儿童编程教育的启蒙宣言——我认知的小学数学教育系列之四

大约在2年前萌生了让润润学习编程的想法,至今没有付诸实施。原因很多,比如时间安排、学习节奏等等,最重要的还是缺乏迫切的原动力。在这段时间,自己走访了一些编程的培训班,看了几本关于儿童培训的书籍,没有找到自己想要的,大部分的书籍和培训班介绍的都是如何按步骤教会小朋友编程,但缺乏核心的理念,小朋友会为什么需要学习编程,编程如何成为他探索知识海洋和外部世界的工具,而不是简单的用信息社会这样冠冕堂皇的理由。直到我前段时间偶遇《因计算机而强大:计算机如何改变我们的思考和学习》一书,看罢之后我立马开始着手制定一个学习编程的计划。这本书除了它表达的教育理念和案例,最让我砰然心动的是蕴含在文中作者那充沛的激情和责无旁贷的使命感。

此书首版写就于1980年,第二版于1993年面世。那个年代,个人电脑刚刚涌现不久,作者作为数学家预见到了计算机产业在未来不同寻常的发展,并联合MIT的人工智能实验室研发了适合儿童教育的编程软件LOGO。

全书从皮亚杰发生认识论的核心观点--儿童是自己智力与知识结构的积极建造者--出发。学习是一个“同化”过程,学习者通过已知的材料,工具和认知来重构新的知识并内化为自身智识的一部分。比如说儿童学习语言就是这样一个过程,利用身边的材料、工具,通过反复试错和除错,不断完善对语言的认知。反言之,如果新知识能利用学习者已有的材料或工具来呈现,就能有效地与存量知识结合起来,这是一个高效的移植过程。如果新知识是全新的,与存量知识或者学习者已掌握的材料和工具毫无共通之处,这个知识要变成学习者智识结构的一部分就会异常困难,时间也会更漫长。

作者在首版前言中描述到,他从不到两岁时就与汽车结缘,尤其对差速器以及其中的齿轮特别熟悉,差速器齿轮的运转不是简单的线性因果关系,行为不是完全可以预期,但也严守指定的法则。在后面的学习过程中,作者把群、相对运动等形式化的知识通过对齿轮运动的对应联想的方式内化成自己的“身体知识”,并获得了极大的愉悦感。

在书中还有另外一个让我印象极为深刻的案例,作者通过对小龟几何编程的范例,展示了“内蕴”微分几何与欧几里得几何的本质差别。我用身边的案例转译如下。学校教小朋友用圆规画圆,有三个基本步骤,首先确定圆心(用圆规带针脚的一端)。其次,确定一个半径 R ,再次,在 R 确定的前提下,用带笔的一端旋转360°,这样一个标准的欧氏几何的圆就画出来了。其中圆心和半径是理解圆的关键点,而圆心和半径却不属于圆本身。在描述行星运行轨迹的时候,牛顿用的是微分几何,而不是欧氏几何,“在轨道上的每个点,行星下一步要去什么地方,完全是由它当前所在的位置、由哪里的情况决定的”。我用润润小时候画圆的例子来阐释。

润润在学会用圆规画圆之前,他画圆就是用笔一口气画一条封闭的曲线。当我们把这个过程放慢,他的笔每前进一步,就需要细微地调整一下方向,前进一点,旋转一点,这就是笔目前所在的位置和即将停留的位置的差异。这就是微分的指令,这和轨迹之外的遥远空间没有任何关系。小朋友从内部看到这个圆逐渐形成,除了这个圆,他对任何远的东西视而不见。这个性质如此重要,以至于数学家对此有一个专门名词:“内蕴”。而这就是内蕴微分几何的基本思想。“微分学的力量就在于通过描述点的变化来描述曲线的变化”。当我们用这样的例子来辅助学习者学习微分,学习者就不会迷失在概念和理论的海洋中,形象的案例能帮助他有效地内化抽象知识进入自身的知识结构,同时也增进了学习者内心的愉悦感。在这里作者认为对学习的理解必须是缘起性的,我高度认同。

计算机编程将在这个学习过程中扮演什么角色?首先,从经济的角度来看,作者预测计算机很快就会便宜到每个家庭都能负担得起,而且性能会更强大并且能便携(这在21世纪的今天已经是事实)。其次,作者认为计算机本质在于它的普遍性,它的模拟能力。因为它可以变成一千种形式、实现一千种功能,所以它可以满足一千种需求。它强大的模拟能力和智能结构,能帮助每个小朋友建立自己的世界,并以此为基础探索更广阔的世界。

作者前言的结束语是这样写的,“在过去的十年里,我做出了种种尝试,要把计算机变成一种更灵活的工具,以便让更多的儿童能体验到齿轮对儿时的我所起的作用,而这本书就是对这些成果的总结”,时间是1980年。看到这里,读者也能体会我推荐此书的迫切心情,它与我之前采取的教育方法本质上是一样的,而在工具的先进程度上差之以万里计,每一个面向未来的小朋友在学习的路上都应该掌握这个工具,甚至,成人也该如此。

最后感谢“读库”君,这本的装帧、纸张都超出预期,价格也不贵,但据说翻译还有商榷之处。今年繁体版也即将出版,届时大家可以对比。

因计算机而强大.jpg
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