分布式認知在信息科技教學中的應用策略研究

王蕾 江蘇省南京市鼓樓區教師發展中心

教學現場

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的頒布，有關認知過程的應用策略成為一線教師關注的重點。在“雙減”背景下，信息科技學科如何落實核心素養，關注并提升學習力？本文對此展開研究。

問題分析

在信息科技教學中，認知過程不僅涉及傳統的學科知識，還有屬于數字原住民的特殊內容。站在教學內容的高度，將認知內容與教學模式進行分類處理，擇其善者而用之，如利用分布式認知的模式，對部分教學內容進行設計，從而尋求教學效益的最大化。

● 關于分布式認知模式的界定

分布式認知（Distributed Cognition）是由美國加利福尼亞大學的赫欽斯（Edwin Hutchins)于20世紀80年代中后期提出來的。Hutchins認為認知的本性是分布式的，認知現象不僅包括個人頭腦中所發生的認知活動，還涉及人與人之間以及人與技術工具之間通過交互實現某一活動的過程。

作為認知科學的一個新分支，分布式認知借鑒了認知科學、人類學、社會學、社會心理學的方法，認為需要個體間所組成的功能系統的層次來解釋認知現象。那些在個體的分析單元中不可能看到的認知現象，在分布式認知研究中得到了強調。尤其重要的是，分布式認知強調個體、技術工具相互之間為了執行某個活動而發生的交互。

在具體的認知過程中，該模式認為，認知分布于個體內、個體間以及媒介、環境、文化、社會和時間等之中。它提出了一種考慮認知活動全貌的新觀點，注重環境、個體、表征媒體以及人工制品間的交互，認為分布式的要素必須相互依賴才能完成任務。

● 信息科技學科中分布式認知模式的應用方式

分布式認知提出了一種社會技術系統，包括參與者全體、人工制品和他們在其所處特定環境中的相互關系，在這個超越個體的分析視野中強調認知在時間、空間上和在個體、制品、內部及外部表征之間的分布性，并且要求在工作情境的層次上解釋人類活動中的智能過程是如何超越個體參與者之界限的。

分布式認知模式屬于有效的認知活動式課堂之一。在信息科技學科的教學過程中，可以提倡分布式認知，通過提供必要的學習資源，實施局部特征的認知活動。尤其適合教學內容相對復雜的認知知識、單位時間內知識點較多的課時、學習者自我學習具有一定難度的教學章節、通過完全認知活動式教學無法完成學習任務的教學內容等。

結合信息科技學科的認知特點，學生面對的學習工具相較其他學科有顯著的特征：工具化的支持提供了分布式認知的硬件基礎；信息化的平臺提供了分布式的軟件支撐；多元性的跨學科主題提供了多維度的認知來源；多向性的評價手段提供了包括師生互動、家校互動、生生互動、生機互動等豐富的交流形式。因此，在信息科技學科中，可以采用分布式認知模式組織教學，建構適宜的課堂生態。

● 運用分布式認知模式進行教學設計的方式

在常見的信息科技內容學習中，課時不足是普遍的學情。因此需要考慮個人認知的需求。在課標已經頒布，各地教材尚未出版的前提下，課堂教學易產生目標和行為剝離的狀況。因此，與完整認知內容相比，分步式認知內容學習的過程，關注個人的實際需求。依據個別情況，進行分步確定認知內容、制訂認知內容方案、實施方案和作品展示等步驟。在教學過程中，可以細化為創設新的分析單元、關注交互作用及表征、理清人工制品的創作脈絡等行為，教師再依據具體的內容實施教學。

1.創設新的分析單元

分析單元原是指研究者試圖理解和描述行為的實體和對象的單位，在信息科技學科中可以作為認知活動學習模式的實施載體，運用問題觸發學生的認知活動。新的分析單元的設置對認知活動的導向是依據個體需求確定的，分析單元的選擇對學科認知活動的推進有著深遠的影響。要想有效保障認知活動，可選用問題串來啟動認知活動單元，讓認知活動過程細化為一個個分布式認知的過程，從而最終達到深度認知活動的目的。

（1）原設計

“解密微波爐”是《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）第三學段（5～6年級）“過程與控制”部分的內容，知識點主要包括認識磁控管、轉盤電機、繼電器及其他傳感器和運用“如果”語句。教師設計了“食物的旅行”的情境，讓學生扮演食物，在微波爐上探秘，遇到多種加工過程，體驗信息化路線。教師隨后的問題是：你到了微波爐上能遇到什么情況？你會怎么做？學生先被穿越探秘這個主題吸引了，但隨后的兩個問題，學生無法回答，整體設計在起步階段，認知活動就不得不中斷。

（2）問題核心

“食物旅行探秘”這個主題是深受學生喜愛的，學生先期的心理預期是活躍的、期待的。但是造成認知活動中斷的原因是問題的設置過于開放，超出學生的生活經驗，以致于學生無法回答，不知道該如何回答，也不知道向哪個方向思考。

（3）改進型設計

師：（播放食物旅行者的微視頻）大家猜猜，微波爐是干什么的？

學生找到食物旅行者的答案。

師：今天我們來做個微波爐，我們一起來探秘吧！

學生介入到問題情境中。

師：如果我們從磁力管出來，來到了月球，可能會遇到哪些危險的情況呢？應該如何解決呢？

生1：遇到碎石→迅速地讓開。

生2：遇到微波爐漏氣→打開備用衣→回到磁力管。

生3：遇到不明的生活襲擊→做好防備設置。

……

討論可能出現的情況，自然引出“遇到”各種狀況的主題，繼續認知活動解決問題的方式，因而引發下一輪問題認知活動的進行。

教學評析：在改進型的設計中，教師將問題的推進細化為每一個具體的、微觀的、可表述的問題串，通過其內在的因果聯系，讓問題最終串起來，形成問題鏈，再通過問題鏈承載認知活動過程，達到學生通過一個個具體的分布式認知推進學習過程的目的。這樣的學習過程，既輕松又充滿樂趣，讓學生可以通過高質量的參與度，引發認知活動思維。

2.關注交互作用及表征

對任務情境和情境脈絡的關注，是分布式認知的另一特點。強調對特定的情境和境脈中的信息、表征和表征狀態轉換進行記錄和解釋，也是分布式認知方法的明顯特點。在例行的認知活動型的教學模式中，教師常常通過問題的設置引發學生的認知活動。但是由于課標部分內容的難度跨度較大，原有基礎薄弱的學生容易引發偽認知的尷尬情況。

（1）原設計

“低碳家居”是信息科技課標第三學段（5～6年級）“過程與控制”部分的內容，該課一般為2課時，教學目標為學生利用實驗箱搭建低碳家居系統，實現控制模擬家居安防。在具體教學中，要求能結合智能平臺編寫程序，控制各類傳感器的正常運轉。傳統的教學過程一般如下：硬件搭建認知活動——“低碳家居”系統的主體結構→整體協調——組建“低碳家居”系統的其他附件→軟件控制——編寫控制傳感器的程序→整理調制——實驗腳本等。

在以上的過程中，認知目標較為清晰，結構看似完備，但在實際的授課過程中，學生達成率不理想：有的學生對腳本編寫較為熟悉，卻無法順利完成“低碳家居”系統的搭建；有的學生能夠搭建機械結構，但是程序編寫部分耗時較長，難以在2課時內達成教學目標。

（2）思考焦點

以上的認知路徑按照教材的結構組織教學，但缺乏對學生個體情況的關注。學生的新型認知活動起點不同、已有的經驗背景不同，學習路徑大相徑庭。缺乏個性關懷的學習過程，容易引發學生的認知活動質疑，降低達成率，導致認知活動單未能發揮應有的效能。

（3）改進型設計

在基于分布式認知的教學中，應根據具體的學情確定關注交互作用的具體表征目標，制訂符合學生已有水平的設計，并作出合理的評價。教學建議如下。

認知目標：低碳家居小能手。

活動時長：40分鐘。

主要活動：

思考——教師提供古代城堡的守衛和現代智能防衛方式，引發思考。

研究——低碳家居的主要建構目標（包括硬件、軟件）。

分析——個人闡述自我的學習目標和活動要求。

組建——依據自我需求，合理組建適宜的信息認知活動項目小組。

確定活動流程：

交互方向1：構建具有防盜功能的硬件結構。

交互方向2：搭建智能防盜體統的軟件組成。

交互方向3：研究現有模型中的硬軟件特點。

交互方向4：優化組織結構單位及平臺效能。

評價表征結果：

表征傳播效能→我的分享。

表征狀態追測→我的迭代。

內部表征達成→我的表達。

教學評析：諸如此類認知過程較為復雜的程序內容，在信息科技教學中有一定難度，常見于程序編寫模塊和數據處理分析模塊。它們常常以跨學科主題的形式出現，要求學生在較為全面地掌握先期知識的基礎上進行認知活動。為了保障認知活動的有效進行，需要將教學設計的內容進行必要的分布式認知表征，根據學情設置多種符合生活經驗的情境，讓學生能夠引發認知活動的過程。

3.人工制品的創作脈絡

“人工制品”原是指人工的制品,它所針對的是“天然的”“非人工”物品，即自然物。在信息科技學科教學中，人工制品特指具有個人特色的作品。分布式認知對人工制品給予了高度重視，如在支持人的智能方面的作用，人工制品不僅擴展了原認知的能力，而且對任務進行了轉換，使之更明顯且易于解決。在信息科技學科教學中，可以通過人工制品呈現來達到分布式認知的目的。

（1）原設計

“走進健康碼”是信息科技課標第二學段（3～4年級）“數據與編碼”部分的內容，常規的教學思路如下：展示帶有健康碼的產品→對比沒有編碼的產品→介紹軟件操作方法→提供素材→教師介紹編碼的原理→學生認知活動——練習插入編碼→小組展示作品→評價作品。在教學過程中，學生獨立完成作品，但認知活動千篇一律，缺少創新點。

（2）思考焦點

出現以上情況的原因，是本課的認識目標不夠清晰，學生在短時間內無法從工作原理和應用方式兩個角度理解健康碼的內容，因此無法順利地完成既定的學習目標。通過設定復合型認知活動，厘清不同學生所適宜的信息認知活動項目形式，因人而異地選擇合理的信息處理途徑。

（3）改進型設計

在基于分布式認知的教學中，對于此類主題，關注信息認知活動項目的類別，再依據學習傾向，選擇合適的認知活動單設計，為學生創設符合個性化要求的新型認知活動路徑。具體建議如下。

人工制品主題：健康碼為什么很健康？

主要活動：

人工制品過程1：二維碼的秘密。

教師播放智能自動測溫儀的視頻素材，向學生出示健康碼的工作流程。

人工制品過程2：驗出你的身份。

教師引導：實現自動測溫儀的工作過程，學生模擬以上過程。

師生互動：同學們嘗試了哪一種檢測方式？你是如何實現自動識別編碼的？（預設：有些學生更改了相關選項的設置，關注健康碼的識別作用）

人工制品過程3：讀出你的故事。

提示探究方法：介紹健康碼的結構，提出健康碼通過無線射頻識別，通過通信技術實現數據的傳遞。

自主探究：根據學件進行探究，必要時進行小組互動。

人工制品過程4：選出你的路徑。

教師談話：（出示問題作品）這些產品雖然具有編碼，但不是健康碼，你可以說出原因嗎？怎樣才能改造成智能健康碼呢？

奇思妙想①：健康碼的顏值能否提升？

奇思妙想②：健康碼的功能能否擴展？

奇思妙想③：健康碼的地域能否共享？

……

教學評析：在本課的教學中，人工制品是有一定的前瞻性的，通過富有開放性的設計，讓學生在整體模塊上了解編碼的結構和工作方式。通過分布式認知任務的分解，讓學生找到思維活動的依據。通過一定的支持，給學生充分的創作機會。這樣的分布式認知屬于變式類的認知活動，通過適宜的改變，有效地進行合理的認知活動。

● 分布式認知模式的理性思考

分布式認知模式在信息科技學科教學中有著一定的應用，《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中涉及的多數內容可以采用分布式認知模式組織教學過程。在具體的應用過程中，有一定的使用要求：

首先，分布式認知范圍的大小控制合理。根據認知活動的內容進行合理的篩選，根據學情進行有針對性的設置；可以是對學生知識轉化的提醒和啟發，使學生在比較、對照中，集體討論、推理和決策，獲得新的知識。

其次，分布式認知的內容需要精心設計。教學需要根據具體學情，及時地反饋和向導，給學生提供多元化的觀點，為學生創設共享經驗的機會，培養學生的獨立思維，幫助學生更好地實現思維層次的逐步提升。

最后，分布式認知的目的性需要指向明確。分布式認知模式的形態非常豐富，外延可借鑒多種形式進行。在“雙減”背景下，教師應根據具體情況，及時調整教學模式。