基于ADDIE模型的热学课程思政教学案例研究*

邱 迪 孔红艳

(陕西师范大学物理学与信息技术学院 陕西 西安 710119)

1 引言

新时代是“育新人”的时代,如何将学科课程与课程思政同心同向同行,形成培育新人的合力,是新时代背景下广大教师需要思考的问题.2020年5月,教育部出台了《高等学校课程思政建设指导纲要》[1](下称《纲要》),为各高校推进课程思政建设明确了重要内容和总体目标.课程思政并非思政课程,而是将思政元素恰当、合理地融入在教学内容和教学流程中.因此,深入挖掘知识的思政元素,将思想政治教育融入到课堂教学中的各个环节,是实现“为党育人,为国育才”目标,进行课堂教学革命的必要手段.

热学课程是物理学专业本科生的重要基础课之一,与力学、电磁学、光学等课程联系十分紧密.热学课程自身可供挖掘的思政元素相当之多,如科学探究史、热学与工业生产、军事科技及生态文明建设等.本文以《纲要》为依据,基于ADDIE模型设计“热力学第二定律”思政教学案例,实现对学生价值观、人生观、世界观的引领与塑造,为广大高校物理教师开展热学思政教学提供参考与建议.

2 ADDIE模型

2.1 ADDIE模型与物理教学

ADDIE 模型起初是由美国佛罗里达州立大学的教育技术研究中心以辅助军方培训为目的设计的模型,后经改善,成为了20世纪80年代以来教育技术教学设计的重要方法论[2].近年来,ADDIE模型在我国物理教学领域应用频率逐渐增加,文献[3]利用ADDIE模型探究了“杨氏模量实验”的大学物理实验微课程设计,提高了物理实验教学的实效;文献[4]、文献[5]也利用ADDIE模型,从分析(analyze)、设计(design)、开发(develop)、实施(implement)、评估(evaluate)5个阶段分别进行了初中与高中的物理单元教学设计与实践,为中学物理教师提供更为清晰的单元教学设计思路.新冠疫情以来,不少学者及教师也常利用ADDIE模型设计线上与线下的混合式教学,为教师开展物理混合式教学提供操作手段.

2.2 基于ADDIE模型的课程思政教学设计流程

ADDIE模型在运筹学[6]、概率论与数理统计[7]等高校理工学科课程思政的探索与实践研究上也多有应用.可见,其流程的规范性可引导课程思政教学的实施,优化思政教学的逻辑结构,继而形成科学的思政教学体系,基于ADDIE模型的课程思政教学设计思路如图1所示.

图1 基于ADDIE模型的课程思政教学设计流程图

3 基于ADDIE模型的“热力学第二定律”思政案例

3.1 明确教学目标

从知识内容与学科特点和核心素养与育人价值对“热力学第二定律”内容进行剖析如下:

(1)知识内容与学科特点:热力学第二定律上承热力学第一定律与卡诺热机,下启熵的物理意义与熵增原理,是物理学专业学生打好专业基础的关键知识.此外,本节内容涉及分析综合、类比推理、反证思想等科学方法,抽象程度较高,对学生的科学思维水平提出较高要求.

(2) 核心素养与育人价值:通过热力学第二定律与工业科技、生产生活的融合,传递科学观、认识论、实践论等思政意识,提高学生的科学探究热情与爱国主义情怀,具体指标如表1所示.

表1 热力学第二定律核心素养与育人价值目标

3.2 设计思政元素融合点

设计阶段是开展思政教学过程中至关重要的环节,教师挖掘知识蕴含的思政元素,并选择合适的思政素材,思政元素与素材挖掘如表2所示.

表2 热力学第二定律思政元素与素材挖掘

将思政素材与知识相结合,形成思政教学片段.就“热力学第二定律”而言,设计如下思政元素融合点:

(1)科学方法与课程设计融合

以卡诺、焦耳等人的实验为背景信息,向学生展示科学探索从理论到实践,再到理论的循环辨证过程,激发学生科学探究的兴趣与热情.

(2)工业科技与问题驱动融合

以“工业上如何提高热机效率”为问题,引导学生分析热机效率公式,结合实际得出开尔文表述.从逆循环的角度分析制冷系数的极限,得到克劳修斯表述,以问题驱动学生思维不断发展.

(3)生态文明理念与知识内容融合

以热污染为话题,讨论“怎样在热力学第二定律允许的范围内提高热机效率,减少热污染”,弘扬绿色环保理念.学生领悟到学习科学文化知识对生态治理、环境保护的重要性,激发环保意识与爱国情怀.

3.3 开发思政教学案例

(1)导入阶段思政案例开发

导入阶段融入焦耳等人的科学探究历史,让学生体会科学发展的艰辛,引导学生从方向性角度研究热力学过程,设计案例(1)如表3所示.

表3 设计案例(1)

(2)新课讲授思政案例开发

本阶段融入工业生产、科学思想方法等思政元素,将知识内容划分为三个部分,以问题驱动学生的思维发展,“开尔文表述”新课讲授思政案例(2)开发如表4所示.

表4 设计案例(2)

“克劳修斯表述”的讲述中融合科学思想方法,从制冷系数极限的角度出发,引导学生分析制冷系数、外界对系统做功、热量传递三者之间的关系.

融入工业生产和生活实际中的热量传递,特以空调为例,分析热量从低温传递到高温时有何“其它影响”,进而得出热力学第二定律的克劳修斯表述,设计案例(3)如表5所示.

表5 设计案例(3)

(3)拓展讲授思政案例开发

以“两种表述的相互验证”为拓展内容,利用“反证法”证明开尔文表述与克劳修斯表述的等价性,设计思政案例如表6所示.

表6 拓展讲授思政案例

(4)课后作业与探究活动思政案例开发

结合前期思政元素分析与素材选取,设计“热力学第二定律”课后阶段的作业与探究活动如表7所示.

表7 课后作业与探究活动思政案例

3.4 实施思政教学

本案例中以热力学第二定律为知识载体,开展了基于Blackboard平台的热学课程思政混合式学习.从课前预习—课中讲授—课后复习3个阶段上,按照案例所述实现知识传授、价值塑造、素养提高三位一体的教学目标,在提升学生学科核心素养的同时,实现对学生价值观的引领.

3.5 多元评价热学思政教学

实际上,对思政教学效果的评价是对学生情感、态度及其价值观的评估.文献[8]在早提出将对学生价值观的评价与教育目标学中的情意领域联系起来,倡导任课教师采用观察、访谈、句子完成、问卷等方法实施评价.文献[9]也提出要“强化完善立德树人多元评价”,强调各维度指标及观测点的设定需充分考虑学生身心发展的阶段性特征和关注个体的综合发展和进阶表现等.结合物理学科特点,文献[10]提出将物理学科具体划分成9个具体的德育目标,即学科理解、学科思想、审美情趣、科学态度、科学探究、创新发展、科技伦理、生命感悟和社会责任.根据“热力学第二定律”知识内容,开发如下评价方式和工具:

(1)观察评价

教师需提前设计观察内容和评价等级,本节内容的观察评价工具如表8所示.

表8 热力学第二定律观察评价工具

(2)问卷评价

针对具体知识蕴含的思政元素和育人目标,编制半开放式问卷,要求学生在学习知识后作答.面对题目,学生将内心情感、态度、需要、价值观等情境因素投射到反应之中,方便教师进行评价.本节内容问卷评价工具如表9所示.

表9 热力学第二定律问卷评价工具

4 结束语

本文以“热力学第二定律”为例,利用ADDIE分析教学目标,设计思政元素融入点,开发热学课程思政教学案例,为开展热学课程思政教学提供经验.热学课程思政教学应始终坚持以立德树人为导向、价值塑造和提升能力为目标,以期让学生在学习科学知识的同时,在情感领域和价值追求上产生共鸣.由于“育人”绝非一日之功,而是一个日积月累的过程,所以对于如何更加有效地开展课程思政教学以及定量地对学生价值塑造进行科学评价,均是日后我们需要研究的重点课题.