基于ADDIE模型的熱學課程思政教學案例研究*

邱 迪 孔紅艷

(陜西師范大學物理學與信息技術學院 陜西 西安 710119)

1 引言

新時代是“育新人”的時代,如何將學科課程與課程思政同心同向同行,形成培育新人的合力,是新時代背景下廣大教師需要思考的問題.2020年5月,教育部出臺了《高等學校課程思政建設指導綱要》[1](下稱《綱要》),為各高校推進課程思政建設明確了重要內容和總體目標.課程思政并非思政課程,而是將思政元素恰當、合理地融入在教學內容和教學流程中.因此,深入挖掘知識的思政元素,將思想政治教育融入到課堂教學中的各個環(huán)節(jié),是實現(xiàn)“為黨育人,為國育才”目標,進行課堂教學革命的必要手段.

熱學課程是物理學專業(yè)本科生的重要基礎課之一,與力學、電磁學、光學等課程聯(lián)系十分緊密.熱學課程自身可供挖掘的思政元素相當之多,如科學探究史、熱學與工業(yè)生產、軍事科技及生態(tài)文明建設等.本文以《綱要》為依據(jù),基于ADDIE模型設計“熱力學第二定律”思政教學案例,實現(xiàn)對學生價值觀、人生觀、世界觀的引領與塑造,為廣大高校物理教師開展熱學思政教學提供參考與建議.

2 ADDIE模型

2.1 ADDIE模型與物理教學

ADDIE 模型起初是由美國佛羅里達州立大學的教育技術研究中心以輔助軍方培訓為目的設計的模型,后經改善,成為了20世紀80年代以來教育技術教學設計的重要方法論[2].近年來,ADDIE模型在我國物理教學領域應用頻率逐漸增加,文獻[3]利用ADDIE模型探究了“楊氏模量實驗”的大學物理實驗微課程設計,提高了物理實驗教學的實效;文獻[4]、文獻[5]也利用ADDIE模型,從分析(analyze)、設計(design)、開發(fā)(develop)、實施(implement)、評估(evaluate)5個階段分別進行了初中與高中的物理單元教學設計與實踐,為中學物理教師提供更為清晰的單元教學設計思路.新冠疫情以來,不少學者及教師也常利用ADDIE模型設計線上與線下的混合式教學,為教師開展物理混合式教學提供操作手段.

2.2 基于ADDIE模型的課程思政教學設計流程

ADDIE模型在運籌學[6]、概率論與數(shù)理統(tǒng)計[7]等高校理工學科課程思政的探索與實踐研究上也多有應用.可見,其流程的規(guī)范性可引導課程思政教學的實施,優(yōu)化思政教學的邏輯結構,繼而形成科學的思政教學體系,基于ADDIE模型的課程思政教學設計思路如圖1所示.

圖1 基于ADDIE模型的課程思政教學設計流程圖

3 基于ADDIE模型的“熱力學第二定律”思政案例

3.1 明確教學目標

從知識內容與學科特點和核心素養(yǎng)與育人價值對“熱力學第二定律”內容進行剖析如下:

(1)知識內容與學科特點:熱力學第二定律上承熱力學第一定律與卡諾熱機,下啟熵的物理意義與熵增原理,是物理學專業(yè)學生打好專業(yè)基礎的關鍵知識.此外,本節(jié)內容涉及分析綜合、類比推理、反證思想等科學方法,抽象程度較高,對學生的科學思維水平提出較高要求.

(2) 核心素養(yǎng)與育人價值:通過熱力學第二定律與工業(yè)科技、生產生活的融合,傳遞科學觀、認識論、實踐論等思政意識,提高學生的科學探究熱情與愛國主義情懷,具體指標如表1所示.

表1 熱力學第二定律核心素養(yǎng)與育人價值目標

3.2 設計思政元素融合點

設計階段是開展思政教學過程中至關重要的環(huán)節(jié),教師挖掘知識蘊含的思政元素,并選擇合適的思政素材,思政元素與素材挖掘如表2所示.

表2 熱力學第二定律思政元素與素材挖掘

將思政素材與知識相結合,形成思政教學片段.就“熱力學第二定律”而言,設計如下思政元素融合點:

(1)科學方法與課程設計融合

以卡諾、焦耳等人的實驗為背景信息,向學生展示科學探索從理論到實踐,再到理論的循環(huán)辨證過程,激發(fā)學生科學探究的興趣與熱情.

(2)工業(yè)科技與問題驅動融合

以“工業(yè)上如何提高熱機效率”為問題,引導學生分析熱機效率公式,結合實際得出開爾文表述.從逆循環(huán)的角度分析制冷系數(shù)的極限,得到克勞修斯表述,以問題驅動學生思維不斷發(fā)展.

(3)生態(tài)文明理念與知識內容融合

以熱污染為話題,討論“怎樣在熱力學第二定律允許的范圍內提高熱機效率,減少熱污染”,弘揚綠色環(huán)保理念.學生領悟到學習科學文化知識對生態(tài)治理、環(huán)境保護的重要性,激發(fā)環(huán)保意識與愛國情懷.

3.3 開發(fā)思政教學案例

(1)導入階段思政案例開發(fā)

導入階段融入焦耳等人的科學探究歷史,讓學生體會科學發(fā)展的艱辛,引導學生從方向性角度研究熱力學過程,設計案例(1)如表3所示.

表3 設計案例(1)

(2)新課講授思政案例開發(fā)

本階段融入工業(yè)生產、科學思想方法等思政元素,將知識內容劃分為三個部分,以問題驅動學生的思維發(fā)展,“開爾文表述”新課講授思政案例(2)開發(fā)如表4所示.

表4 設計案例(2)

“克勞修斯表述”的講述中融合科學思想方法,從制冷系數(shù)極限的角度出發(fā),引導學生分析制冷系數(shù)、外界對系統(tǒng)做功、熱量傳遞三者之間的關系.

融入工業(yè)生產和生活實際中的熱量傳遞,特以空調為例,分析熱量從低溫傳遞到高溫時有何“其它影響”,進而得出熱力學第二定律的克勞修斯表述,設計案例(3)如表5所示.

表5 設計案例(3)

(3)拓展講授思政案例開發(fā)

以“兩種表述的相互驗證”為拓展內容,利用“反證法”證明開爾文表述與克勞修斯表述的等價性,設計思政案例如表6所示.

表6 拓展講授思政案例

(4)課后作業(yè)與探究活動思政案例開發(fā)

結合前期思政元素分析與素材選取,設計“熱力學第二定律”課后階段的作業(yè)與探究活動如表7所示.

表7 課后作業(yè)與探究活動思政案例

3.4 實施思政教學

本案例中以熱力學第二定律為知識載體,開展了基于Blackboard平臺的熱學課程思政混合式學習.從課前預習—課中講授—課后復習3個階段上,按照案例所述實現(xiàn)知識傳授、價值塑造、素養(yǎng)提高三位一體的教學目標,在提升學生學科核心素養(yǎng)的同時,實現(xiàn)對學生價值觀的引領.

3.5 多元評價熱學思政教學

實際上,對思政教學效果的評價是對學生情感、態(tài)度及其價值觀的評估.文獻[8]在早提出將對學生價值觀的評價與教育目標學中的情意領域聯(lián)系起來,倡導任課教師采用觀察、訪談、句子完成、問卷等方法實施評價.文獻[9]也提出要“強化完善立德樹人多元評價”,強調各維度指標及觀測點的設定需充分考慮學生身心發(fā)展的階段性特征和關注個體的綜合發(fā)展和進階表現(xiàn)等.結合物理學科特點,文獻[10]提出將物理學科具體劃分成9個具體的德育目標,即學科理解、學科思想、審美情趣、科學態(tài)度、科學探究、創(chuàng)新發(fā)展、科技倫理、生命感悟和社會責任.根據(jù)“熱力學第二定律”知識內容,開發(fā)如下評價方式和工具:

(1)觀察評價

教師需提前設計觀察內容和評價等級,本節(jié)內容的觀察評價工具如表8所示.

表8 熱力學第二定律觀察評價工具

(2)問卷評價

針對具體知識蘊含的思政元素和育人目標,編制半開放式問卷,要求學生在學習知識后作答.面對題目,學生將內心情感、態(tài)度、需要、價值觀等情境因素投射到反應之中,方便教師進行評價.本節(jié)內容問卷評價工具如表9所示.

表9 熱力學第二定律問卷評價工具

4 結束語

本文以“熱力學第二定律”為例,利用ADDIE分析教學目標,設計思政元素融入點,開發(fā)熱學課程思政教學案例,為開展熱學課程思政教學提供經驗.熱學課程思政教學應始終堅持以立德樹人為導向、價值塑造和提升能力為目標,以期讓學生在學習科學知識的同時,在情感領域和價值追求上產生共鳴.由于“育人”絕非一日之功,而是一個日積月累的過程,所以對于如何更加有效地開展課程思政教學以及定量地對學生價值塑造進行科學評價,均是日后我們需要研究的重點課題.