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叶富华:发明“小海龟编程”的人工智能之父逝世了,世人对其编程哲学仍未理解
关键字: 西摩尔·帕普特小海龟编程人工智能儿童教育电脑编程人工智能之父为了让孩子也能用使用电脑做点有意义的事情,帕普特发明了LOGO编程语言,这一语言非常简单,任何一个小孩一天就能学会。在LOGO的世界里有一只小海龟,你可以通过输入指令,让海龟在画面上走动,可以向上下左右,或者是按照你指定的角度移动。你还可以让小海龟以加速或减速移动,也可以让小海龟重复某一个动作。这些指令看似简单,但假如能将其进行合理的组合和排序,你就可以创造出各种东西,包括人、房子、汽车、动物、抽象图案,甚至有人还专门写了一本600多页的书(书名就是 Turtle Geometry,乌龟几何),发掘LOGO带给人们的无限可能(这本书会告诉你,用LOGO来学习包括微积分在内的各种高等数学知识也不是不可能的)。
图:goodreads
回顾自己第一次接触帕普特时受到的触动,图灵奖获得者艾伦·凯(Alan Kay)说,帕普特让他意识到,我们教给孩子的不应该是一种经过稀释的知识,孩子要学的并不是大人所掌握的知识的小孩版。我们首先要了解孩子的学习机制,才能为其提供很好的教育。孩子对周围的世界总是会充满好奇,而这样的好奇本身就能成为教学内容的一部分。艾伦·凯于2004年参与发起了“一百美元电脑”项目,旨在让每一个孩子都能用得上电脑,并且还不是你在商店买的普通电脑,而是内置了许多学习软件的OLPC电脑,由于所有的软件都是开源的,而且很容易找到源码,孩子可以自行修改这些软件,来满足他们的需要。这正是帕普特所提倡的让孩子对电脑进行编程的精神之传承。
反观今天绝大多数给小孩开发的软件,本质上都是电脑对孩子编程,而非孩子对电脑编程。电脑的普及,并没有让孩子受惠,反而让他们成为了奴隶。
Powerful ideas
你是不是一直都认为,小学数学就该从数数开始学,然后一路加深难度,直到大学的时候,才把微积分给祭出来?
但你知道吗?小孩子对数数本身也许兴趣不大,他们更感兴趣的反而是微积分!
其实小孩真正感兴趣的是理解他身处的世界,而微积分则是已知的认识这个物理世界最好的数学工具之一。在帕普特开发的LOGO语言环境里,孩子们可以创作任何图案,他们一开始通常会想到画正方形、三角形,然后自然就会想到去画圆形,画花瓣。要画圆形的话,就需要指挥小海龟往北走一小段路,然后左转,再走一小段路,再往北,然后往左,如是反复上千次之后,你就能画出一个比较接近圆的图案了。而这个过程本身,跟微积分的思维本质上就是一致的。所以小孩在画圆的时候,就不知不觉地学习到微积分了。
实体版的小海龟。图:cyberneticzoo.com
再举一个例子,如果孩子对汽车怎么移动这一现象感兴趣,那我们完全可以用电脑对此进行模拟(用最简单的LOGO就能做出这样的模拟),孩子可以观察电脑模拟,在老师的引导之下,自己找到汽车加速的规律。他们可以一边玩玩具,一边掌握加速度这样的物理概念。
世界需要像牛顿这样的天才来发明微积分,而我们这些凡夫俗子只需身处一个恰当的环境,就能领悟到微积分的奇妙,而像帕普特这样的好老师的价值,就体现在他们给孩子创造出了非常真实的模拟环境。
帕普特并不是为了发明LOGO而发明了LOGO,他是希望小孩能够通过学编程,接触到“有力量的”数学概念,而编程则是实现这一目标的极佳手段。1980年出版的Mindstorms一书的副标题是 Children, Computers, and Powerful Ideas,大多数人只看到副标题里的孩子和计算机,却忽视了powerful ideas。其实powerful ideas才是帕普特最为关注的东西。
编程本身并不能使你成为更懂得思考的人,只有当你通过编程,在电脑上做了某些模拟,然后加深了对世界的理解和认识之后,你才真正接触到了帕普特说的powerful ideas。
假如说这个世界是由上帝创造的,那这位上帝应该是一位数学家。我们身处的这个世界,从城市交通、空气污染,到桥梁结构、地质演变,再到经济活动以及人际互动,无不可以用数学模型来帮助我们理解。帕普特自身是一位数学家,他深深明白这一点。而且他相信,这些模型不需要读到研究生才有资格去学习,一个小孩也能学习,而且说不定小孩还能发现模型的漏洞。在整个世界都日趋复杂的今天,我们更是需要懂得这种思维的人。而电脑则是培养这样的思维的最好的工具,只是非常可惜,大家都只把电脑当作升级版的电视,没有看到电脑的程序可供性(procedural affordance)。
下面是一段短片,介绍的是80年代时帕普特参与的“电脑进入课堂”实验,在短片的最后简要阐述了他的教育理念,非常值得一看。
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思考怎么思考
You can’t think about thinking without thinking about thinking about something.
帕普特的这句话流传甚广,翻译成中文,大致意思是,我们不能只是思考思考本身,除非我们有一个思考的对象,否则我们只是在那里思考就会一无所获。这个想法第一次出现,是在帕普特给神经网络早期研究者沃伦·麦卡洛(Warren McCullough)的Embodiments of Mind 一书所写的序言里,其后,帕普特在另一篇同题论文里对此有展开论述(强烈建议大家下载阅读原文)。
MIT媒体实验室创始人尼古拉斯·尼葛洛庞蒂(Nicholas Negroponte)在一次研讨会上说这句话对他影响深远。他因此而改变了思考所有问题的方式。比如,当同事跟他讨论如何为媒体实验室筹款时,尼葛洛庞蒂就会说,我们应该讨论的是,我们该如何思考为媒体实验室筹款这件事本身。这一法则适用于其他任何场景,它能帮助你找到问题的本质。因此,尼葛洛庞蒂认为,我们向帕普特学习,最重要一点,就是要理解帕普特的思维方式。
图:来自帕普特的 Mindstorms 一书
帕普特所提倡的教育理念之核心,在于为孩子赋能,创造出能够让孩子发挥其好奇心的环境,而这本身就是对传统工业化教育理念的反思和颠覆。在Mindstorms一书里,帕普特特别强调了调试(debugging)之于思考的意义。所有写过电脑程序的人都知道,很多时候你写出来的程序不一定能运行良好,你需要调试,改变某个参数,或者修改某项指令,改完后再测试,假如不行,再改,如此反复,直到最后程序能按照预期那样运行。LOGO的环境就给孩子提供了一个非常好的场域,他们对程序的任何修改是否有效,马上就能看出来。其实帕普特最初是做了一个长得像海龟的机器人,孩子可以通过编程来指挥小海龟机器人运动,而对孩子来说,小海龟有足够的吸引力,他们只觉得自己在玩,而不是像在学校那样,被迫做很多自己搞不懂为什么的练习。
其实,不论是大人还是小孩,为了不让我们的思想过时,我们都该时不时对自己的思想进行调试。
帕普特提出的教育命题迄今依然没有获得广泛关注,科技的革新并没有带来真正意义上的教育革新。原因何在?也许我们该回到帕普特那里去找到答案。
图:cyberneticzoo.com
【本文作者叶富华,文章原载于《离线》线上杂志,经作者授权转载。】
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:马密坤
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