ARCS動機設計模型在《微型計算機原理及接口技術》課堂教學中的應用

陳丹丹　門洪　倫向敏　劉寅東

摘要：針對《微型計算機原理及接口技術》課程教學中存在的問題，將ARCS動機設計模型的思想引入到課堂教學中來。實踐證明，該方法能激發(fā)學生學習興趣，增加自信心，獲得滿足感，使學生在輕松愉快的氣氛中掌握較難理解的知識點，對提高課堂教學效果有一定幫助。

關鍵詞：ARCS動機設計模型；微型計算機原理及接口技術；課堂教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）18-0090-02

ARCS動機設計模型是美國弗羅里達州立大學心理學教授John Keller在1983年提出的。模型的核心思想是，影響學生學習動機的因素分為四種：注意（Attention）、相關（Relevance）、自信（Confidence）和滿足（Satisfaction）。

注意是指教師應喚醒學生的好奇心并吸引注意力。相關是指學習內容與過去的經驗或以往學習的知識或某種利益有關聯(lián)。自信是指學生對自己的學習能力充滿信心。滿足是指學生能夠從學習經歷中獲得滿足感。本文結合《微型計算機原理及接口技術》課程，探討了ARCS動機設計模型在課堂教學中的應用。

1.課程現(xiàn)狀

《微型計算機原理及接口技術》是高校工科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎必修課。目前我院面向自動化專業(yè)、測控技術與儀器專業(yè)、機械設計制造及其自動化專業(yè)開課。課程內容主要介紹微型計算機基本工作原理、匯編語言程序設計基礎、存儲器、接口技術和應用設計，目的是使學生掌握計算機的基本組成，工作原理、各類接口部件功能及其與系統(tǒng)的連接、建立計算機系統(tǒng)整機的概念，并以此為基礎培養(yǎng)學生的計算機應用系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)能力，以便為后續(xù)專業(yè)課的學習和技術開發(fā)打下基礎。

目前，本課程仍然采用“理論+實驗”的方式進行授課。即主講教師先以講授幾十個學時的理論知識來引導學生入門，然后由實驗教師講解并開展若干個學時的實驗-引。各實驗項目的設置主要基于DICE-5212單片機綜合實驗箱，實驗內容主要包括數(shù)據(jù)傳送實驗、多位數(shù)加法實驗、查表程序實驗、數(shù)據(jù)排序實驗、外部中斷實驗、定時器肘數(shù)器實驗、串行通信實驗等。學生進行實驗時，需要親自動手完成的僅僅是一些接孔連線，而這些硬件接法往往是固定不變的，學生不必動腦思考只是機械的照做即可，實踐動手能力和創(chuàng)新思維能力得不到很好的開發(fā)。這種授課方式導致在結課以后，大多數(shù)理論考試分數(shù)較高的同學，并沒有真正理解微型計算機的工作原理，甚至不知道微機芯片為何物，更談不上利用芯片進行系統(tǒng)設計了，“高分低能”的現(xiàn)象十分嚴重。因此，如何講解晦澀難懂的理論知識，提高學生學習興趣，進一步培養(yǎng)學生的實踐動手能力和創(chuàng)新思維，是目前課程組改革的重點。

2.ARCS動機設計模型在課堂教學中的應用

中斷系統(tǒng)歷來是微機原理課程中的重點和難點，教學內容主要包括：中斷及中斷源的概念、中斷系統(tǒng)結構、中斷允許控制及優(yōu)先級控制、中斷處理、外部中斷的實現(xiàn)、多外部中斷源系統(tǒng)設計等。該部分內容知識點繁多，內容抽象，尤其對于多外部中斷源系統(tǒng)設計來說，教師講起來難以生動，學生很難提起學習興趣，大部分教師選擇避開不講，或只是簡單介紹。但該部分內容在許多場合都有實際應用，若講授方法得當，是培養(yǎng)學生動手能力的有效平臺。以下具體介紹如何將ARCS動機設計模型應用到多外部中斷源系統(tǒng)設計的課堂教學之中。

2.1選擇恰當實例，吸引注意力

ARCS動機設計模型第一個因素是注意（Attention）。教師要想抓住學生的注意力，必須選擇恰當?shù)膶嵗?，為此課程開始開門見山的舉出多外部中斷源系統(tǒng)設計的一個典型實例—搶答器的設計。由于大多數(shù)同學都觀看或參加過知識競賽，對搶答器有一定的了解，這樣的實例更貼近生活實際，所以能很好的吸引學生的注意力。

2.2明確學習目的，強調相關性

ARCS動機設計模型第二個因素是相關（Relevance）。在抓住學生的注意力以后，教師要馬上告知學生，現(xiàn)在進行的學習活動與他們過去的經驗或以前學習的知識是有關聯(lián)的，而且對以后的學習有幫助。本次課教師要強調搶答器的設計涉及到以前學習的按鍵開關和指撥開關基礎知識、LED數(shù)碼管基礎知識、蜂鳴器基礎知識等。而且本次課的內容對以后進行課程設計、畢業(yè)設計及參加電子競賽等都有很大的幫助。

2.3合理設置任務，建立自信心

ARCS動機設計模型第三個因素是自信（Confidence）。為了使學生更好地建立起自信心，不懷疑自己的學習能力，教師要合理設置教學任務。所謂合理指的是任務即不能太復雜也不能太簡單，“太復雜”學生很容易失去信心，“太簡單”學生又不會獲得成功感。如何掌握“合理”這個度，本次課設置了三個層次的教學任務，使學生循序漸進的掌握多外部中斷源系統(tǒng)設計的原理。

第一層次先講解一個單一中斷控制LED的程序。要求通過開關K0實現(xiàn)單一外部中斷，開機后點亮8只LED，當有外部中斷0發(fā)生時，8只LED閃爍5次。注意此時要重點強調K0連接P3.2引腳，表示控制外部中斷0。教師要在課前利用ProteusISIS繪制好系統(tǒng)硬件原理圖，然后在課上通過Keil軟件工具講解如何編寫程序，并產生目標代碼文件，添加到硬件電路的主芯片中，運行后學生可直接看到仿真結果。這樣學生可以快速掌握單一中斷源的設計。

第二層次練習兩級中斷控制。教師在第一層次的硬件原理圖中，現(xiàn)場添加一個開關Kl，連接P3.3引腳，控制外部中斷1。之后在Keil中調出單一中斷的軟件程序，在初始化程序中講解如何設置優(yōu)先級，其中外部中斷0為低優(yōu)先級，外部中斷1為高優(yōu)先級。然后要求學生自行編寫外部中斷1的中斷服務程序，為了便于觀察仿真結果，可編寫8只燈中的兩個燈左右移動4次，之后恢復閃爍。通過此實例學生鞏固了中斷源的設計，同時又深人理解中斷優(yōu)先級的概念，為學習多外部中斷源系統(tǒng)設計起到了很好的鋪墊作用。

第三層次進行8路搶答器的設計實例。有了前兩個層次的基礎，在第三層次可將學生分成若干小組，每組4-6人，由學生自行完成設計任務，教師從旁指導，重點強調三個方面：一是要求設計主持人按鍵，控制是否允許搶答；二是搶答成功后，蜂鳴器響，同時可顯示座位號；三是優(yōu)先級要按時間優(yōu)先原則，還應考慮多個按鍵同時按下的情況。

經過這三個層次的實例學習，學生的自信心呈階梯式增長，教學效果也得到了顯著提高。

2.4給予外部激勵，獲得滿足感

ARCS動機設計模型第四個因素是滿足（Satisfaction）。為此，教師要在學生每完成一個學習任務時，及時地給予外部激勵，如適當?shù)乇頁P、設置平時成績加分等手段，以強化學生心理上的滿足感。

3.應用效果

將ARCS動機設計模型的思想引入到《微型計算機原理及接口技術》課堂教學中來，教師與學生之間的交互得到了充分地發(fā)揮，學生在課堂上的學習情緒也得到了充分地調動，大部分同學都主動地參與到課堂學習活動中，在輕松愉快地氛圍下很好的掌握了難以理解的多外部中斷源系統(tǒng)設計的問題。參照這種教學模式，可在其它章節(jié)的教學中進行推廣。