跨学科课程教学研究与案例

摘要：跨学科课程有助于学生扩展知识面，开阔视野，提高思维和创新能力，日益受到国内外高校的重视，但是，跨学科课程教学面临着学生背景广，内容跨度大等问题，对教学的方式和方法提出了新的要求。文章介绍跨学科课程在国内外高校开展的现状，并结合教学案例分析，提出强调概念、明确主线、引导讨论、结合实践的教学方法；同时建议通过客座授课、培训或者会议，加强教师之间的交流与合作。

关键词：跨学科；教学；案例

文章编号：1672-5913（2013）01-0011-03

中图分类号：G642

0 引言

跨学科课程通过介绍不同学科的基础知识，扩展学生的知识面，启发他们的跨学科思维，即融合文科的思辨——辩证地分析问题，理科的抽象——精确地描述问题，工科的实践——具体地解决问题。对于计算机专业的学生而言，跨学科课程有助于培养他们的“计算思维”，即包括应用计算——利用计算机学科知识解决其他领域中的实际问题，发展计算——借鉴其他学科的知识优化计算的过程。因此，跨学科课程对培养富有创新精神的复合型人才有着积极的作用。

最近几年，跨学科课程受到越来越多的关注和重视，国内外知名高校先后以不同形式，开设了跨学科课程，取得了良好的效果，但也面临着如下挑战：

1）学生背景广。课程具有广泛的适应性，对学生的教育背景并没有特殊的要求，如何引导来自不同专业和层次的学生理解和思考课程的内容？

2）内容跨度大。课程涉及多门学科的基础知识，可能包含社会学、经济学、计算机科学、信息科学等。如何关联来源于不同学科的教学内容，保持讲解的连贯性和一致性？

针对以上挑战，我们提出了强调概念、明确主线、引导讨论和结合实践的教学方法：

1）内容选择围绕基本概念、原理和思想展开，避免讲解复杂的推导过程。

2）内容顺序采用局部递进和整体贯穿的方式，即每一章节内容安排由浅入深层层推进，各章节之间通过某一知识点进行衔接。

3）结合课程内容讨论和解释社会生活中的一些常见现象，激发学生兴趣，启发学生思考。

4）介绍前沿科研和实际生产之中成功运用多学科知识解决具体问题的实例和方法。

1 跨学科课程的现状

1.1国外发展情况

社交网络和信息网络的兴起与发展，引起了国内外研究者的极大兴趣，逐渐成为目前研究的热点。然而，仅凭单一学科的知识不足以分析这些网络的特性。因此，欧美各知名高校纷纷开设与网络有关的跨学科课程。2009年，密歇根大学开设了“网络”课程，讲解互联网络、社会网络和信息网络中的基本概念和知识。2010年，康奈尔大学开设了“网络”课程，内容涵盖经济学、社会学、计算机科学和信息科学。2011年，斯坦福大学和牛津大学分别开设了“社会和信息网络分析”课程，结合多学科知识，介绍社会网络和信息网络的最新研究成果。

1.2国内发展情况

2011年，北京大学在国内率先开设了跨学科课程。国内跨学科教育的先驱、北京大学李晓明教授提出“开阔计算机学人视野，启迪跨学计算思维”的教学理念，并于2012年8月在北京首次举办跨学科培训班，推动跨学科课程在国内高校的发展。共有来自全国35所高校的青年教师参加这次培训课程。

2012年，北京航空航天大学、中国人民大学、北京师范大学、天津大学、电子科技大学等也相继开设了跨科学课程。预计在2013年，会有更多的国内高校加入跨学科课程的教学行列之中。

2 跨学科课程面临的挑战

2.1学生背景广

跨学科课程一般以全校公选课的形式开设，对学生的教育背景并没有特别的要求，所以选修这门课程的学生可能来自不同专业。以电子科技大学2012年开设的“跨学科知识应用”公选课为例，选课学生的专业包括日语、英语、软件工程、通信工程和电子信息工程等。部分专业的学生可能不具备某些授课内容的基础知识，如概率、图论和博弈论等。因此，授课教师需要选择合适的教学内容和讲解方式，让不同专业的学生能够轻松地理解和适应课程的内容。

2.2内容跨度大

跨学科课程旨在融合不同学科的知识，启发学生跨学科的思维模式。因此，教学的内容跨度很大，可能涵盖社会学、经济学、心理学、计算机科学和信息科学等。以《网络、群体与市场》这本教材为例，其内容包括图论、博弈论、市场与策略、信息网络、网络动力学等。因此，授课教师需要合理组织和处理不同教学内容之间的关系，保持讲解的连续性和一致性。

3 跨学科课程的教学

3.1内容选择

由于选课学生可能不具备某些相关的基础知识，教师在教学内容的选择上，应从例子、概念、原理、思想和应用5个方面入手，尽量避免具体和复杂的形式化推导过程。如根据教材《网络、群体与网络》，讲解博弈论一章时，可以通过几个经典的博弈（囚徒困境、性别大战、鹰鸽博弈等），引出博弈的一些基本概念（如占优策略、最佳应对、纳什均衡、混合策略等），再逐步介绍均衡的解法和思想（如迭代剔除法、支付等值法、反应函数法等），最后探讨博弈论在前沿科研中的应用（如网络流量的博弈论模型）。整个过程中，无需过多强调博弈的形式化表示以及均衡存在性的相关数学证明。

3.2顺序安排

为适应不同年级和层次学生的理解能力，各章节的组织和安排力求清晰地展现概念之间的关系。例如，在博弈论基础上，不同均衡之间的关系如图2所示。我们可以按照以下顺序讲解：严格占优策略-严格占优策略均衡-严格占优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-最佳应对-纯策略纳什均衡-纯策略纳什均衡可能不存在-混合策略-混合策略纳什均衡。

为了保证不同学科知识讲解过程的连贯性，各章节之间应存在一条主线贯穿始终。例如，《网络、群体与网络》一书以“网络”为主线，分别讨论了经济学的博弈论、社会学的强弱联系和图论的基础知识在交通网络、社交网络和万维网中的应用。

3.3扩展讨论

扩展讨论在跨学科课程中显得格外重要，讨论的内容应结合日常生活中的常见现象，特别是一些有争论的、能够引起学生共鸣和思考的议题，从而培养他们对所学知识的兴趣和辩证分析问题的能力。例如，介绍跨学科课程的意义，可以对比西药和中药进行讨论，西药关注药物的针对性与纯度，中药关注药物之间的相互作用。不同药物相互组合也许可以减少或抵消单一用药的副作用，这也是医药研究的一个新方向。又如，探讨博弈中的均衡只是一种稳态，不一定能达到资源的最有效配置和社会福利的最大化，可以结合民主和专制进行讨论，民主虽然能权衡利益和制约权利，但在很多情况下，也可能会导致效率低下。因此，政府的强制干预有时也是非常必要的。

3.4实践应用

教学内容应与前沿科研和生产实际相结合，培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力，即掌握“现象-映射-描述-求解”的过程，将具体的现象映射成专业问题，再完成形式化的描述和求解。例如，网络动力学中的传染病模型，可以用于分析互联网病毒的传播过程，预测其可能造成的危害和影响范围。

4 跨学科课程的建议

跨学科课程教学涉及的知识面广，有必要加强教师之间的合作与交流。授课教师可以采用联合教学或者客座授课的方式，邀请其他专业的老师共同参与教学。例如，2010年康奈尔大学的“网络”课程，分别由来自经济学系和计算机科学系的两位教授任教。同时，授课教师也可以通过培训班或者会议的形式，交流教学体会，探讨教学方法，分享教学案例。

5 结语

跨学科课程作为一类新兴课程，日益受到教育界关注。计算机科学可以跟物理、化学、生物、政治、经济、社会、心理等诸多学科联系起来，不再是单一的学科，具有广阔的发展前景和应用空间。通过深入浅出地讲解，让学生理解学习计算机专业不仅仅是学会编程，更重要的是培养和训练其计算思维，使其灵活运用相关知识来解决实际中的问题。下一步我们将联合国内各高校，进一步推广跨学科课程，让更多的学生了解并选修，星星之火，可以燎原。