分布式認(rèn)知在信息科技教學(xué)中的應(yīng)用策略研究

王蕾 江蘇省南京市鼓樓區(qū)教師發(fā)展中心

教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，有關(guān)認(rèn)知過(guò)程的應(yīng)用策略成為一線教師關(guān)注的重點(diǎn)。在“雙減”背景下，信息科技學(xué)科如何落實(shí)核心素養(yǎng)，關(guān)注并提升學(xué)習(xí)力？本文對(duì)此展開(kāi)研究。

問(wèn)題分析

在信息科技教學(xué)中，認(rèn)知過(guò)程不僅涉及傳統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)，還有屬于數(shù)字原住民的特殊內(nèi)容。站在教學(xué)內(nèi)容的高度，將認(rèn)知內(nèi)容與教學(xué)模式進(jìn)行分類處理，擇其善者而用之，如利用分布式認(rèn)知的模式，對(duì)部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而尋求教學(xué)效益的最大化。

● 關(guān)于分布式認(rèn)知模式的界定

分布式認(rèn)知（Distributed Cognition）是由美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的赫欽斯（Edwin Hutchins)于20世紀(jì)80年代中后期提出來(lái)的。Hutchins認(rèn)為認(rèn)知的本性是分布式的，認(rèn)知現(xiàn)象不僅包括個(gè)人頭腦中所發(fā)生的認(rèn)知活動(dòng)，還涉及人與人之間以及人與技術(shù)工具之間通過(guò)交互實(shí)現(xiàn)某一活動(dòng)的過(guò)程。

作為認(rèn)知科學(xué)的一個(gè)新分支，分布式認(rèn)知借鑒了認(rèn)知科學(xué)、人類學(xué)、社會(huì)學(xué)、社會(huì)心理學(xué)的方法，認(rèn)為需要個(gè)體間所組成的功能系統(tǒng)的層次來(lái)解釋認(rèn)知現(xiàn)象。那些在個(gè)體的分析單元中不可能看到的認(rèn)知現(xiàn)象，在分布式認(rèn)知研究中得到了強(qiáng)調(diào)。尤其重要的是，分布式認(rèn)知強(qiáng)調(diào)個(gè)體、技術(shù)工具相互之間為了執(zhí)行某個(gè)活動(dòng)而發(fā)生的交互。

在具體的認(rèn)知過(guò)程中，該模式認(rèn)為，認(rèn)知分布于個(gè)體內(nèi)、個(gè)體間以及媒介、環(huán)境、文化、社會(huì)和時(shí)間等之中。它提出了一種考慮認(rèn)知活動(dòng)全貌的新觀點(diǎn)，注重環(huán)境、個(gè)體、表征媒體以及人工制品間的交互，認(rèn)為分布式的要素必須相互依賴才能完成任務(wù)。

● 信息科技學(xué)科中分布式認(rèn)知模式的應(yīng)用方式

分布式認(rèn)知提出了一種社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)，包括參與者全體、人工制品和他們?cè)谄渌幪囟ōh(huán)境中的相互關(guān)系，在這個(gè)超越個(gè)體的分析視野中強(qiáng)調(diào)認(rèn)知在時(shí)間、空間上和在個(gè)體、制品、內(nèi)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(dòng)中的智能過(guò)程是如何超越個(gè)體參與者之界限的。

分布式認(rèn)知模式屬于有效的認(rèn)知活動(dòng)式課堂之一。在信息科技學(xué)科的教學(xué)過(guò)程中，可以提倡分布式認(rèn)知，通過(guò)提供必要的學(xué)習(xí)資源，實(shí)施局部特征的認(rèn)知活動(dòng)。尤其適合教學(xué)內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜的認(rèn)知知識(shí)、單位時(shí)間內(nèi)知識(shí)點(diǎn)較多的課時(shí)、學(xué)習(xí)者自我學(xué)習(xí)具有一定難度的教學(xué)章節(jié)、通過(guò)完全認(rèn)知活動(dòng)式教學(xué)無(wú)法完成學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容等。

結(jié)合信息科技學(xué)科的認(rèn)知特點(diǎn)，學(xué)生面對(duì)的學(xué)習(xí)工具相較其他學(xué)科有顯著的特征：工具化的支持提供了分布式認(rèn)知的硬件基礎(chǔ)；信息化的平臺(tái)提供了分布式的軟件支撐；多元性的跨學(xué)科主題提供了多維度的認(rèn)知來(lái)源；多向性的評(píng)價(jià)手段提供了包括師生互動(dòng)、家校互動(dòng)、生生互動(dòng)、生機(jī)互動(dòng)等豐富的交流形式。因此，在信息科技學(xué)科中，可以采用分布式認(rèn)知模式組織教學(xué)，建構(gòu)適宜的課堂生態(tài)。

● 運(yùn)用分布式認(rèn)知模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的方式

在常見(jiàn)的信息科技內(nèi)容學(xué)習(xí)中，課時(shí)不足是普遍的學(xué)情。因此需要考慮個(gè)人認(rèn)知的需求。在課標(biāo)已經(jīng)頒布，各地教材尚未出版的前提下，課堂教學(xué)易產(chǎn)生目標(biāo)和行為剝離的狀況。因此，與完整認(rèn)知內(nèi)容相比，分步式認(rèn)知內(nèi)容學(xué)習(xí)的過(guò)程，關(guān)注個(gè)人的實(shí)際需求。依據(jù)個(gè)別情況，進(jìn)行分步確定認(rèn)知內(nèi)容、制訂認(rèn)知內(nèi)容方案、實(shí)施方案和作品展示等步驟。在教學(xué)過(guò)程中，可以細(xì)化為創(chuàng)設(shè)新的分析單元、關(guān)注交互作用及表征、理清人工制品的創(chuàng)作脈絡(luò)等行為，教師再依據(jù)具體的內(nèi)容實(shí)施教學(xué)。

1.創(chuàng)設(shè)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(shí)體和對(duì)象的單位，在信息科技學(xué)科中可以作為認(rèn)知活動(dòng)學(xué)習(xí)模式的實(shí)施載體，運(yùn)用問(wèn)題觸發(fā)學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)。新的分析單元的設(shè)置對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的導(dǎo)向是依據(jù)個(gè)體需求確定的，分析單元的選擇對(duì)學(xué)科認(rèn)知活動(dòng)的推進(jìn)有著深遠(yuǎn)的影響。要想有效保障認(rèn)知活動(dòng)，可選用問(wèn)題串來(lái)啟動(dòng)認(rèn)知活動(dòng)單元，讓認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程細(xì)化為一個(gè)個(gè)分布式認(rèn)知的過(guò)程，從而最終達(dá)到深度認(rèn)知活動(dòng)的目的。

（1）原設(shè)計(jì)

“解密微波爐”是《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）第三學(xué)段（5～6年級(jí)）“過(guò)程與控制”部分的內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)主要包括認(rèn)識(shí)磁控管、轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)、繼電器及其他傳感器和運(yùn)用“如果”語(yǔ)句。教師設(shè)計(jì)了“食物的旅行”的情境，讓學(xué)生扮演食物，在微波爐上探秘，遇到多種加工過(guò)程，體驗(yàn)信息化路線。教師隨后的問(wèn)題是：你到了微波爐上能遇到什么情況？你會(huì)怎么做？學(xué)生先被穿越探秘這個(gè)主題吸引了，但隨后的兩個(gè)問(wèn)題，學(xué)生無(wú)法回答，整體設(shè)計(jì)在起步階段，認(rèn)知活動(dòng)就不得不中斷。

（2）問(wèn)題核心

“食物旅行探秘”這個(gè)主題是深受學(xué)生喜愛(ài)的，學(xué)生先期的心理預(yù)期是活躍的、期待的。但是造成認(rèn)知活動(dòng)中斷的原因是問(wèn)題的設(shè)置過(guò)于開(kāi)放，超出學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，以致于學(xué)生無(wú)法回答，不知道該如何回答，也不知道向哪個(gè)方向思考。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

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(xué)生找到食物旅行者的答案。

師：今天我們來(lái)做個(gè)微波爐，我們一起來(lái)探秘吧！

學(xué)生介入到問(wèn)題情境中。

師：如果我們從磁力管出來(lái)，來(lái)到了月球，可能會(huì)遇到哪些危險(xiǎn)的情況呢？應(yīng)該如何解決呢？

生1：遇到碎石→迅速地讓開(kāi)。

生2：遇到微波爐漏氣→打開(kāi)備用衣→回到磁力管。

生3：遇到不明的生活襲擊→做好防備設(shè)置。

……

討論可能出現(xiàn)的情況，自然引出“遇到”各種狀況的主題，繼續(xù)認(rèn)知活動(dòng)解決問(wèn)題的方式，因而引發(fā)下一輪問(wèn)題認(rèn)知活動(dòng)的進(jìn)行。

教學(xué)評(píng)析：在改進(jìn)型的設(shè)計(jì)中，教師將問(wèn)題的推進(jìn)細(xì)化為每一個(gè)具體的、微觀的、可表述的問(wèn)題串，通過(guò)其內(nèi)在的因果聯(lián)系，讓問(wèn)題最終串起來(lái)，形成問(wèn)題鏈，再通過(guò)問(wèn)題鏈承載認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程，達(dá)到學(xué)生通過(guò)一個(gè)個(gè)具體的分布式認(rèn)知推進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程的目的。這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，既輕松又充滿樂(lè)趣，讓學(xué)生可以通過(guò)高質(zhì)量的參與度，引發(fā)認(rèn)知活動(dòng)思維。

2.關(guān)注交互作用及表征

對(duì)任務(wù)情境和情境脈絡(luò)的關(guān)注，是分布式認(rèn)知的另一特點(diǎn)。強(qiáng)調(diào)對(duì)特定的情境和境脈中的信息、表征和表征狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行記錄和解釋，也是分布式認(rèn)知方法的明顯特點(diǎn)。在例行的認(rèn)知活動(dòng)型的教學(xué)模式中，教師常常通過(guò)問(wèn)題的設(shè)置引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)。但是由于課標(biāo)部分內(nèi)容的難度跨度較大，原有基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生容易引發(fā)偽認(rèn)知的尷尬情況。

（1）原設(shè)計(jì)

“低碳家居”是信息科技課標(biāo)第三學(xué)段（5～6年級(jí)）“過(guò)程與控制”部分的內(nèi)容，該課一般為2課時(shí)，教學(xué)目標(biāo)為學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)箱搭建低碳家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制模擬家居安防。在具體教學(xué)中，要求能結(jié)合智能平臺(tái)編寫(xiě)程序，控制各類傳感器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程一般如下：硬件搭建認(rèn)知活動(dòng)——“低碳家居”系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)→整體協(xié)調(diào)——組建“低碳家居”系統(tǒng)的其他附件→軟件控制——編寫(xiě)控制傳感器的程序→整理調(diào)制——實(shí)驗(yàn)?zāi)_本等。

在以上的過(guò)程中，認(rèn)知目標(biāo)較為清晰，結(jié)構(gòu)看似完備，但在實(shí)際的授課過(guò)程中，學(xué)生達(dá)成率不理想：有的學(xué)生對(duì)腳本編寫(xiě)較為熟悉，卻無(wú)法順利完成“低碳家居”系統(tǒng)的搭建；有的學(xué)生能夠搭建機(jī)械結(jié)構(gòu)，但是程序編寫(xiě)部分耗時(shí)較長(zhǎng)，難以在2課時(shí)內(nèi)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（2）思考焦點(diǎn)

以上的認(rèn)知路徑按照教材的結(jié)構(gòu)組織教學(xué)，但缺乏對(duì)學(xué)生個(gè)體情況的關(guān)注。學(xué)生的新型認(rèn)知活動(dòng)起點(diǎn)不同、已有的經(jīng)驗(yàn)背景不同，學(xué)習(xí)路徑大相徑庭。缺乏個(gè)性關(guān)懷的學(xué)習(xí)過(guò)程，容易引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)質(zhì)疑，降低達(dá)成率，導(dǎo)致認(rèn)知活動(dòng)單未能發(fā)揮應(yīng)有的效能。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

在基于分布式認(rèn)知的教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)具體的學(xué)情確定關(guān)注交互作用的具體表征目標(biāo)，制訂符合學(xué)生已有水平的設(shè)計(jì)，并作出合理的評(píng)價(jià)。教學(xué)建議如下。

認(rèn)知目標(biāo)：低碳家居小能手。

活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)：40分鐘。

主要活動(dòng)：

思考——教師提供古代城堡的守衛(wèi)和現(xiàn)代智能防衛(wèi)方式，引發(fā)思考。

研究——低碳家居的主要建構(gòu)目標(biāo)（包括硬件、軟件）。

分析——個(gè)人闡述自我的學(xué)習(xí)目標(biāo)和活動(dòng)要求。

組建——依據(jù)自我需求，合理組建適宜的信息認(rèn)知活動(dòng)項(xiàng)目小組。

確定活動(dòng)流程：

交互方向1：構(gòu)建具有防盜功能的硬件結(jié)構(gòu)。

交互方向2：搭建智能防盜體統(tǒng)的軟件組成。

交互方向3：研究現(xiàn)有模型中的硬軟件特點(diǎn)。

交互方向4：優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)單位及平臺(tái)效能。

評(píng)價(jià)表征結(jié)果：

表征傳播效能→我的分享。

表征狀態(tài)追測(cè)→我的迭代。

內(nèi)部表征達(dá)成→我的表達(dá)。

教學(xué)評(píng)析：諸如此類認(rèn)知過(guò)程較為復(fù)雜的程序內(nèi)容，在信息科技教學(xué)中有一定難度，常見(jiàn)于程序編寫(xiě)模塊和數(shù)據(jù)處理分析模塊。它們常常以跨學(xué)科主題的形式出現(xiàn)，要求學(xué)生在較為全面地掌握先期知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)。為了保障認(rèn)知活動(dòng)的有效進(jìn)行，需要將教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行必要的分布式認(rèn)知表征，根據(jù)學(xué)情設(shè)置多種符合生活經(jīng)驗(yàn)的情境，讓學(xué)生能夠引發(fā)認(rèn)知活動(dòng)的過(guò)程。

3.人工制品的創(chuàng)作脈絡(luò)

“人工制品”原是指人工的制品,它所針對(duì)的是“天然的”“非人工”物品，即自然物。在信息科技學(xué)科教學(xué)中，人工制品特指具有個(gè)人特色的作品。分布式認(rèn)知對(duì)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(kuò)展了原認(rèn)知的能力，而且對(duì)任務(wù)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，使之更明顯且易于解決。在信息科技學(xué)科教學(xué)中，可以通過(guò)人工制品呈現(xiàn)來(lái)達(dá)到分布式認(rèn)知的目的。

（1）原設(shè)計(jì)

“走進(jìn)健康碼”是信息科技課標(biāo)第二學(xué)段（3～4年級(jí)）“數(shù)據(jù)與編碼”部分的內(nèi)容，常規(guī)的教學(xué)思路如下：展示帶有健康碼的產(chǎn)品→對(duì)比沒(méi)有編碼的產(chǎn)品→介紹軟件操作方法→提供素材→教師介紹編碼的原理→學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)——練習(xí)插入編碼→小組展示作品→評(píng)價(jià)作品。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生獨(dú)立完成作品，但認(rèn)知活動(dòng)千篇一律，缺少創(chuàng)新點(diǎn)。

（2）思考焦點(diǎn)

出現(xiàn)以上情況的原因，是本課的認(rèn)識(shí)目標(biāo)不夠清晰，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法從工作原理和應(yīng)用方式兩個(gè)角度理解健康碼的內(nèi)容，因此無(wú)法順利地完成既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。通過(guò)設(shè)定復(fù)合型認(rèn)知活動(dòng)，厘清不同學(xué)生所適宜的信息認(rèn)知活動(dòng)項(xiàng)目形式，因人而異地選擇合理的信息處理途徑。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

在基于分布式認(rèn)知的教學(xué)中，對(duì)于此類主題，關(guān)注信息認(rèn)知活動(dòng)項(xiàng)目的類別，再依據(jù)學(xué)習(xí)傾向，選擇合適的認(rèn)知活動(dòng)單設(shè)計(jì)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)符合個(gè)性化要求的新型認(rèn)知活動(dòng)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(dòng)：

人工制品過(guò)程1：二維碼的秘密。

教師播放智能自動(dòng)測(cè)溫儀的視頻素材，向?qū)W生出示健康碼的工作流程。

人工制品過(guò)程2：驗(yàn)出你的身份。

教師引導(dǎo)：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)溫儀的工作過(guò)程，學(xué)生模擬以上過(guò)程。

師生互動(dòng)：同學(xué)們嘗試了哪一種檢測(cè)方式？你是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別編碼的？（預(yù)設(shè)：有些學(xué)生更改了相關(guān)選項(xiàng)的設(shè)置，關(guān)注健康碼的識(shí)別作用）

人工制品過(guò)程3：讀出你的故事。

提示探究方法：介紹健康碼的結(jié)構(gòu)，提出健康碼通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別，通過(guò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。

自主探究：根據(jù)學(xué)件進(jìn)行探究，必要時(shí)進(jìn)行小組互動(dòng)。

人工制品過(guò)程4：選出你的路徑。

教師談話：（出示問(wèn)題作品）這些產(chǎn)品雖然具有編碼，但不是健康碼，你可以說(shuō)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(kuò)展？

奇思妙想③：健康碼的地域能否共享？

……

教學(xué)評(píng)析：在本課的教學(xué)中，人工制品是有一定的前瞻性的，通過(guò)富有開(kāi)放性的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在整體模塊上了解編碼的結(jié)構(gòu)和工作方式。通過(guò)分布式認(rèn)知任務(wù)的分解，讓學(xué)生找到思維活動(dòng)的依據(jù)。通過(guò)一定的支持，給學(xué)生充分的創(chuàng)作機(jī)會(huì)。這樣的分布式認(rèn)知屬于變式類的認(rèn)知活動(dòng)，通過(guò)適宜的改變，有效地進(jìn)行合理的認(rèn)知活動(dòng)。

● 分布式認(rèn)知模式的理性思考

分布式認(rèn)知模式在信息科技學(xué)科教學(xué)中有著一定的應(yīng)用，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中涉及的多數(shù)內(nèi)容可以采用分布式認(rèn)知模式組織教學(xué)過(guò)程。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，有一定的使用要求：

首先，分布式認(rèn)知范圍的大小控制合理。根據(jù)認(rèn)知活動(dòng)的內(nèi)容進(jìn)行合理的篩選，根據(jù)學(xué)情進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)置；可以是對(duì)學(xué)生知識(shí)轉(zhuǎn)化的提醒和啟發(fā)，使學(xué)生在比較、對(duì)照中，集體討論、推理和決策，獲得新的知識(shí)。

其次，分布式認(rèn)知的內(nèi)容需要精心設(shè)計(jì)。教學(xué)需要根據(jù)具體學(xué)情，及時(shí)地反饋和向?qū)Вo學(xué)生提供多元化的觀點(diǎn)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)共享經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維，幫助學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)思維層次的逐步提升。

最后，分布式認(rèn)知的目的性需要指向明確。分布式認(rèn)知模式的形態(tài)非常豐富，外延可借鑒多種形式進(jìn)行。在“雙減”背景下，教師應(yīng)根據(jù)具體情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)模式。