程序语言本质是思维的工具

余宙华

我曾经在饭桌上和一个朋友发生了争执，起因是一篇报道，它说农村居民有一个习惯，他们会不停地生孩子，一直要到生出儿子才算完！

我觉得这样偏向男孩儿的生育习惯一定会导致人口失衡。我的这位朋友则认为生男生女的概率始终是50%，所以不管怎么安排生育，最后都是男女各一半。

我们使用各种图形、文字、公式推演分析，总是不能说服对方。

怎么办呢？我们决定用程序来模拟一下！

三下五除二，我们编写了一段程序。结果显示：如果对大样本进行重复计算，那么人口分布中男女概率是相等的，也就是男女比例会保持不变。

但是，这样的“偏心”策略难道不会有任何影响吗？有的！因为我们如果改变程序逻辑，让人口系统向前演化，就会发现系统出现不稳定的情况。如果样本量比较小，甚至会出现人口系统瞬间崩溃的情况，比如所有家庭突然第一胎都是男孩，然后他们不再生育，于是因为无法婚配直接后代断绝了。

如果我们不懂编程语言，我们不会想到用程序来交流思想。

人类的思想表达必须借助工具，也就是语言。这些符号体系极为重要，因为人类的智力成果是通过它们来表达的。符号是外在经验的心理内化产物，借助含义丰富的符号，人类可以凭借智力就进行复杂的沙盘演绎，相当有效地掌控外部现实。

人类迄今为止发明了三种标志性的语言，分别是自然语言、数学语言、程序语言。它们对应了人类的三个文明时代，农业与手工业时代、工业时代、信息时代。

语言的学习是孩子们基础教育阶段的核心。中国历来重视文化教育，汉语教育更是博大精深。但是，我们的现代数学教育却出现得很晚，到民国才有。没有尽早引入现代数学符号，使得中国文化落后于世界一个时代，未能进入工业时代。众所周知，现代的电磁学、热力学知识都需要使用现代数学符号进行表达。

在1859年出版的由李善兰和伟列亚力合译的《代数学》 开始尝试介绍西方的数学符号，其中伟列亚力评论道：“微分积分为中土算书所未有，然观当代天算家所著各书，其理有甚近微分者，因不用代数式，故或言之甚繁推之甚难……”意思就是说，中国的数学研究已经显露出微积分的思想，但是因为用中文表达极度烦琐，所以无法取得有效的发展进步，始终处于原始萌芽状态。

每一种符号体系的建立都是人类智慧跨越式的发展，是上了一个大台阶。借助简洁、清晰的数学符号，小学生学习乘除法也没有困难，而这些算术以前被认为是非常艰深困难的。

我们曾经错过了现代数学发展的关键年代，今天我们不能再错过编程语言迅猛前进的大潮流。正如海德格尔所说：“语言并非仅仅是一种用以交流思想的工具，而且是存在的住所。”让我们带领孩子们进入这个程序语言创造的住所吧！

建立起编程语言课程体系

在孩子们很小的时候引入编程语言，是否符合孩子的心智发育阶段呢？对于这个问题有很多争论。在20世纪70年代，美国把Basic语言推广到中小学，期望编程课能够为基础教育带来革命性的变化。但是，结果却是不成功的。根本原因在于语法的烦琐、程序调试困难、编程内容乏味。

直到近几年图形化编程工具出现，少儿编程教育才真正迎来春天。孩子不再纠结于应该输入一个“；”还是“，”了。编程教育直接进入真正的核心，那就是时间与空间的操作。时间是操作顺序、流程；空间是存放信息的结构。

图形化编程工具把动画指令结合进来，使得创作内容能迅速切入孩子的兴趣。同时也更加易于把其他的学科涵盖其中，更是增添了编程的魅力。

我在几年的编程教育中体会到，少儿编程课的体系应该把程序设计、数据结构与算法、工程系统规划、创意培养、多学科融合作为每一个阶段的目标。在课程递进过程中，整体呈现螺旋上升的格局。

比如，每一个阶段都有程序设计的观念引入，在最基础的部分只需要掌握“顺序执行”“重复执行”“条件分支”的分解动作就够了，再往后慢慢引入几种控制结构的嵌套组合，直至循环变量间有复杂耦合关系的情况。

另外一个极其重要的方面，就是编程内容要有“意义”。这可以说是少儿编程教育的全新课题，以前也没有类似的教育学成果可以借鉴。之前的计算机课程都是面向成年人的，课程通常只是讲授原理、方法，至于具体应用，那就是看个人的兴趣、悟性了。

但是，孩子的编程教育不能这样做，必须在课程设计时把丰富的意义填充进去。教师要为学生设计很多有趣的“应用题”，这些应用题将延伸到生活的每个方面，激发起孩子们的严肃思考，比如人类的经济生活、伦理关系。

当然，编程语言的核心知识体系也要巧妙地编织进去。以多学科知识为纬线，以程序设计语言为经线，构造一个趣味性、知识性兼具的课程体系。这样的课程一定能够让孩子们乐此不疲，持续前行。

说起来容易，做起来难。创新的少儿编程教育方法的探索，课程研究的积累，绝非数年之功可以达成。

我创办阿儿法营这几年，一直在努力研究课程建设。我愿意在这里分享阿儿法营的部分教学记录，希望能起到抛砖引玉的作用。

教学实例：编程与伦理学（中级课程）

深秋的下午，北风透出阵阵寒意，树枝上已经没有几片叶子了。

洋爸在阿儿法营教室里看冯友兰的《中国哲学史》。桌上的龙井茶飘散着怡人的清香，外面不时传来隔壁幼儿园的欢笑声。

咚咚咚，一阵敲门声。

洋爸打开门：嘿，罗西，快进来！怎么了？今儿情绪不高啊！

罗西是阿儿法营高级班的学员，是一个性格腼腆的小学六年级男生。

罗西低声打招呼：老师好！

洋爸注意到孩子脸上青色的瘀伤，拍了拍他的肩膀：和同学打架了？

罗西有点委屈地说：打篮球的时候和胖熊撞了一下，被胖熊打了好几拳，我没还手……还没等我回答，Tony冲了进来，他也注意到罗西的伤：啊，被人打了？又是胖熊？狠狠揍他呀！

罗西：我妈说不能和人动手打架。

Tony：那你白白被人打啊，真傻！我老爸说在外面就要厉害点儿，不能被人欺负！

罗西：做好人真倒霉，还不如做个坏人，想打谁就打谁。老师您说呢？

洋爸心想这真是一个很难回答的问题，厚厚一本《中国哲学史》，翻来覆去地就在讨论善与恶的问题。此时给孩子一个固定而僵硬的答案有什么意义呢？应该启发孩子去思考这些人生大问题。

洋爸沉吟半晌道：我也不知道应该做一个善良的好人还是做一个凶恶的坏人。

罗西：啊！老师你也不知道？

洋爸：嗯，这个问题不像你们想象得那么简单。我们一起来研究一下吧。

罗西、Tony：怎么研究？

两个小男孩儿眼睛突然发亮，让洋爸感到孩子的求知欲如此可贵！

洋爸：当然用我们强大的计算机啊！借助程序来帮助我们思考。让我们想象一下，在一个游戏世界里面有三个种族：第一种是善良的老好人；第二种是凶恶的大坏蛋；第三种是普通的正直人。用程序可以模拟这个世界的演化，看看每个种族会有什么结果。

Tony：真有趣，怎么做呢？

洋爸：先要思考一下，想明白就好做了。

两个人表示同意：嗯，对对，先设计一下！

洋爸描述道：程序开始的时候，这三个种族都会有很多人，比如50个人，每个人都有自己的生命值。

Tony喜欢插话：就是血，对吧？

洋爸：对，程序开始的时候，所有人的生命值都是100。

Tony：建一个变量来存储这个数字。

洋爸：对！接下来我们要想一想，这三个种族会发生什么事情。

我们用程序控制这些人在舞台上随机乱走，当两个人碰到一起就发生一次“事件”。

事件有三种情况：

第一种是好人和恶人相遇了，那么好人就会被坏人欺负。结果就是好人的生命值减少了一些，坏人的生命值增加了一些。我们说发生了一次“盗窃”。

Tony：哈哈，罗西碰到胖熊，就会减血了。

罗西：去去去！

洋爸接着说：第二种情况是两个好人相遇了，那么他们会友好地合作，双方的血都增加。你们觉得合理吗？

罗西：挺合理的，我猜要是俩恶人相遇就是打架斗殴了。

洋爸：说得没错。第三种情况是两个恶人相遇，恶斗一场，双方减血。这叫“战争”。

罗西：那么，遇到普通正直人会怎样呢？

洋爸：正直人是这样一种生物，当别人对他好，他也对别人好，那么就会合作，双方增血；当别人对他恶，他也对别人恶，那么就会战争，双方减血。

Tony：以牙还牙，以眼还眼！

洋爸：呵呵，就是这种样子。

现在，总结一下我们的设计：三个种族，好人、恶人、正直人。程序开始的时候，每种人都有50个，所有人的血都是100。所有人都在舞台上随机移动，当两个人相遇，会发生三种事件中的一种：战争、合作、盗窃。根据相遇的情况，程序会自动修改双方的生命值。OK， 设计完成，开始编写程序。

经过洋爸指导，一个小时后，两个人都完成了程序。

洋爸：还等什么，立刻让程序运行起来吧！

开始的时候，坏人似乎占了上风，他们的人数增加很快。老好人慢慢在减少，5分钟后，老好人快灭绝了。

两个孩子都有些遗憾。接下来，坏人也碰到了麻烦，人数开始慢慢减少，3分钟后也消失了。

咦？他们有些惊奇。

最后，正直的人群持续不断地慢慢增长……

洋爸：罗西你能解释一下原因吗？

罗西：老好人很早就灭绝，是因为他们的血都被恶人偷走了！

Tony：对，老好人就是恶人的食物。

洋爸：那后来为什么恶人跟着灭绝了？

Tony大嗓门地喊：恶人互相战争，而且正直人也和他们战争，恶人把血都用完了。

洋爸：有理，恶人没了食物，又到处战争，注定灭亡。最后，为什么正直人种族可以生存下去呢？

因为他们能互相合作，所以会增加生命值，Tony和罗西两个人抢着说。

洋爸总结道：按照我们的研究，简简单单做一个老好人，或者做一个见人就欺负的恶人，都不是正确的做人方法。我们应该做一个普通的正直人。

但是，要做一个普通的正直人并不容易，因为你必须能分辨哪些是善，哪些是恶。如果你分不清楚，对好人使用凶恶的态度，你自己其实已经变成了大恶人。

你们要多读书、多思考，在慢慢长大的过程里，逐渐学会分清黑白，明辨善恶。

两个孩子都若有所思……

程序语言是表征这个世界的抽象思维符号系统

农业与手工业时代，人类对上帝的隐喻就是一个农夫；工业时代，上帝被假想为一个伟大的机械工程师；而今天，最精妙的隐喻就是——上帝是一个程序员。当你观察DNA上基因的序列时，你一定觉得那是伟大程序员的作品。

即使对于一个立志于在文科方面有所专长的少年，也必须知道0、1是如何构造出整个“第二现实”世界的。用0和1来表达数字、英文、汉字，如果这还不稀奇，我们还可以用0和1来表达声音、图像、视频，最终我们将用0和1来构造整个世界。

在人工智能领域的发展中，我们甚至用0和1创造了人类无法企及的思维模式，比如，深度学习的神经网络。我们创作了一个“人化”的世界。我们无需掌握每一个细节，但是我们要能理解它。

也许你不懂高等数学，但是如果你连初等数学都一无所知，那只能说你真的不属于这个时代。同样，若干年后，你可以不懂卷积神经网络，但是你连变量、循环、条件判断之类都无感，那么你真的是被时代抛弃了。

行文至此，我非常感慨，从事少儿编程教育多年，太多的人把编程当成一种吃饭的手艺，联想到的常常是码农“蓬头垢面”的形象。他们不曾明白，在今天，对程序语言的理解、掌握已经成为一种重要的人文素质，而且在未来会更加重要！

另外，有的教师也习惯于把编程教育和STEM教育混同起来，或者说编程是STEM的一部分。我认为这样的理解是错误的。STEM教育是一种外延广泛的活动，从各种涉及电子设备的小发明、小创造，到比较复杂大型设备（大型航模之类）都可以涵盖其中。每一位教师和学生都可以因地制宜地开展具备个人特色的STEM教育，STEM教育不是一种学科边界清晰的课程。

程序语言则是一种简洁的、高纯度的、形式化的知识系统。编程教育不仅仅是一种有教育意义的活动，这一点和STEM教育迥然不同。

程序语言既然是一种“语言”，就意味着它是表征这个世界的抽象思维符号系统。它的关键作用是塑造一种全新的世界观、思维方式、解决问题的手段，掌握它的人可以发掘出这个世界更深、更广的可能性。

程序语言的类比对象是自然语言、数学语言，是一种思维工具。鉴于它对于思维方式的基础作用、清晰的学科内涵，编程教育进入中小学教育大纲已经刻不容缓。

英国、韩国已经完成了这一步，但愿中国不会等得太久。

让我们畅想一下，在不远的将来，所有的中国学生能够在课堂上学习编程，从认识顺序执行开始，认识一个变量开始，最终进入层次复杂的数据结构、循环往复的算法流程，明亮的双眼仿佛看穿了宇宙的脉动。

这个世界的本质既不是“物质”，也不再是“能量”，而是“信息”！