ＬＯＧＯ思想方法論指導(dǎo)中小學(xué)機器人教育

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

林建祥：我們常說人是萬物之靈，而這個“靈”靈在哪里呢？人類一代代地傳承知識，在人類后天的學(xué)習(xí)中，不是簡單或機械地重復(fù)前人的東西，而是避免不必要的彎路，愈來愈合理，更為直接，更有效率，這就是教育的作用，同時也是靈性所在。在人類與外界的接觸過程中，“靈”最主要體現(xiàn)在頭腦內(nèi)的思考過程中，體現(xiàn)在信息的處理、加工與輸出，即決策的執(zhí)行，這樣才能切實解決問題。

擬人學(xué)就是企圖來模擬萬物之靈的人類的這些特征的學(xué)科，而機器人學(xué)恰恰體現(xiàn)了擬人學(xué)的特點。當(dāng)前關(guān)于智能機器人的三個主要流派（BROOK的運動式的智能機器人、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接主義的機器人、基于知識控制的符號主義的機器人）都在不同程度地模擬人類的智能，但還遠未達到理想的程度。因為要想真正與人類的智慧相當(dāng)，就必須用基于語言表達的知識的思考，才有可能達到深度的智慧處理。這個是我們努力的目標(biāo)，雖然尚有不小的難度，卻是信息科學(xué)的前沿。而要想真正實現(xiàn)這種機器人，不僅需要外部設(shè)備，即硬件的改進，更重要的是智能編程軟件的進展。

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

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

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

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

林建祥：小學(xué)生在五六年級應(yīng)該可以學(xué)習(xí)程序設(shè)計了，編程與我們?nèi)粘Ｉ钣谜Z或是書面用語是不一樣的，程序需要描述，還要運行。學(xué)生較早體會這個是有好處的，程序語言能“活”起來，引起學(xué)生的興趣。但是要注意對于小學(xué)階段的學(xué)生要求不能太高。

現(xiàn)在的機器人就像以前的積木，都可以開發(fā)孩子們的智力。比如用機器人畫一個圖案，這就需要編程來實現(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器人。

《信息技術(shù)教育》：請您簡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，其實正是對信息技術(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，是動態(tài)的動詞。強調(diào)方法論的動態(tài)性，即強調(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：機器人教育初始的應(yīng)用模式，比如滅火機器人，需要用傳感器探測火源，得到反饋信息后，機器人會不斷調(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。這時候兒童會感到有點神奇，在此過程中接觸到人類智慧中最簡單的辯證法。

信息分析模式：要使機器人更有智慧，就要能處理更復(fù)雜多樣的問題。這里就需要機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，還要做進一步的分析。比如接收問題目標(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，解決問題需要有多種手段，光有單一手段，不可能解決多樣的問題。

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

問題求解模式：搭積木強調(diào)搭建者的積極投入、主動思考，對每個組合要能夠理解其意義，判斷其價值以及與理想的目標(biāo)還有多遠距離，還缺乏什么基本成分才能達到理想目標(biāo)，這就是典型的問題解決的過程。這種搭積木式的學(xué)習(xí)，就是過程式知識的學(xué)習(xí)，自然要求學(xué)習(xí)者的積極性、主動性，特別是要“做中學(xué)”，不斷反饋修正，才會取得學(xué)習(xí)效果。

《信息技術(shù)教育》：具體來說，LOGO思想對于兒童有哪些好處呢？

林建祥：我們可以把機器人看成一種積木，一種感受—控制—執(zhí)行模式的積木，靈活拼搭就是通過動手操作來學(xué)習(xí)，這是非常有趣的，對于兒童創(chuàng)新意識的培養(yǎng)也非常有效。但是如果再進一步，我們針對的是復(fù)雜的問題，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實現(xiàn)。學(xué)會編程，可以在計算機上來操作軟件模擬的機器人，不用花什么代價，就能接觸大量的、多種多樣的機器人。當(dāng)然，軟件不如真的機器人那樣逼真，所以要處理好軟硬件的關(guān)系。

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

林建祥：作為機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，我要說的是機器人教育以及程序設(shè)計的相關(guān)思想恰恰體現(xiàn)了信息技術(shù)課程的核心價值，愿我國中小學(xué)機器人教育的前景越來越美好！

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)計算機研究所所長，北京大學(xué)電教中心CAI(計算機輔助教學(xué))研究室主任。教授，碩士生導(dǎo)師。現(xiàn)任“中國人工智能學(xué)會”常務(wù)理事，“中國基于計算機教育（CBE）學(xué)會”顧問，“全球華人計算機教育應(yīng)用協(xié)會（GCCCE）”顧問。從事教育信息技術(shù)的研究工作。