基于ARCS動(dòng)機(jī)模型的工科課堂教學(xué)視頻分析
——以《信號(hào)與系統(tǒng)：模擬與數(shù)字信號(hào)處理》為例* 1

謝曉春，甘家中，喻玲娟，盧震輝

(1.贛南師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院；2.江西理工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 江西 贛州　341000)

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基于ARCS動(dòng)機(jī)模型的工科課堂教學(xué)視頻分析
——以《信號(hào)與系統(tǒng)：模擬與數(shù)字信號(hào)處理》為例* 1

謝曉春1，甘家中1，喻玲娟2，盧震輝1

(1.贛南師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院；2.江西理工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 江西 贛州341000)

摘要：麻省理工學(xué)院公開課《信號(hào)與系統(tǒng)：模擬與數(shù)字信號(hào)處理》以其優(yōu)秀的授課品質(zhì)受到廣泛好評(píng).本文利用視頻分析方法，從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)角度對(duì)該課程進(jìn)行個(gè)案研究.研究結(jié)果表明，該課程大量使用了符合ARCS 動(dòng)機(jī)模型的教學(xué)策略，注重學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)與維持.通過對(duì)該課程的教學(xué)特點(diǎn)及其采用的主要策略進(jìn)行總結(jié)，可作為相關(guān)課程課堂教學(xué)的參考，促進(jìn)課堂教學(xué)質(zhì)量的提高.

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué)；ARCS動(dòng)機(jī)模型；教學(xué)視頻分析

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子信息與電氣類專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中起著承上啟下的作用，同時(shí)也是該專業(yè)學(xué)生進(jìn)入研究生階段學(xué)習(xí)中許多課程的重要基礎(chǔ).該課程教學(xué)質(zhì)量的好壞將直接影響學(xué)生對(duì)信號(hào)和系統(tǒng)等重要概念的掌握和理解以及分析和解決相關(guān)問題的能力，并關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果.因此，有效地提高這門課的教學(xué)質(zhì)量，對(duì)提高電子信息與電氣類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生專業(yè)素質(zhì)有著重要的意義.近年來網(wǎng)絡(luò)公開課的蓬勃發(fā)展提供了許多國(guó)內(nèi)外的優(yōu)秀教學(xué)視頻，這些教學(xué)視頻不論從課程選題、授課內(nèi)容，還是從講授方式、教學(xué)氛圍等方面來看，都具有較高的品質(zhì).學(xué)習(xí)優(yōu)秀教學(xué)視頻的優(yōu)秀授課品質(zhì)，特別是在講授方式，即如何教方面，對(duì)于吸引學(xué)生聽課，提高課程的教學(xué)質(zhì)量有重要的意義.

本文就“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)，選取了網(wǎng)易公開課提供的麻省理工學(xué)院公開課《信號(hào)與系統(tǒng)：模擬與數(shù)字信號(hào)處理》[1]進(jìn)行個(gè)案研究，從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)和維持角度分析該課程受到廣泛好評(píng)的原因，以及教師所采用的具體教學(xué)策略，希望能夠作為相關(guān)課程課堂教學(xué)的參考，促進(jìn)課堂教學(xué)質(zhì)量的提高.

1研究目的

2012年網(wǎng)易公開課發(fā)布了麻省理工學(xué)院公開課《信號(hào)與系統(tǒng)：模擬與數(shù)字信號(hào)處理》的中文字幕版視頻[1]，盡管該課程視頻錄制于1987年，但發(fā)布不久就在網(wǎng)絡(luò)上受到廣泛關(guān)注和好評(píng).課程授課教師Alan V. Oppenheim教授是世界知名數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)專家，也是經(jīng)典教材《信號(hào)與系統(tǒng)》的作者，這是該視頻受關(guān)注的重要原因之一.同時(shí)，Oppenheim教授基于自身扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合信號(hào)處理的實(shí)際研究經(jīng)驗(yàn)和科研成果深入淺出的講解了該課程，并且引用了大量的有趣的實(shí)驗(yàn)和例子，使得這門課程受到高度好評(píng).本文嘗試通過對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課堂教學(xué)視頻分析，從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)角度解釋這門課程受歡迎的原因，并歸納教師為激發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)所采用的教學(xué)策略.通過本文的研究，希望達(dá)到以下兩個(gè)目標(biāo)：

1.1從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)角度分析《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是受到好評(píng)的原因

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的成功有多方面的原因，而其優(yōu)秀的授課品質(zhì)最為基礎(chǔ).《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的廣受好評(píng)從某種角度上說明教師在教學(xué)中重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)和維持.本文以ARCS動(dòng)機(jī)模型為基礎(chǔ)，對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)視頻進(jìn)行編碼和分析，揭示其在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)和維持方面的特征.

1.2歸納課程教師在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)和維持方面的具體教學(xué)策略

如今，大學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)普遍不足，課堂教學(xué)質(zhì)量引起很多人的擔(dān)憂.“如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性”也是課程建設(shè)中亟待解決的一個(gè)重要問題.本文在教學(xué)視頻分析基礎(chǔ)上，歸納《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教師激發(fā)和維持學(xué)生課堂學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的具體策略，為工科專業(yè)教師的課堂教學(xué)提供有實(shí)用價(jià)值的策略參考和借鑒.

2基于 ARCS 動(dòng)機(jī)模型的課堂教學(xué)視頻分析

課堂教學(xué)視頻利用多媒體技術(shù)將教學(xué)過程中的現(xiàn)場(chǎng)情境完整地記錄下來，能夠?qū)?fù)雜的教學(xué)過程完整清晰地再現(xiàn)，為教學(xué)分析者的后續(xù)研究提供良好的素材[2].教學(xué)視頻分析不僅能夠通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的課堂教學(xué)情境，促進(jìn)教師的認(rèn)知加工，還能夠通過聲音、圖像等多種媒體元素的整合將專家所擁有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)等隱性知識(shí)顯性化，使之更加具體直觀，更有利于教師學(xué)習(xí)和吸收[3].教學(xué)視頻分析的強(qiáng)大作用使它在教師職業(yè)能力提升中成為連接理論與實(shí)踐的有效工具，為教師提高課堂教學(xué)質(zhì)量提供了建設(shè)性工具.

對(duì)教學(xué)視頻進(jìn)行分析，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行編碼、統(tǒng)計(jì)、分析和數(shù)據(jù)挖掘等操作，以發(fā)現(xiàn)其中所包含的教學(xué)行為之間的關(guān)系和普遍原則，并將結(jié)果進(jìn)行可視化[4].教學(xué)視頻分析一般包括如下四個(gè)過程：教學(xué)視頻的預(yù)處理、課堂教學(xué)信息編碼、對(duì)形成的編碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘等和對(duì)結(jié)論的可視化與理解.其中，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)信息編碼系統(tǒng)是進(jìn)行視頻分析的基礎(chǔ).為了研究《信號(hào)與系統(tǒng)》課程在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)和維持方面的特征，本文將ARCS動(dòng)機(jī)模型作為視頻分析的編碼方案.

美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的心理學(xué)教授約翰·M·凱勒(John M Keller)凱勒教授認(rèn)為，影響學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)有四個(gè)主要因素，即“注意”(Attention)、“關(guān)聯(lián)”(Relevance)、“信心”(Confidence)和“滿足”(Satisfaction)四個(gè)方面[5].“注意”指的是教學(xué)應(yīng)引起并維持學(xué)生的好奇與注意，“關(guān)聯(lián)”是指要將教學(xué)與學(xué)生的重要需求和動(dòng)機(jī)相結(jié)合，信心指的是教學(xué)應(yīng)該發(fā)展學(xué)生對(duì)成功的自信，使其對(duì)學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生積極的期望，“滿足”指的是教學(xué)應(yīng)該組織強(qiáng)化，將學(xué)習(xí)成績(jī)置于學(xué)生的控制之下，使其從學(xué)習(xí)中獲得滿足.基于以上理論，凱勒教授于1987 年提出的一個(gè)關(guān)于如何激發(fā)與維持學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的模型，即ARCS 模型.ARCS模型將動(dòng)機(jī)作為學(xué)習(xí)的核心因素，強(qiáng)調(diào)適當(dāng)?shù)膭?dòng)機(jī)是一個(gè)人能夠高效率地學(xué)習(xí)或工作的前提，關(guān)注如何通過教學(xué)設(shè)計(jì)來調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).該模型指出，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，首先需要引起學(xué)生對(duì)一項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)的注意和興趣；其次，使學(xué)生理解完成這項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)與自己密切相關(guān)；再次，要使學(xué)生覺得自己有能力完成這項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)，從而產(chǎn)生自信；最后讓學(xué)生產(chǎn)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)后的滿足感. 利用ARCS 模型來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，教師需要在教學(xué)中圍繞學(xué)生的注意、關(guān)聯(lián)、信心和滿足這四個(gè)方面來設(shè)計(jì)教學(xué)，以激發(fā)學(xué)生在課堂教學(xué)中的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).本文參考凱勒提出的三級(jí)結(jié)構(gòu)模型[6]設(shè)計(jì)了視頻分析編碼方案，該方案由4個(gè)一級(jí)策略組成，并細(xì)化為13個(gè)二級(jí)策略和50個(gè)三級(jí)策略.

3教學(xué)視頻分析過程及結(jié)果

麻省理工學(xué)院公開課《信號(hào)與系統(tǒng)：模擬與數(shù)字信號(hào)處理簡(jiǎn)介》教學(xué)視頻共有26講，每講時(shí)長(zhǎng)40-60 min.本文選擇其中的第9講(傅里葉變換性質(zhì))為樣本，根據(jù)課堂視頻分析的基本步驟，對(duì)該視頻進(jìn)行觀察記錄和編碼，如表1所示.

首先對(duì)課程視頻進(jìn)行觀察和記錄，即在字幕文件的幫助下根據(jù)內(nèi)容將時(shí)長(zhǎng)為49 min的視頻分割為77個(gè)片段.然后反復(fù)觀察教學(xué)視頻片段，客觀地將教學(xué)過程和動(dòng)作簡(jiǎn)要記錄下來(如表1的第3列和第4列).完成記錄后，對(duì)教學(xué)過程和動(dòng)作進(jìn)行分析，并按ARCS 第三級(jí)策略進(jìn)行編碼(如表1的第5列).通過對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以分析出課程教師有如下的ARCS 策略使用特征.

從一級(jí)策略來看，使用最多的是 A 類(注意)策略，使用了51次.從二級(jí)策略來看，所有二級(jí)策略都有被使用，其中A3(變化)、A2(具體化)、C1(學(xué)習(xí)要求)、R1(經(jīng)驗(yàn))被使用相對(duì)較多.從三級(jí)策略來看， A33(改變教學(xué)媒介)和A22(對(duì)每一個(gè)重要的概念或原則作舉例說明)被使用的次數(shù)顯著多于其他策略.概括而言，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教師充分地使用了ARCS 動(dòng)機(jī)策略，在教學(xué)中十分注重激發(fā)和維持學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，能夠“把抽象的數(shù)學(xué)理論形象化、工程化”.

表2　動(dòng)機(jī)策略編碼統(tǒng)計(jì)表

通過對(duì)教學(xué)視頻的分析，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教師的教學(xué)總體特征可以概括為如下四點(diǎn)：

雖然 ARCS 動(dòng)機(jī)模型對(duì)教師教學(xué)已具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性，但對(duì)一線普通教師來說，其可操作性和實(shí)用性仍顯不足.本文利用編碼數(shù)據(jù)并結(jié)合對(duì)應(yīng)視頻片段，采用定性觀察法對(duì)教師教學(xué)策略做進(jìn)一步的分析，歸納出信號(hào)與系統(tǒng)課程教師所采用的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)與維持的具體策略.通過將所有二級(jí)策略編碼相同的記錄集中到一起，在觀看對(duì)應(yīng)教學(xué)視頻片段的基礎(chǔ)上，將教師使用的各個(gè)二級(jí)策略歸納為更具操作性和實(shí)用性的具體策略.依照這種方法，信號(hào)與系統(tǒng)課教師在該講課中使用最多的A2、A3、R1、C1策略被具體化為如下的19 條：

A2具體化策略：

A21將重要的對(duì)象、觀念系統(tǒng)或關(guān)系以直觀的形式呈現(xiàn)給學(xué)生：

●使用比喻使抽象的概念形象化

●通過在黑板上畫圖解釋抽象概念或過程

●用形象化、生活化的事例類比抽象概念或原則

●使用多媒體技術(shù)進(jìn)行形象化展示

A22對(duì)每一個(gè)重要的概念或原則作舉例說明：

●列舉一個(gè)原則或概念的多種具體表現(xiàn)形式

●使用可以體現(xiàn)抽象概念的實(shí)例

A23使用與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的軼事、個(gè)案研究、傳記等：

●介紹學(xué)科發(fā)展的歷史

●介紹學(xué)科中的著名學(xué)者

A3變化策略：

A31變化聲調(diào)，使用各種身體語言：

●講解過程中適當(dāng)?shù)貋砘刈邉?dòng)

●配合教學(xué)內(nèi)容的手勢(shì)

A32變化教育形式：

●講解過程中插入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)演示

A33 變化教育媒體：

●通過膠片投影展示配合講解

●利用黑板推導(dǎo)計(jì)算配合講解

●面向?qū)W生口頭講解

R1經(jīng)驗(yàn)策略：

●課堂開始時(shí)，回顧前面的教學(xué)內(nèi)容

●在教授新知識(shí)的過程中強(qiáng)調(diào)有相關(guān)性的已學(xué)知識(shí)

●與生活學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的內(nèi)容與例子

●結(jié)合同學(xué)們已知的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)

C1學(xué)習(xí)要求

●明確下一階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容

4總結(jié)與啟示

本文通過視頻分析方法，從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)角度對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程視頻進(jìn)行個(gè)案研究，對(duì)其教學(xué)進(jìn)行了深度剖析，對(duì)其優(yōu)秀的授課品質(zhì)進(jìn)行了驗(yàn)證.在授課中，教師使用了大量符合ARCS 動(dòng)機(jī)模型的教學(xué)策略，有效激發(fā)和維持了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，是其受歡迎的重要原因.總體來看，鑒于課堂教學(xué)的特點(diǎn)，A 類(即注意)策略是教師采用最多的教學(xué)策略，R 類(即關(guān)聯(lián))策略、C 類(即信心)和S 類(即滿足)策略在課堂內(nèi)也有不少的應(yīng)用.進(jìn)一步來看，具體化表征、利用變化、聯(lián)系已有經(jīng)驗(yàn)、明確學(xué)習(xí)要求等是該課教師教學(xué)的重要特點(diǎn)，也是其優(yōu)秀授課品質(zhì)的主要體現(xiàn).

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教師的教學(xué)特點(diǎn)和具體策略為我國(guó)工科專業(yè)教師的課堂教學(xué)提供了很好的參考.比如，應(yīng)該注重運(yùn)用形象化策略，使抽象的“高深學(xué)問”更容易被學(xué)習(xí)者理解和接受；注重使用具體例子避免學(xué)習(xí)內(nèi)容過于理論化和抽象化；在教學(xué)形式上要多樣性并且富于變化，避免過于單一和呆板.

眾所周知，工科專業(yè)課程比較枯燥而且理論性和邏輯性很強(qiáng)，趣味性相對(duì)偏少.大部分學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性會(huì)隨著學(xué)習(xí)的深入而有所下降，產(chǎn)生學(xué)習(xí)倦怠情緒，所以應(yīng)該重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)和維持.學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)和維持是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)微的活動(dòng)，體現(xiàn)在教學(xué)中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，教師應(yīng)在不斷學(xué)習(xí)他人和自我鍛煉中逐漸提升自己的技能.

參考文獻(xiàn)：

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[6]Keller J M. Development and Use of the ARCS Model of Motivational Design[J].Journal of Instructional Development,1987,(10):2-10.

* 收稿日期：2016-02-06

DOI：10.13698/j.cnki.cn36-1037/c.2016.03.024

基金項(xiàng)目：江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題(JXJG-13-14-22)；江西理工大學(xué)教改課題(XJG-2014-10)

作者簡(jiǎn)介：謝曉春(1975-)，男，江西贛州人，贛南師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院副教授，研究方向：信號(hào)與信息處理．

中圖分類號(hào)：TP393.09

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004-8332(2016)03-0098-04

Teaching Video Analysis of Engineering Courses Based on the ARCS Motivation Model——Taking "Signals and Systems : an Introduction to Analog and Digital Signal Processing" as an Example

XIE Xiaochun1, GAN Jiazhong1, YU Lingjuan2, LU Zhenhui1

(1.SchoolofPhysicsandElectronicInformation,GannanNormalUniversity;2.SchoolofInformationEngineering,JiangxiUniversityofSciecneandTechnology,Ganzhou341000,China)

Abstract:The Massachusetts Institute of Technology's open class "Signals and systems: an introduction to analog and digital signal processing " is widely praised for its excellent teaching quality. A video analysis method is used to analyze the course from the perspective of learning motivation. The results indicated that applying a lot of motivation strategies in accordance with the ARCS model, paying attention to stimulate and maintain students' learning motivation are main reasons why the course is highly praised. The instructional characteristics of and the concrete strategies used in the course are summarized, which could be a reference to the improvement of the quality of engineering course teaching.

Key words:class teaching; video analysis of teaching; ARCS motivation model

·教學(xué)理論研究·

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/36.1037.C.20160510.1227.052.html