ARCS模型在數(shù)字電子技術(shù)實踐教學中的應(yīng)用

付 莉,付秀偉,陳玲玲,范浩宇

(吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022 )

數(shù)字電子技術(shù)實踐作為理論課程的知識的運化、延伸和拓展環(huán)節(jié)，對課程建設(shè)起到至關(guān)重要的作用[1]。傳統(tǒng)實踐過程中，學生以規(guī)定時間完成設(shè)計任務(wù)，但由于學生專業(yè)知識儲備不同，各屆學生能力不同，固定式實踐教學不完全適合所有學生，導致部分學生學習動力不足，影響課程學習效果以及后續(xù)課程學習信心。目前，在云技術(shù)、人工智能、5G技術(shù)發(fā)展的推動下，教育界掀起了云班課學習的浪潮，延伸了教育模式，也增加了課程靈活性。但對于線上自主學習模式，更需要學生有內(nèi)在動機。數(shù)字化教學過程中，線上知識傳授、鞏固，線下知識運化、實踐，以提高教學效果，提升教學質(zhì)量。因此，本文以線上云班課、線下實踐作為課程載體，利用ARCS學習[2-3]動機模型對數(shù)電實踐環(huán)節(jié)進行教學設(shè)計，激發(fā)并維持學生學習興趣和動力，培養(yǎng)自主學習能力，改善教學效果。

一、ARCS教學模型內(nèi)涵

ARCS模型始于20世紀80年代，是由美國John M Keller教授提出一種教學設(shè)計模型[4]。該模型關(guān)注于調(diào)動學習動機，從激發(fā)學習動機到維持動機，從關(guān)注需求到渴望需求，從期望成功到獲得成功，從單次滿足到課程滿足。模型由層次化[5]：注意(Attention)、關(guān)聯(lián)(Relevance)、信心(Confidence)和滿意(Satisfaction)組成完整的動機模型。教師依據(jù)四個維度進行教學設(shè)計以促進學生內(nèi)部動力，達成教學目標，提升教學效果。其中，注意模塊是通過暖場、破冰的方式引起學生注意，同時維持學生注意力；關(guān)聯(lián)模塊是利用自身相關(guān)性、個人需求激發(fā)對知識的渴望；信心模塊是通過學習獲取成功的喜悅，自我價值的體現(xiàn)；滿意模塊則是感受學習過程樂趣，自我評價的過程。ARCS動機模型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 ARCS模型結(jié)構(gòu)圖

二、數(shù)電實踐ARCS教學設(shè)計

(一) 教學可行性分析

數(shù)字電子技術(shù)實踐課程實用性很強[1]，涉及面較廣。傳統(tǒng)純講授式教學抑制了學生探索能力，教學效果并不理想，為提升教學效果，根源在于利用教學設(shè)計和模型調(diào)動學習動機。而ARCS教學內(nèi)涵則是激發(fā)內(nèi)部動機，根據(jù)模型引入數(shù)電生活實例激發(fā)學生興趣，提倡自主連接電路，設(shè)計電路，探究問題，共同解決問題，開拓設(shè)計電路。針對性設(shè)計課堂目標、課程目標和專業(yè)目標，學生以實踐成果、創(chuàng)新成果促自信心，構(gòu)建自我滿意度。因此利用ARCS教學模型應(yīng)用于數(shù)字電子實踐課程教學中是可行的。

(二) 實踐教學設(shè)計

1.教學安排設(shè)計

數(shù)電實驗實踐環(huán)節(jié)是課程理論聯(lián)系實際的重要部分，針對理論教學內(nèi)容安排設(shè)置層次性實踐環(huán)節(jié)，大體包括3個層次：基礎(chǔ)驗證實驗、綜合設(shè)計實驗和系統(tǒng)設(shè)計實驗。驗證性實驗針對基礎(chǔ)知識點、基本芯片、基礎(chǔ)測試內(nèi)容而設(shè)計，為學生扎實基礎(chǔ)服務(wù)；綜合設(shè)計針對幾個章節(jié)內(nèi)容，聯(lián)合多個集成芯片設(shè)計簡易實例，為學生工程實踐打下基礎(chǔ)，建立設(shè)計思維，鞏固加強理論知識理解；系統(tǒng)設(shè)計是綜合課程所有知識完成的一種系統(tǒng)設(shè)計，構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)計思維，建立創(chuàng)新意識，該任務(wù)的設(shè)計方案、指標及運用知識較多，起到承接數(shù)電知識，延伸構(gòu)建專業(yè)思維構(gòu)架的作用。

傳統(tǒng)教學過程中，實踐環(huán)節(jié)安排在理論課程之后，但在課程教學初期普遍學習基礎(chǔ)理論，學生對數(shù)電課程內(nèi)部驅(qū)動力不足，學習興趣不高，為激發(fā)學生學習動力，感官觸覺是最直接的方法。所以，基于ARCS激發(fā)動機原理，本文按照教學內(nèi)容層次性對實踐教學安排進行設(shè)計，對于基礎(chǔ)驗證性實驗，挑選部分實驗安排于理論課程之前，安排學生在課外進行預(yù)習，課內(nèi)操作實踐，體驗實體芯片的測試，真實感受實驗效果，同時記錄實驗過程中問題，待理論學習時分析原因，理解操作涵義。同時，考慮到學生操作失誤導致硬件設(shè)備損壞、操作不熟練影響自信心、教學目標達成度情況，通過云班課上傳微視頻、網(wǎng)址鏈接、操作手冊供學生學習，同時利用仿真軟件提前操作，觀察實驗結(jié)果并在線提交問卷、作業(yè)。

2.課內(nèi)教學設(shè)計

數(shù)字電子技術(shù)實踐是理論具體實施驗證的過程，從實踐操作類型上分為硬件和仿真實驗，從知識結(jié)構(gòu)上分為驗證性、綜合性和系統(tǒng)工程型實驗。為了高質(zhì)量培養(yǎng)學生動手能力、認知能力、創(chuàng)新能力，每位學生單獨操作一個實驗臺，人數(shù)限制在20人以內(nèi)，小組實踐保證課內(nèi)教學質(zhì)量。結(jié)合ARCS動機模型設(shè)計課內(nèi)教學，加強課程參與互動性，提升課程滿意度。

(1)A(Attention)：即引起學生關(guān)注[6]。通過課程要求及課前預(yù)習，學生已了解實踐內(nèi)容，但對于新的實驗器件、設(shè)備、實現(xiàn)效果腦海中仍有些模糊，另外，上課初期，學生思緒未平穩(wěn)，無法靜心實踐課題，因此，教師借助云班課智能教學，進行前測摸底問答、頭腦風暴，將學生迅速帶入課程主題中，亦可結(jié)合實驗操作臺，演示部分實驗，提出問題，引導學生思考解決問題，延伸實驗內(nèi)容，學生根據(jù)設(shè)計指標和個人能力，依次完成實驗內(nèi)容。

(2)R(Relevance)：即課題關(guān)聯(lián)性。實驗實踐課程相對于理論課程的參與度較高，學生興趣也有所提高，但驗證性實驗僅訓練學生熟悉芯片功能及芯片使用，經(jīng)過幾輪實驗部分學生早已輕車熟路，興趣度有所下降，實踐課程針對部分設(shè)計應(yīng)聯(lián)系生活實際，難度適中卻又具有設(shè)計性，例如：“組合邏輯電路分析和設(shè)計”實驗，針對邏輯函數(shù)變換鏈接集成芯片實現(xiàn)各種設(shè)計方案完成目標[7]，以往數(shù)電設(shè)計實例較少(交通燈、表決器、加法器)，本文在模型設(shè)計中增加實例場景設(shè)計和多重指標(煙霧報警器、舉重表決器、娛樂搶答器等)，學生根據(jù)專業(yè)、興趣度，自由選擇設(shè)計題目和指標，硬件條件不足時，利用仿真軟件擴充設(shè)計思路，調(diào)試實驗箱驗證創(chuàng)新性設(shè)計正確性。源于生活卻又高于生活的設(shè)計不僅能引起學生注意，更維持了學生專注度。

(3)C(Confidence)：建立自信心[8]。在動機模型中自信心是動機模型環(huán)路中至關(guān)重要的連接模塊，通過學生關(guān)注，興趣驅(qū)動，知識掌握后學生才會有信心，而自信心也會再次驅(qū)動學習動機，達成學習效果。根據(jù)耶克斯一多得森定律(The Yerks-Dodson Law)，學習效果只有在學習動機適中時才表現(xiàn)最好，學習動機過高時學習效果反而下降，所以依據(jù)云班課課前反饋、師生溝通、專業(yè)水平等情況，實踐期望目標需設(shè)置恰當。本課程實現(xiàn)驗證性實驗的同時延伸專業(yè)設(shè)計指標，利用云班課先搶答、前測，給以獎勵分值，對具有難度系數(shù)設(shè)計任務(wù)給予提示或簡易講解。例如：“選手搶答器”設(shè)計以往利用單一聲光顯示，建議同學利用數(shù)碼管顯示搶答成功選手號，聯(lián)系組合電路其他芯片如74LS48、數(shù)碼管等芯片，在難度系統(tǒng)中等的情況下，保證多數(shù)同學完成任務(wù)，增加自信心。實踐改革中通過多樣網(wǎng)絡(luò)活動形式的融入，結(jié)合課堂實踐活動，刺激課堂焦點話題的注意度，增強學生自信心，維持自驅(qū)動力。

(4)S(Satisfaction)：具有成就感。課內(nèi)實踐的成就感源于三個部分：知識技能、認知能力和情感反饋。以往學生的成就感基本靠教師給以考核成績獲取，但最后的考核只能反應(yīng)學生部分水平，在智慧教學發(fā)展的推動下，云班課輔助教學考核作用較大。滿意度模塊設(shè)計中，教師開展多樣實踐(例如：測試芯片、糾錯電路、互助小組)活動調(diào)動學生積極性，也有各種測試、調(diào)查、搶答環(huán)節(jié)，系統(tǒng)測評時，小組學生亦可互評，均以一定比例作為課程考核成績。成績不僅體現(xiàn)技能掌握情況，更多是解決問題過程，思維拓展能力，綜合評定學生成績。在情感目標方面，學生對知識、課程、專業(yè)具有良好的學習動力、熱愛情感也是課程的滿意度[9]。

3.課外教學設(shè)計

為保證課內(nèi)教學時效性，課外實踐必不可少。實踐活動是學生加深理論知識，深化認知工程的過程，僅通過短暫課內(nèi)時間無法滿足每位同學學習強度，確保課外實踐教學質(zhì)量對培養(yǎng)工程實踐人才毅然重要。本文同樣以ARCS模型設(shè)計課外實踐，面向激發(fā)動機、維持動機[10]，以課外學習、調(diào)研、實踐、調(diào)試、反思、實現(xiàn)作為學習動機的表現(xiàn)形式。

(1)A(Attention)課外關(guān)注度，對于大二學生而言，實踐基礎(chǔ)并不堅實，首先令學生有感官的沖擊和認識是必要的，通過云班課上傳教學視頻、微視頻、網(wǎng)絡(luò)鏈接、PPT等資源，學生提前學習操作步驟，注意事項以及操作規(guī)則，并自主調(diào)研相關(guān)資料，一則減少設(shè)備損壞率，二則為學生提供課程目標；另外，為監(jiān)管課外云班課理論學習，學生觀看視頻后需做通關(guān)測試以獲取相應(yīng)預(yù)習分值，提升學習趣味性的同時也確保了預(yù)習質(zhì)量，為課內(nèi)實踐順利進行打下鋪墊。

(2)R(Relevance)課外關(guān)聯(lián)性是教師對課外課題實踐認知的設(shè)計。目標定向：課內(nèi)時間，學生可完成基本驗證設(shè)計內(nèi)容，而類型設(shè)計部分多數(shù)同學難以完成，導致課程滿意度不高，故在課外教師可安排學生根據(jù)自身情況完成不同設(shè)計指標，分等級在線上給予實踐分值；動機匹配：為增加課程實踐靈活性，可操作性，學生針對每個課題的不同方案、選擇不同芯片，通過仿真平臺驗證設(shè)計可行性；熟悉度：針對內(nèi)驅(qū)力、工程實踐能力較強的同學，難度系數(shù)低的實驗卻降低了學習興趣，為維持學習動力，根據(jù)以舊促新知思路，鼓勵學生完成創(chuàng)新性設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容聯(lián)系多元專業(yè)知識，引入專業(yè)知識前言學習內(nèi)容。

(3)C(Confidence)學生從實踐課程獲取最大的信心途徑就是實現(xiàn)完成設(shè)計任務(wù)，而學生之間基礎(chǔ)有差異，能力程度不同，課內(nèi)完成情況更是不同，課內(nèi)獲取的自信心程度略有不同，而自信心的個體差異也間接影響著后續(xù)學習、其他學科學習的個體心理。為保證學生在不同程度獲取自信心，課外實踐環(huán)節(jié)設(shè)置多種類型，多重設(shè)計指標，多種實現(xiàn)途徑的課題供學生選擇；除此以外，教師可通過云班課提出實踐設(shè)計方案、方法，供同學們參考和思考，對一些關(guān)鍵性問題，以提問的方式進行測試以引起同學注意，學生通過仿真軟件驗證線上提交作業(yè)。

(4)S(Satisfaction)學生對課內(nèi)實踐的滿意度時效較為短暫，而持久的滿意度需通過“內(nèi)外兼修”獲取。有效輔導：學生在課外實踐過程中遇到眾多問題，如不及時解決，直接影響學習動機維持度，根據(jù)斯坦福大學教育學教授Carol Dweck的理論：成長型思維可推進人的不斷進步、創(chuàng)新，有效溝通可以輔助建立成長型思維。所以，在數(shù)字化教學平臺的發(fā)展下，師生、生生利用云班課及時便捷的討論、溝通，加快問題解決，輔助課外教學順利進行；強化成功：學生的成功需要得到認可，對于本實踐課程，教師對完成難度系數(shù)高、創(chuàng)新性設(shè)計的學生應(yīng)給以額外分值，給予肯定和支持，對于課程以外，鼓勵學生參加競賽、工程實踐環(huán)節(jié)，學以致用獲得更高滿意度；分享成功：學生在實踐過程中逐一解決問題完成設(shè)計后，可分享自身實踐過程，體現(xiàn)對自己的滿意度，另一方面，其分享內(nèi)容也為教師教學提供反饋參考。

三、教學設(shè)計關(guān)注問題

基于云班課的ARCS動機模型使數(shù)字電子技術(shù)實踐過程得到了更好的延展性[11]，激發(fā)了學生內(nèi)驅(qū)力，學習過程中獲得了自信心和滿意度，但在實施改革過程中也需面對眾多挑戰(zhàn)、關(guān)注問題。

(一) 課題類別層次性方面

教學內(nèi)容的設(shè)計直接影響著教學效果，數(shù)字電子技術(shù)面對的授課對象較廣，專業(yè)較多，涉及面較大。所以，需根據(jù)專業(yè)設(shè)置不同的設(shè)計課題，引導學生建立專業(yè)知識思維，提升工程實踐能力。另外，每一屆學生的專業(yè)基礎(chǔ)略有不同，教師在推送云班課資源時，需適度調(diào)整，激發(fā)興趣，引起學生思想共鳴，保證課前教學完成質(zhì)量。

(二) 參與度互動方面

教學的主體是學生，引導者是教師，實踐課程更加重視學生參與互動、提出問題、解決問題。實踐活動是理論知識運化深入到實踐工程的過程，將知識最大程度應(yīng)用于實際生活實踐，改革的實踐課程應(yīng)讓學生親身體會到知識的趣味性，完成任務(wù)的成就感，具有評估達成目標的信心。無論是硬件實現(xiàn)或是仿真測試，線上互動或是線下調(diào)研，課外小組還是課內(nèi)實踐，每項參與程度均是影響教學效果的決定因素。

(三) 師生溝通方面

良好的師生溝通互動是提升教學質(zhì)量的助燃氣。ARCS教學模式的核心是激發(fā)學習動力，維持學習專注度，對于工程實踐課程學生遇到最大的困難就是解決思路不開闊，解決方法不恰當，如不及時解決，學習動力則會迅速遞減，影響后續(xù)實踐過程。因此，師生、生生的及時溝通互動是課外小組工程實踐順利進行的重要保障；另外，通過云班課課前師生互動反饋結(jié)果為教師課內(nèi)前測摸底工作提供參考依據(jù)，教師可根據(jù)本班級學生實際情況設(shè)計教學技術(shù)目標，完成課內(nèi)教學滿意度。

(四) 滿意度方面

滿意度是維持學習動機的重要因素[12-13]。當學習結(jié)果與學生期望相匹配時，滿意度油然而生，實踐課程滿意度不僅僅局限于課內(nèi)實踐，還有課外實踐及線上互動。教學設(shè)計實施過程中需遵循“焦點討論法”(ORID)的事實、體驗、理解、實踐四個層次進行，保證學生課前預(yù)習充分、課內(nèi)操作順利、課后實踐自信。

(五) 考核方面

考核結(jié)果是評價學生學習的效果，也間接影響學生的自信心。傳統(tǒng)實踐考核一般以某項設(shè)計作為測評結(jié)果，卻無法客觀反映整個實踐過程中課程表現(xiàn)、操作能力、解決問題能力。認知能力及協(xié)作能力，因此借助云班課積分系統(tǒng)配合線下教學，綜合考核課前自主學習、課內(nèi)互動及操作、課后層次性實踐、綜合測評等環(huán)節(jié)，給予考核成績。有利于客觀評定學生，提高教學質(zhì)量。

四、結(jié) 語

基于ARCS動機教學模式對數(shù)字電子技術(shù)實踐課程進行改革，闡述了ARCS模型內(nèi)涵，并通過教學安排、課內(nèi)教學、課外教學三部分對課程進行研究和設(shè)計，分析其實施過程中面臨的挑戰(zhàn)。在實踐教學中利于現(xiàn)代數(shù)字化教學云班課以促進激活學生學習動機，輔助提升教學效率和效果，為電子類實踐教學改革提供一定參考和借鑒。