ARCS模型在数字电子技术实践教学中的应用

2020-03-16付秀伟陈玲玲范浩宇

吉林化工学院学报 2020年2期

付莉,付秀伟,陈玲玲,范浩宇

(吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林 132022 )

数字电子技术实践作为理论课程的知识的运化、延伸和拓展环节，对课程建设起到至关重要的作用[1]。传统实践过程中，学生以规定时间完成设计任务，但由于学生专业知识储备不同，各届学生能力不同，固定式实践教学不完全适合所有学生，导致部分学生学习动力不足，影响课程学习效果以及后续课程学习信心。目前，在云技术、人工智能、5G技术发展的推动下，教育界掀起了云班课学习的浪潮，延伸了教育模式，也增加了课程灵活性。但对于线上自主学习模式，更需要学生有内在动机。数字化教学过程中，线上知识传授、巩固，线下知识运化、实践，以提高教学效果，提升教学质量。因此，本文以线上云班课、线下实践作为课程载体，利用ARCS学习[2-3]动机模型对数电实践环节进行教学设计，激发并维持学生学习兴趣和动力，培养自主学习能力，改善教学效果。

一、ARCS教学模型内涵

ARCS模型始于20世纪80年代，是由美国John M Keller教授提出一种教学设计模型[4]。该模型关注于调动学习动机，从激发学习动机到维持动机，从关注需求到渴望需求，从期望成功到获得成功，从单次满足到课程满足。模型由层次化[5]：注意(Attention)、关联(Relevance)、信心(Confidence)和满意(Satisfaction)组成完整的动机模型。教师依据四个维度进行教学设计以促进学生内部动力，达成教学目标，提升教学效果。其中，注意模块是通过暖场、破冰的方式引起学生注意，同时维持学生注意力；关联模块是利用自身相关性、个人需求激发对知识的渴望；信心模块是通过学习获取成功的喜悦，自我价值的体现；满意模块则是感受学习过程乐趣，自我评价的过程。ARCS动机模型结构图如图1所示。

图1 ARCS模型结构图

二、数电实践ARCS教学设计

(一) 教学可行性分析

数字电子技术实践课程实用性很强[1]，涉及面较广。传统纯讲授式教学抑制了学生探索能力，教学效果并不理想，为提升教学效果，根源在于利用教学设计和模型调动学习动机。而ARCS教学内涵则是激发内部动机，根据模型引入数电生活实例激发学生兴趣，提倡自主连接电路，设计电路，探究问题，共同解决问题，开拓设计电路。针对性设计课堂目标、课程目标和专业目标，学生以实践成果、创新成果促自信心，构建自我满意度。因此利用ARCS教学模型应用于数字电子实践课程教学中是可行的。

(二) 实践教学设计

1.教学安排设计

数电实验实践环节是课程理论联系实际的重要部分，针对理论教学内容安排设置层次性实践环节，大体包括3个层次：基础验证实验、综合设计实验和系统设计实验。验证性实验针对基础知识点、基本芯片、基础测试内容而设计，为学生扎实基础服务；综合设计针对几个章节内容，联合多个集成芯片设计简易实例，为学生工程实践打下基础，建立设计思维，巩固加强理论知识理解；系统设计是综合课程所有知识完成的一种系统设计，构建系统设计思维，建立创新意识，该任务的设计方案、指标及运用知识较多，起到承接数电知识，延伸构建专业思维构架的作用。

传统教学过程中，实践环节安排在理论课程之后，但在课程教学初期普遍学习基础理论，学生对数电课程内部驱动力不足，学习兴趣不高，为激发学生学习动力，感官触觉是最直接的方法。所以，基于ARCS激发动机原理，本文按照教学内容层次性对实践教学安排进行设计，对于基础验证性实验，挑选部分实验安排于理论课程之前，安排学生在课外进行预习，课内操作实践，体验实体芯片的测试，真实感受实验效果，同时记录实验过程中问题，待理论学习时分析原因，理解操作涵义。同时，考虑到学生操作失误导致硬件设备损坏、操作不熟练影响自信心、教学目标达成度情况，通过云班课上传微视频、网址链接、操作手册供学生学习，同时利用仿真软件提前操作，观察实验结果并在线提交问卷、作业。

2.课内教学设计

数字电子技术实践是理论具体实施验证的过程，从实践操作类型上分为硬件和仿真实验，从知识结构上分为验证性、综合性和系统工程型实验。为了高质量培养学生动手能力、认知能力、创新能力，每位学生单独操作一个实验台，人数限制在20人以内，小组实践保证课内教学质量。结合ARCS动机模型设计课内教学，加强课程参与互动性，提升课程满意度。

(1)A(Attention)：即引起学生关注[6]。通过课程要求及课前预习，学生已了解实践内容，但对于新的实验器件、设备、实现效果脑海中仍有些模糊，另外，上课初期，学生思绪未平稳，无法静心实践课题，因此，教师借助云班课智能教学，进行前测摸底问答、头脑风暴，将学生迅速带入课程主题中，亦可结合实验操作台，演示部分实验，提出问题，引导学生思考解决问题，延伸实验内容，学生根据设计指标和个人能力，依次完成实验内容。

(2)R(Relevance)：即课题关联性。实验实践课程相对于理论课程的参与度较高，学生兴趣也有所提高，但验证性实验仅训练学生熟悉芯片功能及芯片使用，经过几轮实验部分学生早已轻车熟路，兴趣度有所下降，实践课程针对部分设计应联系生活实际，难度适中却又具有设计性，例如：“组合逻辑电路分析和设计”实验，针对逻辑函数变换链接集成芯片实现各种设计方案完成目标[7]，以往数电设计实例较少(交通灯、表决器、加法器)，本文在模型设计中增加实例场景设计和多重指标(烟雾报警器、举重表决器、娱乐抢答器等)，学生根据专业、兴趣度，自由选择设计题目和指标，硬件条件不足时，利用仿真软件扩充设计思路，调试实验箱验证创新性设计正确性。源于生活却又高于生活的设计不仅能引起学生注意，更维持了学生专注度。

(3)C(Confidence)：建立自信心[8]。在动机模型中自信心是动机模型环路中至关重要的连接模块，通过学生关注，兴趣驱动，知识掌握后学生才会有信心，而自信心也会再次驱动学习动机，达成学习效果。根据耶克斯一多得森定律(The Yerks-Dodson Law)，学习效果只有在学习动机适中时才表现最好，学习动机过高时学习效果反而下降，所以依据云班课课前反馈、师生沟通、专业水平等情况，实践期望目标需设置恰当。本课程实现验证性实验的同时延伸专业设计指标，利用云班课先抢答、前测，给以奖励分值，对具有难度系数设计任务给予提示或简易讲解。例如：“选手抢答器”设计以往利用单一声光显示，建议同学利用数码管显示抢答成功选手号，联系组合电路其他芯片如74LS48、数码管等芯片，在难度系统中等的情况下，保证多数同学完成任务，增加自信心。实践改革中通过多样网络活动形式的融入，结合课堂实践活动，刺激课堂焦点话题的注意度，增强学生自信心，维持自驱动力。

(4)S(Satisfaction)：具有成就感。课内实践的成就感源于三个部分：知识技能、认知能力和情感反馈。以往学生的成就感基本靠教师给以考核成绩获取，但最后的考核只能反应学生部分水平，在智慧教学发展的推动下，云班课辅助教学考核作用较大。满意度模块设计中，教师开展多样实践(例如：测试芯片、纠错电路、互助小组)活动调动学生积极性，也有各种测试、调查、抢答环节，系统测评时，小组学生亦可互评，均以一定比例作为课程考核成绩。成绩不仅体现技能掌握情况，更多是解决问题过程，思维拓展能力，综合评定学生成绩。在情感目标方面，学生对知识、课程、专业具有良好的学习动力、热爱情感也是课程的满意度[9]。

3.课外教学设计

为保证课内教学时效性，课外实践必不可少。实践活动是学生加深理论知识，深化认知工程的过程，仅通过短暂课内时间无法满足每位同学学习强度，确保课外实践教学质量对培养工程实践人才毅然重要。本文同样以ARCS模型设计课外实践，面向激发动机、维持动机[10]，以课外学习、调研、实践、调试、反思、实现作为学习动机的表现形式。

(1)A(Attention)课外关注度，对于大二学生而言，实践基础并不坚实，首先令学生有感官的冲击和认识是必要的，通过云班课上传教学视频、微视频、网络链接、PPT等资源，学生提前学习操作步骤，注意事项以及操作规则，并自主调研相关资料，一则减少设备损坏率，二则为学生提供课程目标；另外，为监管课外云班课理论学习，学生观看视频后需做通关测试以获取相应预习分值，提升学习趣味性的同时也确保了预习质量，为课内实践顺利进行打下铺垫。

(2)R(Relevance)课外关联性是教师对课外课题实践认知的设计。目标定向：课内时间，学生可完成基本验证设计内容，而类型设计部分多数同学难以完成，导致课程满意度不高，故在课外教师可安排学生根据自身情况完成不同设计指标，分等级在线上给予实践分值；动机匹配：为增加课程实践灵活性，可操作性，学生针对每个课题的不同方案、选择不同芯片，通过仿真平台验证设计可行性；熟悉度：针对内驱力、工程实践能力较强的同学，难度系数低的实验却降低了学习兴趣，为维持学习动力，根据以旧促新知思路，鼓励学生完成创新性设计，设计内容联系多元专业知识，引入专业知识前言学习内容。

(3)C(Confidence)学生从实践课程获取最大的信心途径就是实现完成设计任务，而学生之间基础有差异，能力程度不同，课内完成情况更是不同，课内获取的自信心程度略有不同，而自信心的个体差异也间接影响着后续学习、其他学科学习的个体心理。为保证学生在不同程度获取自信心，课外实践环节设置多种类型，多重设计指标，多种实现途径的课题供学生选择；除此以外，教师可通过云班课提出实践设计方案、方法，供同学们参考和思考，对一些关键性问题，以提问的方式进行测试以引起同学注意，学生通过仿真软件验证线上提交作业。

(4)S(Satisfaction)学生对课内实践的满意度时效较为短暂，而持久的满意度需通过“内外兼修”获取。有效辅导：学生在课外实践过程中遇到众多问题，如不及时解决，直接影响学习动机维持度，根据斯坦福大学教育学教授Carol Dweck的理论：成长型思维可推进人的不断进步、创新，有效沟通可以辅助建立成长型思维。所以，在数字化教学平台的发展下，师生、生生利用云班课及时便捷的讨论、沟通，加快问题解决，辅助课外教学顺利进行；强化成功：学生的成功需要得到认可，对于本实践课程，教师对完成难度系数高、创新性设计的学生应给以额外分值，给予肯定和支持，对于课程以外，鼓励学生参加竞赛、工程实践环节，学以致用获得更高满意度；分享成功：学生在实践过程中逐一解决问题完成设计后，可分享自身实践过程，体现对自己的满意度，另一方面，其分享内容也为教师教学提供反馈参考。

三、教学设计关注问题

基于云班课的ARCS动机模型使数字电子技术实践过程得到了更好的延展性[11]，激发了学生内驱力，学习过程中获得了自信心和满意度，但在实施改革过程中也需面对众多挑战、关注问题。

(一) 课题类别层次性方面

教学内容的设计直接影响着教学效果，数字电子技术面对的授课对象较广，专业较多，涉及面较大。所以，需根据专业设置不同的设计课题，引导学生建立专业知识思维，提升工程实践能力。另外，每一届学生的专业基础略有不同，教师在推送云班课资源时，需适度调整，激发兴趣，引起学生思想共鸣，保证课前教学完成质量。

(二) 参与度互动方面

教学的主体是学生，引导者是教师，实践课程更加重视学生参与互动、提出问题、解决问题。实践活动是理论知识运化深入到实践工程的过程，将知识最大程度应用于实际生活实践，改革的实践课程应让学生亲身体会到知识的趣味性，完成任务的成就感，具有评估达成目标的信心。无论是硬件实现或是仿真测试，线上互动或是线下调研，课外小组还是课内实践，每项参与程度均是影响教学效果的决定因素。

(三) 师生沟通方面

良好的师生沟通互动是提升教学质量的助燃气。ARCS教学模式的核心是激发学习动力，维持学习专注度，对于工程实践课程学生遇到最大的困难就是解决思路不开阔，解决方法不恰当，如不及时解决，学习动力则会迅速递减，影响后续实践过程。因此，师生、生生的及时沟通互动是课外小组工程实践顺利进行的重要保障；另外，通过云班课课前师生互动反馈结果为教师课内前测摸底工作提供参考依据，教师可根据本班级学生实际情况设计教学技术目标，完成课内教学满意度。

(四) 满意度方面

满意度是维持学习动机的重要因素[12-13]。当学习结果与学生期望相匹配时，满意度油然而生，实践课程满意度不仅仅局限于课内实践，还有课外实践及线上互动。教学设计实施过程中需遵循“焦点讨论法”(ORID)的事实、体验、理解、实践四个层次进行，保证学生课前预习充分、课内操作顺利、课后实践自信。

(五) 考核方面

考核结果是评价学生学习的效果，也间接影响学生的自信心。传统实践考核一般以某项设计作为测评结果，却无法客观反映整个实践过程中课程表现、操作能力、解决问题能力。认知能力及协作能力，因此借助云班课积分系统配合线下教学，综合考核课前自主学习、课内互动及操作、课后层次性实践、综合测评等环节，给予考核成绩。有利于客观评定学生，提高教学质量。