西部民族高校學生如何進行跨學科計算思維培養

[摘 要] “跨學科”和“計算思維”是近年教育界談論得比較多的兩個概念，普適計算時代的多學科交叉，不同于在傳統學科劃分基礎上的協作，而是不同學科的思想在方法論層面的融合；普適計算時代的計算，也不僅是用計算機作為工具來提高解決問題的效率，更是計算思維在理解問題本身、尋求解決問題途徑中的作用?？鐚W科計算思維培養是培養大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節，以北方民族大學全校各專業大學計算思維能力培養教育教學改革為背景，針對西部民族高校學生如何進行跨學科計算思維培養進行了深入的分析和探討，提出了以社會計算應用為抓手培養學生網絡思維能力為核心的“大學計算思維”課程模型。

[關 鍵 詞] 跨學科；計算思維；教育教學改革；社會計算；網絡思維；課程模型

[中圖分類號] G645 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）07-0114-02

隨著信息科學與技術的不斷提高和普及，特別是互聯網和移動互聯網應用的不斷深化，計算思維將成為我們時代思維的主要方式和手段。什么是計算思維？廣義而言，就是基于可計算的手段，以定量化的方式進行的思維過程；狹義而言，計算思維就是數據驅動的思維過程。信息時代和知識經濟的特征是數據資源的開發，計算機和網絡是主要工具，這個時代所需要的思維方式就是計算思維。在大數據時代，人們獲取知識所需付出的努力不斷減少，作為一種反饋和補償，計算思維必須成為“讀、寫、算”之外的另一種素質要求。

培養計算思維，應該著重計算思維與其他學科的交叉與相互滲透，超越將計算思維只是作為工具來使用，追求在思想與方法論層面的融合，去解決更加復雜的問題，理解更加深刻的現象。在教學中有機地引入跨學科元素是培養計算思維能力的一種有效措施。但是長期以來，我們高等教育各學科之間的界限比較分明，即便在有些條件下鼓勵學生選學不同學科的課程，但每門課程內容的學科屬性依然很明顯，其結果是缺乏融會貫通。同時，雖然要求每個社會科學專業的學生學幾門計算機課程，但那些課程通常只是工具性的，缺乏對學生計算思維的啟迪。

網絡思維是計算思維的發展，是在新時代環境下個體思維向群體思維的延伸。計算思維是遞歸的、規劃的和個體性的思維，而網絡思維是非線性、開放性、系統性和群體性的。計算思維利用啟發式推理來尋求問題的解答，通過約簡、嵌入、轉化和仿真，將問題重新闡釋來求解，并利用海量數據來加快計算。網絡思維求解問題看重個體之間的聯系，利用海量數據來挖掘各要素的關系和隱形的網絡結構。

一、社會計算

社會計算是使用系統科學、人工智能、數據挖掘、機器學習等科學計算理論作為研究方法，將社會科學理論與計算理論相結合，為人類更深入地認識社會、改造社會，解決政治、經濟、文化等領域復雜性社會問題的一種理論和方法論體系。無論是自然科學還是社會科學，底層的基本過程都是可計算的，可以從計算思維的新視角進行分析。計算思維有助于社會科學的發展，而且社會科學的原理與思想的運用也將有助于計算思維的發展。社會計算作為一種數據密集型科學，在收集和分析數據的廣度、深度以及規模上都產生了巨大的影響。社會計算作為一種新的計算范式，產生了一個新的跨學科研究與應用領域，其廣闊的研究內容與應用已引起學術界和工業界的廣泛關注。

長期以來，社會科學的定量研究都是通過問卷調查的方式收集數據，這種方式收集的數據量小且真實性難以確定，這些數據往往是在一個時間點或相隔很久的不同時間點獲得，對連續的、動態的社會過程只能推斷。社會科學家一直希望能像研究自然現象那樣，通過“實驗—理論—驗證”的范式研究社會現象，這種期盼在高度信息化的計算社會將成為現實。

隨著物聯網、云計算、社交網絡、社會媒體以及群智感知等技術的飛速發展，數據正以前所未有的速度迅速增長和積累。數據是人類社會最重要的財富，大數據時代的到來，為研究人類社會動態和模擬社會問題帶來了前所未有的機遇，來自政治學、經濟學、語言學、傳播學、人類學等社會和人文學科的研究者聯手計算機、物理、數學、控制等科學技術界的專家開始關注大數據對社會、經濟、科學研究等方面帶來的巨大價值，開始使用復雜性科學來描述社會系統中的復雜現象。

自然界和人類社會中存在的大量復雜系統都可以通過網絡加以描述：社會網絡是人與人之間由一種或者多種特定類型的相互依賴性（如友誼、親屬關系、信仰、知識或者威望）連接起來形成的網絡；神經系統可以看做是大量神經細胞通過神經纖維相互連接形成的網絡；計算機網絡可以看做是自主工作的計算機通過通信介質等相互連接形成的網絡；類似的還有電力網絡、交通網絡、生物分子網絡、新陳代謝網絡、Web頁面鏈接網絡、地緣政治網絡、食譜菜系網絡等。網絡高度概括了復雜系統的重要特征，是目前公認比較合適的復雜系統建模形式。網絡理論像是一個大金礦，可以解釋從心理學到經濟學跨大范圍的學科內出現的各種復雜現象。

二、國內外現狀分析

社會計算這一概念于2004年由王飛躍等人提出，他們通過分析當時國內外相關研究工作，指出了社會計算的主要研究方向，探討了社會計算的若干關鍵問題及發展趨勢。2005年，MIT的科學家Pentland提出了社會感知計算的思想。社會感知計算泛指通過人類社會生活空間部署的大規模多種類傳感設備，感知識別社會個體的行為、分析挖掘群體社會交互特征和規律、引導個體社會行為、支持社群的互動、溝通和協作的一種計算技術。2009年2月，Lazer等人在Science上發表了計算社會學的文章，系統地闡述了社會計算、社會行為等群體演化規律，社會計算真正成為國際矚目的前沿研究。

近些年來，國內外多所院校已開設了社會計算相關的課程，其中比較有代表性的有康奈爾大學、斯坦福大學、麻省理工、密西根大學，劍橋大學等國外優秀大學，中國人民大學社會學系、中山大學管理學院也開設了社會網絡分析課程，這無疑體現了一種共識。北京大學的李曉明教授采用康奈爾大學的David Easley（經濟學家）和John Kleinberg（計算機科學家）合編的一本優秀教材網絡、群體與市場，為北大、北航、天大、哈工大等學校的學生開設了計算社會學前沿研究課程，并且學習他們在康奈爾大學組織教學活動的實踐——用網絡講網絡，利用公開的博客來收集學生的作業，從而以幾乎零成本達到一種學生之間交流和相互啟發的目的。MOOC（多人在線開放課程平臺）上有斯坦福大學的公開課《社會和經濟網絡：模型和分析》和密西根大學的公開課《社會網絡分析》。

時至今日，自然科學領域學者所做的跨學科研究都是比較淺層次的社會科學理論再驗證，還沒有一個研究成果能基于大數據發現新的深層次社會科學理論。為計算思維賦予鮮活的人文社科特色靈魂，必將對日趨復雜的社會經濟活動給予更加合理的解釋。因此，在計算機專業的教學活動中引入一些社會科學和人文科學的元素應該成為一種普遍的實踐，而讓計算思維潛移默化在其他專業的教學內容中則是促進自然科學與社會科學面向未來發展的助推器。

綜上所述，網絡思維已經成為當代大學生必須具備的一種普遍認識和一類普適技能，不同學科的理論、思想在方法論層面進行融合也是大勢所趨。因此，需要開設一門定位在本科層次的課程對來自不同學科的學生進行跨學科計算思維啟迪，大學計算思維正是最符合這一需求的一門課程。本課程的開設目標是：闡述社會計算的基本概念和理論、介紹社會網絡分析的基礎知識，通過對社會計算的前瞻性課題的介紹，使學生對社會計算、社會網絡分析技術及應用有一個初步的了解，激發學生進一步探索的興趣。

三、以培養學生網絡思維能力為核心的大學計算思維課程模型

基于我校教師和學生的實際情況，我們不可能直接開設類似社會網絡分析和計算社會學前沿研究那樣高端的課程，所以我們考慮先開設科普性質的大學計算思維課程，讓我們的學生對社會計算、網絡思維和計算思維有基本的認識，這樣課程目前國內外高校尚沒有開設。

網絡思維涉及的相關理論包括圖論、復雜網絡理論以及由相關方法引出的集合論、矩陣論、多元統計分析和譜圖理論等，所以學生應該具有基本的線性代數、概率與統計、離散數學等基礎，這就決定了大學計算思維這門課程應該在本科三年級以后開設，所以這門課程是不可能用計算機文化基礎課程來替代的。

Web2.0的出現產生了海量的社會感知數據，數據分析人才已經成為目前最稀缺的人才，具備不同學科背景又擁有敏銳網絡思維的畢業生是不可能存在就業困難的。有兩種課程對學生是有益的：一種是教他們學會將來用得著的方法和工具；另一種是讓他們得到啟迪，產生對生活、對科學的憧憬，大學計算思維這門課兩者兼顧。

這門課上，我們會講到大量十分熟悉的話題，包括社會網絡、結構洞、社群檢測與社群演化追蹤、蝴蝶效應、小世界現象、信息的不對稱對市場行為的影響、流言傳播、病毒式營銷、基于社會關系的推薦等，這些源自我們日常生活教學內容會讓學生感覺親切熟悉并且饒有興趣。但這些內容的講解又不是像通常做介紹性報告那樣泛泛而談（那樣的報告，一般信息量大但缺乏挑戰性思考），而是依托社會學和經濟學的一些觀念，用數學和計算機科學的語言對有關現象進行詳盡的分析推理，尤其是讓學生能夠欣賞到某些看起來隨機發生的社會行為和經濟行為所體現出來的過程就是一個優化計算的過程，從而常常有熟悉之中、意料之外的效果。

學科交融日益廣泛且深入的今天，在教學活動中引入一些跨學科元素應該成為一種普遍的并且深受學生喜愛的教育教學改革實踐，讓計算思維和網絡思維潛移默化在其他專業的教學內容中則是我們計算機專業學人的一種責任，這不僅僅是因為計算機專業要面向未來發展，更是為了促進自然科學與社會科學

的未來發展。

參考文獻：

[1]王飛躍.面向計算社會的計算素質培養：計算思維與計算文化[J].工業和信息化教育，2013（6）.

[2]李曉明.跨學科計算思維教學的認識與實踐淺談[J].中國大學教學，2012（11）：4-5.