楊銀鳳，歐陽(yáng)婷，張蕾，王丹，闞峻嶺

（安徽中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)藥信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230012）

0 引 言

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》等文件的頒發(fā)導(dǎo)致全國(guó)各大高校都在強(qiáng)烈推行信息化教學(xué)以及基于現(xiàn)代信息技術(shù)的教育改革。作為21世紀(jì)的生命前沿學(xué)科之一，生物信息學(xué)具有綜合跨學(xué)科的背景，涉及生物、醫(yī)療和環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域。其課程教學(xué)不但包括理論教學(xué)，還包括上機(jī)實(shí)踐操作。迄今，“生物信息學(xué)”課程已在國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校開課，其教學(xué)形式也由傳統(tǒng)教學(xué)逐漸向在線課堂或線上線下混合教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，但在教學(xué)過(guò)程中仍存在諸多問(wèn)題。

其中，一個(gè)普遍的問(wèn)題是，隨著新技術(shù)、新模式的出現(xiàn)，學(xué)生在教學(xué)初期往往充滿好奇心，積極性很高，但難以維持。另一方面，“機(jī)不離手”是當(dāng)下大學(xué)生的新常態(tài)，而借助移動(dòng)超星學(xué)習(xí)通等智慧平臺(tái)，對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改革創(chuàng)新，可有效提高教育教學(xué)質(zhì)量。因此，要實(shí)現(xiàn)生物信息學(xué)教學(xué)的個(gè)性化學(xué)習(xí)，保障其教學(xué)效果，關(guān)鍵還是在于課程設(shè)計(jì)時(shí)如何激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使其積極持續(xù)學(xué)習(xí)的同時(shí)，也能收獲。

幸運(yùn)地是，ARCS動(dòng)機(jī)模型既能將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)出來(lái)，又能將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)維持住，并十分注重學(xué)習(xí)者的知識(shí)收獲。因此，本文基于超星學(xué)習(xí)通智慧平臺(tái)，將ARCS模型應(yīng)用于我校醫(yī)藥信息工程學(xué)院開展的“生物信息學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)中，旨在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，從而得到優(yōu)化教學(xué)效果和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標(biāo)，并進(jìn)一步為當(dāng)?shù)乇究圃盒＿M(jìn)行創(chuàng)新性教學(xué)提供理論依據(jù)。

1 ARCS動(dòng)機(jī)模型

20世紀(jì)80年代初，美國(guó)心理學(xué)家John Keller教授基于期望價(jià)值理論（expectancy-value theory）提出ARCS動(dòng)機(jī)模型，用于解決教學(xué)問(wèn)題。其中，ARCS分別代表注意力（A，Attention）、相關(guān)性（R，Relevance）、自信心（C，Confidence）和滿意度（S，Satisfaction）。該模型理論認(rèn)為在教學(xué)過(guò)程中，如何激發(fā)與維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力主要與A、R、C和S這四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)有關(guān)。這些環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，形成一個(gè)整體，缺少其中任何一個(gè)都會(huì)使學(xué)習(xí)者失去學(xué)習(xí)動(dòng)力。每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括的三個(gè)子環(huán)節(jié)要素，以及激發(fā)或維持每個(gè)動(dòng)機(jī)要素的策略如表1所示。

表1 ARCS動(dòng)機(jī)模型的四要素及其定義

由表1觀察可知，ARCS模型非常注重激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)保持和學(xué)習(xí)者的真實(shí)體驗(yàn)與收獲也非常注重。因此，本文以筆者主講的生物信息學(xué)課程為例，利用ARCS動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行基于互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)學(xué)習(xí)的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)，目的是保證教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，優(yōu)化教學(xué)策略。

2 ARCS動(dòng)機(jī)模型在“生物信息學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

2.1 研究對(duì)象

選擇安徽中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)藥信息工程學(xué)院2020級(jí)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生為研究對(duì)象，以班級(jí)為單位，隨機(jī)選擇醫(yī)學(xué)信息工程班為實(shí)驗(yàn)組（=56），對(duì)其進(jìn)行混合式教學(xué)，選擇計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)3班作為對(duì)照組（=65），對(duì)其實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)。比較兩組同學(xué)的年齡、性別和學(xué)業(yè)水平，未發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義和可比性的差異。教學(xué)干預(yù)時(shí)間為2021年9—11月，共48學(xué)時(shí)；教材選用浙大陳銘教授主編的“生物信息學(xué)”課程（普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材，第三版，北京，科學(xué)出版社，2018）。

2.2 研究方法

在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，分別在課前對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、課中環(huán)節(jié)，并對(duì)課堂視頻進(jìn)行編碼統(tǒng)計(jì)分析、課后環(huán)節(jié)對(duì)成績(jī)進(jìn)行分析，以期對(duì)課堂的行為有較全面的體現(xiàn)，為課堂教學(xué)改進(jìn)提供方法學(xué)的參考。課程結(jié)束后采用調(diào)查問(wèn)卷等形式對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，了解目前新的教學(xué)模式的實(shí)施情況，是否存在問(wèn)題以及對(duì)基于ARCS模型的“生物信息學(xué)”課程教學(xué)模式實(shí)施效果的評(píng)價(jià)。最終所得數(shù)據(jù)采用GraphPad Prism7.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，使用獨(dú)立樣本或檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較。當(dāng)值小于0.05時(shí)，認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.3.1 明確教學(xué)目標(biāo)

研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)生的學(xué)習(xí)期望、準(zhǔn)備程度和未來(lái)發(fā)展之間的相關(guān)性越高，課堂教學(xué)就越能吸引他們的注意力。因此，在進(jìn)行本研究教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)開課專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、實(shí)踐學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)以及班級(jí)學(xué)生的學(xué)情分析，筆者構(gòu)建了三維教學(xué)目標(biāo)，即素質(zhì)目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)，如圖1所示。教學(xué)過(guò)程中每一個(gè)子目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都是課堂教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的基礎(chǔ)。

圖1 “生物信息學(xué)”課程三維教學(xué)目標(biāo)

“生物信息學(xué)”課程的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新智慧思維，能夠成為時(shí)代所需要?jiǎng)?chuàng)新復(fù)合型人才，進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐。同時(shí)，教師還可以提供豐富的媒體資源，包括相關(guān)職位的行業(yè)發(fā)展前景、課程定位、薪酬及職業(yè)發(fā)展路徑等，輔助學(xué)生建立與知識(shí)目標(biāo)匹配的價(jià)值觀，增強(qiáng)學(xué)生與能力目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而讓學(xué)生感知到學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)其未來(lái)學(xué)習(xí)與生活的意義，使之產(chǎn)生內(nèi)在學(xué)習(xí)需求。

2.3.2 課程學(xué)時(shí)分配

由于“生物信息學(xué)”課程學(xué)時(shí)有限。因此，我們對(duì)該課程的內(nèi)容進(jìn)行了精心組織和規(guī)劃，刪減了與本學(xué)院相關(guān)專業(yè)開設(shè)重復(fù)的算法編程類章節(jié)，只挑選了與本校醫(yī)藥學(xué)專業(yè)密切相關(guān)，且對(duì)學(xué)生未來(lái)就業(yè)有很大幫助的內(nèi)容進(jìn)行教授。表2詳細(xì)展示了生物信息學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)課程以及自主學(xué)習(xí)的學(xué)時(shí)分配。

表2 “生物信息學(xué)”課程學(xué)時(shí)分配表

2.3.3 教學(xué)過(guò)程

基于ARCS模型的“生物信息學(xué)”課程混合式教學(xué)模式可以分為“課前導(dǎo)學(xué)、課中研學(xué)和課后促學(xué)”三個(gè)階段，具體如圖2所示。

圖2 ARCS模型在“生物信息學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用模式

其中，課前導(dǎo)學(xué)部分主要為教師設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)資源，推送學(xué)習(xí)任務(wù)，發(fā)布課前測(cè)試并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。而學(xué)生的主要工作是根據(jù)老師布置的任務(wù)進(jìn)行按時(shí)學(xué)習(xí)并積極參加課前測(cè)試和提出問(wèn)題。該階段的首要目標(biāo)是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，并幫助他們培養(yǎng)學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，即ARCS模型中的“A”環(huán)節(jié)。在這個(gè)階段，教師應(yīng)該通過(guò)A策略，選擇有趣和有吸引力的資源進(jìn)行發(fā)布，如圖3所示。

圖3 混合式教學(xué)中線上教學(xué)截圖

課中研學(xué)階段是師生在課堂面對(duì)面交流的環(huán)節(jié)，也是當(dāng)面精講理論知識(shí)內(nèi)容的階段。在此環(huán)節(jié)中，教師可基于移動(dòng)學(xué)習(xí)，發(fā)布簽到考勤，解答課前問(wèn)題，組織課堂討論，并深度講解重要的理論知識(shí)。同時(shí)，還可以借助合作學(xué)習(xí)和案例教學(xué)等方式，讓學(xué)生積極參與到課堂活動(dòng)中，有效吸收知識(shí)，解決問(wèn)題，以期激發(fā)并維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，體現(xiàn)了ARCS模型中的“R”。此外，在課中研學(xué)階段，增加了三分鐘思政教育內(nèi)容。目的在于讓學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也要樹立探索精神，培養(yǎng)新時(shí)代“三全”人才。

課后促學(xué)也就是課后個(gè)性化學(xué)習(xí)階段。在這一階段，學(xué)生可繼續(xù)利用網(wǎng)絡(luò)資源完成老師安排的課后測(cè)試、討論和學(xué)習(xí)反思，從而進(jìn)一步確定任務(wù)目標(biāo)和控制學(xué)習(xí)步調(diào)，即ARCS模型中的“C”環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)教師發(fā)布的課后作業(yè)，不僅對(duì)課堂所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了鞏固，得到了老師的點(diǎn)贊和加分。同時(shí)，這也能讓學(xué)生真正感受到學(xué)習(xí)帶來(lái)的成就感，體現(xiàn)ARCS模型中的“S”，并讓學(xué)生維持學(xué)習(xí)的積極性。

2.3.4 考核評(píng)價(jià)

作為教學(xué)重要環(huán)節(jié)之一的課程考核評(píng)價(jià)，對(duì)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)和完成教學(xué)內(nèi)容具有重要作用。傳統(tǒng)的一次性總結(jié)性評(píng)估是借助一套試卷來(lái)對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握程度進(jìn)行評(píng)估，存在很多問(wèn)題。例如，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程重視程度低和考試知識(shí)面窄等問(wèn)題。本研究的考核評(píng)估范疇增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)效果。具體是將移動(dòng)式學(xué)習(xí)評(píng)估與課堂學(xué)習(xí)評(píng)估相結(jié)合、形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合、知識(shí)評(píng)價(jià)與能力提升結(jié)合，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面立體的多層次、多維度的評(píng)價(jià)，從而構(gòu)建出“生物信息學(xué)”課程多元化課程考核評(píng)價(jià)體系。

其中，期末考試屬于總結(jié)性評(píng)價(jià)，借助于無(wú)紙化考試系統(tǒng)平臺(tái)，成績(jī)占課程總成績(jī)的50%～60%。除期末考試外的其余考核均屬于形成性評(píng)價(jià)，主要借助于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，成績(jī)占課程總成績(jī)的40%～50%。具體包括：課前線上預(yù)習(xí)、測(cè)試討論；課中簽到、在線測(cè)驗(yàn)、線上選人答題及搶答；課后線上作業(yè)、階段性考試、線下上機(jī)實(shí)踐，小組自主匯報(bào)等。此外，階段性考核結(jié)果也會(huì)及時(shí)的反饋到教學(xué)過(guò)程中，從而教師有針對(duì)性的調(diào)整教學(xué)方法和內(nèi)容，有效調(diào)控教學(xué)過(guò)程，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

2.4 結(jié)果分析

2.4.1 問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

根據(jù)本研究的教學(xué)設(shè)計(jì)，我們?cè)趯W(xué)期末，對(duì)該教學(xué)模式的實(shí)踐效果開展了調(diào)查問(wèn)卷，了解目前新的教學(xué)模式的實(shí)施情況，是否存在問(wèn)題以及實(shí)施的真正效果，從而為后續(xù)的混合式教學(xué)模式研究提供改進(jìn)建議。問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果如圖4所示。對(duì)調(diào)查問(wèn)卷選項(xiàng)的結(jié)果評(píng)價(jià)等級(jí)有很滿意、滿意、不滿意和強(qiáng)烈不滿意三種。

圖4 基于ARCS模型的“生物信息學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

觀察圖4可知，學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)效果表示感到比較滿意的學(xué)生占70%以上，而對(duì)學(xué)習(xí)效果感到不滿意的學(xué)生只有不到6%。因此，大部分學(xué)生接受了這種新型教學(xué)模式，并認(rèn)為該教學(xué)模式會(huì)改善他們的學(xué)習(xí)，可以加深對(duì)知識(shí)的理解，實(shí)踐操作更多，更有利于分析與解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

2.4.2 考核成績(jī)結(jié)果

課程結(jié)束后，我們對(duì)本學(xué)期兩組“生物信息學(xué)”課程的學(xué)習(xí)完成情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3和圖5所示。觀察表3發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組的平時(shí)成績(jī)顯著高于對(duì)照組的平時(shí)成績(jī)（P＜0.05），具體由自主學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)觀察出。此外，在階段測(cè)試、期末成績(jī)和最后的總評(píng)成績(jī)上，實(shí)驗(yàn)組也是明顯高于對(duì)照組的。這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明基于ARCS模型的混合式教學(xué)模式相比傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，能持續(xù)吸引和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力。這與在該教學(xué)模式下，教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，保持課堂活力，并將課堂知識(shí)與學(xué)生的實(shí)際生活密切聯(lián)系起來(lái)有關(guān)。在該教學(xué)模式下，學(xué)生總覺(jué)得知識(shí)與自己息息相關(guān)，能更好地成為課堂學(xué)習(xí)的主體，自主學(xué)習(xí)能力也大大提高。

表3 兩組考核成績(jī)比較（Mean±SD） 單位：分

此外，觀察圖5可知將ARCS模型應(yīng)用于“生物信息學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐中，可以明顯提高學(xué)生們的成績(jī)，其中成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生有9人，占總?cè)藬?shù)的16%；獲得良好成績(jī)的同學(xué)有28人，達(dá)到了班級(jí)人數(shù)的一半。而中等和及格的同學(xué)分別有15人和4人，占比例分別是27%和7%。因此，ARCS模型在基于移動(dòng)學(xué)習(xí)的混合式教學(xué)中的應(yīng)用效果是明顯的。

圖5 基于ARCS模型的“生物信息學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐成績(jī)各分?jǐn)?shù)段和占比分布

3 結(jié) 論

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，新一代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，逐漸成熟。但在教育現(xiàn)代化改革中，教育信息化的地位也越來(lái)越突出，起著支撐和引領(lǐng)的作用。而具有多學(xué)科交叉特點(diǎn)的生物信息學(xué)，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來(lái)還是有點(diǎn)難度的。因此，在本研究中，ARCS動(dòng)機(jī)模型的使用，對(duì)混合式“生物信息學(xué)”課程教學(xué)模式構(gòu)建和實(shí)施具有重要的指導(dǎo)意義，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)并讓其保持，促進(jìn)了其學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。該教學(xué)模式能夠優(yōu)化課程架構(gòu)，能在教學(xué)的時(shí)間和空間上充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，對(duì)地方高等院校的教學(xué)創(chuàng)新和課程改革給予一定的參考和借鑒。