基于ARCS动机理论的《R软件及其应用》课程教学改革与探索

尚云艳，高艺琳，王超，孙浩

（西京学院 理学院，陕西 西安）

一 引言

R语言是一套完整的数据处理、计算和制图软件系统，它的功能包括了简单的或复杂的数据存储和处理以及运算、制图和分析，可操纵数据的输入和输出，实现分支和循环。《R软件及其应用》课程主要向学生讲解R语言如何学习和使用[1]。《R软件及其应用》课程共8章内容，32个教学学时，每周2个学时，共16个教学周。由于软件语言讲授内容的特殊性---代码繁多，教师讲解时间占比大导致学生练习时间少，或学生练习时间占比大导致教师讲解少，又造成学生逻辑不清楚，所以有必要对该课程的教学设计模式进行改革，争取找到最佳的教学设计模式应用于该课程，从而提高教学效果。

（一） 教学现状分析

1）学生课堂注意力不集中

由于教学环境的差异，学生只能通过听老师讲和阅读教材熟悉本节课的内容，于是很容易走神，从而影响注意力，而且《R软件及其应用》课程在教学过程中，教师的讲解只占到20%-30%，很多学生恰恰就在这个时间段没有认真听讲，那么在后续教学环节中根本无法完成相应的学习任务，从而形成恶性循环，未能在学习中体验成功，就很难再进行独立的学习和进步。

2）课程学习兴趣很难保持

有些高校并没有单独开设这门课程，而是将R语言的学习穿插在其他课程当中。单独开设《R软件及其应用》也是帮助学生学习的更系统更全面。可是由于课程的自身特点，学生的学习兴趣很难保持，在面对大量程序代码时，即便刚开始学生产生了极大的学习兴趣，但很快也会因枯燥的代码编写而减退，所以对教师来讲，如果提高学生对学习的自信心，使得学生能够在学习中有机会体验成功，从而也将激发学生的学习动机。

3）课余时间的学习缺乏动力

由于课程任务量相对较大，很难保证每节课都能让学生充分的完成上机操作练习，这就意味着有大量的学习任务需要学生在课下完成，可是在脱离教师的管控范围之外，如何让学生依然能认真且高效的完成相应知识点的练习任务。

（二） 学情分析

以应用统计学专业2015级和2016级学生为调研对象，调研时间是2019年3月1日-7日。通过“关于应用统计学专业学生统计软件学习情况的调查”发现，R软件是学生使用次数最多，掌握最熟练的人数比例只占到25.81%，而Excel软件占比却相对较高为40.32%。课程评价中,只有25%的学生认为R软件课程的学习是有帮助的，近75%的学生评价则较低,认为略有帮助或没有帮助。对R软件教学的建议中：增加学生上机操作练习、加强教师讲解的生动程度、教学内容应以加强应用性、增加统计软件实验的机会，以上选项的比例均在65%以上。

二 ARCS模型概述

（一） ARCS动机教学设计模式的含义

ARCS模型是一种教学设计模型，该模型关注的是如何通过教学设计来提高学生的学习动机的问题，所以也称为ARCS动机教学设计模式， 它是以“激励课堂动机”为核心的动机教学模式[2,3]。在该模式中, 影响学习的动机有四个因素, 即注意（Attention）、贴切性（Relevance）、自信心（Confidence）和满足（Satisfaction）,取每个英文单词的第一个字母, 简称为ARCS。

（二） ARCS的理论框架图

图1-1描述了个人特征和环境对三类行为反应（努力、绩效和满意）的影响。绩效输出可归结为三个阶段: 努力是对任务的投入程度, 表征了动机的强度, 可通过合理的外部设计和管理对个人好奇心、动机、期望加以引导而进行调控。绩效作为我们最关注的部分, 是个人知识技能、学习过程管理和努力协同作用的结果。高绩效会带来成就的满足（满意）。外部反馈和自我正确的评价, 可使成就感增强, 进而反作用于动机、期望, 形成持续的激励而促使学习者投入更多努力。

图1 ARCS理论框架图

（三） ARCS动机教学设计模式在《R软件及其应用》课程教学改革中的运用分析

《R软件及其应用》课程中引入ARCS动机教学设计模式后, 教师应该有新的教学设计理念，即以学生为主体；分析每节课前学生的学情，即理论基础知识是否已经足够，该掌握的技能是否已经完全掌握；分析教材内容，即涉及到哪些概念、哪些方法以及方法的应用；教学知识目标的重新梳理，即哪些教学内容需要了解、哪些内容需要掌握等；实施教学过程；最后教学反思，教学的组织方法或案例的选择等方面有待改进[4-8]。

具体来讲，教学过程应分为三个阶段，首先，引入新课阶段，通过特色案例和在电脑上演示，学生看老师如何按步骤编写代码，学生在该过程中能体会到逻辑思维，在老师不断提示思考“这一步的关键是什么”或“下一步需要做什么”等问题，对学生进行知觉唤醒、探究唤醒、并维持学生的注意力，激发学习动机和好奇心。

其次，体验阶段。学生经过代码的编写，带着对结果的期望查看真实结果，若期望与实际一致，则成功获得分析结果，这将增强学生学习的自信心，从而学生投入的努力更多，成功输出的越多，自然会达到高绩效。通过学生的自我学习和自我管理，不断的明确学习目标，实现动机匹配，增加内容的熟悉度。

最后，反馈阶段，通过学生的自我反馈和评价，更令其容易感到满意，从而又再次激发学习动机和好奇心，由此形成一个良好的循环，便达到了教学设计的目的。

三 教学设计

为了体现ARCS动机理论在《R软件及其应用》课程中的应用，本节以课本中第4章第5节随机抽样的Metropolis-Hastings算法(简称M-H算法)为例， 按照ARCS教学理论原理进行教学设计如表1所示。

表1 教学设计

四 实证分析

为更好的研究两种教学方法下的教学效果，分别以应用统计学专业的1601班和1701班作为研究对象，以1601班为实验组，以1701班为对照组，对照组采用ARCS动机教学设计模式进行教学。学期末实行了课程摸底考试。从期末考试结果中随机选取20人的考试成绩，具体成绩如下表2所示。

表2 16级和17级课程考试成绩

五 结论与建议

利用ARCS动机教学设计模式应用注意以下几点：

（一） 教授课本案例，使案例从生冷变得鲜活起来

教师在设计问题情景时，不是照着书本讲案例，而是结合案例将操作步骤按照逻辑生动地在电脑上演示出来，让学生完整浏览如何通过软件编程解决实际问题的过程，展现在学生面前的不再是冷冰冰的课本，而是活生生的案例，这样不仅能让学生学会问题的求解方法，还能启发学生类似问题的思维方式。

（二） 引导学生学习，设置问题结点串联成教学内容

教学内容进度的把控，学生之所以放弃学习，很大程度是因为对所学内容不理解，因此在教学内容讲授过程中尽量能设置一些问题结点，如果学生能顺利完成各个结点问题，则表明学生对所学知识逐步接受。

（三） 激励学生学习，使学生学习从“被动”变“主动”

以激发学生学习动机为目的，在“网络课程平台”中增加知识点模块，知识点系列为选择题、填空题和简答题，题目的编制力求新颖、经典和实用，编制200道目以随机对应到知识点系列中，要求学生按照学习进度完成相应测试，以提供给学生课余练习的机会。