因计算机而强大》第1章 计算机和计算机文化

Mindstorms - Chapter 1: Computers and Computer Cultures

在大多数当代教育的情境中,孩子们是怎样和计算机接触的呢?我们知道,计算机可以为孩子们提供适当程度的练习、提供反馈或者是发布信息。孩子们要服从计算机的节奏也就是说,计算机对孩子进行了编程。在我们的LOGO环境中,情况恰恰相反:即便是学龄前儿童也站在了主导地位上 —— 孩子对计算机进行编程。通过教计算机怎样思考,孩子们开始探索自己的思考方式。这种体验颇不寻常,甚至很多成年人也很难拥有 -- 思考关于思考的问题,把孩子们变成了发生认识论的专家。

孩子也可能成为发生认识论的专家!这个想法源自我和皮亚杰的共事。那是1964年,在皮亚杰位于日内瓦的发展认识论中心工作长达五年后,我离开了,但我深受他的影响。他认为儿童的认知结构是由儿童自己主动构建的,而非教师教给他们的。这并不意味着儿童是凭空构建出认知结构的,他们也需要寻找架构的素材,最显著的比如来自周遭环境的种种典范和隐喻。

皮亚杰探讨儿童不同智性能力的发展顺序,我认为他对后天环境如何影响这顺序,强调的还不够。例如我们的文化提供了充分的智性土壤帮助儿童建构数学和逻辑思维。儿童学数数,明白其结果与顺序排列无关。于是他们再将这一知识储备延伸到生活中,就可以理解液体在流动中造型可以不断改变,但总量不变。这类知识的积累不需要刻意教授,而是‘前意识’‘自发性’的学习。但是像排列组合这样的智性能力在日常生活中用的不多,所以就开发得慢了。没有正规学校教育,孩子们可能都没有排列组合的概念。这本书想表达的主题其实就是儿童如何自发建构目前无法被建构的重要观念。我们的论证将会与皮亚杰的相差甚远,他用地域差异解释欧美城市儿童和非洲丛林部落儿童的不同,而我们要比较的是计算机前的文化(不论是在美国城市还是在非洲部落)和未来将遍地开花的“计算机文化”之间的差异。

我相信计算机的诞生为智力开发带来根本性的影响,这一影响将大过电视甚至印刷术。计算机是基于数学算法的实体,让学习者以全新形式接触数学知识。而即便是最好的教育片也只是换一个载体上课,换汤不换药。举例来说,比起家长老师,《芝麻街》在讲授知识时更引人入胜,但孩子还是处在被动听讲的位置。可当儿童学习编程时,他们学习的过程是完全不同的,需要他们主动出击,为达到想要的成果获取相关知识。孩子们的求知欲被触发,学习时充满动力,享受带来新知识的学习体验。

计算机带来了新的数学学习方法,但其影响不限于此,我们还可以将计算机和皮亚杰的另一理论联系起来。皮亚杰将认知结构分为“具象”思维和“形式”思维。儿童6岁时已经具备“具象”思维,并在之后继续完善。而“形式”思维直到孩子12岁时才开始发展,往往需要一两年才开发完善,有些研究者甚至称许多人的”形式”思维都没有完全开发。我并不完全接受皮亚杰的说法,但我觉得这一理论可以帮助我们理解为什么有些发明重要到能以一敌千。简单说来,我推断计算机可以将“形式”思维的内容具象化,个人化。从这点看来,计算机不只是“又一个”教育工具,而是克服了皮亚杰等人所认为的难点,实现儿童思维到成人思维,”具象”思维和”形式”思维的跨越。原本需要”形式”思维才能获取的知识因为计算机被具象化,在学习这些知识的过程中儿童渐渐培养了”形式”思维。

为了更具体地说明计算机与皮亚杰”形式”思维的关系,我将后面章节的内容,预提到这里来解释。我们在底下会检视两类”形式”思维:将系统所有可能状态罗列的组合式思维、自我指涉地反思思考本身。

在组合式思维典型试验中,儿童要把不同颜色的珠子配对出尽可能多的组合。令人惊讶的是多数儿童要到读五六年级的时候才能系统精确地完成排列组合。为什么这个任务比起7、8岁儿童的算术题反而更困难?是因为其逻辑结构更复杂?还是完成任务需要的神经机制还没发育健全?我认为原因可能在于儿童接触的文化本身。我们可以把串珠子看做是编程并执行,由两层嵌套循环构成:首先确定第一颗珠子的颜色,然后列举出第二颗珠子所有的可能的颜色,然后再把第一颗珠子换成下一种颜色,反复循环直到列举出所有组合。对于熟悉计算机和编程的人来说,这个任务不“形式”不抽象。在计算机文化熏陶下的孩子会觉得这个任务就像把刀叉配对一样简单,甚至能预见到常见的程序错误,比如重复计算某一组合(例如重复计算红蓝,蓝红这一组合)。我们的文化里有很多配对和比较的元素,我们有丰富的语言来描述两者间的比较,比如让孩子比比三块大蛋糕的分量有没有比四块小蛋糕多,这样的实际问题有利于培养儿童对数量的认识。但我们的文化缺乏对系统性流程的描述,编程语言不会出现在常用语中,“嵌套循环”“重复计算出错”这些词汇依然冷僻,不会计算机的人听到“故障(bug)”“排除故障(debugging)”也是一头雾水。

由于缺乏环境培养系统性思考的能力,儿童思考问题时就像无头苍蝇乱撞。这一问题在美国都市和非洲乡村都存在,也就可以解释为什么孩子较早就能认识数量,却需要到年纪大些才能够系统思考。

在日内瓦工作期间,我开始觉察新兴的计算机文化如何让心理学家找到新的方式,帮助人们探索自己的思考过程。我踏足计算机领域很大程度是是想到孩子们可以从计算机文化中收益,因为计算机模型可以将原本抽象的知识具象化。

我看到学编程的孩子可以用计算机模型将思考过程具象化,这么做让他们更了解自己的心理过程和认知过程。例如许多孩子对学习的认识就是“学对了”“学错了”两个极端,就很容易在学习过程中产生畏难情绪。但在学编程的时候,极少能一次成功。学编程就是学会迅速挑错并加以改正。我们不说一个程序是对是错,我们只看故障能否修复。如果把这样的态度融入我们的文化,我们就不怕犯错。用计算机辅助思考有望改变我们非黑即白的思维方式,可以更平和地看待成败。当然不用计算机我们也能学习,也有“排除故障”的能力,但使用编程模拟学习过程可以刻意培养“排除故障”的能力。

培养计算机文化的前提是计算机的广泛普及,这亦是不可阻挡的趋势。计算机,电子游戏,电子表都是技术革命的产物,随着技术成熟大大降低生产成本。技术革命同样也催生了集成电路,在集成电路的基础上有望开发个人计算机。过去的计算机造价昂贵,集成电路可以将计算机组件大大简化。我们说一本书的成本更多在于前期的撰写,编辑,排版,而非后期装订分销的生产成本。对于计算机而言也是一样 ,主要的成本在于技术开发。一台计算机十九世纪六十年代造价数十万,七十年代早期造价降到数万,到了现在要达到同样的运算能力,制作成本已经小到可以忽略不计,唯一的限制因素是我们能否把集成电路--如同印刷一般 -- 蚀刻到芯片上。

随着集成电路的技术不断精进,过去庞然大物才能实现的运算能力现在小小的芯片就能实现。我预言在本世纪末小孩子玩的玩具具备的运算能力可以和数百万美元一台的IBM计算机匹敌,未来计算机的主要成本集中反而在键盘之类的配件上。即使这些配件的价格没有大跳水,这些玩具未来的零售价与打字机电视机也不会相差太多。

专家们都同意计算机将来会走进千家万户,除了以传统计算机的形式出现,还会作为智能设备融入我们的生活。计算机无疑会大大改变我们的生活,对儿童来说尤是如此,问题在于这影响是好是坏。而对此持悲观态度的人有两类,我称之为“怀疑者”和“批评者”。

怀疑者不指望计算机对人们的学习和思维会有多大影响。他们把计算机对教育的影响想得太狭隘,只把计算机看做教书工具,而不考虑其广阔的文化影响。因此他们总结道计算机对学习教育有点用,但不会有本质的飞跃。他们没看到皮亚杰教学法对儿童成长的推动作用。如果他们只把刻意教学看做孩子的智力开发的主要方法,就会低估计算机和其他互动装置对孩子智力开发的潜在影响。

批评者则承认计算机会带来深远影响,但他们对此却忧心忡忡。他们害怕人们沉迷计算机而减少人际交流,造成社会分裂。计算机影响着社会和经济生活,没机会学习计算机的弱势群体生活状况会进一步恶化,计算机会加剧阶级差异。对于计算机的政治影响,批评者则担心计算机会成为乔治奥威尔在《1984》里描写的电屏,成为政府监视百姓进行思想控制的工具。他们还担心计算机普及对健康的影响,有些已经存在的‘时代病’会因为计算机而加重,还会有一些新病症影响人们。对于前者,典型的案例就是电视对人的心理危害。电视节目让人上瘾,掌控人们的生活,影响心理健康。要是有了计算机,电视节目会更符合观众品味,增进与观众的互动,掌控力更强,人们恐怕只会陷得更深。虽然这样的问题还没出现,但想到已经有学生夜夜守在计算机前,不读书也不和人打交道,再看到孩子们打这些不甚成熟的电玩时,脸上散发出的异样光彩,家长们不免担忧不已。

讲到计算机带来的新病症,批评者担心计算机机械式的思维过程会影响人们的思维方式。这不禁让人想到Marshall McCluhan的格言“媒介即信息”:如果媒介是一个交互式系统,像人一样倾听和反馈,人们很容易认为机器就像人,而人就像机器。我们很难评估这样的信息对于儿童世界观和自我认知的发展会有什么样的影响。这种担忧背后的原因是显而易见的。

除了以上两方面担忧,我对计算机的社会影响持乐观态度。对于批评者的担忧我并非视而不见,相反,我也看到计算机对人脑可能有巨大影响。我看到计算机的互动性引人入胜,当人们编程时思考方式也会受到影响。而我在过去十年推动的LOGO项目就致力于充分发挥计算机的积极作用。例如批评者担心孩子们会沉溺于计算机游戏,在LOGO项目中我们开发的电子游戏里涵盖了物理,数学和语言学原理,让玩家在游戏过程中自然而然习得这些知识,就像小儿学语一样容易。批评者所担心的“掌控力”反而让计算机成为有效的教学工具。再举一例,批评者担心儿童受编程模式影响成了机械思考的产物。我则反其道行之,让儿童学着像计算机一般“刻意”思考,按部就班,把思路的每一步都写下来。这样的思维方式在孩子学习语法和数学这样的形式科目时可以看清每一步,因而尤为有用。

计算机用于教育的另一个好处虽然是间接影响,但却更为重要。通过刻意模仿机械思维,学习者可以分辨出机械思维的内涵,解决问题时应选取何种机械思维。可代码就是一套具象的思维模型,儿童在意识到存在不同类型的“思维方式”后,他们开始能选择要采用何种方式来进行思考,也因此能脱离机械思维,这就是我所说的“孩童如一个认识论哲学家般思考思考本身”。

由于现有文化的局限,孩子们不知道如何描述思考过程,将他们脑海里的观点外化并加以验证。有了计算机,这一状况将大大改观。哪怕是最简单的海龟编程都可以强化孩子读思维过程的理解。指挥乌龟行动或思考可以让人反思自己行动和思考的过程,随着孩子水平提升,他们可以编写更复杂的程序,也可以探索更复杂的思维过程。

简言之,批评者和我都认为计算机对人的思维方式有巨大影响,但我致力于利用好这一影响。

反对我的有两种论调。第一种论调是让儿童早早接触认识论是否是好事?许多人认为过细地分析思维过程并加以描述是低效的。第二种论调质疑计算机是否真能帮助儿童认识自我思考的过程。许多人认为使用计算机反而会有相反的效果。这两种论调要一一击破。第一种论调其实是学习心理学的技术问题,我们会在第四章和第六章进一步讨论。对于第二种论调,我确实无法保证计算机就能起到我想要的教育效果。并不是所有计算机都可以用于教育。在LOGO环境中,我看到儿童在指挥乌龟做他们熟悉的动作时积极地回想自己的思考过程。不过不是有计算机就一定会有这样的反思,多数时候计算机只是被拿来玩游戏或者加载教学程序让儿童跟着学算数学拼写。基本有家长,同伴,专业教师教他们BASIC语言,他们也不像我们在LOGO环境里看到的那样反思自己的认识过程。我能理解批评者对计算机的质疑,但我希望能推动计算机的积极应用。研究现在正在发生什么是实证问题,研究可能发生什么是技术问题,但将来要发生什么就是政治问题了。将来要发生什么,取决于社会的选择。

80年代关于计算机对儿童影响的核心问题如下:那些人会投身计算机事业,他们会为计算机贡献什么力量,他们会赋予计算机文化怎样的基调和意识形态。正如我所提到的,在LOGO环境中儿童之所以会反思自己的思维,因为LOGO语言和乌龟背后的设计者很享受在日常讨论中反思自己的思维。其他计算机系统的设计理念就不一定了。最终哪种设计会胜出,不会是官方指定,而是由市场,学校,个人决定的。孩子们可以选择学习应用哪一套系统。人们常问未来是孩子们编程,还是由编好的程序引导?有人选择前者,有人选择后者,有人两者都选,也有人都不选。但是这些孩子、这些不同社会阶层孩子,最终的选择会深受周围计算机活动和其使用环境则影响。

我们举一个看似和计算机和儿童教育不相关例子:计算机写作。对我来说,写作就是打草稿,再一遍遍修改,毕竟初稿都是不能看的。但如果我是个三年级的小学生,写作初稿的过程已经花了很多精力和时间,更别说进一步修改和誊写了。因此学校对他们只限于草草提交初稿,他们就学不会审阅自己写的东西,批判性地修改文章。当孩子们在计算机上写作,修订文章时就不用涂涂抹抹,反复誊写,看到的文章总是干干净整洁。我就见过小孩子用计算机写作数周后从抗拒到爱上写作,作文水平也大大提升。计算机更帮助那些身体残疾握笔不便的孩子感受写作乐趣。

计算机已经成为文字工作者的写作工具,而现在孩子们也可以像模像样地用计算机写作。专业人士用的顺手的工具孩子们一样玩得转,写的溜。孩子通过计算机写作可以灵活编辑文字,反思自己的语言组织是否有条理并进行调整。然而目前在小学里计算机只是用于教学演示,让孩子拿来分辨动词名词,做单选题。这和我们的教育理念有本质上的不同。让孩子用计算机写作使他们的写作方式更接近专业作家,而不是拿他们当小孩子,默认小孩子能写出初稿就不错了。即便如此,如果孩子身边的成人不理解写作的要义在于修改,而在一旁念叨着“干嘛不写点新的”“改来改去就那样”“改这些没用的,你先订正拼写错误”,那也会大大打击孩子们使用计算机培养写作能力的成效。

计算机不仅可以教写作,还可以教作曲,教技能,教制图等等:计算机还可以用来承载不同的文化和哲学意涵。例如“乌龟”可以用来教传统科目,比如图形,角度,很多老师也想把“乌龟”和现有教学大纲结合在一起。但我更希望以“乌龟”为载体推广皮亚杰的教学法,那就是抛弃教学大纲去学习。

所谓的“皮亚杰教学大纲”或“皮亚杰式教学方法”都违背了皮亚杰的初衷。他希望学习是自然而然,不用刻意教授的。“抛弃大纲去学习”不代表课堂就是随性无序的,把孩子们“放养”,而是要让孩子们从所处文化中吸收养分,逐步建立自己的知识体系。在这一模式下,教学干预就是要改变孩子所处的文化环境,植入有建设性的元素,去除不利影响。这比使用教学大纲更难。好在随着技术发展,人们有机会实现皮亚杰的教学法。

三十年前有个教育学家为了解决数学教育的困境,发明了“New Math”,强制所有小孩学习形式数学语言,希望其中一大部分人能熟练甚至爱上数学。这种做法听起来很有道理,但实际操作很困难,没几个人愿意执行这样的想法,形式数学语言对大多数成年人而言是不切实际的东西。而如今,数百万的成年人自发地学习编程语言,他们不是为解决谁的教育问题才这么做的,可就因如此,反而更容易将编程教育推广给他们的下一代。

QWERT现象

教育家一定要是人类学家,才能理解哪些文化内容会促进智力发展,而当今文化发展的趋势又如何,并把握趋势进行恰当的干预。我作为一名教育学家-人类学家,看到计算机进入千家万物后带来了新的需求。父母教儿童认识计算机,使用计算机。在我的观点中“海龟编程”相较于“New Math”当时的反潮流,会是适应了我们这时代趋势的产物。 教育者,基金会,个人的选择都有可能为儿童教育带来大变革,但做出正确的选择并不容易,人们倾向于越陷越深,也就是所谓的QWERTY现象。

QWERTY是标准键盘的第一行字母顺序。QWERTY现象形容的是技术没有推动生产力进步,反而进一步固化旧有模式。QWERTY的排列顺序不是因为这样排列顺手,而是因为早期的打字机键盘按键容易卡住,所以要把常常连在一起打的字母组合错开才不会卡在一起。后来有了新技术,打字机键盘就不会卡住了。但QWERTY的排列顺序却保留下来,应用在数百万台现代键盘上,人们要熟记QWERTY键盘的不便。改变的社会成本(例如开发新的键盘布局,把常常连在一起打的字母组合在一块儿,打字起来更顺手)和沉默成本(大家都熟悉QWERTY键盘)如此之高,所以哪怕有更好用的键盘设计人们也不愿替换掉QWERTY。人们还会辩解道QWERTY在某些方面更优,更省事。其实这些辩解也没根据。我们也可以看到社会是如何依赖既有的落后事物,甚至发展出一套理论为落后事物辩论。这样的路径依赖成为新事物发展的阻力,而计算机的发展正面临这样的阻碍。人们看到计算机只想到把选择题搬到屏幕上,拿鼠标选答案,却忽视计算机编程对教育的启迪作用。另一个例子讲的是人们编程是所用的语言。编程所有的语言有FORTRAN, PASCAL, BASIC, SMALLTALK, LISP和较为不为人所知的LOGO语言,也就是我们研究计算机和合同关系时所用的LOGO语言。在编程界也有QWERTY现象。孩子学编程时要用哪种编程语言呢?在我看来,编程语言应该像自然语言一样,它用其特有的某些隐喻,图像和思维方式。 所使用的语言对计算机文化影响深远。许多教育者很关心编程语言的文化影响,但在选择语言时要么出于技术考虑,要么就是不敢去挑战计算机制造商,所以还是选择了现成的BASIC语言来教孩子编程。所以BASIC语言推广的初衷是什么?因为当年计算机太贵,学校买的便宜计算机性能不行,运行不了复杂的语言。BASIC语言对计算机要求低,所以被广泛应用。如今计算机的运行能力大大加强,BASIC语言的优势不再。然而多数学校想到编程就想到BASIC语言,哪怕其他语言用于教学时好学好用,更具启发性。说来吊诡,计算机革命才开始不久,就已经存在保守主义了。我们从BASIC语言切入,看看变革性的新产品如何被社会边缘化。BASIC语言的流行就像QWERTY键盘,老师们教的都是BASIC语言,书上写的都是BASIC语言,许多计算机把BASIC语言放在原厂设置里。人们还写长篇大论说明在BASIC语言诞生之初其他语言都没有BASIC语言为人熟知,而且BASIC语言对运行环境要求低,所以BASIC语言被广泛应用是有道理的。

支持BASIC语言的理由之一是因为BASIC语言的词汇量小,所以更好学。表面上看这个讲法挺有道理,但我们看看自然语言的习得就知道不是这么回事。想想一下,如果一种语言只包含五十个单词,那人们必须不断组合这五十个单词才能表达不同的思想。这样的语言真的更好学吗?可能这些词汇一开始挺好学的,但如何使用这些词汇学起来就很痛苦了,只有极少数的孩子愿意学习除了日常用语之外的内容。BASIC就是这样的语言,虽然词汇少又好学,但用起来就很麻烦了。BASIC编程的规则相当复杂,乃至于只有少数人有兴趣学。

有人可能要问,难道老师没发现BASIC对学生来说很难吗?答案很简单,多数老师不指望小孩能表现得多出色,更何况是编程这种考验运算能力和数学思维的项目,所以教师认为儿童掌握不了BASIC语言也是很正常的,而不认为是BASIC语言的问题。这样的偏见使学校长久以来还是使用BASIC语言,哪怕只有少数学生能掌握。如果老师发现不了问题,那么那些计算机专家总该发现问题了?然而并没有,可能是因为计算机专家们基本是工程师,习惯使用各类技术语言,BASIC语言的精简性恰好迎合他们的理念,所以对他们来说BASIC语言很好学。结果就是没有考核,没有实证,工程师们才用的BASIC语言不知不觉就被学校拿来教学生。BASIC语言就像QWERTY键盘一样坐实地位,广泛用于教学。然而这一次,路径依赖的后果比不顺手的键盘输入法来的更加严重。

这样的计算机文化对教育影响深远。例如用计算机上做题受到广大教师和工程师的欢迎,教师喜欢是因为这么做沿袭了传统的教学模式,工程师喜欢是因为觉得这类程序好编好用。抱着这样的偏好,优秀的工程师开发出了相应的软硬件和操作系统,老师在课堂上应用这些产品。这样的偏好是潜移默化的。人们做比较试验证明计算机对学习的影响,却测定不到,所谓的“媒介即信息”,系统里隐含的偏好已经真真切切影响了教育理念。

人们刚开始接触新事物时不免会抱着老观念,无法客观看待新事物。汽车设计师花了好几年才意识到他们要发明的是机动车,不是“没有马的马车”。一开始拍电影时演员还不会对着镜头表演,只懂得对着观众表演。电影对他们来说是剧院表演加上一帧一帧的连续摄影。直到新一代的电影演员出现,电影表演才真正成为新的表演艺术形式。我们今天的“教育科技”或“计算机教育”只是新瓶装旧酒,而我要介绍是利用计算机技术实现更先进的教育理念。

现有教育体系保守落后,急需改革,计算机则是变革的契机。但是要怎么推行新的教育理念呢?首先我要有一套新方法可以让孩子高效又快乐地学数学。然后我要让数百万人信服我的方法是好的。如果这是一般的消费者市场,我离成功不远了。可全国范围内一百万的用户在教育体系中也只是少数,少数是无法决策的,好的理念难以被推行,教育创新也越来越难。由于缺乏创新,愿意进入教育界的人往往也缺乏想象,创意和推行新发明的动力。因此,教育界的保守主义只会不断发展。

好在个人计算机很快就会进入千家万户,计算机用户自己在家就可以选择用计算机进行学习。人们不需要去向保守的官僚机构推广新的教育创新,而是可以把新的教育产品放在开放市场里,直接和客户对接。创新创意会因此迸发,教育改革将迎来新的时代。



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