PRACTICE OF GAME TEACHING METHOD BASED ON ARCS MODEL IN EXPERIMENT COURSE
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摘要:
以注意力(attention)、切身性(relevance)、自信心(confidence)、满意感(satisfaction)四要素为驱动的ARCS学习动机模型是一种激发学生学习动机的教学设计模型。本文介绍在课程“结构模型概念与实验”中基于ARCS模型，在课堂中引入游戏教学法的改革实践。以实践类游戏为例展示了如何基于ARCS学习动机模型进行教学游戏设计，并介绍了课程中所采用的“米粉–棉花糖结构游戏”、“结构仿真平台严肃游戏”、“结构知识、一站到底”游戏、“静动载模型实验竞赛”等案例的实施情况。调查问卷等反馈结果表明：根据课程的特点，精心设计教学游戏并有机融入到课程中去，可提高课堂活力，激励学生主动学习，达到良好的教学效果。文章对其他相似的实验课程具有借鉴意义。
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关键词:
- ARCS学习动机模型 /
- 游戏教学法 /
- 实验课程
Abstract:ARCS learning motivation model is a teaching design model, driven by the four elements, i.e., attention, relevance, confidence and satisfaction, to mobilize students' learning motivation. This article introduces the reform practice of introducing game-based teaching method in the classroom based on the ARCS model in the course of “concepts and experiments of structural model”. Taking practical game as an example, it shows how to design educational games based on the ARCS model of learning motivation. Furthermore, the practice of “rice noodle-marshmallow structure competition game”, “serious game of structural simulation platform”, “structural knowledge challenge until the last”, and “static and dynamic load model experiment competition” adopted in the course is introduced. Questionnaire and other feedback results show that, according to the characteristics of the course, carefully designed teaching game integrated into the course can improve the vitality of the classroom, encourage students to take the initiative to learn, and achieve a good teaching effect. This paper has reference value for other similar experimental courses.
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学生在信息时代获取知识的途径发生了巨大变化，课外诱惑如电子游戏等也越发多样化，这为教师授课带来了许多难题。如何在课程中充分调动学生的主动性，解决学生不爱听课的难题，是摆在一线教师面前的重要研究课题。
解决此问题的关键之一是要提升学生的学习动力。Keller[1]提出的ARCS（注意力，attention；切身性，relevance；自信心，confidence；满意感，satisfaction）学习动机模型，关注如何以此四要素为驱动，通过教学设计激发学生的学习动机。目前该模型在不少学科中得到应用[2-5]，但在工科课程中的应用尚少，且该模型的研究注重研究策略，对策略的实用性和有效性的研究还有待加强。
当代学生喜欢电子游戏、桌面游戏等，许多家长和老师将此当作洪水猛兽。但游戏是否就与学习完全背道而驰呢？其实游戏式教学法是一种历史悠久的教学方法，古人就曾对教育给出“寓教于乐”的建议。近年来，将教育与游戏或竞赛结合的研究也成为了教育领域新的热点问题[6-11]。但目前在大学传统工科教育中应用仍较少。本文介绍团队在探究式实验课程中，基于ARCS模型的若干游戏教学方案的设计、实施及成效。研究旨在促进工科教育的创新，提高学生的学习动力和主动性。
1. 设计
ARCS模型中包含四个策略要素[1]：其中注意力策略用于唤起好奇心和兴趣；切身性策略连接学习者的切身需要、兴趣和动机；自信心策略帮助学习者建立对成功实现目标的积极期望；满意感策略提供外在的和内在的强化。该模型还包括若干过程问题（见表1）、策略细化、调查问卷等相关内容，需针对不同的课程特点进行设计。
表 1 基于ARCS模型的游戏式教学设计范例ARCS模型 A 注意力动机 R 切身性动机 C 自信心动机 S 满意感动机 过程问题 A1：如何才能抓住学生们的兴趣？ R1：如何才能最好地满足学生的学习需求？ C1：如何才能帮助学生建立对成功的积极期望？ S1：如何为学生提供让他们使用所学到的新知识/技能的机会？ A2：怎样才能激发学生们探究的态度？ R2：如何及时为学生提供适当的选择？ C2：怎样支持或增加学生对自己的能力认可的信念？ S2：用什么对学生的成功感进行强化？ A3：如何才能保持学生们的注意力？ R3：如何才能将教学与学生的经验联系起来？ C3：如何使学生清楚成功是来源于自己的努力和能力？ S3：如何帮助学生对其成就产生积极的情绪？ 动手类游戏 采用米粉、透明胶带等常见物品制作模型，采用棉花糖作为顶部载荷进行加载实验，激发学生探究生活中结构的兴趣。 将结构的基本原理（如结构稳定、倾覆）融入游戏中，引导学生从原有知识来逐步认识结构、载荷、稳定等作用，为未来学习奠定基础。 通过游戏，使学生建立对结构的直观认识，克服对抽象原理的畏惧，了解结构形式的多样性，感受动手实验的乐趣。鼓励学生试错，建立课程学习的自信心。 学生通过游戏获取成就感，完成目标或获得最佳成绩，可得到奖励。鼓励成绩较好团队挑战更高难度目标，强化团队荣誉感。 本文的“结构模型概念与实验”是一门将大学生结构设计竞赛[12-15]引入课堂的竞教结合课程，是省一流线下课程。一方面通过理论教学讲授力学、结构概念[16]；另一方面要求学生制作结构模型进行实验，综合理论及实践来感知力学及结构。近年来团队在教学中基于ARCS模型，设计了多款教学游戏，激发学生对力学和结构的学习乐趣，取得了不错效果。
团队先通过访谈及问卷的方式，了解学生学习动力来源、感兴趣的动机激励策略和方式、对不同类型游戏的喜爱程度。而后基于ARCS学习动机模型，依据过程问题，设计教学游戏，将四个要素有机融入到教学过程中。表1以动手类游戏为例展示教学游戏的设计思路，在此基础上可完善形成完整的教案。
2. 实施
教学游戏类型主要分实景类游戏和仿真类游戏两种，通过游戏为载体向学生传递特定的知识。不同的课程类别、课程阶段、教学目标、教学学时，可设计出不同的游戏模式。本课程规划出若干游戏式教学模式，其中实景类游戏包括动手实践类游戏、知识竞赛游戏、角色扮演游戏等；仿真类游戏则采用解谜通关的电子类严肃游戏模式。表2展示了教学游戏在课程不同阶段的实施。
表 2 游戏教学实施案例课程阶段 游戏目的 游戏类型 游戏说明 学期初段 破冰行动 动手类游戏 米粉–棉花糖结构游戏：学生分组，团队协作。利用10根0.3 m长的细米粉、1 m的胶带和1 m的蜡线搭建结构，并于顶端放置一颗棉花糖，坚持10 s不倒的最高模型获胜（图1）。学生可能遇到的问题：杆件太细失稳；柱脚在桌面滑动；蜡线绑扎的节点不牢固；棉花糖置于结构顶部时发生结构倾覆等。随后教师讲解稳定结构的构成、结构基本概念、重力二阶效应等，并评选出冠军授予奖状。游戏帮助学生建立课程初步概念，消除对课程的恐惧感。 学期中段 理论提升 严肃电子游戏 仿真平台严肃游戏：学生在仿真平台如桥梁设计师、“Truss Me!”或本团队自主研发的结构竞赛仿真平台[17]中建立规定边界条件下的安全结构。如某年的题目是重型汽车通过有支墩的40 m两跨桥。造价最低者获胜。用户可修改桥型、杆件截面等，使其满足强度、刚度和稳定性要求，还需考虑施工费用。图2是学生作业情况。这些严肃游戏需不断尝试方可成功。帮助学生理解课本抽象知识。 学期末段 知识检验 知识竞赛游戏 “结构知识、一站到底”游戏：参考年轻人喜爱的电视节目“一站到底”，在课程中开展知识竞赛，寓教于赛。采用淘汰式晋级类竞赛游戏，以加平时分的方式进行激励。通过雨课堂设置了10道有趣的结构知识竞赛题，得分最高、速度最快的四位同学在现场通过两两对决产生冠军（图3）。赛后老师逐题讲解，引导学生进行思考。 成果对决 模型竞赛游戏 静动载结构模型竞赛：完成各项理论知识学习后，学生组队按赛题制作模型，各完成一项静、动载模型实验，参考结构设计竞赛的评分方式开展竞赛，各队向“更轻、更强”的目标进行冲击，争夺冠军（图4）。这是对理论及实验的综合考验。 与传统教育有所不同，游戏教学中，失败是“游戏”不可或缺的一部分，它激励学生不断尝试去获得成功，并创造了学习动机。游戏教学过程中，老师主要作用是给学生及时反馈，引导他们完成游戏任务、更好地去达成目标。
3. 成效
团队通过问卷、访谈、达成度分析等方式对教学效果进行评价，了解学生对各类游戏的设置、内容及方法的建议和意见，并逐步改进。图5是近年某次调查问卷结果，共计78份问卷。最受学生欢迎的课程环节中，结合了游戏教学法的“模型竞赛”，“棉花糖–米粉大赛”和“结构知识、一站到底”分列前三位，高于传统授课及方案讨论环节，表明游戏教学环节较为成功。认可在课程中培养了实践能力、创新创造精神、团队协作精神的同学分别达到了83%，71%和83%。对教学方法所有同学都持肯定态度，大家认为添加了游戏环节的课程形式新颖，可吸引学生主动参与，提高学习积极性及主动性。
传统授课法条理清晰、授课内容丰富，但也易造成学生被动学习的情况。此时可将游戏教学法作为辅助手段，激发学生学习动力。但由于课时有限，游戏环节的设置需合理安排并经多次调整方可实现最佳效果。
4. 结语
本文介绍了基于ARCS学习动机模型，在“结构模型概念与实验”课中引入游戏教学法进行的改革实践。以动手实践类游戏为例介绍了如何基于ARCS学习动机模型对教学游戏进行设计的思路。介绍了课程中所采用的 “米粉–棉花糖结构赛”、 “仿真平台严肃游戏”、“结构知识一站到底”游戏、 “静动载模型实验竞赛”等案例的实施情况，并通过调查问卷等对教学效果进行了反馈。结果表明，若教师可以根据课程的特点，从ARCS模型四要素出发，精心设计游戏竞赛类环节并将教学目标有机融入到课程中去，可提高课堂活力，激励学生主动学习，达到良好的教学效果。文章对其他相似的实验课程具有参考借鉴意义。未来，课程组将进一步探索如何更好地将游戏教学法应用到不同课程中，并在教学设计上不断创新，以促进优质教育的发展。
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表 1 基于ARCS模型的游戏式教学设计范例
ARCS模型 A 注意力动机 R 切身性动机 C 自信心动机 S 满意感动机 过程问题 A1：如何才能抓住学生们的兴趣？ R1：如何才能最好地满足学生的学习需求？ C1：如何才能帮助学生建立对成功的积极期望？ S1：如何为学生提供让他们使用所学到的新知识/技能的机会？ A2：怎样才能激发学生们探究的态度？ R2：如何及时为学生提供适当的选择？ C2：怎样支持或增加学生对自己的能力认可的信念？ S2：用什么对学生的成功感进行强化？ A3：如何才能保持学生们的注意力？ R3：如何才能将教学与学生的经验联系起来？ C3：如何使学生清楚成功是来源于自己的努力和能力？ S3：如何帮助学生对其成就产生积极的情绪？ 动手类游戏 采用米粉、透明胶带等常见物品制作模型，采用棉花糖作为顶部载荷进行加载实验，激发学生探究生活中结构的兴趣。 将结构的基本原理（如结构稳定、倾覆）融入游戏中，引导学生从原有知识来逐步认识结构、载荷、稳定等作用，为未来学习奠定基础。 通过游戏，使学生建立对结构的直观认识，克服对抽象原理的畏惧，了解结构形式的多样性，感受动手实验的乐趣。鼓励学生试错，建立课程学习的自信心。 学生通过游戏获取成就感，完成目标或获得最佳成绩，可得到奖励。鼓励成绩较好团队挑战更高难度目标，强化团队荣誉感。 
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表 2 游戏教学实施案例
课程阶段 游戏目的 游戏类型 游戏说明 学期初段 破冰行动 动手类游戏 米粉–棉花糖结构游戏：学生分组，团队协作。利用10根0.3 m长的细米粉、1 m的胶带和1 m的蜡线搭建结构，并于顶端放置一颗棉花糖，坚持10 s不倒的最高模型获胜（图1）。学生可能遇到的问题：杆件太细失稳；柱脚在桌面滑动；蜡线绑扎的节点不牢固；棉花糖置于结构顶部时发生结构倾覆等。随后教师讲解稳定结构的构成、结构基本概念、重力二阶效应等，并评选出冠军授予奖状。游戏帮助学生建立课程初步概念，消除对课程的恐惧感。 学期中段 理论提升 严肃电子游戏 仿真平台严肃游戏：学生在仿真平台如桥梁设计师、“Truss Me!”或本团队自主研发的结构竞赛仿真平台[17]中建立规定边界条件下的安全结构。如某年的题目是重型汽车通过有支墩的40 m两跨桥。造价最低者获胜。用户可修改桥型、杆件截面等，使其满足强度、刚度和稳定性要求，还需考虑施工费用。图2是学生作业情况。这些严肃游戏需不断尝试方可成功。帮助学生理解课本抽象知识。 学期末段 知识检验 知识竞赛游戏 “结构知识、一站到底”游戏：参考年轻人喜爱的电视节目“一站到底”，在课程中开展知识竞赛，寓教于赛。采用淘汰式晋级类竞赛游戏，以加平时分的方式进行激励。通过雨课堂设置了10道有趣的结构知识竞赛题，得分最高、速度最快的四位同学在现场通过两两对决产生冠军（图3）。赛后老师逐题讲解，引导学生进行思考。 成果对决 模型竞赛游戏 静动载结构模型竞赛：完成各项理论知识学习后，学生组队按赛题制作模型，各完成一项静、动载模型实验，参考结构设计竞赛的评分方式开展竞赛，各队向“更轻、更强”的目标进行冲击，争夺冠军（图4）。这是对理论及实验的综合考验。
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期刊类型引用(1)
1. 李斌，曹未丰. 基于ARCS动机模型的数字图像处理实验项目式教学设计. 实验室研究与探索. 2025(02): 147-151 . 
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