论文部分内容阅读
随着《中国学生发展核心素养》的发布和实施，中小学教育中更强调学生的社会参与。开展社会调查活动便是培养学生社会参与意识的一种方法。参与社会调查活动有助于让学生处理好自我与社会的关系，养成现代公民所必须遵守和履行的道德准则和行为规范。
社会调查活动属于社会科学范畴。社会学家完成了社会调查后往往会用计算机建立仿真程序模型，让计算机模拟人们的行为，发现社会现象背后的规律。这个方法也可以应用在中小学的社会调查活动中，下面以“人们为什么会践踏草坪”调查为例，探讨如何将计算思维建立模型的方法与社会调查结合起来。
调查践踏草坪的原因
我们常常会在小区、学校或者公园看到这样的现象，明明道路就在旁边，可是有些人偏偏要从草坪上穿越过去，穿越的人多了，美丽的草坪会被踩出一条条小路，即使插上“请勿踩踏草坪”的标识也没有什么用。这个现象在我们身边广泛存在，很适合作为社会调查的主题。值得注意的是，社会调查不是仅仅让学生道德批判这种现象，更应该通过调查认识产生这种现象的原因，并提出解决问题的方法。
为了了解这个问题，我们可以让学生通过问卷调查法、访谈法、观察法等常用的调查方法了解人们践踏草坪的原因。调查的问题可以包括以下方面。
问卷调查法
·了解人们抄捷径的目的;
·了解人们抄捷径的次数和频率;
·了解人们对抄捷径的看法。
访谈法
·采访路人抄捷径的时间、地点、目的;
·采访路人抄捷径时的心态变化;
·采访管理者对抄捷径的看法;
·采访管理者如何修复被践踏的草坪;
·采访管理者如何引导人们不要践踏草坪;
·采访设计者设计草坪和道路的思路和方法。
观察法
·发现人们穿越草坪的路径和方法;
·调查在一定时间内有多少比例的人会穿越草坪;
·调查哪些位置的草坪更容易被穿越;
·通过地图绘制出草坪上踩踏出来的路径。
通过调查，我们可以初步归纳出人们践踏草地的原因，如节省时间、道路设计不合理、从众效应等。有了调查结论，我们就能够找出应对的方法，如重新规划，设计更人性化的道路，制作保护草坪的物品，选用更容易修复的草种等，这些方法哪一种更合理呢？我们可以对人群建模，探究践踏草坪现象背后的规律，并提出解决方案。
发现踩踏草坪的规律
通过调查活动，我们对人们践踏草坪有了初步的认识。怎么样的道路是最合理最人性化的呢？我们通过一个故事认识建筑师如何设计合理的道路吧！
一位著名的建筑师在进行公园的设计时，对于各个点的道路安排进行多次修改，却始终无法满意。开园的时间越来越近，但建筑师依然没有找到合适的方案。一筹莫展之际，建筑师想到他在乡村旅游的时候，看到庄园里被踩出来的弯弯曲曲的小径，设计师产生了灵感。建筑师让业主在公园里种下草种，并宣布开园试营业。由于没有路，游客只好横穿草坪，在草坪上踩出弯弯曲曲的小径，于是建筑师按照游客踩出的小径铺设道路。
这个故事的版本很多，真实性无法考究，但它却带给我们很多启发。如果我们在设计道路的时候也遵循了“以人为本”的设计理念，让道路符合人们自然的行为习惯，即使不用警示标语也能让人们自觉地避免踩踏草地。然而，现实中很少会有能够像这个故事一样能够先铺设草坪再铺设道路的条件。我们可以在计算机中构建模型，模拟人们的行走规律，再将模型跟实际结合起来，设计出更加人性化的道路。
首先，我们需要将调查到的结论抽象分解为一条条简单的规则。例如我们可以构建以下规则。
·规则1：行人会平衡遵循小径和路程最近二者的矛盾，行人从A点到B点，如果有直达的小径会尽可能走小径，如果小径太绕，会选择穿过草坪抄近道（图1）。
·规则2：草地被多个行人踩踏后，会形成小径。
·规则3：行人会优先选择小径，其次再选择穿越草坪。
·规则4：小径一段时间没有人踩踏之后，会重新长草变成草坪。
构建计算机模型
归纳了规则，我们就可以在计算机中建立程序，将文字的规则“翻译”成计算机能够理解和运行的程序。NetLogo的模型库中的Paths（图2）正是一个模拟行人行为的现成模型，可以给我们提供构建模型的思路。当然，在实际活动中，还是要根据自己的结论构建模型，而不是照搬别人的模型。
模型中绿色的“瓦片”表示草地，黄色三角形的“海龟”表示行人，行人会在草地上随机走动，如果一个地方的草地被踩得多了，就会形成一条小径。模型运行时，点击画面就会出现小房子，模拟人们的目的地。如果房子的数量大于2个，海龟会选择前往任意的1座房子，到达后再随机前往别的房子。海龟的行为遵循了前面我们所说的4个规则。在模型的左侧我们还可以调整模型的各个参数。例如改变草生长的速度、草耐踩的程度、行人遵守规则的程度等，以探索不同要素对模型的影响。
我们可以从简单到复杂对模型进行探索。如果目的地只有2个，会发生什么呢？毫无意外，两点间直线距离最短，海龟走出一条直线的路（图3）。
如果是3个目的地，会形成三角形的道路吗？我们在模型中运行一下。
我们发现，在3个目的地的情况下，形成的路径却不是连接3个房子的三角形，而是如图4这样的形状，3个目的地中间自然而然形成了一个花坛。在现实生活中，我们也常常能發现类似的三角形街心花园。仔细观察我们会发现街心花园周围有3条路，延伸到3个目的地，它可以引导行人自然地沿着道路前进，即使不安装护栏也很少被踩踏。
如果是4个目的地，会发生什么情况呢？我们用模型进行研究。我们会看到模型出现下面的现象（图5）。 我们发现，当4个目的地距离比较远的时候，道路自然而然地形成梯形的街心花园;当4个目的地距离比较近的时候，中间就不适合设计草坪了，即使设计了也很容易被人们践踏一空，在这种情况下我们设计广场更加合适。
我们还可以探索更多目的地分布时合适的草坪形状，例如，当目的地呈现环形分布的时候，中间的草坪应该怎样设计呢？我们可以用模型模拟一下。
我们发现，当目的地呈现环形分布时，我们不仅要设计外圈环形的道路，在草坪中间我们还要设计若干供行人快速穿过的小道，这些小道既方便了人们，也保护了草坪（图6）。找找看，你在生活中能不能找到这样的例子呢？
如何用最小的成本保护草坪
通过模型，我们能够了解如何合理地规划路径，引导人们自觉沿着道路前进。同时，我们还可以观察草坪是怎么消失的，从而探究怎样用最低的成本保护草坪。我们以3个目的地为例看看草坪是如何被破坏的。
当我们设置了3个目的地之后，一开始形成的路径是弯曲的，中间形成不规则的三角形草坪（图7a）。但这个三角形草坪并不稳定，很快就会被践踏成图7b的形状。这个形状会较为稳定，但如果我们不管，海龟还会慢慢地把草坪践踏成图7c的形状。
在这个过程中，我们观察到尽管没有人刻意横穿草坪，所有人都是沿着已有道路前进。但草坪还是缓慢消失了。我们还观察到，草坪的消失是从道路的边缘开始的，一开始可能只是海龟偶尔踩到了草坪边缘，慢慢地草坪边缘形成了小径，走的海龟越来越多，路线也慢慢地向草坪中心延伸，最终整片草坪都会被踩踏。
通过观察，我們能够发现草坪被践踏消失的规律，在生活中我们也常常能够见到这种现象：草坪的破坏往往是从道路边缘开始的。因此，我们只要保护好靠近道路周围的草坪，让它不容易被人踩踏，就能用最小的成本保护草坪。
那么，我们应该应用什么方法保护道路周边的草坪呢？这就需要我们查找有哪些保护草坪的方法，并比较各种方法的优势和问题。例如，我们可以在靠近道路边缘的草地上铺设植草格，它可以大大延缓草坪的破坏程度，同时又不破坏草坪的整体性。在NetLogo模型中我们还可以模拟草坪的耐久度对路径形状的影响，从而模拟使用了植草格的作用。
除此之外，我们还可以通过模型探讨更多的问题。例如人群数量和草坪规划的关系;种植更耐踩踏的草，会减少路人的踩踏吗？如果人们更守规矩，会对小径的形成造成什么影响？当然，这里我们运用的模型是极度简化的，在现实中，我们很少有机会遇到完美的草坪，也不可能会遇到完美的按照规则行动的人。计算机模型能给我们提供一个思路的方向，却不会直接告诉我们答案。所以，在社会调查中，我们要把计算机模型和实际情况结合起来，才能完成真问题的真探究。
社会调查活动属于社会科学范畴。社会学家完成了社会调查后往往会用计算机建立仿真程序模型，让计算机模拟人们的行为，发现社会现象背后的规律。这个方法也可以应用在中小学的社会调查活动中，下面以“人们为什么会践踏草坪”调查为例，探讨如何将计算思维建立模型的方法与社会调查结合起来。
调查践踏草坪的原因
我们常常会在小区、学校或者公园看到这样的现象，明明道路就在旁边，可是有些人偏偏要从草坪上穿越过去，穿越的人多了，美丽的草坪会被踩出一条条小路，即使插上“请勿踩踏草坪”的标识也没有什么用。这个现象在我们身边广泛存在，很适合作为社会调查的主题。值得注意的是，社会调查不是仅仅让学生道德批判这种现象，更应该通过调查认识产生这种现象的原因，并提出解决问题的方法。
为了了解这个问题，我们可以让学生通过问卷调查法、访谈法、观察法等常用的调查方法了解人们践踏草坪的原因。调查的问题可以包括以下方面。
问卷调查法
·了解人们抄捷径的目的;
·了解人们抄捷径的次数和频率;
·了解人们对抄捷径的看法。
访谈法
·采访路人抄捷径的时间、地点、目的;
·采访路人抄捷径时的心态变化;
·采访管理者对抄捷径的看法;
·采访管理者如何修复被践踏的草坪;
·采访管理者如何引导人们不要践踏草坪;
·采访设计者设计草坪和道路的思路和方法。
观察法
·发现人们穿越草坪的路径和方法;
·调查在一定时间内有多少比例的人会穿越草坪;
·调查哪些位置的草坪更容易被穿越;
·通过地图绘制出草坪上踩踏出来的路径。
通过调查，我们可以初步归纳出人们践踏草地的原因，如节省时间、道路设计不合理、从众效应等。有了调查结论，我们就能够找出应对的方法，如重新规划，设计更人性化的道路，制作保护草坪的物品，选用更容易修复的草种等，这些方法哪一种更合理呢？我们可以对人群建模，探究践踏草坪现象背后的规律，并提出解决方案。
发现踩踏草坪的规律
通过调查活动，我们对人们践踏草坪有了初步的认识。怎么样的道路是最合理最人性化的呢？我们通过一个故事认识建筑师如何设计合理的道路吧！
一位著名的建筑师在进行公园的设计时，对于各个点的道路安排进行多次修改，却始终无法满意。开园的时间越来越近，但建筑师依然没有找到合适的方案。一筹莫展之际，建筑师想到他在乡村旅游的时候，看到庄园里被踩出来的弯弯曲曲的小径，设计师产生了灵感。建筑师让业主在公园里种下草种，并宣布开园试营业。由于没有路，游客只好横穿草坪，在草坪上踩出弯弯曲曲的小径，于是建筑师按照游客踩出的小径铺设道路。
这个故事的版本很多，真实性无法考究，但它却带给我们很多启发。如果我们在设计道路的时候也遵循了“以人为本”的设计理念，让道路符合人们自然的行为习惯，即使不用警示标语也能让人们自觉地避免踩踏草地。然而，现实中很少会有能够像这个故事一样能够先铺设草坪再铺设道路的条件。我们可以在计算机中构建模型，模拟人们的行走规律，再将模型跟实际结合起来，设计出更加人性化的道路。
首先，我们需要将调查到的结论抽象分解为一条条简单的规则。例如我们可以构建以下规则。
·规则1：行人会平衡遵循小径和路程最近二者的矛盾，行人从A点到B点，如果有直达的小径会尽可能走小径，如果小径太绕，会选择穿过草坪抄近道（图1）。
·规则2：草地被多个行人踩踏后，会形成小径。
·规则3：行人会优先选择小径，其次再选择穿越草坪。
·规则4：小径一段时间没有人踩踏之后，会重新长草变成草坪。
构建计算机模型
归纳了规则，我们就可以在计算机中建立程序，将文字的规则“翻译”成计算机能够理解和运行的程序。NetLogo的模型库中的Paths（图2）正是一个模拟行人行为的现成模型，可以给我们提供构建模型的思路。当然，在实际活动中，还是要根据自己的结论构建模型，而不是照搬别人的模型。
模型中绿色的“瓦片”表示草地，黄色三角形的“海龟”表示行人，行人会在草地上随机走动，如果一个地方的草地被踩得多了，就会形成一条小径。模型运行时，点击画面就会出现小房子，模拟人们的目的地。如果房子的数量大于2个，海龟会选择前往任意的1座房子，到达后再随机前往别的房子。海龟的行为遵循了前面我们所说的4个规则。在模型的左侧我们还可以调整模型的各个参数。例如改变草生长的速度、草耐踩的程度、行人遵守规则的程度等，以探索不同要素对模型的影响。
我们可以从简单到复杂对模型进行探索。如果目的地只有2个，会发生什么呢？毫无意外，两点间直线距离最短，海龟走出一条直线的路（图3）。
如果是3个目的地，会形成三角形的道路吗？我们在模型中运行一下。
我们发现，在3个目的地的情况下，形成的路径却不是连接3个房子的三角形，而是如图4这样的形状，3个目的地中间自然而然形成了一个花坛。在现实生活中，我们也常常能發现类似的三角形街心花园。仔细观察我们会发现街心花园周围有3条路，延伸到3个目的地，它可以引导行人自然地沿着道路前进，即使不安装护栏也很少被踩踏。
如果是4个目的地，会发生什么情况呢？我们用模型进行研究。我们会看到模型出现下面的现象（图5）。 我们发现，当4个目的地距离比较远的时候，道路自然而然地形成梯形的街心花园;当4个目的地距离比较近的时候，中间就不适合设计草坪了，即使设计了也很容易被人们践踏一空，在这种情况下我们设计广场更加合适。
我们还可以探索更多目的地分布时合适的草坪形状，例如，当目的地呈现环形分布的时候，中间的草坪应该怎样设计呢？我们可以用模型模拟一下。
我们发现，当目的地呈现环形分布时，我们不仅要设计外圈环形的道路，在草坪中间我们还要设计若干供行人快速穿过的小道，这些小道既方便了人们，也保护了草坪（图6）。找找看，你在生活中能不能找到这样的例子呢？
如何用最小的成本保护草坪
通过模型，我们能够了解如何合理地规划路径，引导人们自觉沿着道路前进。同时，我们还可以观察草坪是怎么消失的，从而探究怎样用最低的成本保护草坪。我们以3个目的地为例看看草坪是如何被破坏的。
当我们设置了3个目的地之后，一开始形成的路径是弯曲的，中间形成不规则的三角形草坪（图7a）。但这个三角形草坪并不稳定，很快就会被践踏成图7b的形状。这个形状会较为稳定，但如果我们不管，海龟还会慢慢地把草坪践踏成图7c的形状。
在这个过程中，我们观察到尽管没有人刻意横穿草坪，所有人都是沿着已有道路前进。但草坪还是缓慢消失了。我们还观察到，草坪的消失是从道路的边缘开始的，一开始可能只是海龟偶尔踩到了草坪边缘，慢慢地草坪边缘形成了小径，走的海龟越来越多，路线也慢慢地向草坪中心延伸，最终整片草坪都会被踩踏。
通过观察，我們能够发现草坪被践踏消失的规律，在生活中我们也常常能够见到这种现象：草坪的破坏往往是从道路边缘开始的。因此，我们只要保护好靠近道路周围的草坪，让它不容易被人踩踏，就能用最小的成本保护草坪。
那么，我们应该应用什么方法保护道路周边的草坪呢？这就需要我们查找有哪些保护草坪的方法，并比较各种方法的优势和问题。例如，我们可以在靠近道路边缘的草地上铺设植草格，它可以大大延缓草坪的破坏程度，同时又不破坏草坪的整体性。在NetLogo模型中我们还可以模拟草坪的耐久度对路径形状的影响，从而模拟使用了植草格的作用。
除此之外，我们还可以通过模型探讨更多的问题。例如人群数量和草坪规划的关系;种植更耐踩踏的草，会减少路人的踩踏吗？如果人们更守规矩，会对小径的形成造成什么影响？当然，这里我们运用的模型是极度简化的，在现实中，我们很少有机会遇到完美的草坪，也不可能会遇到完美的按照规则行动的人。计算机模型能给我们提供一个思路的方向，却不会直接告诉我们答案。所以，在社会调查中，我们要把计算机模型和实际情况结合起来，才能完成真问题的真探究。