運用模型設計社會實踐活動

陳染

隨著《中國學生發展核心素養》的發布和實施，中小學教育中更強調學生的社會參與。開展社會調查活動便是培養學生社會參與意識的一種方法。參與社會調查活動有助于讓學生處理好自我與社會的關系，養成現代公民所必須遵守和履行的道德準則和行為規范。

社會調查活動屬于社會科學范疇。社會學家完成了社會調查后往往會用計算機建立仿真程序模型，讓計算機模擬人們的行為，發現社會現象背后的規律。這個方法也可以應用在中小學的社會調查活動中，下面以“人們為什么會踐踏草坪”調查為例，探討如何將計算思維建立模型的方法與社會調查結合起來。

調查踐踏草坪的原因

我們常常會在小區、學校或者公園看到這樣的現象，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，美麗的草坪會被踩出一條條小路，即使插上“請勿踩踏草坪”的標識也沒有什么用。這個現象在我們身邊廣泛存在，很適合作為社會調查的主題。值得注意的是，社會調查不是僅僅讓學生道德批判這種現象，更應該通過調查認識產生這種現象的原因，并提出解決問題的方法。

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

問卷調查法

·了解人們抄捷徑的目的;

·了解人們抄捷徑的次數和頻率;

·了解人們對抄捷徑的看法。

訪談法

·采訪路人抄捷徑的時間、地點、目的;

·采訪路人抄捷徑時的心態變化;

·采訪管理者對抄捷徑的看法;

·采訪管理者如何修復被踐踏的草坪;

·采訪管理者如何引導人們不要踐踏草坪;

·采訪設計者設計草坪和道路的思路和方法。

觀察法

·發現人們穿越草坪的路徑和方法;

·調查在一定時間內有多少比例的人會穿越草坪;

·調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。

通過調查，我們可以初步歸納出人們踐踏草地的原因，如節省時間、道路設計不合理、從眾效應等。有了調查結論，我們就能夠找出應對的方法，如重新規劃，設計更人性化的道路，制作保護草坪的物品，選用更容易修復的草種等，這些方法哪一種更合理呢？我們可以對人群建模，探究踐踏草坪現象背后的規律，并提出解決方案。

發現踩踏草坪的規律

通過調查活動，我們對人們踐踏草坪有了初步的認識。怎么樣的道路是最合理最人性化的呢？我們通過一個故事認識建筑師如何設計合理的道路吧！

一位著名的建筑師在進行公園的設計時，對于各個點的道路安排進行多次修改，卻始終無法滿意。開園的時間越來越近，但建筑師依然沒有找到合適的方案。一籌莫展之際，建筑師想到他在鄉村旅游的時候，看到莊園里被踩出來的彎彎曲曲的小徑，設計師產生了靈感。建筑師讓業主在公園里種下草種，并宣布開園試營業。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道路。

這個故事的版本很多，真實性無法考究，但它卻帶給我們很多啟發。如果我們在設計道路的時候也遵循了“以人為本”的設計理念，讓道路符合人們自然的行為習慣，即使不用警示標語也能讓人們自覺地避免踩踏草地。然而，現實中很少會有能夠像這個故事一樣能夠先鋪設草坪再鋪設道路的條件。我們可以在計算機中構建模型，模擬人們的行走規律，再將模型跟實際結合起來，設計出更加人性化的道路。

首先，我們需要將調查到的結論抽象分解為一條條簡單的規則。例如我們可以構建以下規則。

·規則1：行人會平衡遵循小徑和路程最近二者的矛盾，行人從A點到B點，如果有直達的小徑會盡可能走小徑，如果小徑太繞，會選擇穿過草坪抄近道（圖1）。

·規則2：草地被多個行人踩踏后，會形成小徑。

·規則3：行人會優先選擇小徑，其次再選擇穿越草坪。

·規則4：小徑一段時間沒有人踩踏之后，會重新長草變成草坪。

構建計算機模型

歸納了規則，我們就可以在計算機中建立程序，將文字的規則“翻譯”成計算機能夠理解和運行的程序。NetLogo的模型庫中的Paths（圖2）正是一個模擬行人行為的現成模型，可以給我們提供構建模型的思路。當然，在實際活動中，還是要根據自己的結論構建模型，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，行人會在草地上隨機走動，如果一個地方的草地被踩得多了，就會形成一條小徑。模型運行時，點擊畫面就會出現小房子，模擬人們的目的地。如果房子的數量大于2個，海龜會選擇前往任意的1座房子，到達后再隨機前往別的房子。海龜的行為遵循了前面我們所說的4個規則。在模型的左側我們還可以調整模型的各個參數。例如改變草生長的速度、草耐踩的程度、行人遵守規則的程度等，以探索不同要素對模型的影響。

我們可以從簡單到復雜對模型進行探索。如果目的地只有2個，會發生什么呢？毫無意外，兩點間直線距離最短，海龜走出一條直線的路（圖3）。

如果是3個目的地，會形成三角形的道路嗎？我們在模型中運行一下。

我們發現，在3個目的地的情況下，形成的路徑卻不是連接3個房子的三角形，而是如圖4這樣的形狀，3個目的地中間自然而然形成了一個花壇。在現實生活中，我們也常常能發現類似的三角形街心花園。仔細觀察我們會發現街心花園周圍有3條路，延伸到3個目的地，它可以引導行人自然地沿著道路前進，即使不安裝護欄也很少被踩踏。

如果是4個目的地，會發生什么情況呢？我們用模型進行研究。我們會看到模型出現下面的現象（圖5）。

我們發現，當4個目的地距離比較遠的時候，道路自然而然地形成梯形的街心花園;當4個目的地距離比較近的時候，中間就不適合設計草坪了，即使設計了也很容易被人們踐踏一空，在這種情況下我們設計廣場更加合適。

我們還可以探索更多目的地分布時合適的草坪形狀，例如，當目的地呈現環形分布的時候，中間的草坪應該怎樣設計呢？我們可以用模型模擬一下。

我們發現，當目的地呈現環形分布時，我們不僅要設計外圈環形的道路，在草坪中間我們還要設計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草坪

通過模型，我們能夠了解如何合理地規劃路徑，引導人們自覺沿著道路前進。同時，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草坪。我們以3個目的地為例看看草坪是如何被破壞的。

當我們設置了3個目的地之后，一開始形成的路徑是彎曲的，中間形成不規則的三角形草坪（圖7a）。但這個三角形草坪并不穩定，很快就會被踐踏成圖7b的形狀。這個形狀會較為穩定，但如果我們不管，海龜還會慢慢地把草坪踐踏成圖7c的形狀。

在這個過程中，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。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，最終整片草坪都會被踩踏。

通過觀察，我們能夠發現草坪被踐踏消失的規律，在生活中我們也常常能夠見到這種現象：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草坪。

那么，我們應該應用什么方法保護道路周邊的草坪呢？這就需要我們查找有哪些保護草坪的方法，并比較各種方法的優勢和問題。例如，我們可以在靠近道路邊緣的草地上鋪設植草格，它可以大大延緩草坪的破壞程度，同時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。例如人群數量和草坪規劃的關系;種植更耐踩踏的草，會減少路人的踩踏嗎？如果人們更守規矩，會對小徑的形成造成什么影響？當然，這里我們運用的模型是極度簡化的，在現實中，我們很少有機會遇到完美的草坪，也不可能會遇到完美的按照規則行動的人。計算機模型能給我們提供一個思路的方向，卻不會直接告訴我們答案。所以，在社會調查中，我們要把計算機模型和實際情況結合起來，才能完成真問題的真探究。