4.2地理信息技术的应用 教学设计 2026-2027学年高中地理中图版必修一

该高中地理教学设计聚焦地理信息技术的应用，以包兰铁路沙坡头段流动沙丘问题为情境导入，通过探究沙丘形态与移动规律，梳理遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统的技术特点及相互关系。 以真实问题驱动学习，融合无人机遥感影像分析、GNSS精准测量、GIS图层叠加等实践活动，辅以卫星定位原理视频、三维影像图及思维导图。通过综合思维整合技术应用，地理实践力在任务操作中提升，人地协调观体现在防沙林体系案例中，助力学生形成科学思维，为教师提供情境化教学范例。

地理信息技术的应用 教学设计 课程基本信息 学科 地理 年级 高一 学期 秋季 课题 地理信息技术的应用 教科书 书 名：高中地理必修第一册教材 出版社：中国地图出版社 教学目标 1.学生能够认识遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统的技术特点和相互关系。（综合思维） 2.学生能够了解遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统在自然地理问题研究中的具体应用。（综合思维、地理实践力） 3.学生能够使用遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统等技术，对地貌、植被等深入观察，并设计实验，进行简要解释。（综合思维、地理实践力） 4.学生能够通过实例，增强学生的民族自豪感、文化自信，树立正确的科学观和人地协调观。（人地协调观） 教学重难点 教学重点：通过探究典型流动沙丘的形态特征和移动规律，了解地理信息技术的应用。 教学难点：认识遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统的技术特点、相互关系和具体应用。 教学过程 【创设真境】 展示：包兰铁路的位置和走向 师：上世纪五十年代，在包兰铁路建设之初，曾有一些国外专家预言：“包兰铁路中卫沙坡头段……用不了30 年将不复存在。”同学们，对此你们有什么疑惑？ 生：观察情境，感知思考。 师：是的，我也有这样的疑惑——为什么30 年就不复存在了？包兰铁路受到了什么威胁？包兰铁路现在还正常运行吗？…… 【理解概括】 师：通过阅读地图，我们发现包兰铁路中卫沙坡头段位于腾格里沙漠的南部边缘，铁路可能受到沙漠的掩埋。沙漠的移动实际上就是沙丘在流动，能够移动的沙丘就叫流动沙丘。看来，流动沙丘可能会带来很大的危害。于是，我和我们组的老师们一起去沙坡头，想一探究竟。大家跟着我们出发吧！ 播放：跟着我们出发吧 师：当我们的车在包兰铁路沙坡头段附近的石子路上向沙漠挺进不远，就无法前行了， 只好下车步行前往。 展示：石子路上的照片 师：同学们，是谁阻挡了我们车行的道路？ 生：沙子/流动的沙子/流动沙丘。 师：的确，是流动沙丘。流动沙丘是什么样子？如何移动的？要想研究这些自然地理问题，得有个研究对象。在茫茫沙漠中，如何快速找到一个典型的流动沙丘呢？ 生：思考、回答。 展示：操作无人机航拍 师：有同学想到了无人机，我们确实使用的是无人机。无人机在空中遥远的感知地面物体的技术，便是遥感技术，属于一种地理信息技术。今天我们就一起：《以探究典型流动沙丘为例，了解地理信息技术的应用》。 展示：课题 师：这节课的学习重点有三个方面：1.遥感及其应用；2.全球导航卫星系统及其应用；3.地理信息系统及其应用。 【分析综合】 一、遥感技术 师：在沙漠中，流动沙丘也有多种形态。同学们观察一下，我们用无人机遥感技术拍摄到的沙丘是什么形态呢？ 展示：无人机遥感影像 生：思考、回答。 师：描述的很形象，新月形沙丘。遥感技术是指什么呢？遥感技术是指应用探测仪器，不与探测目标近距离接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示目标的特征和变化的综合性探测技术，简写为RS。将探测仪器搭载在无人机上属于航空遥感，除此之外还有将探测仪器搭载在卫星的航天遥感。 师：目前，我国有数百颗遥感卫星在天上俯瞰山河大地，比如，中国高分多模系列遥感卫星。请同学们快速阅读文字，传统实地调查法有肉眼看、嘴巴问、尺子量等等。与这些传统实地调查等手段相比，遥感技术有哪些优点呢？ 生：思考、回答。 师：同学们总结的很全面，遥感技术的优点有探测范围更广、获取信息量大、实时动态监测等等。 师：遥感卫星在几百千米的高空是如何获得地物信息呢？它的火眼金睛是什么？ 生：思考、回答。 展示：卫星遥感技术原理示意 师：是的，这种特殊设备就是传感器。卫星传感器获取地面物体反射或辐射的电磁波信息，并记录下来、传送到地面接收站，经过专业的处理、解译、分析后获得遥感影像，得到应用。 师：无人机遥感影像属于航空橡皮，卫星遥感影像属于卫星影像。 师：遥感影像由成千上万的像元组成。像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元，简称图像分辨率。1 米分辨率指影像上的一个像元表示地面上1 平方米的范围。由此可知，该数值越小，影像显示地表信息细节的能力越强，分辨率就越高。 师：当然，遥感影像也有黑白和彩色之分，彩色影像有真彩色和假彩色之分。 师：下列组图中体现了遥感技术的哪些应用方向呢？ 生：思考、回答。 师：通过对比洞庭湖洪水期的遥感影像变化可以实现对自然灾害（如洪涝灾害）的监测与预警；卫星云图可以对天气变化监测与预报。 师：那我们在腾格里沙漠获得的遥感影像中又能获取到什么样的地理信息呢？让我们一起来完成任务一。 1.在无人机遥感影像中，描绘沙丘的脊线，可以直观地观测到单个沙丘的______；2.在卫星遥感影像中，描绘出沙漠的边界，可以宏观地观测到沙漠的______。 生：自主完成任务，思考并回答。 过渡：遥感技术从宏观上了解了沙漠的空间分布及单个沙丘的形状等；我们还想精确测量沙丘的高度和坡度，需要用什么设备测量呢？ 展示：测量场景图、仪器图 师：我们用到了它，GNSS 的中文意思是什么？ 生：思考、回答。 师：GNSS 代表全球导航卫星系统。让我们了解一下全球导航卫星系统。 二、全球导航卫星系统 师：全球导航卫星系统主要由卫星星座、地面监控系统和信号接收系统三部分组成。我们日常使用的智能手机大多都具有GNSS 信号接受的功能。 展示：手机“卫星伴侣”APP 第一页截图。 师：请大家看手机“卫星伴侣”APP 首页，GNSS 能够提供哪些数据呢？ 生：思考、回答。 师：有经纬度、日期、时间、海拔、速度、速度方位等。全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点，提供全天候的三维坐标、速度、时间信息的导航定位系统。 师：全球导航卫星系统为什么能实时定位导航呢？让我们通过一段视频来了解。 播放：卫星定位原理。 师：看完视频，大家知道至少需要几颗卫星才能实现精准定位吗？ 生：思考、回答。 师：是的，至少需要4 颗卫星。当然参与定位的卫星数量越多，定位精度就越高。展示：手机“卫星伴侣”APP 第二页截图。 师：大家继续看手机“卫星伴侣”APP 第二页，全球有哪些导航卫星系统？ 生：思考、回答。 师：是的，有美国的全球定位系统、俄罗斯的格洛纳斯系统、欧洲的伽利略系统和我国 的北斗导航卫星系统。 展示：停车点+目标沙丘 师：在我们出发去向目标沙丘时，就用到了全球导航卫星系统，用手机APP 在停车点附近记录个位置。目的是什么？ 生：思考、回答。 师：是的，为了定位、导航，有了这个点，我们就有了返回停车点的方向。如果手机没有通信信号，还可以使用我国的北斗导航卫星系统的独有功能——双向收发短信报文，帮助我们在极端环境下或灾害遇险中发出求救信号；及时报告位置及受灾情况。 生：阅读教材。 师：在林业调查方面，全球导航卫星系统可应用于测定森林面积、道路位置、森林火灾位置等林业测量领域。 师：在海洋观测方面，引入全球导航卫星系统技术建立全球定位系统连续运行观测站，用于地壳运动监测、大气和海平面变化监测等领域。 师：在气象观测方面，我国多个地区也已经全面开始应用北斗导航卫星系统，进行区域自动气象站的建设，弥补了原有气象站的不足，用于对风速、风向、雨量、空气温度等十几个气象要素进行全天候现场监测。 师：除此之外，还可以利用北斗导航卫星系统对滑坡变形区及地表位移监测，及时预警地质灾害的发生，减少人员伤亡和财产损失；利用定位项圈追踪云南滇金丝猴等野生动物的活动轨迹。 （过渡）有了全球导航卫星系统的定位、导航、短报文等功能作保障，可以放心地进沙漠去测量了。请大家一起来看看我们是怎么测量的吧。 播放：RTK 测量视频 展示：研究沙丘分布图 师：我们在考察的第一天花了7 个小时测量的两个沙丘，因缺乏经验，测量样点不均匀、不规则。于是，第二天我们重新测量了一个沙丘。 师：让我们一起来看第三个沙丘带回来的部分数据，并完成任务二。 1.根据测量型GNSS 接收机获取的部分地理数据，可读出什么？ 2.根据读出的数据，可以推算出沙丘的哪些地貌特征？ 生：自主完成任务，思考并回答。 播放：沙丘丙全部样点的定位测量数据录屏 （旁白）根据全球导航卫星系统提供的数据，可以进行简单的计算。但是如此复杂的数据，应该有更广泛的应用，数据只有得到应用才能增值。我们可以借助其他什么地理信息技术来完成复杂的计算和分析呢？ 生：思考、回答。 播放：地理信息系统操作过程 （旁白）我们用到了地理信息系统技术。来看看，在专业人员的指导下，我们对这些地理数据的处理过程。 三、地理信息系统 展示：GIS 操作流程关键环节的截图 师：地理信息系统是依靠计算机实现地理信息的收集、处理、储存、分析和应用的系统，简写为GIS。 师：将遥感影像、测量数据等输入地理信息系统中的数据库，通过分析后输出地图、三维模拟等。这便是地理信息系统的原理。可是，地图中涵盖的地理要素非常多，难不成众多地理要素的数据都是混合在一起输入数据库吗? 生：思考、回答。 展示：图层叠加分析 师：当然不是，不同地理要素的地理数据存储在不同的图层中，如河流、植被、水域、交通、土壤、地形等。这些图层可通过位置叠加组合，不同的组合可以形成具有不同应用目的的地图。 师：请同学们完成任务三。探究GIS 图层叠加功能在流动沙丘研究中的应用。 图层叠加 具体应用 沙丘图层 位置、高度、坡度、移动 沙丘图层+_________ 沙丘移动与风向风力之间的关系 沙丘图层+_________+_________ 植被防风固沙的效果 沙丘图层+_________+_________+_________ 如何防护铁路被沙丘掩埋？ 生：合作讨论、完成任务，书写答案并回答。 师：通过沙丘图层与风向图层的叠加，可以探究沙丘移动与风向、风力之间的关系； 通过沙丘图层与风向图层、植被图层的叠加，可以探究植被防风固沙的效果； 通过沙丘图层与风向图层、植被图层、铁路图层的叠加，可以探究如何防护铁路被沙丘掩埋。 这个表格告诉我们，地理信息系统一般可以解决位置分析、趋势研究、模式研究、模拟分析等问题。 展示：沙丘丙三维影像图、沙丘丙二维坡度图 师：通过地理信息系统，我们绘制出了沙丘丙的三维影像图和二维坡度图。三维影像图直观的显示了流动沙丘的形态，二维坡度图则显示了流动沙丘上任一点的具体坡度值，显示了地理信息系统的查询功能。 【论证评析】 师：根据GIS 制作的沙丘二维坡度图，请描述沙丘的坡度特征。 生：思考、回答。 师：描述的很准确，东坡陡西坡缓。能判断出该地的盛行风向吗？ 生：思考、回答。 师：是的，偏西风，盛行风从缓坡一侧吹来。 展示：沙坡头风速风向玫瑰图 师：我们来验证一下，当地冬半年偏西风和偏北风都很强劲。在偏西风和偏北风的吹拂 下，将会发生什么？ 生：思考、回答。 师：是的，在偏西风和偏北风的长时间作用下，沙丘会向东南流动，确实有可能掩埋包兰铁路。难道国外专家的预言真的发生了？ 展示：腾格里沙漠腹地遥感影像（2015 年7 月30 日与2021 年7 月4 日） 师：请看腾格里沙漠腹地的卫星遥感影像，通过2015 年和2021 年遥感影像的对比，能够监测到沙丘？ 生：移动。 展示：腾格里沙漠南缘遥感影像（2015 年7 月30 日与2021 年7 月4 日） 师：我们再看腾格里沙漠南缘的遥感影像，通过2015 年和2021 年遥感影像的对比，能够监测沙漠南部的边界变化？ 生：不明显。 师：是什么阻滞了腾格里沙漠南缘流动沙丘的移动？ 生：思考、回答。 师：我们来看看专家的研究。 展示：本研究的技术路线 师：本研究中运用哪些地理信息技术？ 生：应用遥感技术获取卫星影像；应用全球导航卫星系统测量精确的边界位置；应用地理信息系统输出中卫沙坡头自然保护区土地利用类型变化图。 展示：中卫沙坡头自然保护区土地利用类型变化图 师：研究发现，中卫沙坡头自然保护区中，荒漠、半荒漠面积显著减少，林地、草地、湿地面积增加，起到了防风固沙的作用。 展示：实地考察的五带一体防沙林体系——麦草方格、灌木、灌溉林带图片 师：我们在考察途中，也看到了包兰铁路沙坡头段沿线的灌溉林带、灌木、麦草方格。 展示：地图、中卫沙坡头自然保护区五带一体防沙林体系、实地考察、麦草方格从这里走向世界、从“沙进人退”到“绿进沙退” 师：它们就像一排排卫士般屹立在腾格里沙漠的南缘，构建起了保卫包兰铁路沙坡头段的五带一体防沙林体系。从“沙进人退”到“绿进沙退”，正是对国外专家预言的最好答案。 【总结进阶】 展示：思维导图 总结：今天，我们运用到了遥感、全球导航卫星定位系统获取的地理数据，在地理信息系统的支持下，处理分析后，研究了腾格里沙漠中流动沙丘的形态特征和移动规律这一自然地理问题。如果说遥感是“面”上的地理观测，全球导航卫星系统是“点”上的地理定位，那地理信息系统就是地理空间研究的“思维系统”。 请同学们完成课后作业。 学科网（北京）股份有限公司 $