ARCS模型视角下信息化教学应用项目建设及教学实践

邹淑云 刘忠 李录平

摘  要：ARCS作为一个典型的动机模型，不但关注动机的激发，更重视动机的维持，在本质上重视学习者自身的主动性。文章以《水轮机原理》空间课堂为例，探讨ARCS模型视角下信息化教学应用项目的建设方案及教学实践成效。通过实现“四新”，引起学习者注意（Attention），激发学习者的学习兴趣;构建“3类导航”，引起学习者产生相关（Relevance）;实现“两个创新”，促进学习者建立学习自信（Confidence）;建立“多维度”机制，提升持续满意度（Satisfaction），支持学习者达到预期的学习目标并形成长效的动机机制促进学习的迁移。实践证明，基于ARCS模型的《水轮机原理》空间课堂能充分激发学习者学习积极性，引发求知探索精神与创新意识，收到了良好的教学效果，可望对其他课程团队产生良好的启示与借鉴作用。

关键词：ARCS模型;空间课堂;水轮机原理;信息化教學;学习动机

中图分类号：G434      文献标志码：A         文章编号：1673-8454（2019）10-0082-05

一、引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。然而， 远程教育模式下，大学生自主学习存在诸多问题，如缺乏自主学习意识、自主学习指导、自主学习资源、鉴别与自我控制[1]。在线开放课程学习者的学习受到多方面的影响，而学习动机则是决定在线开放课程学习者学习完成率的重要因素之一。在学习过程中，在线学习系统的不实用、课程内容设计的不科学、师生互动不及时等因素，都会影响学习者在线学习的动机，进而影响其在线学习行为[2]。学习者的内在动机对学习活动和行为表现起着定向和驱动作用[3]。

美国教学设计专家凯勒（Keller）认为，学习动机的生成依赖于注意（Attention）、相关（Relevance）、自信（Confidence）和满意（Satisfaction）等四个既具有层次递进性又高度相关的动机过程[4]，基于此原理，他提出了ARCS模型（见图1）。该模型提供的可操作性动机设计体系，对于解决学习者缺乏学习动机、学习动机难以维持等问题，增强学习者自信心，改善学习效果具有重要的指导作用。ARCS动机模型不但在课堂的教学设计与实施方面具有很高的指导作用，而且为网上在线学习系统的设计与实现提供了实用高效的参考框架。综合国内外已有研究发现，ARCS模型主要应用于在线学习环境的设计与实现、网络教学资源的设计与开发、在线开放课程的学习设计三方面[5-7]。由此可知，ARCS模型多用于在线教学设计，以此调动学习者的学习动机。

鉴于水轮机是能源动力工程领域（如水力发电、海洋能发电等）的核心设备，提高该课程教学活动成效是培养能源动力工程卓越工程技术人才的迫切需要，所以笔者于2016年申请并获批《水轮机原理》名师空间课堂建设项目，以信息化教学项目建设为载体，借助于ARCS模型来进行建设和教学实践，以激发并维持学生内部学习动机，真正发挥空间课堂对教学效果提升的促进作用。

二、《水轮机原理》空间课堂建设方案设计

1.空间课堂建设目标

《水轮机原理》空间课堂将采用开放灵活的教学模式、科学合理的教学内容体系，建设学生乐于接受的学习资源，引发学生注意;教学资源的展现简明扼要，内容针对性和实用性强，“碎片知识”进行网状关联，便于学生进行相关学习;灵活采用项目教学、任务驱动等多种教学方法，随时随地与学生保持在线互动，增强学生的学习信心;提供客观公正的自主评价反馈系统和在线学习支持系统，提升学生学习满意度;全过程促进学生主动学习，取得良好的教学效果。

2.空间课堂建设内容

《水轮机原理》空间课堂建设的主要内容包括：

（1）教学内容的优化

空间课堂的建设是一个动态更新的过程，笔者在发扬传统教学资源优势的基础上开展大胆的创新，把科研形成的诸多成果引入课程教学，形成丰富的教学项目和教学积件资源库。及时更新水轮机基本概念分析案例库、水轮机计算运用案例库、水轮机运行分析案例库，让学生在校期间尽可能多地感受到水能转换与利用过程的情景和所需要的能力要求。

（2）教学内容呈现方式数字化

本项目基于校企协同，由长沙理工大学具有扎实理论功底的专业教师和实践经验丰富的企业高级工程师共同研究，建立了丰富且系统的数字化资源。具体包括：①教材内容的数字化，将文本内容转化为视频、电子课件、动画等;②实践内容的数字化，将水轮机拆装实习、运行实习的内容及过程用动画、视频、虚拟现实等表现出来;③实验项目的数字化，建设了网上实验系统、虚拟实验等。

（3）教学过程的信息化

为了培养学生的创新精神和综合能力，增强学生的学习能力，提高他们的学业成绩，《水轮机原理》空间课堂充分利用现代信息技术和信息资源，构建了一个信息与空间相融合的无缝衔接，将学生的学习需求、学习资源以及学习生活有机地融合在一起，实现教学过程的信息化。主要包括：①“教”的信息化：教学视频、网上辅导、网上答疑等;②“学”的信息化：网上自主学习、网上讨论、网上合作实践（实验）等;③“考”的信息化：网上作业、章节测验、期末测试等;④“评”的信息化：教师通过学习过程统计、作业批改、考试批改等评价学生学习效果，学生在课程评价区、讨论区评价教师教学效果。信息化教学过程结构如图2所示。

3.空间课堂结构

根据ARCS模型，注意、相关、自信和满意是一个整体，缺少任何一个要素，都可能使学习者丧失学习动机，从而导致教学实施的无效或失败。因此，《水轮机原理》空间课堂建设与教学实践要系统地考虑这四个要素。基于ARCS模型的《水轮机原理》空间课堂建构如图3所示。

基于A要素，空间课堂采用新颖的平台吸引学生的兴趣，用挑战性的问题激发学生的好奇心，通过变化各种教学要素和方式吸引学生的注意力。基于R要素，在每个学习单元之初向学生提出学习的目标或者让学生自定学习目标，通过导航链接把教学与学生的各种学习需求匹配起来。基于C要素，给学生设定合理的目标，让学生觉得“经过自己的努力，能够完成，能够达到”;建设开放的答疑讨论区，让每个学生都能体验到成功;提供自主学习支持系统，给他们一种独立感，帮助学生完成目标，建立信心。基于S要素，给学生提供公平的评价反馈系统，让学生感觉到教师评价的公平性，以维持后继的学习动机。

三、ARCS模型视角下《水轮机原理》空间课堂建设及教学实践

1.实现“四新”，引起学生注意（Attention）

（1）课程内容新

在《水輪机原理》空间课堂建设实施过程中，笔者密切关注水电行业的最新进展，及时对课程教学内容进行更新，同时对空间课堂内各项教学资源进行实时更新，把实际生产中出现的新理论﹑新技术和新设备反映到教学中来，以弥补教材的时差性和滞后性。将水轮机运行、检修过程拍摄成教学短片和大量图片供学生观看，缩短了课堂与企业生产之间的距离。

空间课堂专门设立了“拓展与创新”模块，为学生提供各种创新机会，鼓励并指导学生参加大学生研究性学习和创新性实验计划项目、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、全国环境友好科技竞赛、水资源综合利用创新设计竞赛等，给学生提供真实的问题解决情景，引导他们应用已学的知识去解决实际问题，让学生感受到学习的价值、学习的快乐，在学习中获得满足。

（2）内容表现形式新

根据《水轮机原理》课程内容的不同特点，空间课堂选用了三维重现、动画演示、视频讲解、虚拟现实等多维度的表现形式。针对水轮机内部结构复杂、书上黑白图片难于理解的问题，制作了三维教学模型展示不同水轮机的内部结构，以增强内容的生动性和互动性，便于学生认知和理解。针对课程中比较抽象、复杂的内容，如蜗壳、转轮室、尾水管中水的流动等，采用动画演示，突破难点。针对每一个知识点录制了教学微视频，学生可以反复观看，达到较好的教学效果。

此外，在课件制作中引入虚拟现实技术，实现课件的仿真功能，引起学生注意。例如，采用虚拟现实技术生动形象地展示了反击式水轮机的构造，学生可以在电子课件中实现虚拟实习，即可以通过鼠标拖拽动态观察水轮机的各个部件，从不同视角查看水轮机。学生饶有兴趣地对其进行观察和操作，能够更全面、深刻地认识和理解水轮机的结构及各部分的功能。

（3）登录课堂手段新

目前，智能移动终端成为学生获取信息的主要来源。泛在学习（U-Learning）是近年来新兴的一种学习方式，倡导的是创造让学生随时随地、利用任何终端进行学习的教育环境，实现更有效的以学生为中心的教学方式[8，9]。《水轮机原理》空间课堂吸纳泛在学习理念，构建了一个信息与空间相融合的无缝衔接课堂，将学生的学习需求、学习资源以及学习生活有机地融合。学生遇到任何实际问题需求都可通过空间课堂在线与教师、同学进行交流，得到及时的帮助。

为了让学生随时随地参与学习，《水轮机原理》空间课堂基于超星泛雅平台而建设。超星公司提供了可供学生下载的手机App，学生在手机上安装后，可通过App注册课程、观看教学视频和教学课件，灵活管理自己的学习进度。此外，App还可以基于学生的学习情况和大数据分析，主动推送最新的教学资源给学生;教师随时随地监测学生的学习情况，并交流互动。

（4）师生互动方式新

除了传统的教师讲授和学生自学以外，《水轮机原理》空间课堂教学互动中，出现了学习小组、学习班集体、企业专家、学习伙伴等，这些对象之间的互动构成了网状的交互结构，如图4所示。师生互动由传统的师生间的单向交流扩展为生生之间、人机之间或生机师之间的多向互动。无论是师生互动还是学生之间的互动，或是学生与教学资源的互动，交互信息的传递都是双向的，不仅有通过语言进行的课堂互动，还有借助媒体技术进行操作式的互动。这些互动具有协作性交流合作的特征，例如学生与学生之间、学生和小组之间、多个学生之间，多数是以伙伴式的互动方式进行，在相互帮助、交换看法中开展学习。

2.构建“3类导航”，引起学生产生相关（Relevance）

（1）课程目标导向

本课程的教学目标为：夯实理论基础，拓宽知识面;紧密联系实际，提高适应能力;深化创新实践，培养创新能力;增强工程意识，掌握工程设计方法，培养工程素养。为了让学生在学习过程中有的放矢，空间课堂建设时，首先将课程培养目标分解为各个章节的具体教学目标，然后设计开发学生达成各个目标所需要的资源与活动。

（2）课程内容导航

本课程的教学内容组织遵循由直观到抽象、由浅入深的原则，先介绍不同类型水轮机的结构及其作用，再分析不同类型水轮机的工作原理、空化、相似理论、特性曲线，最后讲解水轮机的选型设计及其过程。围绕真实典型工程项目案例分析，连续地组织授课内容，使看似无关的知识单元彰显其内在逻辑性，学科交叉性的实践本质也凸显，从而更具工程直观性。课程内容采用模块化的方法组织，建立目录索引表，让学生了解空间课堂的信息结构，直接到达所需要的学习页面。

（3）教学环节导向

本课程每个知识单元的教学主要有3个环节，如图5所示。首先通过生产实际的问题引入课程内容，激发学生的求知欲;然后通过融合图片、视频、动画、虚拟现实等多种媒体对课程内容进行分析、讲解，力求达到引导学生思维、增强理解能力、更好掌握课程知识的目的;最后，学生可以面对面或者在网上与教师、同学交流探讨，完成相关任务，获得积分，以提高积极性和主动性。

3.实现“2个创新”，促进学生建立学习自信（Confidence）

（1）创新教学模式

不同于传统教育以教师为中心的教学模式，学生处于空间课堂的中心，《水轮机原理》空间课堂考虑学生的学习规律，提供开放的学习环境和充分的相关资源，以满足不同学习目的、知识需求、学习能力的学生的需要，最大限度地调动学生学习主动性和积极性，鼓励学生积极思考，提倡学生主动学习，体现以学生为主体的思想。教师的身份也变成辅导者，以线上线下相结合的方式为学生答疑解惑，监督学习过程，参与学习评价，给予不同基础和学习进度的学生个性化的学习支撑。

（2）创新课程组织方式

《水轮机原理》空间课堂采用翻转课堂方式组织教学，如图6所示。根据教学安排和教师要求，将视频和作业设置为任务点。学生需要在课前完成各个任务点，并记录自己的疑难问题。在课堂上，教师展示学生任务点完成情况，并组织学生就课前学习未理解的问题进行讨论，针对学生难点重点分析。课后，学生在空间课堂完成相关测验，并在讨论区发起讨论，共同探讨学习疑难，校内教师與企业教师也会在线上对学生的问题进行解答。这样的课程组织方式扩充了学生主动交流的时间和空间，减少了被动学习，提高了学生的学习自信。

4.建立“多维度”机制，提升持续满意度（Satisfaction）

（1）教学支持的多维度

为此，笔者在《水轮机原理》空间课堂中建设了强大的自主学习支持系统，为学生提供全方位、多层次的学术性和非学术性学习支持服务。比如：向教学班学生发布教学安排公告;根据学生学习情况，发送学习提醒;上传学生能下载或查看的电子文档、视频资源等;向学生布置作业并对学生提交的作业进行批阅;提出案例让学生进行广泛讨论;对学生自主提出的问题进行答复并让其他学生共享问题的解决方案;与全班学生进行自由的意见交流;布置实践性项目并进行活动指导;发布专项的问卷调查，收集学生的反馈意见和建议;为学生设计清晰、明确、符合其认知心理的导航系统，避免学生在学习过程中产生迷航现象等。

（2）教学评价的多维度

《水轮机原理》课程考核把知识点考核转变为能力考核，激发学生的学习兴趣，提升学生满意度。针对该课程的特点，笔者灵活选择了考核方式，采取网上学习活动、作业提交、模块考核、项目测试、课堂学习表现、综述报告、期末闭卷考试等多种形式，建立了多元的考评体系，科学客观地评价了学生的学习质量。其中，平时成绩和期末考试各占50%。平时成绩包括：①空间课堂学习：考查学生学习教学视频、课件、拓展资源的情况，占10%;②探讨交流：鼓励学生在讨论区发起讨论，互动交流，共同探讨学习疑难，占15%;③作业：按时、按质量独立完成，无抄袭，占20%;④模块考核：将课程划分成具体的模块，根据模块完成进度进行考核，以掌握学生学习的程度，从而合理地提醒学生进行相应模块的重复学习，占10%;⑤案例分析：引导学生对具体案例进行探究式分析，并由学生与教师共同评价，占10%;⑥阶段性测试：独立思考、独立完成、无抄袭，占15%;⑦综述报告：根据课程学习内容，查阅资料，就与课程有关的水轮机性能中的某一方面问题，写出自己的认知和理解。要求有自己的观点，介绍最新的生产技术手段与研究方法、研究思路等，占10%;⑧课堂表现：出勤情况、组织纪律性、作业提交及时性、参与讨论的积极性，占10%。此外，采用了团队排行榜、优秀作品展等空间教学手段，激励学生争创优秀、争创一流，激发学习热情。

四、信息化教学成效

学生反映，《水轮机原理》空间课堂让他们感受到了信息化教学带来的好处和乐趣：①教学内容用图像、动画、视频、旁白等多种手段加以表现，课程兼具技术性和艺术性，容易理解、记忆;②教学方式很新颖，不得不强迫自己去看视频，至少自己学到了东西;③有学习支持系统，有提醒服务，支持自己随时随地学习;④有疑惑和问题可随时直接问教师或同学，极大地提高了学习积极主动性和自我学习能力，有较强的成就感。

使用《水轮机原理》空间课堂进行教学的2013级和2014级能动（水动）学生的课程成绩及格率均达到100%，平均成绩分别比往届提高了5.6和7.0分（百分制）。学生利用空间课堂的“拓展与创新”模块，积极参与创新实践活动，2组学生分别获批2016年度和2017年度湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目，1组学生获得第九届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖，1组学生获得首届湖南省水资源综合利用创新设计竞赛一等奖，3组学生申请了水轮机相关的专利。

经过一年多的建设和教学实践，2017年9月《水轮机原理》空间课堂以“优秀”结果通过验收（湘教科研通[2017]87号）。实践证明，基于ARCS的《水轮机原理》空间课堂能够充分激发学生的学习积极性，引发求知探索精神与创新意识，收到了良好的教学效果。《水轮机原理》空间课堂建设及教学实践可望对其他课程团队产生良好的启示与借鉴作用。

五、结束语

本文将ARCS模型的理念融入《水轮机原理》空间课堂的整体设计和实施中，建设形成了灵活开放的平台、丰富多样的资源、清晰的导航系统、开放的交流讨论区、强大的自主学习支持系统和公平的评价反馈系统。ARCS模型为《水轮机原理》空间课堂激发学生的学习动机提供了有效的理论依据，极大地启发了在线教学的实施。

从教学实践效果来看，基于ARCS的《水轮机原理》空间课堂充分激发了学生的学习积极性，引发求知探索精神与创新意识，学生课程学习成绩提升明显，大学生科技竞赛获奖和科技项目立项数量逐渐增多，教学效果得以充分体现。《水轮机原理》空间课堂建设及教学实践可望对其他课程团队产生良好的启示与借鉴作用。

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（编辑：鲁利瑞）