基于ARCS动机模型和OBE教育理念的细胞工程实验教学改革研究

泰山学院生物与酿酒工程学院 张 翠

当前应用型本科高校建设进程中，普通本科高校为了更好地实现“培养应用型人才”的办学目标，必须建立新的人才培养模式，这要求高校教师在教学过程中加强以学生为本的教学理念，增强实践创新环节。细胞工程是现代生物技术的重要基础，在胚胎工程、生物制药等多个领域发挥着重要作用，细胞工程实验是泰山学院生物技术专业学生必修的主干课程，如何通过课程改革达到更好地培养应用型人才的目的，是顺应学校转型发展要求的重要课题。

一、细胞工程实验教学改革的理论依据

在对普通地方高校大学生学情分析的前提下，我们确定了以激发与维持学生学习动机的ARCS模型和基于成果导向的OBE（Outcome-based education）教育理念来对细胞工程实验进行教学改革。前者关注的是如何通过教学设计来调动学生的学习动机问题，即为了激发学生的学习动机，首先要引起学生对一项学习任务或学习目的的注意力（Attention），其次要使学生理解完成这项学习任务与自己具有密切相关性（Relevance），再次要使学生觉得自己有能力完成这项学习任务，从而产生自信心（Confidence），最后让学生产生完成学习任务后的满足感（Satisfaction），简称ARCS动机模型。该模型主旨是加涅提出的促进人的学习五个教学环节：教学前的活动、内容呈现、学习者参与、评价和后续活动。后者是基于成果导向的OBE教育理念，也叫能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，是指教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。OBE主要强调四个问题：（1）想让学生取得的学习成果是什么？（2）为什么要让学生取得这样的学习成果？（3）如何有效地帮助学生取得这些学习成果？（4）如何知道学生已经取得了这些学习成果？为了适应成果导向教育的要求，至少要实现如下五个转变：（1）从灌输课堂向对话课堂转变；（2）从封闭课堂向开放课堂转变；（3）从知识课堂向能力课堂转变；（4）从重学轻思向学思结合转变；（5）从重教轻学向教主于学转变。

二、细胞工程实验教学改革的实际意义

基于ARCS动机模型和OBE教学理念的细胞工程实验的教学改革本着“以学生为中心，提高学生自我发展水平”的原则，通过教学模式改革由教师“听我讲”变成学生“我要讲”，提高学生学习积极性，增强自主学习能力。通过过程性考核代替终结性考核，锻炼学生动手能力、解决问题能力与团队合作能力，增强学生的责任感，为其后续深造提供更多的可能性，扩展就业方向，解决学生的专业认识度和认可度不高的问题，学习积极性和参与度不高的问题，完成知识灌输到能力培养的转变，为普通高校相关专业培养应用型人才，对提高就业率做出贡献。

三、细胞工程实验教学改革的研究内容

（一）优化实验教学内容吸引学生注意力

细胞工程实验是通过对细胞和组织培养，以及对不同细胞进行分子、遗传和显微操作得到新的产物或产品，在生物学、基础医学、生物制药、农林园艺、动物育种等多个领域均有重要应用。根据ARCS动机模型和OBE教学理念，需要设置能调动学生好奇心并富有挑战性的实验项目，具体策略如下（该专业另外设有植物组织培养课程，因此本课程主要设置在动物细胞的体外培养相关实验），一是课前课程组成员结合该领域科研生产中实际需要的技能，课前发布系统性任务，学生按照分组明确实验目的、查找资料、制订试验方案并在教师团队指导下组内讨论通过。二是实验准备，学生按分组情况进入实验室，明确相关性及注意事项，按照分工进行实验材料、环境的消毒灭菌及布置，熟悉仪器使用、实验步骤或进行预实验。三是系统设置实验内容，实验项目前后关联，从基于胚胎工程的鸡胚孵育处理到鸡胚成纤维细胞的原代、传代培养以及观察检测、冻存及复苏等，实验可纠错，确保学生成功养好自己的第一瓶细胞。四是开放课后实验，可以根据学生能力及就业和考研需求申请大学生创新创业项目或参与教师科研项目，按照培养方案规定给予创新学分。

（二）教学模式改革增强学习相关性

OBE教育理念强调学生学到了什么而不是教师教了什么，强调研究型教学模式而不是灌输型教学模式，强调个性化教学而不是流水线教学。这要求教师需要准确把握每个学生的学习轨迹，及时把握每个人的目标、基础和进程，提供不同的学习机会。具体措施如下，一是学生分组组建团队时可根据需要适当搭配，使用翻转课堂，增强其自主学习和探究环节，使教学重在输出而不是输入。二是学生加强组内分工与合作和组间交流与分享，在有限的学时内合理分配时间、安排实验，取长补短，不断改进与提高。三是教师加强过程性指导和评价，及时通过多种平台分享实验要点、操作短视频等学生感兴趣的教学素材，面对面教学加强全程指导，适当给予提醒、鼓励和评价。

（三）教学评价改革提高学生自信心和满意度

OBE教育理念的教学评价聚焦在学习成果，采用多元和梯次的评价标准，评价强调达成学习成果的内涵和个人的学习进步，不强调学生之间的比较。因此，改革后对实验效果的评价更重视实验过程和学生经历与能力成果产出，加入学生分组时研究性学习成绩、翻转课堂表现成绩、前期准备和实验操作成绩、个人贡献加扣分和后续参与创新性项目得分等，学生自我评价、互相评价和教师评价各自占相应的比例，使考核方式由原来的单一终结性评价变为重视过程的多元化考核。个性化教学及考核过程对每一个同学都是极大的挑战，通过合理的多元评价，真正做到以该课程的产出为导向，以学生的收获为目标。

四、细胞工程实验教学改革效果调查及分析

对多个年级生物技术专业同学进行细胞工程实验学习情况开展调查，结果显示，通过教学改革，70%以上的同学表示更加明确学习目标，96%以上的同学表示对实验项目的兴趣提高，93%以上的同学在实验过程中高度参与并取得了较好的实验效果，96%以上的同学通过实验学习增强了个人自信心及对本专业的认可度，97%以上的同学对自己在实验过程中的表现比较满意或非常满意，91%的同学表示该课程的学习对于个人在考研和就业方向选择中有帮助。以上数据表明，基于ARCS动机模型和OBE教学理念的细胞工程实验的教学改革初步达到了预期目的，一方面通过各个环节的改变提高了该专业学生在本实验课程中的注意力、相关度、自信心和满意度，另一方面突出以学生为主体的教学理念，充分尊重每个学生的差异性，锻炼其资料查阅、信息整理与分析、语言表达与沟通协调、小组合作与分享、方案制订与执行、实验技能训练、实验结果观察与分析与创新性项目培养等多种能力，更符合生物技术领域相关行业的人才需求，产出导向的培养模式更有利于应用型人才的培养。

五、细胞工程实验教学改革问题分析及改进措施

一是教学改革进行过程中，由于疫情原因对其中一个年级的学生采取线上授课的方式，后续补做实验的过程中发现学生在家学习的自主性不强，滞后的实践环节效果一般。二是由于学校发展过程中的客观原因导致该课程仍存在教学课时有限、实验室配套设施不完善、实验材料单一等问题，超净工作室条件和仪器数量的不足可能导致实验中的核心点“无菌操作”无法保证，各个小组无法同时进行操作，实验材料污染甚至实验失败，实验深度及创新性不够等，增加了教师和学生的工作量。在地方性普通高校建设应用型大学的进程中，需要进一步增加基础设施投入，增建无菌操作间，另外可以通过加强与高层次企业沟通合作及加强技术服务，进一步明确育人需求、改善教学条件、丰富教学内容，最终实现校企双赢。