自教育部开始全面实施卓越教师培养计划后,师范生专业技能的培养不断受到广泛地关注。地理师范生的培养处于高等教育阶段,由于理论知识水平和实践教学经验的限制,他们的专业素养能力尚未成熟。同时,在普通高中地理课程标准(2017年版)颁布以来,地理教师和地理师范生需要培育和践行地理核心素养。本文利用课堂观察和教学设计评价的方法来研究地理教师的专业素养具有一定的理论和实践意义。因此,本文以地理空间素养为例,针对地理师范生专业素养开展课堂观察和教学设计评价研究,通过研究探讨教育实验过程中出现的问题,并提出相应的培养策略和建议。本研究以地理师范生空间素养为研究内容,探究不同干预措施对地理空间素养水平提升的影响,采用单一被试实验法中比较介入实验设计的交替处理设计,对4名地理师范生进行不同的干预处理。通过地理空间素养课堂观察量表和教学设计评价量表来测定得分,基于多因素方差分析和结构方程模型进行实证研究。研究结果表明:(1)培养方案中的干预措施均能够提升地理师范生课堂教学空间素养水平;(2)不同干预措施对不同地理师范生空间素养水平提升的影响效果不一;(3)教学自我反思对地理师范生课堂教学空间素养水平提升影响不大;(4)地理信息技术培训对地理师范生课堂教学空间素养水平提升效果最优;(5)整体干预方案能够提升地理师范生地球运动教学设计水平。本研究构建了地理师范生空间素养水平的测量模型,通过实证研究得到的研究结论,对高等院校地理师范生培养方案的制定有一定的理论意义和参考价值。