艾伦·凯（Alan Kay）：“为什么”的中心（The Center of “Why?”）

编译自：艾伦・凯（Alan Kay）的The Center of “Why?”，这篇文章是艾伦・凯改编自 2004 年 11 月 11 日他在京都奖纪念讲座上的演讲。

稻盛基金会（Inamori Foundation）要求我们回顾过去，谈谈我们的动机、内心感受和哲学。这是一个相当大的挑战！桑顿・怀尔德（Thornton Wilder）剧中的老算命先生说：“我预测未来：没有什么比这更容易的了，” 然后问道 “…… 但是谁能告诉过去？”

未来比较容易预测，因为它还没有发生。我们可以含糊其辞，仍然在正确的邻域，但是过去是混乱的，因为它已经发生了；它非常详细，而且所有细节都相互交织在一起，所以很难使长时间的谈话连贯一致，因为有很多东西必须被忽略。

书和更多的书

我认为我一生中最重要的事情发生在很早的时候：在我上学前几年学会流利的阅读。我最早的记忆是书籍。如果不是广泛的阅读，也不可能在相同的想法上遇到许多不同的观点，即使是幼稚的阅读。例如，我从头到尾读过的最早的成人书籍之一 —— 大概在四五岁左右 —— 是伊迪丝・汉密尔顿的《希腊罗马神话》。这本书最重要的部分（幸运的是，我读到了最后！）是北欧神话的最后一部分，它提供了一个有趣的对比，与书前面介绍的大部分希腊神话。

我第一次感觉到不同的群体为相同的主题编造了不同的故事。更重要的是，有不止一种观点，它们都可以被写下来，因此，没有什么特别的理由去接受任何表面上写下来（或说出来）的东西；还需要的更多。几年后，我意识到，因为 “不” 这个词可以添加到任何断言中，人们可以用语言表达任何东西 —— 也就是说：语言不包含宇宙中实际发生的事情。进一步深刻认识到：语言本身可能存在局限性，我们表达想法和思考想法的能力可能会阻碍我们真正理解我们处境的基础。

“一本书”

当我到了上学的年龄时，我已经读了许多书。但是我惊讶地发现，在学校里，每个科目只有一本书：教科书，那是老师用来解释所有观点和问题的最终权威。我 5 岁就开始读一年级了，那时我还很小，所以我们可以想象下，一个声音很高的小孩不断地举手说 “但是我在一本书里读到的不是你说的，而可能是这样的”。很快我意识到老师根本不想讨论这些有趣的想法。事实上，我越举手，她似乎就越生气。当时我说不清楚，但很明显，这所学校对想法不感兴趣，尤其是我的想法。但是，通过书本，我发现如果我想学点什么，我可以自己去做，所以上学只是有点痛苦，不是完全痛苦。

9 岁：对学习的不同看法。

但是在四年级时，老师玛丽・奎克小姐（Miss Mary Quirk）从一开始就与众不同。她的教室里有一些非常不同的东西。在右手边的后面有一张旧餐桌，上面堆满了各种各样的杂物：工具、电线、齿轮、电池和书籍。

奎克小姐从未提到过这张桌子。最后，我开始四处看看上面有什么。作为一个书迷，我首先看了看书。其中一本是关于电的，看起来很有趣。那天下午上英语课的时候，我拿起了我的英语书，后面放着一本更小的关于电的书，再后面放着大的干电池、钉子、电线和回形针。我按照书中所示的方式，将电铃线缠绕在钉子上，将电线的两端连接到电池上，发现钉子现在会吸引并抓住回形针！

我尖叫了一声：“它奏效了！” 上课停止了。我弯下腰，期待着某种形式的惩罚，就像我在以前的学校经常遇到的那样。但是，奎克小姐却没有这样做。她停下来问：“你是怎么做到的？” 我解释了这本关于电的书，并展示了我的电磁铁吸着回形针。她说：“哇，太棒了！书中还有什么？” 我告诉她下一个项目是用电磁铁做电报！她问班上其他人对此是否感兴趣，有些人对此感兴趣。她说，好吧，今天下午晚些时候，我们有时间做项目，你们可以一起做书中接下来的事情。事情就是这样！

这种情况发生过很多次。孩子们会在桌子上找到他们真正感兴趣的东西，然后做一些东西。奎克小姐会让孩子展示它，看看还有谁有兴趣做这个。很快，我们的上课的大约一半时间都花在了这些自己选择的项目上。我们开始越来越早的来学校，希望我们可以花更多的时间在这些项目上。

我对小学教育应该如何进行的大部分想法，都是来自于奎克小姐管理她的课堂的方式。她选了孩子们会感兴趣的课程，并把真正的数学、科学和艺术结合在一起作为她的课程。

后来，当我有幸进入犹他大学一所很棒的研究生院时，我的第一反应是这就像 “四年级” 一样！然后我意识到玛丽・奎克教的四年级，就像一所伟大的研究生院一样！这是一个重要的见解。孩子们处于和研究科学家一样不知道的状态。他们需要经历许多相同的发现过程，才能让新想法成为他们自己的想法。因为 “发现” 真的很困难，而且花费数百年的时间，不同之处在于，必须小心翼翼地为孩子们搭建脚手架（但不要使用苏格拉底式的方法，它 “引导证人” 太多）。相反，脚手架必须设置成近距离接触和仔细但看不见的顺序，让孩子们自己做出最后的跳跃。这就是玛丽・奎克的天才之处。有趣的是，我们从未发现她知道什么。她专注于我们所知道的和能够发现的。

10 岁：吸尘器真的很烂吗？

当地的一家百货公司有一个气动输送系统，可以把收据和钱从柜台转移到收银台。我想弄清楚他们是怎么工作的，就问了店员。他们都知道。“真空吸尘器”，他们说，“就像你妈妈的吸尘器一样，真空吸尘器吸着这些容器”。但是它是如何工作的，我问道？他们说，“真空吸尘器，真空吸尘器做了这一切”。这就是大多数成年人所谓的 “解释”！

所以我拆开了我妈妈的胡佛（Hoover）吸尘器，想知道它是怎么工作的。里面有一个电动马达，这是我预料到的，但是里面唯一的另一个东西是一个风扇！风扇怎么会产生真空，它又怎么会吸呢？

我们有一个室内风扇，我更仔细地看了看。我知道它像飞机的螺旋桨一样工作，但是我从来没有想过它们是如何工作的。我拿起一块木板，移动它。这使空气流动得很好。所以螺旋桨和风扇的叶片只是马达不断推动空气的板子。

但是真空呢？我发现一张纸会粘在风扇的背面。但是为什么呢？我听说空气应该是由小得看不见的微粒组成的。因此，当你通过移动一块板来获得一阵风时，你是以一个方向撞击小微粒，而不是另一个，就像用桨划桨一样。但是风扇和吸尘器吸纸的力是从哪里来的呢？

我突然想到，空气中的微粒一定已经移动得很快，相互碰撞了。当板或风扇叶片将空气微粒从风扇移开时，风扇附近的空气微粒就会减少，而已经在运动的微粒碰撞的机会就会减少，因此就会向风扇移动。它们不 “知道” 风扇，但它们似乎知道。

真空吸尘器的 “吸力” 根本不是吸力。事情是这样的，物体进入真空吸尘器是因为它们被空气粒子的正常运动 “吹进来”，它们没有受到通常风扇内空气颗粒压力的影响！

那天晚上，当我父亲回到家时，我大声说道：“爸爸，空气中的微粒一定在以每小时至少 100 英里的速度移动！” 我告诉他我发现了什么，他看了他的物理书。其中有一个公式可以计算不同温度下不同空气分子的速度。结果发现，在室温下，普通空气分子的运动速度比我想象的要快得多：大约是每小时 1500 英里！这完全出乎我的意料！我敢肯定，这是我第一次像科学家一样思考问题，并且能够抵制常识，发挥足够的意志力，就一个真正让我感兴趣的现象做进行实际的实验。

绘画和音乐

我的母亲是一位优秀的绘图员并且弹钢琴，所以我也对艺术和音乐感兴趣。

几周前，在我家演奏管风琴的时候，伴随着美妙的音乐，我意识到我不喜欢我最初发给稻盛基金会的演讲。我演奏着，感受着这美妙的音乐，但并没有试图解释 “为什么” 的答案对我来说是 “计算机音乐”。我改变了这个话题，这样我就可以解释为什么以及有多少科学家、数学家和技术人员被这些领域的美学本质所吸引。

“为什么？” 的中心是艺术

艺术是 “人们创造的所有东西”，这包括我们的信念（我们喜欢称之为 “现实”）。大多数人不认为科学或技术是艺术，但这三个领域实际上都是艺术形式。我们最熟悉的美术在左手边，加上技术和科学，这是京都奖委员会颁发的三类奖项。

审视这一广阔领域的一种方式是考虑每种艺术形式的最终批评家。人们所说的 “艺术” 大多是形式的塑造，最终的批判者是人。形式是相当任意的，与物理宇宙没有联系。例如，我们可以说：“情况是这样的：说个不停（blah blah blah"）”，我们也可以在每个句子中插入一个 “不”，这样我们就可以说：“情况是这样的：说个不停（blah blah blah"）”，所以我们可以说任何话，就像什么也不说一样。

在另一个极端，在右手边，我们有科学，它的最终批评者是自然。我们的观点和希望在这里并不重要，因为大自然就是这样，而不是我们希望的那样。科学的艺术是找到不被愚弄的方法，让无形的东西变得更可见，并创造出理论，这些理论是我们能够制作的最好的地图，关于我们无法直接获得的东西。科学是非常棘手的，因为我们必须使用数学、故事和计算等与自然界没有内在联系的表达系统（而且我们必须使用自己容易被愚弄的大脑！）。

在中间，我们有一些必须遵循自然规律的创造物 —— 比如桥梁和飞机 —— 我们不希望它们轻易断裂！但是它们也有我们喜欢的视觉形式。这些技术是非常有趣的艺术形式：它们将传统艺术和新的科学艺术结合起来！

艺术家

人类最伟大的特征之一是能够深爱，渴望与所爱的人融合。这是人生中最伟大的经历，发生这种事并得到回报。艺术家是一种既能与他人相爱，又能表达思想和感情的人。把艺术描绘成一种爱的行为，是我唯一知道如何描述这一过程的方式。

玻璃吹制是一种有趣的艺术形式，这也是一种技术。我的一位威尼斯吹玻璃的朋友曾经告诉我，如果可以的话，他会吃掉吹玻璃管末端的玻璃熔滴！我完全理解他的意思：他想成为他的艺术。皮格马利翁（Pygmalion）爱上他的创造物的神话强烈地适用于这些人。

做艺术不需要其他理由。帕斯卡说：“心有其原因，理性无法知晓（The Heart has its reasons that Reason cannot know）”。艺术家不能不做他们的艺术：这是他们的基本个性特征。

现代 “玻璃吹制”

玻璃是由沙子制成的，沙子主要成分是二氧化硅。今天的计算机芯片也大多是由硅制成的，这里有一个现代的 “玻璃吹制者”—— 鲍勃・诺伊斯（Bob Noyce），集成电路的发明者之一。

我们可以看到硅片在外形上非常漂亮，但是它们真正的美更像是印刷机的美：如果图案被印在承载真正艺术的材料上，就像印刷技术一样，图案可以是非常微妙和深远的。

科学是棘手的！

生物通过进化来生存，而不一定是为了清楚地了解宇宙。例如，青蛙的大脑被构造成能够识别食物是长方形的运动物体。所以，如果我们拿一只青蛙的普通食物 —— 苍蝇 —— 用一点氯仿麻痹它们，并把它们放在青蛙面前，青蛙不会注意到它们，也不会试图吃掉它们。

它会在食物面前饿死！但是，如果我们向青蛙扔小块矩形纸板，青蛙会吃掉它们，直到吃饱为止！青蛙只看到我们看到的一点点世界，但它仍然认为自己感知到了整个世界。

当然，现在我们不像青蛙了！还是我们像青蛙一样？

我们比我们想象的更像青蛙！

当莎士比亚让帕克（Puck）说 “这些凡人是多么愚蠢！” 他的意思不是说我们是白痴，而是说我们都很容易被愚弄。事实上，我们喜欢被愚弄！许多文学、戏剧和魔法艺术之所以成为可能，是因为我们能够被愚弄，而且喜欢被愚弄。

但是当我们试图不被愚弄的时候，我们也很容易被愚弄，例如当我们试图了解宇宙，甚至只是为了画画。伟大的绘画老师贝蒂・爱德华兹（Betty Edwards）总是在艺术课的第一天展示这两张桌子，并向学生解释说，人们绘画有困难的原因不是因为他们不能小心地移动他们的手，而是因为他们的大脑太渴望识别世界上的物体，而不是光做的形状。

为了说明这一点，她告诉他们桌面的大小和形状完全相同。这里没人相信。然后，她从一张桌子上移动桌面，旋转它，显示它正好适合另一张桌子。这个例子我已经做了几百次了，但是我仍然看不到这个！

艺术家们解决这些问题的方法是使用测量仪器来更准确地了解外面的世界。科学家也是这样做的。《塔木德》（Talmud）中有一句名言：我们看到的不是事物的本来面目，而是我们的本来面目。也就是说，每当我们放眼世界，我们总是看到自己，我们并没有真正看到外面的世界。我们必须非常仔细地学习如何看到外面有什么。

科学是表象和 “表象之外有什么？” 之间的关系。

这里有两张地图，都有很多细节，都画得很有说服力。

右边是 19 世纪英国测量师精心制作的印度地图。左边的是托金（Tokein）的 “中土世界”，幻想中的《指环王》就是在这里发生的。

仅仅看这些地图，我们无法分辨哪些是 “真实的”，哪些是虚构的。我们需要其他过程都帮助 —— 这些其他的过程就是科学的艺术。

我们也可以开始认识到这些地图并不是对现实的真实描绘，而是一种 “尽可能准确” 的对阴影的描述，我们可以通过感官和仪器捕捉到这些阴影。

让我们把重力作为我们的现象，并把它描绘成兔子。兔子的影子是我们对地球重力的体验和测量。

然后我们可以尝试制作一个投射相同阴影的模型。这里我们做了一个手影木偶 —— 把它想象成牛顿的引力理论 —— 这在大多数地方都是一个很好的影子兔子。牛顿用数学来制作他的模型，但是如果我们仔细观察，我们可以看到真正兔子的影子有一条圆尾巴，牛顿模型有一只伸出来的胳膊！

“兔子的胳膊” 花了一些时间才找到，但是水星的轨道与牛顿的理论不一致，所以牛顿的模型并不像我们希望的那样完美。

爱因斯坦不得不采取一种与牛顿非常不同的方法，以便把圆尾巴放在人类的影子上。

他说了一些我们应该努力记住的话：“你应该小心区分真实和现实”。他的意思是，我们可以用语言 —— 尤其是数学 —— 创造 “真实” 的事物，因为这仅仅是关于自身的，并且可以变得非常一致。但是，当我们试图将数学和其他表征系统应用于 “外面的世界” 时，我们偏离了实际情况，只好用近似映射。

科学的重要性在一定程度上在于，它能够很好地进行仔细的近似。这些表述仍然是故事式的，但本质上是一种新的故事。如果我们从更大的意义上来看，这意味着为了效率，进化让我们认为我们的观念和信念是现实的，我们就是这样做的。在过去的几百年里，利用科学，我们一次又一次地发现我们的感知是不准确的：我们一直在欺骗自己。这意味着，对生命来说，一个非常好的策略是在感知和快速行动之间插入缓慢的思维，因为我们最初的感知和反应往往是错误和危险的。

科学艺术 “让看不见的东西变得更可见一点” 的能力是相当了不起的。到了 18 世纪，欧洲人喜欢随身携带袖珍地球仪，这种地球仪描绘了从太空中可以看到的地球，尽管当时内燃机和飞机还没有发明出来。

200 年后，当我们最终进入太空，将一架相机送回地球时，没有什么好惊讶的。在 18 世纪怎么可能知道这些呢？部分原因在于，“知道并发现” 的含义已经发生了变化。

今天最重要的无形事物是我们自己。大多数人生活在他们和他们的社会编造的故事中，他们称这些故事为 “现实”。我们是地球上对我们自己和环境最危险的力量。教育的主要目的不是提供信息或技术，而是提供一套更好的视角来更好地看到无形的东西。

只有当你意识到自己是盲人时，你才能学会看东西。教育是帮助人们认识到他们是盲人，并教他们如何看一点。

数学之美

现在让我们来看看数学中的几种美：内在的，作为一组和谐的关系，有点像音乐，以及它被用来描绘外部宇宙的方式。

例如，牛顿的引力理论非常漂亮，他是如何得出这一理论的也非常漂亮。诗人济慈说过 “美即真，真即美（Beauty is Truth, and Truth Beauty）”。许多人认为牛顿的理论是正确的，因为它很漂亮，而且效果很好。但是，尽管这个理论美丽而有用 —— 我们今天使用它来精确地发送宇宙飞船环绕太阳系 —— 水星的轨道和许多其他最近的观测表明，它并不是引力的全部。爱因斯坦的理论也相当漂亮，提供了更多的故事，但不是全部。

许多美丽的数学理论很难向普通观众解释。但是有些可以更直接地理解。

例如，毕达哥拉斯的构想相当惊人。有许多证据，包括这个，它可能是 2500 年前的原件。

我们可以用三个以上的三角形围绕 C 正方形来制作一个更大的正方形，其面积是 C 正方形加上 4 个三角形。我们复制并移动三角形。这个奇怪形状的橙色区域仍然是 C 方形区域。我们看到我们可以移动 A 和 B 方块来精确覆盖这个区域。成功了！

我们可以看出，这个公式适用于任何一个直角三角形，不管它是什么形状。

非常漂亮！

计算之美

计算的一部分是一种特殊的数学，这种新艺术中最早的美丽创造之一出现在 20 世纪 50 年代末，当时的英雄之一约翰・麦卡锡（John McCarthy），京都奖的获得者，今天也在这里的 —— 找到了一种非常紧凑和新的数学方法来写下一种非常强大的编程语言的关系。

当我在 60 年代作为一名学生第一次理解这一点时，我被这种看待事物的方式的美丽和力量所征服。我认为这是麦克斯韦计算方程（Maxwell's Equations of computing）！它对我思考许多事情的方式产生了巨大的影响。对我来说，这就是计算机科学的本质！

在过去的几个月里，我花了很多时间试图向京都奖的普通观众解释约翰的短程序的含义，但没有成功。就像许多其他伟大而优美的数学一样，这并不难，但有相当多的背景需要遵循这些论证。事实上，今天的大多数专业计算机世界还不理解 40 年前这半页艺术的含义，这实际上阻碍了整个领域的发展。

一件更容易欣赏的伟大计算机艺术作品 —— 一种类似于几何学的例子 —— 是伊凡・萨瑟兰（Ivan Sutherland）从 60 年代早期开始创作的 “画板：人机图形通信系统（Sketchpad: A man-machine graphical communication system）”。这是我在研究生院看到的第一个例子，展示了计算机是多么特别、不同和重要。

它所能做的是相当了不起的，与我所遇到的任何计算机的使用都是完全不相关的。最容易抓住的三大理念是：它是现代交互式计算机图形学的发明；图像是通过绘制 “主图（master drawing）” 来描述的，该 “主图” 可以生成 “实例图（instance drawings）”；控制和动态是由 “约束” 提供的，也是以图形的形式，可以应用于主控形状和相互关联的部分。这是第一个有裁剪和缩放的视窗 —— 在大约 1/3 英里的正方形虚拟板上绘制一个 “草图”！

纯粹是由于机缘巧合，1966 年犹他大学的研究生院是大约 15 个高级研究计划局（Advanced Research Project Agency）的项目（由美国政府赞助）之一，从事他们所谓的 “ARPA 梦想”，计算的命运就是成为地球上每个人的交互式智能伙伴和相互通信媒介。

创建一个 “星系间网络”（现在称为 Internet）的工作正在进行中，这个网络将连接地球上所有的计算机。可扩展性面临着相当大的挑战，因为从来没有人建立过这样的数据网络。

在看到 Sketchpad 之后，我接触了一个来自挪威的鲜为人知的模拟语言 Simula，并逐渐意识到这是一种非常强大的方式来编写类似 Sketchpad 的结构。

我的本科专业集中在纯数学和分子生物学，我突然发现生物学、数学、计算机图形学和网络之间的相似性。

这给我一种印象，计算机中的一切都可以用相互通信的小型计算机来表示。

我设计了一个可以做到这一点的系统，并开始试验。当有人问我在做什么时，我说 “面向对象编程”。现在我希望我能想出一个更有启发性的术语！

道格・恩格尔巴特与 “概念空间中的思想载体”

当我在研究 “对象” 的时候，犹他州来了一位了不起的道格・恩格尔巴特。他对 “ARPA 梦想” 的理解是，在线系统（NLS）的命运是通过一个互动的工具 “增强人类的智力”，在 “概念空间的思想载体” 中导航。

他的系统所能做的是令人难以置信。不仅仅是超文本，还有图形、多个窗格、高效的导航和命令输入、交互式协作工作等。

一个完整的概念世界和世界观。这一愿景的影响是在那些 “渴望得到增强” 的人心中产生一个关于交互计算应该是什么样子的令人信服的隐喻。

最近创作的另外两个令人惊叹的计算机艺术作品是我对第一台个人计算机的投票 —— 韦斯利・克拉克（Wes Clark）的 LINC（其中一个设计要求是它要比使用者矮！）—— 以及第一个基于笔的系统，兰德公司出色的 GRAIL 系统。

所以这是一个非常浪漫的时刻，我的导师戴夫・埃文斯（Dave Evans）把我介绍给他的朋友埃德・谢德尔（Ed Cheadle），他正在研发一种 “小机器”，可以放在桌面上，并与工程师互动。我建议我们尝试让它为许多领域的专业人员工作，这是我们在 FLEX 机器上愉快合作的开始，我们称之为 “个人计算机”。

这是一幅在自己的显示器上绘制的自画像。它有基于窗口和笔的平板电脑输入，看起来非常熟悉。

当我们在 FLEX 机器上工作时， 我开始参观终端用户对交互式计算机的有趣应用，最令人吃惊的访问是西摩・帕尔特与孩子和 LOGO 的早期工作。

帕尔特是一名数学家，也曾与儿童认知心理学家让・皮亚杰（Jean Piaget）一起做过研究。他有一个伟大的见解：计算机的特殊性质可以给孩子们带来很多真实而重要的数学知识，并将创造一个数学王国，在那里数学语言将对孩子们有很大的意义。这完全出乎我的意料！我认为这是所有对于计算机真正的用途所拥有的最好的想法，我立即开始考虑像 Flex 机器这样的计算机，但它是为儿童设计的。

在回犹他州的飞机上，我画了一幅小漫画，展示了两个孩子在他们的儿童电脑上学习物理 —— 我称之为 Dynabook—— 通过制作太空战争游戏，使用一种特殊的编程语言作为一种富有表现力和强大的数学新方法。

我一直认为计算机是一种工具，但这让我意识到计算机是一种表达的媒介，就像印刷机放大的阅读和写作一样。

我曾经是一名专业的音乐家，所以我也把它作为一种新的乐器来联系起来，这种乐器的音乐都是有创意的。

我们与代表我们想法的媒介有着密切的关系，这种洞察力对我有很大的影响。

然后，在 70 年代早期的施乐 PARC，大约 20 多名年轻的 ARPA 计算机科学家有机会在更大更实用的规模上真正发明个人计算和网络。

我去那里试图制作一个儿童电脑的实用版本 —— 一个 “临时 Dynabook”—— 直到真正的 Dynabook 技术出现。这是 1970 年和 1971 年的想法草图。

与此同时，需要一种新的面向对象的语言，这种语言可以由儿童编写程序。

我一直在考虑这个问题，但是被走廊上的一场关于 “世界上最强大的计算机语言的描述有多大” 的打赌打断了。

那时我已经理解了约翰・麦卡锡的 LISP，我说 “半页（Half a page）！” 他们说 “证明它”。两周后，我用约翰的一些技术，为一种新的基于对象的语言的内核编写了这个脚本，但它是直接可执行的。

一个月后，我的同事丹・英格尔斯（Dan Ingalls）已经将这个编写到我们的一台小型计算机中，我们突然有了一种可行的、非常高级的、简单而强大的动态对象语言！

几个月后，我们突然有了一台临时 Dynabook：Alto 个人电脑，由查克・萨克尔（Chuck Thacker）制造，由他和我们几个人共同设计，包括巴特勒・兰普森（Butler Lampson）。

盖瑞・斯塔克伟泽（Gary Starkweather）刚刚发明了第一台可用的激光打印机，即使以今天的标准来看，这也是不可思议的：一页每秒 500 像素 / 英寸。

鲍勃・梅特卡夫（Bob Metcalfe）和戴夫・博格斯（Dave Boggs）刚刚开始用以太网连接所有这些东西。

丹・英格尔斯（Dan Ingalls）和我很快就和计算机科学家兼教育家阿德勒・戈德堡（Adele Goldberg）一起开始为儿童做实验。一个重要的里程碑是 1975 年在一所学校设立了第一台 Altos。

在 70 年代中期的接下来几年里，超过 1000 台 Altos 被建造并投入使用。这是一个非常严肃的实验！

正如巴特勒・兰普森（Butler Lampson）指出的那样，当时没有人对个人电脑感兴趣，所以我们在相当长的一段时间里独享整个领域。这项工作大部分是由大约 25 个人完成的，成功的两个关键是这些科学家能够（a）当这是一个好主意时，要相互合作 —— 这在很大程度上要归功于实验室的经理、心理学家鲍勃・泰勒（Bob Taylor）—— 以及（b）非常简单地讲述他们是如何将这些伟大的想法变成现实的。

孩子们能做什么

现在让我们抛开过去，看看今天的孩子们用他们的 “创造性思维的动态媒介” 能做些什么。事实上，我正在使用一台两磅重的笔记本电脑 —— 就像我们 35 年前想的那样 —— 来做这个演讲。

一种看待孩子的方式是，他们都是艺术家，直到他们被社会抛弃。如果你想教育孩子，试着保持他们的艺术动机不变，不要一开始就对他们太实际。相反，试着让他们真正对想法感兴趣。正如爱因斯坦所说:“爱是比责任更好的老师！（Love is a better Teacher than Duty）”

一个 9 岁、10 岁和 11 岁的孩子真正喜欢的项目是设计和制造一辆他们想要学习驾驶的汽车。他们首先画出他们的汽车（并且经常像这样给装上大的越野轮胎）。

到目前为止，这只是一张图片。但之后他们可以 “深入” 他们的画，查看它的属性（例如汽车的位置和方向）和行为（朝着它的方向前进的能力，或通过转弯改变它的方向的能力）。这些行为可以被拉出来放到 “世界” 上，制作一个脚本，点击时钟就可以设置 “滴答”。汽车开始按照剧本行驶。如果我们把汽车的笔放在世界上，它会留下一条轨迹（在这种情况下是一个圆圈），我们看到这是伪装的帕尔特的 logo 龟，一只穿着制服的乌龟，用简单的方法查看和控制它。

为了开车，孩子们发现在汽车转弯后改变号码会改变方向。然后，他们画一个方向盘（和汽车一样的物体，但是有不同的装束），看看能不能在车转弯后马上转向…… 这可能会让方向盘影响到车。他们可以获得方向盘的转向（方向盘正在显示的转向编号的名称）并将其放入脚本中。现在他们可以用方向盘驾驶汽车了！

孩子们刚刚学会了什么是变量以及它是如何工作的。我们的经验表明，他们从这个例子中学到了很多。

他们很快发现很难控制汽车。他们需要在车轮与汽车的连接中引入一个 “齿轮”。他们可以通过互联网上的辅导界面从老师、家长、朋友或几千英里外的孩子那里获得所需的建议。他们打开脚本中的表达式，将方向盘上的数字除以 3。这种缩放使得方向盘的转向影响较小。他们刚刚学会了除法（和乘法）的真正用处。

玛丽亚・蒙特梭利（Maria Montessori）会意识到刚刚发生的事情。孩子们认为他们在玩 (他们确实在玩)，但他们是在一个拥有 21 世纪玩具、体现 21 世纪理念的环境中玩的。他们玩游戏有他们自己的原因 —— 孩子们在玩游戏的原因和他们想玩的东西上是不同的 —— 但他们都学到了 21 世纪强有力的思想，更重要的是：他们开始学习最有效的思考方法。

珍妮的大赛…… 呃，猪赛跑

然后我们让孩子们自己想出一个项目。只要有可能，珍妮就喜欢介绍她对事物的看法（我们把她的汽车当作带轮子的铅笔），她认为做一场猪赛跑会很有趣。

以下是她对 Squeakers DVD 项目的解释。

我们要去参加一年一度的猪赛跑。今天看起来很难熬。粉红色的猪撞在墙上。
（我这里还有一个观察者告诉我它们的速度。）
哦，蓝色的猪领先了。我有自己的猪。我叫它杰克逊。
通常它会输，但是，哦，看那头黑猪正在追上来，把那头白猪留在泥土里！

她想要她的猪的真实轨迹，并且需要弄清楚如何让每只猪都在自己的跑道上。她有一个奇妙的想法，她的猪的鼻子将是完美的传感器，用来判断它何时试图逃离它的跑道！

相当多的事情都是 “只是在做”，所以反思刚刚发生的事情也是一个好主意。做到这一点的一种方法是让物体留下痕迹，显示它们随着时间的推移在做什么。

如果速度是恒定的，那么点的轨迹是均匀分布的，这表明每一小段时间内移动的距离是相同的。

如果我们增加时钟每一次滴答的速度，我们会得到一个这样的模式。这是均匀加速度的直观图形。

如果我们每次都将速度改为随机的，我们就会得到每一次滴答声所走过的距离的不规则模式。

随机速度非常适合比赛！

真正的儿童科学

到目前为止，我们一直在做数学。要做科学，我们必须看外面的世界。对于 11 岁的孩子来说，一个很好的例子是研究当我们扔下不同重量的物体时会发生什么。

孩子们认为越重的重量下降得越快。他们认为秒表会告诉他们发生了什么。

但是很难判断重量何时释放，以及何时达到。

在每堂课上，你通常会发现一个 “伽利略孩子”。在这门课上，有个小女孩意识到：你真的不需要秒表，你只需要放下重的和轻的，听一听它们是否同时到达。这和伽利略 400 年前的见解是一样的，显然，在我们地球上之前的 8 万年里，任何成年人（包括非常聪明的希腊人）都没有想到过这一点！

为了更详细地了解地球表面附近重力的情况，我们可以使用摄像机捕捉下落重量的动态。

我们可以一帧一帧地看到球的位置，相隔 1/30 秒。为了更容易看到，我们可以每隔五帧拉出一帧，并把它们并排放置:

另一件要做的好事是把每一帧画出来，画出不重要的部分，然后把它们堆起来。当孩子们这样做时，他们中的大多数会立即说 “加速！”，因为他们认识到垂直间距模式与几个月前他们使用汽车玩的水平间距模式相同。

但是，什么样的加速度？我们需要测量。

一些孩子会直接在展开的框架上测量，而另一些孩子更喜欢测量堆叠的框架。

这些半透明的矩形可以帮助我们更准确地看到球的底部。长方形的高度表示当时球的速度（速度是单位时间内移动的距离，在这种情况下大约是 1/5 秒）。

当我们堆叠矩形时，我们可以看到速度上的差异由暴露的小条带表示，并且这些条带的高度看起来是相同的！

这些测量结果显示，汽车的加速度看起来相当稳定，他们几个月前就为自己的汽车制作了这样的脚本。最快速地意识到，由于球是垂直的，所以他们必须写脚本，这样才能增加垂直速度，改变垂直位置 y。他们画了一个小圆形作为模拟球，并写下脚本：

现在，如何证明这是他们所观察到的一个很好的模型？11 岁的蒂龙决定像几个月前对待他的汽车那样做：留下一个圆点拷贝，以显示他的模拟球的路径与视频中的真实球的位置完全相同。

以下是他在解释他所做的，以及他是如何为 Squeakers 的视频所做的事情时所说的话：

为了确保我做的是正确的，我有一个放大镜它可以帮助我弄清楚我是让它 —— 大小是否刚好合适。
完成之后，我会点击基本类别按钮，然后会弹出一个小菜单，其中一个类别是几何体，我点击了它。
这里有很多与矩形的大小和形状有关的东西。所以我就会看到高度是多少… 我一直坚持这个过程，直到它们按高度排好队。
我从大的高度减去小的高度，看看是否有什么模式可以帮助我。我最好的猜测是有效的：所以为了证明它是有效的，我决定留下一个点拷贝（这样球就能以正确的速度和加速度运动。）

一个 11 岁的孩子的调查作品！

顺便说一句，在美国，大约有 70% 的大学生被教授地球表面附近的重力，但他们并不理解。这并不是因为大学生比五年级学生更笨，而是因为大多数大学生学习这些思想的环境和数学方法不太适合他们思维的方式。

现在孩子们已经掌握了重力，他们可以立即制作许多游戏。在月球着陆器中，孩子们刚刚创作的重力脚本会把飞船拉下来，如果它移动得太快，就会坠毁。火箭发动机脚本可以对抗重力，细心的飞行员可以平衡它们，使飞船安全着陆！

复杂系统的美和重要性

我们现在都非常清楚，计算机可以做的一件简单的事情就是快速和廉价地复制内容。

正因为如此，我们可以通过编写一个项目的行为脚本并复制多个副本来探索非常复杂的系统。例如，如果我们做很多小点，我们可以探索传染过程的行为，比如谣言和疾病。这里的脚本非常简单，当一个点与一个 “受感染” 的点碰撞时，它会改变颜色。碰撞舞台的大小决定了碰撞之间的延迟，并允许我们探索生死问题，比如真正理解流行病的特征：快速致命的，如伤寒，非常明显，缓慢致命的，如艾滋病（这在一定程度上是致命的，因为艾滋病的爆发并不剧烈）。对世界许多地区缓慢而致命的流行病缺乏了解是造成艾滋病灾难的主要原因之一。人们必须超越他们的常识，进入灾难模型的 “非普通常识”，以帮助他们的想象力激励他们及早采取行动。计算机最终将在人类思维方式上创造比印刷机更大的变化。

宇宙中的很多东西都很有弹性！

现在，对于最后一组想法，我想展示的是，对现实世界的简单观察，加上非常简单的模型，再加上计算机快速处理许多简单事情的强大能力，能够揭示一个全新的艺术和科学世界。

经典科学的一个问题是，它重复使用了常见的词汇，如知识、理论、力量等。用于非常新的观点。应该选择新单词。

例如，在科学中，物体的重量被认为是指向引力源方向的力。但是，如果我们把一个重物放在一个坚固的桌子上，使它不再移动，大多数人不会想到桌子会施加一个向上的力来平衡重物向下的力。

如果我们尝试用薄木制成的桌子，比如轻木，我们会看到桌子弯曲，直到它断裂或者能够施加向上的平衡力。

如果我们在一张纸上试着这样做，它会简单地塌陷到地板上，施加向上的力。

梁具有相同的特性。所有这些都是 “有弹性的东西” 的例子。

如果我们看一个有重物挂在上面的弹簧，我们可以测量它伸展了多少，直到它能够平衡力。

如果我们增加两倍的重量，大多数弹簧的拉伸会非常接近两倍。这给了我们一种简单描述弹簧力的方法：它与拉伸的长度成正比。

现在我们可以利用从下落的重量中学到的加速度和速度的概念。但是加速度现在不是恒定的，因为它正比于弹簧的拉伸。我们能做什么？

这里真正美妙的是，我们可以让计算机计算很小的运动，我们可以假设加速度是恒定的。然后我们可以测量弹簧的拉伸，再做一次。这给了我们一个非常简单但很好的弹簧模型，这是一个很好的例子，说明了在计算机环境中学习微积分是多么容易。

更好的是，一旦我们制作了一个弹簧，我们就可以让计算机一遍又一遍地复制它，以获得更多的弹簧。

这是一部所有工程师在大学里看到的电影，一场时速 100 英里的风吹过桥。看到这座钢桥如此有弹性，真令人吃惊！

让我们用两个弹簧和一个重物做一个简单的桥。如果我们打开重力弹簧模型，我们会看到这一点：如果我们打开风，我们看到它会找到一个平衡。但是，如果我们刮起风，但是打开和关闭它，我们开始看到像桥一样的行为。

但是现在让我们做一座真正的桥吧！因为真实的桥梁在我们的三维世界中，我们需要一个三维世界来制作我们的模型，我们看到我们一直在一个三维世界中！

但是现在我们让桥运转起来。这种结构与我们用两个弹簧和一个质量块建造的简单结构相同，但是现在我们使用计算机的力量来制作弹簧和重量块的许多副本，从而形成桥梁结构。

让我们先打开重力。这将使大桥有点下垂 —— 注意它有点弹性。

现在让我们来看看弹簧的脚本。让我们通过将刚度值改为 - 400 来使它们更有弹性。

我们可以看到桥下陷并反弹一点。

现在，我们将打开一股阵风，就像电影中启动吊桥的风一样。这有一些更多的细节，但仍然简单和不重要的。

模拟的桥梁真的开始剧烈地摆动，非常类似于电影中的真实桥梁！让我们移到一边，这样我们就可以往下看。它是如此的柔软和有弹性，在我看来有点像布料。这就产生了一个想法。让我们拆下桥的一端，逐渐在上面加上纹理，看看风和重力会发生什么。

我们得到了一个惊喜！这是一面旗帜！

塞萨尔・帕维尔（Cesare Pavese）说：“要了解这个世界，就必须构建它”。我们可以看到，计算是一种新的浪漫主义艺术形式，在这种形式中，我们把自己的想法当成艺术，对这些想法的理解就是艺术。

希腊人说美术是对生活的模仿 —— 但是我们看到了计算美术是对创作本身的模仿！正是这种浪漫吸引了孩子们建立他们的想法，并帮助他们学会比现在大多数成年人更好地思考。

这就是我们的浪漫，这就是我对 “为什么” 这个问题的回答。

谢谢。