分布式认知.docx

1、分布式认知分布式认知理论许国雄 北京大学教育学院，100871摘 要 分布式认知是认知科学的一个新分支，是关于认知研究的认知、社会和组织等各方面观点综合的产物。本文通过对文献的综述介绍了分布式认知的发展背景、基本观点、典型案例、研究方法以及分布式认知的应用问题。关键词 分布式认知、个体认知、表征系统认知心理学发展到20世纪90年代，一直注重对个体的认知的研究。然而，认知工作不仅仅依赖于认知主体，还涉及其他认知个体、认知对象、认知工具及认知情境。随着电视、电话、计算机、计算机网络等电子科技的迅猛发展，人类许多认知活动（如计算机支持的协同工作、远程教育等）越来越依赖于这些认知工具。认知分布的思想，

2、也逐渐被人们所认识，受到人们的重视。1分布式认知（distributed cognition）是认知科学的一个新分支，它借鉴了认知科学、人类学、社会学、社会心理学的方法，认为要在由个体与其他个体、人工制品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。2一、分布式认知的发展背景3分布式认知是由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。在对当时传统的认知观点（认为认知是个体级别上的信息加工过程）的批判基础上

3、，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（比如飞行）的过程。Hutchins在他的文章中讨论了分布式认知理论的思想来源，他指出人类学和社会学对记忆和文化的研究，社会心理学对小团体问题解决和陪审团决策的研究，组织行为学对组织学习的研究，科学哲学对科学发现的研究，政治学和经济学对个体和集体理性之间的关系的研究都充分地表明集体的认知与集体中各成员的认知间具有非常不同的特性。其中，Hutchins着重引述了维果茨基（Vygotsky）和明斯基（Minsky）的思想。41认知心理学的危机对于认知和学习

4、的规律，人类一直在进行着不懈的探索。作为一个复杂的现象，人们的认识都只是从不同侧面对其规律性的近似揭示。冯特实验室的建立，是试图用自然科学的方法进行认知研究的开端；上世纪20年代诞生的行为主义，影响近半个世纪，它的分析单元是个体的外显反应；认知心理学从上世纪50年代崛起后逐渐成为心理学研究的主流，它把个体大脑内部的心理活动作为分析单位。然而在上世纪80年代以后，传统认知科学的两个目标受到质疑：“其一，试图将复杂行为还原为一连串的简单行为；其二，在说明信息加工的神经机制时，试图将人类思维还原为神经生理学”。5 作为认知心理学创始人之一的奈瑟和认知的信息加工理论主要倡导者的西蒙都对信息加工模型进行

5、了深刻反思，提出认知心理学应作出更加现实主义的转变，主张以生态学的方法取代信息加工的方法。62现代西方哲学思潮和杜威、维果茨基思想的影响现代西方的哲学流派，如现象学、存在主义、西方马克思主义等，观点各不相同，但有一点是类似的，那就是反对传统哲学严格的主客二分的倾向，强调主体的意义存在于主体与客体的交互活动之中，倡导主客体在交互活动中的统一。作为一个哲学家、心理学家和教育家，在杜威的思想中，也蕴含着这种观念：“杜威提出的经验的自然主义，同现代西方哲学思潮和主要倾向是一致的，它集中反对传统的主客分立的二元论”。7 这些思想对于心理学走出关注个体的狭隘分析单元是有直接影响的。杜威认为，“机体离不开环

6、境。有了环境这个概念，把心理活动看作是孤立存在于真空中的个体活动是不可能的。”8 这句话就蕴含着对心理活动研究的个体分析单元（不管是外显行为还是内部符号处理机制）的质疑。在对心理学研究困境的反思中，对于维果茨基的心理学成果，人们也给予了特别关注：“那么，如何摆脱目前心理学的危机呢？在反思中，人们意识到维果茨基的成果中蕴藏着许多有价值的思想。”9 维果茨基根据马克思主义的实践观，指出“心理不仅通过人的活动表现出来，而且是在活动中形成的”；10 “意识不是与世隔绝、脱离活动的内部封闭系统，而是以活动作为它的客观表现的”。11 这些思想，对分布认知在超越个体界限的范围观察认知现象，并关注人与人、人与

7、环境的交互活动过程都是很有影响的。另外，维果茨基心理学的文化历史观，对分布式认知关于认知的文化和社会分布性的观点也是有影响的。3社会科学家认知研究的不足在对心理学研究的反思中，一些社会学家、人类学家也开始介入认知研究领域。他们试图提供一种替代的框架和理论工具以研究工作情境中的认知问题。他们从各自角度进行研究，得到了一些颇有新意的发现。“然而，当用这种方法做出一些有意义的发现时，他们也完全忽略了计算机参与的协同工作中运算方面的问题”，12 这不能不说是一种缺憾。在这种背景下，赫钦斯（Edwin Hutchins）等人的认知研究视野超越了个体大脑的范围，开始注重环境和交互活动过程的影响以及社会文化

8、因素的作用，并结合社会科学的研究方法，对复杂计算系统（如轮船的导航13、飞机驾驶舱14等）中的认知现象进行研究，提出了一个替代性的理论和方法论，试图把认知行为理解为一种在其所发生的工作情境中的具体情境性行为，从而发展成为分布式认知。与单独社会学的研究相比，这种方法对认知系统中的运算特征重新给予重视，并把各种交互作用与认知运算结合了起来。Hutchins用分布式认知的方法描述了海上船只的定位行为。首先，站在船侧的船员需要发现并回想岸边陆标的描述，这是内部表征状态的交互过程；然后，该船员应用照准仪测量陆标的方位，这是内部表征与技术工具表征的交互过程；接下来，该船员需要将方位数据告知操舵室里的记录员

9、，这是不同内部表征的社会性交互过程；再接着，记录员在日志上记录下方位数据，这又是内部表征与外部技术工具表征的交互过程；最后，船长可以通过查看日志上的数据或直接听记录员的口头报告作出决策或计划。15另外，Hutchins还把飞机驾驶舱的定速行为作为分布式认知的一个例子。驾驶舱通过飞行员与多种表征设备、工具和媒介之间的复杂交互确定飞行速度。在这个例子中，Hutchins指出分布式系统的认知特性与所采用的表征媒介的物理特性密切相关。更进一步，Hutchins指出关于个体记忆的完整理论并不足以解释该认知活动，因为众多的记忆活动发生在个体之外。16由此可见，分布式认知理论认为认知是通过内部表征（如个体的

10、记忆）与外部表征（如计算机或纸表征的信息和知识）之间的传播和转移发生的，因此各种不同表征系统或表征状态之间的交互是知识产生和传播的重要特征，这些交互包括会话、非语言交流、信息形式的转换（如从言语信息转变为键盘输入）、在内外部表征结合的基础上建构新的表征等。另外，内外部表征之间的交互受不断变化的环境的影响，也不是孤立不变的。17总的看来，分布式认知理论旨在向人们解释人类行为中的认知过程是如何突破个体的局限而分布到环境中的。因此，分布式认知特别强调个体、技术工具相互之间为了执行某个活动而发生的交互，是CSCW系统设计与实现的重要理论方法。18二、提出分布式认知的动机19早期分布式认知的研究者观察到

11、认知是一种分布式（包括在物质上和时间上的分布）的社会现象，尤其是在现实实践的场景中。该理论对认知过程（cognitive processes）没有提出新的看法，但它主张在具体的社会技术（socio-technical）情境中来考察认知过程。传统的认知理论强调个体的内在性，而忽略了在合作情境中认知的外部表征和问题解决。同样的，在描述和设计人机交互方面，传统的方法倾向于关注交互中的使用者和技术的内在模型。其他批评传统的理论则强调具体的社会技术情境，如生态认知观强调代理和环境的交互（agent-environment interaction），活动理论（activity theory）强调媒体中介行

12、为中的社会文化（socio-cultural）情境，情境行动（situated action）理论对认知活动具体细节的关注揭露了传统人机交互在抽象概念建构上的缺陷。分布式认知理论同样在这些方面对传统理论提出了批评，但在一定程度上它并不排斥传统认知理论。在现代复杂的协同工作环境中，我们发现人和技术一起维持和操纵着问题解决的过程和表征状态。那么，认知在社会、物质和时间上呈分布式的系统中，认知的过程和特性与个体内部的认知过程和特性有何区别呢？分布式认知理论就是为分析这个问题提供的一个理论框架。最近，分布式认知理论被当作人机交互设计新的理论基础。20三、分布式认知的基本观点21传统认知观把认知看成局部

13、性现象，总是在个体层次上，从大脑内部信息处理的角度对其进行解释，这样就限制了对在个体层面上不可见的一些有意义因素的关注。赫钦斯力图打破这种局限，认为认知具有分布性：“我将从个体的自然的情境性认知角度来思考问题。只是在海上（对轮船导航的研究）完成了我的第一个相关研究之后，我才意识到认知之社会分布性的重要性”；22 “有充分的证据说明一个小组的认知属性是不同于小组之成员的认知属性的。在研究人类的认知能力时考虑到这一点是很重要的。”“这是什么意思呢，当然是说个人的认知也是分布式认知”。23 所以他认为认知最好被理解为一种分布现象。分布式认知据此提出了一个研究认知的新的分析单元功能系统（Functio

14、nal System，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。分布式认知有以下一些突出特征：1新的分析单元传统认知强调个体认知，而分布式认知考虑到参与认知活动的全部因素，给出了一个新的分析单元功能系统。这个新分析单元以共同参与认知加工的各元素间的功能性关系为基础，被证明很有实用价值：“研究发现，把诸如驾驶员座舱等功能性系统看作分析单元能明显地提高工作绩效”24。功能系统将表征媒介相互协

15、调在一起。表征媒介可能在其所涉及的个体之中，也可能在其之外。这些功能系统表明了媒介间的表征状态。在分布式系统中存在系统水平的协同努力：共同目标，有效交流，整体大于部分地总合。252认知的分布性分布式认知强调认知现象在个体参与者、人工制品和内外部表征之间的分布性。这样，以前由人类学家和认知心理学家在不同个体和文化认知之间所设定的传统界限被消解，相反，它们之间的相互作用则得到了特别关注。（1） 认知在个体内分布。知识是在脑中非均匀分布的26。认知科学和认知神经科学中的一种重要的理论模块说支持这一观点。模块说认为，人脑在结构和功能上都是由高度专门化并相对独立的模块组成的，这些模块复杂而巧妙的结合，是

16、实现复杂而精细的认知功能的基础。27（2） 认知在媒介中分布，如图1所示。认知活动可以被看成是在媒介间传递表征状态的一种计算过程。28其中，媒介可以是内部的（如个体的记忆），也可以是外部的（如地图、图表、计算机数据库等）。图1 认知在媒介中分布（引自Cole，Engestrom1993）（3） 认知在文化上分布。文化是指规范、模式化的信念、价值、符号、工具等人们所共享的东西。29文化是模式化的，但并不是统一的。文化需要在面对面的实地交流中才能被体会或感受到。文化以间接方式影响着认知过程，例如，不同文化背景下人可能具有不同的认知风格。（4） 认知在社会中分布，如图2所示。在具体情境中（例如在餐厅

17、），记忆、决策等认知活动不仅分布于工具（菜单、椅子和桌子的布置、桌号）中，而且分布于规则（例如，就餐后离开餐厅前付账等）中，分布于负责着不同性质工作的人（例如，是服务员，而不是洗碗工，负责餐厅内就餐的各项事务）中。图2 认知在社会中分布（引自Cole，Engestrom1993）（5） 认知在时间上分布。认知横向分布于每个认知主体特有的时间维度上，纵向分布于特定认知主体的过去、现在和未来。例如，成人常常根据他们自己过去的或文化上的经验来解释儿童的一些行为。分布式认知观认为，一个古代制品，是在很长的历史进程中逐渐形成的，随着人们对它们创造和应用的历史进程，它们的价值也在不断地发生改变，从而同时具

18、有了观念性和物质性两方面的特征。其物质性特征，指它们是在人类有目的的历史进程中被创造的；其观念性特征，则是因为它们经历了一定跨度的历史进程，在其中不断介入不同时期的文化特征，并通过其所参与的不同时期社会文化因素之交互作用而定形。再如，一本书的特征，从内容目录、索引到注脚，也被认为是经过几个世纪的发展才形成的，更具体些，比如1456年出的古德堡圣经，虽则以后的出版呈爆炸性增长，但它的编号方式、索引方式、目录表甚至标题页的方式却仍沿用经历了100多年才形成的方式，并成为现在一本书的标准特征。303对交互作用的关注分布式认知通过分析工作所产生的环境、表征媒体（如工具、显示器、使用手册、导航图）、个体

19、间的相互作用，以及它们与所有人工制品之间的交互活动来解释认知现象。这些活动，包括了个体的行为、个体与一系列设备之间的交互行为、个体与其他成员之间的交互活动，或协同工作的成员之间，他们与工具之间的交互活动。赫钦斯认为分布式系统中的要素必须相互依赖以完成任务。 314关注表征状态的传播及转换分布式认知关注系统中不同参与者间知识传播方式和协作中所需信息通过表征状态系统，超越制品进行传播的方式。为了使个人能分享分布式系统的成果，必须以外在于个体的形式对观点加以表征。分布式认知强调利用不同的表征系统来记录并在系统中发布观点。在这种情境下，认知活动被看作是一种通过媒体间的表征状态传播而发生的运算。媒体包括

20、了内部表征（个体大脑记忆）和外部表征（包括计算机和纸质的显示品）两个方面；表征状态则指活动中信息和知识资源的转换方式。研究证明，对外部表征的关注也很有实用价值，“外部表征有助于解决河内塔问题和解决几何问题。哪些信息被外部表征，以及如何表征，均对问题解决有影响”。325人工制品(artifacts)的地位分布式认知对人工制品给予了高度重视，认为人工制品在一个协作的共同体中有与人类参与者同等重要的地位，是表征和表征状态之转换不可或缺的重要组成部分。人工制品在支持人的智能方面的作用，与其说是扩展了能力，不如说是对任务进行了转换，使之更明显和易于解决。赫钦斯通过轮船航行中的速度计算来说明这一点。他分析

21、到，通过导航中一个特殊制品列线仪可在速度、距离和时间之间进行没有差错的转换（只需要指出其中两者便可找出对应的第三个需要知道的参数），有了这种人工制品，大脑内部的运算结构发生了变化，完全不同于用纸和笔来计算时的情形33。另外，无论制品的设计是否帮助我们内化和发展认知技能，利用制品会产生认知留存。在个体必须在没有这些工具的情况下完成任务时，认知留存能够很好地为他服务。所谓认知留存，就是说在没有这种制品工具的时候你也知道怎么样去做。346信息的共享分布式认知强调一个协作共同体要共享相应的信息，这是进行协作的基础，也是参与者赖以建立工作过程中情境性共享理解，保证任务完成的基础。赫钦斯认为交流是分布式认

22、知的必备条件，个体知识只有通过向他人表征，把知识可视化并与团体分享，才能成为团体可用的知识。35共享的信息是集聚的信息（pooled information），这让情境中装备最佳的人（或设备）为所有其他人的利益而运用这些信息。分布式认知要求在系统的各要素之间共享认知活动。367重视具体情境和情境脉络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。四、分布式认知与其它认知方法理论的关系1分布式认知与个体认知37引入分布式认知的概念之后，个体认知并不会转而处于消极地位。分布的意思指的是缺乏明确的唯一的

23、定位，如家庭责任或经济投资分布于不同的家庭成员；分布也有分享之意分享权威、语言、任务、经验及文化遗产。38 因此，分布的认知元素共同发挥作用，但同时每种认知元素也在独自发展变化，以使其随后的共同作用更加智能化。分布式认知依然需要考虑个体认知39。首先，并不是所有的智能都是或都可能是分布着的，40 例如，高级知识和过程、技术等就是不可分布的，无论在个体中还是在环境中都没有它们的合适表征41。其次，即使在最基本的情景活动模式中，也无法忽视个体表征的作用。即使当个体表征的作用降到了第二位，也不能舍弃个体表征。因为当个体不能顺利地执行其行为时，就要运用个体表征进行反思。最后，若没有个体的认知，临场的分

24、布式的认知就会陷于僵化的境地，既不发展也不成长。在Perkins提出的“个人加环境”系统中，个体作为认知的主体，处于该系统的中心42。而每个个体都出现在他所参与的所有“个人加环境”的交叉点。因此分布式认知和个体认知应被看作是互相影响互相发展的。Salomon提出一个个体认知与分布式认知的交互模型（the Reciprocal Interaction Model），如图3所示43。在该模型中，每个反应物既保持自己的独立身份，同时它们之间又交互影响，甚至赋予意义于其他的反应物。这就产生了一个螺旋发展的过程，“任何地方发生的任何变化自身最终要受到变化结果的影响而发生改变”44。图3 个体认知和分布式

25、认知的交互关系（引自周国梅，傅小兰2002）Hatch和Gardner就教室中的认知活动提出了分布式认知的同心圆模型（the Concentric Model），该模型也强调个体的作用，如图4所示45。同心圆模型中的三个圆表示三种力：（1）最外围的圆是文化力，代表惯例、活动及信仰，超越了特定的情境，影响许多个体。中间的圆是地域力，是持分布式认知观点的人最关心的。它强调在一个特定的本地情境中的资源及直接影响个体行为的人物。（2）本地情境包括一些典型场所，如，家、教室及工作场所。（3）最里边的圆是个人力，表示个体带到许多本地情境中的倾向及经验。这几种力相互依赖，缺一不可。个体的智力和兴趣等是在与同

26、伴、家庭成员及老师的交往中形成的，受当时所提供的资源的限制，受文化价值和期望的影响。儿童带入情境中的技巧和兴趣则会使老师或父母重新安排本地情境并提供不同的物质资源。文化价值和期望会随着时间、个人兴趣和技巧、本地情境结构的变化而变化。甚至在同一文化中，这些力对不同个体的影响也有所不同。图4 影响认知的各种力的同心圆模型（引自周国梅，傅小兰2002）2分布式认知与其他方法共享的方面46首先，它以大体上与建构主义学习观一致的方式，对知识建构进行了描述。分布式认知观通过将社会物质境脉引入理论思考之中，与建构主义观点区别开来。第二，分布式认知观和真实世界场境中进行的认知活动有自然的相通之处。分布式特性，

27、就认知来说，常常指真实世界而不是设计的世界中的人和制品之间的分布。如果认为社会物质境脉与进行的认知活动密切相关的话，分布式认知与情境认知理论共有许多属性。但是，分布式认知观并不放弃对“知识的内部表征”和“知识向不同场境中的迁移”的关注。第三，分布式认知通常是在系统内各要素的可利用性的基础上进行的，这一点与生态心理学观点的一些方面类似。社会物质境脉限制并提供了参与者在这些场境中的具体认知动向。在教育场境中，这一特质强调了设计者在支持具体形式的认知和学习中的重要性。最后一点是，设计和实施分布式认知的方法与其他设计方法有许多共同之处，但最重要的一点区别是，分布式认知观强调成功教育革新的包型特征，这一

28、点源于分布式认知观强调将学习环境作为系统看待。47五、分布式认知研究的典型案例48分布式认知研究常常通过对真实情境中实践共同体（如飞机驾驶舱、空中交通控制系统、轮船的导航、软件开发组等等）的分析来解释认知现象。在飞机驾驶舱案例的分析中，赫钦斯描述了为执行“升到更高空”的任务而发生的认知活动。飞机要升到巡航高度，必须先从地面航空控制系统那里获得批准。此时，机长必须喊话，机员也参与到不太独立的活动中。要求升空批准的信息传到ATC（航空交通控制）那里。由于交流工具的特殊结构，机长的呼叫也能被F/O（first officer）和S/O（second officer）监听到，这是结构所支持构建的一系列

29、可能的信息轨道。但，即使结构允许F/O可监听到机长的呼叫，他也不能真会监听到。所以可能的信息传播路迹一经确定，就要对数据进行检验以确定信息实际的去向。看到F/O触及警戒高度，就可知道他确已监听到了机长的呼叫，并在等待ATC的批准。此例中，赫钦斯描述ATC发回的消息不是他们（机长和F/O）期待的消息（期待的消息是得到批准）。期待被否定，所以F/O从警戒系统（这里表现出了对信息分布式访问的协调行为）撤回了手。即使F/O没有对无线电交流做出答复，他也能监听到与ATC的交流。这就使信息建立起了一定的冗余存贮形式，使系统避免了传播失误。49机长和F/O拥有一定先在知识。F/O把新接收到的无线电频率传给了

30、机长，是因为根据共享的先在知识，机长本应不断呼叫的，但他没有这样做（情境性知识）。在交互过程中，参与者利用共享知识构建了对特定情境的共享理解。F/O仅仅用眼睛扫视了一下就明白机长并没有监听到ATC发给他的频率。50再来看此例中的表征状态传播与转换。要求升空的信号先以口头语言序列的方式传到飞机驾驶舱。经由F/O对口头语言的记忆在F/O和机长之间进行交换。然后，经由机长的记忆，到达无线电装置。每一步传播都与前一步不同，信息作为不同表征媒体上一系列的表征状态而通过系统移动，从语言通道转为内部记忆，又经语言通道，最后到达物理设备。每一媒体上的表征都是其他媒体表征的转换。这个片断案例就很好地说明了信息和

31、知识怎样在心智的、社会的和技术的状态之间进行转换。51六、分布式认知的研究方法52分布式认知研究借鉴了认知科学、人类学、社会学等的方法，具体包括详细分析真实生活中的视频和音频记录、神经网络模仿和实验室实验等。赫钦斯等使用的一种典型分析方法是对具体工作情境进行详细观察，做大量的笔记，并对其进行破译解释。与其他实地研究法不同的是，这种方法关注在不同抽象和具体水平上收集原始数据，并且注意其中的表征状态变化。赫钦斯把这种方法分成了四个阶段，53 我们把这个四阶段转换成下面的图形（见图5）。图 5 分布认知研究的一种典型万法（引自任剑锋，李克东2004）第一阶段：对事件产生的情境做视频或音频记录。记录必

32、须非常详细，对任何细微角落、色彩和气味的遗漏，都有可能使一些有意义的信息丢失。第二阶段：把通过视音频记录形成的信息表征全部转换为印刷媒体形态的表征，包括语言和其他行为的文字记录。第三阶段：从第二阶段所得到的文字记录中，找出有意义的行为和事件，前一阶段中的连续性行为流因此而被分割为有文化意义的块。第四阶段：对第三阶段所确定的行为进行解释，从而把数据转换成相应的理论描述。在这种方法中，研究者需要描述似乎非常琐碎的、容易被想当然进行解释的行为和交互活动的各个方面，传统分析中可能错失的那些不明显却具有重要意义的时刻，在此得以显露；与那种只关心引起问题的单独、首要因素的方法不同，这种方法能明确揭示问题是由多方面因素的交互影响引起的。七、分布式认知的应用54分布式认知观点认为，认知分布于个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会和时间等之中。与之密切相关的概念有：活动理论（Act