跨學科課程教學研究與案例

摘要：跨學科課程有助于學生擴展知識面，開闊視野，提高思維和創新能力，日益受到國內外高校的重視，但是，跨學科課程教學面臨著學生背景廣，內容跨度大等問題，對教學的方式和方法提出了新的要求。文章介紹跨學科課程在國內外高校開展的現狀，并結合教學案例分析，提出強調概念、明確主線、引導討論、結合實踐的教學方法；同時建議通過客座授課、培訓或者會議，加強教師之間的交流與合作。

關鍵詞：跨學科；教學；案例

文章編號：1672-5913（2013）01-0011-03

中圖分類號：G642

0 引言

跨學科課程通過介紹不同學科的基礎知識，擴展學生的知識面，啟發他們的跨學科思維，即融合文科的思辨——辯證地分析問題，理科的抽象——精確地描述問題，工科的實踐——具體地解決問題。對于計算機專業的學生而言，跨學科課程有助于培養他們的“計算思維”，即包括應用計算——利用計算機學科知識解決其他領域中的實際問題，發展計算——借鑒其他學科的知識優化計算的過程。因此，跨學科課程對培養富有創新精神的復合型人才有著積極的作用。

最近幾年，跨學科課程受到越來越多的關注和重視，國內外知名高校先后以不同形式，開設了跨學科課程，取得了良好的效果，但也面臨著如下挑戰：

1）學生背景廣。課程具有廣泛的適應性，對學生的教育背景并沒有特殊的要求，如何引導來自不同專業和層次的學生理解和思考課程的內容？

2）內容跨度大。課程涉及多門學科的基礎知識，可能包含社會學、經濟學、計算機科學、信息科學等。如何關聯來源于不同學科的教學內容，保持講解的連貫性和一致性？

針對以上挑戰，我們提出了強調概念、明確主線、引導討論和結合實踐的教學方法：

1）內容選擇圍繞基本概念、原理和思想展開，避免講解復雜的推導過程。

2）內容順序采用局部遞進和整體貫穿的方式，即每一章節內容安排由淺入深層層推進，各章節之間通過某一知識點進行銜接。

3）結合課程內容討論和解釋社會生活中的一些常見現象，激發學生興趣，啟發學生思考。

4）介紹前沿科研和實際生產之中成功運用多學科知識解決具體問題的實例和方法。

1 跨學科課程的現狀

1.1國外發展情況

社交網絡和信息網絡的興起與發展，引起了國內外研究者的極大興趣，逐漸成為目前研究的熱點。然而，僅憑單一學科的知識不足以分析這些網絡的特性。因此，歐美各知名高校紛紛開設與網絡有關的跨學科課程。2009年，密歇根大學開設了“網絡”課程，講解互聯網絡、社會網絡和信息網絡中的基本概念和知識。2010年，康奈爾大學開設了“網絡”課程，內容涵蓋經濟學、社會學、計算機科學和信息科學。2011年，斯坦福大學和牛津大學分別開設了“社會和信息網絡分析”課程，結合多學科知識，介紹社會網絡和信息網絡的最新研究成果。

1.2國內發展情況

2011年，北京大學在國內率先開設了跨學科課程。國內跨學科教育的先驅、北京大學李曉明教授提出“開闊計算機學人視野，啟迪跨學計算思維”的教學理念，并于2012年8月在北京首次舉辦跨學科培訓班，推動跨學科課程在國內高校的發展。共有來自全國35所高校的青年教師參加這次培訓課程。

2012年，北京航空航天大學、中國人民大學、北京師范大學、天津大學、電子科技大學等也相繼開設了跨科學課程。預計在2013年，會有更多的國內高校加入跨學科課程的教學行列之中。

2 跨學科課程面臨的挑戰

2.1學生背景廣

跨學科課程一般以全校公選課的形式開設，對學生的教育背景并沒有特別的要求，所以選修這門課程的學生可能來自不同專業。以電子科技大學2012年開設的“跨學科知識應用”公選課為例，選課學生的專業包括日語、英語、軟件工程、通信工程和電子信息工程等。部分專業的學生可能不具備某些授課內容的基礎知識，如概率、圖論和博弈論等。因此，授課教師需要選擇合適的教學內容和講解方式，讓不同專業的學生能夠輕松地理解和適應課程的內容。

2.2內容跨度大

跨學科課程旨在融合不同學科的知識，啟發學生跨學科的思維模式。因此，教學的內容跨度很大，可能涵蓋社會學、經濟學、心理學、計算機科學和信息科學等。以《網絡、群體與市場》這本教材為例，其內容包括圖論、博弈論、市場與策略、信息網絡、網絡動力學等。因此，授課教師需要合理組織和處理不同教學內容之間的關系，保持講解的連續性和一致性。

3 跨學科課程的教學

3.1內容選擇

由于選課學生可能不具備某些相關的基礎知識，教師在教學內容的選擇上，應從例子、概念、原理、思想和應用5個方面入手，盡量避免具體和復雜的形式化推導過程。如根據教材《網絡、群體與網絡》，講解博弈論一章時，可以通過幾個經典的博弈（囚徒困境、性別大戰、鷹鴿博弈等），引出博弈的一些基本概念（如占優策略、最佳應對、納什均衡、混合策略等），再逐步介紹均衡的解法和思想（如迭代剔除法、支付等值法、反應函數法等），最后探討博弈論在前沿科研中的應用（如網絡流量的博弈論模型）。整個過程中，無需過多強調博弈的形式化表示以及均衡存在性的相關數學證明。

3.2順序安排

為適應不同年級和層次學生的理解能力，各章節的組織和安排力求清晰地展現概念之間的關系。例如，在博弈論基礎上，不同均衡之間的關系如圖2所示。我們可以按照以下順序講解：嚴格占優策略-嚴格占優策略均衡-嚴格占優策略均衡可能不存在-劣策略-迭代剔除劣策略均衡-迭代剔除劣策略均衡可能不存在-最佳應對-純策略納什均衡-純策略納什均衡可能不存在-混合策略-混合策略納什均衡。

為了保證不同學科知識講解過程的連貫性，各章節之間應存在一條主線貫穿始終。例如，《網絡、群體與網絡》一書以“網絡”為主線，分別討論了經濟學的博弈論、社會學的強弱聯系和圖論的基礎知識在交通網絡、社交網絡和萬維網中的應用。

3.3擴展討論

擴展討論在跨學科課程中顯得格外重要，討論的內容應結合日常生活中的常見現象，特別是一些有爭論的、能夠引起學生共鳴和思考的議題，從而培養他們對所學知識的興趣和辯證分析問題的能力。例如，介紹跨學科課程的意義，可以對比西藥和中藥進行討論，西藥關注藥物的針對性與純度，中藥關注藥物之間的相互作用。不同藥物相互組合也許可以減少或抵消單一用藥的副作用，這也是醫藥研究的一個新方向。又如，探討博弈中的均衡只是一種穩態，不一定能達到資源的最有效配置和社會福利的最大化，可以結合民主和專制進行討論，民主雖然能權衡利益和制約權利，但在很多情況下，也可能會導致效率低下。因此，政府的強制干預有時也是非常必要的。

3.4實踐應用

教學內容應與前沿科研和生產實際相結合，培養學生綜合運用多學科知識解決實際問題的能力，即掌握“現象-映射-描述-求解”的過程，將具體的現象映射成專業問題，再完成形式化的描述和求解。例如，網絡動力學中的傳染病模型，可以用于分析互聯網病毒的傳播過程，預測其可能造成的危害和影響范圍。

4 跨學科課程的建議

跨學科課程教學涉及的知識面廣，有必要加強教師之間的合作與交流。授課教師可以采用聯合教學或者客座授課的方式，邀請其他專業的老師共同參與教學。例如，2010年康奈爾大學的“網絡”課程，分別由來自經濟學系和計算機科學系的兩位教授任教。同時，授課教師也可以通過培訓班或者會議的形式，交流教學體會，探討教學方法，分享教學案例。

5 結語

跨學科課程作為一類新興課程，日益受到教育界關注。計算機科學可以跟物理、化學、生物、政治、經濟、社會、心理等諸多學科聯系起來，不再是單一的學科，具有廣闊的發展前景和應用空間。通過深入淺出地講解，讓學生理解學習計算機專業不僅僅是學會編程，更重要的是培養和訓練其計算思維，使其靈活運用相關知識來解決實際中的問題。下一步我們將聯合國內各高校，進一步推廣跨學科課程，讓更多的學生了解并選修，星星之火，可以燎原。

（編輯：彭遠紅）