Алан Кей: как бих преподавал Computer Science 101

Една от причините да се запишеш в университет наистина е, за да излезеш извън простата професионална подготовка и вместо това да се захванеш с по-дълбоки идеи.

Нека се замислим за този въпрос. Преди няколко години катедрите по компютърни науки ме поканиха да изнасям лекции в редица университети. Почти случайно попитах първата си аудитория, състояща се от студенти, аспиранти и преподаватели, какво е тяхното определение за „компютърни науки“. Всички успяха да дадат само инженерно определение. Правех това на всяко ново място и навсякъде резултатите бяха сходни.

Другият въпрос беше: „Кой е Дъглас Енгълбарт?“. Няколко души казаха: „Нали той не беше свързан с компютърната мишка?“ (и това много ме разочарова, защото моето научно общество положи много усилия за да се отговори на този въпрос само с две-три клика на мишката и да се уверим, че Енгълбарт наистина е свързан с компютърната мишка).

Отчасти проблемът беше в липсата на любопитство, отчасти – в теснотата на личните цели, които не бяха свързани с обучението, отчасти – в липсата на представа за това какво представлява науката и така нататък.

Работя на непълен работен ден в катедрата по компютърни науки на Калифорнийския университет няколко години (по същество съм професор, но не ми се налага да ходя на заседания на катедрата). Периодично изнасям занятия, понякога на първокурсници. През тези години и без това ниското ниво на любопитство към компютърните науки значително спадна (но също така се увеличи популярността на темата, тъй като компютърните науки се разглеждат като път към добре платена работа, ако знаеш как да програмираш и получиш сертификат от най-добрите 10 училища). Съответно, нито един студент досега не се е оплакал от факта, че основният език в Калифорнийския университет е C++!

Смятам, че сме изправени пред ситуация, в която и двата термина "Компютър" и "Наука" са разрушени от слаби, масивни концепции, за да създадат нов термин — вид етикет на дънките — който звучи добре, но е достатъчно празен. Свързаният термин, който по подобен начин бе разрушен, "софтуерно инженерство", който отново не използваше най-геналните идеи на "програмиране" и "инженерство", а просто ги комбинира (това беше направено умишлено през 60-те години, когато терминът бе създаден).

Една от причините наистина да постъпите в университет е да излезете извън простото професионално обучение и вместо това да се захванете с по-дълбоки идеи. Смятам, че е разумно за въвеждане в специалността да опитате — ако е възможно, чрез примери — да накарате учащите да се занимават с реални проблеми и да започнат да разбират какво всъщност е интересно, важно и централно в тази област.

Първокласниците се радват, когато им покажат как линийката върху другата линийка става аритмометър, с който могат да надигнат учениците от 5-ти клас при добавянето на дробни части. А след това ще бъдат щастливи да участват в създаването на подобрени аритмометри. Те се докоснаха до истински компютър — физически и умствен инструмент, помагащ ни да мислим. Те усвоиха наистина ефективен начин за представяне на числа — по-ефективен, отколкото учат в училищата!

Успяха да свържат здравата си идея за "добавяне" като "натрупване" с нещо подобно с нови мощни свойства. Програмираха го така, че да може да решава разнообразни проблеми.

Те също така го разшириха. И така нататък. Това не е цифров компютър. И не е компютър с паметна програма. Но това е същността на компютъра. Точно както антикитерският механизъм — това е въобще същността на компютъра и изчисленията.

Антикитерският механизъм

Колко далеч можем да стигнем и колко много можем да направим преди всичко да излезе извън контрол, и да се загубим в абстракциите? Винаги съм бил загрижен за характеристиката на Алън Перлис — първият лауреат на наградата Тюринг, който вероятно е изобретил термина «Информатика» — който през 60-те години каза: «Информатиката е наука за процесите». За всичките процеси.

За компанията Quora, да не се опитваме да натягаме това или да го превръщаме в религиозна догма. Нека просто щастливо да използваме идеята. Ала Перлис, за да мислим по-добре за нашата област. И по-специално за това как да я преподаваме. Сега трябва да погледнем съвременното значение на «науката», и Перлис беше доста уверен, че то не трябва да бъде разредено от стари значения (като например «събиране на знания») и употреби (например «библиотечно дело» или дори «социални науки»). Под «наука» той се опитваше да разбере феномена, създавайки модели/карти, които се опитват да покажат, «да проследят» и предскажат явления.

Дадох няколко интервюта за това как най-добрите карти и модели често могат да бъдат подходящи за тениска, по начина, по който уравненията на Максвел са подходящи. Аналогията е, че съществува «наука за мостовете», макар и повечето мостове да са направени от човека. Но след като мостът е построен, той отразява явления, които учените могат да изучават, от мостовете могат да се направят модели на много видове и да се формулират всестранни и полезни «теории за мостове». Забавното е, че след това можем да проектираме и построим нови мостове (вече споменах, че едва ли има нещо по-забавно от съвместната работа на учени и инженери за решаване на големи и важни проблеми!)

Хербърт Саймън — лауреат на наградата Тюринг и Нобелова награда — нарече всичко това «науки за изкуственото» (и написа прекрасна книга със същото заглавие).

Нека дам пример. През 50-те години компании и университети строяха компютри с програма за запомняне и започваха да ги програмират — и имаше специален момент, когато през 1956 година се появи Фортран — който не беше първият език на високо ниво, но вероятно беше първият, направен толкова добре, че да се използва в много различни области, включително много, които преди това бяха направени само на машинен език.

Всичко това доведе до «феномени».

Джон Маккарти

История на Lisp е по-сложна, но Джон Макарати е заинтересован в опитите да намери „математическа теория на изчисленията“ и е твърдо решен да направи всичко да работи отлично. Функцията eval, която интерпретира Lisp, спокойно може да се събере на тениска! В сравнение с „програмиращата система“ — това е мизерно. По-важно е, че тази „теория на изчисленията“ имаше по-мощна концепция от Fortran! Това беше най-добрата идея за мост!

Минимализмът на Lisp позволява цялата идея за програмиране да бъде обхваната с помощта на няколко натискания на по-дълбоко ниво и да бъде обмислена на ниво, което изглежда просто невъзможно, когато погледнете огромните артефакти (това е една от причините, поради които учените предпочитат математиката да бъде компактна и мощна). Математиката, използвана тук, е нова математика, тъй като допуска понятия като „преди“ и „след“, което води до „логика на променливата величина“, която позволява запазването както на функционалната зависимост, така и на логическото мислене, също така допускащо положение и ход на времето. (Това все още не е разбрано в наше време в жестокия свят на ситуационното програмиране).

Lisp, действащ като мощен език за програмиране и метаезик, способен да представи своя собствена теория, е пример за истинска компютърна наука. Ако го овладеете и усвоите подобни неща, ще можете да мислите по-дълбоко и да носите по-голяма отговорност за собствената си съдба, отколкото ако просто се научите да програмирате на Fortran или неговите съвременни еквиваленти (… така ще можете да се приближите до програмистите!).

Ще научите много повече за специални видове дизайн, които са необходими в изчисленията (например, обикновено не се цени, когато изчисленията често изискват да излязат извън изчислителната среда: една от специалните характеристики на съ хранимите програматорски изчисления е, че не само материал за програма, а материал за напълно нов компютър).

Друга причина за избора на определението на Перлис е, че изчисленията като цяло са много повече свързани с изграждането на системи от всякакъв вид, отколкото с алгоритми, „структури от данни“ или дори с програмирането само по себе си. Например, компютърът е система, изчисленията са системи, локалната мрежа и интернетът са системи, а повечето програми трябва да представляват много по-добри системи, отколкото тези, в които се намират (старият стил на програмиране от 50-те години е оцелял до момента, в който изглежда, че програмирането наистина трябва да бъде такова — няма нищо по-далечно от истината).

Интернет е добър пример — за разлика от повечето програми в наши дни, не е необходимо интернетът да бъде спиран, за да се поправи или подобри нещо — той повече наподобява биологична система — по нашето намерение, отколкото това, което повечето хора считат за изчислителна система. И е много по-мащабируем и надежден от почти всички съществуващи софтуерни системи до днешен ден. Наистина е важно да се замислим за това, преди да обучим начинаещите в програмирането на не толкова мощни концепции!

И така, какво трябва да направим на първия курс по Computer Science е да вземем предвид какво конкретно студентите могат да правят в самото начало и след това да се опитаме да останем в рамките на тяхната „когнитивна натовареност“, за да им помогнем да достигнат до това, което наистина има значение. Много е важно да „оставаме истински“ и да намерим пътища, които да са интелектуално честни и да отговарят на тези, които току-що започват обучението си. (Моля, не учете лоши идеи само защото изглеждат малко по-прости — много лоши идеи всъщност са по-прости!).

Студентите трябва да започнат с изграждането на нещо, което би имало множество важни характеристики, които обсъждах тук. То трябва да бъде система от няколко динамично взаимодействащи части и така нататък. Добър начин да решите какъв език за програмиране да използвате е просто да направите нещо, което има хиляди взаимодействащи части! Ако не, тогава трябва да намерите такова. Най-лошото, което можете да направите, е да поставите студентите на пътя на твърде слаба беглост, която би ограничила мащабните идеи. Това просто ги убива - а ние искаме да ги отглеждаме, а не да ги убиваме.

За училището GoTo

• 17-30 юни, 15-28 юли, 12-25 август Летни проектни училища GoTo в Подмосковието.
• Група във ВК
• Абонирайте се за бюлетина

Източник: habr.com