高中地理（高二年级）研究性学习示范课教学设计：极地冻土上的调水梦-南极淡水能否“浇灌”沙漠之国

高中地理（高二年级）研究性学习示范课教学设计：极地冻土上的调水梦——南极淡水能否“浇灌”沙漠之国？

一、课程指导思想与理论依据【核心素养】【重要】本教学设计以《普通高中地理课程标准（2017年版2025年修订）》为根本纲领，深度聚焦“人地协调观、综合思维、区域认知、地理实践力”四大核心素养的培养。2025年版课标特别指出四大核心素养是“相互联系的有机整体”，明确了“人地协调观”是核心价值观，“综合思维”和“区域认知”是核心思维方式，“地理实践力”是核心行动能力，厘清了四者间的内在逻辑关系-。新课标要求从地理学科视角，进一步形成正确价值观、必备品格和关键能力，具备家国情怀和全球视野-。【跨学科链接】【重要】本教学设计坚持大单元教学理念，将“水的运动”“自然环境的整体性与差异性”“区域自然环境与人类活动的关系”等核心知识融为一体，依托跨学科主题学习视角，引入物理、化学、工程技术、经济学和国际法等多学科知识，体现学科融合与STEM教育理念。本设计立足于“做中学、用中学、创中学”的实践导向，通过项目式学习引导学生从真实情境出发，发现问题、探究成因、提出方案并进行科学论证，在解决问题的过程中培养创新精神、实践能力与科学素养。课程设计充分体现“教学评一致性”原则，将评价嵌入学习全过程，实现以评促学、以评促教。【基础】本课将信息技术与地理教学深度融合，运用GIS遥感数据分析、冰山漂移轨迹模拟、情景建模等方法，引入人工智能辅助学习工具，赋能课堂探究过程。同时，本课全面落实五育并举的教育理念，在严谨的科学探究中渗透美学欣赏、团队协作与国际理解教育。二、教学内容分析（一）教材版本定位与章节解析【基础】本课选自人教版高中地理选择性必修1《自然地理基础》第四章“水的运动”课后的“问题研究”环节。作为第四章的综合性探究活动，本课题在前三节系统介绍了陆地水体及其相互关系、海水的性质（温度、盐度、密度）和运动规律（波浪、潮汐、洋流）的基础上，将理论知识引向一种极具想象力的实际应用——能否利用南极冰山解决沙特阿拉伯的缺水问题。这一设计体现了新课标“精选利于地理学科核心素养形成的课程内容，力求科学性、实践性”的编排理念-，也凸显了地理学服务社会、解决实际问题的学科价值。（二）知识体系的内在逻辑【基础】本课内容核心可从四个认知层次来解构：【基础】第一层：问题发生的背景与本质。沙特阿拉伯地处西亚热带沙漠气候区，降水稀少、蒸发旺盛；地表径流极其贫乏，几乎无常年河流；地下水开采严重超采且多为高盐度化石水；常规水资源短缺程度极为严重，水资源供需矛盾尖锐。同时，沙特又是世界主要石油生产国，经济实力雄厚，具备解决水问题强大的经济支撑。【基础】第二层：潜在解决方案的选择与权衡。教材引导学生比较分析常规水源开发手段的局限性：海水淡化产能不断扩张、成本依然居高；跨流域调水途经他国且受制于中东复杂的地缘政治格局；节水技术和循环水利用虽卓有成效，但难以满足基础用水需求总量的增长。由此，“从南极获取淡水”这一看似远水不解近渴的设想，进入了研究视野。【基础】第三层：南极冰山的资源价值与利用路径。南极冰盖储存了全球约72%的淡水资源，储量极为丰富；冰山由降雪层层压实形成，水质纯净、几乎不含杂质和污染物。本部分需要探究冰山获取的工程技术可行性、冰山拖运途中的损耗控制、目的地储存与融化的方案设计等，具有很强的工程学色彩。【基础】第四层：科学反思与价值选择。引导学生从人地协调观的视角，审视从南极大规模开采淡水的生态风险与国际法约束，讨论是否应当突破常规、“向地球另一端要水”，最终形成正确的世界观与方法论。（三）基于2025-2026年最新动态的教学内容更新【重要】【热点】本教学设计密切关注了最新的地理科学成果与全球动态，在传统知识框架中融入了2025-2026年的前沿信息。2025年，世界最大冰山A23a发生剧烈崩解，面积从年初的3536平方公里急剧缩减至1403平方公里，失去了60%的面积，并在2026年4月正式被“销号”，成为国际社会关注的焦点-。这一典型案例既是引入本课“冰山消融”主题的绝佳素材，也可为论证“冰山漂移的不确定性与耐久性问题”提供实证支持。【热点】2025年，我国科研团队创新性地提出了多时相无人机影像协同配准与三维变化检测方法，实现了南极“着地冰崖”崩解过程的厘米级三维精细监测，为全球气候变化背景下南极冰盖质量损失评估提供了新的观测手段与数据支撑-。这一来自中国极地科考的最新成果，可直接用于本课“冰山形成机制与运动规律”的教学之中，增强课堂的科学性、时代性和民族自豪感。【跨学科链接】2025-2026年，沙特海水淡化基础设施持续扩张。沙特最大的海水淡化厂全面投产，日产能达63万立方米，可满足300万人的用水需求，使用了高效节能的海水反渗透（SWRO）技术-。另有朱拜勒在建项目日产能60万立方米-，沙特还拟建16座分散式水净化厂，目标将废水再利用率由目前的21%提高至2030年的70%-。这些数据可以作为本课“沙特的常规水解决方案与经济成本”分析中的对比精华，用以比较“调淡海水”与“运南极冰山”的经济账。【重要】在国际法层面，2025年第1期《复旦学报》刊发了关于南极冰山淡水资源利用的国际法依据的学术论文，探讨了南极冰山的法律定位与主权冻结问题-；中国于2025年底发布《南极活动与环境保护法（草案）》征求意见稿，标志着国家层面南极治理立法迈出实质性步伐-。这些最新法律动态赋予本课的国际规则探究环节以丰富、鲜活的素材。三、学情分析【基础】本次授课面向高中二年级学生，学生群体已具备以下几方面的知识储备与能力基础。（一）知识积累维度【基础】学生已完成初中地理的学习，对世界气候类型分布图、世界水资源分布概况、中东地区干旱自然环境有所了解。进入高中选择性必修课程后，已经初步掌握了水循环、陆地水体类型与相互补给关系、海水的物理化学性质及运动规律等专业地理知识，能够在一定程度上运用自然地理原理解释水资源分布与短缺的成因。（二）核心素养基础【基础】学生初步形成了一定的综合思维能力，能够从自然和人文两个层面分析地理问题，但在多要素、多尺度、系统性的复杂地理问题综合决策上仍需加强训练。在区域认知方面，学生对热带沙漠气候区有直观印象，但对中东具体国家的水危机深度、海水淡化的产能规模和相关经济、社会、地缘政治的联动关系认识相对模糊。地理实践力方面，通过前期的项目式学习体验，学生已初步具备小组合作探究、整理资料、展示交流的能力。（三）学习基础与内在动机【基础】本课极具思辨性和想象力的选题，本身具有强烈的问题驱动效应。高二学生正处于认知能力快速发展、崇尚科学思辨和跨学科整合运用能力增强的阶段，对于“调冰山”这种集合了地理学知识、物理力学、工程技术、环境保护和国际关系等前沿课题展现出强烈的探究热情。教师的引导重点应是帮助学生将宏阔的兴趣引向严谨的科学分析和富有现实关怀的价值判断，防止认知局限在“这太异想天开”或“现代科技无所不能”的两极分化中。四、教学目标（核心素养导向）【核心素养】【重要】依据2025年版课标关于四大核心素养作为相互联系有机整体的定位，本课教学目标整合设计如下：（一）人地协调观的综合发展【核心素养】通过分析沙特阿拉伯极端干旱的地理背景以及南极冰山的生态脆弱性与法律地位，引导学生树立人水和谐、尊重地理环境规律的价值观念。培养学生从人类命运共同体的高度，审视各国在可持续发展过程中面临的共性挑战，增强生态文明意识和国家责任感。借鉴2025年版课标新增的“树立绿色发展、国家安全等观念”，本课特别强调在探讨“调冰山”工程时，要兼顾我国的极地利益关切-。（二）综合思维的系统提升【核心素养】引导学生运用综合思维，从自然环境（气候、水文、地质）、社会经济（经济成本、工程技术、能源消耗）、国际政治（南极条约体系的约束、国家间关系）等多维度系统探究“调冰山”设想的可行性与科学性。鼓励学生辨证分析人类渴求与自然环境承受限度的互动关系，在合成多学科知识、寻证过程中培养逻辑思维和创造性思维。（三）区域认知的横向拓展【核心素养】强化学生对区域地理特征的理解。能够精准确认与科学表达热带沙漠气候区的自然地理特征、沙特在中东地缘格局中的核心区位以及其强烈的社会经济需求，同时能够准确认知南极冰盖、冰架的空间分布格局与气候演化趋势，实现两个“异质”空间区域的同框比较和功能嫁接。（四）地理实践力的任务驱动【核心素养】依托项目式学习任务，引导学生以小组为单位，开展信息收集、数据分析、方案设计、成果汇报等探究活动。提升学生从官方机构报告（如世界气象组织、沙特水务局网站）、权威智库报告及学术文献中提取有效信息的能力。培养学生调查评价、模型方案设计和公众表达交流的能力。五、教学重难点（一）教学重点【重要】【高频考点】沙特阿拉伯淡水资源面临的主要压力成因及常规的供水技术手段（特别是海水淡化、废水回收的高新科技）。南极淡水资源的储量、性质、分布及其作为“全球最大淡水储库”的战略价值。系统比较“常规水资源利用模式”与“调水设想”在工程经济及环保风险之间的差异和评价。（二）教学难点【重要】【难点】【高频考点】在真实情境中独立构建多维度可行性分析的系统分析模型。对工程技术保障与环境冲击、国际法限制三者之间的综合整饬，最终做出科学审慎、证据充足、符合时代和地缘要求的个人评判或小组团结论。六、教学策略与教学资源（一）教学策略设计【重要】【思维方法】本课秉持探究式与项目式学习融合的教学策略。采用“PBL+案例研究”双驱动的课堂形态。教学伊始设置真实的全球挑战情境，引导学生自发思考“对于沙特国民，什么样的水才是我能够稳定接受的”；教师作为“指导专家”或“高级顾问”，在关键节点提供认知支架。整堂课由“驱动性问题——知识建构——实验论证——构建可行性报告框架——专家听证环节——总结提升”六大环节有机组成。此外，适当运用“体验式教学法”，让学生尝试用数学模型去测算冰山运送到相关受水区域的成本。在信息化时代背景下，鼓励学生使用官方WRI（世界资源研究所）水风险地图集进行查询，比对热点难点，使结论接受数字化证据链的考验。（二）教学方法与手段【重要】本节课采用多元教学方法与手段相结合的教学模式。教学方法方面，主要有项目式探究法、案例分析法、小组合作学习法、头脑风暴法。在课堂数字化教学中，充分发挥前沿信息技术的辅助作用，引入卫星遥感动态可视图——实时动态追踪冰山A23a的生命周期演变轨迹，展示漂移速度方位以及消融表现；借助实时海水淡化生产成本曲线、冰川漂流模型（MODELS）等，让学生在信息化浪潮中实现自主性深度学习。（三）资源支持清单【重要】本课辅助教学的必备资源工具包括：多媒体交互式教学一体机、南极与中东地区的微缩地形沙盘（3D演示）、人地协作组在线协同白板、各类含关键指标的微图表卡片、世界洋流图高清影像、南太平洋及入赤道海域洋流分布图等。七、教学过程设计第一环节：情境驱动·点燃思维——谁将“拯救”干渴的王国？（一）大情境导入·五感冲击下的未来水世界【基础】教师播放一段精心剪辑的混剪视频，画面A区展示沙特阿拉伯利雅得、吉达等城市宏伟瑰丽的现代化建筑、川流不息的新能源车辆与波光粼粼的波斯湾海水淡化厂的大型膜处理阵列。画面B区急剧切换至连绵延展的鲁卜哈利沙漠，沙丘在灼热的骄阳下热浪蒸腾，画面C区逐渐拉升至太空视角，展示南极冰盖，紧接着画面切换为A23a冰山从巨大冰架断裂崩解、鲸鱼在威德尔海自由游弋的震撼航拍镜头。（二）以新闻为引·抛出“难题”【基础】教师利用2025-2026年的最新科研科考新闻，引用中山大学及中国极地研究中心团队在南极秦岭站附近运用多时相无人机影像技术三维精细测定冰崖崩解过程的最新成果，以及2025—2026年世界最大冰山A23a加速裂解直至“被销号”的媒体头条报道，引导学生细致追踪每一段信息数据，关注作为背景介绍的水资源供需差距——随堂出示相关数据，迅速激发学生的好奇心和求知欲。（三）形成本课驱动性的探究议题【重要】教师板书本节课驱动性问题——“在大航海时代已经过去一百多年后的21世纪，假如我们拥有了极致坚固的新型万吨拖轮，能拥有一项能够操控重物的深海缆索系统，人类是否就可以将全球最大的‘固体淡水储库’——南极洲的冰山肆无忌惮地运往任何缺水地区？如果可以，为什么全球首选的援助对象之中那个最富于的位于阿拉伯半岛的沙漠王国还在不眠不休的投资数以几十亿美金计的主力海水淡化工程？”【基础】宣布班级角色定位：这是一次高级别国际水峰会的预研评估会，各小组代表：南极资源评估专家服务组、沙特供水系统技术方案研究工程队、国际极地法律协调监督组、宏观经济成本核算精英团。【设计意图】本导入环节全方位调动学生的经验储备和心灵感受，在真实情境、价值审视与科学数据的共同作用下，使学生迅速进入教师预设的“角色扮演-系统分析-科学测评”的深度思维状态，避免传统式低效问答和浅尝辄止。第二环节：构建基石·解码核心问题——沙特的水到底从哪儿来？（一）聚焦沙特·干旱中的现代化样板【重要】【热点】教师提供2025—2026年沙特在水资源及全面供水体系建设领域的最新权威数据资源库。学生小组合作：以“国家水务水资源分析师”的角色定位，在教师发布的多媒体数据展示台查阅云端文档库、扫描非涉密的世界银行开放数据、阅读《沙特2030愿景》相关协调的部分章节，快速摸清沙特的水源家底。（二）常规解决方案全景式扫描与认知困境【基础】自然降水层面：学生对应过去50年平均年降水量空间分布数据，归纳沙特年均不足100mm且内陆区多地区多年出现极端零降雨量的残酷事实及分布总体格局，从而清楚地分析区域认知的视觉建立。深层地下水层：了解其中很大比重属于是地质历史时期蓄集、无法以人类周期尺度循环更新的深层“化石水”。渗透领悟：地表淡水几乎无常流水系，河床呈干枯的“旱谷”形态。（三）海水淡化——最具实感的解决方案【重要】【基础】学生整合2025—2026年沙特海水淡化产能的多组数据：沙特最大的反渗透技术海水淡化厂全面投产，日产量高达63万立方米，满足300万人日常用水；朱拜勒新签大型海水淡化项目后续高达60万m3/天，可以增加该地供水体系，该合同耗资高达5.44亿美元-；其余在沙特全境大力推进16座分散式水净化厂，努力使废水再利用率上升到70%等-。【基础】学生探究产生感性及理性密切认知数据：做出量化推演——以固定日常用水人均350升估算，上述新增产能可大体满足数百万新增市民的用水需要。从经济学思维“启动难/后续运营”测算运营成本，学生了解海水淡化综合成本正在逐步从超高处降低，但每吨淡化成本依然约在0.8美元乃至1.5美元之间，高于传统水源很多。在处理能耗方面，我国引入“全球海水淡化行业碳中和”追求等热点补充，做课题研究的扩展认识。【设计意图】以此环节让学生建立沙漠王国客观缺水并且迫切需要拓宽来源的背景。通过对世界各地拥有海水淡化顶尖技术尖端企业的投资版图透视，对常规供水工程技术从科学到伦理的复杂认识。学生们看到该方案虽提供充足淡水但技术及能耗物耗不可回避等后展开可行方案比较的节奏。【基础】学生分组召开“专家研讨会”，各小组用K-W-L问题学习表对沙特的淡水来源状况予以透彻总结，形成每个小组的供给侧原始报告，作为下一步内容展开的支架打底。第三环节：问水南极·解密“固体水库”——空前宝贵的资源、空前脆弱的法律桎梏【基础】（一）从南极洲的地理认同开始，“专家南极资源评估小组”走上讲台展示学习成果。南极洲围绕冰盖自然地理概况展示，资料包括冰盖是占全世界冰川冰最大主体面积以及占总体淡水资源的约72%等等精准背书。巨大的冰雪面将全球绝大多数的固态淡水储存于此。同时，水质极纯净，没有任何工业、重金属及过多可溶性污染物。南极地区周围海岸线经常有冰架崩落形成大量漂移冰山，体量规模极其蔚为壮观。冰山冰体密度要低于海水密度，大约十分之一体积在海平面以上。资源无限优质是对资源的全部肯定。【重要】教师点评穿插展示美国冰雪数据中心等发布的2020年代后期总体冰面物质损失的极地遥感研究，让学生感知在全球变暖大背景下南极地区有可能会逐步释放更多冷封冻淡水，但冰川物质损失平衡却存在巨大差异，让学生辩证地感受本问题资源来源背后的气候演变视阈。（二）南极科考技术延展与主权法律壁垒【【跨学科链接】【重要】各专家小组重点研读《南极条约》体系四大组成以及目前其被国际社会公认的基本构架。内容要点为：根据目前符合《南极条约》体系现有内容，全面冻结各国对南极地区的领土要求的法律立场。南极地区并未被任何公约赋予合法商业开发以及长期资源开采行为。因此，冰山作为土地冰盖延伸部分，它的淡水资源大规模商业调动，存在着相当敏感的地缘政治牵连。尤其对于我国需要持续投入巨大的南极科考研究，以及中国在2025-2026年已经正式将南极活动与环境保护纳入国家法律框架，对于草案内容进行深刻领会，培养学生对国际秩序和国际规则理解的重要性。（三）中国极地科考的前沿力量【【拓展延伸】【重要】展示我国在极地探索和测试中于2025至2026年取得的先进科考硬件成果，例如新一代国产化重型雪地车THT550型大功率牵引车、极地越野性能卓越的“雪豹”6×6轮式载具等自主研发的极地先进装备，研发总思路是满足在更深的南极内陆极端地形实现科考作业的大规模能力-。同理，这些技术基础和大型工程建设优势能作为辅助研究，引导学生思维由向往南极资源开发向遵循国际原则并依靠无与伦比的极地科技实力发展的综合性认知方向聚力。【高频考点】第四环节：思想实验·综合推演——“水之漫长征”：假如我们出发了……（一）寻找目标冰山的“选择机制”与模型【基础】以世界最大冰山评级消失的历程作为本环节反思的总素材，教师幻灯片呈现冰架崩解的冰山形态、分布及潜在挪移情况。学生思考第一个问题，不是所有冰山都可以作为迁移目标物体。能够运行较长距离的冰块需要满足质量安全（避免途中碎化），几何形态（稳定不回转）、目标方向、避免潜在巨大冰山解体风险。而观察到的A23a号冰山主体在漂流至较为暖水的南乔治亚岛附近时，主体在近数周内大规模裂开，面积丢失严重，直到最后残块很小从而“被销号”-。数据证明即使现有技术已经相对发达，也难以保证行进南大洋冰山长距离运输的安全，有很多不确定性。（二）可行性推演：最佳航线论证与国际方案回顾【【思维方法】重要】沿洋流及气象模块的海洋水文地理坐标，让学生凭借南半球西风漂流区域的风浪数据乃至进入低纬度阳光高辐射变暖因素进一步分析物体送递沙特水域所需要的自然能量约束和挑战。冰山运送设想技术路径如下：使用特制高吸水纤维复合涂层或特制隔热盾手段为冰山抗融，但这一措施在热带水域水温超过盛夏温度25℃以上的情形下效果不太理想，部分提议表明巨量海水加热效应可能反作用于冰体底部裂解、放大应力。目前的工程学方案仍多停留在流体力学和结构材料科学结合仿真改良界面上。归纳出的结果即为运送成功率暂时低位以及成本数据虚高，周期长等客观现实。（三）到达之后的后续事宜——开启巨型“铝罐”难题【基础】课堂模拟最后环节，师生着重探讨冰山运抵目标港口之后面临的融化和淡水采集问题，综合国外提出的设想方案。利用港湾遮蔽条件，将冰体牵引至浅水或者人工泻湖水域，调动已经建成的抽取系统，引导海淡混合引水到地面储水设备之后再抽送至居民管网。此设想中存在大量应对难题，包括配套昂贵水利设施、难以估算的沉淀泥沙带来的一系列淤积问题、涉及多海港城市对大型目标靠港时的安全风险判断、造成水资源重新分配等社会公平争论。多角度思考，推进学生全面分析最终的规划设计方案。第五环节：听证与质疑——理想国与“成本之墙”【基础】终极挑战逐步总结深化：举办一次关于是否执行“世纪南极引水”方案的听证会，分为支持论证方与质疑否决方进行学术辩论。支持组论点：在石油财富时代，全球气温加速提高的态势下，南极冰川崩裂日益显现，因势利导地驯服高融化几率状态的块状冰块，经过快速保护航运，送达所需国家地区，是大幅引领挽救人类的远距离水利事业。反对组议题：法律主体障碍仍不透明——尚未建立极地区域超大型非生物淡水产出的获取国际法权限挑战。技术可行性前瞻仍然极具不可量化特性，大规模跨海实施经济效益不明确，非常严重的人工南极科技冰盖设施干预等或将极大概率导致不可预计局部气候物理环节紊乱。低碳、遵循契约与生态优先权利原则面前，常规的海水淡化已经获得国家地区大面积采用，提高产能并注重能源绿色化更具有根本治理之意义。【基础】教师在充分辩驳后进行评鉴，帮助师生取长补短。归纳本课可调南极冰山的全部可能性线索，同时对为何最终学科结题思维仍然定位于积极保护、谨慎尝试、着眼于寻找更多可靠条件的综合解决路径这一意图予以明确，学生推理性判断与表达力优化提高。第六环节：课堂小结与拓展作业布置（一）建构思维综合导图及全课宏观推演【重要】教师整理并板书本课研讨综合图谱。从真实困扰（沙特饮水）→脆弱现状与条件（极度干旱、经济富足却存在非常规水技术下高成本）→极度想象力方案产生的科学逻辑推演（跨区域地质转运-综合成本-工程复杂程度-最终多学科维度评判）→系统可行性结论（自然、经济、技术以及国际法诸多协同因素的全面综合效应）。（二）现场问卷，捕获目标核心素养【基础】【核心素养】检测会以“留给后代关于这个议题的遗产”的献计献策方式，要求学生思考提交最后一轮整体判断。学生可提出对其知识框架补充纠偏的评价，增强课程结论的形成源自学生头脑风暴思考，教师辅助进行，并不转移师生自身的评估主体职能。（三）分层作业，逐级参与【重要】作业环节体现出“根植基础知识、开拓跨学科深度、引导全球格局站位”三大培养走向。基础类作业：阅读教师提供的推送摘要，体系化速记本节课课堂笔记，独立在作业本上绘制沙特的供水途径和综合性策略的概要思维结构。拓展拔高类作业（两选一）：（1）从经济学角度出发建立冰山拖运基本报价清单，通过海水淡化平均成本对比，侧面推算拖运十亿吨南极冰山为沙特供水的资金缺口有多庞大，撰写一份某跨国集团的战略级建议书。（2）检索一份有关我国的《南极活动与环境保护法（草案）》送审稿核心内容，并结合南极“全人类的财富”“保存无污染净土”等观点，撰述约500字短文，说出今日中国视野下应有的国家极地保护法制观念。八、教学评价设计教学评价聚焦本课推动核心素养达成程度，采用形成性评价及总结评价动态穿插的方法，针对四类培养方向量身打造目标考评指标。人地协调观评价标准：学生能否觉察并理解人类淡水需求与抗自然承载力间存有的冲突态势，并开始主动构建应当依法保护南极整体生态完整性，拥护人类环境保护共同福祉的核心