ARCS动机设计模式在细胞生物学教学中的应用——以物质的跨膜运输为例

李波，陈美琪，李珊珊，白雨佳，孙婴宁，焦德志，崔婷婷，莫继先，范震宇，徐兴军，王立爽，王玉珏

ARCS动机设计模式在细胞生物学教学中的应用——以物质的跨膜运输为例

李波1，２，陈美琪1，２，李珊珊1，２，白雨佳３，孙婴宁1，２，焦德志1，２，崔婷婷1，２，莫继先1，２，范震宇1，２，徐兴军1，２，王立爽1，２，王玉珏1，２

（齐齐哈尔大学 1. 生命科学与农林学院，2. 抗性基因工程与寒地生物多样性保护黑龙江省重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3. 齐齐哈尔中学，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

细胞生物学课程是生物技术专业的专业基础必修课，学习动机的激发在细胞生物学课程学习中起到至关重要的作用，是提高生物技术专业本科生学习兴趣的关键．ARCS动机设计模式说明影响学生学习动机的因素主要有4种，即注意、切身性、自信心和满意度．结合动机设计模式中的4个因素，提出了物质的跨膜运输的教学策略，最终达到增强本科生对细胞生物学学习动机的目标，提升课程的教学效果．

ARCS动机模式；细胞生物学；学习动机；教学策略

细胞生物学是高校教学体系的重要组成部分，也是生命科学的基础学科，现已成为当代生物科学中发展最快的一门尖端学科，对细胞的深入研究将是揭开生命奥秘和征服疾病的关键[1-2]．如何激发学生对生命科学的学习兴趣，提高教与学的效果是细胞生物学教学的主要目的和基本要求．物质的跨膜运输是细胞生物学重要内容组成部分之一，也是学生在高中阶段学习分子与细胞模块的内容[3]，对细胞的生存和生长至关重要．教学中不仅要考虑学生的需求，还要注重大学生主动获取知识的能力，尤其要侧重对大学生科学研究能力的培养．要真正实现这一理念，提高学生的学习动机是重中之重．

1　ARCS动机设计模式、实施策略和应用价值

1.1　ARCS动机设计模式的内涵

John.Keller教授综合各种动机成果，于1987年提出ARCS动机设计模式[4]，即注意（Attention）、切身性（Relevance）、自信心（Confidence）和满意度（Satisfaction）．该模式主要是探讨和解决如何激发和维持学生学习动机的问题，使教师可以精确地了解到有哪些动机因素深深地影响学生学习，以此来掌握学生动机问题，并确定相应的教学策略，从而很好地达到教学目标[5]．关于ARCS动机设计模式在细胞生物学教学中的应用未见报道，如何将ARCS动机设计模式渗透到细胞生物学教学中，提高学生的学习动机和课堂有效性是生物教育工作者一直关注的问题．

1.2　ARCS动机设计模式在教学中的实施策略

ARCS动机设计模式中有4类因素，每一个因素在激发和维持学生学习动机中起到关键作用[6]．在ARCS动机设计模式实施过程中，教师要针对学生学习动机问题和教学内容特点进行分析，制定能激发并维持学生学习动机的教学设计（见图1）．将教学设计应用到实际细胞生物学教学的过程中，通过评价该模式实施后的效果来总结经验，并且不断改进，从而展示出较好的教学设计．

图1　ARCS动机设计模式在教学中的实施策略

1.3　ARCS动机设计模式在实践教学中应用价值

在细胞生物学教学中培养学生的自主学习和解决问题能力已成为生物学教学中亟待解决的问题．作为教师，在教学中应设法激发和调动学生的学习积极性，提高学生的学习兴趣，直接影响学生对待学习的态度和效果．学生学习成绩差往往是由于不具备较强的学习动机[7]，学习动机能有效激发学生的求知欲，充分调动学生的学习积极性，从而激发学生不断地自主学习．

本科生的学习动机存在严重不足的现象，想要扭转这种局面，提高他们的学习动机，需要教育工作者探求出能有效激发学生内部学习动机相对应的教学策略．在动机理论基础上，John.Keller教授提出的ARCS动机设计模式，将动机策略和教学设计理论恰当结合，能更有效地激发学生的学习动机[8]，使学生自信心增强，提高学习效率，其有效性在教学实践中得到了充分肯定．

2　ARCS动机设计模式在细胞生物学教学中的应用与实施

2.1　细胞生物学课程教学中动机问题策略分析

细胞生物学课程在大学二年级开设，先前学生接触到的生命科学相关专业的基础课非常少，加之学生从高中到大学学习阶段不再受高考指挥棒的限制，容易因学习目标不明确而表现出学习动机不足的状况．基于学生学习基础，在细胞生物学教学过程中，如何培养学生的科学素养，为学生职业教育和发展提供基础，在教学中把学习的积极性发动起来，激发学生学习动机就显得尤为重要．

细胞生物学已成为当今生命科学中进展最快、最活跃的学科之一，基于教学内容越来越丰富，较相对缩减的课时之间的矛盾也越来越突出[9]．对细胞生物学教学内容的把握要注意与生物化学、微生物学、植物生理学等课程内容的重复以及相关课程的基本知识有机结合，及时增补细胞生物学相关前沿内容，以便学生能在课程知识学习中更牢固地掌握细胞生物学的知识，解决实际问题．

在细胞生物学教学中，长期以来采用“注射式”教学模式，使学生在课堂上出现枯燥、难懂、注意力不集中等问题．如何在细胞生物学教学中唤醒学生主动学习的动机，需要教师在教学手段和教学方法上进行改革[10-11]．线上线下混合式教学是信息技术与传统课堂教育相融合的一种全新的教学模式，为细胞生物学教学创新与转型提供了契机．同时让学生了解教师的科研项目与课程相关性，鼓励学生参与到感兴趣的项目研究工作中，促进科研与教学有机结合，激发学生对科研工作的热爱和创新能力培养．

2.2　动机策略在物质跨膜运输教学中的设计和实施

受各种客观和主观因素的影响，学生对细胞生物学课堂教学重视程度不够，导致了他们对细胞生物学学习动机不足或缺失．将ARCS动机设计模式运用于物质跨膜运输课堂教学，有利于激发学生对细胞生物学学习动机的促进，帮助其提高对细胞生物学理论知识的理解能力，用于解决相关的细胞生物学实际问题．

2.2.1创设情境激发学生注意因素注意是ARCS动机设计模式理论中的首要因素，对于细胞生物学的物质跨膜运输一章教学内容而言，教师利用每节课前导入、问题探讨吸引学生的注意是课堂教学活动顺利实施的保证．教师在教学过程中通过2种途径来抓住学生的注意力：第一，利用新课导入环节引起注意．教师可采用不同的导入方式来吸引学生的注意力，如提出为什么在污水处理时会将重金属离子阻挡在膜的一侧；为什么大量流汗或缺盐会导致人体虚弱无力等问题，引起学生思考．在对物质跨膜运输方式机理理解的环节，可采用动画图片和视频等方式作为课堂的导入来吸引学生的注意．随着教学不断推进，一节课注意力很难始终集中，教师可给学生布置一定的任务来维持学生注意，通过小组合作学习极大限度地激发了学生的求知欲和学习动机．如选用丰富多彩的图片让学生辨析P，V，F型泵的主要区别（见图2）；钠钾泵和钙泵失调与人的疾病有什么关系；小肠上皮细胞膜上载体蛋白转运葡萄糖，为何有时是协助扩散，有时又是协同运输等．通过问题寻找答案，学生思路变得更开阔．

2.2.2切身性因素学习兴趣和教学目标相结合，可激发学生的学习动机．第一，明确学习目标．在教学过程中，教师应明确学生的学习目标，并将学习目标与教学内容和教学方法有效结合，引导学生主动参与课程学习，从而提高他们的学习积极，更好地帮助学生理解物质跨膜运输中各种离子泵的工作原理、胞吞泡形成机制的重点和难点教学内容，能学以致用，分析生活中的一些现象．第二，已有知识回顾．学生在高中阶段学习了细胞膜的结构与功能、细胞的物质输入和输出内容（见图3），教师可以通过提问方式了解学生对这部分内容的掌握情况，为学生在大学阶段物质的跨膜运输学习做了很好铺垫．同时，在细胞能量的教学中具有承上启下的作用．第三，教学手段选择．采用讲授法、讨论法和CAI相结合的教学模式，将抽象知识通过动画、视频等增强学生的感性认识，并将理论原理与生活实际相联系，以期促进细胞生物学教学质量的提高．第四，教学内容呈现．物质的跨膜运输为《细胞生物学》[12]第五章内容，包括膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输、ATP驱动与主动运输，胞吞作用与胞吐作用，其中小分子的跨膜运输方式和主动运输的几种方式和胞饮泡形成的机制为教学重点．

图2　辨析P，V，F型泵

图3　学生对物质跨膜运输方式的理解

2.2.3自信心因素学习的自信心直接影响学生学习动机的维持和效果．第一，教学活动实施．（1）由获诺贝尔奖的相关科学家的事例来激发学生对本章教学内容学习兴趣，如细胞膜水通道和离子通道的结构和机理研究和Na+-K+-ATPase合成机制．（2）本章知识复杂、抽象，融入图文和视听网络资源，将知识形象化、动画化，调动学生的积极性，引导学生从感性认识到理性认识升华．如学习“钠钾泵”转运机制时，播放“钠钾泵”的Flash动画，通过动态展示，可以吸引学生的注意力，直观地感受动物细胞质膜内外转运钠钾离子的过程（见图4），加深对知识的理解．（3）借助细胞生物学实验教学．实验教学是激发学生学习动机的有效方式，学生可以通过对实验进行设计和探究，如教师在讲授“细胞膜通透性”时，让学生比较10种性质和分子大小不同的物质对红细胞膜的透性，并利用已有的知识分析某种物质透性大小的原因，并对核酸、钠离子、蔗糖、甘油、氮分子、水这6种化合物按膜通透性次序进行排列，这样更有助于学生理解细胞膜的特点和功能，还能激发学生的学习动机．（4）呈现问题，探讨学习．如为什么大部分人去了青藏高原会产生头痛等高原反应，有人说缺氧，那氧气又是如何跨膜转运的；乌本苷等强心剂为什么能通过抑制心肌细胞Na+-K+泵的活性而加强心肌收缩作用等．引导学生更深入地体会学习细胞生物学知识的重要性．第二，提供学习指导．（1）对学生的学习进行线上学习指导．包括问题探讨、答疑解惑、难点知识视频学习等．（2）构建概念图．本章的概念繁多，知识点零散，为了梳理复杂的知识体系，要求学生在章节学习后建立概念图的知识网络，从而发挥重要概念的核心作用，同时将相关知识有机地整合，实现对物质的跨膜运输知识的有效构建．对每名学生构建的概念图进行教学评价和指导，建立学生对学好细胞生物学的自信心，让学生切身体验到细胞生物学知识对自己学习和未来发展的重要性．

2.2.4满足度因素满足度就是使学生对所获得的知识和成就感到满意，教师可通过2种方式让学生在学习过程中提升其对待学习的满意度．第一，强化知识记忆．对物质的跨膜运输知识的学习，可通过相近概念和机制对比，帮助学生理解易混淆的知识点，如小肠对葡萄糖的吸收理解（见图5），增强学生对知识的消化和理解，学会提升运用新知识解决问题的欲望．当学生成功解决问题后，获得充足的满足感，会激发他们的求知欲望．第二，给予信息反馈．无论课堂内外，还是线上线下，教师应该对学生的表现、作业完成质量、参与课程讨论和课程在线测试等情况做记录，并及时进行反馈．通过教师的反馈，学生会了解自己的进步，对付出努力后收获的结果感到满足，保持继续学习的动机．

图4　钠钾泵工作原理

图5　小肠对葡萄糖的吸收

2.3　动机策略评价

在细胞生物学的教学过程中，教师应更加关注学生的学习态度和学习过程，重视学生学习过程性考核，实施多元化教学评价[13]，具体的考核内容包括平时考核占20%（课程作业5%、课程在线学习5%、课程在线测试10%），期中考核占20%（课程讨论5%、阶段性测试5%、课程线下测试10%），期末考核占60%．依据过程性考核方式，在学生完成物质的跨膜运输学习后，实施线上和线下考核相结合，检查学生的知识掌握情况，给予及时的评测和反馈，计入学生各阶段考核，从而使学生更关注学习过程，从中获得持久、稳定的满足感．实施ARCS动机模式后，学生在学习兴趣、学习主动性问卷调查结果表明，95%以上学生赞同这种方法，愿意参加课堂讨论和完成学习任务，推进学生对后续学习的期待．

3　结语

基于细胞生物学课程的教学实践和初步探索，可以将ARCS 动机设计模式应用于课程教学中，通过动机问题策略分析、动机策略在物质的跨膜运输教学中的设计和实施、动机策略评价环节，激发学生的学习动机，在师生的共同参与和努力下，实现课堂教学效果的有效性．

[1] 苏湘鄂．新课改下高校细胞生物学教材、教学模式初探[J]．文理导航（中旬），2020（3）：68，71．

[2] 陈晨．高端技术技能人才贯通培养项目基础阶段学生学习动机激发策略初探[J]．北京经济管理职业学院学报，2018，33（4）：61-65．

[3] 李亚静．“物质跨膜运输的方式”一节的教学设计[J]．生物学教学，2020，45（11）：41-42．

[4] 谭萍，邢玉娟，曹晓丽，等．ARCS动机模式在计算机应用基础教学中的应用与研究[J]．兰州文理学院学报（自然科学版），2014，28（5）：113-116．

[5] 谢丽．基于ARCS动机设计模式的网络学习环境研究[D]．上海：华东师范大学，2007．

[6] 毛丽巍．基于ARCS动机激励模式的大学英语教学设计研究[J]．佳木斯职业学院学报，2021，37（3）：106-107．

[7] 刘利．浅谈ARCS动机激励模型对微生物学教学的启示[J]．贺州学院学报，2009，25（2）：109-111，114．

[8] 郑军，张琦雪．新冠疫情期间高校教学模式改革的课堂设计：基于ARCS动机模型[J]．锦州医科大学学报（社会科学版），2021，19（6）：62-68．

[9] 韩永华．高校《细胞生物学》课程教学改革探索[J]．经济研究导刊，2011（31）：302-303．

[10] 孙虎男，韩英浩，冯振月．高校细胞生物学教学改革探索[J]．黑龙江教育（高教研究与评估），2015（7）：27-28．

[11] 郑琳琳，刘明秋，张瑾，等．基于多元化教学模式的地方高校细胞生物学教学改革与实践[J]．高校生物学教学研究（电子版），2021，11（6）：20-24．

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

[13] 程晓刚，陈玮，金虹，等．ARCS动机模式在医学免疫学教学中的应用[J]．基础医学教育，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年齐齐哈尔大学研究生创新科研项目（YJSCX2021104）；2019年齐齐哈尔大学教育科学研究项目（YB201922）；黑龙江省高等教育教学改革研究项目（SJGY20200785，SJGY20180557）；黑龙江省教育科学规划重点课题（GJB1421357）

李波（1962-），女，辽宁鞍山人，教授，从事细胞生物学研究．E-mail：libo1962@163.com