ARCS模型視角下信息化教學應用項目建設及教學實踐

鄒淑云 劉忠 李錄平

摘? 要：ARCS作為一個典型的動機模型，不但關注動機的激發(fā)，更重視動機的維持，在本質(zhì)上重視學習者自身的主動性。文章以《水輪機原理》空間課堂為例，探討ARCS模型視角下信息化教學應用項目的建設方案及教學實踐成效。通過實現(xiàn)“四新”，引起學習者注意（Attention），激發(fā)學習者的學習興趣;構建“3類導航”，引起學習者產(chǎn)生相關（Relevance）;實現(xiàn)“兩個創(chuàng)新”，促進學習者建立學習自信（Confidence）;建立“多維度”機制，提升持續(xù)滿意度（Satisfaction），支持學習者達到預期的學習目標并形成長效的動機機制促進學習的遷移。實踐證明，基于ARCS模型的《水輪機原理》空間課堂能充分激發(fā)學習者學習積極性，引發(fā)求知探索精神與創(chuàng)新意識，收到了良好的教學效果，可望對其他課程團隊產(chǎn)生良好的啟示與借鑒作用。

關鍵詞：ARCS模型;空間課堂;水輪機原理;信息化教學;學習動機

中圖分類號：G434? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）10-0082-05

一、引言

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出：信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。然而， 遠程教育模式下，大學生自主學習存在諸多問題，如缺乏自主學習意識、自主學習指導、自主學習資源、鑒別與自我控制[1]。在線開放課程學習者的學習受到多方面的影響，而學習動機則是決定在線開放課程學習者學習完成率的重要因素之一。在學習過程中，在線學習系統(tǒng)的不實用、課程內(nèi)容設計的不科學、師生互動不及時等因素，都會影響學習者在線學習的動機，進而影響其在線學習行為[2]。學習者的內(nèi)在動機對學習活動和行為表現(xiàn)起著定向和驅動作用[3]。

美國教學設計專家凱勒（Keller）認為，學習動機的生成依賴于注意（Attention）、相關（Relevance）、自信（Confidence）和滿意（Satisfaction）等四個既具有層次遞進性又高度相關的動機過程[4]，基于此原理，他提出了ARCS模型（見圖1）。該模型提供的可操作性動機設計體系，對于解決學習者缺乏學習動機、學習動機難以維持等問題，增強學習者自信心，改善學習效果具有重要的指導作用。ARCS動機模型不但在課堂的教學設計與實施方面具有很高的指導作用，而且為網(wǎng)上在線學習系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)提供了實用高效的參考框架。綜合國內(nèi)外已有研究發(fā)現(xiàn)，ARCS模型主要應用于在線學習環(huán)境的設計與實現(xiàn)、網(wǎng)絡教學資源的設計與開發(fā)、在線開放課程的學習設計三方面[5-7]。由此可知，ARCS模型多用于在線教學設計，以此調(diào)動學習者的學習動機。

鑒于水輪機是能源動力工程領域（如水力發(fā)電、海洋能發(fā)電等）的核心設備，提高該課程教學活動成效是培養(yǎng)能源動力工程卓越工程技術人才的迫切需要，所以筆者于2016年申請并獲批《水輪機原理》名師空間課堂建設項目，以信息化教學項目建設為載體，借助于ARCS模型來進行建設和教學實踐，以激發(fā)并維持學生內(nèi)部學習動機，真正發(fā)揮空間課堂對教學效果提升的促進作用。

二、《水輪機原理》空間課堂建設方案設計

1.空間課堂建設目標

《水輪機原理》空間課堂將采用開放靈活的教學模式、科學合理的教學內(nèi)容體系，建設學生樂于接受的學習資源，引發(fā)學生注意;教學資源的展現(xiàn)簡明扼要，內(nèi)容針對性和實用性強，“碎片知識”進行網(wǎng)狀關聯(lián)，便于學生進行相關學習;靈活采用項目教學、任務驅動等多種教學方法，隨時隨地與學生保持在線互動，增強學生的學習信心;提供客觀公正的自主評價反饋系統(tǒng)和在線學習支持系統(tǒng)，提升學生學習滿意度;全過程促進學生主動學習，取得良好的教學效果。

2.空間課堂建設內(nèi)容

《水輪機原理》空間課堂建設的主要內(nèi)容包括：

（1）教學內(nèi)容的優(yōu)化

空間課堂的建設是一個動態(tài)更新的過程，筆者在發(fā)揚傳統(tǒng)教學資源優(yōu)勢的基礎上開展大膽的創(chuàng)新，把科研形成的諸多成果引入課程教學，形成豐富的教學項目和教學積件資源庫。及時更新水輪機基本概念分析案例庫、水輪機計算運用案例庫、水輪機運行分析案例庫，讓學生在校期間盡可能多地感受到水能轉換與利用過程的情景和所需要的能力要求。

（2）教學內(nèi)容呈現(xiàn)方式數(shù)字化

本項目基于校企協(xié)同，由長沙理工大學具有扎實理論功底的專業(yè)教師和實踐經(jīng)驗豐富的企業(yè)高級工程師共同研究，建立了豐富且系統(tǒng)的數(shù)字化資源。具體包括：①教材內(nèi)容的數(shù)字化，將文本內(nèi)容轉化為視頻、電子課件、動畫等;②實踐內(nèi)容的數(shù)字化，將水輪機拆裝實習、運行實習的內(nèi)容及過程用動畫、視頻、虛擬現(xiàn)實等表現(xiàn)出來;③實驗項目的數(shù)字化，建設了網(wǎng)上實驗系統(tǒng)、虛擬實驗等。

（3）教學過程的信息化

為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和綜合能力，增強學生的學習能力，提高他們的學業(yè)成績，《水輪機原理》空間課堂充分利用現(xiàn)代信息技術和信息資源，構建了一個信息與空間相融合的無縫銜接，將學生的學習需求、學習資源以及學習生活有機地融合在一起，實現(xiàn)教學過程的信息化。主要包括：①“教”的信息化：教學視頻、網(wǎng)上輔導、網(wǎng)上答疑等;②“學”的信息化：網(wǎng)上自主學習、網(wǎng)上討論、網(wǎng)上合作實踐（實驗）等;③“考”的信息化：網(wǎng)上作業(yè)、章節(jié)測驗、期末測試等;④“評”的信息化：教師通過學習過程統(tǒng)計、作業(yè)批改、考試批改等評價學生學習效果，學生在課程評價區(qū)、討論區(qū)評價教師教學效果。信息化教學過程結構如圖2所示。

3.空間課堂結構

根據(jù)ARCS模型，注意、相關、自信和滿意是一個整體，缺少任何一個要素，都可能使學習者喪失學習動機，從而導致教學實施的無效或失敗。因此，《水輪機原理》空間課堂建設與教學實踐要系統(tǒng)地考慮這四個要素?；贏RCS模型的《水輪機原理》空間課堂建構如圖3所示。

基于A要素，空間課堂采用新穎的平臺吸引學生的興趣，用挑戰(zhàn)性的問題激發(fā)學生的好奇心，通過變化各種教學要素和方式吸引學生的注意力。基于R要素，在每個學習單元之初向學生提出學習的目標或者讓學生自定學習目標，通過導航鏈接把教學與學生的各種學習需求匹配起來?；贑要素，給學生設定合理的目標，讓學生覺得“經(jīng)過自己的努力，能夠完成，能夠達到”;建設開放的答疑討論區(qū)，讓每個學生都能體驗到成功;提供自主學習支持系統(tǒng)，給他們一種獨立感，幫助學生完成目標，建立信心?；赟要素，給學生提供公平的評價反饋系統(tǒng)，讓學生感覺到教師評價的公平性，以維持后繼的學習動機。

三、ARCS模型視角下《水輪機原理》空間課堂建設及教學實踐

1.實現(xiàn)“四新”，引起學生注意（Attention）

（1）課程內(nèi)容新

在《水輪機原理》空間課堂建設實施過程中，筆者密切關注水電行業(yè)的最新進展，及時對課程教學內(nèi)容進行更新，同時對空間課堂內(nèi)各項教學資源進行實時更新，把實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的新理論﹑新技術和新設備反映到教學中來，以彌補教材的時差性和滯后性。將水輪機運行、檢修過程拍攝成教學短片和大量圖片供學生觀看，縮短了課堂與企業(yè)生產(chǎn)之間的距離。

空間課堂專門設立了“拓展與創(chuàng)新”模塊，為學生提供各種創(chuàng)新機會，鼓勵并指導學生參加大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目、全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、全國環(huán)境友好科技競賽、水資源綜合利用創(chuàng)新設計競賽等，給學生提供真實的問題解決情景，引導他們應用已學的知識去解決實際問題，讓學生感受到學習的價值、學習的快樂，在學習中獲得滿足。

（2）內(nèi)容表現(xiàn)形式新

根據(jù)《水輪機原理》課程內(nèi)容的不同特點，空間課堂選用了三維重現(xiàn)、動畫演示、視頻講解、虛擬現(xiàn)實等多維度的表現(xiàn)形式。針對水輪機內(nèi)部結構復雜、書上黑白圖片難于理解的問題，制作了三維教學模型展示不同水輪機的內(nèi)部結構，以增強內(nèi)容的生動性和互動性，便于學生認知和理解。針對課程中比較抽象、復雜的內(nèi)容，如蝸殼、轉輪室、尾水管中水的流動等，采用動畫演示，突破難點。針對每一個知識點錄制了教學微視頻，學生可以反復觀看，達到較好的教學效果。

此外，在課件制作中引入虛擬現(xiàn)實技術，實現(xiàn)課件的仿真功能，引起學生注意。例如，采用虛擬現(xiàn)實技術生動形象地展示了反擊式水輪機的構造，學生可以在電子課件中實現(xiàn)虛擬實習，即可以通過鼠標拖拽動態(tài)觀察水輪機的各個部件，從不同視角查看水輪機。學生饒有興趣地對其進行觀察和操作，能夠更全面、深刻地認識和理解水輪機的結構及各部分的功能。

（3）登錄課堂手段新

目前，智能移動終端成為學生獲取信息的主要來源。泛在學習（U-Learning）是近年來新興的一種學習方式，倡導的是創(chuàng)造讓學生隨時隨地、利用任何終端進行學習的教育環(huán)境，實現(xiàn)更有效的以學生為中心的教學方式[8，9]?！端啓C原理》空間課堂吸納泛在學習理念，構建了一個信息與空間相融合的無縫銜接課堂，將學生的學習需求、學習資源以及學習生活有機地融合。學生遇到任何實際問題需求都可通過空間課堂在線與教師、同學進行交流，得到及時的幫助。

為了讓學生隨時隨地參與學習，《水輪機原理》空間課堂基于超星泛雅平臺而建設。超星公司提供了可供學生下載的手機App，學生在手機上安裝后，可通過App注冊課程、觀看教學視頻和教學課件，靈活管理自己的學習進度。此外，App還可以基于學生的學習情況和大數(shù)據(jù)分析，主動推送最新的教學資源給學生;教師隨時隨地監(jiān)測學生的學習情況，并交流互動。

（4）師生互動方式新

除了傳統(tǒng)的教師講授和學生自學以外，《水輪機原理》空間課堂教學互動中，出現(xiàn)了學習小組、學習班集體、企業(yè)專家、學習伙伴等，這些對象之間的互動構成了網(wǎng)狀的交互結構，如圖4所示。師生互動由傳統(tǒng)的師生間的單向交流擴展為生生之間、人機之間或生機師之間的多向互動。無論是師生互動還是學生之間的互動，或是學生與教學資源的互動，交互信息的傳遞都是雙向的，不僅有通過語言進行的課堂互動，還有借助媒體技術進行操作式的互動。這些互動具有協(xié)作性交流合作的特征，例如學生與學生之間、學生和小組之間、多個學生之間，多數(shù)是以伙伴式的互動方式進行，在相互幫助、交換看法中開展學習。

2.構建“3類導航”，引起學生產(chǎn)生相關（Relevance）

（1）課程目標導向

本課程的教學目標為：夯實理論基礎，拓寬知識面;緊密聯(lián)系實際，提高適應能力;深化創(chuàng)新實踐，培養(yǎng)創(chuàng)新能力;增強工程意識，掌握工程設計方法，培養(yǎng)工程素養(yǎng)。為了讓學生在學習過程中有的放矢，空間課堂建設時，首先將課程培養(yǎng)目標分解為各個章節(jié)的具體教學目標，然后設計開發(fā)學生達成各個目標所需要的資源與活動。

（2）課程內(nèi)容導航

本課程的教學內(nèi)容組織遵循由直觀到抽象、由淺入深的原則，先介紹不同類型水輪機的結構及其作用，再分析不同類型水輪機的工作原理、空化、相似理論、特性曲線，最后講解水輪機的選型設計及其過程。圍繞真實典型工程項目案例分析，連續(xù)地組織授課內(nèi)容，使看似無關的知識單元彰顯其內(nèi)在邏輯性，學科交叉性的實踐本質(zhì)也凸顯，從而更具工程直觀性。課程內(nèi)容采用模塊化的方法組織，建立目錄索引表，讓學生了解空間課堂的信息結構，直接到達所需要的學習頁面。

（3）教學環(huán)節(jié)導向

本課程每個知識單元的教學主要有3個環(huán)節(jié)，如圖5所示。首先通過生產(chǎn)實際的問題引入課程內(nèi)容，激發(fā)學生的求知欲;然后通過融合圖片、視頻、動畫、虛擬現(xiàn)實等多種媒體對課程內(nèi)容進行分析、講解，力求達到引導學生思維、增強理解能力、更好掌握課程知識的目的;最后，學生可以面對面或者在網(wǎng)上與教師、同學交流探討，完成相關任務，獲得積分，以提高積極性和主動性。

3.實現(xiàn)“2個創(chuàng)新”，促進學生建立學習自信（Confidence）

（1）創(chuàng)新教學模式

不同于傳統(tǒng)教育以教師為中心的教學模式，學生處于空間課堂的中心，《水輪機原理》空間課堂考慮學生的學習規(guī)律，提供開放的學習環(huán)境和充分的相關資源，以滿足不同學習目的、知識需求、學習能力的學生的需要，最大限度地調(diào)動學生學習主動性和積極性，鼓勵學生積極思考，提倡學生主動學習，體現(xiàn)以學生為主體的思想。教師的身份也變成輔導者，以線上線下相結合的方式為學生答疑解惑，監(jiān)督學習過程，參與學習評價，給予不同基礎和學習進度的學生個性化的學習支撐。

（2）創(chuàng)新課程組織方式

《水輪機原理》空間課堂采用翻轉課堂方式組織教學，如圖6所示。根據(jù)教學安排和教師要求，將視頻和作業(yè)設置為任務點。學生需要在課前完成各個任務點，并記錄自己的疑難問題。在課堂上，教師展示學生任務點完成情況，并組織學生就課前學習未理解的問題進行討論，針對學生難點重點分析。課后，學生在空間課堂完成相關測驗，并在討論區(qū)發(fā)起討論，共同探討學習疑難，校內(nèi)教師與企業(yè)教師也會在線上對學生的問題進行解答。這樣的課程組織方式擴充了學生主動交流的時間和空間，減少了被動學習，提高了學生的學習自信。

4.建立“多維度”機制，提升持續(xù)滿意度（Satisfaction）

（1）教學支持的多維度

為此，筆者在《水輪機原理》空間課堂中建設了強大的自主學習支持系統(tǒng)，為學生提供全方位、多層次的學術性和非學術性學習支持服務。比如：向教學班學生發(fā)布教學安排公告;根據(jù)學生學習情況，發(fā)送學習提醒;上傳學生能下載或查看的電子文檔、視頻資源等;向學生布置作業(yè)并對學生提交的作業(yè)進行批閱;提出案例讓學生進行廣泛討論;對學生自主提出的問題進行答復并讓其他學生共享問題的解決方案;與全班學生進行自由的意見交流;布置實踐性項目并進行活動指導;發(fā)布專項的問卷調(diào)查，收集學生的反饋意見和建議;為學生設計清晰、明確、符合其認知心理的導航系統(tǒng)，避免學生在學習過程中產(chǎn)生迷航現(xiàn)象等。

（2）教學評價的多維度

《水輪機原理》課程考核把知識點考核轉變?yōu)槟芰己?，激發(fā)學生的學習興趣，提升學生滿意度。針對該課程的特點，筆者靈活選擇了考核方式，采取網(wǎng)上學習活動、作業(yè)提交、模塊考核、項目測試、課堂學習表現(xiàn)、綜述報告、期末閉卷考試等多種形式，建立了多元的考評體系，科學客觀地評價了學生的學習質(zhì)量。其中，平時成績和期末考試各占50%。平時成績包括：①空間課堂學習：考查學生學習教學視頻、課件、拓展資源的情況，占10%;②探討交流：鼓勵學生在討論區(qū)發(fā)起討論，互動交流，共同探討學習疑難，占15%;③作業(yè)：按時、按質(zhì)量獨立完成，無抄襲，占20%;④模塊考核：將課程劃分成具體的模塊，根據(jù)模塊完成進度進行考核，以掌握學生學習的程度，從而合理地提醒學生進行相應模塊的重復學習，占10%;⑤案例分析：引導學生對具體案例進行探究式分析，并由學生與教師共同評價，占10%;⑥階段性測試：獨立思考、獨立完成、無抄襲，占15%;⑦綜述報告：根據(jù)課程學習內(nèi)容，查閱資料，就與課程有關的水輪機性能中的某一方面問題，寫出自己的認知和理解。要求有自己的觀點，介紹最新的生產(chǎn)技術手段與研究方法、研究思路等，占10%;⑧課堂表現(xiàn)：出勤情況、組織紀律性、作業(yè)提交及時性、參與討論的積極性，占10%。此外，采用了團隊排行榜、優(yōu)秀作品展等空間教學手段，激勵學生爭創(chuàng)優(yōu)秀、爭創(chuàng)一流，激發(fā)學習熱情。

四、信息化教學成效

學生反映，《水輪機原理》空間課堂讓他們感受到了信息化教學帶來的好處和樂趣：①教學內(nèi)容用圖像、動畫、視頻、旁白等多種手段加以表現(xiàn)，課程兼具技術性和藝術性，容易理解、記憶;②教學方式很新穎，不得不強迫自己去看視頻，至少自己學到了東西;③有學習支持系統(tǒng)，有提醒服務，支持自己隨時隨地學習;④有疑惑和問題可隨時直接問教師或同學，極大地提高了學習積極主動性和自我學習能力，有較強的成就感。

使用《水輪機原理》空間課堂進行教學的2013級和2014級能動（水動）學生的課程成績及格率均達到100%，平均成績分別比往屆提高了5.6和7.0分（百分制）。學生利用空間課堂的“拓展與創(chuàng)新”模塊，積極參與創(chuàng)新實踐活動，2組學生分別獲批2016年度和2017年度湖南省大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目，1組學生獲得第九屆全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽三等獎，1組學生獲得首屆湖南省水資源綜合利用創(chuàng)新設計競賽一等獎，3組學生申請了水輪機相關的專利。

經(jīng)過一年多的建設和教學實踐，2017年9月《水輪機原理》空間課堂以“優(yōu)秀”結果通過驗收（湘教科研通[2017]87號）。實踐證明，基于ARCS的《水輪機原理》空間課堂能夠充分激發(fā)學生的學習積極性，引發(fā)求知探索精神與創(chuàng)新意識，收到了良好的教學效果。《水輪機原理》空間課堂建設及教學實踐可望對其他課程團隊產(chǎn)生良好的啟示與借鑒作用。

五、結束語

本文將ARCS模型的理念融入《水輪機原理》空間課堂的整體設計和實施中，建設形成了靈活開放的平臺、豐富多樣的資源、清晰的導航系統(tǒng)、開放的交流討論區(qū)、強大的自主學習支持系統(tǒng)和公平的評價反饋系統(tǒng)。ARCS模型為《水輪機原理》空間課堂激發(fā)學生的學習動機提供了有效的理論依據(jù)，極大地啟發(fā)了在線教學的實施。

從教學實踐效果來看，基于ARCS的《水輪機原理》空間課堂充分激發(fā)了學生的學習積極性，引發(fā)求知探索精神與創(chuàng)新意識，學生課程學習成績提升明顯，大學生科技競賽獲獎和科技項目立項數(shù)量逐漸增多，教學效果得以充分體現(xiàn)?！端啓C原理》空間課堂建設及教學實踐可望對其他課程團隊產(chǎn)生良好的啟示與借鑒作用。

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（編輯：魯利瑞）