ARCS模型在基于超星学习通的混合式教学中的应用——以“生物信息学”课程为例

杨银凤，欧阳婷，张蕾，王丹，阚峻岭

（安徽中医药大学 医药信息工程学院，安徽 合肥 230012）

0 引 言

“互联网+”时代下，《中国教育现代化2035》等文件的颁发导致全国各大高校都在强烈推行信息化教学以及基于现代信息技术的教育改革。作为21世纪的生命前沿学科之一，生物信息学具有综合跨学科的背景，涉及生物、医疗和环境等各个领域。其课程教学不但包括理论教学，还包括上机实践操作。迄今，“生物信息学”课程已在国内大多数高校开课，其教学形式也由传统教学逐渐向在线课堂或线上线下混合教学模式转变，但在教学过程中仍存在诸多问题。

其中，一个普遍的问题是，随着新技术、新模式的出现，学生在教学初期往往充满好奇心，积极性很高，但难以维持。另一方面，“机不离手”是当下大学生的新常态，而借助移动超星学习通等智慧平台，对教学模式进行改革创新，可有效提高教育教学质量。因此，要实现生物信息学教学的个性化学习，保障其教学效果，关键还是在于课程设计时如何激发学生的内在学习动机，使其积极持续学习的同时，也能收获。

幸运地是，ARCS动机模型既能将学习者的学习动机激发出来，又能将学习者的学习动机维持住，并十分注重学习者的知识收获。因此，本文基于超星学习通智慧平台，将ARCS模型应用于我校医药信息工程学院开展的“生物信息学”课程实践教学中，旨在充分调动学生的学习主动性，提升学生分析解决问题的能力和实践创新能力，从而得到优化教学效果和提高人才培养质量的目标，并进一步为当地本科院校进行创新性教学提供理论依据。

1 ARCS动机模型

20世纪80年代初，美国心理学家John Keller教授基于期望价值理论（expectancy-value theory）提出ARCS动机模型，用于解决教学问题。其中，ARCS分别代表注意力（A，Attention）、相关性（R，Relevance）、自信心（C，Confidence）和满意度（S，Satisfaction）。该模型理论认为在教学过程中，如何激发与维持学生的学习动力主要与A、R、C和S这四个关键环节有关。这些环节紧密联系，形成一个整体，缺少其中任何一个都会使学习者失去学习动力。每个关键环节包括的三个子环节要素，以及激发或维持每个动机要素的策略如表1所示。

表1 ARCS动机模型的四要素及其定义

由表1观察可知，ARCS模型非常注重激发学习者的学习动机。同时，对学习者的学习动机保持和学习者的真实体验与收获也非常注重。因此，本文以笔者主讲的生物信息学课程为例，利用ARCS动机模型进行基于互联网移动学习的混合式教学模式设计，目的是保证教学目标的同时，优化教学策略。

2 ARCS动机模型在“生物信息学”课程教学实践中的应用

2.1 研究对象

选择安徽中医药大学医药信息工程学院2020级医学信息工程专业和计算机科学与技术专业的本科生为研究对象，以班级为单位，随机选择医学信息工程班为实验组（=56），对其进行混合式教学，选择计算机科学与技术3班作为对照组（=65），对其实施传统教学。比较两组同学的年龄、性别和学业水平，未发现有统计学意义和可比性的差异。教学干预时间为2021年9—11月，共48学时；教材选用浙大陈铭教授主编的“生物信息学”课程（普通高等教育“十三五”规划教材，第三版，北京，科学出版社，2018）。

2.2 研究方法

在教学实施过程中，分别在课前对学习数据进行统计、课中环节，并对课堂视频进行编码统计分析、课后环节对成绩进行分析，以期对课堂的行为有较全面的体现，为课堂教学改进提供方法学的参考。课程结束后采用调查问卷等形式对教师和学生进行调研，了解目前新的教学模式的实施情况，是否存在问题以及对基于ARCS模型的“生物信息学”课程教学模式实施效果的评价。最终所得数据采用GraphPad Prism7.0统计软件进行分析，采用均值±标准差（Mean±SD）表示计算结果。同时，使用独立样本或检验进行组间比较。当值小于0.05时，认为具有统计学意义。

2.3 教学设计

2.3.1 明确教学目标

研究发现，学习目标与学生的学习期望、准备程度和未来发展之间的相关性越高，课堂教学就越能吸引他们的注意力。因此，在进行本研究教学目标设计时，根据开课专业的人才培养方案、实践学科的课程标准以及班级学生的学情分析，笔者构建了三维教学目标，即素质目标、知识目标和能力目标，如图1所示。教学过程中每一个子目标的实现都是课堂教学目标达成的基础。

图1 “生物信息学”课程三维教学目标

“生物信息学”课程的最终目标是培养学生学习能力、创新智慧思维，能够成为时代所需要创新复合型人才，进行应用实践。同时，教师还可以提供丰富的媒体资源，包括相关职位的行业发展前景、课程定位、薪酬及职业发展路径等，辅助学生建立与知识目标匹配的价值观，增强学生与能力目标的关联度，进而让学生感知到学习目标对其未来学习与生活的意义，使之产生内在学习需求。

2.3.2 课程学时分配

由于“生物信息学”课程学时有限。因此，我们对该课程的内容进行了精心组织和规划，删减了与本学院相关专业开设重复的算法编程类章节，只挑选了与本校医药学专业密切相关，且对学生未来就业有很大帮助的内容进行教授。表2详细展示了生物信息学理论和实验课程以及自主学习的学时分配。

表2 “生物信息学”课程学时分配表

2.3.3 教学过程

基于ARCS模型的“生物信息学”课程混合式教学模式可以分为“课前导学、课中研学和课后促学”三个阶段，具体如图2所示。

图2 ARCS模型在“生物信息学”课程实践教学中的应用模式

其中，课前导学部分主要为教师设计预习资源，推送学习任务，发布课前测试并引导学生发现问题。而学生的主要工作是根据老师布置的任务进行按时学习并积极参加课前测试和提出问题。该阶段的首要目标是激发学生的学习动机，并帮助他们培养学习新知识的能力，即ARCS模型中的“A”环节。在这个阶段，教师应该通过A策略，选择有趣和有吸引力的资源进行发布，如图3所示。

图3 混合式教学中线上教学截图

课中研学阶段是师生在课堂面对面交流的环节，也是当面精讲理论知识内容的阶段。在此环节中，教师可基于移动学习，发布签到考勤，解答课前问题，组织课堂讨论，并深度讲解重要的理论知识。同时，还可以借助合作学习和案例教学等方式，让学生积极参与到课堂活动中，有效吸收知识，解决问题，以期激发并维持学生的学习动机，体现了ARCS模型中的“R”。此外，在课中研学阶段，增加了三分钟思政教育内容。目的在于让学生掌握专业知识的同时，也要树立探索精神，培养新时代“三全”人才。

课后促学也就是课后个性化学习阶段。在这一阶段，学生可继续利用网络资源完成老师安排的课后测试、讨论和学习反思，从而进一步确定任务目标和控制学习步调，即ARCS模型中的“C”环节。学生通过学习教师发布的课后作业，不仅对课堂所学的知识进行了巩固，得到了老师的点赞和加分。同时，这也能让学生真正感受到学习带来的成就感，体现ARCS模型中的“S”，并让学生维持学习的积极性。

2.3.4 考核评价

作为教学重要环节之一的课程考核评价，对实现学习目标和完成教学内容具有重要作用。传统的一次性总结性评估是借助一套试卷来对学生的知识掌握程度进行评估，存在很多问题。例如，对学生的学习过程重视程度低和考试知识面窄等问题。本研究的考核评估范畴增加了学生的学习过程和学习效果。具体是将移动式学习评估与课堂学习评估相结合、形成性评价与总结性评价结合、知识评价与能力提升结合，对学生进行全面立体的多层次、多维度的评价，从而构建出“生物信息学”课程多元化课程考核评价体系。

其中，期末考试属于总结性评价，借助于无纸化考试系统平台，成绩占课程总成绩的50%～60%。除期末考试外的其余考核均属于形成性评价，主要借助于超星学习通平台数据统计分析功能，成绩占课程总成绩的40%～50%。具体包括：课前线上预习、测试讨论；课中签到、在线测验、线上选人答题及抢答；课后线上作业、阶段性考试、线下上机实践，小组自主汇报等。此外，阶段性考核结果也会及时的反馈到教学过程中，从而教师有针对性的调整教学方法和内容，有效调控教学过程，提高课堂教学质量。

2.4 结果分析

2.4.1 问卷调查结果

根据本研究的教学设计，我们在学期末，对该教学模式的实践效果开展了调查问卷，了解目前新的教学模式的实施情况，是否存在问题以及实施的真正效果，从而为后续的混合式教学模式研究提供改进建议。问卷调查的结果如图4所示。对调查问卷选项的结果评价等级有很满意、满意、不满意和强烈不满意三种。

图4 基于ARCS模型的“生物信息学”课程教学实践问卷调查结果

观察图4可知，学生对自己的学习效果表示感到比较满意的学生占70%以上，而对学习效果感到不满意的学生只有不到6%。因此，大部分学生接受了这种新型教学模式，并认为该教学模式会改善他们的学习，可以加深对知识的理解，实践操作更多，更有利于分析与解决问题能力的培养。

2.4.2 考核成绩结果

课程结束后，我们对本学期两组“生物信息学”课程的学习完成情况进行了统计，结果如表3和图5所示。观察表3发现，实验组的平时成绩显著高于对照组的平时成绩（P＜0.05），具体由自主学习和上机实验成绩观察出。此外，在阶段测试、期末成绩和最后的总评成绩上，实验组也是明显高于对照组的。这些发现说明基于ARCS模型的混合式教学模式相比传统的课堂教学模式，能持续吸引和维持学生的学习注意力。这与在该教学模式下，教师精心设计教学过程，保持课堂活力，并将课堂知识与学生的实际生活密切联系起来有关。在该教学模式下，学生总觉得知识与自己息息相关，能更好地成为课堂学习的主体，自主学习能力也大大提高。

表3 两组考核成绩比较（Mean±SD） 单位：分

此外，观察图5可知将ARCS模型应用于“生物信息学”课程教学实践中，可以明显提高学生们的成绩，其中成绩优秀的学生有9人，占总人数的16%；获得良好成绩的同学有28人，达到了班级人数的一半。而中等和及格的同学分别有15人和4人，占比例分别是27%和7%。因此，ARCS模型在基于移动学习的混合式教学中的应用效果是明显的。

图5 基于ARCS模型的“生物信息学”课程教学实践成绩各分数段和占比分布

3 结 论

在“互联网+”时代下，新一代信息技术在教育领域中应用得越来越广泛，逐渐成熟。但在教育现代化改革中，教育信息化的地位也越来越突出，起着支撑和引领的作用。而具有多学科交叉特点的生物信息学，学习者学习起来还是有点难度的。因此，在本研究中，ARCS动机模型的使用，对混合式“生物信息学”课程教学模式构建和实施具有重要的指导意义，激发了学生的学习动机并让其保持，促进了其学习方式的转变。该教学模式能够优化课程架构，能在教学的时间和空间上充分发挥优势，对地方高等院校的教学创新和课程改革给予一定的参考和借鉴。