混合式教學融入思政元素的大學物理教學設計*
——以“理想流體的伯努利方程”為例

周 龍 王 銳 高 艷 葛桂賢 孫茂珠

(石河子大學理學院 新疆 石河子 832000)

1 引言

2016年以來全國高校都在積極落實全面課程思政建設．2020年教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》指出：“要寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀”“深入挖掘課程思政元素，有機融入課程教學，達到潤物無聲的育人效果”[1].

大學物理是理工、農醫類專業必修的一門公共基礎課程，內容包括經典物理的力學、熱學、電磁學、光學、量子力學等模塊．通過該課程的學習，使學生掌握普通物理學中的基本概念和原理，培養學生分析問題、解決問題的物理思想、研究方法，提高學生的科學素質和能力，為后續的專業課程打下一個良好的基礎.

在防疫期間，全面線上教學使得“教”與“學”的環境都發生了較大的改變．2020年5月14日教育部舉行的新聞發布會上高教司司長吳巖指出：“融合了‘互聯網+智能+技術’的在線教學已經成為中國高等教育和世界高等教育的重要發展方向”[2].SPOC教學是將傳統教學與慕課教學相結合的一種混合式教學模式，大部分研究表明這種教學模式取得了良好的教學效果[3,4]．在“疫情常態化”和“課程思政”的雙重背景下，探索如何在大學物理混合式教學過程中融入思政元素，對提高人才培養質量具有重要的意義．本文以“理想流體的伯努利方程”為例，挖掘物理知識教學過程中的思政元素，探索課程思政在大學物理混合式教學設計中的融入.

2 混合模式的大學物理課程思政教學設計

課程教學設計是根據課程標準的要求和教學對象的特點，以系統的方法為指導，實現教學目標的計劃性和決策性活動，即教師應該如何教.無疑，教學設計是教師展開有效教學的行動綱領，是教育教學過程中最為關鍵的部分.

2.1 大學物理混合式教學模式

以本校為例，大學物理采用的是“SPOC+雨課堂”混合式教學模式．大學物理混合式教學過程分為3個部分，如圖1所示.

圖1 大學物理混合式教學模式導圖

(1)課前(線上)．教師會借助平臺發布預習任務，學生自主在線上完成任務學習．包括預習微課視頻，引導學生對知識點相關的思政內容進行閱讀和學習，選取部分知識點設計研究性問題引導學生進行小組研討，完成預習測試.

(2)課中(線下)．教師借助雨課堂或其他直播平臺展開教育教學，根據學生線上預習的實際情況適時調整教學設計，教學過程中有機融入思政元素，突出重、難知識點的講解，解答學生學習中反饋的共性問題，組織課堂討論，最后歸納總結，學生完成隨堂測試.

(3)課后(線上+線下)．教師發布課后作業，師生線上互動答疑，引導學生開展線上思政研討，設計一些帶有思政元素的開放性小論文，學生完成單元測試.

2.2 課程思政的課程目標

課程目標是指學生在學習完本課程能夠做什么，應給出具體的可操作目標．包括課程具體的知識目標、能力目標和素質目標．大學物理的知識目標強調基礎知識的理解和掌握，能力目標需要適應當前社會對人才的實際需求，素質目標中應該加入課程思政的目標，“應注重科學思維方法的訓練和科學倫理的教育，培養學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任和使命感．培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當”[1].

結合學科特點和本校人才培養要求制定出大學物理課程的素質目標：樹立辯證唯物主義世界觀，把握正確方法論，培養科學素質；培育和踐行社會主義核心價值觀.

2.3 教學內容融入思政元素

物理知識本身體現樸素且深刻的辯證唯物主義思想．而且物理是一門與科學應用密切關聯的學科，日常生活現象、現代科學技術、科學前沿等都與物理聯系緊密[5]．大學物理教學內容思政元素可以從“人文積累、辯證思維、善于反思、信息能力、審美意識、社會責任、家國情懷、國際視野、問題解決、知識運用”等進行融入[6].

經本校大學物理課程組總結，從以下3個方面進行思政元素融入：

(1)物理規律可闡述辯證唯物主義原理和方法論；

(2)物理原理的探究可使學生掌握基本的科學方法和思想，培養學生的科學精神，提高應用物理知識解決實際問題的能力；

(3)物理知識的應用實踐可培育和踐行社會主義核心價值觀[7].

2.4 大學物理的教學評價

教學評價采用了“過程性+終結性”相結合的方式．過程性評價包括課前預習、課中學習和課后學習的表現．SPOC平臺和雨課堂平臺為整個學習過程提供較完備的數據供教師參考，依據平臺數據分析并評估對知識、能力和素質目標的達成度.

3 教學設計案例

下面以“理想流體的伯努利方程”為例進行融入思政元素的教學設計(部分).

3.1 學情分析

授課對象：理工科專業的本科一年級學生.

在高中物理學習階段，學生學習了液體壓強和氣體壓強，主要根據牛頓定律討論流體處于靜止或緩慢運動狀態時的壓強平衡情況，這些都屬于流體靜力學的范疇．而生活中大部分流體都是動態的，因此需要引入力、速度、加速度、流場等概念，以及質量守恒、動量守恒和能量守恒三大守恒律后才能進行研究．本次課需要通過有效的教學策略，引導學生完成對前概念的理解和擴展，進一步建構對理想流體流動中具有普遍適用意義的“伯努利方程”的科學概念.

3.2 教學目標

知識層面:

(1)理解理想流體、穩定流動的概念.

(2)掌握連續性方程的含義及應用.

(3)掌握理想流體的伯努利方程.

(4)了解流量計、流速計的應用原理.

能力層面:

(1)能夠區分理想流體和實際流體的概念，建立理想模型分析流體的力學問題.

(2)能夠綜合運用伯努利方程和連續性方程分析、解決運動流體流動的力學問題.

素質層面:

(1)結合科學家研究經歷，培養學生的科學態度和科學精神.

(2)結合理想流體流動的能量守恒本質，幫助學生樹立馬克思辯證唯物主義世界觀.

(3)結合我國空氣動力研究成果培養愛國情懷，增強民族自信.

3.3 教學設計思路

“理想流體的伯努利方程”教學設計思路如圖2所示.

圖2 “理想流體的伯努利方程”教學設計思路圖

3.4 教學內容

3.4.1 預習(線上)

課前發布預習課件，提出探究性問題.

問題1：常言道“窄道急流”，然而在人體內，動脈的管徑比毛細血管的管徑大，但血液流速卻并不慢，而是比毛細血管內血液流速快，這是為什么呢？

問題2：飛機頭部前端或側翼都有被稱為空速管的裝置，也稱皮托管或者總壓管等．查閱資料，分析說明空速管的作用.

問題驅動：流體在管中流動時有什么樣的規律？

思政:伯努利簡介、中國風洞等閱讀材料.

3.4.2 課程主體內容(線下)

(1)理想流體的穩定流動

1)理想流體 穩定流動.

精講:難點——穩定流動的理解.

a.采用動畫、視頻演示穩定流動現象.

b.結合流線、流速、流管中流體的運動，分析穩定流動的特點.

2)理想流體的連續性方程.

精講:難點——連續性方程的實質.

a.分析.運用量綱分析，使學生理解連續性方程體現了流體穩定流動中的質量守恒.

b.推導.連續性方程表達式.

c.擴展.分支管中的理想流體連續性方程.

檢驗:雨課堂隨堂測——連續性方程的應用.

精講:解決探究問題1.

a.結合學生討論的投稿內容，在課件中采用圖示、動畫展示血液在血管中流動的過程.

b.根據人體血管結構特點和連續性方程解釋其現象.

思政:同學們在尋找探究問題1答案的過程中→ 理解矛盾的普遍性原理 → 懂得具體問題具體分析.

(2)理想流體的伯努利方程

精講:重點——伯努利方程的推導.

1)采用動畫、圖片講述流體在流管中流動過程中受力、做功及機械能變化情況.

2)根據功能原理推導出理想流體的伯努利方程.

思政:介紹數學物理方法的奠基人丹尼爾·伯努利的研究經歷及學術貢獻→科學研究要有創新思維和科學精神.

檢驗:雨課堂隨堂測——伯努利方程的應用.

(3)伯努利方程和連續性方程的應用

研習:學生分組討論伯努利方程和連續性方程在生活中有哪些應用.

精講:難點——伯努利方程和連續性方程的應用.

1)采用動畫、視頻和圖片講述香蕉球、列車安全線、船吸現象、飛機升力等現象.

2)根據伯努利方程和連續性方程解析原理.

檢驗:雨課堂隨堂測——伯努利方程和連續性方程的應用.

精講:解決探究問題2.

a.結合學生討論的投稿內容，在課件中采用圖示、動畫展示空速管的結構.

b.根據連續性方程和伯努利方程講解空速管的工作原理.

課程總結：

重難點：

a.伯努利方程的推導.

b.伯努利方程和連續性方程在實際生活中的應用.

思政:簡要介紹風洞實驗，播放“科普中國風洞實驗”視頻→中國空氣動力研究與發展中心經過40余年艱苦努力已躋身世界先進行列→新中國的建設中每一項技術的發展過程都凝結著一代代科研工作者的艱苦奮斗→激勵學生傳承兵團精神，扎根邊疆無私奉獻，艱苦創業.

3.4.3 課后(線上+線下)

檢驗:完成線上單元測試.

思考題:在伯努利方程的學習中收獲了哪些做人做事的道理？

3.5 教學評價

“理想流體的伯努利方程”一節的教學過程性評價項目如表1所示.

表1 過程性評價項目

教學效果評價表如表2所示.

表2 教學效果評價表

4 結束語

大學物理課程在“立德樹人”方面有著天然的資源優勢，蘊含著大量做人、做事的道理以及科學的方法、思想和精神，在知識傳授和能力培養的同時，實現價值引領，才能培養出德才兼備符合國家發展需求的新時代人才．在大學物理混合式教學設計中積極探索課程思政的融入是一個任重而道遠的過程，只有勇于探索，堅持不懈，勤于實踐，不斷地完善和提高，才能促進“三全育人”目標的實現.