Průkopníci informačního věku (27.) - Seymour Papert

Matematik Seymour Papert byl prvním z řady významných vědců, kteří propojili svět počítačů s hlubokým zájmem o vývoj lidského intelektu.

Průkopníci informačního věku (27.) - Seymour Papert


Jeho konstruktivistický přístup k výuce programování měl dalekosáhlý vliv nejen na zavádění informačních technologií do školství, jež proběhlo v celém vyspělém světě, ale i na proměnu metod výuky. Řadu let působil jako jeden ze dvou ředitelů laboratoře umělé inteligence na MIT a je duchovním otcem programovacího jazyka a vývojového prostředí Logo, nástroje, který zpřístupnil programování již několika generacím programátorů.

Když Seymour Papert v roce 1989 představoval na Massachusettském technologickém institutu projekt LEGO/Logo, pozval na prezentaci i děti z cambridžské Henniganovy školy, a to ve věku od mateřské školky po šestou třídu. Snaživá moderátorka jedné americké televizní stanice se při té příležitosti otázala osmiletého chlapce, zda to, čím se zde zabývá, je opravdu hra a zábava. Chlapec si před kamerou a v záři reflektorů nevěděl rady, co má vlastně na tak zbytečnou otázku říci, ale nakonec poněkud podrážděně vyhrkl: „No jasně že je to hra. Ale vážná hra!“

Seymour Papert, odborník na „vážné hry“, se rozesmál. Neboť chlapcova odpověď byla naprosto přesná. Takřka po celý život usiloval Papert o to, aby se výuka neomezovala pouze na pouhé předávání informací, jak tomu bylo (a bohužel často stále ještě je) v tradičních školách, kde žáci pasivně sledují výklad učitele. Rozvoj informačních technologií tento způsob výuky nadobro změnil, je přesvědčen Papert, jenž od konce šedesátých let usiloval nejen o zavádění informačních technologií do výuky, ale i o samotnou zásadní proměnu výuky a školských systémů. I přes řadu dílčích úspěchů, které se mu podařilo prosadit, se často setkával s nepochopením. „Počítač, jak se dnes užívá ve škole, je něco jako reaktivní motor zabudovaný do rozskřípaného dvoukolového vozíku,“ řekl v jednom z interview. „Moderní a revoluční nástroj přizpůsobený starému a konzervativnímu systému. Ještě jsme nepochopili, že je třeba nejen změnit motor, ale rovněž i sám pojem dopravy…“

Z Jižní Afriky do Evropy

Seymour Papert se narodil v roce 1928 v Pretorii v Jižní Africe. Jeho otec byl univerzitním profesorem – Seymour Papert později vzpomínal, jak v dětství napodoboval způsob jeho práce a jak si sám vytvořil styl vlastního poznávání (tyto vzpomínky v něm ožily zvláště poté, co se začal zabývat konstruktivistickou filosofií učení). V dětství ho zajímala matematika, kterou poté studoval na Witwatersrandově univerzitě v Johannesburgu, kde v roce 1949 získal svůj první akademický titul. O tři roky později, když obhájil doktorskou práci, se vydal do Velké Británie, kde pokračoval ve studiu matematiky na proslulé Cambridžské univerzitě. Jeho odchod z Jihoafrické republiky byl motivován touhou po dalším vzdělání, ale také řadou konfliktů, které měl v době univerzitního studia v Johannesburgu s policií. Papert se totiž stal členem protirasistického studentského spolku a aktivně vystupoval proti praxi tehdejšího jihoafrického apartheidu. Později se v nejednom z rozhovorů svěřil s tím, že zkušenost rebelujícího aktivisty, jenž často hovořil na shromážděních, mu přišla vhod, když prosazoval změny vzdělávacího systému.

Než se Seymour Papert vydal za oceán, absolvoval cestu po několika vědeckých evropských institucích. Nejpřínosnější pro něj byl pobyt na Ženevské univerzitě, kde spolupracoval s významným švýcarským psychologem Jeanem Piagetem, v té době již světově proslulým odborníkem na dětskou psychologii. Piaget se ve své neobyčejně bohaté výzkumné práci zabýval problematikou vývoje lidského vnímání, myšlení a inteligence. K jeho hlavním přínosům patří vytvoření konstruktivistické filosofie vzdělávání, pro niž je charakteristický celostní přístup. Podle Piageta, stručně řečeno, nelze žádnou stránku vývoje (jako jsou vnímání, myšlení, city či pojetí světa) vytrhnout. Vše se vyvíjí ve vzájemnosti, přičemž dětská osobnost je tvořena strukturami, do nichž se nové prvky začleňují, nikoliv jen přidávají či kupí. Výuková metoda, kterou konstruktivisté uplatňují, preferuje aktivní přístup ke studiu – je založena na principu konstruování znalostí v mnoha dílčích krocích. Lépe řečeno, na dovednostech, jak si je děti tvoří ve svých vlastních myslích prostřednictvím vzájemné interakce s jinými lidmi a okolím.

Skupina pro studium AI

Když se Papert v roce 1963 připojil k výzkumnému týmu umělé inteligence Massachusettského technologického institutu,který pod názvem AI Group založil John McCarthy a Marvin Minsky.

Na přelomu šedesátých a sedmdesátých let si problematika umělé inteligence začala získávat i pozornost širší veřejnosti. Byla považována za atraktivní obor, o nějž studenti projevovali zájem. Značný podíl na tom měla umělecká tvorba, vědeckofantastické romány a filmy, např. film 2001: Vesmírná odysea (při jehož natáčení působil Marvin Minsky jako konzultant). Díky tomuto vývoji a zvláště zájmu studentů, kteří přicházeli na MIT ve druhé polovině let šedesátých, rozšiřovala AI Group svou působnost. Mezi hlavní přínosy, jimiž se prezentovala v počítačovém světě, patřil jednak funkcionální programovací jazyk LISP (LISt Processing), vyvinutý pod vedením „otce umělé inteligence“ Johna McCarthyho, jednak velkoryse pojatý Projekt MAC (Multiple Access Computer, Machine Aided Cogni), financovaný agenturou DARPA. Díky tomuto projektu vznikl Multics, jeden z prvních operačních systémů schopný provádět simulace v reálném čase (na jehož základě vytvořili Kenneth Thompson a Dennis Ritchie v Bellových laboratořích operační systém Unix a programovací jazyk C), ale projekt MAC přinesl také další poznatky, na jejichž základě byly vyvinuty např. Ethernet či některé praktické počítačové aplikace jako tabulkový editor VisiCalc.

To ale příliš předbíháme. Než začal Projekt MAC přinášet plody, které ocenili nejen odborní pracovníci v té době ještě poněkud ezotericky vnímaném oboru počítačových věd, uplynulo ještě hodně vody.

Mezitím, v roce 1970, se AI Group transformovala v samostatné oddělení s názvem Laboratoř umělé inteligence (MIT AI Lab). Téma výzkumu se diferencovalo, a to i v zaměřeních, na něž se soustředily hlavní osobnosti laboratoře. Zatímco McCarthy přesídlil na Stanfordovu univerzitu a kromě rozvoje programovacích jazyků LISP a ALGOL se věnoval pedagogické činnosti, Marvin Minsky a Seymour Papert, kteří vedli MIT AI Lab, se v těchto letech věnovali spíše obecnějším otázkám spojeným s problematikou umělé inteligence. Minsky se soustředil na sféru zpracovatelných struktur poznatků, kdežto Seymour Papert se vrátil k Piagetově konstruktivistické filosofii a začal se čím dál intenzivněji zabývat možnostmi využití výpočetní technologie ve vzdělávání. Již v druhé polovině šedesátých let, kdy pracoval jako vědecký konzultant ve firmě Bolt, Beranek & Newman (později označované také jako BBN Technologies), se pokusil aplikovat konstruktivistickou metodu na výuku programování. Papert byl přesvědčen, že programování je možné se naučit přirozeným způsobem, jakým se dítě učí mateřskému jazyku. Aby však tento spontánní způsob výuky mohl vyzkoušet, potřeboval nástroj, který by umožnil přirozenou komunikaci s počítačem.

Brzy jej získal. Vznikl jako výsledek jeho spolupráce s programátory firmy BBN Technologies, zvláště s Wallacem Ferurzeigem. Šlo o výukový systém, který tvořil jednoduchý mechanický robot Irving (připomínající želvu) a počítač PDP-1. Pro ovládání tohoto robota, propojeného rádiovým spojením s minipočítačem, byl vytvořen funkcionální programovací jazyk Logo, a to na základě jazyka LISP. „Želva“ reagovala na standardní příkazy: pohyb vpřed, pohyb vzad, otočení doleva či doprava, ale uměla splnit i jeden „multimediální“ příkaz, a to zapnutí zvonku; její součástí byla tužka, díky níž si mohly děti kreslit obrázky na papíru, na němž se robot pohyboval.

Poté, co se zdokonalily grafické možnosti počítače, se želví robot přenesl do virtuální podoby na monochromatický displej. Podoba se sice v raných implementacích jazyka Logo výrazně zjednodušila, ale princip zůstal stejný. Nástroj umožnil dětem – stejně jako jiným uživatelům – vytvářet zajímavé vektorové obrázky, a to zvláště s využitím metody „pokus – omyl“, díky níž děti na základě okamžité zpětné vazby objevovaly základy programování.

Nejdůležitější součástí Papertova konstruktivistického výukového nástroje byl tedy programovací jazyk Logo. Tento jazyk, jehož název je odvozený od řeckého slova „logos“, je od ostatních jazyků odlišný především v tom, že cílem jeho autorů nebylo vyvinout jazyk pro programování, nýbrž nástroj, který má dětem pomoci při vzdělávání. Jazyk Logo vznikl jako dialekt jazyka LISP, jeho složitou syntaxi se spoustou závorek a prefixovaným zápisem matematických a logických výrazů ovšem značně zjednodušil. Z výhodných vlastností LISP v něm zůstala zachována jak schopnost práce se seznamy a dynamické typování proměnných, tak dynamická interpretace programu, umožňující chápat programový kód jako data (seznamy) a naopak – data (seznamy) je možné interpretovat jako programový kód.

Neodmyslitelnou součástí vývojového prostředí Logo se v dalších implementacích stala takzvaná želví grafika (turtle graphics). Jak už bylo předznamenáno, jejím základem je virtuální želva, jež se pomocí interaktivního zápisu příkazů pohybuje po obrazovce a přitom vykresluje stopu ve tvaru úseček. Zatímco v raných implementacích (stejně jako v řadě pozdějších variant) je podoba želvy vyjádřena pouhým rovnoramenným trojúhelníkem podobně jako v počítačových hrách XPilot nebo Asteroids, později tento skromný obrazec v modernějších implementacích nahradil poměrně reálný obrázek želvy viděné zpravidla z ptačí perspektivy.

Ale to opět předbíháme. Podstatné je, že na jaře roku 1970 uspořádal Seymour Papert na MIT dnes již proslulé sympozium nazvané „Učíme děti myslet“. Na něm seznámil odbornou veřejnost s návrhem použít počítače tak, aby to byly děti, kdo se snaží stroj něčemu naučit – a tím sami zcela přirozenou cestou dospívají k poznání. Papert dokázal, že i pětileté děti se s jeho systémem Logo naučí pracovat zcela sami, a to naprosto přirozenou cestou. „Když děti ovládají želvu, intuitivně přistupují k pojmu proměnných veličin, a dokonce k diferenciálnímu počtu, který je jádrem systému Logo,“ upozornil Papert. „Nikoli v jeho formálním aspektu, avšak v jeho hlubokém a utilitárním smyslu. Protože želva zaujímá pozici a orientaci jako kterákoli lidská bytost, děti se s ní ztotožňují. Vzpomínají si na svou vlastní zkušenost, znalost pohybu, aby pochopily geometrii.“ Jinými slovy, Papert ukázal, jak by bylo možné využít výpočetní techniku k daleko efektivnějším způsobům osvojování si znalostí a dovedností. Jeho poznatky pak žel čekaly takřka celé desetiletí, než se k jejich částečné realizaci přiblížily osobní počítače.

Škola hrou

Ve Spojených státech se o takřka masovou oblibu Loga postaraly počítače Apple II, které vynikaly na svou dobu skvělými grafickými schopnostmi (Apple II disponoval grafickým režimem schopným zobrazovat bitmapy o rozměrech 280?×?192 pixelů ve čtyřech, posléze i v šesti barvách).

Seymour Papert nezůstával tváří v tvář tomuto úspěchu stát stranou. V roce 1980 založil se svými spolupracovníky společnost Logo Computer Systems Inc. (LCSI), v níž vytvořil populární Apple Logo. Tato implementace se stala základem pro novou generaci domácích počítačů, vznikly tak Atari Logo, Commodore Logo apod. O úspěchu Apple Logo svědčí i skutečnost, že řada moderních komerčních implementací Loga uvádí ve svých manuálech převodní tabulku mezi příkazy Apple Logo a jeho vyspělejším protějškem. O pět let později uvedla LCSI produkt LogoWriter, určený zvláště uživatelům počítačů Macintosh. Šlo v podstatě o první Logo nové generace, které kromě běžných vlastností přineslo nejen vylepšené grafické rozhraní, ale také řadu dalších novinek jako např. možnost práce s více želvami či podporu zpracování textu.

Logo se tak stalo v osmdesátých letech velmi populárním nástrojem využívaným nejen při výuce programování. K rozšíření tohoto dětského programovacího jazyka výrazně přispěla i Papertova kniha Mindstorms s podtitulem Děti, počítače a mocné ideje (Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas, 1980), jež se stala bestsellerem a dokázala oslovit tisíce učitelů z celého světa. Papert v knize popsal, jak tím, že dítě „učí“ želvu novým dovednostem, tedy jak intuitivně přidává další příkazy do Loga, se samo učí a především formuje svou osobnost. Důsledkem probuzeného zájmu o Logo bylo množství implementací v řadě nových verzí ve více než desítce jazykových mutací na nejrůznějších platformách domácích počítačů – v Evropě byly nejpopulárnější implementace Loga pro MSX počítače a později pro PC s operačním systémem MS DOS, kdežto ve Spojených státech a Japonsku bodovalo u uživatelů kromě již změněného Apple Logo i Atari Logo. Od druhé poloviny osmdesátých let se šířily jak verze pro PC (zvláště otevřené linuxové implementace KTurtle a KLogo-Turtle, jež se staly součástí některých linuxových distribucí), tak i pro Macintosh. Zatímco ve Spojených státech v dalším desetiletí zájem o Logo upadal (příčinou byl nejen určitý vývojový úpadek, ale také zcela nové a vyspělejší počítačové výukové materiály), Evropa tento pokles zájmu nepocítila – začaly se zde úspěšně prosazovat i multiplatformní implementace, jako jsou UCBLogo, StarLogo či Comenius Logo, vyvinuté programátory z Komenského univerzity v Bratislavě.

Aby čelil zmíněné stagnaci, jež provázela Logo ve druhé polovině osmdesátých let, rozhodl se Seymour Papert, že se v koncepci tohoto výukového nástroje vrátí ke kořenům, kdy měly děti možnost prostřednictvím programovacího jazyka ovládat pohybující se reálný předmět – želvího robota Irvinga. Ten, zjednodušeně řečeno, měl dětem umožnit, aby své reálné mechanické výtvory obdařily chováním. Papert uzavřel dohodu s představiteli dánské společnosti LEGO vyrábějící dětské stavebnice, jejímž výsledkem byl společný projekt LEGO tc Logo (přičemž zkratka tc znamená Technic Control) neboli zkráceně LEGO/Logo. Pracovníci MIT Media Lab společně s návrháři vytvořili prototyp počítače zabudovaného ve stavebním bloku stavebnice, což představuje další etapu směřující k vyšší flexibilitě a k Papertovu konstruktivnímu způsobu učení. Výsledkem této spolupráce byl systém vytvořený z kombinace stavebnice LEGO (doplněné o několik nových komponentů, jako jsou elektrické motorky či světelné senzory) a programovacího jazyka Logo, který dětským uživatelům (a nejen jim) umožňuje sestavit si vlastního robota či robotické vozidlo. Modernější verze stavebnice pod názvem LEGO Mindstorms byla uvedena na konci devadesátých let (viz rámeček).

Nové obzory

Seymour Papert, jenž svůj profesní život zasvětil snaze o změnu paradigmatu ve výuce, se vedle rozvoje jazyka Logo účastnil řady dalších činností spojených s rozvojem vzdělání v době informační revoluce. Od počátku osmdesátých let společně s Nicolasem Negropontem, ředitelem MIT Media Lab, vyvíjel aktivity, jež by umožnily dětem z rozvojových zemí využívat počítače. Tyto snahy nakonec vyústily v ambiciózní projekt OLPC (One Laptop Per Child), který byl oficiálně zahájen v roce 2005. Jeho cílem bylo (a vlastně stále ještě je) vyrobit levný počítač, který by si mohly pro své žáky dovolit chudé země třetího světa. Na projektu spolupracují dvě neziskové organizace, financované původně takovými velikány, jako jsou Google, eBay, AMD nebo Marvell, ale dlužno dodat, že výsledky zdaleka nesplnily očekávání, které projekt OLPC vzbudil. (Vedlejším účinkem OLPC, bylo uvedení tzv. netbooku, nového produktu na počítačovém trhu, který zaznamenal období velkého zájmu, než Apple uvedl svůj revoluční iPad.)

Ani po odchodu do důchodu v roce 1998 nezůstal Seymour Papert nečinný. Působil jednak jako předseda konzultační firmy MaMaMedia, kterou založil společně s jednou ze svých doktorandek, jednak na částečný úvazek vyučoval na univerzitě v Maine. Ve městě Blue-Hill, kde v současnosti žije, založil neziskovou organizaci Learnig Barn zabývající se studiem nových metod ve výuce.

Vliv Seymoura Paperta na rozvoj informatiky je obrovský – nejenže změnil podobu počítačové vědy, ovlivnil řadu lidí, kteří nadále rozvíjejí jeho odkaz, ale též se velkou měrou zasloužil o zpřístupnění světa počítačů široké veřejnosti.

____________________________

Seymour Papert (1928), americký matematik, počítačový vědec a pedagog jihoafrického původu. Vystudoval matematiku na Witwatersrandově univerzitě v Johannesburgu; v letech 1952–1963 působil na několika evropských univerzitách a vědeckých institucích, na Cambridžské univerzitě, Matematickém institutu Henriho Poincarého v Paříži, Ženevské univerzitě a Národní fyzikální laboratoři v Londýně. Od roku 1963 žije ve Spojených státech amerických, kde působil na Massachusettském technologickém institutu (MIT); zde společně s M. Minským založil Laboratoř umělé inteligence (MIT AI Lab). Od 60. let se zabýval problematikou vývoje inteligence a vzděláváním, vedl práci na programovacím jazyku Logo.

V roce 1980 se stal předsedou nově založené společnosti Logo Computer Systems Inc. (LCSI), od poloviny devadesátých let působil též jako předseda organizace MaMaMedia. Papert je autorem množství vědeckých studií a článků zabývajících se různými otázkami počítačové a kognitivní vědy, psychologie a pedagogiky; z jeho knih jsou nejvýznamnější tituly: Perceptrony (Perceptrons, 1969, spoluautor M. Minsky), Mindstorms (Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas, 1980), Konstruktivismus (Constructionism, 1991, spoluautorka I. H. Capertonová), Stroje dětství aneb Nový pohled na školu ve věku počítačů (The Children's Machine: Rethinking School in the Age of the Computer, 1992), Propojená rodina (The Connected Family, 1996). Papert v roce 1994 získal Cenu za celoživotní přínos od Asociace vydavatelů (Software Publisher Association Lifetime Achievement Award, 1994) či Smithsoniovu cenu od časopisu Compurterworld (Smithsonian Award, 1997).

LEGO Mindstorms

Programovatelná stavebnice, vyvíjená ve spolupráci společnosti LEGO a MIT, je produktem, který nenásilnou cestou učí logice a podporuje vynalézavost a hravost. První verze stavebnice byla uvedena do prodeje pod názvem Robotics Invention System v roce 1998 a byla vyvinuta ve spolupráci s laboratoří MIT. Další verze byla vydaná v roce 2006 již pod názvem LEGO Mindstorms NXT. Hlavním rozdílem oproti původní verzi je možnost připojení prostřednictvím Bluetooth. Poslední varianta, LEGO Mindstorms NXT 2.0, byla uvedena na trh v roce 2009 a v základu obsahuje nový barevný senzor a plně podporuje operace s desetinnou čárkou.

Jednou z předností stavebnice je téměř neomezená variabilita robota. Základním prvkem stavebnice LEGO Mindstorms je programovatelná kostka (kostka NXT), osazená 32bitovým mikroprocesorem a 256KB flash pamětí, která byla vyvinuta v MIT Media Lab a k níž je v základu možné připojit až tři servomotory a čtyři senzory. (Na trhu je však k dispozici široká škála dalších motorků a senzorů, které jsou plně kompatibilní se stavebnicí.) Kostka rovněž obsahuje Bluetooth zařízení, jež jí umožňuje bezdrátovou komunikaci. Ze stavebnice je na základě kostky NXT možno sestavit různá vozidla, chodící roboty, hlídací roboty apod. Součástí sady je i grafický programovací systém NXT-G, s jehož pomocí lze metodou drag&drop snadno naprogramovat jednoduché, ale i složitější úlohy pro robota (NXT-G je pouze jedním z mnoha podporovaných programovacích jazyků).


Úvodní foto: © Nmedia - Fotolia.com

Vyšlo v CIO Business World 6/2012
Časopis lze koupit se slevou 20 %





Komentáře