ARCS动机模型在工科课程案例教学中的应用研究

ARCS动机模型在工科课程案例教学中的应用研究
作者：余文晶程果潘逊
来源：《教育教学论坛》2024年第13期
［摘要］学生的动机水平是自主学习的重要因素。

针对“船舶减振降噪技术”课程知识点繁多且庞杂、与工程实际联系紧密的特点，提出利用ARCS动机模型指导案例教学设计的方法。

以“声短路”影响测定实验课为例，通过案例内容优化提升学习注意力，通过职业发展关联提升学习相关性，通过小组分工合作提升学习自信心，通过学习评价设计提升学习满意度。

教学实践结果表明，该方法能有效激发和维持学生内生动力，提升教学效果，强化学生的职业素养和能力。

［关键词］ ARCS动机模型；案例教学；减振降噪
［基金项目］ 2023年度海军工程大学教育科研课题（NUE2023ER49）
［作者简介］余文晶（1991—），女，湖北咸宁人，博士，海军工程大学动力工程学院助理研究员，主要从事船舶振动噪声控制研究；程果（1988—），男，湖北武汉人，博士，海军工程大学动力工程学院副研究员，主要从事船舶振动噪声控制研究；潘逊（1980—），男，湖南常德人，博士，海军工程大学动力工程学院讲师，主要从事研究生教育理论研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）13-0141-04 ［收稿日期］ 2023-11-21
引言
安静化是未来船舶技术发展的重要方向之一。

船舶噪声不仅会对渔业、海产养殖业造成影响，还会对船员，甚至海洋生物造成危害。

降低船舶振动、噪声，发展船舶减振降噪技术具有重要意义［1］。

技术发展的核心是人才，我校于2021年首次开设“船舶减振降噪技术”课程。

该课程为船舶与海洋学科的专业核心课，主要介绍了船舶噪声类型及产生机理、船舶噪声控制技术的基本原理与装备应用等。

该课程理论与实践并重，与工程实际联系紧密。

教学团队在执教过程中发现，现有教学模式存在两个突出问题：一是大部分知识点的学习，存在“纸上谈兵”的现象。

船舶减振降噪与实际工程应用关系紧密，但学生在校阶段没有船舶相关的从业经验，对船上减振降噪设备、装置和元器件都没有感性认识，导致学生在学习过程中容易脱离实际、过于理想化。

二是现有的案例解读学习，存在“味如嚼蜡”的情况。

为了解决上述“纸上谈兵”问题，教学团队尝试将实际应用案例引入课堂教学，但由于学生对未来的职业规划还不明朗，直接讲授这些案例，学生不知道为什么而学，导致学习热情淡薄。

因此，教学团队探索将ARCS动机模型应用于“船舶减振降噪技术”课程案例教学设计，以期激发学生内生动力，促进学生深度参与教学过程，从而提升课堂教学效果，达到强化学生职业技能和素养的目标。

一、案例教学在“船舶减振降噪技术”课程中的应用
“船舶减振降噪技术”课程存在两个突出特点：一是知识点繁多且庞杂，涵盖振动、声学、数字信号处理等内容，且部分概念在日常生活中较为少见，抽象且不易理解。

传统的课程教学模式以讲授方式为主，重理论轻实践，学生只是被动接受知识，独立思考程度较低，知识碎片化现象严重。

这导致学生课堂参与度不高，在“听不懂—不想听—听不懂”之间恶性循环。

二是与工程实际联系紧密。

全课一共53个知识点，其中，29个完全来源于实际船舶装备、操作规程，18个是船舶设备、元器件工作机理的延伸，剩下6个则是学习上述内容的必备基础知识。

学习船舶减振降噪技术的核心目标是掌握工程应用的能力。

对于一门知识点不易直接理解，但与工程实际联系紧密的课程，最合适的方法之一就是将知识点融入实际工程案例之中［2］。

教师根据教学目标提供一个典型案例，让学生置身于该情景中，指导学生运用所掌握的基本理论去分析解决问题［3］。

二、ARCS动机模型与案例教学的结合
20世纪80年代，美国佛罗里达州立大学的约翰·M·凯勒教授提出了一个激发与维持学习动机的教学设计模型——ARCS动机模型［4］。

该模型包含四個要素，分别是注意力（Attention）、相关性（Relevance）、自信心（Confidence）和满足感（Satisfaction）。

该模型通过分析学习者的已有经验、学习心理等因素，辅助开展教学设计，充分调动学习者的积极性。

根据ARCS动机模型，若想激发并维持学生的学习动力，首先要引起学生对一项学习任务的兴趣，然后让学生知道这项学习任务与自身发展和需求密切相关。

同时要提升学生自信心，使其觉得自己有能力完成学习任务，最后使学生获得完成学习任务的满足感。

（一）案例教学中应用ARCS动机模型的需求
根据2021、2022两年回收的400余份学生课后调查问卷统计，学生对案例教学涉及的知识如何在今后的生活和工作中使用感到迷茫，导致学习动力不足。

根据就业情况调研，大部分学生毕业后不会从事与减振降噪完全对口的岗位，教学内容若采用传统授课模式，很难让学生获得相应的体验感，学生就容易觉得枯燥、无用，无法激发学习热情。

ARCS动机模型在处理这类问题上具有显著优势［5］。

（二）应用ARCS动机模型的案例教学设计
在“船舶减振降噪技术”课程案例教学中应用ARCS动机模型也有前提条件，即要求案例具备“注意力、相关性、自信心、满足感”四类要素，进而要求学习的案例知识是可分解的。

首先是“A”，即需要明确案例的具体细节。

据ARCS动机模型，如果学习内容本身新颖或者清晰，学生能够有和传统学法不一样的学习体验，那么学生在学习过程中会更容易集中注意
力。

因此，可以考虑采用5W1H分析方法，逐步、深入解读案例，让学生有身临其境的感觉，从而调动学生的注意力。

然后是“R”，即需要明确案例与学生未来工作岗位的关联。

据ARCS动机模型，如果学生能够意识到当前学习内容的现实价值和未来价值，感受到当前学习与自身能力提升的相关性，那么学生更容易激发并维持其内在的学习动机。

因此，应尽可能全面地挖掘“案例—知识—能力—职业”之间的联系。

再次是“C”，即需要增强学生的学习信心。

据ARCS动机模型，如果学生能够明确学习目标，并在低风险环境下学习，则更容易有信心完成学习任务。

因此，通过将案例内容分解为一个个较小的模块，并对较为复杂的案例删繁就简，使知识点更加聚焦，从而降低学习门槛。

同时，组织学习小组，通过任务分工、小组合作，使学生感觉自己不是单打独斗，进而增强完成学习任务的信心。

最后是“S”，即需要提升学生学习的满意度。

据ARCS动机模型，影响学生学习满意度的主要因素包括：是否得到了公平公正的评价、是否取得了较好的学习结果等。

因此，细化知识点的考核内容，让学生在逐步完成学习的过程中获得成就感。

同时，教师与学生共同完成实践项目，激发学生的认同感。

依据上述理论和思路，应用ARCS动机模型的案例教学设计流程如图1所示。

三、ARCS动机模型在“船舶减振降噪技术”课程案例教学中的应用实践
根据课程教学计划，2021年使用传统教学模式首次开展了“声短路”影响测定实验教学，2022年将案例教学引入教学设计，2023年进一步利用ARCS动机模型充实完善实验内容。

下面以2023年教学情况为例，详细阐述ARCS动机模型在“船舶减振降噪技术”课程案例教学中的应用。

（一）案例选择
隔振器是降低船舶机械噪声最常用的装备，某些意外情况会导致隔振器被短路，即设备振动通过其他路径传递到基座，此时隔振器的减振效果失效，我们称隔振器发生了“声短路”现象。

“声短路”现象在实际工作中非常常见，因此“船舶减振降噪技术”课程的重要知识点之一就是“声短路”。

为了直观展现“声短路”对隔振效果的影响，教学团队设计了2个学时的“声短路”影响测定实验课，并将实验内容与实际案例绑定，基于实际情景进行实验工况的模拟，让学生身临其境，降低掌握该知识的难度。

相关“声短路”的案例有很多。

从来源途径上大致可以分为国内外公开报道的资料、教学团队赴一线单位调研的结果、其他途径转述等；从“声短路”的类型上又大致可以分为人为操作错
误、减隔振装置老化失效、不可抗力损坏等。

那如何选择一个更适用于实验教学的“声短路”案例呢？教学团队首先从案例的来源途径上考虑，一方面学生对情节丰满、贴近实用的案例更感兴趣；另一方面必须保证案例的真实性，因此选择了国外公开报道的资料作为教学素材。

此外，教学团队进一步从“声短路”类型上进行挑选，要求通过该教学案例，既能传授相关的理论知识，还能兼顾培养学生的声学性能维护意识，因此选择了人为操作错误导致的“声短路”案例。

综合上述分析，教学团队选择了美国水下航行器在演习中因人为操作失误造成“声短路”的案例，并基于这个案例设计了在隔振平台中塞入物品导致“声短路”的实验。

（二）案例解读
1.通过优化案例内容提升学习注意力。

在课程导入阶段，向学员讲授“迈阿密”号水下航行器的案例：20世纪90年代，美海军“迈阿密”号水下航行器在和北约盟国的对抗演习中，由于一个扳手掉到了隔振装置下面，导致隔振装置发生了“声短路”，使其被探测距离与平时相比增大了6.7倍。

随后，向学生讲授此次实验课程的详细要求：利用圆柱壳模型、隔振平台、激振器等模拟船舶舱段环境，用金属条模拟较硬物体导致声学短路，用长木条模拟较软物体导致声学短路。

通过实际案例、具体数字，再结合两种不同的“声短路”情景，让学员清晰地认识到“声短路”的危害，从而引起学生的兴趣。

2.通过职业发展关联提升学习相关性。

在讲解实验原理和实验步骤之前，给学生播放教学团队赴相关用人单位录制的视频，用人单位在视频中介绍了工作中曾经遇到过的“声短路”问题。

通过观看视频，学生可以更直观地理解“声短路”是未来工作中需要处理的常见任务之一，从而明确此次实验课内容与其未来工作的相关性。

3.通过小组分工合作提升学习自信心。

将学生每4至5人分为一组，小组中的每个人承担不同的岗位角色：1人负责“声短路”故障设计，1人布置测点，1人记录数据，1至2人故障排查。

除故障设计者外，其他人员可以相互帮助提醒，协同完成实验。

每个小组完成一组实验后，交换角色再次实验，直到所有人都轮流担任过所有角色。

小组内部的合作与互助，可以减少学生的学习压力，从而增强学习信心。

4.通过学习评价设计提升学习满意度。

该实验课教学内容分为加速度传感器的安装、手持测振仪的使用等多个操作模块，在每一个模块都分别设置小的考核项目。

学生每完成一个模块，就进行一次评价。

教师也是各个小组中的一员，与学生一同参与实验，并对任务完成情况及时给出积极的反馈。

（三）教学效果
从实验完成度、知识点得分等多个维度，对2021—2023年的教学效果进行了统计分析：2021年首次开设“声短路”实验课程时，36%的学生不能在规定的时间内完成实验内容，结课测试结果表明，该知识点的平均得分为6.5分（满分8分）。

应用ARCS模型优化案例教学设计后，2023年授课时，所有学生都能在规定的时间内完成实验，且该知识点的平均得分提高为7.7分。

此外，根据课后调研，学生普遍反映，通过此次实践教学，对“声短路”的概念和影响有了更深刻地理解，同时巩固复习了振动加速度级、振级落差等前序章节理论知识，若课程考核涉及相关考题，更有信心能拿高分。

结语
结合“船舶减振降噪技术”课程特点，教学团队以“声短路”影响测定实验课为例，利用ARCS动机模型从“注意力、相关性、自信心、满足感”四个环节开展了案例教学设计。

教学实践结果表明，ARCS动机模型能有效激发学生在工科课程案例学习过程中的主观能动性，增强学习自信心，提升教学质量。

相关研究成果可为其他工科课程教学改革提供参考和借鉴。

参考文献
［1］古龙，闵捷.船舶振动噪声控制技术的现状与发展［J］.舰船科學技术，2019，41（23）：1-5.
再次是“C”，即需要增强学生的学习信心。

据ARCS动机模型，如果学生能够明确学习目标，并在低风险环境下学习，则更容易有信心完成学习任务。

因此，通过将案例内容分解为一个个较小的模块，并对较为复杂的案例删繁就简，使知识点更加聚焦，从而降低学习门槛。

同时，组织学习小组，通过任务分工、小组合作，使学生感觉自己不是单打独斗，进而增强完成学习任务的信心。

最后是“S”，即需要提升学生学习的满意度。

据ARCS动机模型，影响学生学习满意度的主要因素包括：是否得到了公平公正的评价、是否取得了较好的学习结果等。

因此，细化知识点的考核内容，让学生在逐步完成学习的过程中获得成就感。

同时，教师与学生共同完成实践项目，激发学生的认同感。

依据上述理论和思路，应用ARCS动机模型的案例教学设计流程如图1所示。

三、ARCS动机模型在“船舶减振降噪技术”课程案例教学中的应用实践
根据课程教学计划，2021年使用传统教学模式首次开展了“声短路”影响测定实验教学，2022年将案例教学引入教学设计，2023年进一步利用ARCS动机模型充实完善实验内容。

下面以2023年教学情况为例，详细阐述ARCS动机模型在“船舶减振降噪技术”课程案例教学中的应用。

（一）案例选择
隔振器是降低船舶机械噪声最常用的装备，某些意外情况会导致隔振器被短路，即设备振动通过其他路径传递到基座，此时隔振器的减振效果失效，我们称隔振器发生了“声短路”现象。

“声短路”现象在实际工作中非常常见，因此“船舶减振降噪技术”课程的重要知识点之一就是“声短路”。

为了直观展现“声短路”对隔振效果的影响，教学团队设计了2个学时的“声短路”影响测定实验课，并将实验内容与实际案例绑定，基于实际情景进行实验工况的模拟，让学生身临其境，降低掌握该知识的难度。

相关“声短路”的案例有很多。

从来源途径上大致可以分为国内外公开报道的资料、教学团队赴一线单位调研的结果、其他途径转述等；从“声短路”的类型上又大致可以分为人为操作错误、减隔振装置老化失效、不可抗力损坏等。

那如何选择一个更适用于实验教学的“声短路”案例呢？教学团队首先从案例的来源途径上考虑，一方面学生对情节丰满、贴近实用的案例更感兴趣；另一方面必须保证案例的真实性，因此选择了国外公开报道的资料作为教学素材。

此外，教学团队进一步从“声短路”类型上进行挑选，要求通过该教学案例，既能传授相关的理论知识，还能兼顾培养学生的声学性能维护意识，因此选择了人为操作错误导致的“声短路”案例。

综合上述分析，教学团队选择了美国水下航行器在演习中因人为操作失误造成“声短路”的案例，并基于这个案例设计了在隔振平台中塞入物品导致“声短路”的实验。

（二）案例解读
1.通过优化案例内容提升学习注意力。

在课程导入阶段，向学员讲授“迈阿密”号水下航行器的案例：20世纪90年代，美海军“迈阿密”号水下航行器在和北约盟国的对抗演习中，由于一个扳手掉到了隔振装置下面，导致隔振装置发生了“声短路”，使其被探测距离与平时相比增大了6.7倍。

随后，向学生讲授此次实验课程的详细要求：利用圆柱壳模型、隔振平台、激振器等模拟船舶舱段环境，用金属条模拟较硬物体导致声学短路，用长木条模拟较软物体导致声学短路。

通过实际案例、具体数字，再结合两种不同的“声短路”情景，让学员清晰地认识到“声短路”的危害，从而引起学生的兴趣。

2.通过职业发展关联提升学习相关性。

在讲解实验原理和实验步骤之前，给学生播放教学团队赴相关用人单位录制的视频，用人单位在视频中介绍了工作中曾经遇到过的“声短路”问题。

通过观看视频，学生可以更直观地理解“声短路”是未来工作中需要处理的常见任务之一，从而明确此次实验课内容与其未来工作的相关性。

3.通过小组分工合作提升学习自信心。

将学生每4至5人分为一组，小组中的每个人承担不同的岗位角色：1人负责“声短路”故障设计，1人布置测点，1人记录数据，1至2人故障排查。

除故障设计者外，其他人员可以相互帮助提醒，协同完成实验。

每个小组完成一组实验后，交换角色再次实验，直到所有人都轮流担任过所有角色。

小组内部的合作与互助，可以减少学生的学习压力，从而增强学习信心。

4.通过学习评价设计提升学习满意度。

该实验课教学内容分为加速度传感器的安装、手持测振仪的使用等多个操作模块，在每一个模块都分别设置小的考核项目。

学生每完成一个模块，就进行一次评价。

教师也是各个小组中的一员，与学生一同参与实验，并对任务完成情况及时给出积极的反馈。

（三）教学效果
从实验完成度、知识点得分等多个维度，对2021—2023年的教学效果进行了统计分析：2021年首次开设“声短路”实验课程时，36%的学生不能在规定的时间内完成实验内容，结课测试结果表明，该知识点的平均得分为6.5分（满分8分）。

应用ARCS模型优化案例教学设计后，2023年授课时，所有学生都能在规定的时间内完成實验，且该知识点的平均得分提高为7.7分。

此外，根据课后调研，学生普遍反映，通过此次实践教学，对“声短路”的概念和影响有了更深刻地理解，同时巩固复习了振动加速度级、振级落差等前序章节理论知识，若课程考核涉及相关考题，更有信心能拿高分。

结语
结合“船舶减振降噪技术”课程特点，教学团队以“声短路”影响测定实验课为例，利用ARCS动机模型从“注意力、相关性、自信心、满足感”四个环节开展了案例教学设计。

教学实践结果表明，ARCS动机模型能有效激发学生在工科课程案例学习过程中的主观能动性，增强学习自信心，提升教学质量。

相关研究成果可为其他工科课程教学改革提供参考和借鉴。

参考文献
［1］古龙，闵捷.船舶振动噪声控制技术的现状与发展［J］.舰船科学技术，2019，41（23）：1-5.。