基于SAM模型核心方法CCAF的教学设计研究与实践
乔艳琰
摘要：文章以调动学生兴趣、培养学生分析问题的思维能力为关注点，针对高校计算机基础课程理论学习和上机实践过程中学生参与度、互动性以及独立思考相对欠缺等问题，围绕知识点进行迭代式教学设计。以简化的SAM教学模型为辅助，通过将计算机拟人化，让学生感受并投入到与计算机的互动中。实际教学效果表明，这种迭代式教学模型可以在一定程度上提高学生的学习参与度。
关键词：SAM教学模型;计算机基础课程;学习体验
中图分类号：G642.0? ? ? ? ? 文献标志码：A? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）08-0034-04
一、SAM和ADDIE简单比较（见表1）
经过时间的沉淀，ADDIE这种线性模型已经是常用的较为完善的教学系统设计模型。但正因为它的线性特点使得整个系统模型应用过程缓慢而繁琐，在出现问题时，对模型的推倒重来较多、针对问题的回溯完善较难。相比之下，SAM（Successive Approximation Model，逐次逼近模型）和ADDIE一样强调协作、效率和重复，在培训企业和IT项目开发时被认为是一种敏捷的、可替代ADDIE的教学系统设计模型。不同之处在于，SAM开发过程持续循环，并反推分析和设计环节的进行，每一次循环都接近完善。
从模型上来看，ADDIE模型的各个环节都强调团队协作的助推作用。但是在实际的高校教学活动过程中，通常是个体教师承担一门课程的全部教学设计活动，团队协作的难度较大。[1]另外，ADDIE模型是在最后的评估环节进行教学质量检测，持续的改进只能在下一学年选择新的学习班级作为样本来进行，学习对象发生一定的变化，改进结果和新的实施效果也跟着发生变化。
二、SAM模型及其核心方法
SAM設计主要包括早期准备、迭代设计和迭代开发。将整个设计过程拆分成小模块，逐块进行设计，设计的同时收集反馈信息，以便同步完善设计的迭代。
SAM可用于开发真实学习案例，进行角色扮演、课堂讨论和仿真练习等。在模型产品的使用过程中随时记录学习者学习状态和对学习过程的真实想法，根据学生的反馈丢弃不可用的设计思路，调整方向重新设计。在整个设计过程中，始终关注学习者的期望和绩效产出，关注良好的学习体验和相应的成果输出。[3]如此迭代的目的在于围绕学习体验开展教学设计，借助情境化的学习过程提高学习体验，可见SAM更关注学习过程中学习者的参与度。
关于SAM模型实施的核心方法为CCAF。CCAF将传统教学中的教学目标、教学方法、教学活动和教学评估具体化——教学目标指向绩效作为“挑战”（Challenge），教学方法指向学习过程的情境化（Context），教学策略倾向于应对挑战的学习活动（Activity），教学评估（Feedback）则指向绩效的达成与否。
基于CCAF，SAM模型对教学效果的衡量体现在以下三个方面（3M）：Memorable，学习过程好记忆——学习者在享受情境化学习场景的同时，获取容易记忆的知识点。Motivational，学习过程可激励——持续激发学习动机，挖掘学习兴趣，整个学习体验体现价值。Meaningful，学习活动有意义——学习结束后，学习者的绩效得到切实提升。
三、 SAM模型实际应用
1.准备阶段——目的转化为目标（见图1）
学校教育离不开教学大纲，教学大纲是从国家教育方针政策、校方和教师的角度出发，基于历届学习者曾有的学习效果和当前的社会需求而制定的，围绕教学大纲开展第一次设计，代表经验性的预测需求，具有一定的指导性。但是在SAM模型设计过程中，需要在此基础上邀请当届学生参与体验，衡量已有设计的适用性。具体方向就是找到教育者指定的预期绩效和学生实际需求之间的差距。
比如“进制转换”知识点的设计目的不仅仅在于让学习者能正确处理各种进制之间的数据转换，更重要的目的是让学习者能够提升计算思维能力和解决问题的分析能力。但是学习者只关注自己能否准确进行不同进制的数值转换。又比如Excel课程的不同案例，教师设计教学的目的是让学生能得出数据处理的结果，但是学生作为一个表格数据处理人员，只是得到一个原始数据清单，起决定作用的是实际的数据处理过程。因此从学生角度出发，需要获得数据处理过程中需要具备的思维方式和数据处理的操作技能。
上述两种情况均存在预期绩效和实际需求之间的差距，而且这种差距的实际解决方向并不是舍弃预期绩效，迎合实际需求;也不是无视实际需要，只关注预期绩效的达成。因为从学习者的角度来看，需求要得到满足;从教育者角度来看，绩效又代表着国家、社会和校方对学习者的期望。两者需要协同并进，同时满足。[4]
由此可见，学习者参与教学设计阶段，可以帮助设计者了解到实际的关键问题，进而解决实际问题，这样能够更有效地激励学习者持续学习。在学习者看来，学习过程变得更有意义。对教育者而言，亦能帮助学习者达成预期绩效。
此外，还要解决我们常说的既定目标与实际可达成结果之间的差距。差距越小，目标达成程度就越高。这就要求在设计阶段将预期绩效和学生需求都转化为学习目标，并将其量化为可衡量的目标。
2.迭代设计阶段——目标分解行为化
在迭代设计阶段，首要任务是将绩效目标转化为学生的行为目标，即形成可视化的绩效衡量工具以清晰表述学习者应有的具体行为转变。其次要根据既定目标、学习难度和知识点的特点、注意力曲线规律等考虑如何编排教学顺序。最后要呈现可视化的课程效果和纲领，以便引导下一步教学活动的开展。从中可以看出，教学设计所需的核心理论依据是行为心理学。
关于目标的表述为基于可表明意图的教学目的，将意图转化为可衡量的具体行为。目标是教学策略制定和教学评估开展的依据，是对目的的明确表述，体现在可观察、可测量的行为的达成上。具体包括认知、行为、情感和社交等多方面的行为衡量标准。
下面，笔者将以理论课堂“二进制与八进制数值转换”为例进行详细分析介绍。这一个知识点的教学目的是学生能理解二进制与八/十六进制的转换机制。预期绩效是帮助学习者形成计算思维，培养推演能力。体现在学生行为上则是能通过各种方法，得到准确的进制转换结果。基于目的来确定学生需要达成的行为目标，结合SAM模型中的核心方法CCAF，目标转换为挑战（Challenge）——每一个学习者都能够用自己可理解的方式，完成二进制与八/十六进制具体数值的转换，并得出正确的结果。这里的限定条件“可理解的方式”具体为学习者计算思维的培养，需要教师在课堂上引导数制转换的分析过程，学生在这个过程中参与度持续保持，则理解程度较高。
如何提高学习者参与度，在教学设计阶段体现在教学顺序的编排里，学习者的注意力曲线规律也是编排依据之一。根据笔者的实践经验观察，学习者通常在一堂课的前三分之一和后三分之一，注意力可自行保持较高水平，但是教师输出较多的时间段，即课堂时间的中段注意力水平较低。这就要求教师在教学中段格外注意热点问题导入时间，并借助一定的刺激手段帮助学习者保持较高的学习注意力。因此在教学顺序的编排上，也要根据实际情况和知识点之间的逻辑关系做出衡量。
在该课堂“二进制与八进制数值转换”知识点的讲解中，知识顺序编排逻辑如下：通过八进制数码与二进制数值之间的一一对应关系，总结二进制三位一组数值可以表示八进制对应数码的规律。接着通过实例理解这一规律，并揭示其进制转换的本质（421法则），最后给出简单好记的进制转换方法。依据知识顺序的逻辑性组织教学顺序，将知识点目标分解如下：
（1）学习者能从0开始数出由低到高的八位二進制数值和八进制数值;
（2）学习者能够描述出三位二进制数组合与八进制数码的对应关系;
（3）学习者能够根据对应关系，将某个具体的多位二进制数和八进制数进行转换;
（4）学习者能够通过转换结果，发现二进制与八进制数值转换的本质;
（5）学习者能通过简单的方法迅速说出进制转换的结果。
以上五点将进制转换中一个知识点学习目标分解成五个小目标，每个目标对应学习过程的一个小阶段，以便保证学习者在每个阶段的注意力维持。接下来根据教学目标和教学顺序预期课堂教学效果，将预期结果作为引领教学活动开展的指导方向，具体见图2。
3.迭代开发阶段——教学活动具体化
针对设计阶段的样图，规划可实践的教学活动，进入教学设计的开发阶段。这一阶段，主要对应SAM模型中的核心方法CCAF中的学习情境（Context）和学习活动（Activity）设计。在学习者可以投入的情境中设计学习活动，来帮助学习者成功应对设计阶段提出的绩效挑战。设计内容越详细具体，越能收获真实的评估反馈。
我们继续以理论课堂“二进制与八数值进制转换”知识点为例，以设计阶段的样图为依据进行开发。学习情境的设置和学习活动开展的终极目标是让学习者能够获得好记忆（Memorable）、可激励（Motivational）且有意义（Meaningful）的绩效能力提升。而在学习活动中，持续激发学习动机、挖掘学习兴趣是学习过程可激励的重要举措，因此在开发阶段需要尤为注重学习者的学习体验。
在学习情境的设计方面，用拟人化的方式形容二进制与八进制，让进制鲜活起来，使学习者更容易接受。这里将八进制的基本数码比喻为一个家庭的八个兄弟姐妹，按照顺序报数依次为“0，1，2，3，4，5，6，7”;如果这个家庭的八个兄弟姐妹跑到另外一个国家（二进制），同样是报数，就要采用二进制的方式来报数，那么依次为“0，1，10，11，100，101，110，111”。这里由教学者帮助学习者代入情境中，通过提问的方式让学习者融入情境。通过情境设计，将学习者的注意力保持在一个高水平状态。
而在学习活动的设计方面，通过提问交流的方式保证学习者的参与度，维持注意力水平。学习者在学习情境中发现二进制与八进制数码的对应关系后，总结该现象——二进制的数值从最小的一位数“0”到最大的三位数“111”可以表示八进制中的单位数码。教学者以提问的方式再次引导——“0”和“000”是否等值？“1”和“001”是否等值？在获得学习者的肯定回答后再次总结，二进制报数情况可以更改为“000，001，010，011，100，101，110，111”。引导学生发现规律——二进制数三位一组的所有组合，可以对应八进制的每一个数码。
（1）实例应用，让学习者根据一一对应关系得出二进制与八进制数码转换的结果，通过可视的结果获得心理上的满足，注意力可继续保持。同时增加难度，给出挑战，闯关多位八进制数与二进制数的转换。通过挑战激发学习者进一步深入学习的兴趣。同时也达到了对知识点由易到难、逐步分析的目的。
（2）深入探究本质，对之前发现的一一对应关系进行深入挖掘，二进制和八进制数值转换的本质过程为二进制数的位权展开。三位二进制数从高位到低位，每一位上的权值分别为22，21，20，即4，2，1三个值。任意一个三位二进制数，位权展开的每一位无非是二进制数值0或1与权值4，2，1的乘积，结果为权值数本身或者0。因此只要用4，2，1去进行每一位八进制数的分解即可得到转换的二进制数。至此，提出“421法则”。
（3）总结进制转换方法，在学习者理解清楚本质后给出浅显易记的转换方法。以左手或者右手的三个手指作为二进制数码，伸出为1，弯曲为0，可以表示三位一组的二进制数。按照高低位排列位权值4，2，1。手掌处为八进制数码，从手指到手掌，将伸出的手指位权值相加即可得八进制数码。同理，从手掌到手指，做八进制数码的分解即可，具体见图3。
（4）实例测试，给出任意的二进制数和八进制数，要求学习者用手掌和手指的关系快速得到转换结果。通过实例，将进制转换过程可视化，转换结果准确得出，学习者既可获得乐趣又可得到绩效提升。
上述开发过程，始终将CCAF方法的教学效果衡量标准3M作为初始评估方向。在情境设计时确保学习者能进入状态。整个活动开发过程中，提问、实例、本质分析和最后的简易转换方法的提出，都始终考虑学习者学习兴趣的持续，逐步激励学习者坚持参与和互动。在活动过程中借助实例应用和简易方法的实践，让学习者切实看到达成目标并得到能力提升的明显成就。将评估和开发同时进行，评估指标简化，缩短开发时间，并借助评估完成开发的迭代。同时，开发的过程需要设计阶段的样图指导，如果開发过程遇到障碍也可以及时回到设计阶段去寻找问题的根源，进而完成设计阶段的迭代，具体见图4。
总结以上教学活动设计过程，能够体现关联、应变和赋能三点。关联——学习者有一定的先行知识和经验，与新知识学习建立关联，知识建构得到稳固。赋能——用及时的实例分析引导学习者应用知识点，在问题分析的过程中获得计算思维能力的养成。应变——总结知识点并提取简易的习得方法，将知识学习内化并迁移为一种应变能力，即学以致用的体现。
下一步进行具体的教学实施，实施过程中同样以学习者需求为中心，通过一堂课、一个知识点、一个项目任务中学习者参与度、学习体验等评估反馈来调整迭代后续内容的开发，进而逐步完成整门课程的迭代。
四、总结
客观来讲，在学习者需求变动不大的情况下，可采用完整的ADDIE设计框架开发相对完善、理论相对固定，可在一个教学周期结束后完全复制到下一个教学周期，或者在一个教学周期结束后进一步完善并传承到下一个教学周期。但是，随着互联网、人工智能等技术的发展，曾经的数字移民学习者时代正在快速地替换为数字土著学习者时代。[5]同时，区块链、大数据等技术的应用也使得数字土著学习者的需求不断变化。大形势的变化也给学校教育者带来挑战——必须适应当前快速更新的时代带来的学习者需求的不断变化，必须短时高效地完成教学设计、开发并开展教学实施，以解决问题为导向提高学习者的绩效能力。而将大课程分解成若干知识点，转化为小型项目去做微课程开发，是应用类课程开发的可选方案。[6]
笔者在设计过程中重点对照SAM模型的核心方法CCAF，将挑战、情境、活动、反馈体现在一个完整的知识点学习过程中，并在这个过程中借助好记忆（Memorable）、可激励（Motivational）、有意义（Meaningful）即3M来进行教学效果的衡量。从准备阶段到迭代设计阶段再到迭代开发阶段，每个阶段之间都可以向后指导、向前反馈，达成周期较短的迭代。同时，在每个阶段的过程中，也因为学习者需求、参与度、学习体验等衡量因素的影响，会进行小环节的迭代。将一个知识点学习作为一个单独的教学项目，迭代经验又可引带其他教学项目的迭代设计，进而逐步完成完整的教学课程迭代设计。
以笔者所做的设计来看，目前还存在一个需要解决的问题——教学效果衡量标准的量化。仅凭教学者对学习者的行为观察去做主观衡量，结果显然是不够准确的。如何将3M具象为客观可测的指标，提高评估结果的准确性，是值得思考并进一步改善的问题。
参考文献：
[1]焦建利.高校学习空间再设计：4个案例（二）[J].中国信息技术教育，2019（Z3）：12.
[2]ADDIE vs. SAM - Which Learning Methodology is Better？ [DB/OL]. https：//www.findcourses.com/prof-dev/l-d-articles/addie-vs-sam-which-is-better-11516.
[3]SAM Model （Successive Approximation Model） in eLearning[DB/OL].https：//elmlearning.com/knowledge_center/.
[4]陈雷.“人工智能+教师教育”生态系统的初步探究[J].现代教育技术，2019，29（9）：13-18.
[5]张琪娜，吕狂飚.困境与突围：教师作为数字移民的时代挑战[J].中国教育学刊，2019（9）：86-91.
[6]谷传华，韩梅，薛雨康，等.数字创造力：数字技术对创造力的影响[J].中国远程教育，2017（9）：55-61.
（编辑：李晓萍）
