基于ARCS动机设计模式的一个教学案例及其分析

陈敏丽　熊建文

摘 要：以《光的偏振》一节为例，分析如何在教学设计中运用ARCS动机设计模式，通过关注注意、切身性、自信心和满足感四类因素来激发学生的学习动机，解决教学重难点。

关键词：ARCS动机设计模式；光的偏振；实验；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）11-0010-6

1 引 言

美国心理学家罗杰斯曾提出，学习不是将无助的个体紧紧地绑在书桌旁边，然后向他们脑子塞满那些没有实际用处的并且很快就会被他们遗忘的东西，真正的学习应该是学生们在强烈好奇心的驱使下毫不疲倦地汲取所接触到的各种有意义的事物。许多教师也开始意识到备课的时候必须采取灵活多变的教学方法和合理的教学策略，希望能有效地激发学生的学习动机。学习动机（learning motivation）主要指学生寻找有意义、有价值的学习活动，并努力从中获得预期的益处的倾向。研究表明，中小学生的学习动机与其学习绩效显著正相关[1]。理解学习动机原理有助于教育教学工作者在教学设计中进行适当的动机设计，更有效地激发学生的学习动机，使学生变被动学习为主动学习，提高学习效率。众多学者进行了学习动机的研究，但是影响学习动机的因素错综复杂，如何在实际教学中改进策略激发学生的学习动机成了一个迫切需要解决的难题。1983年美国心理学教授凯勒（J.M.Keller）综合许多相关的理论，开发了ARCS动机设计模式，这是迄今将动机原理、动机策略和教学设计有机结合的最系统的理论。这个模式通过关注注意（attention）、切身性（relationship）、自信心（confidence）、满足感（satisfaction）四类动机因素来激发学生学习动机[2]。ARCS动机设计过程图1所示：

■

图1 ARCS动机设计模式图

分析动机问题必须基于对教学内容和学生的研究，通过这个环节确定激发动机的重点。

设计动机策略和实施动机策略是教学设计的主要环节。激发学生的学习动机，首先必须唤起学生的注意并使之维持。不确定的和新奇的事物容易引起学生的注意，但是只引起注意是不够的，维持注意才能达到目的。因此，必须运用出乎意料的材料或教学方法来激发学生更深层次的注意，即Berlyne认知好奇心。让学生接触了新事物，教师还必须积极解答学生的切身性疑惑“为什么我们要学习这些东西，这些东西与我们有什么关系”。目的指向的切身性关乎功利主义或实用主义，过程指向的切身性关乎满足学生需要的教学方法。除了让学生维持注意和产生切身性，还必须建立学生的自信心，让学生相信他们具有成功的可能，不因困难而放弃。当学习绩效与积极期望一致，即学生体验了学习成果带来的成就感和满足感，学生的动机将维持在一个较高水平。教师在运用该模式进行教学设计和实施的时候，除了要考虑这四个因素对学习动机的影响，还要结合具体的教学内容和实际进展过程中遇到的问题进行积极的思考和处置。[2]

评价策略执行效果有助于及时发现并反馈问题，改进教学设计，总结经验。[2]

下面以人教版选修3-4第13章第6节《光的偏振》一节为例作介绍和说明。

2 案例背景

2.1 教材分析

《普通高中物理课程标准（实验）》对于“光的偏振”的要求是“观察光的偏振现象”，活动建议是“通过调查研究，收集光的偏振现象应用实例”。在人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书2007年版《物理》选修3-4中，该知识点是在机械波的形成和传播、波的衍射和干涉、光的衍射和干涉的基础上安排的。在本节课中，教材从机械波特性的复习安排自然地过渡到了光波偏振现象的学习，进而给出光的偏振知识的一些生活应用。

2.2 教学任务分析

基于前几节课的知识基础和本节课的学习，学生将对光波与机械波、电磁波等之间的关系及其特征有较为全面的了解，对光的波动性也会有较为深刻的认识。但是，学生对本节课的学习动机不足：首先，传统课堂没能激发学生对新知识的深层注意，学生的注意力没有维持在较高水平；其次，本节课的知识在生活中的运用非常广泛，但是不管在教材还是传统的课堂中对此总是一带而过，没有很好地向学生传递其切身性；最后，高二的学生正处于由形象思维向抽象思维转变的阶段，很难通过现象挖掘物理本质，特别对于《光的偏振》这一节，不管教材还是传统的课堂，对于机械波和光波之间联系的建立都过于唐突，知识验证的切身性传递不足，学生即使接受了也未能有较为深刻的理解，学完对“偏振”二字依旧陌生，学习任务难以完成，这有碍于学生自信心的建立。

鉴于本节课的综合性和应用性，将本节课的教学重点确定为引导学生探究、理解和应用光的偏振现象，教学难点确定为理解光的偏振现象并把光的偏振现象应用到生活中。而在本课堂中激发学生的学习动机将对解决教学重难点有着非常重要的帮助。

3 案例呈现

3.1 创设情境，导入新课

1）穿墙之术，引起注意

以《聊斋志异》中表达人们美好愿望的一个情境导入：崂山道士授予王生穿墙仙术 “王果去墙数步，奔而入，及墙，虚若无物，回视果在墙外矣”。转而告知学生这个美好愿望将用物理知识当堂实现，并带来“能够穿墙的小球”，用自制教具演示小球穿墙小魔术并引导学生观察。

■

图2 穿墙小球教具图

2）玩转器材，建立概念

a.向学生发放标有偏振方向的偏振片，让学生仔细观察实验器材，引导学生观察阳光或灯光通过偏振片后的光强的改变。

师：每个偏振片都有一个特定的方向，振动方向与其透振方向相互平行的光才能通过，振动方向与其透振方向相互垂直的光不能通过。为什么光通过一张偏振片之后会变暗？

b.引导观察旋转偏振片之后光强的变化。

师：每个偏振片只有一个透振方向，那为什么旋转偏振片的时候光的亮度没有发生改变？每张偏振片的透振方向只允许振动方向与其透振方向一致的光通过。那么，自然光波在经过偏振片之前可能具有怎样的特性？

c.应用偏振片的特性解释实验现象，引导学生猜想自然光的特性并引导学生学习自然光概念，通过自然光概念的学习反过来也加深对偏振片特性的认识。

师：由太阳或电灯等普通光源发出的光，它们在垂直于传播方向的各个方向都有振动，并且各个振动方向上光波的强度都相等，我们称之为自然光。旋转偏振片时，光的亮度为什么没有改变呢？

d.介绍光的偏振现象。

师：自然光经过偏振片之后变成了只在一个方向上振动的光，我们称这种光为线偏振光。而自然光经过偏振片之后，光的振动特性已经不同于自然光振动特性的现象，我们称之为光的偏振现象。

设计意图：“穿墙而过小魔术”给学生提供一个似乎与他们的已有经验相冲突的事实，引发学生深层注意——好奇心和求知欲，激发学习动机。之后将魔术中对于学生来说比较陌生的“玻璃管材料”且又是本节课重要教学对象的偏振片呈现给学生们自己观察，维持学生的注意，让他们自发参与到概念的形成过程中。

3.2 实验探究，形成规律

1）引导猜想，自主探究

引导学生学习偏振片特性、自然光概念和光的偏振现象概念之后，由前面的实验现象鼓励学生进行猜想，明确接下来自主探究实验的目的。学生两个人为一个小组，对着灯光探究两张偏振片如何对光起作用，及时记录实验现象，初步总结出两张偏振片如何共同对自然光起作用。

■

图3 学生自主探究实验现象图

师：在垂直于传播方向的各个方向都有振动的自然光经过偏振片之后变成只在某个方向上振动的线偏振光，那这种光再经过一张偏振片会怎么变化呢？

生：可能会消光看不见，可能会变得更暗，没什么变化……

师：光变化可能与什么有关？

生：偏振片的透振方向。

师：两个同学为一小组，探究一下自然光经过两张偏振片之后有什么变化。

2）演示实验，总结规律

定义不动的为起偏器P，旋转的偏振片为检偏器Q。在学生分组实验后提出关键因素 “透振方向”的基础上演示实验。学生在分组实验的基础上，在教师演示的过程中仔细观察实验现象，及时记录在Q旋转的过程中两张偏振片的透振方向和光强改变的关系，尝试应用本节课前面学习的内容理解实验现象。

■

图4 光的偏振现象演示教具图

■

图5 光的偏振演示实验现象图

师：（完成演示实验）我们来总结一下这个规律。每个偏振片有一个透振方向，振动方向与这个方向一致的光才能透过。自然光通过偏振片P后，变成了一种只沿某个特定的方向振动的光，这种光是？

生：线偏振光。

师：这些线偏振光只向哪个方向振动呢？

生：偏振片P的透振方向。

师：这些线偏振光再经过偏振片Q时，当P、Q的透振方向相互垂直，也就是经过P之后变成的线偏振光的振动方向与Q的透振方向相互垂直的时候，光会怎么改变呢？

生：都透不过Q。

师：当P、Q的透振方向相互平行，也就是经过P之后变成的线偏振光的振动方向与Q的透振方向相互平行的时候，光又会怎么改变呢？

生：都能透过Q。

设计意图：让学生从观察单张偏振片对光的作用到学生分组实验探究两张偏振片对自然光的作用效果，让学生将新的实验现象同前面熟悉的知识经验进行比较，向学生传递知识的切身性，注重规律的建立过程。交代的学习任务符合学生实际，引导学生在相对独立的环境下从简单到复杂进行探究、收集证据和总结规律，在探索与分析的过程中深化对偏振片特性、自然光概念和偏振现象的理解，帮助学生建立自信心。教师将演示实验的教具做大，方便学生观察的同时也吸引学生注意。在系统总结规律时通过教师的“问题支架”以及停顿和音调变化，将学生的注意力转移到关键字眼上，让学生在回答问题的过程中体验成就感。

3.3 温故知新，透彻理解

a.教师引导学生回忆横波的振动特性和自然光的概念，让学生认识到光是一种横波。

b.在师生互动的过程中，引导学生将光波和绳子产生的机械波进行比较。

c.演示实验——绳子产生的机械波经过狭缝时的变化，引导学生观察机械波在狭缝中传播的特点：让绳子穿过狭缝，固定绳子的一端，第一次沿着狭缝上下抖动绳子，第二次垂直狭缝左右抖动绳子。

d.运用自行设计的动画更清晰地分析实验，让学生通过该实验更透彻地理解光的偏振现象。

■

图6 机械波的传播实验现象图

■

图7 机械波演示实验辅助动画截图

设计意图：教材通过一系列光的偏振实验来证明光是横波。但是，在慎重思考了课程标准对本节课提出的要求和建议之后，本设计没有按照教材的思路，而是通过自然光的概念判断光是横波，从而利用光波和绳子产生的机械波这两种横波特性的联系帮助学生理解光的偏振现象。由抽象的光波到具体形象的机械波，再一次让学生认识到本节课的知识规律建立于以往的知识经验，向学生传递了新知识的切身性。他们将更深刻地理解，当线偏振光的振动方向与Q的透振方向相互垂直的时候光基本都不能透过Q，而当线偏振光的振动方向与Q的透振方向相互平行的时候光基本都能透过Q。自制动画将重要的实验过程简化呈现，引起学生注意的同时也让他们形成更加清晰直观地认识。

3.4 学以致用，收集实例

1）3D电影立体效果如何产生

a.引导学生认识到两张偏振片透振方向相互垂直放置会产生视觉黑屏，与学生共同揭密穿墙之术。

b.让学生戴上3D眼镜，同桌之间进行对视游戏，每个人闭上一只眼睛。学生将会发现，自己闭上眼睛之后，都只能看到其他同学的一只眼睛。

师：为什么会看不到另一只眼睛呢？看不见就是光透不过，也就是我们刚刚学习的P、Q两块偏振片透振方向相互垂直的情况。当我们戴上眼镜，你和对方的眼睛之间是不是也相当于有隔着P、Q两块偏振片啊？其实啊，3D眼镜左右两块偏振片的透振方向呈斜45度相互垂直，这样你每块镜片的透振方向就与对方其中一只镜片的透振方向平行，而与对方另一块镜片透振方向垂直。所以，你每只眼睛其实只能看到对方的其中一只眼睛。

c.由3D眼镜游戏进入对3D电影立体效果的产生的讨论，从人看物体有立体效果的原因出发，从立体电影的拍摄到播放细节介绍偏振片在3D电影中有怎样的应用，结合本节课知识引导学生分析观众的眼睛接收到来自屏幕反射的光的特点，让学生清晰地知道3D电影的原理。

师：3D电影的立体效果的产生从我们看物体的立体感说起。人的两只眼睛同时看物体的时候，在两个眼睛的视网膜上形成的两个像并不完全相同，左眼看到物体的左侧较多，右眼看到物体的右侧较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，由此产生立体感。拍摄3D立体电影时，是用两个镜头像人眼那样，从两个不同的方向，同步拍摄景物的像，制成电影胶片。而3D电影是由左右两台投影机同步放映的，这使略有差别的两幅图像重叠到了荧屏上。这时如果直接用眼睛看，看到的图像就会像电视天线不好时出现的重影。所以，其实这两台投影机前面都放了一块偏振片，而且，这两块偏振片透振方向相互垂直。它们投出的两束光到荧屏上，再反射到观众那里，振动方向不变且相互垂直。观众戴着透振方向相互垂直的两块镜片，每只眼睛只能看到一台投影机的光。经过我们大脑的处理，就会像看到真实物体一样有立体感。

2）夜间行车炫光问题怎么解决

引导学生在理解偏振片在3D电影中应用的原理的基础上，通过小组讨论的形式提出解决夜间行车炫光问题的方案，每个小组推荐一个代表与大家分享方案，以下为学生讨论的几套方案。

学生1：我们小组讨论之后发现可以把车窗玻璃和车灯罩用偏振片来制作，做成透振方向相互垂直的。比如，车窗玻璃上的偏振片的透振方向是水平的，而车灯罩玻璃上的偏振片的透振方向是竖直的，这样司机就不会看不到对面车灯的光。

学生2：可是，这样司机也看不到自己车灯的光，所以，我们组不同意这个方案。我们认为可以像3D眼镜那样，让车灯罩和车窗上的偏振片透振方向相同与水平面呈45度夹角，这样司机就又看不到对面车灯的光，又能看到自己车灯的光。

学生3：我们组认为不要在车窗上面下功夫，可以直接让司机带上偏振眼镜，这个眼镜与车灯罩上的偏振片透振方向也是相同的——与水平面呈45度夹角。因为自然光通过偏振片之后会变暗，白天开车的时候车窗上的偏振片将大大影响司机接收光线，也存在安全隐患。我们组讨论认为不要在车窗上加偏振片，而是让司机戴上偏振眼镜，司机只需要晚上戴着偏振眼镜，白天开车不戴，这样司机白天开车就不会被影响。

师：同学们的想法都非常好。可是，我们目前的方案也只能解决夜间眩光问题，其实白天也有眩光问题，那如何完善我们的方案使它可行性更强呢？感兴趣的同学课后收集资料，我们再深入讨论。

3）如何减少照相过程中反射光的干扰

教师播放自行录制的一段视频：生活中反射光的干扰非常影响拍照效果，而在相机前面放一张偏振片并且旋转到合适位置就可以轻松地拍出非常清晰的画面。视频播放完毕，让学生透过手中旋转的偏振片来观察教师四周光线的变化。从偏振片的弱光、消光特性，引导学生理解偏振片如何运用到照相效果的调节。

■

图8 偏振片减少照相时反射光干扰视频截图

4）偏振片对液晶屏幕显示有什么特殊作用

在这节课的最后，教师将一张偏振片在电脑前面旋转，使电脑屏幕亮度发生改变，甚至使电脑“黑屏”。接下来，播放揭下电脑屏幕偏振片之后录制的视频，在视频中学生可以发现，只有带上偏振眼镜才能看到屏幕上的画面。由此让学生发现，液晶显示也需要用到偏振片，并把液晶显示的原理作为课外拓展让学生课后收集资料，讨论分析。

■

图9 偏振片改变液晶屏幕亮度实验现象

■

图10 揭下屏幕偏振片后的录制视频截图

设计意图：本节课的内容对学生来说理解起来比较困难，但是这部分的知识在生活中却有许多的应用。将学生经验中熟悉的3D眼镜带到课堂，让学生扮演游戏中的角色，引起学生注意，激发学生学习兴趣。学生在游戏中发现问题，分析问题，解决问题，进而引导学生了解3D立体电影录制和播放原理。而3D电影原理的学习又为学生运用偏振片小组讨论夜间行车眩光问题解决方案作了重要铺垫。新问题有难度，但是也让学生得以在已有知识经验上讨论解决新的问题，体现了知识的切身性，有利于学生对成功可能性作出积极预期，建立自信心。在方案的讨论过程中，及时给学生提供有用的反馈信息，使每个学生都觉得受到了注意，任务完成后也及时予以学生鼓励性的反馈，并让学生懂得“追求卓越并不意味着不允许存在不足”，引导学生学会“自我感觉良好”，让学生体验成就感，也建立自信心。另外，偏振片应用于照相的例子也很好地向学生呈现了知识的切身性，而相比传统教学中相片对比的形式换以录制视频，更能吸引学生注意，激发学生课后寻找其他生活实例的动机。

4 反思与结语

在高一和高二年级上了《光的偏振》一节之后，学生们和观课老师们都给出了非常积极的响应，许多学生下课之后仍小组讨论问题或围着讲台与老师进行讨论。激发学生的学习动机可以将学生的被动学习变为主动学习，提高学生的学习效率。而要激发学生的学习动机，教师有必要深入分析教材并结合动机设计理论分析教学任务，对课堂做系统的设计。在此过程中，教师将认识到，传统所重视的引起学生注意只是动机设计过程中的一角，传递知识的切身性和建立学生学习过程中的自信心将对教学进展有大大的帮助，必要时还要让学生体验成就感和满足感，提高教学设计的价值和教学课堂的有效性。

参考文献：

[1]张祖忻. 如何将动机原理整合于教学设计过程——谈约翰M·凯勒教授的动机系统学说[J].开放教育研究，2003（2）：9—12.

[2]郭德俊， 汪玲， 李玲. ARCS动机设计模式[J]. 首都师范大学学报（社会科学版），1999（5）：95—101.

[3]Keller J M， Suzuki K. Use of the ARCS Motivation Model in courseware design.[J]. Jonassen D.h. Instructional， 1988.

[4]王芳.ARCS动机设计模式在高中生物学教学中的应用[D].重庆：西南大学硕士毕业论文，2011.

[5]普通高中课程标准实验教科书 物理（选修3-4）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[6]普通高中课程标准实验教科书 物理（选修3-4）[M].广州：广东教育出版社，2007.

[7]李新乡，张军朋.物理教学论[M].北京：科学出版社，2009.

（栏目编辑 赵保钢）