ARCS動機設計模式在細胞生物學教學中的應用——以物質的跨膜運輸為例

李波，陳美琪，李珊珊，白雨佳，孫嬰寧，焦德志，崔婷婷，莫繼先，范震宇，徐興軍，王立爽，王玉玨

ARCS動機設計模式在細胞生物學教學中的應用——以物質的跨膜運輸為例

李波1，２，陳美琪1，２，李珊珊1，２，白雨佳３，孫嬰寧1，２，焦德志1，２，崔婷婷1，２，莫繼先1，２，范震宇1，２，徐興軍1，２，王立爽1，２，王玉玨1，２

（齊齊哈爾大學 1. 生命科學與農林學院，2. 抗性基因工程與寒地生物多樣性保護黑龍江省重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3. 齊齊哈爾中學，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

細胞生物學課程是生物技術專業的專業基礎必修課，學習動機的激發在細胞生物學課程學習中起到至關重要的作用，是提高生物技術專業本科生學習興趣的關鍵．ARCS動機設計模式說明影響學生學習動機的因素主要有4種，即注意、切身性、自信心和滿意度．結合動機設計模式中的4個因素，提出了物質的跨膜運輸的教學策略，最終達到增強本科生對細胞生物學學習動機的目標，提升課程的教學效果．

ARCS動機模式；細胞生物學；學習動機；教學策略

細胞生物學是高校教學體系的重要組成部分，也是生命科學的基礎學科，現已成為當代生物科學中發展最快的一門尖端學科，對細胞的深入研究將是揭開生命奧秘和征服疾病的關鍵[1-2]．如何激發學生對生命科學的學習興趣，提高教與學的效果是細胞生物學教學的主要目的和基本要求．物質的跨膜運輸是細胞生物學重要內容組成部分之一，也是學生在高中階段學習分子與細胞模塊的內容[3]，對細胞的生存和生長至關重要．教學中不僅要考慮學生的需求，還要注重大學生主動獲取知識的能力，尤其要側重對大學生科學研究能力的培養．要真正實現這一理念，提高學生的學習動機是重中之重．

1　ARCS動機設計模式、實施策略和應用價值

1.1　ARCS動機設計模式的內涵

John.Keller教授綜合各種動機成果，于1987年提出ARCS動機設計模式[4]，即注意（Attention）、切身性（Relevance）、自信心（Confidence）和滿意度（Satisfaction）．該模式主要是探討和解決如何激發和維持學生學習動機的問題，使教師可以精確地了解到有哪些動機因素深深地影響學生學習，以此來掌握學生動機問題，并確定相應的教學策略，從而很好地達到教學目標[5]．關于ARCS動機設計模式在細胞生物學教學中的應用未見報道，如何將ARCS動機設計模式滲透到細胞生物學教學中，提高學生的學習動機和課堂有效性是生物教育工作者一直關注的問題．

1.2　ARCS動機設計模式在教學中的實施策略

ARCS動機設計模式中有4類因素，每一個因素在激發和維持學生學習動機中起到關鍵作用[6]．在ARCS動機設計模式實施過程中，教師要針對學生學習動機問題和教學內容特點進行分析，制定能激發并維持學生學習動機的教學設計（見圖1）．將教學設計應用到實際細胞生物學教學的過程中，通過評價該模式實施后的效果來總結經驗，并且不斷改進，從而展示出較好的教學設計．

圖1　ARCS動機設計模式在教學中的實施策略

1.3　ARCS動機設計模式在實踐教學中應用價值

在細胞生物學教學中培養學生的自主學習和解決問題能力已成為生物學教學中亟待解決的問題．作為教師，在教學中應設法激發和調動學生的學習積極性，提高學生的學習興趣，直接影響學生對待學習的態度和效果．學生學習成績差往往是由于不具備較強的學習動機[7]，學習動機能有效激發學生的求知欲，充分調動學生的學習積極性，從而激發學生不斷地自主學習．

本科生的學習動機存在嚴重不足的現象，想要扭轉這種局面，提高他們的學習動機，需要教育工作者探求出能有效激發學生內部學習動機相對應的教學策略．在動機理論基礎上，John.Keller教授提出的ARCS動機設計模式，將動機策略和教學設計理論恰當結合，能更有效地激發學生的學習動機[8]，使學生自信心增強，提高學習效率，其有效性在教學實踐中得到了充分肯定．

2　ARCS動機設計模式在細胞生物學教學中的應用與實施

2.1　細胞生物學課程教學中動機問題策略分析

細胞生物學課程在大學二年級開設，先前學生接觸到的生命科學相關專業的基礎課非常少，加之學生從高中到大學學習階段不再受高考指揮棒的限制，容易因學習目標不明確而表現出學習動機不足的狀況．基于學生學習基礎，在細胞生物學教學過程中，如何培養學生的科學素養，為學生職業教育和發展提供基礎，在教學中把學習的積極性發動起來，激發學生學習動機就顯得尤為重要．

細胞生物學已成為當今生命科學中進展最快、最活躍的學科之一，基于教學內容越來越豐富，較相對縮減的課時之間的矛盾也越來越突出[9]．對細胞生物學教學內容的把握要注意與生物化學、微生物學、植物生理學等課程內容的重復以及相關課程的基本知識有機結合，及時增補細胞生物學相關前沿內容，以便學生能在課程知識學習中更牢固地掌握細胞生物學的知識，解決實際問題．

在細胞生物學教學中，長期以來采用“注射式”教學模式，使學生在課堂上出現枯燥、難懂、注意力不集中等問題．如何在細胞生物學教學中喚醒學生主動學習的動機，需要教師在教學手段和教學方法上進行改革[10-11]．線上線下混合式教學是信息技術與傳統課堂教育相融合的一種全新的教學模式，為細胞生物學教學創新與轉型提供了契機．同時讓學生了解教師的科研項目與課程相關性，鼓勵學生參與到感興趣的項目研究工作中，促進科研與教學有機結合，激發學生對科研工作的熱愛和創新能力培養．

2.2　動機策略在物質跨膜運輸教學中的設計和實施

受各種客觀和主觀因素的影響，學生對細胞生物學課堂教學重視程度不夠，導致了他們對細胞生物學學習動機不足或缺失．將ARCS動機設計模式運用于物質跨膜運輸課堂教學，有利于激發學生對細胞生物學學習動機的促進，幫助其提高對細胞生物學理論知識的理解能力，用于解決相關的細胞生物學實際問題．

2.2.1創設情境激發學生注意因素注意是ARCS動機設計模式理論中的首要因素，對于細胞生物學的物質跨膜運輸一章教學內容而言，教師利用每節課前導入、問題探討吸引學生的注意是課堂教學活動順利實施的保證．教師在教學過程中通過2種途徑來抓住學生的注意力：第一，利用新課導入環節引起注意．教師可采用不同的導入方式來吸引學生的注意力，如提出為什么在污水處理時會將重金屬離子阻擋在膜的一側；為什么大量流汗或缺鹽會導致人體虛弱無力等問題，引起學生思考．在對物質跨膜運輸方式機理理解的環節，可采用動畫圖片和視頻等方式作為課堂的導入來吸引學生的注意．隨著教學不斷推進，一節課注意力很難始終集中，教師可給學生布置一定的任務來維持學生注意，通過小組合作學習極大限度地激發了學生的求知欲和學習動機．如選用豐富多彩的圖片讓學生辨析P，V，F型泵的主要區別（見圖2）；鈉鉀泵和鈣泵失調與人的疾病有什么關系；小腸上皮細胞膜上載體蛋白轉運葡萄糖，為何有時是協助擴散，有時又是協同運輸等．通過問題尋找答案，學生思路變得更開闊．

2.2.2切身性因素學習興趣和教學目標相結合，可激發學生的學習動機．第一，明確學習目標．在教學過程中，教師應明確學生的學習目標，并將學習目標與教學內容和教學方法有效結合，引導學生主動參與課程學習，從而提高他們的學習積極，更好地幫助學生理解物質跨膜運輸中各種離子泵的工作原理、胞吞泡形成機制的重點和難點教學內容，能學以致用，分析生活中的一些現象．第二，已有知識回顧．學生在高中階段學習了細胞膜的結構與功能、細胞的物質輸入和輸出內容（見圖3），教師可以通過提問方式了解學生對這部分內容的掌握情況，為學生在大學階段物質的跨膜運輸學習做了很好鋪墊．同時，在細胞能量的教學中具有承上啟下的作用．第三，教學手段選擇．采用講授法、討論法和CAI相結合的教學模式，將抽象知識通過動畫、視頻等增強學生的感性認識，并將理論原理與生活實際相聯系，以期促進細胞生物學教學質量的提高．第四，教學內容呈現．物質的跨膜運輸為《細胞生物學》[12]第五章內容，包括膜轉運蛋白與小分子物質的跨膜運輸、ATP驅動與主動運輸，胞吞作用與胞吐作用，其中小分子的跨膜運輸方式和主動運輸的幾種方式和胞飲泡形成的機制為教學重點．

圖2　辨析P，V，F型泵

圖3　學生對物質跨膜運輸方式的理解

2.2.3自信心因素學習的自信心直接影響學生學習動機的維持和效果．第一，教學活動實施．（1）由獲諾貝爾獎的相關科學家的事例來激發學生對本章教學內容學習興趣，如細胞膜水通道和離子通道的結構和機理研究和Na+-K+-ATPase合成機制．（2）本章知識復雜、抽象，融入圖文和視聽網絡資源，將知識形象化、動畫化，調動學生的積極性，引導學生從感性認識到理性認識升華．如學習“鈉鉀泵”轉運機制時，播放“鈉鉀泵”的Flash動畫，通過動態展示，可以吸引學生的注意力，直觀地感受動物細胞質膜內外轉運鈉鉀離子的過程（見圖4），加深對知識的理解．（3）借助細胞生物學實驗教學．實驗教學是激發學生學習動機的有效方式，學生可以通過對實驗進行設計和探究，如教師在講授“細胞膜通透性”時，讓學生比較10種性質和分子大小不同的物質對紅細胞膜的透性，并利用已有的知識分析某種物質透性大小的原因，并對核酸、鈉離子、蔗糖、甘油、氮分子、水這6種化合物按膜通透性次序進行排列，這樣更有助于學生理解細胞膜的特點和功能，還能激發學生的學習動機．（4）呈現問題，探討學習．如為什么大部分人去了青藏高原會產生頭痛等高原反應，有人說缺氧，那氧氣又是如何跨膜轉運的；烏本苷等強心劑為什么能通過抑制心肌細胞Na+-K+泵的活性而加強心肌收縮作用等．引導學生更深入地體會學習細胞生物學知識的重要性．第二，提供學習指導．（1）對學生的學習進行線上學習指導．包括問題探討、答疑解惑、難點知識視頻學習等．（2）構建概念圖．本章的概念繁多，知識點零散，為了梳理復雜的知識體系，要求學生在章節學習后建立概念圖的知識網絡，從而發揮重要概念的核心作用，同時將相關知識有機地整合，實現對物質的跨膜運輸知識的有效構建．對每名學生構建的概念圖進行教學評價和指導，建立學生對學好細胞生物學的自信心，讓學生切身體驗到細胞生物學知識對自己學習和未來發展的重要性．

2.2.4滿足度因素滿足度就是使學生對所獲得的知識和成就感到滿意，教師可通過2種方式讓學生在學習過程中提升其對待學習的滿意度．第一，強化知識記憶．對物質的跨膜運輸知識的學習，可通過相近概念和機制對比，幫助學生理解易混淆的知識點，如小腸對葡萄糖的吸收理解（見圖5），增強學生對知識的消化和理解，學會提升運用新知識解決問題的欲望．當學生成功解決問題后，獲得充足的滿足感，會激發他們的求知欲望．第二，給予信息反饋．無論課堂內外，還是線上線下，教師應該對學生的表現、作業完成質量、參與課程討論和課程在線測試等情況做記錄，并及時進行反饋．通過教師的反饋，學生會了解自己的進步，對付出努力后收獲的結果感到滿足，保持繼續學習的動機．

圖4　鈉鉀泵工作原理

圖5　小腸對葡萄糖的吸收

2.3　動機策略評價

在細胞生物學的教學過程中，教師應更加關注學生的學習態度和學習過程，重視學生學習過程性考核，實施多元化教學評價[13]，具體的考核內容包括平時考核占20%（課程作業5%、課程在線學習5%、課程在線測試10%），期中考核占20%（課程討論5%、階段性測試5%、課程線下測試10%），期末考核占60%．依據過程性考核方式，在學生完成物質的跨膜運輸學習后，實施線上和線下考核相結合，檢查學生的知識掌握情況，給予及時的評測和反饋，計入學生各階段考核，從而使學生更關注學習過程，從中獲得持久、穩定的滿足感．實施ARCS動機模式后，學生在學習興趣、學習主動性問卷調查結果表明，95%以上學生贊同這種方法，愿意參加課堂討論和完成學習任務，推進學生對后續學習的期待．

3　結語

基于細胞生物學課程的教學實踐和初步探索，可以將ARCS 動機設計模式應用于課程教學中，通過動機問題策略分析、動機策略在物質的跨膜運輸教學中的設計和實施、動機策略評價環節，激發學生的學習動機，在師生的共同參與和努力下，實現課堂教學效果的有效性．

[1] 蘇湘鄂．新課改下高校細胞生物學教材、教學模式初探[J]．文理導航（中旬），2020（3）：68，71．

[2] 陳晨．高端技術技能人才貫通培養項目基礎階段學生學習動機激發策略初探[J]．北京經濟管理職業學院學報，2018，33（4）：61-65．

[3] 李亞靜．“物質跨膜運輸的方式”一節的教學設計[J]．生物學教學，2020，45（11）：41-42．

[4] 譚萍，邢玉娟，曹曉麗，等．ARCS動機模式在計算機應用基礎教學中的應用與研究[J]．蘭州文理學院學報（自然科學版），2014，28（5）：113-116．

[5] 謝麗．基于ARCS動機設計模式的網絡學習環境研究[D]．上海：華東師范大學，2007．

[6] 毛麗巍．基于ARCS動機激勵模式的大學英語教學設計研究[J]．佳木斯職業學院學報，2021，37（3）：106-107．

[7] 劉利．淺談ARCS動機激勵模型對微生物學教學的啟示[J]．賀州學院學報，2009，25（2）：109-111，114．

[8] 鄭軍，張琦雪．新冠疫情期間高校教學模式改革的課堂設計：基于ARCS動機模型[J]．錦州醫科大學學報（社會科學版），2021，19（6）：62-68．

[9] 韓永華．高校《細胞生物學》課程教學改革探索[J]．經濟研究導刊，2011（31）：302-303．

[10] 孫虎男，韓英浩，馮振月．高校細胞生物學教學改革探索[J]．黑龍江教育（高教研究與評估），2015（7）：27-28．

[11] 鄭琳琳，劉明秋，張瑾，等．基于多元化教學模式的地方高校細胞生物學教學改革與實踐[J]．高校生物學教學研究（電子版），2021，11（6）：20-24．

[12] 丁明孝，丁明孝，王喜忠，等．細胞生物學[M]．（5版）．北京：高等教育出版社，2020．

[13] 程曉剛，陳瑋，金虹，等．ARCS動機模式在醫學免疫學教學中的應用[J]．基礎醫學教育，2017，19（8）：571-573．

The application of ARCS motivation design model in the teaching of cell biology——Take material transport across the membrane as an example

LI Bo1，2，CHEN Meiqi1，2，LI Shanshan1，2，BAI Yujia3，SUN Yingning1，2，JIAO Dezhi1，2，CUI Tingting1，2，MO Jixian1，2，FAN Zhenyu1，2，XU Xingjun1，2，WANG Lishuang1，2，WANG yujue1，2

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，2. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Resistance Gene Engineering and Protection of Biodiversity in Cold Areas，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；3. Qiqihar middle school，Qiqihar 161006，China）

Cell biology course is a professional basic compulsory course for biotechnology major．The stimulation of learning motivation plays a vital role in the study of cell biology course，and is the key to improve the interest of undergraduate students majoring in biotechnology．The ARCS motivation design model shows that there are four main factors affecting students′ learning motivation，namely attention，relevance，confidence and satisfaction．Combining with the four factors in the motivation design mode，the teaching strategy of material transport across the membrane was proposed，which finally achieved the goal of enhancing undergraduates′ motivation to learn cell biology and improving the teaching effect of the course．

ARCS motivation model；cell biology；learning motivation；teaching strategy

1007-9831（2022）04-0098-05

Q2∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.04.020

2022-01-06

2021年齊齊哈爾大學研究生創新科研項目（YJSCX2021104）；2019年齊齊哈爾大學教育科學研究項目（YB201922）；黑龍江省高等教育教學改革研究項目（SJGY20200785，SJGY20180557）；黑龍江省教育科學規劃重點課題（GJB1421357）

李波（1962-），女，遼寧鞍山人，教授，從事細胞生物學研究．E-mail：libo1962@163.com