少儿编程的演变

　　看过之前文章的您，可能都知道青少年机器人教育和编程教育都是STEAM教育的一个分支而已，简单点就是素质教育，高水平的素质教育。今天咱们就追根溯源以下编程教育，简称“回头看”。

　　提起编程教育，我们先会想到如Scratch、Python等编程语言。是不是学会这些语言，就是学会了编程？到底学会多少语言，才算是学会了编程？想找到这些问题的答案，我们不妨从编程的发展历程中探寻。

　　历的可编程发明
　　坐在电脑前，用键盘敲出一行行代码，这就是我们现在常看到的别人编程的样子。然而，在20世纪80年代，计算机工程师编程并不是敲代码，而是写代码——真的在纸上写出程序代码。在纸上写好的代码也不能运行，工程师们还需要把程序制作成打孔纸带，把打孔纸带输入计算机，计算机才能读取程序并运行。
　　从1943年第1台现代电子计算机发明开始，给计算机输入打孔纸带就是当时的编程方式。直到电子显示器发明并大规模应用后，纯数字化的代码输入得以实现，打孔纸带才退出了编程的舞台。
　　Fortran打孔卡片
　　但有趣的是，使用打孔纸带、纸卡编程的历史比现代计算机还要早得多。1805年，拿破仑为法国纺织商人、发明家约瑟夫·雅卡尔颁发巨额奖金，嘉奖其发明的极大提升了纺织生产效率的自动化“可设计”织布机。雅卡尔织布机的走线由一系列串接好的打孔卡片控制。打孔卡片的每一列对应一根经线，织布机每织一次纬线时，自动根据打孔卡片当行每一列是否打孔，提起或不提起对应的经线。织布机织完一行，把打孔卡片向前拉动，接着根据下一行的打孔控制经线，这样就纺织出跟预先设计一模一样的花纹。
　　雅卡尔织布机
　　后来的各种计算机设计，都借鉴了雅卡尔织布机的打孔卡片控制方法。19世纪英格兰数学家查尔斯·巴贝奇，是公认的第1个机械式可编程计算机——分析机的发明者。他为了能更快地制作更准确的对数表等数学用表，设计制造了一系列“计算机”，就是采用打孔卡片为分析机编写运算程序的。他的助手艾达为分析机编写了完整的三角函数计算、级数相乘计算和伯努利数计算等程序。
　　我们再向前追溯，还能发现比打孔卡片更早的编程装置。这些装置中有2种我们比较熟悉，它们是音乐盒和自动人偶（automaton）。能自动演奏音乐的音乐盒早出现在公元9世纪，音乐盒内部有一个滚筒，滚筒侧面安装有一排发音簧片，每一个簧片被拨动后能发出特定的音高。在19世纪末，大型音乐盒开始使用更轻便、也更容易更换的打孔圆盘替代了滚筒。
　　自动人偶早的记载见于古希腊时期，我国的《列子·汤问》中也有工匠偃师给周穆王献了一个跳舞人偶的记载。有制造结构记载的和有实物保存的自动人偶都使用了凸轮编程。在故宫博物院，藏有一个由英国工匠制造并赠送给乾隆皇帝的铜镀金写字人钟。钟底部的写字机械人由发条驱动，能自动用毛笔在纸上写下“八方向化，九土来王”8个汉字。这样一套复杂的动作，就是由若干个凸轮转动控制人偶的手臂、手腕和头部同时运动的结果。
　　往更早的历史中寻找，我们会发现在公元60年，就有一个可编程的发明。这个装置是古希腊的数学家、工程师希罗发明的可编程三轮车。这辆车有2个驱动轮和1个被动轮。2个驱动轮分别有独立的车轴，在车轴绕上绳子，当重物拉动绳子时，2个驱动轮的不同正转与反转的组合就可实现小车的前进、后退和左右转弯。只要预先设计好绕绳方式，希罗就能控制小车按既定路线行走，实现对小车的编程。
　　现代编程技术的发展
　　希罗的小车、八音盒、雅卡尔织布机这些发明所在的年代还没有编程、可编程的概念，但它们在解决各自问题的过程中，都设计出了使用具有通用编码的方式进行自动化控制，用绕绳、滚筒、打孔卡片控制机械按人们的意志运行。今天我们所使用的各种计算机编程语言，就是控制计算机按我们的意志运行的技术工具。
　　C语言发明人——肯·汤普逊（坐）和丹尼斯·里奇
　　使用为广泛的编程语言——C语言由美国贝尔实验室的肯·汤普逊和丹尼斯·里奇所设计。1969年，汤普逊和里奇正在埋头研发一种全新的、支持多用户多任务的操作系统——就是后来的UNIX。第1个版本的UNIX使用汇编语言，在1台DEC PDP-7电脑上开发完成。由于汇编语言极度依赖于硬件，当他们在把UNIX移植到更的电脑的过程中，在当时的BCPL语言上进行了改进和改造，形成了一门简洁、规范又强大的编程语言C。1973年，二人用C语言重新编写了UNIX，形成了UNIX更为标准化的版本。1983年，汤普逊和里奇因发明UNIX系统而获得计算机科学的高奖项——图灵奖。
　　Java发明人James Gosling
　　而另一门与C同样流行的编程语言Java，在1990年开始在SUN公司里被设计时，是用于有线电视和嵌入式设备的应用开发。开发小组让Java能够方便地实现基于信息传输的应用开发，同时能够快捷地在使用不同处理器的设备上部署。Java的设计理念对于当时的有线电视来说有些过于同步。但是很快，Java就找到了适合它的广阔天地——互联网。1995年，SUN正式对外发布了Java，并把Java的特性精简概括为“WORA”——一次编写，到处运行（Write Once，Run Anywhere）。从此Java也迅速流行开来。
　　到目前为止，全世界已经发展出超过600门编程语言。从2018年1月的统计数据看，使用量的编程语言是Java、C、C++、Python、C#、Java、Visual Basic.NET、R、PHP、Perl。这10门语言占据了50%的使用量，它们普遍具有很强的通用性。比如Java就几乎覆盖了桌面软件、网络服务、嵌入式应用、操作系统、智能手机等绝大多数编程开发场景。时间到了2019年，python编程语言荣获“年度编程语言”称号！python之所以获得这个称号，是因为与其他语言相比，它在2018年获得了多的。Python语言赢得了3.62%，其次是VisualBasic.NET和Java。Python现在肯定已经成为大型编程语言的一部分。近20年来，C、C++和Java一直排在位，远远于其他语言。python现在加入了这三种语言。它是当今大学常教授的语言，在统计领域，在人工智能编程领域，在脚本编写方面，在系统测试方面。除此之外，python还在Web编程和科学计算方面处于地位（只是命名一些其他领域）。总之，python无处不在。
　　2019年1月编程语言TOP20
　　但名里也有仅在特定领域使用的语言，如果不从事数据相关工作，你可能几乎没机会接触到R语言。新的编程语言也不断出现，从2010年到现在，就有15门全新的编程语言问世。随着社会环境、科学技术的发展，未来还会有更多的编程语言出现，用以解决全新的问题。
　　编程教育的核心价值
　　编程技术的目的是驾驭机器、驾驭计算机，让它们更地解决问题。所以我们要让学生逐步接触、理解、体验编程的逻辑操作、算法、数据结构、工程设计等通用的工程方法与数学知识，这些核心知识是编程语言的灵魂。学生在需要使用新的编程语言时，这些核心知识能够帮助他们更快地融会贯通。更重要的是，学生可以脱离编程语言，更纯粹地思考如何让计算机解决问题，也就是让学生具有计算思维。
　　除掌握编程的核心知识，形成计算思维外，我们也要把学生的视野拓宽。我们在家庭、学校里看到的只有PC和移动设备，我们还要让学生看到大如“太湖之光”，小如能在人体血管里工作的M3计算机，看到汽车、航空、航天、医疗、军事、经济、人工智能等各种领域的专用计算机，并且看到这些计算机都在解决什么问题。通过计算机与编程，我们让学生能够打开一个全新的视角，观察、分析和思考社会的发展进步，以及同时面临的问题。
　　为青少年进行编程教育，如果不能让学生领会编程语言背后的本质知识，那不论他学会多少编程语言，也不代表真正掌握了编程，能够用编程创造价值。计算机科学的发展日新月异，未来新技术的诞生与更替会更快。我们把握住编程教育的本质，把编程的核心价值传递给学生，这才对学生在未来的发展，以及在未来真正创造价值有意义。