分布式认知在信息科技教学中的应用策略研究

王蕾 江苏省南京市鼓楼区教师发展中心

教学现场

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的颁布，有关认知过程的应用策略成为一线教师关注的重点。在“双减”背景下，信息科技学科如何落实核心素养，关注并提升学习力？本文对此展开研究。

问题分析

在信息科技教学中，认知过程不仅涉及传统的学科知识，还有属于数字原住民的特殊内容。站在教学内容的高度，将认知内容与教学模式进行分类处理，择其善者而用之，如利用分布式认知的模式，对部分教学内容进行设计，从而寻求教学效益的最大化。

● 关于分布式认知模式的界定

分布式认知（Distributed Cognition）是由美国加利福尼亚大学的赫钦斯（Edwin Hutchins)于20世纪80年代中后期提出来的。Hutchins认为认知的本性是分布式的，认知现象不仅包括个人头脑中所发生的认知活动，还涉及人与人之间以及人与技术工具之间通过交互实现某一活动的过程。

作为认知科学的一个新分支，分布式认知借鉴了认知科学、人类学、社会学、社会心理学的方法，认为需要个体间所组成的功能系统的层次来解释认知现象。那些在个体的分析单元中不可能看到的认知现象，在分布式认知研究中得到了强调。尤其重要的是，分布式认知强调个体、技术工具相互之间为了执行某个活动而发生的交互。

在具体的认知过程中，该模式认为，认知分布于个体内、个体间以及媒介、环境、文化、社会和时间等之中。它提出了一种考虑认知活动全貌的新观点，注重环境、个体、表征媒体以及人工制品间的交互，认为分布式的要素必须相互依赖才能完成任务。

● 信息科技学科中分布式认知模式的应用方式

分布式认知提出了一种社会技术系统，包括参与者全体、人工制品和他们在其所处特定环境中的相互关系，在这个超越个体的分析视野中强调认知在时间、空间上和在个体、制品、内部及外部表征之间的分布性，并且要求在工作情境的层次上解释人类活动中的智能过程是如何超越个体参与者之界限的。

分布式认知模式属于有效的认知活动式课堂之一。在信息科技学科的教学过程中，可以提倡分布式认知，通过提供必要的学习资源，实施局部特征的认知活动。尤其适合教学内容相对复杂的认知知识、单位时间内知识点较多的课时、学习者自我学习具有一定难度的教学章节、通过完全认知活动式教学无法完成学习任务的教学内容等。

结合信息科技学科的认知特点，学生面对的学习工具相较其他学科有显著的特征：工具化的支持提供了分布式认知的硬件基础；信息化的平台提供了分布式的软件支撑；多元性的跨学科主题提供了多维度的认知来源；多向性的评价手段提供了包括师生互动、家校互动、生生互动、生机互动等丰富的交流形式。因此，在信息科技学科中，可以采用分布式认知模式组织教学，建构适宜的课堂生态。

● 运用分布式认知模式进行教学设计的方式

在常见的信息科技内容学习中，课时不足是普遍的学情。因此需要考虑个人认知的需求。在课标已经颁布，各地教材尚未出版的前提下，课堂教学易产生目标和行为剥离的状况。因此，与完整认知内容相比，分步式认知内容学习的过程，关注个人的实际需求。依据个别情况，进行分步确定认知内容、制订认知内容方案、实施方案和作品展示等步骤。在教学过程中，可以细化为创设新的分析单元、关注交互作用及表征、理清人工制品的创作脉络等行为，教师再依据具体的内容实施教学。

1.创设新的分析单元

分析单元原是指研究者试图理解和描述行为的实体和对象的单位，在信息科技学科中可以作为认知活动学习模式的实施载体，运用问题触发学生的认知活动。新的分析单元的设置对认知活动的导向是依据个体需求确定的，分析单元的选择对学科认知活动的推进有着深远的影响。要想有效保障认知活动，可选用问题串来启动认知活动单元，让认知活动过程细化为一个个分布式认知的过程，从而最终达到深度认知活动的目的。

（1）原设计

“解密微波炉”是《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）第三学段（5～6年级）“过程与控制”部分的内容，知识点主要包括认识磁控管、转盘电机、继电器及其他传感器和运用“如果”语句。教师设计了“食物的旅行”的情境，让学生扮演食物，在微波炉上探秘，遇到多种加工过程，体验信息化路线。教师随后的问题是：你到了微波炉上能遇到什么情况？你会怎么做？学生先被穿越探秘这个主题吸引了，但随后的两个问题，学生无法回答，整体设计在起步阶段，认知活动就不得不中断。

（2）问题核心

“食物旅行探秘”这个主题是深受学生喜爱的，学生先期的心理预期是活跃的、期待的。但是造成认知活动中断的原因是问题的设置过于开放，超出学生的生活经验，以致于学生无法回答，不知道该如何回答，也不知道向哪个方向思考。

（3）改进型设计

师：（播放食物旅行者的微视频）大家猜猜，微波炉是干什么的？

学生找到食物旅行者的答案。

师：今天我们来做个微波炉，我们一起来探秘吧！

学生介入到问题情境中。

师：如果我们从磁力管出来，来到了月球，可能会遇到哪些危险的情况呢？应该如何解决呢？

生1：遇到碎石→迅速地让开。

生2：遇到微波炉漏气→打开备用衣→回到磁力管。

生3：遇到不明的生活袭击→做好防备设置。

……

讨论可能出现的情况，自然引出“遇到”各种状况的主题，继续认知活动解决问题的方式，因而引发下一轮问题认知活动的进行。

教学评析：在改进型的设计中，教师将问题的推进细化为每一个具体的、微观的、可表述的问题串，通过其内在的因果联系，让问题最终串起来，形成问题链，再通过问题链承载认知活动过程，达到学生通过一个个具体的分布式认知推进学习过程的目的。这样的学习过程，既轻松又充满乐趣，让学生可以通过高质量的参与度，引发认知活动思维。

2.关注交互作用及表征

对任务情境和情境脉络的关注，是分布式认知的另一特点。强调对特定的情境和境脉中的信息、表征和表征状态转换进行记录和解释，也是分布式认知方法的明显特点。在例行的认知活动型的教学模式中，教师常常通过问题的设置引发学生的认知活动。但是由于课标部分内容的难度跨度较大，原有基础薄弱的学生容易引发伪认知的尴尬情况。

（1）原设计

“低碳家居”是信息科技课标第三学段（5～6年级）“过程与控制”部分的内容，该课一般为2课时，教学目标为学生利用实验箱搭建低碳家居系统，实现控制模拟家居安防。在具体教学中，要求能结合智能平台编写程序，控制各类传感器的正常运转。传统的教学过程一般如下：硬件搭建认知活动——“低碳家居”系统的主体结构→整体协调——组建“低碳家居”系统的其他附件→软件控制——编写控制传感器的程序→整理调制——实验脚本等。

在以上的过程中，认知目标较为清晰，结构看似完备，但在实际的授课过程中，学生达成率不理想：有的学生对脚本编写较为熟悉，却无法顺利完成“低碳家居”系统的搭建；有的学生能够搭建机械结构，但是程序编写部分耗时较长，难以在2课时内达成教学目标。

（2）思考焦点

以上的认知路径按照教材的结构组织教学，但缺乏对学生个体情况的关注。学生的新型认知活动起点不同、已有的经验背景不同，学习路径大相径庭。缺乏个性关怀的学习过程，容易引发学生的认知活动质疑，降低达成率，导致认知活动单未能发挥应有的效能。

（3）改进型设计

在基于分布式认知的教学中，应根据具体的学情确定关注交互作用的具体表征目标，制订符合学生已有水平的设计，并作出合理的评价。教学建议如下。

认知目标：低碳家居小能手。

活动时长：40分钟。

主要活动：

思考——教师提供古代城堡的守卫和现代智能防卫方式，引发思考。

研究——低碳家居的主要建构目标（包括硬件、软件）。

分析——个人阐述自我的学习目标和活动要求。

组建——依据自我需求，合理组建适宜的信息认知活动项目小组。

确定活动流程：

交互方向1：构建具有防盗功能的硬件结构。

交互方向2：搭建智能防盗体统的软件组成。

交互方向3：研究现有模型中的硬软件特点。

交互方向4：优化组织结构单位及平台效能。

评价表征结果：

表征传播效能→我的分享。

表征状态追测→我的迭代。

内部表征达成→我的表达。

教学评析：诸如此类认知过程较为复杂的程序内容，在信息科技教学中有一定难度，常见于程序编写模块和数据处理分析模块。它们常常以跨学科主题的形式出现，要求学生在较为全面地掌握先期知识的基础上进行认知活动。为了保障认知活动的有效进行，需要将教学设计的内容进行必要的分布式认知表征，根据学情设置多种符合生活经验的情境，让学生能够引发认知活动的过程。

3.人工制品的创作脉络

“人工制品”原是指人工的制品,它所针对的是“天然的”“非人工”物品，即自然物。在信息科技学科教学中，人工制品特指具有个人特色的作品。分布式认知对人工制品给予了高度重视，如在支持人的智能方面的作用，人工制品不仅扩展了原认知的能力，而且对任务进行了转换，使之更明显且易于解决。在信息科技学科教学中，可以通过人工制品呈现来达到分布式认知的目的。

（1）原设计

“走进健康码”是信息科技课标第二学段（3～4年级）“数据与编码”部分的内容，常规的教学思路如下：展示带有健康码的产品→对比没有编码的产品→介绍软件操作方法→提供素材→教师介绍编码的原理→学生认知活动——练习插入编码→小组展示作品→评价作品。在教学过程中，学生独立完成作品，但认知活动千篇一律，缺少创新点。

（2）思考焦点

出现以上情况的原因，是本课的认识目标不够清晰，学生在短时间内无法从工作原理和应用方式两个角度理解健康码的内容，因此无法顺利地完成既定的学习目标。通过设定复合型认知活动，厘清不同学生所适宜的信息认知活动项目形式，因人而异地选择合理的信息处理途径。

（3）改进型设计

在基于分布式认知的教学中，对于此类主题，关注信息认知活动项目的类别，再依据学习倾向，选择合适的认知活动单设计，为学生创设符合个性化要求的新型认知活动路径。具体建议如下。

人工制品主题：健康码为什么很健康？

主要活动：

人工制品过程1：二维码的秘密。

教师播放智能自动测温仪的视频素材，向学生出示健康码的工作流程。

人工制品过程2：验出你的身份。

教师引导：实现自动测温仪的工作过程，学生模拟以上过程。

师生互动：同学们尝试了哪一种检测方式？你是如何实现自动识别编码的？（预设：有些学生更改了相关选项的设置，关注健康码的识别作用）

人工制品过程3：读出你的故事。

提示探究方法：介绍健康码的结构，提出健康码通过无线射频识别，通过通信技术实现数据的传递。

自主探究：根据学件进行探究，必要时进行小组互动。

人工制品过程4：选出你的路径。

教师谈话：（出示问题作品）这些产品虽然具有编码，但不是健康码，你可以说出原因吗？怎样才能改造成智能健康码呢？

奇思妙想①：健康码的颜值能否提升？

奇思妙想②：健康码的功能能否扩展？

奇思妙想③：健康码的地域能否共享？

……

教学评析：在本课的教学中，人工制品是有一定的前瞻性的，通过富有开放性的设计，让学生在整体模块上了解编码的结构和工作方式。通过分布式认知任务的分解，让学生找到思维活动的依据。通过一定的支持，给学生充分的创作机会。这样的分布式认知属于变式类的认知活动，通过适宜的改变，有效地进行合理的认知活动。

● 分布式认知模式的理性思考

分布式认知模式在信息科技学科教学中有着一定的应用，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中涉及的多数内容可以采用分布式认知模式组织教学过程。在具体的应用过程中，有一定的使用要求：

首先，分布式认知范围的大小控制合理。根据认知活动的内容进行合理的筛选，根据学情进行有针对性的设置；可以是对学生知识转化的提醒和启发，使学生在比较、对照中，集体讨论、推理和决策，获得新的知识。

其次，分布式认知的内容需要精心设计。教学需要根据具体学情，及时地反馈和向导，给学生提供多元化的观点，为学生创设共享经验的机会，培养学生的独立思维，帮助学生更好地实现思维层次的逐步提升。

最后，分布式认知的目的性需要指向明确。分布式认知模式的形态非常丰富，外延可借鉴多种形式进行。在“双减”背景下，教师应根据具体情况，及时调整教学模式。