基于ARCS動機模型和OBE教育理念的細胞工程實驗教學改革研究

泰山學院生物與釀酒工程學院 張 翠

當前應用型本科高校建設進程中，普通本科高校為了更好地實現“培養(yǎng)應用型人才”的辦學目標，必須建立新的人才培養(yǎng)模式，這要求高校教師在教學過程中加強以學生為本的教學理念，增強實踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)。細胞工程是現代生物技術的重要基礎，在胚胎工程、生物制藥等多個領域發(fā)揮著重要作用，細胞工程實驗是泰山學院生物技術專業(yè)學生必修的主干課程，如何通過課程改革達到更好地培養(yǎng)應用型人才的目的，是順應學校轉型發(fā)展要求的重要課題。

一、細胞工程實驗教學改革的理論依據

在對普通地方高校大學生學情分析的前提下，我們確定了以激發(fā)與維持學生學習動機的ARCS模型和基于成果導向的OBE（Outcome-based education）教育理念來對細胞工程實驗進行教學改革。前者關注的是如何通過教學設計來調動學生的學習動機問題，即為了激發(fā)學生的學習動機，首先要引起學生對一項學習任務或學習目的的注意力（Attention），其次要使學生理解完成這項學習任務與自己具有密切相關性（Relevance），再次要使學生覺得自己有能力完成這項學習任務，從而產生自信心（Confidence），最后讓學生產生完成學習任務后的滿足感（Satisfaction），簡稱ARCS動機模型。該模型主旨是加涅提出的促進人的學習五個教學環(huán)節(jié)：教學前的活動、內容呈現、學習者參與、評價和后續(xù)活動。后者是基于成果導向的OBE教育理念，也叫能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育，是指教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。OBE主要強調四個問題：（1）想讓學生取得的學習成果是什么？（2）為什么要讓學生取得這樣的學習成果？（3）如何有效地幫助學生取得這些學習成果？（4）如何知道學生已經取得了這些學習成果？為了適應成果導向教育的要求，至少要實現如下五個轉變：（1）從灌輸課堂向對話課堂轉變；（2）從封閉課堂向開放課堂轉變；（3）從知識課堂向能力課堂轉變；（4）從重學輕思向學思結合轉變；（5）從重教輕學向教主于學轉變。

二、細胞工程實驗教學改革的實際意義

基于ARCS動機模型和OBE教學理念的細胞工程實驗的教學改革本著“以學生為中心，提高學生自我發(fā)展水平”的原則，通過教學模式改革由教師“聽我講”變成學生“我要講”，提高學生學習積極性，增強自主學習能力。通過過程性考核代替終結性考核，鍛煉學生動手能力、解決問題能力與團隊合作能力，增強學生的責任感，為其后續(xù)深造提供更多的可能性，擴展就業(yè)方向，解決學生的專業(yè)認識度和認可度不高的問題，學習積極性和參與度不高的問題，完成知識灌輸到能力培養(yǎng)的轉變，為普通高校相關專業(yè)培養(yǎng)應用型人才，對提高就業(yè)率做出貢獻。

三、細胞工程實驗教學改革的研究內容

（一）優(yōu)化實驗教學內容吸引學生注意力

細胞工程實驗是通過對細胞和組織培養(yǎng)，以及對不同細胞進行分子、遺傳和顯微操作得到新的產物或產品，在生物學、基礎醫(yī)學、生物制藥、農林園藝、動物育種等多個領域均有重要應用。根據ARCS動機模型和OBE教學理念，需要設置能調動學生好奇心并富有挑戰(zhàn)性的實驗項目，具體策略如下（該專業(yè)另外設有植物組織培養(yǎng)課程，因此本課程主要設置在動物細胞的體外培養(yǎng)相關實驗），一是課前課程組成員結合該領域科研生產中實際需要的技能，課前發(fā)布系統性任務，學生按照分組明確實驗目的、查找資料、制訂試驗方案并在教師團隊指導下組內討論通過。二是實驗準備，學生按分組情況進入實驗室，明確相關性及注意事項，按照分工進行實驗材料、環(huán)境的消毒滅菌及布置，熟悉儀器使用、實驗步驟或進行預實驗。三是系統設置實驗內容，實驗項目前后關聯，從基于胚胎工程的雞胚孵育處理到雞胚成纖維細胞的原代、傳代培養(yǎng)以及觀察檢測、凍存及復蘇等，實驗可糾錯，確保學生成功養(yǎng)好自己的第一瓶細胞。四是開放課后實驗，可以根據學生能力及就業(yè)和考研需求申請大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目或參與教師科研項目，按照培養(yǎng)方案規(guī)定給予創(chuàng)新學分。

（二）教學模式改革增強學習相關性

OBE教育理念強調學生學到了什么而不是教師教了什么，強調研究型教學模式而不是灌輸型教學模式，強調個性化教學而不是流水線教學。這要求教師需要準確把握每個學生的學習軌跡，及時把握每個人的目標、基礎和進程，提供不同的學習機會。具體措施如下，一是學生分組組建團隊時可根據需要適當搭配，使用翻轉課堂，增強其自主學習和探究環(huán)節(jié)，使教學重在輸出而不是輸入。二是學生加強組內分工與合作和組間交流與分享，在有限的學時內合理分配時間、安排實驗，取長補短，不斷改進與提高。三是教師加強過程性指導和評價，及時通過多種平臺分享實驗要點、操作短視頻等學生感興趣的教學素材，面對面教學加強全程指導，適當給予提醒、鼓勵和評價。

（三）教學評價改革提高學生自信心和滿意度

OBE教育理念的教學評價聚焦在學習成果，采用多元和梯次的評價標準，評價強調達成學習成果的內涵和個人的學習進步，不強調學生之間的比較。因此，改革后對實驗效果的評價更重視實驗過程和學生經歷與能力成果產出，加入學生分組時研究性學習成績、翻轉課堂表現成績、前期準備和實驗操作成績、個人貢獻加扣分和后續(xù)參與創(chuàng)新性項目得分等，學生自我評價、互相評價和教師評價各自占相應的比例，使考核方式由原來的單一終結性評價變?yōu)橹匾曔^程的多元化考核。個性化教學及考核過程對每一個同學都是極大的挑戰(zhàn)，通過合理的多元評價，真正做到以該課程的產出為導向，以學生的收獲為目標。

四、細胞工程實驗教學改革效果調查及分析

對多個年級生物技術專業(yè)同學進行細胞工程實驗學習情況開展調查，結果顯示，通過教學改革，70%以上的同學表示更加明確學習目標，96%以上的同學表示對實驗項目的興趣提高，93%以上的同學在實驗過程中高度參與并取得了較好的實驗效果，96%以上的同學通過實驗學習增強了個人自信心及對本專業(yè)的認可度，97%以上的同學對自己在實驗過程中的表現比較滿意或非常滿意，91%的同學表示該課程的學習對于個人在考研和就業(yè)方向選擇中有幫助。以上數據表明，基于ARCS動機模型和OBE教學理念的細胞工程實驗的教學改革初步達到了預期目的，一方面通過各個環(huán)節(jié)的改變提高了該專業(yè)學生在本實驗課程中的注意力、相關度、自信心和滿意度，另一方面突出以學生為主體的教學理念，充分尊重每個學生的差異性，鍛煉其資料查閱、信息整理與分析、語言表達與溝通協調、小組合作與分享、方案制訂與執(zhí)行、實驗技能訓練、實驗結果觀察與分析與創(chuàng)新性項目培養(yǎng)等多種能力，更符合生物技術領域相關行業(yè)的人才需求，產出導向的培養(yǎng)模式更有利于應用型人才的培養(yǎng)。

五、細胞工程實驗教學改革問題分析及改進措施

一是教學改革進行過程中，由于疫情原因對其中一個年級的學生采取線上授課的方式，后續(xù)補做實驗的過程中發(fā)現學生在家學習的自主性不強，滯后的實踐環(huán)節(jié)效果一般。二是由于學校發(fā)展過程中的客觀原因導致該課程仍存在教學課時有限、實驗室配套設施不完善、實驗材料單一等問題，超凈工作室條件和儀器數量的不足可能導致實驗中的核心點“無菌操作”無法保證，各個小組無法同時進行操作，實驗材料污染甚至實驗失敗，實驗深度及創(chuàng)新性不夠等，增加了教師和學生的工作量。在地方性普通高校建設應用型大學的進程中，需要進一步增加基礎設施投入，增建無菌操作間，另外可以通過加強與高層次企業(yè)溝通合作及加強技術服務，進一步明確育人需求、改善教學條件、豐富教學內容，最終實現校企雙贏。