摘" 要:高中數(shù)學(xué)課程以學(xué)生發(fā)展為本,落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù),提升數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).本文以“直線與平面垂直”一課的教學(xué)為例,探討如何將數(shù)學(xué)文化融入課程內(nèi)容,從而有效促進(jìn)德育和智育的深度融合,旨在為提高數(shù)學(xué)教育的綜合效果提供有益的思考和實(shí)踐參考.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)文化;德育與智育;“直線與平面垂直”教學(xué)
隨著教育改革的不斷深入,數(shù)學(xué)學(xué)科德育和智育的融合越來(lái)越受到重視.《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)指出:“數(shù)學(xué)教育承載著落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù),發(fā)展素質(zhì)教育的功能.”[1]《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020 年)》中明確確立了“育人為本”的教育工作方針和“德育為先”的戰(zhàn)略主題,提出為增強(qiáng)德育工作的針對(duì)性和實(shí)效性,要滲透其于教學(xué)各環(huán)節(jié).[2]學(xué)科德育旨在讓教學(xué)回歸育人本位,以充分挖掘并合理轉(zhuǎn)化學(xué)科育人價(jià)值;學(xué)科智育是全面發(fā)展教育的重要組成,是教育者有目的、有計(jì)劃、有組織地向受教育者傳授系統(tǒng)學(xué)科文化知識(shí)和技能的教育活動(dòng).[3]數(shù)學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科,不僅承載著培養(yǎng)學(xué)生的“四基”和“四能”,同時(shí)也蘊(yùn)含著豐富的文化內(nèi)涵和德育價(jià)值.然而,受應(yīng)試教育和評(píng)價(jià)的重視度等因素影響,在學(xué)科教學(xué)中學(xué)科德育存在易忽略、難落實(shí)以及與學(xué)科智育發(fā)展不匹配等問(wèn)題.本文以“直線與平面垂直”一課的教學(xué)為例,談?wù)剶?shù)學(xué)文化促進(jìn)學(xué)科德育和智育融合教學(xué)實(shí)踐的一些思考.
1" 相關(guān)概念闡述
1.1" 數(shù)學(xué)文化
《標(biāo)準(zhǔn)》中指出:“數(shù)學(xué)文化是指數(shù)學(xué)的思想、精神、語(yǔ)言、方法、觀點(diǎn),以及它們的形成和發(fā)展;還包括數(shù)學(xué)在人類生活、科學(xué)技術(shù)、社會(huì)發(fā)展中的貢獻(xiàn)和意義,以及與數(shù)學(xué)相關(guān)的人文活動(dòng).”[1]它不僅包括數(shù)學(xué)的理論和應(yīng)用,還包括數(shù)學(xué)家的思想、數(shù)學(xué)發(fā)展的歷史、數(shù)學(xué)與社會(huì)的關(guān)系等多個(gè)維度.數(shù)學(xué)文化中蘊(yùn)含的豐富知識(shí)有助于學(xué)生理解數(shù)學(xué)的本質(zhì)和發(fā)展脈絡(luò);數(shù)學(xué)的思想方法和邏輯推理能夠鍛煉學(xué)生的思維能力;數(shù)學(xué)文化中的誠(chéng)信、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葍r(jià)值觀念對(duì)學(xué)生的道德修養(yǎng)有積極影響.
1.2" 學(xué)科德育和智育
學(xué)科德育和智育是教育體系中兩個(gè)重要的方面,它們分別關(guān)注學(xué)生的道德發(fā)展和智力發(fā)展.學(xué)科德育是指在學(xué)科教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)教育內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的道德觀念、價(jià)值取向、情感態(tài)度和行為習(xí)慣,它強(qiáng)調(diào)在學(xué)科教學(xué)中融入道德教育的元素,使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí),也能夠形成正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀.學(xué)科德育的目標(biāo)是幫助學(xué)生成為有責(zé)任感、有同情心、有道德判斷力和良好公民素質(zhì)的人,它側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力、思維技能和知識(shí)水平.
智育是奠定學(xué)生文化科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ),發(fā)展學(xué)生的智力、興趣和才能,側(cè)重“理”的教育,為的是“求真”;德育著眼于教會(huì)學(xué)生如何將外在的行為規(guī)范和要求內(nèi)化為自身的思想和行動(dòng)準(zhǔn)則,側(cè)重“德”的教育,為的是“求善”.[4]
2" 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施
本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了空間中直線與平面平行的位置關(guān)系后進(jìn)行的,其主要內(nèi)容是由線面平行的探究過(guò)程出發(fā),利用類比的思想,通過(guò)猜想、轉(zhuǎn)化、驗(yàn)證,得到直線與平面垂直的概念、判定定理和相關(guān)結(jié)論.重點(diǎn)是從具體的情境中抽象出直線與平面垂直的位置關(guān)系,在合作探究中通過(guò)直觀想象和邏輯推理,得到直線與平面垂直的相關(guān)結(jié)論.結(jié)合《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)空間中直線與平面垂直位置關(guān)系的要求,確定如下教學(xué)目標(biāo):①經(jīng)歷探究直線與平面垂直的過(guò)程,抽象出直線與平面垂直的概念,歸納出直線與平面垂直的判定定理和基本命題,在概念和定理生成過(guò)程中滲透愛(ài)國(guó)主義教育和科學(xué)文化教育;②通過(guò)合作交流、應(yīng)用探究,感受數(shù)學(xué)活動(dòng)中承載的育人價(jià)值和思維品質(zhì),提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題、分析和解決問(wèn)題及用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述問(wèn)題的能力;③通過(guò)學(xué)習(xí),落實(shí)數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、直觀想象素養(yǎng),提高學(xué)生探索新事物和勇于創(chuàng)新的精神.
本節(jié)課的主要設(shè)計(jì)與實(shí)施環(huán)節(jié)如下.
2.1" 創(chuàng)設(shè)情境,提出問(wèn)題
情境1:播放“天問(wèn)一號(hào)著陸火星”視頻,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知、探索新知的興趣.同時(shí),介紹黨的百年華誕之際,我們黨帶領(lǐng)廣大人民群眾取得了令世界矚目的偉大成就.
情境2:播放“長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭轉(zhuǎn)運(yùn)、等待發(fā)射和剛剛發(fā)射升空”視頻,并給出火箭轉(zhuǎn)運(yùn)、等待發(fā)射和剛剛發(fā)射升空的圖片.
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)播放視頻,讓學(xué)生從現(xiàn)實(shí)情境中抽象出數(shù)學(xué)問(wèn)題,體會(huì)數(shù)學(xué)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象,提高發(fā)現(xiàn)和提出數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力.同時(shí),結(jié)合我國(guó)航天事業(yè)取得的成就,厚植學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷,立德樹(shù)人.
問(wèn)題1" 前段時(shí)間,我們學(xué)習(xí)了空間中點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系,請(qǐng)同學(xué)們一起告訴老師直線與平面有哪幾種位置關(guān)系?
學(xué)生回答,直線在平面內(nèi)、直線與平面平行、直線與平面相交三種位置關(guān)系.
問(wèn)題2" 觀看視頻,你能發(fā)現(xiàn)火箭和地面是應(yīng)該用怎樣的關(guān)系來(lái)描述,火箭和地面給你怎樣的直觀感覺(jué)?
學(xué)生回答,相交.教師引導(dǎo)學(xué)生從直觀上感受直線與平面垂直.
【設(shè)計(jì)意圖】從實(shí)際情境中,讓學(xué)生體會(huì)直線與平面相交的關(guān)系,并從直觀上初步感受空間中的直線與平面垂直,培養(yǎng)學(xué)生直觀想象的學(xué)科核心素養(yǎng).
情境3:給出泰州大橋、學(xué)?;ㄆ灾兄未髽?shù)的木棒的圖片.
問(wèn)題3" 泰州大橋的橋柱和水面、支撐大樹(shù)的木棒和地面用什么位置關(guān)系描述比較好呢?
學(xué)生回答,泰州大橋的橋柱和水面感覺(jué)垂直,支撐大樹(shù)的木棒和地面相交,不垂直.
教師總結(jié),直線與平面垂直是直線與平面相交的特殊情況.我們將火箭、橋柱、木棒抽象成直線,地面、水面抽象成平面,這些例子都是判斷直線與平面是否垂直的問(wèn)題.
【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生直觀地感受空間中的“斜和直”,逐步形成空間觀念,體會(huì)由具體到抽象的思維過(guò)程.
2.2" 引導(dǎo)歸納,抽象概念
問(wèn)題4" 回顧研究直線與平面平行的探究過(guò)程,想象我們研究了直線與平面平行的哪些內(nèi)容?
學(xué)生回答,先研究了直線與平面平行的定義,之后將直線與平面平行轉(zhuǎn)化成了直線與直線平行得到了直線與平面平行的判定定理,然后研究了有關(guān)結(jié)論和性質(zhì)定理.
【設(shè)計(jì)意圖】直線與平面位置關(guān)系的探究應(yīng)遵循整體到局部的原則,直線與平面的垂直不應(yīng)該和直線與平面的位置關(guān)系分開(kāi)研究,應(yīng)該進(jìn)行類比研究.從學(xué)生近期已學(xué)章節(jié)知識(shí)出發(fā),利用已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),為學(xué)生合作探究直線與平面的垂直做好了思維鋪墊.
問(wèn)題5" 請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)我們今天該如何探究直線與平面垂直呢?
學(xué)生回答,通過(guò)類比直線與平面平行,我們可以先研究直線與平面垂直的定義,然后研究直線與平面垂直的判定定理,再給出類似的命題及性質(zhì)定理.
教師總結(jié),研究一個(gè)新的問(wèn)題,我們有時(shí)不需要另起爐灶,可以從直線與平面平行的相關(guān)結(jié)論進(jìn)行猜想,并驗(yàn)證.
【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生們自己設(shè)計(jì)探究直線與平面垂直的過(guò)程,充分發(fā)揮其主體作用,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和成就感,發(fā)展學(xué)生的邏輯推理,積累分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn).
情境4:教師拿出提前準(zhǔn)備好的路由器.
問(wèn)題6" 同學(xué)們,請(qǐng)大家觀察這個(gè)模型,將這些天線抽象成直線,將盒子抽象成平面.這些直線中,哪些和平面垂直,哪些和平面不垂直?請(qǐng)一位同學(xué)上講臺(tái)來(lái)展示.
學(xué)生1:結(jié)合天線和路由器的位置關(guān)系,這幾條天線與路由器垂直,這幾條不垂直.
教師:為什么給你不垂直的感受?
學(xué)生1:因?yàn)樘炀€相對(duì)路由器是斜的.
教師:如何運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的空間位置關(guān)系刻畫(huà)斜的呢?
學(xué)生1:找到平面內(nèi)的一條線和已知直線不垂直就可以.
教師:很好!那如何得到直線與平面垂直呢?
學(xué)生1:找不到任何一條不垂直直線.
教師總結(jié),平面內(nèi)所有直線與已知直線垂直.
問(wèn)題7" 同學(xué)們,能歸納出直線與平面垂直的定義嗎?
學(xué)生2:如果直線l與平面α內(nèi)的任意一條直線都垂直,那么稱直線l與平面α垂直,記作l⊥α.
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)熟悉的路由器模型,抽象直線與平面的位置關(guān)系,讓學(xué)生理解數(shù)學(xué)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象.通過(guò)學(xué)生展示,讓學(xué)生從實(shí)物中切實(shí)體會(huì)“斜”和“直”的概念,培養(yǎng)學(xué)生的空間感.
2.3" 鞏固概念,應(yīng)用探究
根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的研究思路,有了直線與平面垂直的定義,就要嘗試應(yīng)用概念去解決如何判定直線與平面垂直的問(wèn)題.
探究1" 應(yīng)用直線與平面垂直的定義,如何驗(yàn)證學(xué)校的旗桿與地面垂直?
同學(xué)們思考,然后分小組一起研究,教師指導(dǎo)探究活動(dòng).
一段時(shí)間后,教師找小組代表展示探究過(guò)程與結(jié)果.
組1:可以用旗桿和地面上的直線都垂直去判斷.(教師給出旗桿和地面的PPT展示頁(yè))
教師:旗桿、地面,PPT中我們都展示出來(lái)了.地面上的直線如何刻畫(huà)?
組1:可以看旗桿在地面上的影子,旗桿和影子都垂直.
教師給出旗桿、地面、太陽(yáng)和旗桿影子隨著時(shí)間推移的變化動(dòng)畫(huà)(如圖1).
圖2
教師:旗桿和地面上所有的直線都垂直嗎?
學(xué)生:不是,只能說(shuō)明和過(guò)點(diǎn)B的直線垂直.
教師:那不過(guò)點(diǎn)B的直線怎么辦呢?
組1:平移過(guò)點(diǎn)B的直線n,n垂直于AB,n平行于m,所以m垂直于AB(如圖2).通過(guò)轉(zhuǎn)化,就可以證明平面內(nèi)不過(guò)點(diǎn)B的直線也和AB垂直.這樣,AB垂直于平面內(nèi)的任意一條直線,從而AB垂直于平面.
教師:很好!這也就是我們利用定義,得到直線和平面垂直.
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)開(kāi)放性的應(yīng)用探究問(wèn)題,讓學(xué)生在應(yīng)用中體會(huì)直線與平面垂直的概念,加深對(duì)概念的理解.同時(shí),通過(guò)分小組探究的方式,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,體驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)過(guò)程.
雖然我們得到了想要的結(jié)果,但是這個(gè)過(guò)程還是比較煩瑣.我們希望加以簡(jiǎn)化,把任意一條直線轉(zhuǎn)化為有限條直線才方便.
探究2" 直線與平面垂直的判定定理.回憶我們前面探究線面平行判定定理的過(guò)程(線面平行轉(zhuǎn)化為一組線線平行),大膽猜想線面垂直的判定定理可能是什么.
下面開(kāi)始分組討論,請(qǐng)同學(xué)們將研究的過(guò)程記錄下來(lái),按小組為單位展示研究成果.
教師:直線與平面垂直的判定定理是什么?
學(xué)生:如果一條直線與一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線都垂直,那么該直線與此平面垂直.
教師:我們能不能把文字語(yǔ)言和圖形語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成符號(hào)語(yǔ)言?在草稿紙上寫(xiě)一寫(xiě).
教師用投屏工具,講解學(xué)生板書(shū),并予以點(diǎn)評(píng),最終給出判定定理的正確書(shū)寫(xiě)形式.
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)類比直線與平面平行判定定理的探究過(guò)程,讓學(xué)生自主探究直線與平面垂直的判定定理,優(yōu)化了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu),深化了學(xué)生的近期學(xué)習(xí)成果,形成了知識(shí)的正向遷移.數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí),不僅要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí),還要發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和邏輯推理能力,體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的育人價(jià)值.
2.4" 自主編題,深化內(nèi)涵
再回到旗桿與地面垂直問(wèn)題.學(xué)過(guò)判定定理之后,我們驗(yàn)證旗桿垂直地面,不再需要隨著時(shí)間的推移一直測(cè)量了,只需要找兩個(gè)特殊位置.接下來(lái),可結(jié)合直線與平面垂直的判定定理,思考有沒(méi)有同直線與平面平行類似的性質(zhì)定理.
引導(dǎo)學(xué)生回顧直線與平面平行的性質(zhì)定理,指導(dǎo)學(xué)生嘗試自主編題,并用希沃投屏展示學(xué)生編制的題目,給予點(diǎn)評(píng).
學(xué)生1:兩條平行直線,一條垂直于平面,則另一條直線也垂直于平面.
學(xué)生2:已知a∥b,a⊥α,則b⊥α.
教師總結(jié),這兩位同學(xué)編制的題目是一樣的,一個(gè)是文字語(yǔ)言敘述的,一個(gè)是符號(hào)語(yǔ)言描述的,是否正確?我們?nèi)绾巫C明.
學(xué)生給出證明方法,利用直線與平面垂直的定義或直線與平面垂直的判定定理.
【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生通過(guò)類比給出直線與平面垂直的性質(zhì)定理,促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí),深化了學(xué)習(xí)的內(nèi)涵,讓學(xué)生在編題的過(guò)程中,感受創(chuàng)造的喜悅.通過(guò)解答自己編制的問(wèn)題,讓學(xué)生以一個(gè)“命題人”的角度參與課堂,培養(yǎng)了其獨(dú)立思考、自主創(chuàng)新的能力,實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)的育人功能.
2.5" 布置作業(yè),自主提升
為了加深學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)的理解,布置形式豐富的作業(yè).為了提高學(xué)生的空間想象能力,建議學(xué)生動(dòng)手畫(huà)一些數(shù)學(xué)模型.
【設(shè)計(jì)意圖】布置形式豐富的作業(yè),體現(xiàn)層次性和選擇性,讓學(xué)生在作業(yè)中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí).
3" 教學(xué)反思
隨著教育改革的不斷深入,作為一線教師,越來(lái)越意識(shí)到數(shù)學(xué)文化的傳播和普及,不僅有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)他們的探索和創(chuàng)新精神,同時(shí)也能夠提升育人的價(jià)值,立德樹(shù)人.本節(jié)課的教學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)文化促進(jìn)學(xué)科德育和智育的融合有如下啟示.
3.1" 整合課程資源,讓課程內(nèi)容豐富多彩
整合課程資源是將數(shù)學(xué)文化的內(nèi)容有機(jī)地融入數(shù)學(xué)教學(xué)中,以豐富教學(xué)內(nèi)容,提煉德育元素,提高教學(xué)效果.例如,結(jié)合數(shù)學(xué)歷史或數(shù)學(xué)名人教學(xué)、實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合、體現(xiàn)數(shù)學(xué)審美和應(yīng)用等將數(shù)學(xué)文化融入教學(xué)中,從而促進(jìn)學(xué)生的德育和智育發(fā)展.這種融合不僅能夠提升學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣和能力,還能夠幫助他們建立起對(duì)數(shù)學(xué)文化的認(rèn)同感和尊重,培養(yǎng)他們的文化自信.
3.2" 設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)那榫撑c問(wèn)題,發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)
《標(biāo)準(zhǔn)》指出:“在教學(xué)活動(dòng)中,應(yīng)結(jié)合教學(xué)任務(wù)及其蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)合適的情境和問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)的眼光觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,使用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)語(yǔ)言描述問(wèn)題,用數(shù)學(xué)的思想、方法解決問(wèn)題.”[1]本節(jié)課以“天問(wèn)一號(hào)著陸火星”“長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭”等航天科學(xué)情境引入課題,讓學(xué)生感受國(guó)家航天事業(yè)取得矚目成就的同時(shí),激發(fā)學(xué)生對(duì)于本節(jié)課知識(shí)探索的欲望和興趣;由泰州大橋、路由器模型等現(xiàn)實(shí)生活中的情境讓學(xué)生體會(huì)把現(xiàn)實(shí)中熟悉的事物抽象成數(shù)學(xué)模型、歸納出概念的過(guò)程;由課本中給出的旗桿和地面的位置關(guān)系這一情境,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)直線與平面垂直的判定定理,感悟數(shù)學(xué)的基本思想,積累基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn).這一系列情境為學(xué)生合作交流、自主探索提供了平臺(tái),教師提出合適的問(wèn)題,引發(fā)學(xué)生的思考與交流,發(fā)展了學(xué)生們的學(xué)科核心素養(yǎng),厚植了學(xué)生的家國(guó)情懷.
3.3" 指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),促進(jìn)學(xué)生德育和智育的連續(xù)性
《標(biāo)準(zhǔn)》指出:“教師要把教學(xué)活動(dòng)的重心放在促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)上,積極探索有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的多樣化教學(xué)方式,不僅限于講授與練習(xí),也包括引導(dǎo)學(xué)生閱讀自學(xué)、獨(dú)立思考、動(dòng)手實(shí)踐、自主探索、合作交流等,教師要善于根據(jù)不同的內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)采用不同的教學(xué)方式,優(yōu)化教學(xué),抓住關(guān)鍵的教學(xué)與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),增強(qiáng)實(shí)效.”[1]本節(jié)課采用“啟發(fā)—探究”的教學(xué)方法,通過(guò)問(wèn)題與情境的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)事物到概念、定理的認(rèn)知過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生思考與交流、動(dòng)手與實(shí)踐,采用分組探究的形式引導(dǎo)學(xué)生自主探究隱藏的概念、定理,積累學(xué)生的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)是對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的抽象,培養(yǎng)其科學(xué)精神和創(chuàng)新精神.
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