ＬＯＧＯ思想方法論指導(dǎo)中小學(xué)機(jī)器人教育

《信息技術(shù)教育》：請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下擬人學(xué)的背景及其與機(jī)器人教育的關(guān)系。

林建祥：我們常說(shuō)人是萬(wàn)物之靈，而這個(gè)“靈”靈在哪里呢？人類(lèi)一代代地傳承知識(shí)，在人類(lèi)后天的學(xué)習(xí)中，不是簡(jiǎn)單或機(jī)械地重復(fù)前人的東西，而是避免不必要的彎路，愈來(lái)愈合理，更為直接，更有效率，這就是教育的作用，同時(shí)也是靈性所在。在人類(lèi)與外界的接觸過(guò)程中，“靈”最主要體現(xiàn)在頭腦內(nèi)的思考過(guò)程中，體現(xiàn)在信息的處理、加工與輸出，即決策的執(zhí)行，這樣才能切實(shí)解決問(wèn)題。

擬人學(xué)就是企圖來(lái)模擬萬(wàn)物之靈的人類(lèi)的這些特征的學(xué)科，而機(jī)器人學(xué)恰恰體現(xiàn)了擬人學(xué)的特點(diǎn)。當(dāng)前關(guān)于智能機(jī)器人的三個(gè)主要流派（BROOK的運(yùn)動(dòng)式的智能機(jī)器人、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接主義的機(jī)器人、基于知識(shí)控制的符號(hào)主義的機(jī)器人）都在不同程度地模擬人類(lèi)的智能，但還遠(yuǎn)未達(dá)到理想的程度。因?yàn)橐胝嬲c人類(lèi)的智慧相當(dāng)，就必須用基于語(yǔ)言表達(dá)的知識(shí)的思考，才有可能達(dá)到深度的智慧處理。這個(gè)是我們努力的目標(biāo)，雖然尚有不小的難度，卻是信息科學(xué)的前沿。而要想真正實(shí)現(xiàn)這種機(jī)器人，不僅需要外部設(shè)備，即硬件的改進(jìn)，更重要的是智能編程軟件的進(jìn)展。

應(yīng)該說(shuō)，機(jī)器人學(xué)近幾十年的發(fā)展已經(jīng)有了很好的前景。今天，我們的機(jī)器人已經(jīng)可以到深海、外空、人體內(nèi)部，甚至人類(lèi)難以到達(dá)或極其危險(xiǎn)的地區(qū)自主執(zhí)行任務(wù)，這是一個(gè)極其美妙的前景。

《信息技術(shù)教育》：在剛剛結(jié)束的CBE年會(huì)上，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)涂序彥教授在他的報(bào)告“廣義人工生命”中賦予機(jī)器人更高的使命，將它看做一種廣義的人工生命。機(jī)器人的研究不僅要模擬、擴(kuò)展自然生命，還應(yīng)該延伸自然生命，特別是人的生命。這些思想在機(jī)器人教育中能夠體現(xiàn)嗎？

林建祥：是的，這是機(jī)器人更高層面的意義。比如現(xiàn)在研究、開(kāi)發(fā)、利用人工器官治病救人，延年益壽，對(duì)于人類(lèi)是最有現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值的。機(jī)器人的發(fā)展有這樣大的潛力，也是倡導(dǎo)機(jī)器人教育的人士值得驕傲的。但是機(jī)器人為什么有這么大的能力，學(xué)生能否理解？我想如果沒(méi)有中學(xué)的生物學(xué)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生是無(wú)法理解的。所以，對(duì)于中小學(xué)機(jī)器人教育來(lái)說(shuō)，這些思想可以在中學(xué)主要是高中進(jìn)行滲透。

《信息技術(shù)教育》：您認(rèn)為在中小學(xué)開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)應(yīng)如何安排較為合適？

林建祥：小學(xué)生在五六年級(jí)應(yīng)該可以學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)了，編程與我們?nèi)粘Ｉ钣谜Z(yǔ)或是書(shū)面用語(yǔ)是不一樣的，程序需要描述，還要運(yùn)行。學(xué)生較早體會(huì)這個(gè)是有好處的，程序語(yǔ)言能“活”起來(lái)，引起學(xué)生的興趣。但是要注意對(duì)于小學(xué)階段的學(xué)生要求不能太高。

現(xiàn)在的機(jī)器人就像以前的積木，都可以開(kāi)發(fā)孩子們的智力。比如用機(jī)器人畫(huà)一個(gè)圖案，這就需要編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，學(xué)生具備了基本的編程能力以后可以盡早接觸機(jī)器人。

《信息技術(shù)教育》：請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下作為哲學(xué)方法論的LOGO思想以及在LOGO思想指導(dǎo)下的幾種機(jī)器人教育的認(rèn)知模式。

林建祥：關(guān)于LOGO思想的探討，似乎離我們很遠(yuǎn)，其實(shí)正是對(duì)信息技術(shù)教育的核心本質(zhì)的思考。LOGO取自希臘文，原意是事物的結(jié)構(gòu)、邏輯，是一個(gè)靜態(tài)的名詞。我們這里的LOGO思想所指的是一種方法論，即分析、綜合與建構(gòu)的方法論，是動(dòng)態(tài)的動(dòng)詞。強(qiáng)調(diào)方法論的動(dòng)態(tài)性，即強(qiáng)調(diào)操作與算法。

以LOGO思想方法論作為指導(dǎo)，在中小學(xué)機(jī)器人教育中，有以下幾種典型的認(rèn)知模式：

反饋—控制—調(diào)節(jié)模式：機(jī)器人教育初始的應(yīng)用模式，比如滅火機(jī)器人，需要用傳感器探測(cè)火源，得到反饋信息后，機(jī)器人會(huì)不斷調(diào)節(jié)行程，控制走向目標(biāo)的路徑，然后采取既定辦法去撲滅火源。這時(shí)候兒童會(huì)感到有點(diǎn)神奇，在此過(guò)程中接觸到人類(lèi)智慧中最簡(jiǎn)單的辯證法。

信息分析模式：要使機(jī)器人更有智慧，就要能處理更復(fù)雜多樣的問(wèn)題。這里就需要機(jī)器人能夠分析事物的基本成分。當(dāng)然首先要有接收信息的部分，還要有處理信息、作出決策的部件，有執(zhí)行決策的部件，而每一種部件，還要做進(jìn)一步的分析。比如接收問(wèn)題目標(biāo)的信息，就不僅僅是滅火目標(biāo)，就像火源的大小、位置不同。拓展到生活中，目標(biāo)是多樣的，解決問(wèn)題需要有多種手段，光有單一手段，不可能解決多樣的問(wèn)題。

搭積木模式：給你由多種積木塊組成的一套積木，你腦子中有一個(gè)理想的目標(biāo)，可是你如何把手中的積木搭成你滿(mǎn)意的拼圖呢？這與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)滅火的任務(wù)有相似之處，有許多積木塊來(lái)實(shí)現(xiàn)你滿(mǎn)意的目標(biāo)。所以搭積木的過(guò)程就是一種簡(jiǎn)化的、有一定通用意義的問(wèn)題求解模式。搭積木雖然是游戲，卻在無(wú)形中滲透了問(wèn)題求解模式的思想。

問(wèn)題求解模式：搭積木強(qiáng)調(diào)搭建者的積極投入、主動(dòng)思考，對(duì)每個(gè)組合要能夠理解其意義，判斷其價(jià)值以及與理想的目標(biāo)還有多遠(yuǎn)距離，還缺乏什么基本成分才能達(dá)到理想目標(biāo)，這就是典型的問(wèn)題解決的過(guò)程。這種搭積木式的學(xué)習(xí)，就是過(guò)程式知識(shí)的學(xué)習(xí)，自然要求學(xué)習(xí)者的積極性、主動(dòng)性，特別是要“做中學(xué)”，不斷反饋修正，才會(huì)取得學(xué)習(xí)效果。

《信息技術(shù)教育》：具體來(lái)說(shuō)，LOGO思想對(duì)于兒童有哪些好處呢？

林建祥：我們可以把機(jī)器人看成一種積木，一種感受—控制—執(zhí)行模式的積木，靈活拼搭就是通過(guò)動(dòng)手操作來(lái)學(xué)習(xí)，這是非常有趣的，對(duì)于兒童創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)也非常有效。但是如果再進(jìn)一步，我們針對(duì)的是復(fù)雜的問(wèn)題，就不容易直接在硬件的積木上創(chuàng)新了，而必須在軟件的編程上來(lái)實(shí)現(xiàn)。學(xué)會(huì)編程，可以在計(jì)算機(jī)上來(lái)操作軟件模擬的機(jī)器人，不用花什么代價(jià)，就能接觸大量的、多種多樣的機(jī)器人。當(dāng)然，軟件不如真的機(jī)器人那樣逼真，所以要處理好軟硬件的關(guān)系。

《信息技術(shù)教育》：最后，請(qǐng)談一下LOGO方法論思想對(duì)教育信息化的啟示。

林建祥：作為機(jī)器人教育方法論指導(dǎo)的LOGO思想目前還顯得粗糙了一些，這也為許多有志于此的研究者提供了巨大的發(fā)展空間。最后，我要說(shuō)的是機(jī)器人教育以及程序設(shè)計(jì)的相關(guān)思想恰恰體現(xiàn)了信息技術(shù)課程的核心價(jià)值，愿我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育的前景越來(lái)越美好！

林建祥：1951年畢業(yè)于清華大學(xué)數(shù)學(xué)系。原北京大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所所長(zhǎng)，北京大學(xué)電教中心CAI(計(jì)算機(jī)輔助教學(xué))研究室主任。教授，碩士生導(dǎo)師。現(xiàn)任“中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)”常務(wù)理事，“中國(guó)基于計(jì)算機(jī)教育（CBE）學(xué)會(huì)”顧問(wèn)，“全球華人計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用協(xié)會(huì)（GCCCE）”顧問(wèn)。從事教育信息技術(shù)的研究工作。