近年來大學(xué)最熱門的專業(yè)無疑是計(jì)算機(jī)，而在中小學(xué)基礎(chǔ)教育這塊兒，編程熱也是方興未艾，連奧巴馬也提出“編程要從娃娃抓起”。
當(dāng)我看到才小學(xué)二年級(jí)的女兒，都已經(jīng)在學(xué)校學(xué)編程了，而七年級(jí)的兒子也才剛剛開始接觸Scratch（MIT開發(fā)的簡(jiǎn)易編程環(huán)境），不禁有點(diǎn)按捺不住。于是靠教編程謀生的我，生平第一次動(dòng)了讓13歲的兒子系統(tǒng)學(xué)編程的念頭。
為什么要學(xué)編程？
現(xiàn)在任何行業(yè)都離不開計(jì)算機(jī)，會(huì)編程這項(xiàng)技能，在求職時(shí)就如同90年代會(huì)英語一樣搶手。
學(xué)編程，不是為了將來當(dāng)程序員。
而是為在自己行業(yè)里獲得更多的機(jī)會(huì)， 比如說做財(cái)務(wù)的，工作中少不了和excel表打交道，即使對(duì)每個(gè)菜單功能都很熟悉，還是有需要定制一些專門的查詢功能，這時(shí)編程就是不可或缺的技能。
也是因?yàn)橛?jì)算機(jī)對(duì)今天我們的生活而言，就如同汽車對(duì)出行的重要。開車即使有定期去車行保養(yǎng)，學(xué)習(xí)汽車相關(guān)的知識(shí)，萬一出行途中汽車發(fā)生故障也不至于驚慌失措；而且說不定因此感興趣了，鉆研進(jìn)去，自己嘗試做個(gè)升級(jí)改裝也未嘗不可。學(xué)編程，也是同理。電腦或是手機(jī)無論硬件還是軟件，總會(huì)有出問題的時(shí)候，會(huì)編程的人可以自己做簡(jiǎn)單故障定位，也可以作為興趣愛好在閑暇時(shí)間里做個(gè)網(wǎng)頁，寫給APP什么的。
【1】編程，學(xué)什么？
每次聊起學(xué)編程，被問到的第一個(gè)問題往往是“學(xué)哪種編程語言好”。
回答這個(gè)問題之前，我想問你，覺得自動(dòng)檔和手動(dòng)檔的車，哪種好呢？
當(dāng)前初學(xué)者中最流行的Python和Javascript 就像自動(dòng)檔車，編寫簡(jiǎn)單，強(qiáng)大庫函數(shù)支持廣泛應(yīng)用；而最為經(jīng)典的C語言就像手動(dòng)檔，難學(xué)難用，還需要通曉編譯原理、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也最能體味駕駛的樂趣。
以前總覺得C語言對(duì)初學(xué)者太難了，這個(gè)想法今年5月在安大略省高中編程賽被徹底顛覆。一支由三個(gè)分別是五年級(jí)，七年級(jí)和八年級(jí)亞裔男孩組成的隊(duì)伍特別醒目，年齡比其他選手小很多，卻在由各個(gè)學(xué)區(qū)優(yōu)勝者組成56支高中編程隊(duì)脫穎且出名列第九。這三個(gè)孩子就是用C語言寫的程序，C語言也是他們唯一接觸過的編程語言。所以初學(xué)者具體學(xué)什么語言，因人而異。
思維指導(dǎo)行動(dòng)。未來人人都會(huì)寫代碼，但程序設(shè)計(jì)是否簡(jiǎn)潔高效，就得在思維上見高低了。十年前，卡耐基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)教授Jeannette Wing 提出Computational Thinking “編程思維”的概念，指出通過學(xué)習(xí)編程，內(nèi)里培養(yǎng)的其實(shí)是認(rèn)識(shí)問題和解決問題的思維方式，而這種思維方式可以跨界應(yīng)用到其他領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中。
也就是說和編程語言相比，編程思維是內(nèi)功心法，在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和使用哪種語言，猶如使用哪種兵器，只是工具層面上的東西。
【2】什么是編程思維？
編程思維的四個(gè)組成模塊。
編程思維本質(zhì)上來說，就是能夠把現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜問題，逐步拆分成可理解的小問題，（Decomposition 拆分），接著根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，找出新問題和以前解決過的問題的相似性，舉一反三琢磨出規(guī)律（Pattern Recognition 模式識(shí)別）,然后將問題里涉及的數(shù)據(jù)抽象（Abstraction）到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（變量，數(shù)組，鏈表等等），把數(shù)據(jù)處理過程可重復(fù)執(zhí)行部分抽象（Abstraction）成函數(shù)模塊，通過循環(huán)執(zhí)行，最后根據(jù)前三步的分析成果，設(shè)計(jì)步驟，寫出算法(Algorithms)，從而解決問題。
編程思維本身是一個(gè)非常抽象的概念，下面我舉個(gè)例子來詳細(xì)解釋一下它的四個(gè)組成模塊。
【3】編程思維1-2-3-4
我們都聽說過這樣一個(gè)故事：數(shù)學(xué)家高斯在三年級(jí)時(shí)候，老師要求從1+2+3開始一直加到100，其他同學(xué)都費(fèi)勁的一個(gè)數(shù)一個(gè)數(shù)的加，只有小高斯注意到了這些數(shù)可以兩兩配對(duì)，相加和為101：
1+100=101
2+99=101 等等
一共有50對(duì)，最后的和可以用乘法來做：（50X101）=5050
高斯的上述解題思路充分體現(xiàn)了編程思維中的拆分和模式識(shí)別，再進(jìn)一步延伸，就可以概括出求任意范圍【a, b】連續(xù)整數(shù)求和公式：(a+b)x (b-a)/2。
把原題擴(kuò)展一下：
假設(shè)你有100張撲克牌，依次編號(hào)，從1到100，打亂洗牌后，突然發(fā)現(xiàn)少了一張，怎么知道少掉的是哪張？
下面我們?cè)囍镁幊趟季S一起來一步步的解決這個(gè)問題。
第一步拆分：通過一張一張的查找，先在這堆牌里找1，再在剩下的牌里找2，然后再找3，依次下來，最后總能發(fā)現(xiàn)哪張少了。這種方法的局限是如果牌張數(shù)少還行的通，如果張數(shù)多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，但符合一般人的解題思路。
第二步模式識(shí)別：如果能聯(lián)想到高斯的求和題，所有牌的面值總和應(yīng)當(dāng)是5050，將手上的牌一張接一張的加起來，假設(shè)得到的和是5040，用5050-5040=10，很快知道少掉的那張牌是10.這種方法比起前一種，明顯棋高一著。
第三步抽象：擴(kuò)展到現(xiàn)實(shí)生活中，假設(shè)有一副撲克牌，少了一張，如何快速定位少的是哪張？
一般情況下，我們都會(huì)重新理牌，先把4張Ace都找出來，再把四張2放在一起，依次下去，最后總可以看出哪張牌的哪種花色少了。
這種常規(guī)方法效率很低，如果聯(lián)想到我們剛剛建立的求和模型，是不是可以用來更為快速有效的解決這個(gè)問題？粗看每個(gè)數(shù)字都有四種花色，不唯一，好像不適用。
但是如果我們能解決如何把撲克牌花色和數(shù)字映射到計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)的問題，就可以試用剛才的求和模型了。這也是考驗(yàn)抽象的能力的時(shí)候了。
不妨按花色來，設(shè)紅桃A 為1 ， 紅桃2 為2 ，依次到K是13，然后方塊A為14，到方塊K是26，以此類推，黑桃A到K是 27到39，梅花則是40到52。
這樣一來問題就轉(zhuǎn)化成了有52張撲克牌，依次編號(hào)，從1到52，洗完牌，發(fā)現(xiàn)少了一張，請(qǐng)問少掉的是哪張？是不是就可以很容易的套用第二步里總結(jié)的求和解題模型了？
再試想你有一千，一萬，甚至上百萬副撲克牌，每副都少一張（不盡相同），怎么能快速定位的少掉是哪些牌呢？
只要你能設(shè)計(jì)出快速定位一副牌里缺了哪張牌的計(jì)算方法，無論多少副牌，計(jì)算機(jī)都能在一眨眼的功夫，全部準(zhǔn)確無誤的給你找出來。計(jì)算機(jī)相對(duì)于人腦，有存儲(chǔ)容量大和處理速度快的優(yōu)勢(shì)，所以計(jì)算機(jī)最擅長(zhǎng)的就是重復(fù)勞動(dòng)。能夠讓計(jì)算機(jī)從事高效的重復(fù)勞動(dòng)的前提，是人先思考和分析怎樣把復(fù)雜工作分解成多個(gè)可機(jī)械重復(fù)執(zhí)行的模塊，然后才可以通過程序讓計(jì)算機(jī)來處理。而這步比寫程序本身來的重要的多。
第四步 算法：當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)映射到合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可復(fù)用的處理模塊也都分辨識(shí)別出來后，下一步就是利用條件，循環(huán)，子程序模塊，來規(guī)劃出程序設(shè)計(jì)步驟，從而解決問題。
所以說，編程思維的核心，不是編程語言，也不是語法，甚至不是算法或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身，而是如何分解問題，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建立解決問題的模型，并映射到合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法上，然后才能根據(jù)算法寫程序?qū)崿F(xiàn)。在此過程中，前兩步分解和模式識(shí)別，其實(shí)完全隸屬數(shù)學(xué)思維范疇，也是編程思維的基礎(chǔ)。而抽象和算法才是編程思維所獨(dú)有的。 也是在孩子學(xué)編程過程中，最需要強(qiáng)調(diào)的。
【4】編程思維，怎么學(xué)？
從以上對(duì)編程思維的解析來看，培養(yǎng)編程思維的前提條件是有扎實(shí)的數(shù)學(xué)，尤其是代數(shù)基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)還沒打牢，就開始學(xué)編程，無異于建造空中樓閣。
在孩子有一定代數(shù)基礎(chǔ)的前提下，抽象思維和算法這兩部分應(yīng)該是編程思想的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，那么該怎么學(xué)呢？
如果對(duì)這方面有興趣的話，我建議你了解AP College Board新推出的一門課程叫 AP Compute Science Principles,這門課過去四年在不少大學(xué)里已經(jīng)試點(diǎn)開設(shè)，旨在教授編程思維和計(jì)算機(jī)科學(xué)中的核心基礎(chǔ)內(nèi)容。我打算讓兒子自學(xué)的斯坦福的CS101課程也是因此而產(chǎn)生的。而AP Compute Science Principles這門課程從今年秋天起也會(huì)在高中開設(shè)，這是計(jì)算機(jī)教學(xué)領(lǐng)域里非常值得期待的一件事情。
回到學(xué)編程的話題，能夠讓孩子主動(dòng)心甘情愿的學(xué)任何東西，大都滿足兩點(diǎn)要求：“有趣”和“有用”。因?yàn)橛腥ぃ拍芗ぐl(fā)其好奇心，去探索思考。因?yàn)橛杏茫拍軓闹蝎@得成就感，成為進(jìn)一步學(xué)習(xí)的動(dòng)力。
遵循以上兩點(diǎn)，我給兒子制定了如下的編程學(xué)習(xí)計(jì)劃。
第一周： http://lightbot.com/hocflash.html 這款基于Flash的可編程游戲，不用來學(xué)編程，單純作為益智類類游戲來完也很有意思。 從最初的順序執(zhí)行指令，到后來引入條件，循環(huán)，和子程序，是訓(xùn)練編程思維的好工具。 其中子程序部分，非常考驗(yàn)孩子有效分辨可復(fù)用編程模塊的抽像能力。
同時(shí)閱讀Blown to Bits的部分章節(jié) http://www.bitsbook.com/excerpts/ ，全書的PDF版可以在鏈接里免費(fèi)下載。學(xué)習(xí)編程，首先需要回答為什么要學(xué)的問題？這本書通俗易懂的介紹了作為信息技術(shù)主體的計(jì)算機(jī)如何改變著人類社會(huì)的方方面面，引導(dǎo)孩子在信息爆炸的時(shí)代里辯證的看待各種新興技術(shù)及其影響。
第二周：介紹編程思維，可以用我上面所舉的找撲克牌的例子，看看孩子能否結(jié)合他玩lightbot游戲的經(jīng)歷，對(duì)編程思維有所認(rèn)識(shí)。
第三周開始：使用斯坦福大學(xué)的CS101在線課程開始自學(xué)。
https://lagunita.stanford.edu/courses/Engineering/CS101/Summer2014/about
該課程以Javascript作為工具，教授編程思想和計(jì)算機(jī)技術(shù)中的核心基礎(chǔ)內(nèi)容, 課程以視頻和在線練習(xí)結(jié)合的方式，自學(xué)模式下，預(yù)計(jì)六周完成。而這門課雖然不是專門教編程的課，但是涉及的編程都是孩子們普遍感興趣的數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)，相信不少孩子會(huì)喜歡。
下圖是一些學(xué)生在學(xué)這門課程過程中，用JavaScript寫的程序生成的Fractal(分形）圖像。
順便提一下編程語言，我一直比較傾向于初學(xué)者學(xué)JavaScript，JavaScript作為Web客戶端的主流編程（腳本）語言，可以在瀏覽器里直接運(yùn)行，孩子寫幾行代碼，就可以在計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)上查看效果，即簡(jiǎn)單直接，又有用有趣。
以下為該課程涵蓋內(nèi)容：
The nature of computers and code, what they can and cannot do
How computer hardware works: chips, cpu, memory, disk
Necessary jargon: bits, bytes, megabytes, gigabytes
How software works: what is a program, what is 'running'
How digital images work
Computer code: loops and logic
Big ideas: abstraction, logic, bugs
How structured data works
How the internet works: ip address, routing, ethernet, wi-fi
Computer security: viruses, trojans, and passwords, oh my!
Analog vs. digital
Digital media, images, sounds, video, compression
我把每章節(jié)內(nèi)容從頭到尾過了一遍，總體難度適中，如果家長(zhǎng)能夠給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助的話，初中生自學(xué)不成問題。如果孩子通過以上兩個(gè)月課程，對(duì)編程產(chǎn)生興趣的話，那么下一步，就該系統(tǒng)的掌握一門編程語言了。
【5】學(xué)了編程思維，然后呢？
沒有實(shí)踐的思維，只是空想。學(xué)完編程思維之后，還是有必要深入的學(xué)習(xí)一門編程語言，在實(shí)踐中應(yīng)用編程思維解決問題。學(xué)習(xí)編程語言，網(wǎng)上有大量?jī)?yōu)質(zhì)資源，孩子可以用來自學(xué)。
我在教學(xué)中常用的有以下幾個(gè)
Codecademy 好處是常用的編程語言的教程都有。缺點(diǎn)是Bug不少，明明按照要求輸入完全正確的代碼，服務(wù)器端老是顯示代碼錯(cuò)誤，讓孩子非常沮喪。遇到這種情況，多試幾次，如果還是不行，鼓勵(lì)孩子到Q&A論壇上看其他人是如何解決這樣問題。
雖然編程可以自學(xué)，條件允許的情況下，幾個(gè)程度相當(dāng)孩子一起學(xué)，互相交流，互相幫助，共同進(jìn)步的效果會(huì)更好。前文提到我在省高中編程競(jìng)賽時(shí)遇到秒殺很多高中生的三個(gè)用C語言的小男孩，當(dāng)時(shí)很感興趣的追問他們是在哪里學(xué)的編程。原來他們每周課后兩次到附近的高中Woburn CI，參加由那里學(xué)生組織的編程俱樂部。編程俱樂部以師傅帶學(xué)徒方式運(yùn)作，大孩子教小孩子，有經(jīng)驗(yàn)的幫助新手。雖然沒有老師指導(dǎo)，但是這種以共同興趣為基礎(chǔ)的互助氛圍里培養(yǎng)出來的孩子居然完勝那些經(jīng)過兩三年正規(guī)編程訓(xùn)練的大孩子，真是很讓人深思的事情。
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