Shimon Schocken: Curs de construire a unui calculator de la zero.

Acesta e bunicul meu, Salman Schocken, care s-a născut într-o familie săracă și de oameni needucați cu șase guri de hrănit, și când a împlinit 14 ani, a fost nevoit să abandoneze școala, pentru a ajuta a pune o pâine pe masă. Nu s-a întors la școală niciodată. În schimb, a construit un imperiu strălucitor de magazine. Salman a fost perfecționistul desăvârșit, și fiecare dintre magazinele sale era o bijuterie de arhitectură Bauhaus. A fost, de asemenea, un student autodidact și, ca orice altceva, a făcut-o în stil mare. S-a înconjurat de un anturaj de savanți tineri necunoscuți, cum ar fi Martin Buber, Shai Agnon și Franz Kafka, și le-a plătit fiecăruia un salariu lunar astfel încât aceștia să poată scrie în pace.

Și totuși, la sfârșitul aniilor '30, Salman a văzut ce vine. A fugit din Germania, împreună cu familia sa, lăsând în urmă orice altceva. Magazinele sale au fost confiscate, și-a petrecut restul vieții preocupându-se neobosit de artă și cultură. Acest abandon școlar a murit la vârsta de 82 de ani transformat într-un formidabil intelectual, co-fundator și primul CEO de la Universitatea Ebraică din Ierusalim, fundator al firmei Schocken Books, o faimoasă editură care a fost achiziționată mai târziu de Random House. Asta e puterea studiului individual.

Aceștia sunt părinții mei. Nici ei nu s-au bucurat de privilegiul de a urma o facultate. Au fost prea ocupați cu construirea unei familii și a unei țări. Și totuși, la fel ca Salman, au fost pe tot parcursul vieții, studenți autodidacți tenaci, iar casa noastră a fost stivuită cu mii de cărți, discuri și opere de artă. Îmi amintesc clar cum tatăl meu mi-a spus că, atunci când toată lumea din cartier va avea un televizor, noi vom cumpara un radio normal F.M. (Râsete)

Aici sunt eu. Aveam de gând să spun ținând primul meu abac, dar, de fapt țineam în mână ceea ce tatăl meu ar fi considerat un substitut suficient pentru un iPad. (Râsete) Un lucru cu care am rămas de acasă e această noțiune că educatorii nu trebuie neapărat să predea. În schimb, ei pot oferi un mediu și resurse care incită capacitatea ta naturală de a învăța pe cont propriu. Studiu individual, explorare pe cont propriu, auto-împuternicire: Astea sunt virtuțile unei mari educații.

Aș dori să vă spun o poveste despre studiu individual, auto-responsabilizare cu ajutorul unui curs de calculatoare pe care l-am construit impreună cu inteligentul meu coleg Noam Nisan. După cum se vede din imagini, atât Noam și eu am avut o fascinație timpurie cu principiile de bază, și de-a lungul anilor, pe măsură ce cunoștintele noastre de știință și tehnologie au devenit mai sofisticate, această venerație precoce cu elementele de bază s-au intensificat. Deci, nu e de mirare că, acum 12 de ani, pe vremea când Noam și cu mine eram deja profesori de informatică, eram la fel de frustrați de același fenomen. Cum computerele au devenit din ce în ce mai complexe, studenții noștri nu vedeau pădurea de copaci, și într-adevăr, e imposibil să te conectezi cu sufletul unei mașini dacă interacționezi cu o cutie neagră P.C. sau un Mac, care e învăluit de numeroase straturi de software inaccesibile. Așa că, Noam și cu mine am avut această idee, dacă vrem ca studenții noștri să înțeleagă cum funcționează calculatoarele, și să înțeleagă asta până în măduva oaselor lor, atunci cea mai bună modalitate este de a-i obliga să construiască un calculator complet, util și de uz general hardware și software, de jos în sus, de la principiile de bază.

A trebuit să începem de undeva, așa că eu și Noam ne-am decis să întemeiem catedrala noastră, ca să spunem așa, pe blocul de bază cel mai simplu posibil, ceva care se cheamă NAND. Nu-i altceva decât o poartă logică banală cu patru faze de input-output. Să începem acum această călătorie prin a spune elevilor noștri că Dumnezeu ne-a dat NAND-ul-- (Râsete) și ne-a spus să construim un calculator, și când am întrebat cum, Dumnezeu a spus, "Fiecare lucru la timpul lui." Apoi, urmând acest sfat, începm cu acestă poartă umilă, numită NAND, și trecem studenții printr-o serie de proiecte elaborate în care au trebuit să construiscă treptat un set de cipuri, o platformă hardware, un asamblor, un computer virtual, un sistem de operare de bază și un compilator pentru un limbaj simplu, asemănător cu Java, numit "JACK". Studenții vor sărbători sfârșitul acestui tur de forță utilizând JACK să scrie tot felul de jocuri interesante cum ar fi Pong, Snake și Tetris. Vă puteți imagina bucuria imensă de a juca cu un joc Tetris pe care l-ai scris cu JACK și pe care apoi l-ai compilat în limbaj de computer într-un compilator pe care l-ai scris tu însuți și apoi de a vedea rezultatul rulând pe un computer pe care tot tu ai construit-o, începând cu nimic mai mult decât câteva mii de porți NAND. E un triumf personal extraordinar de a merge de la principiile de bază până la un fantastic sistem, complex și util.

Noam și cu mine am lucrat cinci ani pentru a facilita această ascensiune și pentru a crea instrumentele și infrastructura care să permită studenților să-l construiască într-un singur semestru. Asta e marea echipă care ne-a ajutat s-o transformăm în realitate. Trucul a fost de a descompune calculatorul în numeroase module independente, de sine stătătoare. fiecare putând fi specificat individual, construit și testat unitar, separat de restul proiectului. Din prima zi, Noam și cu mine am decis să oferim toate aceste componente primare disponibile în open source pe Internet. Deci, specificațiile pentru cipuri, API-uri, descrierile de proiecte, metodologia software, simulatoare hardware, modele CPU, sute de slide-uri, prelegeri-- am pus totul pe Web și am invitat lumea să vină să ia orice are nevoie, și să facă ce vor cu ele.

Și atunci s-a întâmplat ceva fascinant. Lumea a venit. Și într-un timp scurt, mii de oameni au început să construiască computerul nostru. NAND2Tetris a devenit unul din primele cursuri masive, gratuite, on-line, deși cu șapte ani în urmă n-aveam idee că ceea ce făceam era numit MOOC. (Massive Open Online Conferences) Am urmărit modul în care cursuri auto-organizate au ieșit la iveală spontan din materialele noastre. De exemplu, Pramode C.E., un inginer din Kerala, India a organizat grupuri cu studenți care învățau pe cont propriu și care au construit calculatorul nostru sub îndrumarea lui. Și Parag Shah, un alt inginer, din Mumbai, a divizat proiectul nostru în altele mai mici, mai ușor de gestionat și pe care el le împarte acum prin programul său pionier de informatică do-it-yourself ('fă-l tu singur").

Oamenii care sunt atrași de aceste cursuri au de obicei o mentalitate de hacker. Doresc să-și dea seama cum merg lucrurile, să le replice în grupuri, ca acest club de hackeri din Washington, DC, care utilizează materialele noastre pentru a oferi cursuri comunitații. Pentru că aceste materiale sunt disponibile pe scară largă și open-source, diferite persoane le continuă în direcții diferite și imprevizibile. De exemplu, Yu Fangmin, din Guangzhou, a folosit tehnologia FPGA pentru a construi calculatorul nostru și le-a arătat și altora, folosind un videoclip. Sau Ben Craddock a dezvoltat un joc de calculator foarte frumos care se desfășoară în interiorul arhitecturii CPU, care este un Labirint 3D destul de complex pe care care Ben l-a dezvoltat folosind motorul simulator de Minecraft 3D. Comunitatea Minecraft s-a bucurat foarte mult de acest proiect, și Ben a devenit instantaneu o celebritate mass-media.

Și într-adevăr, pentru câțiva oameni, acest pelerinaj NAND2Tetris, dacă vreți, s-a transformat într-o experiență care le-a schimbat viața. De ex., Dan Rounds, student de muzică și matematică la East Lansing, Michigan. Cu câteva săptămâni în urmă, Dan a postat un mesaj victorios pe site-ul nostru, și aș dori să vi-l citesc. Iată ce a spus Dan.

„Am luat cursul de calculatoare, deoarece a înțelege calculatoarele e ceva important pentru mine, la fel ca alfabetizarea și aritmetica, și am dus-o la capăt. N-am lucrat niciodată așa hotărât, n-am fost niciodată provocat la acest nivel. Dar considerând ce sunt acum capabil să fac, l-aș face cu siguranță din nou. Pentru oricine care ia în considerare NAND2Tetris, e o călătorie dură, dar vei fi profund marcat."

Deci, Dan ne demonstrează cum elevii care învață pe cont propriu care iau acest curs de pe Web, pe cont propriu din proprie inițiativă, și e destul de uimitor, pentru că nu le pasă de note. Ei o fac din cauza unui singur motiv. Au o pasiune extraordinară de a învăța.

Și cu asta în minte, aș dori să spun câteva cuvinte despre cum se atribuie notele tradițional. M-am săturat de asta. Suntem obsedați de note pentru ca suntem obsedați de date, și totuși notele omoară toată distracția de a eșua care e o mare parte a procesului educativ eșuarea. Curajul, cum spunea Churchill, e abilitatea de a trece de la o înfrângere la alta fără a pierde entuziasmul. (Râsete) Și [Joyce] a spus că greșelile sunt portalurile către descoperire. Și totuși, noi nu tolerăm greșeli, ci ne închinăm la note. Colectăm note de 8 si de 9 și le agregăm într-o medie generală ca 8.5, care e ștampilată pe frunte și rezumă cine ești. Ei bine, în opinia mea, am mers prea departe cu acest nonsens, și notele au devenit degradante.

Deci, cu asta, aș vrea să spun câteva cuvinte despre upgrade și să împărtășesc cu voi o părticică din proiectul meu actual, diferit de cel anterior, dar împărtășește exact aceleași caracteristici de auto-învățare, învățare prin practică, auto-explorare și construirea comunității. Proiectul acoperă matematica până la nivel de bacalaureat începând cu matematica de la o vârstă fragedă, și o facem pe tăblițe, deoarece noi credem că matematica, la fel ca orice altceva, ar trebui să fie predată prin practică.

Deci, iată ce facem. Practic, am dezvoltat numeroase aplicații mobile, fiecare dintre ele explică un concept anume din matematică. De exemplu, să luăm aria. Când te întâlnești cu un concept ca aria -- ei bine, vom oferi, de asemenea, un set de funcții cu care copilul e invitat să experimenteze în scopul de a învăța. Dacă aria e ce ne interesează, atunci lucrul natural e s-o acoperi cu pătrățele și pur și simplu sa calculezi de câte plăci e nevoie ca să-o acopere complet. Acest exercițiu ajută la înțelegerea noțiunii de arie.

Mergând mai departe, ce-i de făcut cu aria acestei figuri? Dacă încercați s-o acoperiți, nu merge prea bine. În schimb puteți experimenta cu aceste funcții diferite, printr-un proces ghidat de 'trial and error', încearcă, greșește, încearcă. și la un moment dat, veți descoperi că un lucru pe care îl poți face cu ajutorul mai multor transformări e să tai figura, poți rearanja piesele, lipi și trece apoi la acoperire la fel cum am facut înainte. (Aplauze) Acum, această transformare anume nu a schimbat aria figurii inițiale, așa că un copil de șase ani, care se joacă cu asta tocmai a descoperit un algoritm inteligent pentru a calcula aria oricărui paralelogram dat.

Nu înlocuim profesorii, apropo. Noi credem că profesorii ar trebui să fie dotați, nu înlocuiți.

Mergând mai departe, ce ziceți de aria acestei figuri? După câteva încercări și eșuări copilul va descoperi, cu sau fără ajutor, că poate duplica figura originală și apoi să ia rezultatul, să-l transpună, să-l lipească la original și apoi să continue cu ce a făcut înainte tăiați, rearanjați, traspuneți, lipiți și acoperiți aria cu pătrățele. Acum, această transformare a dublat aria inițială, și, prin urmare, tocmai am aflat că aria triunghiului e egală cu aria acestui dreptunghi împărțită la doi. Dar l-am descoperit prin auto-explorare.

Deci, în afară de a învăța o geometrie utilă, copilul a fost expus la o strategie științifică destul de sofisticată cum ar fi reducerea, care este arta de a transforma o problemă complexă într-una simplă sau generalizarea, care reprezintă miezul oricărei discipline științifice sau faptul că unele proprietăți sunt invariabile în anumite transformări. Și toate astea sunt aspecte pe care un copil foarte mic le poate înțelege cu ajutorul unor astfel de aplicații mobile. Deci în prezent, facem următoarele: Mai întâi, descompunem programa de matematică în numeroase astfel de aplicații Și pentru că nu putem face acest lucru singuri, am dezvoltat un instrument sofisticat astfel încat orice autor, orice părinte care are un interes în predarea matematicii, poate utiliza acest instrument să dezvolte aplicații similare pe tablete, fără programare. Și, în sfârșit, creăm un ecosistem de adaptare care va fi pe masura mai multor elevi cu aplicații diferite, în funcție de stilul lor de învățare.

Forța motrice din spatele acestui proiect e colegul meu Shmulik London, și, vedeți, la fel ca Salman cu 90 de ani în urmă, s-a înconjurat cu oameni străluciți, deoarece la urma urmei e vorba despre oameni. Și cu câțiva ani în urmă, mergând pe jos în Tel Aviv am văzut acest graffiti pe un perete, și mi s-a părut atât de convingător că până acum l-am predicat elevilor mei, și aș vrea să încerc să vi-l predic și vouă. Nu știu cât de mulți sunteți familiarizați cu termenul "mensch". înseamnă să fii uman și să faci ceea ce trebuie. Și cu asta, ceea ce spune acest graffiti este, "High-tech = schmigh-tech. Cel mai important lucru este de a fi un Mensch " (Râsete). Mulțumesc. (Aplauze) (Aplauze)