Shimon Schocken: een computercursus die zichzelf organiseert

Dit is mijn grootvader, Salman Schocken. Hij werd geboren in een arme, ongeschoolde familie met zes kinderen. 14 jaar oud moest hij al van school om brood op de plank te krijgen. Hij ging nooit terug naar school. In plaats daarvan bouwde hij een schitterend imperium van warenhuizen uit. Salman was de volmaakte perfectionist en elk van zijn winkels was een juweel van Bauhaus-architectuur. Hij was ook de ultieme autodidact en net als met de rest deed hij dat in stijl. Hij omringde zich met een entourage van jonge, onbekende geleerden als Martin Buber, Shai Agnon en Franz Kafka. Hij betaalde hen een maandelijks salaris zodat ze zonder zorgen konden schrijven.

In de late jaren 30 zag Salman wat eraan zat te komen. Hij vluchtte samen met zijn familie uit Duitsland en liet alles achter. Zijn warenhuizen werden in beslag genomen. Hij bracht de rest van zijn leven door in een niet-aflatende zoektocht naar kunst en cultuur. Deze middelbareschoolverlater stierf 82 jaar oud, een formidabele intellectueel, medeoprichter en eerste CEO van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, en oprichter van Schocken Books, een befaamde uitgeverij die later werd overgenomen door Random House. Dat is de kracht van zelfstudie.

Dit zijn mijn ouders. Ook zij konden niet profiteren van het voorrecht van een hogere opleiding. Ze hadden het te druk met het opbouwen van een familie en een land. En toch waren zij net als Salman levenslang gedreven autodidacten. Ons huis puilde uit van de duizenden boeken, platen en kunstwerken. Ik herinner me zeer levendig dat mijn vader me vertelde dat als iedereen in de buurt een tv zou hebben, wij dan een normale FM-radio zouden aanschaffen. (Gelach)

En dat ben ik met mijn eerste telraam. Mijn vader zou dat eigenlijk een meer dan voldoende substituut voor een iPad gevonden hebben. (Gelach) Ik leerde thuis een ding: dat opvoeders niet noodzakelijkerwijs hoeven te onderwijzen. In plaats daarvan kunnen zij een omgeving en hulpmiddelen creëren die je eigen natuurlijke vermogen uitdagen om te leren. Zelfstudie, zelfexploratie, zelfredzaamheid: dit zijn de deugden van een goed onderwijs.

Ik wil jullie een verhaal vertellen over een zelfstudie-, zelfredzaamheid-informaticacursus die ik samen met mijn briljante collega Noam Nisan heb ontworpen. Zoals jullie op de foto's zien kunnen, waren Noam en ik al vroeg gefascineerd door de basisprincipes. Naarmate in de loop van de jaren onze kennis van wetenschap en technologie meer verfijnd werd, werd deze vroege fascinatie met de basisprincipes alleen maar sterker. Het is dus niet verwonderlijk dat ongeveer 12 jaar geleden, toen Noam en ik al professor in de computerwetenschap waren, we allebei even gefrustreerd waren door hetzelfde fenomeen. Terwijl computers steeds complexer werden, konden onze studenten door de bomen het bos niet meer zien. Je verliest inderdaad het contact met de ‘ziel van de machine’ als je alleen maar te maken hebt met de zwarte doos van een pc of een Mac afgedekt met vele lagen gesloten, gepatenteerde software. Noam en ik wilden dat onze studenten door en door begrepen hoe computers werken, en dat dat begrip tot het diepst in hun lijf doordrong. De beste manier daarvoor was dat ze zelf een complete, werkende, algemeen bruikbare computer zouden bouwen, zowel de hardware als de software en beginnen bij nul, vanuit de basis.

Je moet ergens beginnen, dus besloten Noam en ik om onze ‘kathedraal’ te baseren op de eenvoudigst mogelijke bouwsteen, de NAND-poort. Een simpele logische poort met vier input-output-staten. We beginnen ons verhaal door onze studenten te zeggen dat God ons de NAND gaf — (gelach) — en ons opdroeg om een computer te bouwen. Toen we vroegen hoe, zei God: "Stapje voor stapje." Met dat advies in gedachten beginnen we met deze eenvoudige, nederige NAND-poort en doorlopen we met onze studenten een uitgebreide reeks projecten waarbij ze geleidelijk een chipset bouwen, een hardware-platform, een assembler, een virtuele machine, een basisbesturingssysteem en een compiler voor een eenvoudige, Java-achtige taal die we ‘JACK’ noemen. De studenten vieren het einde van deze tour de force door met behulp van JACK allerlei leuke spelletjes te schrijven zoals Pong, Snake en Tetris. Je kan je voorstellen wat een plezier het geeft om een tetrisspel te spelen dat je zelf schreef in JACK het dan met een compiler compileerde in machinetaal die je ook zelf schreef, en vervolgens het resultaat zag op een machine die je zelf bouwde met niets meer dan een paar duizend NAND-poorten. Het is een enorme persoonlijke triomf om vanuit de basisprincipes helemaal tot een fantastisch complex en functionerend systeem te geraken.

Noam en ik werkten er vijf jaar aan om dit mogelijk te maken en de tools en de infrastructuur te ontwikkelen zodat studenten dit in één semester konden realiseren. Dit bekwame team hielp ons daarbij. De kneep bestond erin om de computer te ontleden in talloze zelfstandige modules, die elk afzonderlijk konden worden gespecificeerd, gebouwd en als eenheid getest, los van de rest van het project. Vanaf dag één besloten Noam en ik al deze bouwstenen gratis als open source beschikbaar te maken op het web. Alle chipspecificaties, API's, projectbeschrijvingen, softwaretools, hardware simulatoren, CPU-emulators, stapels dia's, lezingen -- we maakten alles beschikbaar op het web en nodigden de wereld uit om te nemen wat ze nodig hadden en het naar believen te gebruiken.

En toen gebeurde er iets fascinerend. De wereld kwam en in de kortste keren waren duizenden mensen onze machine aan het bouwen. NAND2Tetris werd een van de eerste grootschalige, open online-cursussen, al hadden we zeven jaar geleden geen idee dat wat we deden MOOC (Massive Open Online Course) heette. We hebben net gezien hoe zelfgeorganiseerde cursussen min of meer spontaan ontstonden op basis van ons materiaal. Zo heeft bijvoorbeeld Pramode C.E., een ingenieur uit Kerala, India, groepen van autodidacten georganiseerd die onze computer bouwen onder zijn bekwame leiding. En Parag Shah, een ingenieur uit Mumbai, heeft onze projecten in kleinere, meer beheersbare stukjes opgedeeld die hij nu gebruikt in zijn baanbrekende doe-het-zelf informaticaprogramma.

Mensen die zich aangetrokken voelen tot deze cursussen hebben meestal een hackermentaliteit. Ze willen erachter komen hoe dingen werken, en dan het liefst in groepen, zoals deze hackersclub in Washington, D.C., die ons materiaal gebruikt voor beroepsopleidingen. Omdat het materiaal zeer gemakkelijk verkrijgbaar is en open-source, ontwikkelen verschillende mensen ze in de meest uiteenlopende en onvoorspelbare richtingen. Yu Fangmin uit Guangzhou bijvoorbeeld heeft FPGA-technologie gebruikt om onze computer te bouwen en anderen te tonen hetzelfde te doen met behulp van een videoclip. Ben Craddock ontwikkelde een zeer mooi computerspel dat zich ontvouwt binnen onze CPU-architectuur; een heel complex 3D-doolhof dat Ben ontwikkelde met behulp van de Minecraft-3D-simulator. De Minecrafters waren wild enthousiast over dit project en Ben werd op slag een mediaberoemdheid.

Voor heel wat mensen bleek deze NAND2Tetris-ervaring een mijlpaal in hun leven. Neem bijvoorbeeld Dan Rounds, gespecialiseerd in muziek en wiskunde uit East Lansing, Michigan. Een paar weken geleden postte Dan een trots bericht op onze website. Ik ga het voorlezen. Dit is wat Dan zei:

"Ik volgde de cursussen omdat computers begrijpen voor mij even belangrijk is als schrijven en rekenen. Ik heb nooit harder op iets gewerkt en ik werd nooit zo uitgedaagd. Maar door wat ik nu voel aan te kunnen, zou ik het zeker opnieuw doen. Voor iedereen die overweegt NAND2Tetris aan te pakken, zeg ik: ‘Het is een moeilijke reis, maar ze zal je grondig veranderen.’"

Dan vertegenwoordigt al die autodidacten die op hun eigen manier deze internetcursus aanpakken, op eigen initiatief, en het is verbazingwekkend omdat deze mensen er niet om malen of ze er punten voor krijgen. Ze hebben slechts één motivatie. Ze hebben een enorme passie om te leren.

Met dat in gedachten wil ik een paar woorden kwijt over cijfers op school. Het doet me walgen. We zijn geobsedeerd door cijfers omdat we geobsedeerd zijn door gegevens. Terwijl juist cijfers elk plezier wegnemen uit het mislukken. Een groot deel van een opleiding gaat net over mislukken. Moed, dat is volgens Churchill de kunst om nederlaag na nederlaag te incasseren zonder je enthousiasme te verliezen. (Gelach) En [Joyce] zei dat fouten de portalen zijn van de ontdekking. En toch tolereren wij geen fouten en aanbidden we cijfers. Dus verzamelen wij die B-plussen en A-minnen en combineren ze tot een getal als 3,4 dat je op je voorhoofd gestempeld krijgt en samenvat wie je bent. Volgens mij gaan we te ver met deze onzin en komt oordelen neer op veroordelen.

Daarom wil ik het nu even hebben over upgraden. Ik toon jullie een glimp van mijn huidig project, dat anders is dan het vorige, maar met precies dezelfde kenmerken van zelfleren, leren door doen, zelfexploratie en samen-werking. Dit project gaat over wiskunde voor lager en middelbaar onderwijs. We gebruiken tablets, omdat we geloven dat wiskunde, net als de rest, interactief moet worden onderwezen.

Zo doen we dat. We ontwikkelden talrijke mobiele apps, die elk een bepaald concept in de wiskunde uitleggen. Oppervlakte bijvoorbeeld. Voor een concept als oppervlakte krijgt het kind een verzameling tools om mee te experimenteren en zo te leren. Als je wat wil weten over oppervlakte dan ligt het voor de hand om een oppervlak te betegelen dan te tellen hoeveel tegels je nodig hebt om het volledig te bedekken. Deze kleine oefening geeft je een eerste goed inzicht van het begrip oppervlakte.

En hoe zit het dan met de oppervlakte van deze figuur? Als je ze probeert te betegelen, lukt dat niet zo goed. In plaats daarvan kun je experimenteren met deze verschillende tools door begeleid gissen en missen. Na een tijdje zul je ontdekken dat je via enkele legitieme transformaties dit kan doen. Je kunt de figuur doorsnijden, de onderdelen herschikken, aan elkaar lijmen en ze vervolgens net als tevoren betegelen. (Applaus) Deze transformatie heeft de oppervlakte van de oorspronkelijke figuur niet veranderd. Een zesjarige kan hiermee spelenderwijs een slim algoritme ontdekken om de oppervlakte van een parallellogram te berekenen.

Het is trouwens niet onze bedoeling de leraar te vervangen. Wij moeten leraren helpen, niet vervangen.

En hoe bepalen we de oppervlakte van een driehoek? Na weer wat begeleid gissen en missen, kan het kind met of zonder hulp ontdekken dat hij of zij de oorspronkelijke figuur kan dupliceren, het dubbel verplaatsen, aan de oorspronkelijke figuur lijmen en verdergaan zoals tevoren: snijden, herschikken, plakken — oeps — plakken en lijmen, en betegelen. Nu heeft deze transformatie de oppervlakte van de oorspronkelijke figuur verdubbeld. Daarom hebben we net geleerd dat de oppervlakte van de driehoek gelijk is aan de oppervlakte van deze rechthoek gedeeld door twee. Maar we ontdekten dat door zelfexploratie.

Terwijl het kind wat nuttige meetkunde onder de knie kreeg, leerde het meteen wat vrij geavanceerde wetenschapsstrategieën zoals reductie kennen. Dat is de kunst om een complex probleem te herleiden tot iets eenvoudigers. Of generalisatie, de kern van elke wetenschappelijke discipline. Of het feit dat sommige eigenschappen niet veranderen bij bepaalde transformaties. Dat alles kan een zeer jong kind onder de knie krijgen met behulp van dergelijke mobiele apps. We gaan momenteel als volgt te werk: allereerst delen wij het lagere-school wiskunde-curriculum op in talrijke apps. Omdat we dat niet allemaal zelf kunnen, hebben we een zeer mooi ontwerpprogramma ontwikkeld dat elke auteur, ouder of eigenlijk iedereen met interesse in wiskundeonderwijs kan gebruiken om soortgelijke apps voor tablets te ontwikkelen. En dat zonder enige programmeervaardigheid. Tenslotte werken we aan een adaptief ecosysteem. Dat past zich aan aan allerlei studenten met verschillende apps volgens hun eigen evoluerende manier van leren.

De drijvende kracht achter dit project is mijn collega Shmulik London. En kijk, net als Salman ongeveer 90 jaar geleden deed, bestaat de kneep erin om jezelf te omringen met briljante mensen, omdat het uiteindelijk allemaal om mensen draait. Een paar jaar geleden wandelde ik in Tel Aviv en ik zag deze graffiti op een muur. Ik vond hem zo pakkend dat ik hem aan mijn studenten voorhoud net zoals ik hem nu aan jullie wil voorhouden. Ik weet niet hoeveel mensen hier de term ‘mensch’ iets zegt. Het betekent in feite om mens te zijn en het juiste ding te doen. Deze graffiti zegt: "High-tech schmai-tech, het belangrijkste is een 'mensch' te zijn." (Gelach) Bedankt. (Applaus) (Applaus)