高中地理信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計案例摘要本設(shè)計以“城市熱島效應(yīng)”為主題，融合地理信息技術(shù)（GIS）與高中地理核心素養(yǎng)，通過“情境導(dǎo)入—理論鋪墊—數(shù)據(jù)處理—空間分析—探究討論”的流程，引導(dǎo)學(xué)生運用GIS工具探究熱島效應(yīng)的空間分布規(guī)律及成因。設(shè)計注重地理實踐力的培養(yǎng)（GIS操作技能）、綜合思維的提升（多要素因果分析）及人地協(xié)調(diào)觀的滲透（緩解熱島效應(yīng)的對策），實現(xiàn)“技術(shù)支撐—問題解決—素養(yǎng)落地”的教學(xué)目標(biāo)。一、教學(xué)背景1.課程標(biāo)準依據(jù)《普通高中地理課程標(biāo)準（2017年版2020年修訂）》要求：“結(jié)合實例，了解地理信息技術(shù)（GIS）在資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、城市管理等領(lǐng)域的應(yīng)用”；“運用地理信息技術(shù)，分析區(qū)域環(huán)境問題的成因及解決對策”。2.學(xué)生認知基礎(chǔ)高中學(xué)生已掌握“城市熱島效應(yīng)”的基本概念（必修1“大氣受熱過程”），具備一定的邏輯思維能力，但對“用GIS分析地理問題”的經(jīng)驗不足，需通過具象化操作（如數(shù)據(jù)導(dǎo)入、專題圖制作）降低技術(shù)門檻。3.技術(shù)環(huán)境支持二、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能（1）掌握GIS的基本操作（數(shù)據(jù)導(dǎo)入、屬性表關(guān)聯(lián)、空間分析、專題圖制作）；（2）理解城市熱島效應(yīng)的空間分布特征及主要成因（如土地利用類型、人口密度、建筑密度）。2.過程與方法（1）通過“數(shù)據(jù)處理—空間分析—結(jié)論推導(dǎo)”的探究流程，提高地理數(shù)據(jù)解讀能力；（2）通過小組合作，提升團隊協(xié)作與問題解決能力。3.情感態(tài)度與價值觀（1）感受GIS技術(shù)在地理問題解決中的價值，增強地理信息技術(shù)應(yīng)用意識；（2）通過分析熱島效應(yīng)的影響，樹立人地協(xié)調(diào)觀（如提出緩解熱島效應(yīng)的合理建議）。三、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點（1）GIS在城市熱島效應(yīng)分析中的具體應(yīng)用（如熱力圖制作、緩沖區(qū)分析）；（2）熱島效應(yīng)的空間分布規(guī)律及成因分析。2.教學(xué)難點（1）GIS數(shù)據(jù)的整合與處理（如氣溫數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)）；（2）從“空間現(xiàn)象”到“因果邏輯”的推導(dǎo)（如熱島高值區(qū)與商業(yè)用地的相關(guān)性）。四、教學(xué)方法探究式教學(xué)：以“熱島效應(yīng)的空間特征”為問題導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生通過GIS操作自主探究；合作學(xué)習(xí)：4-5人一組，分工完成“數(shù)據(jù)導(dǎo)入—屬性分析—專題圖制作—報告撰寫”；案例教學(xué)：以當(dāng)?shù)爻鞘校ㄈ鐚W(xué)生所在市）為案例，增強情境真實性。五、教學(xué)過程設(shè)計（共1課時，45分鐘）環(huán)節(jié)1：情境導(dǎo)入——問題激發(fā)（5分鐘）教學(xué)活動：展示兩組數(shù)據(jù)：（1）某城市夏季某日14:00氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)（市中心35℃，郊區(qū)28℃）；（2）衛(wèi)星遙感影像（市中心呈紅色高溫區(qū)，郊區(qū)呈綠色低溫區(qū)）。提出問題：“為什么市中心氣溫比郊區(qū)高？這種‘熱島效應(yīng)’的空間分布有什么規(guī)律？我們可以用什么技術(shù)分析？”設(shè)計意圖：用真實數(shù)據(jù)引發(fā)認知沖突，引出“GIS分析”的主題，激發(fā)探究興趣。環(huán)節(jié)2：理論鋪墊——知識準備（10分鐘）教學(xué)活動：1.復(fù)習(xí)“城市熱島效應(yīng)”概念：城市中心氣溫高于郊區(qū)的現(xiàn)象，主要由人工熱源、建筑物密集、綠地減少等因素導(dǎo)致。2.介紹GIS的核心功能：空間數(shù)據(jù)管理（導(dǎo)入shp、csv等格式數(shù)據(jù)）、空間分析（緩沖區(qū)、疊加分析）、可視化表達（專題圖、熱力圖）。3.展示本節(jié)課數(shù)據(jù)：氣溫數(shù)據(jù)：某城市20個監(jiān)測點的夏季平均氣溫（csv格式，含經(jīng)度、緯度、氣溫值）；土地利用數(shù)據(jù)：該城市土地利用類型圖（shp格式，分為商業(yè)用地、residential用地、綠地、工業(yè)用地）。設(shè)計意圖：銜接已有知識與新技能，明確探究所需的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。環(huán)節(jié)3：實踐操作——GIS分析（20分鐘）教學(xué)活動：教師演示+學(xué)生分組操作（以QGIS為例），步驟如下：1.數(shù)據(jù)導(dǎo)入：導(dǎo)入土地利用shp文件（“Layer”→“AddLayer”→“AddVectorLayer”）；導(dǎo)入氣溫csv數(shù)據(jù)（“Layer”→“AddLayer”→“AddDelimitedTextLayer”，選擇經(jīng)緯度字段作為空間坐標(biāo)）。2.數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：將氣溫監(jiān)測點數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)進行空間關(guān)聯(lián)（“Vector”→“DataManagementTools”→“JoinAttributesbyLocation”），獲取每個監(jiān)測點所在的土地利用類型。3.空間分析：制作氣溫?zé)崃D（“Raster”→“Interpolation”→“IDWInterpolation”，用氣溫值作為插值變量），直觀展示熱島效應(yīng)的空間分布；進行緩沖區(qū)分析（“Vector”→“GeoprocessingTools”→“Buffer”）：以商業(yè)用地邊界為基準，創(chuàng)建500米緩沖區(qū)，分析緩沖區(qū)內(nèi)地溫與非緩沖區(qū)的差異。4.可視化表達：調(diào)整熱力圖的顏色梯度（如紅色表示高溫，藍色表示低溫）；添加圖例、比例尺、標(biāo)題，導(dǎo)出專題圖（“Project”→“ExportMap”）。設(shè)計意圖：通過分步操作，讓學(xué)生掌握GIS的核心功能，實現(xiàn)“技術(shù)與地理問題”的對接。環(huán)節(jié)4：探究討論——結(jié)論推導(dǎo)（8分鐘）教學(xué)活動：每組展示制作的“氣溫?zé)崃D”及“緩沖區(qū)分析結(jié)果”，圍繞以下問題展開討論：1.熱島效應(yīng)的高值區(qū)主要分布在城市的哪個部位？（如市中心商業(yè)用地、交通樞紐）2.不同土地利用類型的氣溫差異是什么？（如商業(yè)用地＞residential用地＞綠地）3.為什么商業(yè)用地的氣溫更高？（提示：人工熱源多、建筑物密集、綠地少）4.緩沖區(qū)分析的結(jié)果說明什么？（如商業(yè)用地周邊500米內(nèi)氣溫顯著高于其他區(qū)域）教師總結(jié)：熱島效應(yīng)的空間分布與土地利用類型密切相關(guān)，商業(yè)、residential等人工用地是熱島的主要貢獻者。環(huán)節(jié)5：總結(jié)提升——素養(yǎng)落地（2分鐘）教學(xué)活動：1.梳理GIS在熱島效應(yīng)分析中的作用：空間可視化（直觀展示熱島分布）、空間關(guān)聯(lián)（揭示成因）、模擬預(yù)測（如模擬增加綠地后的降溫效果）。2.拓展問題：“如果你是城市規(guī)劃師，如何用GIS緩解熱島效應(yīng)？”（如增加綠地緩沖區(qū)、調(diào)整建筑布局）。設(shè)計意圖：從“技術(shù)應(yīng)用”上升到“問題解決”，滲透人地協(xié)調(diào)觀。六、評價設(shè)計采用多元化評價體系，兼顧過程與結(jié)果：1.過程性評價（40%）小組合作表現(xiàn)（15%）：分工合理性、參與度；GIS操作技能（25%）：數(shù)據(jù)導(dǎo)入準確性、專題圖制作規(guī)范性（參考rubric量表）。2.結(jié)果性評價（50%）分析報告（30%）：包括熱島分布特征、成因分析、對策建議（要求邏輯清晰，結(jié)合GIS結(jié)果）；專題圖質(zhì)量（20%）：顏色搭配、圖例完整性、信息傳達有效性。3.情感態(tài)度評價（10%）課堂參與度（5%）：提問、討論的積極性；環(huán)保意識（5%）：對策建議的合理性（如關(guān)注綠地、低碳生活）。七、教學(xué)反思1.成功之處情境真實：以當(dāng)?shù)爻鞘袨榘咐?，學(xué)生參與度高；技術(shù)融合：GIS操作與地理問題緊密結(jié)合，避免“為技術(shù)而技術(shù)”；素養(yǎng)落地：通過“探究—討論—總結(jié)”，實現(xiàn)綜合思維與地理實踐力的培養(yǎng)。2.改進方向技術(shù)門檻：部分學(xué)生對GIS操作不熟練，可提前發(fā)放操作指南（含截圖），或用在線GIS工具（如MapBox）簡化操作；數(shù)據(jù)簡化：若數(shù)據(jù)量過大，可篩選重點監(jiān)測點（如10個），降低處理難度；時間控制：探究討論環(huán)節(jié)易超時，需提前設(shè)置時間節(jié)點（如每組發(fā)言2分鐘）。八、附錄（資源推薦）1.數(shù)據(jù)來源：氣溫數(shù)據(jù)：中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（免費獲取城市逐小時氣溫）；土地利用數(shù)據(jù)：地理空間數(shù)據(jù)云（提供全國1:10萬土地利用數(shù)據(jù)）。2.軟件推薦：QGIS（免費開源，適合高中教學(xué)）；Ar