Улучшенные приемы обучения детей при помощи компьютеров с целью демонстрации опыта различными способами

"У каждого ребенка должна быть возможность протестировать свои взгляды, где угодно с помощью компьютера", — считает Алан Кэй, американский учёный в области теории вычислительных систем. По его мнению, "в будущем системы поиска информации будут извлекать не факты, а точки зрения. Слабость баз данных в том, что они позволяют вам оперировать только фактами, хотя веками наша культура держалась на способности принимать разные точки зрения".
Я думаю, мой взгляд на простоту отлично можно проиллюстрировать, на примере TED. Вы здесь, вы понимаете зачем вы здесь, что происходит вокруг, абсолютно без всяких затруднений. Лучший ИИ (Искусственный интеллект) планеты нашел бы данное мероприятие сложным и запутаным, а моя собачка Ватсон нашла бы его простым и понятным, но упустила бы суть дела. (Смех) Пес отлично бы провел время. Ну и, конечно, если вы здесь читаете доклад, как Ганс Рослинг, докладчик посчитает это сложным и полным неожиданностей. Но в случае с Гансом Рослингом - вчера у него было секретное оружие, буквально он глотал шпагу. И я должен сказать, что подумывал о некоторых предметах, которые бы я попробовал проглотить, но в итоге я сдался и отказался от этой мысли, в то время как он просто взял и сделал это, и это было великолепно.
Итак, Шут имел ввиду не только то, что мы дураки в уничижительном смысле, но и то, что нас легко обдурить. В самом деле, Шекспир указывал на то, что мы идем в театр для того, чтобы быть одураченными, И мы, в действительности, предвкушаем это. Мы посещаем магические представления чтобы нас одурачили. Все это делает многие вещи забавными, но на самом деле так сложнее составить картину мира, в котором мы живем, и картину самих себя.
Итак, наш друг Бетти Эдвардс, женщина, автор книги «Рисуем правым полушарием мозга», показывает эти два стола на уроке рисования, и говорит, что проблема, с которой они столкнутся при обучении рисованию, состоит не в том, что они не могут управлять рукой правильно, а в том, что наш мозг неверно воспринимает образы. Мозг пытается воспринимать образы как предметы, вместо того, чтобы видеть то, что есть на самом деле. Чтобы это доказать, она объясняет, что размер и форма поверхностей этих столов абсолютно идентичны, и я собираюсь вам это доказать. Она делает это с помощью картона, но так как у меня здесь есть дорогой компьютер, я просто поверну вот эту штучку вокруг своей оси и ... Увидев это - а я видел это сотни раз, потому что использую этот пример в каждом выступлении - я по прежнему не могу увидеть, что они одного размера и формы, и я сомневаюсь, что вы смогли это сделать.
А что делают художники? Ну, художники берут и измеряют. Они измеряют очень, очень тщательно. И если вы очень, очень внимательно измерите крепкой рукой и под прямым углом, вы увидите, что те две фигуры абсолютно одинакового размера. В Талмуде заметили это много лет назад, там говорится, что мы видим вещи не такими, какие они есть, а такими, каковы мы сами. Я бы очень хотел узнать, что случилось с тем человеком, которого посетило такое прозрение в те времена, если вообще это изречение было доведено до своего абсолютного смысла.
Так если мир не таков, каким он кажется, и мы видим вещи, такими, какими мы сами являемся, тогда то, что мы называем реальностью является разновидностью галлюцинаций, которые происходят здесь внутри. Это сон наяву. И понимание того, что мы в действительности в этом существуем, является одним из крупнейших гносеологических (эпистемологических) барьеров в истории человечества. И то, что означает "простое и понятное" может на самом деле не быть простым и понятным, а то, что мы считаем сложным, можно сделать простым и понятным. Каким-то образом мы должны понимать и справляться с нашими изъянами. Мы можем представить себя в виде шумового канала. Я себе это представляю, мы не сможем научиться видеть до тех пор, пока не признаем себя слепыми. И как только вы начнете с такого скромного уровня, тогда вы можете начать находить способы видеть вещи. В частности, за последние 400 лет, произошло то, что люди изобрели интеллектуальные модели: маленькие дополнительные для нашего мозга, составленные из ярких идей, которые помогают нам видеть мир различными способами. Они бывают в виде сенсорных приборов - телескопов, микроскопов - объективные логические приборы, в виде различных моделей мышления, и, наиболее важной, в виде способности менять точку зрения на вещи.
На этом я остановлюсь чуть подробнее. Именно такая смена точки зрения, и размышление о нашем восприятии, позволили нам совершить больший прогресс за последние четыреста лет по сравнению с другой частью человеческой истории. И тем не менее, насколько мне известно, этому не учат ни в детских садах, ни за все 12 лет обучения в средней школе в Америке.
Один из способов превращения простого в сложное - делать больше. Мы любим, когда всего много. Если мы тупо делаем больше, простота превращается в сложность. И фактически, мы можем продолжать делать это еще долгое время. Но вот Мюррей Гелл-Манн вчера говорил о возникающих свойствах. Можно их назвать "архитектурой" - в качестве метафоры к использованию того же старого материала, имея ввиду неявные, непростые способы совмещения. В самом деле, то, что Мюррей говорил вчера о фрактальной красоте природы, о том, что имея довольно одинаковые описания на разных уровнях, можно вернуться к мысли, что элементарные частицы одновременно и совместимы, и самостоятельны, и находятся в сильнейшем движении. Вышеперечисленные три аспекта служат почвой для всех различных уровней того, что кажется сложным в нашем мире.
Но насколько же просто? И когда несколько лет назад я увидел модель различий Рослинга я просто подумал, что это величайшая штука, из тех, что я видел, позволяющая просто излагать сложные идеи. Но затем мне подумалось, эх, может, это слишком просто. И я приложил некоторые усилия, чтобы попробовать и проверить, насколько хорошо эти простые описания тенденций с течением времени в действительности совпадают с некоторыми идеями и исследованиями с другой стороны, и я обнаружил, что они очень хорошо соответствуют. Рослингу удалось ввести простоту, не удаляя важных сведений.
В то время как фильм, который мы вчера посмотрели, о симуляции внутри клетки, Могу сказать, как бывший молекулярный биолог, что фильм мне совсем не понравился. Не потому, что он плохо снят или еще что-то, а потому, что он упускает тот смысл, который большинство студентов не могут понять о молекулярной биологии, то есть, почему вообще существует хоть какая-то возможность того, что две сложные структуры находят друг друга единственно верным способом для того, чтобы соединиться и совершить процесс катализации. Вчера мы видели, как каждая реакция происходила по счастливой случайности. Они просто устремлялись друг к другу в воздухе и связывались, и что-то происходило. Но в действительности, те молекулы вращаются со скоростью около миллиона оборотов в секунду. Каждые две наносекунды они меняют свой размер туда-сюда. Они толпятся вместе. Они сталкиваются, ударяются друг о друга. И если вы этого не представляете в своей умозрительной модели, то все, происходящее внутри клетки, кажется вам загадочным и случайным. И я думаю, что это как раз самый неправильный образ для попыток обучения науке.
Итак, другая вещь, которую мы делаем, заключается в смешении взрослых усложнений с действительным пониманием некоторых принципов. Так, подросток 14 лет в старших классах средней школы получает вот такую версию теоремы Пифагора, с доказательством ловким и интересным, но на самом-то деле не лучшим способом для начала изучения математики. Более прямой способ, который даст вам почувствовать суть математики, это что-то более близкое к доказательству самого Пифагора, которое выглядит вот так: вот у нас треугольник, если мы окружим квадрат С еще тремя треугольниками и скопируем их, мы заметим, что можем передвинуть их вниз вот таким образом, и получим несколько открытых зон, немного подозрительных, и - вот! Вот и все, что мы должны сделать. Такой способ доказательства - это то, что вам нужно при изучении математики, для того, чтобы уловить идею, до того, как вы, буквально, посмотрите еще на 12 или 1500 доказательств теоремы Пифагора, которая была открыта.
А теперь давайте о маленьких детях. Это очень необычный учитель. Она была учителем в детском саде и в первых классах, при этом она была прирожденным математиком. Что-то вроде того вашего друга, джазового музыканта, который никогда не изучал музыку, но при этом - великолепный музыкант. У нее просто было чутье в математике. И вот ее шестилетки. И она предлагает им составить фигуры из фигур. Итак, они берут любую фигуру - ромб, или квадрат, или треугольник, или трапецию - и затем они пытаются сделать следующую более крупную такую же фигуру, и затем еще более крупную. И вы можете увидеть, что с трапецией это немного сложнее.
И вот, что делал учитель по каждому проекту - дети могли дейстовать так, как будто, прежде всего, это творческий проект, и только затем научный. Итак, они создали вот эти артефакты. После этого она обратила их внимание на то, что получилось, и предложила выполнить следующее задание - над которым я размышлял много времени до тех пор, пока она не объяснила мне - целью задания было приостановить детей и заставить их задуматься. И вот они вырезают маленькие кусочки из картона и вставляют их.
Но весь смысл в том, что они должны посмотреть на эту таблицу и заполнить её. Что вы заметили по поводу того, что вы сделали? И шестилетняя Лорен заметила, что для первого понадобилась одна фигура, а для второго еще три, и в целом там получилось четыре. А для третьего понадобилось еще пять, и в целом получилось девять, и так далее для следующего. Итак, она сразу же заметила, что количество дополнительных плиток, которые нужно добавлять по краям, всегда увеличивалось на два. И она очень уверенно применяла эти цифры. Также она смогла увидеть, что это были квадраты чисел примерно до шести. В то время как она не была уверена, что значит шестью шесть, или семью семь. Но потом она снова обрела уверенность. Вот что сделала Лорен.
А затем учитель, Джиллиан Ишиджима, попросила детей вынести их проекты на середину комнаты и разложить на полу. И все замерли от удивления. Вот это да! Они одинаковые! Независимо от формы, закон увеличения един. А математики и ученые, присутствующие в зале, узнают эти две прогрессии - как дискретное дифференциальное уравнение первого порядка и как дискретное дифференциальное уравнение второго порядка. Выведенные шестилетними детьми. И это поразительно. Это не то, чему мы обычно пытаемся обучить шестилетних.
Давайте теперь посмотрим, как мы могли бы использовать компьютер в некоторых из описанных случаев. И первая идея здесь заключается в том, чтобы показать вам, что делают дети. Я использую софт, который можно поставить на стодолларовый компьютер. Так, я бы хотел нарисовать маленькую машину вот здесь. Я просто сделаю это очень быстро. И поставлю большие шины на неё. И еще вот здесь у меня маленький объект, и я могу заглянуть внутрь этого объекта. Я назову это машиной. А здесь вот маленький рычаг от машины. Каждый раз, когда я щелкаю на него, машина поворачивает. Маленький скрипт, чтобы делать это снова и снова, Я просто перетащу вот эти штуки вот сюда и приведу их в действие. И я могу попробовать порулить машиной вот здесь - видите, машина повернулась на пять оборотов вот здесь? А что если я снижу его до ноля? Она едет прямо. Для девятилеток это что-то вроде откровения. Вот я направил ее в другую сторону. Но, конечно, это вроде того как целовать свою сестру, по сравнению с реальным вождением машины. Итак, дети хотят сделать руль управления. И вот они рисуют руль. И мы назовем его колесом. Видите, это колесо направляется вот сюда? Если я поверну это колесо, вы увидите что цифры меняются от отрицательных до положительных. Это что-то вроде приглашения взять наименования тех появляющихся цифр и просто внести их в скрипт вот сюда. И вот сейчас я могу управлять машиной при помощи руля.
И это интересно. Вы знаете, сколько проблем у детей с переменными, но при обучении вот таким способом, в виде ситуации, они никогда не забудут на основе этого единственного примера, что такое переменная и как ее использовать. И мы можем поразмышлять над этим также, как это сделала Джиллиан Ишиджима. Итак, если вы посмотрите на маленький скрипт вот здесь, скорость всегда должна быть 30. Мы собираемся двигать машину соответственно, еще и еще раз. И я ставлю небольшие точки для каждого из этих движений. Расстояние между ними одинаковые, поскольку они отличаются на 30. И что если теперь я применю эту прогрессию, которую использовали шестилетки, говоря себе - ладно, я увеличиваю скорость на два каждый раз, и затем я увеличиваю расстояние на величину скорости каждый раз? Что я получаю? Мы получаем визуальный пример того, что эти девятилетки называют ускорением.
Итак, как же дети подошли к науке?
Очевидно, что Аристотель никогда не задавал вопросов ребенку по этому конкретному поводу, потому, что он не проводил такой эксперимент, также, как не проводил его и Св. Фома Аквинский. Галилей первый, в общем-то, сделал это - подумал как ребенок. Всего 400 лет назад. В каждом классе из 30 учеников найдется один ребенок, который доберется сразу до сути.
А что, если мы посмотрим на это повнимательнее? Мы можем снять фильм о том, что происходит, но даже если мы разделим этот его на маленькие отрезки по шагам, мы все-таки с большим трудом сможем понять, что происходит. И вот, что мы можем сделать - мы можем выложить рамки одну к другой, или поставить их сложить их в кучу. И когда дети это видят, они говорят - "О, ускорение", вспоминая, что четыре месяца назад они делали управление машиной, и они начинают измерять, чтобы узнать какого типа это ускорение. И вот, я измеряю от низа одного изображения до низа следующего изображения, примерно одно пятую секунды спустя, вот так - они с каждым разом становяться быстрее и быстрее. А если я сложи их один на другой, тогда мы увидим разницу между ними, значит увеличение скорости постоянно. И они говорят - да, это постоянное ускорение. Мы это уже сделали. А как нам проверить, что это действительно так? Мы не много поймем, если просто бросим шарик, Но если мы будем бросать шарик и тут же снимем об этом ролик, мы можем увидеть и получить точную физическую модель.
Кстати, Галилей очень умно это проделал бросив шарик обратно вниз по струнам своей лютни. Я поставил вон те яблоки, чтобы напомнить себе сказать вам о том, что, возможно, это история похожа на историю Ньютона с яблоками, но это отличная история. И я подумал, что сделаю кое-что на этом стодолларовом компьютере, чтоб доказать, что он работает. Итак, поскольку есть гравитация, вот - увеличиваем скорость на какое-либо количество, увеличиваем скорость корабля. Если я запущу маленькую игру здесь, разработанную маленькими детьми, я разрушу космический корабль. Но если я противопоставлю гравитации, вот так - ой! ( Смех) Еще раз. Вот, мы идем дальше. Хорошо?
Думаю, лучший способ закончить мое выступление - это привести пару цитат. Маршалл МакЛухан сказал, "Дети - это послания, которые мы отправляем в будущее." На самом деле, если подумать, дети есть само будущее, которое мы отправляем в будущее. Забудем о посланиях. Дети - это будущее. И дети стран первого и второго мира, и особенно тертьего мира, нуждаются в наставниках. Этим летом мы собираемся выпустить 5 миллионов вот таких стодолларовых ноутбуков, и возможно, 50 миллионов в будущем году. Но мы не смогли создать тысячу новых учителей этим летом, чтобы спасти нашу жизнь. И это означает, что опять мы сталкиваемся с проблемой, когда можно не говорить и технологиях, когда требуемое наставничество - от простой системы чата до чего-то более глубокого - отсутствует. Я верю, что именно это должно быть сделано с новым типом интерфейса пользователя. А такой новый тип пользовательских интерфейсов может быть сделан при помощи около 100 миллионов долларов. Это выглядит приличной суммой, но это буквально 18 минут того, что мы тратим в Ираке. Мы тратим 8 миллиардов долларов в месяц. 18 минут - это 100 миллионов долларов. Так что на самом-то деле это дешево. А Эйнштейн сказал: Вещи должны быть как можно более простыми, но не проще. Спасибо!
ted