運(yùn)用模型設(shè)計(jì)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)

陳染

隨著《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的發(fā)布和實(shí)施，中小學(xué)教育中更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的社會(huì)參與。開展社會(huì)調(diào)查活動(dòng)便是培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)參與意識(shí)的一種方法。參與社會(huì)調(diào)查活動(dòng)有助于讓學(xué)生處理好自我與社會(huì)的關(guān)系，養(yǎng)成現(xiàn)代公民所必須遵守和履行的道德準(zhǔn)則和行為規(guī)范。

社會(huì)調(diào)查活動(dòng)屬于社會(huì)科學(xué)范疇。社會(huì)學(xué)家完成了社會(huì)調(diào)查后往往會(huì)用計(jì)算機(jī)建立仿真程序模型，讓計(jì)算機(jī)模擬人們的行為，發(fā)現(xiàn)社會(huì)現(xiàn)象背后的規(guī)律。這個(gè)方法也可以應(yīng)用在中小學(xué)的社會(huì)調(diào)查活動(dòng)中，下面以“人們?yōu)槭裁磿?huì)踐踏草坪”調(diào)查為例，探討如何將計(jì)算思維建立模型的方法與社會(huì)調(diào)查結(jié)合起來。

調(diào)查踐踏草坪的原因

我們常常會(huì)在小區(qū)、學(xué)校或者公園看到這樣的現(xiàn)象，明明道路就在旁邊，可是有些人偏偏要從草坪上穿越過去，穿越的人多了，美麗的草坪會(huì)被踩出一條條小路，即使插上“請(qǐng)勿踩踏草坪”的標(biāo)識(shí)也沒有什么用。這個(gè)現(xiàn)象在我們身邊廣泛存在，很適合作為社會(huì)調(diào)查的主題。值得注意的是，社會(huì)調(diào)查不是僅僅讓學(xué)生道德批判這種現(xiàn)象，更應(yīng)該通過調(diào)查認(rèn)識(shí)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，并提出解決問題的方法。

為了了解這個(gè)問題，我們可以讓學(xué)生通過問卷調(diào)查法、訪談法、觀察法等常用的調(diào)查方法了解人們踐踏草坪的原因。調(diào)查的問題可以包括以下方面。

問卷調(diào)查法

·了解人們抄捷徑的目的;

·了解人們抄捷徑的次數(shù)和頻率;

·了解人們對(duì)抄捷徑的看法。

訪談法

·采訪路人抄捷徑的時(shí)間、地點(diǎn)、目的;

·采訪路人抄捷徑時(shí)的心態(tài)變化;

·采訪管理者對(duì)抄捷徑的看法;

·采訪管理者如何修復(fù)被踐踏的草坪;

·采訪管理者如何引導(dǎo)人們不要踐踏草坪;

·采訪設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)草坪和道路的思路和方法。

觀察法

·發(fā)現(xiàn)人們穿越草坪的路徑和方法;

·調(diào)查在一定時(shí)間內(nèi)有多少比例的人會(huì)穿越草坪;

·調(diào)查哪些位置的草坪更容易被穿越;

·通過地圖繪制出草坪上踩踏出來的路徑。

通過調(diào)查，我們可以初步歸納出人們踐踏草地的原因，如節(jié)省時(shí)間、道路設(shè)計(jì)不合理、從眾效應(yīng)等。有了調(diào)查結(jié)論，我們就能夠找出應(yīng)對(duì)的方法，如重新規(guī)劃，設(shè)計(jì)更人性化的道路，制作保護(hù)草坪的物品，選用更容易修復(fù)的草種等，這些方法哪一種更合理呢？我們可以對(duì)人群建模，探究踐踏草坪現(xiàn)象背后的規(guī)律，并提出解決方案。

發(fā)現(xiàn)踩踏草坪的規(guī)律

通過調(diào)查活動(dòng)，我們對(duì)人們踐踏草坪有了初步的認(rèn)識(shí)。怎么樣的道路是最合理最人性化的呢？我們通過一個(gè)故事認(rèn)識(shí)建筑師如何設(shè)計(jì)合理的道路吧！

一位著名的建筑師在進(jìn)行公園的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于各個(gè)點(diǎn)的道路安排進(jìn)行多次修改，卻始終無法滿意。開園的時(shí)間越來越近，但建筑師依然沒有找到合適的方案。一籌莫展之際，建筑師想到他在鄉(xiāng)村旅游的時(shí)候，看到莊園里被踩出來的彎彎曲曲的小徑，設(shè)計(jì)師產(chǎn)生了靈感。建筑師讓業(yè)主在公園里種下草種，并宣布開園試營業(yè)。由于沒有路，游客只好橫穿草坪，在草坪上踩出彎彎曲曲的小徑，于是建筑師按照游客踩出的小徑鋪設(shè)道路。

這個(gè)故事的版本很多，真實(shí)性無法考究，但它卻帶給我們很多啟發(fā)。如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)道路的時(shí)候也遵循了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，讓道路符合人們自然的行為習(xí)慣，即使不用警示標(biāo)語也能讓人們自覺地避免踩踏草地。然而，現(xiàn)實(shí)中很少會(huì)有能夠像這個(gè)故事一樣能夠先鋪設(shè)草坪再鋪設(shè)道路的條件。我們可以在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建模型，模擬人們的行走規(guī)律，再將模型跟實(shí)際結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出更加人性化的道路。

首先，我們需要將調(diào)查到的結(jié)論抽象分解為一條條簡單的規(guī)則。例如我們可以構(gòu)建以下規(guī)則。

·規(guī)則1：行人會(huì)平衡遵循小徑和路程最近二者的矛盾，行人從A點(diǎn)到B點(diǎn)，如果有直達(dá)的小徑會(huì)盡可能走小徑，如果小徑太繞，會(huì)選擇穿過草坪抄近道（圖1）。

·規(guī)則2：草地被多個(gè)行人踩踏后，會(huì)形成小徑。

·規(guī)則3：行人會(huì)優(yōu)先選擇小徑，其次再選擇穿越草坪。

·規(guī)則4：小徑一段時(shí)間沒有人踩踏之后，會(huì)重新長草變成草坪。

構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型

歸納了規(guī)則，我們就可以在計(jì)算機(jī)中建立程序，將文字的規(guī)則“翻譯”成計(jì)算機(jī)能夠理解和運(yùn)行的程序。NetLogo的模型庫中的Paths（圖2）正是一個(gè)模擬行人行為的現(xiàn)成模型，可以給我們提供構(gòu)建模型的思路。當(dāng)然，在實(shí)際活動(dòng)中，還是要根據(jù)自己的結(jié)論構(gòu)建模型，而不是照搬別人的模型。

模型中綠色的“瓦片”表示草地，黃色三角形的“海龜”表示行人，行人會(huì)在草地上隨機(jī)走動(dòng)，如果一個(gè)地方的草地被踩得多了，就會(huì)形成一條小徑。模型運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)擊畫面就會(huì)出現(xiàn)小房子，模擬人們的目的地。如果房子的數(shù)量大于2個(gè)，海龜會(huì)選擇前往任意的1座房子，到達(dá)后再隨機(jī)前往別的房子。海龜?shù)男袨樽裱饲懊嫖覀兯f的4個(gè)規(guī)則。在模型的左側(cè)我們還可以調(diào)整模型的各個(gè)參數(shù)。例如改變草生長的速度、草耐踩的程度、行人遵守規(guī)則的程度等，以探索不同要素對(duì)模型的影響。

我們可以從簡單到復(fù)雜對(duì)模型進(jìn)行探索。如果目的地只有2個(gè)，會(huì)發(fā)生什么呢？毫無意外，兩點(diǎn)間直線距離最短，海龜走出一條直線的路（圖3）。

如果是3個(gè)目的地，會(huì)形成三角形的道路嗎？我們?cè)谀Ｐ椭羞\(yùn)行一下。

我們發(fā)現(xiàn)，在3個(gè)目的地的情況下，形成的路徑卻不是連接3個(gè)房子的三角形，而是如圖4這樣的形狀，3個(gè)目的地中間自然而然形成了一個(gè)花壇。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們也常常能發(fā)現(xiàn)類似的三角形街心花園。仔細(xì)觀察我們會(huì)發(fā)現(xiàn)街心花園周圍有3條路，延伸到3個(gè)目的地，它可以引導(dǎo)行人自然地沿著道路前進(jìn)，即使不安裝護(hù)欄也很少被踩踏。

如果是4個(gè)目的地，會(huì)發(fā)生什么情況呢？我們用模型進(jìn)行研究。我們會(huì)看到模型出現(xiàn)下面的現(xiàn)象（圖5）。

我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)4個(gè)目的地距離比較遠(yuǎn)的時(shí)候，道路自然而然地形成梯形的街心花園;當(dāng)4個(gè)目的地距離比較近的時(shí)候，中間就不適合設(shè)計(jì)草坪了，即使設(shè)計(jì)了也很容易被人們踐踏一空，在這種情況下我們?cè)O(shè)計(jì)廣場(chǎng)更加合適。

我們還可以探索更多目的地分布時(shí)合適的草坪形狀，例如，當(dāng)目的地呈現(xiàn)環(huán)形分布的時(shí)候，中間的草坪應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)呢？我們可以用模型模擬一下。

我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)目的地呈現(xiàn)環(huán)形分布時(shí)，我們不僅要設(shè)計(jì)外圈環(huán)形的道路，在草坪中間我們還要設(shè)計(jì)若干供行人快速穿過的小道，這些小道既方便了人們，也保護(hù)了草坪（圖6）。找找看，你在生活中能不能找到這樣的例子呢？

如何用最小的成本保護(hù)草坪

通過模型，我們能夠了解如何合理地規(guī)劃路徑，引導(dǎo)人們自覺沿著道路前進(jìn)。同時(shí)，我們還可以觀察草坪是怎么消失的，從而探究怎樣用最低的成本保護(hù)草坪。我們以3個(gè)目的地為例看看草坪是如何被破壞的。

當(dāng)我們?cè)O(shè)置了3個(gè)目的地之后，一開始形成的路徑是彎曲的，中間形成不規(guī)則的三角形草坪（圖7a）。但這個(gè)三角形草坪并不穩(wěn)定，很快就會(huì)被踐踏成圖7b的形狀。這個(gè)形狀會(huì)較為穩(wěn)定，但如果我們不管，海龜還會(huì)慢慢地把草坪踐踏成圖7c的形狀。

在這個(gè)過程中，我們觀察到盡管沒有人刻意橫穿草坪，所有人都是沿著已有道路前進(jìn)。但草坪還是緩慢消失了。我們還觀察到，草坪的消失是從道路的邊緣開始的，一開始可能只是海龜偶爾踩到了草坪邊緣，慢慢地草坪邊緣形成了小徑，走的海龜越來越多，路線也慢慢地向草坪中心延伸，最終整片草坪都會(huì)被踩踏。

通過觀察，我們能夠發(fā)現(xiàn)草坪被踐踏消失的規(guī)律，在生活中我們也常常能夠見到這種現(xiàn)象：草坪的破壞往往是從道路邊緣開始的。因此，我們只要保護(hù)好靠近道路周圍的草坪，讓它不容易被人踩踏，就能用最小的成本保護(hù)草坪。

那么，我們應(yīng)該應(yīng)用什么方法保護(hù)道路周邊的草坪呢？這就需要我們查找有哪些保護(hù)草坪的方法，并比較各種方法的優(yōu)勢(shì)和問題。例如，我們可以在靠近道路邊緣的草地上鋪設(shè)植草格，它可以大大延緩草坪的破壞程度，同時(shí)又不破壞草坪的整體性。在NetLogo模型中我們還可以模擬草坪的耐久度對(duì)路徑形狀的影響，從而模擬使用了植草格的作用。

除此之外，我們還可以通過模型探討更多的問題。例如人群數(shù)量和草坪規(guī)劃的關(guān)系;種植更耐踩踏的草，會(huì)減少路人的踩踏嗎？如果人們更守規(guī)矩，會(huì)對(duì)小徑的形成造成什么影響？當(dāng)然，這里我們運(yùn)用的模型是極度簡化的，在現(xiàn)實(shí)中，我們很少有機(jī)會(huì)遇到完美的草坪，也不可能會(huì)遇到完美的按照規(guī)則行動(dòng)的人。計(jì)算機(jī)模型能給我們提供一個(gè)思路的方向，卻不會(huì)直接告訴我們答案。所以，在社會(huì)調(diào)查中，我們要把計(jì)算機(jī)模型和實(shí)際情況結(jié)合起來，才能完成真問題的真探究。