翻转课堂下基于ARCS模型的高中物理学习动机激发策略

史载天 李贵安

(陕西师范大学物理学与信息技术学院 陕西 西安 710119)

1 问题的提出

习近平总书记在党的十九大报告中提出“培养担当民族复兴大任的时代新人”，在2018年全国教育大会上，习总书记再次指出，要努力构建德智体美劳全面发展的教育体系，落实立德树人根本任务，培养高素质人才.很显然，高素质人才的培养离不开高质量的学校教育.在2020年新修订的《普通高中物理课程标准》中明确提出“教师应改进教学方式，培养学生学习兴趣、激发学生的学习动机”.

然而，激发学生学习动机在课堂实践中真正实施起来并非易事.在高中物理成为选考科目且逐渐变难的新高考改革中，学生能否有强烈的物理学习动机显得至关重要.从学生角度讲，物理与生活息息相关、紧密相连；从国家角度讲，科学技术在世界潮流下迅猛发展，随之带来的就是人才与科技的核心竞争，国家需要提升全体国民的科学素养，培养大批担当民族复兴大任的时代新人.

因此，如何在课堂中激发高中学生物理学习动机，提升学生物理学习的兴趣，让学生的学习从被动变为主动，使学生充分发挥其创造力与想象力，使学生物理核心素养得到很大提高，进而成为全面发展的未来高素质建设者就尤为重要.笔者将翻转课堂理念与ARCS动机模型、课程思政元素有机融入课堂教学中，以期对激发学生学习动机、教学中实施课程思政育人等提供有益参考.

2 翻转课堂与ARCS动机模型

2.1 翻转课堂模式

“翻转课堂”起源于2007年美国科罗拉多州落基山的林地公园高中，最先由该校两位化学教师为解决学生因故缺课而做出的大胆尝试.2012年，我国以张金磊等人为代表，在Robert Talbert教授提出的翻转课堂结构基础上，构建了如图1所示翻转课堂教学模型[1].

图1 翻转课堂结构图

2.2 ARCS动机模型

ARCS动机模型最早由美国加州大学心理学教授John.M.Keller在《动机与教学设计：理论视角》中提出.他认为动机是教师和学生开展学习活动的内在动力，要让教和学更加愉悦和高效，必须将动机贯穿整个教学过程.在课堂中要抓住学生的注意力“Attention”(简称“A”)；建立教学目标、教学内容和学生之间的关联性“Relevance”(简称“R”)；在学习过程中要给学生树立自信心“Confidence”(简称“C”)；在经过一阶段学习或测验后获得满意感“Satisfaction”(简称“S”)，结构图如图2所示.

图2 ARCS动机模型

3 翻转课堂教学中动机激发策略

3.1 课程教学设计框架

基于常见的翻转课堂教学案例和本研究的高中 “物理学史”校本课程，笔者提出了如图3所示的翻转课堂教学设计框架.

图3 “物理学史”翻转课堂教学设计基本框架

该框架建立在陕西师范大学李贵安教授率先推行课堂创新并提出的PACE3创新课堂核心要素(图4)的基础上[2]，融合了ARCS动机模型理论和高中“物理学史”校本课程内容.介绍科学史与相关物理科学家，不仅可以提升学生学习物理的兴趣，而且是实现课程思政育人的有效载体，“以史明志，修身报国”，将立德树人的教育根本落实到具体的教学当中，使学生在晓物理之理时，更明世事之德.

图4 PACE3创新课堂核心要素

该教学模式依托第1，2，3共3个课堂.其中第一课堂即正常上课时间进行的教学活动，按流程包括从个人展示物理兴趣内容环节到教师点评拓展共5个具体环节.第1课堂强调学生组内合作展示和组间竞争，第2课堂强调学生的自学能力和组内交流能力，第3课堂强调学生的学习技能、核心素养.3个课堂互为支持，形成以第1课堂为牵引，第2，3课堂有机结合的“一体两翼”课堂联动结构，将过程、能力、评价与物理学核心素养等创新课堂核心要素有机地融合在一起，使思政育人元素更好地融入课堂，大大提升了学生学习物理的动机，确保了翻转课堂核心理念——学生全面发展的实现.

3.2 课堂教学动机激发策略

翻转课堂从教学模式上为激发高中生强烈的物理学习动机提供了方向.在这一方向上，将ARCS动机模型理论融入教学，使得教师在每一个教学环节中将ARCS 4个关键要素与环节有机整合起来，相辅相成，从具体教学实施上激发学生物理学习动机.笔者在ARCS动机模型理论基础上，提出在高中“物理学史”校本课程中应用翻转课堂教学的动机激发策略(具体策略见下文).这些策略能够和翻转课堂设计框架很好地融合，例如在课前个人展示环节，学生可以介绍物理学家们曾面临的困难以及成功后的影响等，这一策略通过讲述物理学家们在科学研究中不惧艰难险阻，在持之以恒的努力后获得了丰硕的成果，不仅很好地激发了学生的学习兴趣，而且使学生在生活与学习中可以获得乘风破浪、勇往直前的精神，培养成为担当民族复兴大任的时代新人所需的品质.

3.3 动机激发策略在教学中的应用——以“探索力学发展史”一课为例

笔者选取高中“物理学史”校本课程中最为基础和重要的“探索力学的发展史”一课为例，分别从“ARCS”4个要素入手，结合翻转课堂理念给出如下4个方面的具体动机激发策略.

3.3.1 引发“A”注意，注重延续注意

引发学生的注意是ARCS动机模型中课堂活动的开始.如表1所示为“A注意策略”维度的动机策略激发图.

表1 “A注意策略”维度的动机激发策略

以“探索力学发展史”为例，引发第1堂课学生的注意兴趣，可从中国古代的老子、墨子等学派对时空运动的理解以及2 000多年前古希腊海滩上欧几里得的逻辑体系开始引入，如图5所示.

图5 《墨经》时空观

这一策略首先可让学生发现物理学史上对力学的研究不仅仅是教科书上那些外国人做的，我国古人早在2 000多年前就已经开始研究(A21)，突出我国科学技术的发展，让学生感受到国人求实、创新的科学精神，提升了学生的爱国主义情怀，实现对学生的价值塑造.其次通过讲述欧几里得提出的逻辑体系，可以让学生容易地理解定义、定理、定律以及数学上的公理它们之间的区别与联系(A11)，如图6所示.

图6 欧几里得逻辑体系

第1课堂中学生需要展示的内容，教师要在前一节课后布置给每一个组，在第2课堂进行准备，可要求学生在制作PPT的内容上或者展示方式方法上包含一些动机激发策略(A12～15，A31～34)；讲到伽利略与亚里士多德的观点矛盾时，可将二者矛盾引出吸引学生的注意(A21)，如图7所示.

图7 伽利略与亚里士多德对话的漫画

可让学生在展示环节通过角色扮演形式来进行辩论，变换教学方式来激发学生的注意兴趣(A33)；教师补充拓展环节通过讲述1665年牛顿得到平方反比定律，但是1673年惠更斯才提出离心力公式，离心力公式又是教科书上推导平方反比定律的必由之路，牛顿是如何做到的？通过呈现牛顿当时这一阶段绕过未解决的问题找到正确的结论而引起学生的科学神秘感，激发学生的注意兴趣(A22)，也可将这一问题作为第2课堂任务，下一节课由学生进行分享(A23).

3.3.2 建立“R”关联，明确学习目标

著名英国诗人蒲伯曾经写道：自然及自然法则藏匿于黑暗之中，上帝说，让牛顿诞生吧！于是一切都沐浴在光明之中.在生活中，处处留心皆学问，生活中物理无处不在.不论是生活有用的物理，还是高考对物理的考查，物理都与学生息息相关.教师应注重学生的生活和社会的实际需求，明确建立物理学习与学生的目标、学习动机以及熟悉性之间的关联，课堂的核心关联就在于要使得学生知道物理学史的学习与其生活及社会需求的强关联[3].如表2为“R相关性策略”维度的动机激发策略.

表2 “R相关性策略”维度的动机激发策略

在每一堂课的内容交接上，教师应注重物理学史的连贯性、逻辑性，教师要使学生了解学习物理学史可以让自己的整个物理知识体系更加完备，互相之间是相辅相成的(R11).在第1课堂上，教师要说明学习内容的内在与外在价值，例如在“探索力学发展史”一课上，可以阐述伽利略的自由落体、斜面实验以及理想实验的思想方法等都不仅是高考的重要考查内容，还可增强自己的科学思维、科学探究能力等，对以后的学习、工作、科研有很大帮助(R12～13).还可通过补充牛顿因为躲避鼠疫在家静心学习一年多而造就了“牛顿三定律”与“万有引力定律”问世的伟大事迹，鼓励学生不要畏惧物理学习中的困难(R14)，如图8所示.

图8 艾萨克·牛顿鼠疫期间研究图

学生在第1课堂小组展示阶段，展示的学习内容要与学习目标以及第3课堂中的比赛、测验、演示实验的需求相关(R21)，也要与学生学习过的概念与知识高度关联(R31～32).在这一课中，学生讲到卡文迪什时，教师可抛出“卡文迪什是如何具体运用3次放大思想测出常数G的？”这一问题从而激起学生小组内部的交流合作与组间竞争行为(R22～23)，如图9所示，可分3小组分别讨论研究变力为力矩、光学角度放大、变角位移为线位移共3次放大，并在讲台上展示讨论成果.

图9 卡文迪什扭成实验图

学生展示开普勒发现“开普勒三大定律”事例时，通过讲述开普勒经过艰苦繁杂的计算却仍然在纬度误差上得到与第谷观测数据不符的结果这一困难，但最终在开普勒相信自己老师的情况下，抛弃偏心圆的假设改用椭圆曲线计算，在多次反复计算下，终于得到了正确的结果，这一事例可以使得学生认识到面对困难时，勇往直前就会离成功越来越近(R24)，增强了学生克服困难的学习动机.还可通过补充伽利略著名的“斜塔实验”这一故事激发他们的学习动机(R33).

3.3.3 树立“C”自信，增强自我效能感

2018年习总书记在北京大学座谈会上引用苏轼的一句话：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志.自信心是一个人成功的必备品质，在课堂中，教师不仅需要帮助学生建立对物理学习成功的自信，而且通过教学要提高学生的民族自信心.如表3所示为“C自信心策略”维度的动机激发策略.

表3 “C自信心策略”维度的动机激发策略

3.3.4 培养“S”满意，获得学习满意感

ARCS动机模型与翻转课堂融合可以给学生提供很多获得自我学习满足感的机会.如表4所示为“S满足感策略”维度的动机激发策略，学生可利用所学知识解决生活问题以及在第3课堂的比赛和测验中获得成功的喜悦，因此第3课堂的难度也要由易到难(S11)，让学生每一堂课进出教室之间都能体会到离成功又近了一步，哪怕是一小步.课堂上的教学语言要多鼓励学生，强化他们对物理学习的兴趣(S12，S21～23).在教学内容上，以“探索力学发展史”为例，可让学生在第2课堂中准备并展示伽利略、牛顿等人对时空、运动、天体等研究与之后课程要学习的近代物理之间的联系以及现代物理前沿内容(S13)，例如我国的北斗卫星与量子通信等最新成果，这样有机融入了课程思政育人元素，不仅可以强烈激发学生对以后的课程以及物理学科的学习动机，而且提升了学生的民族自豪感.

表4 “S满足感策略”维度的动机激发策略

3.4 综合性评价

学生物理学习动机的激发评价侧重于形成性评价，即对学生在学习过程中的动态评价.在整个教学过程中，教师要求学生在3个课堂中进行查阅资料、小组讨论、课堂汇报展示等学习活动.可采用基于物理学科核心素养的表现标准、项目量规、ARCS动机激发测评量表等工具，结合学生第3课堂以及月考、期中期末等成绩，从学生的参与度、理解情况、学习产出水平、关键能力、面对挑战时的情感表现等多个角度[4]，对学生学习动机进行综合测评.

4 结束语

本文将翻转课堂教学理念与ARCS动机模型理论相融合，搭建高中物理学习动机激发策略基本框架.在教学中以高中“物理学史”校本课程中“探索力学发展史”一课为例，从如何引起和持续注意力(Attention)、怎样建立相关性(Relevance)、如何培养学生的自信心(Confidence)、怎样得到满意感(Satisfaction)4个方面指出如何具体激发高中生的物理学习动机，以期对未来教师激发学生学习动机、教学中有机融入课程思政育人元素进行学科课程育人等提供有益参考.