利略（Galileo）。我国自主研发的北斗卫星导航系统，凭借其短报文通信和全球搜救等独特功能，在防灾减灾中具有不可替代的优势。2.【热点】北斗系统的三大核心功能（1）精确定位与导航：为救援队伍和受灾人员提供精确坐标，引导人员安全撤离与物资精准投放。（2）精密授时：为电力、通信、金融等关键基础设施提供统一时间基准，保障系统在灾后稳定运行。（3）短报文通信：这是北斗系统区别于其他GNSS系统的独有功能。当传统通信基站因灾害损毁时，救援人员可通过北斗终端发送简短文字信息，实现“灾区—指挥中心”的双向无障碍通信。3.【难点】【拓展延伸】前沿案例分析：山体滑坡的“毫米级变形预警”案例三：三峡库区的地质灾害“AI辅助决策”演练播放2026年4月16日湖北省三峡库区地质灾害防治综合演练实况素材-4。展示演练现场搭载激光雷达的无人机生成滑坡精细三维地形模型的高清影像。介绍演练中首次运用的人工智能辅助决策系统：该系统融合应急调查监测数据，很快模拟出滑坡整体滑塌的未来趋势动画，并提醒滑坡入水后造成1—2米高涌浪，影响上下游1公里水域，阻塞局部航道-4。在灾害防范的实际操作中，机器狗携带光学镜头深入狭小危险区域近距离勘查，边坡雷达远距离实时监测整个滑坡面的微小形变，声发射监测装置实时捕捉岩体内部微破裂信号，对危岩崩塌发生进行早期精准预警-4。提问：“在大规模滑坡或泥石流发生前，山体的移动往往只有毫厘之差。单靠人的肉眼根本无法发现这种危险。北斗系统如何凭借‘厘米级’甚至是‘毫米级’的精度，实时捕捉山体的细微形变并发出警报？”引申补充：近年来，基于北斗系统的智能化变形监测与快速预警云平台（BIMRWP）已在矿山开采沉陷、山体滑坡监测中取得显著成效。该平台利用BDS/GNSS传感器实时获取地表移动变形信息，具有高精度、低成本、可持续监测等优点-37。在安徽，该技术已成功应用于8个煤矿的采空区形变监测，取得了显著的经济效益和社会效益-37。探究活动：结合媒体上关于北斗“悄悄拯救了无数人生命”的报道（如西藏林芝地震、河南暴雨中的通信），模拟灾害发生时的应急通讯场景。学生分角色扮演“受灾群众”和“指挥中心”，利用模拟的手机“北斗卫星消息”发送功能，演练在无信号区域内发送求助信息与坐标的过程。答案要点：北斗高精度定位技术利用载波相位差分原理，通过长时间连续观测和精密数据处理，可以检测到毫米级的地表位移变化。相比传统人工巡查，GNSS自动化监测平台能够全天候连续运行，主动发现变形异常，实现“从被动救灾到主动预警”的转变。（四）新课讲授：分析决策的“智慧中枢”环节三：【基础】【高频考点】【难点】地理信息系统（GIS）——综合分析的“智慧大脑”1.概念对比地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统，是对地理数据进行输入、处理、存储、管理、查询、分析和输出的计算机信息系统。如果说遥感技术负责“看”，北斗负责“定位”，那么地理信息系统则负责“想”——通过强大的空间分析功能将海量的信息整合起来，为决策提供科学依据。2.揭示“3S”协同逻辑利用动态示意图向学生直观展示三大技术在应急救援全链条中的“完美分工”（见下表）：特别说明：在实际的复杂灾害处置中（如2026年湖北三峡库区的“滑坡—涌浪”灾害链治理），智能算法已经可以通过机器学习模型判断滑坡的未来发展趋势，形成一个全自动化、智能化的辅助决策系统。简而言之，遥感相当于灾区的“照相机”，北斗相当于灾区的“导航仪”，地理信息系统则是将所拍摄的影像和所标注的坐标进行深度整合分析的“总指挥部”。3.【跨学科链接】实用案例教学：湖南洪涝灾害的“数字化防御”展示湖南省基于GIS技术的“洪水风险图”项目建设成果。该省以湘、资、沅、澧“四水”及洞庭湖干流和主要一级支流为单元，将洪水风险图的分析计算成果转化为分流域、分对象的专题实用图集，全力打造便携化、可视化的实战工具-24。在应对2025年澧水上游1998年以来最大洪水过程中，水利部门依托该系统预演推演实现皂市、江垭水库联合调度，削峰率分别达到95%和80%，成功避免了澧水下游超保洪水发生-24。同年5月，桃源县牛车河镇遭遇极端强降雨（龙凤山站12小时累计雨量高达447毫米），水利部门通过洪水风险图精准锁定危险区域，指导乡镇3小时内安全转移群众3500余人，实现人员零伤亡-24。小组探究活动：教师通过GIS软件（或简易的纸质图层演示，如通过透明薄膜叠加地形图、居民点分布图、水系分布图等）模拟四川地震灾区的安置选址。任务要求：为灾民选择一处合适的避险安置点。学生需要综合考虑“地势平坦”“远离断层带”“有水源但不易发生洪涝”“交通便利”等要素，直观体验“图层叠加”空间分析的操作逻辑。答案要点：GIS软件能够将道路图层、居民点图层、水系图层、地质图层等进行叠加，通过空间查询与分析功能筛选出符合全部或大部分选址条件的最佳区域，为应急避难所的规划建设提供科学、高效的决策支持。（五）拓展延伸与课堂小结环节四：【拓展延伸】【跨学科链接】“3S”技术的融合与协同通过以上的分步讲解，学生可能已经发现：遥感、北斗和地理信息系统并非孤立发挥作用，而是相互融合、协同作战。在2026年防灾减灾大会城市安全监测预警分论坛上，我国已在卫星遥感与InSAR技术方面推出了基于多星源遥感的洪涝灾害监测预警产品和高精度地表形变数据集，初步构建起覆盖全国多座城市的高分辨率形变监测网络，同时展示了北斗与惯性导航技术融合的新型监测装备以及“天空地”协同的房屋安全体检体系-64。中国灾害防御协会城市安全监测预警分会正以“全灾种、大应急”系统思维为引领，加快推动天空地一体化感知技术与数据标准体系建设-64。让学生深刻理解“3S”集成是地理信息技术发展的必然趋势，也是提升我国综合防灾减灾能力的核心技术路径。环节五：课堂小结与素养升华教师利用思维导图带领学生回顾本节课的核心知识结构。从“遥感看、北斗定、GIS算”三个维度，串联防灾减灾的全流程。强调“人地协调观”——科技让我们在自然面前不再是束手无策的弱者，而是拥有了更强大的认知和适应能力。但科技并非万能，我们仍需保持对自然的敬畏之心，尊重自然规律，走可持续的人地协调发展之路。【核心素养】八、教学评价设计本设计采用过程性评价与终结性评价相结合的评价方式，确保“教学评一体化”的有效落实。（一）课堂表现评价（过程性）通过小组合作探究、课堂问答互动、角色扮演模拟等方式，观察学生对“3S”技术概念的理解程度以及在案例分析中的综合思维能力表现。具体评价指标包括：能否准确区分遥感、北斗和GIS三者的核心功能；能否结合真实灾害案例说明某技术是如何发挥具体作用的；能否在小组讨论中提出有见地的观点并有效参与协作；能否在GIS图层叠加选址活动中合理运用空间分析逻辑。（二）实践任务评价（表现性）课中安排“GIS图层叠加选址”和“北斗应急通信模拟”两项实践任务。评价侧重学生的分析过程和操作规范性，而非唯一正确的答案。教师根据学生所设定的选址参数（坡度、交通、水源等）的合理性以及图层判断的准确性进行等级评定（优秀、良好、合格）。（三）课后作业评价（终结性）课后作业分为基础巩固类和拓展探究类两个层次（详见第九部分“作业布置”），兼顾不同能力水平学生的需求。作业批阅时重点关注知识掌握程度与综合应用能力，适时给予个性化的反馈意见，帮助学生改进提升。九、板书设计【基础】十、【课后检测与作业布置】（分层设计）（一）基础巩固类作业请完成下列选择题与填空题，检验对本节核心知识的掌握情况。四川省某地在2025年主汛期中，利用某种技术实现了长达79分钟的泥