麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在開(kāi)發(fā)一種系統(tǒng)，使幼兒能夠通過(guò)在貼紙上粘貼貼紙來(lái)編寫(xiě)交互式機(jī)器人。

該系統(tǒng)不僅可以將兒童引入編程原則，而且還可以作為一種研究工具，幫助確定兒童可以掌握哪些計(jì)算概念，以及如何將互動(dòng)機(jī)器人最好地融入教育課程。

上周，在計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)和電氣和電子工程師協(xié)會(huì)的人機(jī)交互國(guó)際會(huì)議上，研究人員介紹了該系統(tǒng)的初步研究結(jié)果，該系統(tǒng)調(diào)查了4至8歲兒童的使用情況。

“我們不想把它放在數(shù)字世界中，而是放在有形的世界里，”媒體藝術(shù)和科學(xué)的博士后以及新論文的主要作者米哈爾戈登說(shuō)。“這是一個(gè)用于探索計(jì)算概念的沙箱，但它是一個(gè)沙盒，它來(lái)到了兒童世界?！?/p>

在他們的研究中，麻省理工學(xué)院的研究人員使用了一個(gè)名為Dragonbot的交互式機(jī)器人，由媒體實(shí)驗(yàn)室的個(gè)人機(jī)器人小組開(kāi)發(fā)，由媒體藝術(shù)和科學(xué)副教授Cynthia Breazeal領(lǐng)導(dǎo)。Dragonbot擁有音頻和視覺(jué)傳感器，語(yǔ)音合成器，一系列富有表現(xiàn)力的手勢(shì)，以及可以呈現(xiàn)各種表情的面部視頻屏幕。孩子們創(chuàng)造的節(jié)目決定了龍博會(huì)如何對(duì)刺激作出反應(yīng)。

“它是在與機(jī)器人的關(guān)系互動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行編程，”Edith Ackermann說(shuō)，他是個(gè)人機(jī)器人小組的發(fā)展心理學(xué)家和客座教授，他與Gordon和Breazeal是新論文的合著者。“這就是孩子們所做的事，他們正在學(xué)習(xí)社會(huì)關(guān)系。因此，將這種計(jì)算原理表達(dá)到社會(huì)世界是非常恰當(dāng)?shù)摹！?/p>

堅(jiān)持不懈的教訓(xùn)

編程系統(tǒng)的根部分是三角形和圓形貼紙，分別代表刺激和反應(yīng)，和箭頭貼紙，代表它們之間的關(guān)系。兒童可以通過(guò)將三角形，圓形和箭頭粘貼到層壓紙張上來(lái)創(chuàng)建計(jì)算“模板”。然后，他們用代表特定刺激的貼紙?zhí)畛浼?xì)節(jié)，如拇指向上或向下，以及響應(yīng)，如龍骨眼睛的縮小或擴(kuò)大。還有一些空白的貼紙，年齡較大的孩子可以寫(xiě)出自己的口頭提示和回答。

個(gè)人機(jī)器人小組的研究人員正在開(kāi)發(fā)一種計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以讓兒童只需將貼紙頁(yè)面貼在相機(jī)上即可向Dragonbot傳送新程序。但是為了新研究的目的，系統(tǒng)的性能必須是完全可靠的，因此研究人員之一將使用具有觸摸屏界面的平板電腦手動(dòng)輸入兒童設(shè)計(jì)的刺激和響應(yīng)序列。描繪所有可用選項(xiàng)的圖標(biāo)。

為了向系統(tǒng)引入一個(gè)新主題，研究人員會(huì)要求他或她發(fā)出一個(gè)單獨(dú)的命令，將一個(gè)響應(yīng)貼紙貼在一個(gè)小的層壓板上。當(dāng)提供工作表時(shí)，Dragonbot將執(zhí)行該命令。但是當(dāng)它出現(xiàn)一個(gè)程序時(shí)，它會(huì)點(diǎn)頭表示，“我已經(jīng)得到了它?！贝撕?，只要收到相應(yīng)的刺激，它就會(huì)執(zhí)行指定的響應(yīng)鏈。

即使是最年輕的科目也能夠區(qū)分個(gè)別命令和程序，并且在他們的會(huì)話之后的訪談表明他們理解程序與命令不同，修改了機(jī)器人的內(nèi)部狀態(tài)。研究人員計(jì)劃進(jìn)一步研究以確定他們的理解程度。

模式轉(zhuǎn)變

事實(shí)上，貼紙系統(tǒng)旨在鼓勵(lì)一種新的編程思維方式，這種方式可能更符合21世紀(jì)的計(jì)算方式。

“我們今天編程的系統(tǒng)不是連續(xù)的，因?yàn)樗鼈兪?0或30年前，”戈登說(shuō)?！耙粋€(gè)系統(tǒng)有許多輸入進(jìn)入，復(fù)雜狀態(tài)和許多輸出?！崩?，手機(jī)可能正在監(jiān)控Wi-Fi和蜂窩網(wǎng)絡(luò)上的傳入傳輸，同時(shí)播放視頻，通過(guò)藍(lán)牙傳輸音頻，以及當(dāng)爐子上的米飯完成烹飪時(shí)，運(yùn)行一個(gè)定時(shí)器。

Gordon解釋說(shuō)，作為以色列Weizmann科學(xué)研究所的計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生，她與她的顧問(wèn)David Harel一起研究了一種新的編程范式，稱為基于場(chǎng)景的編程。“這個(gè)想法是在很少的場(chǎng)景中描述你的代碼，后面的引擎連接它們，”她解釋道?！澳憧梢詫⑺暈橐?guī)則，觸發(fā)器和動(dòng)作?！盙ordon和她的同事的新系統(tǒng)可以用來(lái)向孩子們介紹傳統(tǒng)的順序編程原理。但它很適合基于場(chǎng)景的編程。