上周和一位语文教学大师一边赏景、一边闲聊，聊着聊着聊到了编程教育话题，突然勾起了三十年前的记忆，回家翻箱倒柜，翻出了当时几个人一起合写的儿童编程教材。没想到教育也和衣着时尚一样，隔一段时间便要将过去的流行重新拿回来，再创造一次复古的流行。
30年前写的儿童编程教材
现今的编程教育流行风是2010年奥巴马总统将科学、科技、工程与数学等STEM教育，定调为美国基础教育的发展方向之后开始盛行起来。但其实早在半个世纪前，美国麻省理工学院(MIT)人工智能实验室共同创办人西摩尔‧派普特(Seymour Papert)教授（2016年以88岁高龄去世）就已鼓吹，应该让每一个孩子都学习编程，他并带领团队在1968年以人工智能程序语言LISP为基础，开发出世界上第一个儿童专用编程语言Logo。
早期的Logo编程界面
派普特在1985年接受纽约时报专访时曾说：「Logo是一个编程语言，它让计算机照着你希望它怎么做的方式去完成工作。」他认为「使计算机做事，需要在一定程度上描述基本的流程，并具有足够的精度来由机器执行。」因此在个人计算机上学习Logo编程，「给了孩童探索计算机潜能的机会，并让他们能够精熟地操控它。」
半世纪以来，Logo所带动的儿童编程创新研发从来没有停过，除了下指令式的各种版本Logo之外，近几年大受欢迎的Scratch也是MIT基于Logo所开发的高亲和性且功能更多的儿童编程语言；LEGO TC Logo则是玩具商乐高结合Logo编程所推出的可操控性积木玩具组，后来进化为可编程机器人玩具Mindstorms(这个游戏商品是乐高玩具以派普特1980年的大作Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas命名)。
既然儿童编程是STEM教育的核心，Logo做为最早的儿童专用编程语言，其开发者派普特曾与皮亚杰共事，自然深受皮亚杰认知发展论（请参阅「融合反馈系统的发现式学习法」一文）的影响而成为一名建构主义者。针对儿童学习编程，他曾说：「孩童在计算机上编写程序时，不仅可以获得精熟最新与最强大科技的感受，还能与某些来自科学、数学及智力模式建构的最深层意识建立亲密的接触。」由此不难看出，透过编程儿童能够在讯息的产出、核对与处理过程中，组织与适应自己的认知结构。实施儿童编程教学是基于项目式学习法(Project-based Learning)，让学生设定与建立项目，并在完成项目的过程中，锻炼逻辑思维能力及培养问题解决能力。
我们就以Logo为例来看看儿童编程在学些什么，建议有兴趣的人可以去下载FMSLogo一起跟着做做看。
1. 角色扮演，融入情境
Logo又被称为海龟语言(turtle language)，因为它的主角是一只小海龟，儿童在学习编程时就是扮演小海龟的角色，当他想前进100步时，只需要下指令Forward 100（也可以简写为FD 100），就会看到海龟前进100；而当他想向右转90度时，则下指令Right 90（也可以简写为RT 90）。在初期学习阶段，教师甚至可以不需使用计算机，仍然能够进行编程教学（有人称为”不插电的编程教学”），透过让儿童融入故事情境，并以日常使用的单字和词组来指挥主角，大幅降低学习的难度。
2. 实时获知学习结果
儿童几乎在学习任何学科知识时，大多要在一段时间之后，透过测验、作业、练习或发表等方式，以分数或作品来得知学习的成果。而计算机最大特性就是人和机器间的高互动性，只要对计算机下指令(command)，立刻就能在画面上看到执行结果。例如执行4次Forward 100和Right 90指令，就会看到屏幕上画出一个边长100的正方形。经由画面的立即回馈，马上就能知道自己的学习正确与否。
计算机可立即显示指令执行结果
3. 规划与执行一个项目
项目(project)的产生可以是老师指定，也可以由学生自己发想。有了项目之后，学生必须构思完成它的方法，并且需要将它拆解为一个个基本的可执行单位，这些可执行单位就像积木块一样，经过适当组合就能产出想要的结果。例如想要画出下面这个由正方形组成的花朵（当然正式项目可能要远比这个例子复杂多了，在此为了便于说明，采用比较简单的范例），看起来相当复杂，要完成它有不同的解决方法，但仔细分析后会发现，它可以是由12个正方形组成，每画完一个正方形就转30度，再画下一个。至于为什么要转30度再画，这便牵涉到数学，因为图中有12个角，表示有12个正方形，而转一圈是360度，两者相除就得到30。所以基于前面画出正方形的经验，只要每次画完一个正方形之后让小海龟转30度，再接着画下一个，连续做12次就能得到正确的结果。
连续做12次的画1个正方形后转30度就可以得到这个图形
但是想想每画一个正方形需要4次的[Forward 100 Right 90]，一共有12个正方形，表示需要有48个[Forward 100 Right 90]才能完成图形，太麻烦了！我们可以试着把正方形变成一个积木块，让它像指令一般能够直接使用，这就要让Logo认识”新指令”，也就是要建立自己的程序(procedure)。在Logo建立新指令时要使用TO...END来命名和定义指令内容，以后就可以直接使用这个Logo学会的新指令。
To SQUARE
Repeat 4 [Forward 100 Right 90]
END
SQUARE这个新指令是让Logo重复(Repeat)4次向前100再右转90度，这样可以画出一个边长100的正方形。因此要画出这个由正方形组合而成的花朵就变得非常简单，只要每画完1个正方形后转30度，重复12次即可，指令变成：
Repeat 12 [SQUARE Right 30]
执行后果然得到预期的图案。
定义新指令后可以直接使用
当Logo学会新指令后，未来的编程都可以直接使用这些指令，例如稍微修改上面的程序，只重复4次，但每次转90度角，可以画出一个「田」字，程序就像下面这样：
Repeat 4 [SQUARE Right 90]
规划与执行项目时可以训练学生找出项目中的特定模式(pattern)，以及分割大项目成为一个个较小的工作，执行时再分别解决每一个模式或是小的工作，最后完成整个项目。例如上面例子中，画出这个花朵的最基础模式是一个正方形。
在碰到较大型项目的时候，可以画流程图(flow chart)来表示项目执行的完整过程，流程图中除了线性的顺序之外，也可能需要进行条件判断，例如「当距离抵达目的地时间少于6小时，搭高铁前往，否则搭巴士」，这就是一种条件判断。加入条件判断的程序就不再是死板板的一条线直直走下去，而是会有一些变化的可能性，让程序看起来有一点点”聪明”，能视情况调整。
4. 问题解决
编程时难免会碰到执行结果和预期不同的情形，编程发生错误被称为程序中有臭虫(bug)，必须进行除虫(debug)工作，这可以培养学生问题解决的能力。例如想要画出一根旗杆上有一面旗子，但下面这段程序却画出一个梯子！
Forward 50
Right 90
Forward 50
Left 90
Forward 50
Right 90
Forward 50
Left 90
Forward 50
本来想画右边的旗子却画成了左边的梯子
找得到臭虫在哪里吗？原来虫子躲在程序的第6行，转错方向了！只要把右转Right改成左转Left，画出来就是一面旗子了。
解决问题总是无法一步到位，常需经过不断测试与修改的过程，也正因为这样的特性，使学生可以透过编程来提升自己，拥有更好的问题解决能力。
综合来说，编程教育是希望培养学生拥有运算思维(computational thinking)。运算思维并不是让人像计算机一样的”思考”，而是透过分解复杂问题、辨识与发现模式、将模式一般化，以及发展问题解决流程等一系列工作，达到养成学生高阶思维以解决问题能力的目标。至于教育政策上是不是应该像芬兰、爱沙尼亚、英国等许多欧洲国家一样，将编程纳入正式课程，主要牵涉到师资是否充足的问题，担任这方面课程的教师本身必须也有相当好的运算思维，以及编程的专业背景，但答案显然再清楚不过了！
注：若有兴趣使用Logo但不想记忆指令，也可以发邮件到contact@turtleart.org，索取新版的TurtleArt软件，它是正宗派普特所开发的Logo编程环境，由派普特的子女(Artemis and Brian Papert)管理。TurtleArt采用鼠标拖拉指令的方式撰写Logo程序，而且画面上真的有一只小海龟喔。
TurtleArt以拖拉指令方式来撰写Logo程序
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