6.4 地理信息技术在防灾减灾中的应用（AI智学·情境教学设计）地理人教版必修一（江苏专用）

第六章 自然灾害 第四节 地理信息技术在防灾减灾中的应用（教学设计） 年级 高一年级 科目 地理 课题 地理信息技术在防灾减灾中的应用 课时安排 1课时 教材分析 本节是人教版高中地理必修第一册第六章"自然灾害"的第四节，也是全章的收束。前三节分别学习了气象灾害、地质灾害的成因与防灾减灾的手段，本节引入"3S技术"这一现代化技术手段，展示科学技术在防灾减灾全流程中的赋能作用。教材主要介绍遥感（RS）、全球卫星导航系统（GNSS）、地理信息系统（GIS）的基本功能及其在防灾减灾中的应用。课件以郑州"7·20"特大暴雨与甘肃积石山6.2级地震"双灾并现"为情境主线，按主情境导入（双灾并现，科技破局）—遥感（RS）灾害的"千里眼"—全球卫星导航系统（GNSS）救援的"定位针"—地理信息系统（GIS）调度的"智慧脑"—迁移应用（家乡灾害的"智慧防线"）推进。通过高分六号、高分七号卫星影像解读、北斗短报文求救、GIS图层叠加调度救援等真实案例，帮助学生建立"技术功能—灾害场景"的对应关系，理解3S技术协同运行的逻辑，并结合我国自主研发的北斗、高分卫星的应用成果，增强民族自豪感和科技报国意识。 学情分析 知识储备：学生已了解主要自然灾害的成因、危害及防灾减灾的基本手段，对手机导航、卫星云图等生活中3S技术的应用有感性体验，但对RS、GNSS、GIS三大技术的概念、原理与功能差异缺乏系统认知，容易混淆。能力储备：高一学生具备一定的读图能力和材料分析能力，对卫星影像、风险地图等可视化材料兴趣浓厚，但从"技术功能"到"灾害应用场景"的匹配能力较弱，需要借助双案例对比与任务驱动搭建支架。情感态度：学生对北斗短报文求救、卫星过境成像等科技话题有强烈好奇心，对我国自主研发的北斗、高分卫星怀有民族自豪感，是激发科技报国志向、落实人地协调观的绝佳契机。 教学目标 1.课程标准：运用资料，说明常见自然灾害的成因，了解避灾、防灾的措施；结合实例，了解地理信息技术在自然灾害预测、监测和预警中的作用。 2.核心素养导向教学目标：人地协调观：通过地理信息技术赋能防灾减灾的真实案例，认识到人类可借助科学技术顺应自然规律、降低灾害损失，树立"尊重自然、科技赋能"的人地协调观念；结合我国自主研发的北斗、高分卫星的应用成果，增强民族自豪感和科技报国意识。综合思维：能够从灾前预警—灾中救援—灾后评估全链条，分析3S技术的功能差异与协同运行逻辑，形成"多技术联动解决复杂灾害问题"的综合分析能力。区域认知：对比河南郑州（东部季风区、洪涝灾害）与甘肃积石山（西北高原边缘、地震灾害）的区域特征差异，归纳不同区域、不同类型灾害中3S技术的应用侧重点，强化对区域灾害风险的认知。地理实践力：能够结合本地常见灾害类型，设计一套基于3S技术的防灾减灾全流程方案；能准确识别生活中的3S技术应用场景。 教学重难点 重点：①遥感、全球卫星导航系统、地理信息系统的核心功能；②3S技术在灾前预警、灾中救援、灾后评估中的具体应用；③3S技术的协同运行逻辑。难点：①辨析遥感与全球卫星导航系统"面"与"点"的功能差异，准确匹配技术与应用场景；②理解地理信息系统"图层叠加""空间分析"的工作原理；③迁移运用3S技术，结合本地实际设计防灾减灾全流程方案。 教学方法 情境贯穿法：以郑州"7·20"特大暴雨与积石山6.2级地震"双灾并现"为全课情境主线，用"千里眼—定位针—智慧脑—智慧防线"串联3S技术的学习与应用。案例分析法：深度剖析高分六号、七号卫星影像对比、北斗短报文求救、GIS整合12类数据调度救援等真实案例，将抽象技术具体化。图示分析法：借助卫星影像对比图、北斗救援链路图、图层叠加示意图、3S协同关系图，将技术原理可视化。问题链导学法：围绕"如何快速摸清受灾范围—如何精准定位被困人员—如何科学调度救援力量"设计递进问题链。小组合作探究法：组织学生解密"千里眼""定位针""智慧脑"、设计家乡"智慧防线"方案，培养合作探究与知识迁移能力。 教学过程——教学内容 教师活动 设计思路 问题导入：双灾并现，科技破局 案例一：2021年河南郑州"7·20"特大暴雨——东部季风区，极端强降水导致严重城市内涝，交通瘫痪，通讯受阻。 案例二：2023年甘肃积石山6.2级地震——西北高原边缘，地形复杂，突发性强，房屋倒塌严重，道路损毁。 核心驱动问题：从灾前预警到灾后重建，3S技术如何成为防灾减灾的"智慧大脑"？ 【课件呈现】展示郑州暴雨与积石山地震两组真实灾害画面与区域特征对比。 【教师讲述】面对不同区域、不同类型的极端自然灾害，传统的防灾减灾手段往往面临"看不清、找不到、调不准"的困境。 【设问】面对郑州暴雨的汪洋，如何快速摸清受灾范围？面对积石山地震的废墟与断联，如何精准定位被困人员？面对海量灾情信息，如何科学调度救援力量并评估损失？ 【教师引导】破局的关键正是遥感（RS）、全球卫星导航系统（GNSS）、地理信息系统（GIS）三大技术。 以"双灾并现"的区域差异对比导入，用"看不清、找不到、调不准"三重困境制造认知冲突，以三连问引出三大技术与核心驱动问题，明确情境主线。 第一部分 分情境一：遥感（RS）——灾害的"千里眼" 高分六号"天眼"俯瞰郑州：暴雨前城区水体集中在河流湖泊，暴雨后大片城区被暗色水体覆盖。 高分七号"立体透视"积石山：震前房屋排列整齐，震后呈现不规则废墟形态，道路被滑坡体阻断。 数据支撑：高分卫星年均支持100+次灾害应急响应。 【影像解读】展示高分六号郑州暴雨前后影像对比：水体面积急剧扩大；展示高分七号积石山震前震后房屋对比影像。 【驱动问题】灾害发生后1小时内，应急管理部门就能拿到大范围的受灾影像，靠的是什么技术？为什么人工排查做不到这么快？ 【对比分析】人工排查受限于交通中断、恶劣天气、次生灾害风险；遥感"站得高、看得远、不受地面条件限制"。 用"暴雨前后""震前震后"双案例影像对比直观呈现遥感的"看灾"能力，用国产高分卫星的数据渗透科技自信，以与人工排查的困境对比引出技术优势。 RS深度探究：从灾前预警到灾中识别 灾前"未卜先知"：郑州暴雨前3天，风云系列气象卫星持续监测副热带高压边缘强降水云系移动趋势，提前发布多轮暴雨红色预警。 灾中"神速圈地"：积石山地震后遥感卫星迅速过境，对比震前震后影像，快速圈定1200平方公里核心受灾范围。 原理：遥感通过传感器记录地物反射或辐射电磁波的差异，不同受损程度的建筑物呈现不同光谱特征。 【案例深化】讲解风云气象卫星监测云系、为人员转移争取时间的灾前预警价值。 【设问】遥感不仅能"看灾"，更能"防灾"——它为什么能未卜先知？ 【原理剖析】结合示意图讲解：传感器接收电磁波→信息处理与分析→防灾减灾应用。 【归纳】遥感通过光谱差异识别地物变化，实现从"灾后响应"向"灾前防范"的跨越。 用"未卜先知"与"神速圈地"两个案例覆盖灾前、灾中两个环节，通过电磁波原理剖析突破"遥感为什么能看灾"的理解难点，落实综合思维。 RS小组探究与知识总结 核心功能：获取地表影像（传感器远距离感知）；大范围动态监测（周期性、连续性观测）。 防灾应用：灾前预警（监测台风云系、暴雨云团、山体微小形变）；灾中快速识别（受灾范围、道路损毁、堰塞湖形成）；灾后动态监测（恢复情况、次生灾害）。 【小组合作探究】解密"千里眼"：①遥感除了灾中识别受灾范围，能不能用于灾前预警？请结合案例说明。②与人工排查相比，遥感在灾害监测中有哪些不可替代的优势？ 【师生共同提炼】用知识结构图总结遥感的核心功能与防灾减灾三大应用场景。 以探究问题驱动学生自主归纳，将案例经验上升为"功能—场景"知识结构，训练归纳表达能力。 第二部分 分情境二：全球卫星导航系统（GNSS）——救援的"定位针" 郑州暴雨中的北斗奇迹：部分区域基站断电，被困群众通过具备北斗短报文功能的手机，成功发送带有精准经纬度坐标的求救信号。 积石山废墟上的"不迷路"救援：救援人员手持北斗终端，精准导航并实时上报受灾点位置。 【情境导入】展示北斗短报文求救与救援终端导航两个真实场景。 【驱动问题】郑州暴雨时部分区域通讯中断，被困群众依然能发送位置求救；积石山震区道路损毁严重，救援队不会迷路，靠的是什么技术？ 【核心疑惑】为什么平时的手机导航在没有网络时失效，而北斗终端却能正常工作？卫星导航系统除了"指路"，还能在救灾中发挥什么神奇作用？ 用"断网仍能求救""震区不迷路"两个反常识现象制造强烈悬念，驱动学生探究GNSS的工作机制与独特功能。 GNSS深度探究：灾中"生命坐标"与灾前"毫米级哨兵" 灾中救援：郑州暴雨期间共有1200余起求救信号通过北斗定位发出，指挥中心获取精准坐标后，平均救援时间缩短了42%。 短报文链路：被困者发出短报文+位置→北斗卫星中继传输→指挥中心接收坐标→救援队精准导航直达。 灾前预警：我国在地质灾害高风险区布设1.4万个GNSS位移监测预警点，实现毫米级实时位移监测，预警滑坡、泥石流。 【数据研读】分析"1200余起求救""救援时间缩短42%"背后的技术支撑。 【原理讲解】北斗系统独有的短报文功能，允许用户在没有地面网络的情况下直接通过卫星发送文字和位置信息——"不仅知道我在哪，还能告诉别人我在哪"。 【图示讲解】沿救援链路图梳理短报文协同流程；介绍毫米级位移监测"哨兵"，说明GNSS在灾前地质灾害预警中的独特价值。 用真实数据感受技术效能，用救援链路图突破"短报文如何工作"的难点，用位移监测案例拓宽对GNSS"只会指路"的认知误区，渗透科技报国意识。 GNSS小组探究与知识总结 功能辨析：RS侧重于"面"的监测，获取大范围影像（看清灾区长什么样）；GNSS侧重于"点"的定位，获取精确的三维坐标（知道灾区、人在哪）。 核心功能：精确定位（三维坐标：经度、纬度、海拔）、导航（实时位置和速度信息）、授时（高精度标准时间）。 防灾应用：灾前地壳运动与滑坡、泥石流毫米级位移监测；灾中被困人员发送位置求救（北斗短报文）、救援队伍精准导航与调度。 【小组合作探究】解密"定位针"：①为什么地面通讯中断时，GNSS依然可以正常使用？②GNSS除了定位导航，在防灾减灾中还有哪些应用？ 【对比归纳】引导学生完成RS与GNSS的功能辨析，明确"面"与"点"的差异。 【师生共同提炼】用知识结构图总结GNSS的三大核心功能与防灾减灾应用场景。 通过"面""点"辨析突破RS与GNSS的概念混淆难点，将碎片案例归纳为系统的功能—应用结构，落实综合思维。 第三部分 分情境三：地理信息系统（GIS）——调度的"智慧脑" 郑州暴雨的"风险地图"：GIS生成的城区积水点风险分布图，某导航软件据此向用户实时推送暴雨积水点预警，避免车辆误入深水区。 积石山地震的"损失账本"：GIS受灾损失评估图，不同颜色清晰标明房屋受损程度和道路阻断情况。 【情境导入】展示两张真实GIS地图产品。 【驱动问题】有了遥感（RS）拍下的受灾影像、北斗（GNSS）传回的定位数据，怎么把这些海量、零散的数据整合起来，快速调度救援力量、评估灾害损失？ 【矛盾剖析】数据是孤立的：影像只是图片，坐标只是数字；决策是复杂的：救援需要考虑路通不通、哪里人多、哪里水深。谁来充当这个"超级大脑"进行计算和分析？ 用"风险地图""损失账本"两个可视化产品直观呈现GIS价值，以"数据孤立vs决策复杂"的矛盾引出GIS"超级大脑"的角色定位。 GIS深度探究：灾中调度的"超级算法"与灾后评估的"精准算盘" 灾中调度：郑州暴雨时GIS整合降水数据、积水点分布、人口密度、交通线路、救援队伍位置等12类海量数据，通过图层叠加与空间分析，自动避开积水深、道路断裂区域，为1300余支救援队伍推送最优救援路线。 灾后评估：积石山地震后人工统计需数月，GIS仅用3天完成全震区受损评估；还能结合地质条件，为灾后重建选址（避开断裂带和滑坡易发区）提供科学依据。 【案例深化】结合图层示意图（地形、交通线路、积水点、人口分布、救援队位置）讲解图层叠加与空间分析的过程。 【设问】人工统计数月vs GIS三天，差距的背后是什么？ 【归纳】GIS的核心在于"图层叠加"与"空间分析"，能像人类大脑一样综合多种因素得出最优解；评估结果进一步支撑重建科学选址。 用"五图层叠加"动态演示突破GIS空间分析原理难点，用"数月vs三天""1200平方公里""3天完成评估"等数据对比凸显科技效能，覆盖灾中、灾后两个环节。 GIS小组探究与知识总结 协同逻辑：RS（提供面状影像数据）、GNSS（提供点状空间坐标）→输入→GIS（数据整合、空间分析）→输出→防灾减灾决策方案。 核心功能：数据整合（统一数据库）、空间分析（图层叠加、缓冲区分析）、可视化输出（地图、图表）。 防灾应用：灾前灾害风险区划、应急预案模拟；灾中救援路线规划、物资智能调度；灾后灾害损失快速评估、灾后重建科学选址。 【小组合作探究】解密"智慧脑"：①GIS和RS、GNSS的关系是什么？请画出3S技术的协同关系示意图。②如果要做本地的山洪灾害风险区划，需要往GIS中输入哪些数据图层？ 【师生共同提炼】用知识结构图总结GIS的核心功能与灾前、灾中、灾后应用场景。 通过画协同关系图和风险区划任务，实现从"单个技术"到"技术协同"的思维进阶，突破3S协同逻辑难点。 第四部分 迁移应用：家乡灾害的"智慧防线"与课堂总结 实战任务：定制防灾减灾全流程方案——灾前预警、灾中救援、灾后评估三个环节，必须明确指出每个环节具体使用了哪种技术（RS/GNSS/GIS），并说明其作用。 情境拓展：你的家乡最主要的自然灾害是什么？（北方寒潮、旱灾，西南地区滑坡泥石流，东南沿海台风等） 协同主线：RS/GNSS获取数据→GIS分析输出→支撑全流程防灾减灾。 【任务发布】分组讨论5分钟，结合本地常见灾害类型设计基于3S技术的防灾减灾全流程方案，选派代表展示。注意区分技术应用场景，避免混淆。 【点评归纳】对比不同小组方案，点评技术匹配是否准确。 【课堂总结】师生共同构建知识体系：遥感RS"千里眼"、全球卫星导航系统GNSS"定位针"、地理信息系统GIS"智慧脑"，升华"科技赋能＋尊重自然"的人地协调观。 把3S技术迁移到家乡真实灾害情境，在方案设计中落实区域认知与地理实践力；用协同主线收束全课，实现从技术认知到人地协调观的升华。 课堂演练（依据课件情境编制，建议用时5分钟） 1. 积石山地震发生后，应急管理部门在短时间内获取大范围受灾影像，快速圈定1200平方公里的核心受灾范围。这一过程中运用的技术主要是（　） A. 遥感（RS）　　　　　　　　　　B. 全球卫星导航系统（GNSS） C. 地理信息系统（GIS）　　　　　D. 数字地球 2. 郑州"7·20"暴雨中部分区域通讯中断，被困群众仍能通过手机发送带有精准经纬度坐标的求救信号，主要依托北斗系统的（　） A. 遥感监测功能　　B. 短报文通信功能　　C. 图层叠加功能　　D. 空间分析功能 3. 郑州"7·20"暴雨救援中，GIS系统整合降水、积水点分布、人口密度、交通线路、救援队伍位置等12类数据后，为1300余支救援队伍推送最优救援路线。GIS完成这一决策的核心工作原理是（　） A. 传感器远距离感知地表物体　　B. 卫星中继传输求救信号 C. 图层叠加与空间分析　　　　　D. 提供高精度标准时间 【答案】1.A　2.B　3.C 【详解】1.快速获取大范围受灾影像、圈定受灾范围，是遥感"获取地表影像、大范围动态监测"的核心功能，A正确；GNSS侧重"点"的定位，GIS侧重数据的整合分析。2.北斗系统独有的短报文功能，允许用户在没有地面网络的情况下直接通过卫星发送文字和位置信息，B正确；遥感监测、图层叠加、空间分析分别属于RS和GIS的功能。3.GIS的核心在于数据整合与空间分析，通过图层叠加综合考虑多种因素得出最优解，C正确；A是RS的原理，B是GNSS短报文的传输环节，D是GNSS的授时功能。 板书设计 第四节 地理信息技术在防灾减灾中的应用 一、遥感（RS）——灾害的"千里眼" 　核心功能：获取地表影像、大范围动态监测 　应用：灾前预警（云系、形变）／灾中识别（受灾范围、堰塞湖）／灾后监测（恢复、次生灾害） 二、全球卫星导航系统（GNSS）——救援的"定位针" 　核心功能：定位（三维坐标）、导航、授时（北斗独有短报文） 　应用：灾中求救与导航调度／灾前滑坡、泥石流毫米级位移监测 三、地理信息系统（GIS）——调度的"智慧脑" 　核心功能：数据整合、空间分析（图层叠加）、可视化输出 　应用：灾前风险区划／灾中救援调度／灾后损失评估与重建选址 四、协同逻辑：RS（面状影像）＋GNSS（点状坐标）→GIS分析输出→支撑全流程防灾减灾 教学反思 本节课以郑州"7·20"特大暴雨与积石山6.2级地震"双灾并现"为情境主线，用"千里眼—定位针—智慧脑"的拟人化比喻串联RS、GNSS、GIS三大技术，情境真实、线索清晰。高分卫星震前震后影像对比、北斗短报文求救、GIS为1300余支救援队伍规划最优路线等真实案例，将抽象的技术原理具体化，学生易于建立"技术功能—灾害场景"的对应关系；每个技术板块均设置驱动问题与小组探究，RS与GNSS"面""点"辨析有效突破了概念混淆的难点；家乡"智慧防线"方案设计实现了知识迁移，北斗、高分卫星的国产科技案例自然渗透了民族自豪感与科技报国意识。不足在于：三大技术的底层原理（电磁波感知、空间分析算法）较为抽象，部分基础薄弱的学生理解吃力，后续可增加动画演示或模拟软件辅助；方案设计环节课堂时间有限，展示点评不够充分，可延伸为课后完善作业，进一步落实地理实践力。 作业设计 1.基础巩固：完成配套练习本节习题；用表格梳理遥感（RS）、全球卫星导航系统（GNSS）、地理信息系统（GIS）三大技术的核心功能及其在灾前预警、灾中救援、灾后评估中的对应应用。 2.地理实践：查阅资料，了解我国北斗系统在防灾减灾中的最新应用成果，写一篇200字左右的科普短文，在全班交流展示。 学科网（北京）股份有限公司 $