ARCS動機模型在工科課程案例教學(xué)中的應(yīng)用研究

［摘 要］ 學(xué)生的動機水平是自主學(xué)習(xí)的重要因素。針對“船舶減振降噪技術(shù)”課程知識點繁多且龐雜、與工程實際聯(lián)系緊密的特點，提出利用ARCS動機模型指導(dǎo)案例教學(xué)設(shè)計的方法。以“聲短路”影響測定實驗課為例，通過案例內(nèi)容優(yōu)化提升學(xué)習(xí)注意力，通過職業(yè)發(fā)展關(guān)聯(lián)提升學(xué)習(xí)相關(guān)性，通過小組分工合作提升學(xué)習(xí)自信心，通過學(xué)習(xí)評價設(shè)計提升學(xué)習(xí)滿意度。教學(xué)實踐結(jié)果表明，該方法能有效激發(fā)和維持學(xué)生內(nèi)生動力，提升教學(xué)效果，強化學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和能力。

［關(guān)鍵詞］ ARCS動機模型；案例教學(xué)；減振降噪

［基金項目］ 2023年度海軍工程大學(xué)教育科研課題（NUE2023ER49）

［作者簡介］ 余文晶（1991—），女，湖北咸寧人，博士，海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院助理研究員，主要從事船舶振動噪聲控制研究；程 果（1988—），男，湖北武漢人，博士，海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院副研究員，主要從事船舶振動噪聲控制研究；潘 遜（1980—），男，湖南常德人，博士，海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院講師，主要從事研究生教育理論研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）13-0141-04 ［收稿日期］ 2023-11-21

引言

安靜化是未來船舶技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。船舶噪聲不僅會對漁業(yè)、海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成影響，還會對船員，甚至海洋生物造成危害。降低船舶振動、噪聲，發(fā)展船舶減振降噪技術(shù)具有重要意義［1］。

技術(shù)發(fā)展的核心是人才，我校于2021年首次開設(shè)“船舶減振降噪技術(shù)”課程。該課程為船舶與海洋學(xué)科的專業(yè)核心課，主要介紹了船舶噪聲類型及產(chǎn)生機理、船舶噪聲控制技術(shù)的基本原理與裝備應(yīng)用等。該課程理論與實踐并重，與工程實際聯(lián)系緊密。教學(xué)團隊在執(zhí)教過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有教學(xué)模式存在兩個突出問題：一是大部分知識點的學(xué)習(xí)，存在“紙上談兵”的現(xiàn)象。船舶減振降噪與實際工程應(yīng)用關(guān)系緊密，但學(xué)生在校階段沒有船舶相關(guān)的從業(yè)經(jīng)驗，對船上減振降噪設(shè)備、裝置和元器件都沒有感性認識，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易脫離實際、過于理想化。二是現(xiàn)有的案例解讀學(xué)習(xí)，存在“味如嚼蠟”的情況。為了解決上述“紙上談兵”問題，教學(xué)團隊嘗試將實際應(yīng)用案例引入課堂教學(xué)，但由于學(xué)生對未來的職業(yè)規(guī)劃還不明朗，直接講授這些案例，學(xué)生不知道為什么而學(xué)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情淡薄。因此，教學(xué)團隊探索將ARCS動機模型應(yīng)用于“船舶減振降噪技術(shù)”課程案例教學(xué)設(shè)計，以期激發(fā)學(xué)生內(nèi)生動力，促進學(xué)生深度參與教學(xué)過程，從而提升課堂教學(xué)效果，達到強化學(xué)生職業(yè)技能和素養(yǎng)的目標。

一、案例教學(xué)在“船舶減振降噪技術(shù)”課程中的應(yīng)用

“船舶減振降噪技術(shù)”課程存在兩個突出特點：一是知識點繁多且龐雜，涵蓋振動、聲學(xué)、數(shù)字信號處理等內(nèi)容，且部分概念在日常生活中較為少見，抽象且不易理解。傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式以講授方式為主，重理論輕實踐，學(xué)生只是被動接受知識，獨立思考程度較低，知識碎片化現(xiàn)象嚴重。這導(dǎo)致學(xué)生課堂參與度不高，在“聽不懂—不想聽—聽不懂”之間惡性循環(huán)。二是與工程實際聯(lián)系緊密。全課一共53個知識點，其中，29個完全來源于實際船舶裝備、操作規(guī)程，18個是船舶設(shè)備、元器件工作機理的延伸，剩下6個則是學(xué)習(xí)上述內(nèi)容的必備基礎(chǔ)知識。學(xué)習(xí)船舶減振降噪技術(shù)的核心目標是掌握工程應(yīng)用的能力。

對于一門知識點不易直接理解，但與工程實際聯(lián)系緊密的課程，最合適的方法之一就是將知識點融入實際工程案例之中［2］。教師根據(jù)教學(xué)目標提供一個典型案例，讓學(xué)生置身于該情景中，指導(dǎo)學(xué)生運用所掌握的基本理論去分析解決問題［3］。

二、ARCS動機模型與案例教學(xué)的結(jié)合

20世紀80年代，美國佛羅里達州立大學(xué)的約翰·M·凱勒教授提出了一個激發(fā)與維持學(xué)習(xí)動機的教學(xué)設(shè)計模型——ARCS動機模型［4］。該模型包含四個要素，分別是注意力（Attention）、相關(guān)性（Relevance）、自信心（Confidence）和滿足感（Satisfaction）。該模型通過分析學(xué)習(xí)者的已有經(jīng)驗、學(xué)習(xí)心理等因素，輔助開展教學(xué)設(shè)計，充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的積極性。

根據(jù)ARCS動機模型，若想激發(fā)并維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，首先要引起學(xué)生對一項學(xué)習(xí)任務(wù)的興趣，然后讓學(xué)生知道這項學(xué)習(xí)任務(wù)與自身發(fā)展和需求密切相關(guān)。同時要提升學(xué)生自信心，使其覺得自己有能力完成學(xué)習(xí)任務(wù)，最后使學(xué)生獲得完成學(xué)習(xí)任務(wù)的滿足感。

（一）案例教學(xué)中應(yīng)用ARCS動機模型的需求

根據(jù)2021、2022兩年回收的400余份學(xué)生課后調(diào)查問卷統(tǒng)計，學(xué)生對案例教學(xué)涉及的知識如何在今后的生活和工作中使用感到迷茫，導(dǎo)致學(xué)習(xí)動力不足。根據(jù)就業(yè)情況調(diào)研，大部分學(xué)生畢業(yè)后不會從事與減振降噪完全對口的崗位，教學(xué)內(nèi)容若采用傳統(tǒng)授課模式，很難讓學(xué)生獲得相應(yīng)的體驗感，學(xué)生就容易覺得枯燥、無用，無法激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。ARCS動機模型在處理這類問題上具有顯著優(yōu)勢［5］。

（二）應(yīng)用ARCS動機模型的案例教學(xué)設(shè)計

在“船舶減振降噪技術(shù)”課程案例教學(xué)中應(yīng)用ARCS動機模型也有前提條件，即要求案例具備“注意力、相關(guān)性、自信心、滿足感”四類要素，進而要求學(xué)習(xí)的案例知識是可分解的。

首先是“A”，即需要明確案例的具體細節(jié)。據(jù)ARCS動機模型，如果學(xué)習(xí)內(nèi)容本身新穎或者清晰，學(xué)生能夠有和傳統(tǒng)學(xué)法不一樣的學(xué)習(xí)體驗，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會更容易集中注意力。因此，可以考慮采用5W1H分析方法，逐步、深入解讀案例，讓學(xué)生有身臨其境的感覺，從而調(diào)動學(xué)生的注意力。

然后是“R”，即需要明確案例與學(xué)生未來工作崗位的關(guān)聯(lián)。據(jù)ARCS動機模型，如果學(xué)生能夠意識到當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的現(xiàn)實價值和未來價值，感受到當(dāng)前學(xué)習(xí)與自身能力提升的相關(guān)性，那么學(xué)生更容易激發(fā)并維持其內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機。因此，應(yīng)盡可能全面地挖掘“案例—知識—能力—職業(yè)”之間的聯(lián)系。

再次是“C”，即需要增強學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。據(jù)ARCS動機模型，如果學(xué)生能夠明確學(xué)習(xí)目標，并在低風(fēng)險環(huán)境下學(xué)習(xí)，則更容易有信心完成學(xué)習(xí)任務(wù)。因此，通過將案例內(nèi)容分解為一個個較小的模塊，并對較為復(fù)雜的案例刪繁就簡，使知識點更加聚焦，從而降低學(xué)習(xí)門檻。同時，組織學(xué)習(xí)小組，通過任務(wù)分工、小組合作，使學(xué)生感覺自己不是單打獨斗，進而增強完成學(xué)習(xí)任務(wù)的信心。

最后是“S”，即需要提升學(xué)生學(xué)習(xí)的滿意度。據(jù)ARCS動機模型，影響學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度的主要因素包括：是否得到了公平公正的評價、是否取得了較好的學(xué)習(xí)結(jié)果等。因此，細化知識點的考核內(nèi)容，讓學(xué)生在逐步完成學(xué)習(xí)的過程中獲得成就感。同時，教師與學(xué)生共同完成實踐項目，激發(fā)學(xué)生的認同感。

依據(jù)上述理論和思路，應(yīng)用ARCS動機模型的案例教學(xué)設(shè)計流程如圖1所示。

三、ARCS動機模型在“船舶減振降噪技術(shù)”課程案例教學(xué)中的應(yīng)用實踐

根據(jù)課程教學(xué)計劃，2021年使用傳統(tǒng)教學(xué)模式首次開展了“聲短路”影響測定實驗教學(xué)，2022年將案例教學(xué)引入教學(xué)設(shè)計，2023年進一步利用ARCS動機模型充實完善實驗內(nèi)容。下面以2023年教學(xué)情況為例，詳細闡述ARCS動機模型在“船舶減振降噪技術(shù)”課程案例教學(xué)中的應(yīng)用。

（一）案例選擇

隔振器是降低船舶機械噪聲最常用的裝備，某些意外情況會導(dǎo)致隔振器被短路，即設(shè)備振動通過其他路徑傳遞到基座，此時隔振器的減振效果失效，我們稱隔振器發(fā)生了“聲短路”現(xiàn)象。“聲短路”現(xiàn)象在實際工作中非常常見，因此“船舶減振降噪技術(shù)”課程的重要知識點之一就是“聲短路”。為了直觀展現(xiàn)“聲短路”對隔振效果的影響，教學(xué)團隊設(shè)計了2個學(xué)時的“聲短路”影響測定實驗課，并將實驗內(nèi)容與實際案例綁定，基于實際情景進行實驗工況的模擬，讓學(xué)生身臨其境，降低掌握該知識的難度。

相關(guān)“聲短路”的案例有很多。從來源途徑上大致可以分為國內(nèi)外公開報道的資料、教學(xué)團隊赴一線單位調(diào)研的結(jié)果、其他途徑轉(zhuǎn)述等；從“聲短路”的類型上又大致可以分為人為操作錯誤、減隔振裝置老化失效、不可抗力損壞等。那如何選擇一個更適用于實驗教學(xué)的“聲短路”案例呢？教學(xué)團隊首先從案例的來源途徑上考慮，一方面學(xué)生對情節(jié)豐滿、貼近實用的案例更感興趣；另一方面必須保證案例的真實性，因此選擇了國外公開報道的資料作為教學(xué)素材。此外，教學(xué)團隊進一步從“聲短路”類型上進行挑選，要求通過該教學(xué)案例，既能傳授相關(guān)的理論知識，還能兼顧培養(yǎng)學(xué)生的聲學(xué)性能維護意識，因此選擇了人為操作錯誤導(dǎo)致的“聲短路”案例。

綜合上述分析，教學(xué)團隊選擇了美國水下航行器在演習(xí)中因人為操作失誤造成“聲短路”的案例，并基于這個案例設(shè)計了在隔振平臺中塞入物品導(dǎo)致“聲短路”的實驗。

（二）案例解讀

1.通過優(yōu)化案例內(nèi)容提升學(xué)習(xí)注意力。在課程導(dǎo)入階段，向?qū)W員講授“邁阿密”號水下航行器的案例：20世紀90年代，美海軍“邁阿密”號水下航行器在和北約盟國的對抗演習(xí)中，由于一個扳手掉到了隔振裝置下面，導(dǎo)致隔振裝置發(fā)生了“聲短路”，使其被探測距離與平時相比增大了6.7倍。

隨后，向?qū)W生講授此次實驗課程的詳細要求：利用圓柱殼模型、隔振平臺、激振器等模擬船舶艙段環(huán)境，用金屬條模擬較硬物體導(dǎo)致聲學(xué)短路，用長木條模擬較軟物體導(dǎo)致聲學(xué)短路。通過實際案例、具體數(shù)字，再結(jié)合兩種不同的“聲短路”情景，讓學(xué)員清晰地認識到“聲短路”的危害，從而引起學(xué)生的興趣。

2.通過職業(yè)發(fā)展關(guān)聯(lián)提升學(xué)習(xí)相關(guān)性。在講解實驗原理和實驗步驟之前，給學(xué)生播放教學(xué)團隊赴相關(guān)用人單位錄制的視頻，用人單位在視頻中介紹了工作中曾經(jīng)遇到過的“聲短路”問題。通過觀看視頻，學(xué)生可以更直觀地理解“聲短路”是未來工作中需要處理的常見任務(wù)之一，從而明確此次實驗課內(nèi)容與其未來工作的相關(guān)性。

3.通過小組分工合作提升學(xué)習(xí)自信心。將學(xué)生每4至5人分為一組，小組中的每個人承擔(dān)不同的崗位角色：1人負責(zé)“聲短路”故障設(shè)計，1人布置測點，1人記錄數(shù)據(jù)，1至2人故障排查。除故障設(shè)計者外，其他人員可以相互幫助提醒，協(xié)同完成實驗。每個小組完成一組實驗后，交換角色再次實驗，直到所有人都輪流擔(dān)任過所有角色。小組內(nèi)部的合作與互助，可以減少學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，從而增強學(xué)習(xí)信心。

4.通過學(xué)習(xí)評價設(shè)計提升學(xué)習(xí)滿意度。該實驗課教學(xué)內(nèi)容分為加速度傳感器的安裝、手持測振儀的使用等多個操作模塊，在每一個模塊都分別設(shè)置小的考核項目。學(xué)生每完成一個模塊，就進行一次評價。教師也是各個小組中的一員，與學(xué)生一同參與實驗，并對任務(wù)完成情況及時給出積極的反饋。

（三）教學(xué)效果

從實驗完成度、知識點得分等多個維度，對2021—2023年的教學(xué)效果進行了統(tǒng)計分析：2021年首次開設(shè)“聲短路”實驗課程時，36%的學(xué)生不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，結(jié)課測試結(jié)果表明，該知識點的平均得分為6.5分（滿分8分）。應(yīng)用ARCS模型優(yōu)化案例教學(xué)設(shè)計后，2023年授課時，所有學(xué)生都能在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗，且該知識點的平均得分提高為7.7分。此外，根據(jù)課后調(diào)研，學(xué)生普遍反映，通過此次實踐教學(xué)，對“聲短路”的概念和影響有了更深刻地理解，同時鞏固復(fù)習(xí)了振動加速度級、振級落差等前序章節(jié)理論知識，若課程考核涉及相關(guān)考題，更有信心能拿高分。

結(jié)語

結(jié)合“船舶減振降噪技術(shù)”課程特點，教學(xué)團隊以“聲短路”影響測定實驗課為例，利用ARCS動機模型從“注意力、相關(guān)性、自信心、滿足感”四個環(huán)節(jié)開展了案例教學(xué)設(shè)計。教學(xué)實踐結(jié)果表明，ARCS動機模型能有效激發(fā)學(xué)生在工科課程案例學(xué)習(xí)過程中的主觀能動性，增強學(xué)習(xí)自信心，提升教學(xué)質(zhì)量。相關(guān)研究成果可為其他工科課程教學(xué)改革提供參考和借鑒。

參考文獻

［1］古龍，閔捷.船舶振動噪聲控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2019，41（23）：1-5.

［2］李童，楊楠.新工科背景下學(xué)生友好型案例教學(xué)的理念、構(gòu)建與實踐［J］.高等工程教育研究，2022（1）：29-34.

［3］紀文靜，劉海英，冶玉萍.全科醫(yī)學(xué)教學(xué)中案例教學(xué)模式的應(yīng)用探討［J］.繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2016，30（7）：83-84．

［4］JOHNM KELLER.Development and use of the ARCS model of instructional design［J］.Journal of instructional development，2008，10（3）：2-10.

［5］李昕鈺，劉青，朱毅.ARCS動機設(shè)計模式國內(nèi)外研究綜述［J］.當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2016（5）：119-120.

Research on the Application of ARCS Motivation Model in Case-Study-Based Learning Method of

Engineering Courses： Taking the ShipVibration and Noise Reduction Technology as an Example

YU Wen-jing， CHENG Guo， PAN Xun

（College of Power Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan， Hubei 430033， China）

Abstract： The motivation level of students is an important factor in self-directed learning. Aiming at the characteristics of Ship vibration and Noise reduction Technology， which has many knowledge points and is closely related to engineering practice， a case-study-based learning method guided by ARCS motivation model is proposed. Taking the experimental course of “acoustic Short circuit influence measurement” as an example， the study attention was improved through case content optimization， the learning relevance was improved through career development correlation， the learning confidence was improved through group division of labor and cooperation， and the learning satisfaction was improved through learning evaluation design. The teaching practice results show that this method can effectively stimulate and maintain the endogenous motivation of students， improve the teaching effect， and strengthen the professional quality and ability of students.

Key words： ARCS motivation model; case-study-based learning; vibration and noise reduction