LOGO思想方法论指导中小学机器人教育

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  《信息技术教育》:请您简单介绍一下拟人学的背景及其与机器人教育的关系。
  林建祥:我们常说人是万物之灵,而这个“灵”灵在哪里呢?人类一代代地传承知识,在人类后天的学习中,不是简单或机械地重复前人的东西,而是避免不必要的弯路,愈来愈合理,更为直接,更有效率,这就是教育的作用,同时也是灵性所在。在人类与外界的接触过程中,“灵”最主要体现在头脑内的思考过程中,体现在信息的处理、加工与输出,即决策的执行,这样才能切实解决问题。
  拟人学就是企图来模拟万物之灵的人类的这些特征的学科,而机器人学恰恰体现了拟人学的特点。当前关于智能机器人的三个主要流派(BROOK的运动式的智能机器人、基于神经网络的连接主义的机器人、基于知识控制的符号主义的机器人)都在不同程度地模拟人类的智能,但还远未达到理想的程度。因为要想真正与人类的智慧相当,就必须用基于语言表达的知识的思考,才有可能达到深度的智慧处理。这个是我们努力的目标,虽然尚有不小的难度,却是信息科学的前沿。而要想真正实现这种机器人,不仅需要外部设备,即硬件的改进,更重要的是智能编程软件的进展。
  应该说,机器人学近几十年的发展已经有了很好的前景。今天,我们的机器人已经可以到深海、外空、人体内部,甚至人类难以到达或极其危险的地区自主执行任务,这是一个极其美妙的前景。
  
  《信息技术教育》:在刚刚结束的CBE年会上,中国人工智能学会名誉理事长涂序彦教授在他的报告“广义人工生命”中赋予机器人更高的使命,将它看做一种广义的人工生命。机器人的研究不仅要模拟、扩展自然生命,还应该延伸自然生命,特别是人的生命。这些思想在机器人教育中能够体现吗?
  林建祥:是的,这是机器人更高层面的意义。比如现在研究、开发、利用人工器官治病救人,延年益寿,对于人类是最有现实意义和实用价值的。机器人的发展有这样大的潜力,也是倡导机器人教育的人士值得骄傲的。但是机器人为什么有这么大的能力,学生能否理解?我想如果没有中学的生物学的一些基础知识,学生是无法理解的。所以,对于中小学机器人教育来说,这些思想可以在中学主要是高中进行渗透。
  
  《信息技术教育》:您认为在中小学开展机器人教学应如何安排较为合适?
  林建祥:小学生在五六年级应该可以学习程序设计了,编程与我们日常生活用语或是书面用语是不一样的,程序需要描述,还要运行。学生较早体会这个是有好处的,程序语言能“活”起来,引起学生的兴趣。但是要注意对于小学阶段的学生要求不能太高。
  现在的机器人就像以前的积木,都可以开发孩子们的智力。比如用机器人画一个图案,这就需要编程来实现。因此,学生具备了基本的编程能力以后可以尽早接触机器人。
  
  《信息技术教育》:请您简单介绍一下作为哲学方法论的LOGO思想以及在LOGO思想指导下的几种机器人教育的认知模式。
  林建祥:关于LOGO思想的探讨,似乎离我们很远,其实正是对信息技术教育的核心本质的思考。LOGO取自希腊文,原意是事物的结构、逻辑,是一个静态的名词。我们这里的LOGO思想所指的是一种方法论,即分析、综合与建构的方法论,是动态的动词。强调方法论的动态性,即强调操作与算法。
  以LOGO思想方法论作为指导,在中小学机器人教育中,有以下几种典型的认知模式:
  反馈—控制—调节模式:机器人教育初始的应用模式,比如灭火机器人,需要用传感器探测火源,得到反馈信息后,机器人会不断调节行程,控制走向目标的路径,然后采取既定办法去扑灭火源。这时候儿童会感到有点神奇,在此过程中接触到人类智慧中最简单的辩证法。
  信息分析模式:要使机器人更有智慧,就要能处理更复杂多样的问题。这里就需要机器人能够分析事物的基本成分。当然首先要有接收信息的部分,还要有处理信息、作出决策的部件,有执行决策的部件,而每一种部件,还要做进一步的分析。比如接收问题目标的信息,就不仅仅是灭火目标,就像火源的大小、位置不同。拓展到生活中,目标是多样的,解决问题需要有多种手段,光有单一手段,不可能解决多样的问题。
  搭积木模式:给你由多种积木块组成的一套积木,你脑子中有一个理想的目标,可是你如何把手中的积木搭成你满意的拼图呢?这与机器人实现灭火的任务有相似之处,有许多积木块来实现你满意的目标。所以搭积木的过程就是一种简化的、有一定通用意义的问题求解模式。搭积木虽然是游戏,却在无形中渗透了问题求解模式的思想。
  问题求解模式:搭积木强调搭建者的积极投入、主动思考,对每个组合要能够理解其意义,判断其价值以及与理想的目标还有多远距离,还缺乏什么基本成分才能达到理想目标,这就是典型的问题解决的过程。这种搭积木式的学习,就是过程式知识的学习,自然要求学习者的积极性、主动性,特别是要“做中学”,不断反馈修正,才会取得学习效果。
  
  《信息技术教育》:具体来说,LOGO思想对于儿童有哪些好处呢?
  林建祥:我们可以把机器人看成一种积木,一种感受—控制—执行模式的积木,灵活拼搭就是通过动手操作来学习,这是非常有趣的,对于儿童创新意识的培养也非常有效。但是如果再进一步,我们针对的是复杂的问题,就不容易直接在硬件的积木上创新了,而必须在软件的编程上来实现。学会编程,可以在计算机上来操作软件模拟的机器人,不用花什么代价,就能接触大量的、多种多样的机器人。当然,软件不如真的机器人那样逼真,所以要处理好软硬件的关系。
  
  《信息技术教育》:最后,请谈一下LOGO方法论思想对教育信息化的启示。
  林建祥:作为机器人教育方法论指导的LOGO思想目前还显得粗糙了一些,这也为许多有志于此的研究者提供了巨大的发展空间。最后,我要说的是机器人教育以及程序设计的相关思想恰恰体现了信息技术课程的核心价值,愿我国中小学机器人教育的前景越来越美好!
  
  林建祥:1951年毕业于清华大学数学系。原北京大学计算机研究所所长,北京大学电教中心CAI(计算机辅助教学)研究室主任。教授,硕士生导师。现任“中国人工智能学会”常务理事,“中国基于计算机教育(CBE)学会”顾问,“全球华人计算机教育应用协会(GCCCE)”顾问。从事教育信息技术的研究工作。
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