問題研究：《火星基地的理想形態(tài)與建設(shè)方案》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)內(nèi)容與課標(biāo)要求表1課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求與解讀分析內(nèi)容要求《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》聚焦地理學(xué)科核心素養(yǎng)培育，在“火星基地的理想形態(tài)與建設(shè)方案”這一問題研究中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用地理學(xué)科知識與方法，系統(tǒng)分析火星環(huán)境特征，深入探究人類星際生存的核心條件，重點培養(yǎng)綜合思維、區(qū)域認(rèn)知、人地協(xié)調(diào)觀和地理實踐力四大核心素養(yǎng)。通過對比地球與火星的環(huán)境差異，幫助學(xué)生深刻理解地球作為人類家園的獨特性與稀缺性，強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)意識。同時，本問題研究緊扣高中地理“認(rèn)識宇宙環(huán)境對人類活動的影響”的課程主線，助力學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的宇宙觀與世界觀，提升運(yùn)用地理知識解決復(fù)雜實際問題的能力。二、教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)重難點（一）教學(xué)目標(biāo)人地協(xié)調(diào)觀：引導(dǎo)學(xué)生辯證思考火星環(huán)境改造與人類生存發(fā)展的辯證關(guān)系，認(rèn)識人類活動與星際地理環(huán)境的相互作用規(guī)律，樹立星際探索與可持續(xù)發(fā)展相統(tǒng)一的觀念。綜合思維：系統(tǒng)分析火星大氣、溫度、水資源、地形等自然環(huán)境要素的特征及關(guān)聯(lián)性，綜合評估各要素對人類生存的制約與支撐作用，提出科學(xué)合理的火星環(huán)境改造與基地建設(shè)方案。區(qū)域認(rèn)知：將火星視為特定的地理區(qū)域，精準(zhǔn)把握其不同區(qū)域（如赤道、中緯度、極地）的地形地貌、氣候條件、資源分布等區(qū)域特征，為火星基地選址提供科學(xué)依據(jù)。地理實踐力：通過模擬實驗、資料收集分析、模型設(shè)計、小組協(xié)作探究等活動，提升學(xué)生的實踐操作、團(tuán)隊協(xié)作與問題解決能力。（二）教學(xué)重難點重點：火星自然環(huán)境的核心特征及其對人類生存的影響機(jī)制；火星基地選址的關(guān)鍵地理條件與科學(xué)方案；火星基地建設(shè)中核心技術(shù)的原理與應(yīng)用。難點：綜合運(yùn)用多學(xué)科知識與地理思維，提出兼具科學(xué)性與可行性的火星基地建設(shè)方案；引導(dǎo)學(xué)生深刻認(rèn)識火星探索的長期性、艱巨性，樹立正確的人地協(xié)調(diào)觀與科學(xué)探索觀。三、教學(xué)過程（一）情境導(dǎo)入，激發(fā)興趣教師播放火星表面高清影像資料，展示火星赤道地區(qū)納米布沙丘360度全景、夏普山地貌特征及火星極地干冰冰蓋動態(tài)變化等核心場景。引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致觀察火星地表與地球的顯著差異，提出探究性問題：“火星表面的地形、氣候與地球相比有哪些獨特之處？若要在火星建立人類生存基地，首先需要解決哪些核心問題？”通過直觀影像沖擊與針對性問題引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，自然切入課題。（二）知識鋪墊，構(gòu)建框架火星自然環(huán)境特征分析氣候條件：教師呈現(xiàn)火星氣候詳細(xì)數(shù)據(jù)圖表（含蓋爾隕石坑季節(jié)溫度變化等），引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合火星大氣特征（大氣密度僅為地球的1%，以二氧化碳為主）、地表反射率、公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)規(guī)律等因素，分析火星晝夜溫差極端（夏季白天最高溫可達(dá)21℃，夜晚最低溫降至73℃）的形成原因。通過對比地球氣候的形成機(jī)制與調(diào)控因素，深化學(xué)生對行星氣候影響因素的系統(tǒng)性理解。地形地貌：借助高精度火星地形模型，指導(dǎo)學(xué)生識別火星主要地形單元，包括火山地形（如奧林匹斯山，太陽系最高火山）、峽谷地形（如水手號峽谷，太陽系最大峽谷）、沙丘地貌等。結(jié)合火星探測數(shù)據(jù)，解析火星地形形成的關(guān)鍵地質(zhì)作用（如火山噴發(fā)、風(fēng)力侵蝕、板塊運(yùn)動遺跡等），培養(yǎng)學(xué)生的空間認(rèn)知與地質(zhì)作用分析能力。水資源分布：教師系統(tǒng)介紹火星水資源探測的核心成果，如好奇號火星車在火星土壤中檢測到2%的水分含量、中緯度地區(qū)地表下埋藏大量水冰、極地存在干冰冰蓋等。通過模擬實驗（如加熱火星土壤樣本提取水分），直觀展示火星水資源的開發(fā)潛力，引導(dǎo)學(xué)生初步思考水資源的提取、儲存與循環(huán)利用方案?；鹦腔剡x址的地理條件區(qū)域認(rèn)知訓(xùn)練：將學(xué)生分組，每組聚焦一個火星候選區(qū)域（赤道地區(qū)、中緯度地區(qū)、極地地區(qū)），從氣候適宜性（溫度、光照）、地形平坦度、水資源可獲取性、輻射防護(hù)條件、工程建設(shè)難度等維度，全面分析該區(qū)域作為基地選址的優(yōu)勢與劣勢。例如，赤道地區(qū)光照充足、能量獲取便利，但晝夜溫差極大、沙塵暴頻發(fā)；中緯度地區(qū)水資源（水冰）豐富、地形相對平緩，但仍存在一定晝夜溫差；極地地區(qū)水冰資源儲量大，但溫度極低、光照不足。通過小組討論、資料整合與集中匯報，提升學(xué)生的區(qū)域綜合分析能力。綜合思維培養(yǎng)：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用SWOT分析法，對各候選區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)性評估。以中緯度地區(qū)為例，優(yōu)勢（S）：水資源豐富、地形相對平坦，便于工程建設(shè)與資源開發(fā)；劣勢（W）：晝夜溫差較大，沙塵暴對設(shè)備與生存環(huán)境影響顯著；機(jī)會（O）：可依托豐富水冰資源開展受控生態(tài)生保系統(tǒng)實驗，積累星際生存經(jīng)驗；威脅（T）：頻繁的沙塵天氣易造成設(shè)備磨損、能源供應(yīng)中斷等問題。通過結(jié)構(gòu)化、多維度的分析，培養(yǎng)學(xué)生全面、動態(tài)、辯證的地理思維品質(zhì)。（三）實踐探究，深化理解受控生態(tài)生保系統(tǒng)（CELSS）設(shè)計原理講解：教師詳細(xì)介紹受控生態(tài)生保系統(tǒng)的核心組成與功能機(jī)制，包括乘員艙（提供人類居住、工作的基礎(chǔ)空間）、生物艙（實現(xiàn)植物種植、小型動物養(yǎng)殖，構(gòu)建食物鏈基礎(chǔ)）、生保艙（負(fù)責(zé)空氣凈化、二氧化碳轉(zhuǎn)化、水循環(huán)利用）、資源艙（承擔(dān)能源供應(yīng)、廢物收集與資源化處理）等關(guān)鍵模塊。通過動畫演示系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)過程（如植物光合作用吸收二氧化碳、釋放氧氣，動物呼吸消耗氧氣、產(chǎn)生二氧化碳與糞便，水循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)廢水凈化再利用，廢物處理系統(tǒng)將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為肥料），幫助學(xué)生理解系統(tǒng)自維持的核心原理。模型制作：學(xué)生分組設(shè)計火星基地受控生態(tài)生保系統(tǒng)模型，要求明確包含至少三個核心功能模塊，清晰標(biāo)注物質(zhì)循環(huán)路徑與能量流動方向。例如，部分小組可設(shè)計以藻類光合作用為核心的微型生態(tài)系統(tǒng)，通過LED燈模擬火星光照條件、氣泵實現(xiàn)氣體循環(huán)、專用過濾器完成水質(zhì)凈化，最終實現(xiàn)氧氣自給與廢水再生；另一部分小組可設(shè)計“植物微生物人類”的簡易生態(tài)鏈模型，重點體現(xiàn)食物生產(chǎn)與廢物循環(huán)利用。通過模型設(shè)計、制作與展示，鍛煉學(xué)生的地理工具使用能力、創(chuàng)新思維與實踐操作能力。極端環(huán)境改造技術(shù)探究輻射防護(hù)：教師介紹火星表面的輻射環(huán)境特征，包括太陽粒子爆發(fā)、宇宙射線輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地球等核心問題，引導(dǎo)學(xué)生分組探討輻射防護(hù)的技術(shù)方案。例如，采用加厚聚乙烯復(fù)合材料等特殊艙壁材料阻擋輻射；利用火星土壤或水冰構(gòu)建防護(hù)層；制造等離子場形成輻射屏蔽屏障；優(yōu)化航天員選拔標(biāo)準(zhǔn)，篩選輻射敏感度低的人員等。通過實驗演示（如用蓋革計數(shù)器測量不同材料的輻射屏蔽效果），直觀驗證技術(shù)方案的可行性，深化學(xué)生對極端環(huán)境防護(hù)技術(shù)的理解。沙塵防護(hù)：針對火星頻繁發(fā)生的強(qiáng)沙塵暴問題，學(xué)生分組設(shè)計沙塵防護(hù)與應(yīng)對方案。例如，一組提出采用可折疊充氣式艙體，沙塵暴來臨時收縮艙體并覆蓋高強(qiáng)度防塵罩；另一組建議利用火星本地土壤燒制高強(qiáng)度防塵磚，構(gòu)建地下或半地下基地，減少沙塵直接影響；還有小組設(shè)計智能沙塵預(yù)警系統(tǒng)與設(shè)備自動防護(hù)裝置，降低沙塵對基地設(shè)備的磨損與破壞。通過方案設(shè)計、分享與互評，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、團(tuán)隊協(xié)作精神與創(chuàng)新意識。（四）總結(jié)拓展，提升素養(yǎng)知識總結(jié)：教師引導(dǎo)學(xué)生回顧火星自然環(huán)境核心特征、基地選址的關(guān)鍵地理條件、受控生態(tài)生保系統(tǒng)原理、極端環(huán)境改造技術(shù)等核心知識，通過思維導(dǎo)圖繪制活動，幫助學(xué)生梳理知識點間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)的知識框架，強(qiáng)化記憶與理解。素養(yǎng)提升：結(jié)合火星基地設(shè)計與探究活動，教師針對性點評學(xué)生在人地協(xié)調(diào)觀（如資源節(jié)約利用、生態(tài)保護(hù)意識、尊重火星自然規(guī)律）、綜合思維（如多要素綜合分析、系統(tǒng)思維、動態(tài)思維）、區(qū)域認(rèn)知（如因地制宜開展選址與設(shè)計）、地理實踐力（如模型制作、實驗探究、團(tuán)隊協(xié)作）等方面的表現(xiàn)，肯定優(yōu)點并提出具體改進(jìn)建議。例如，針對部分學(xué)生在設(shè)計中忽視沙塵對生態(tài)系統(tǒng)影響的問題，強(qiáng)調(diào)人地協(xié)調(diào)觀中“尊重自然規(guī)律、適應(yīng)與改造環(huán)境相統(tǒng)一”的核心內(nèi)涵；針對小組討論中分工不明確、效率不高的問題，指導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化團(tuán)隊協(xié)作策略與任務(wù)分配方式。拓展延伸：布置課后探究任務(wù)，要求學(xué)生查閱權(quán)威資料，分析火星探測中的關(guān)鍵技術(shù)突破（如著陸技術(shù)、巡視器設(shè)計、環(huán)境探測技術(shù)等），結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識，撰寫一篇關(guān)于“火星基地建設(shè)核心技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案”的研究報告。通過拓展學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、信息篩選與整合能力、科學(xué)探究精神，深化對地理學(xué)科價值與星際探索意義的認(rèn)識。四、教學(xué)反思本節(jié)課以“火星基地的理想形態(tài)與建設(shè)方案”為核心載體，通過情境導(dǎo)入、知識鋪墊、實踐探究、總結(jié)拓展四個環(huán)節(jié)，有效落實了地理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。在教學(xué)過程中，學(xué)生積極參與火星環(huán)境分析、基地選址討論、生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、極端環(huán)境技術(shù)探究等活動，綜合運(yùn)用了氣候、地形、水文等地理知識，鍛煉了區(qū)域認(rèn)知、綜合思維與實踐創(chuàng)新能力。同時，教學(xué)中也存在一些不足：部分