Текст книги "Программирование — вторая грамотность"

Автор книги: Андрей Ершов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 2 страниц)

А. П. Ершов
ПРОГРАММИРОВАНИЕ – ВТОРАЯ ГРАМОТНОСТЬ

Решив так назвать свое выступление, я сознаю, что это – метафора, которая многим покажется рискованной. По одну сторону нашего уравнения – экзотическая, хотя уже и весьма массовая профессия, требующая способности и длинного обучения, а по другую – общее достояние, фундаментальнейшее свойство современного человека.

Тем не менее, я постараюсь продемонстрировать поучительность и плодотворность этой метафоры. Не желая ни убивать читателя длинными силлогизмами, ни поражать его фокусами, объясню заранее схему раскрытия основного положения.

Во-первых, нам будет легче сравнивать программирование с грамотностью, если мы вспомним, что грамотность – это историческая категория, имеющая свое предначало, возникновение и развитие. СССР – страна практически сплошной грамотности: уже 10 лет назад грамотные в ней составляли 99,7 % общего числа населения в возрасте от 9 лет и старше. 100 лет назад этот процент был чуть выше 20 %. Еще сейчас на Земле насчитывается порядка 800 млн. неграмотных.

Во-вторых, как в основе грамотности, так и в основе программирования лежит техническое изобретение: печатный станок и ЭВМ соответственно. Если развитие и распространение книгопечатания привело к всеобщей грамотности, то развитие и распространение ЭВМ приведет ко всеобщему умению программировать.

В-третьих, как грамотность, так и программирование являются выражением органической способности человека, т.е. способности, подготовленной организацией его нервной системы и присущей человеку во всех его социальных функциях: в общении друг с другом, в труде, в созерцании природы и в борьбе с ней.

В-четвертых, и это, пожалуй, самое главное: грамотность и программирование не только выстраиваются в параллель, соединяясь мостиками аналогий, но и дополняют друг друга, формируя новое представление о гармонии человеческого ума.

Этот тезис заслуживает того, чтобы, хотя и без подробностей, но быть раскрытым немедленно.

Мы привычно понимаем грамотность, как способность человека воспринять и выразить знание в текстовой форме. С детства мы слышим простые и емкие слова Максима Горького: «Любите книгу, источник знания». Однако остается проблема: как перейти от знания к действию. «Сообразуйте действие со словом, а слово с действием», – говорит один из героев Шекспира. Вот здесь и возникает программирование.

В докнижный период единство слова и дела осуществлялось естественно и постоянно. Накопление опыта и знания было совмещено с прямым и постоянным контактом старшего учителя и младшего ученика.

Конечно, это была не оптимальная схема обучения, т.к. при этом сужалась база для формирования общих понятий и построения теории предмета обучения, но зато и не возникало проблемы перехода от знания к действию, поскольку момент истины ощущался не умственным озарением, а достижением цели. Как мы сказали бы сейчас, обучение было предметным.

Появление книги нанесло сильнейший удар единству слова и дела, отделило процесс накопления знаний от их применения, создало новые формы жажды и знаний и новые ощущения постижения истины.

Во всех языках появились специальные определения для людей, которые в своем стремлении к знанию отдавали предпочтение книге. Во всех этих выражениях, от «книжного ума» до «яйцеголовых», был оттенок пренебрежения, в целом несправедливого, но иногда и заслуженного.

Как сказал Монтень уже в 16 веке: «Ученость чисто книжного происхождения – жалкая ученость!» Действительно, обнаружилось, что книжное накопление знаний требует новых подходов к формированию исполнительных механизмов человека. Это означает, что задача программирования появилась задолго до появления ЭВМ. Появление ЭВМ актуализировало проблему программирования так же, как книгопечатание актуализировало проблему грамотности.

Если вторая проблема привела к появлению Яна Амоса Каменского и его «Великой дидактики» и «Материнской школы», заложивших основы современной школы, то первая проблема – это вызов нашей аудитории, и я горячо надеюсь, что она выдвинет великого учителя, который вооружит поколение, вступающее в 21-й век, видением школы будущего.

Грамотность и способность к действию сами по себе еще ничего не значат. Развитие только одной из них еще не решает проблемы. В этом противопоставлении трудно сказать, от чего мы страдаем больше: от невежества или бездеятельности. Еще Гете предупреждал: «Нет ничего страшнее деятельного невежества», однако наш опыт подсказывает, что оно произрастает только при дефиците активной жизненной позиции образованных и культурных людей. Мы знаем, что грамотность – это не только умение читать, но и воспитание интеллигентного человека.

Похоже, теперь нам нужно потребовать от образования большего. Вот почему я позволю себе закончить введение дополнительным тезисом о том, что вторая грамотность – это не только умение писать команды для машин, но и воспитание человека, решительного и предусмотрительного вместе.

МИР КНИГИ

Вернемся снова к отправной точке раскрытия нашей метафоры, книгопечатанию, более точно, к ее продукту – книге. Я позволю себе сделать небольшую выдержку из энциклопедического словаря, поскольку лаконичность их текстов придает им особую выразительность:

КНИГА, печатное произведение (в старое время также и рукопись) в форме сброшюрованных и переплетенных вместе печатных листов...

В средние века книги переписывались в монастырях монахами и имели, главным образом, религиозный характер. С развитием городов сменившие монахов городские писцы переписывали и светские книги. Настоящий поворот в книжном деле произведен книгопечатанием, изобретенным в середине 15-го века... Отливка шрифтов, изобретение скоропечатающей машины, стереотипы, применение наборной и ротационной машин превратили книгу в могучее средство распространения знаний и подъема культуры

(Малый энциклопедический словарь, Москва: Советская энциклопедия, 1936 г.)

Мне бы хотелось верить, что наше трудное дело создания ЭВМ и их программирования когда-нибудь будет подытожено далеким потомком в столь лапидарных и эпических строчках. Мне довелось прочитать несколько сочинений, посвященных истории книги и развитию грамотности. Это в высшей степени интересная глава в истории нашей цивилизации. Несмотря на то, что становления книгопечатания и вычислительной техники разделены периодом в пять столетий, их сопоставление, особенно если выровнять временные масштабы с учетом разницы скоростей и пропускной способности коммуникационных каналов, обнаружит много сходства и технического, и социального характера. В способах книгопечатания мы найдем смену поколений, основанную на изменениях производственной базы и технологических процессов. Так же, как и в вычислительном деле, мы познакомимся с историей становления больших производящих компаний со всеми типичными компонентами массового производства: неустанная ассимиляция технических новшеств и их переплавка в общепринятые технические стандарты, организация рынка и сбыта, драматические столкновения в сочетании с неотъемлемостью сосуществования большого и малого бизнеса, появление вторичной индустрии исходных материалов и компонент.

С историей технической идет рука об руку история социальная: появляются авторы и издатели, книготорговцы и читатели. Возникает понятие интеллектуальной продукции и вместе с ней новые виды собственности. Информация становится товаром. Особенно интересной и – как ни странно – слабо изученной с позиций современных представлений главой социальной истории книгопечатания является формирование массового пользователя – читателя. Взаимообусловленность развития книгопечатания и необходимой для него всеобщей грамотности, совокупное их влияние на становление и реализацию концепции всеобщего образования, массовый характер всей этой деятельности – вот тема, ждущая своего исследования, вот те процессы, которые нам предстоит пережить в связи с внедрением ЭВМ во все сферы человеческой деятельности.

Приведем лишь некоторые данные, которые характеризуют темп, размах и взаимообусловленность развития книгопечатания и грамотности.

Появление первых изданий изобретателя печатного станка Иоганна Гутенберга датируется 1445 годом (латинская грамматика «О восьми частях речи» Элия Доната и знаменитая «42-строчная» Библия). Еще не истек XV век, а в уже мире работало свыше тысячи типографий, выпустивших около 10 млн. экземпляров книг, почти мгновенно превысив наличный фонд рукописных книг. В 1962 г. во всем мире было напечатано 10 млрд. книг. Характерным является то, что не видно никаких реальных признаков насыщения книжного рынка.

Данные 1962 г. говорят, что каждый житель Земли приобрел в среднем две книги. Средняя семья в СССР покупает в год около 30 книг и готова покупать больше. Простая экстраполяция этих цифр дает оценку потенциального книжного потребления для нынешнего населения в 40 млрд. книг в год.

Есть, как мне кажется, глубокие аналогии между книгой и ЭВМ как продуктом и их общие отличия от остальных изделий. Все остальные изделия носят специализированный характер, рассчитаны на некоторую функцию. Отношение объема производства такого продукта к числу потребителей выражается малой константой. С книгами и ЭВМ дело обстоит по другому. И книги, и вычислительные машины являются носителями информационной модели внешнего мира во всем его разнообразии и изменчивости. Здесь не приходится рассчитывать на то, что пытливость и любознательность человека найдут свой предел.

Я позволю себе еще раз коснуться опыта СССР, чтобы показать взаимозависимость между грамотностью и книгопечатанием за последнее столетие (данные по изданиям «Советской энциклопедии»).

Если мы поверим в справедливость наших аналогий, то тогда анализ этой таблицы даст нам некоторое представление о размахе и объеме работы, которую надо предпринять для подготовки встречи мира ЭВМ с миром людей.

МИР ЭВМ

Средства массовой информации, научно-популярные издания и рекламные проспекты, несмотря на короткий век ЭВМ, уже создали у нас некоторое клише, привычное видение вычислительной машины. Его атрибуты – экран и клавиатура дисплея, бобины магнитных лент, кружево перфоленты, полотно длинных выдач с АЦПУ, мигающие огоньки инженерного пульта, угловатые шкафы, забитые электронными деталями. На техническом языке все это объединяется одним термином: установка (main frame). Если, однако, думать о месте ЭВМ в мире человека на основе этого представления, это будет не только поверхностно, но и ошибочно. Машина будущего – это не только и не столько гигантский электронный мозг, заполняющий охраняемое здание планирующего центра, промышленной дирекции, банка или командного пункта, а прежде всего, крошечный срез кристалла кремния в миниатюрной рамке, опутанной паутиной тончайших проводов, вставленный в укромное место практически любого промышленного изделия.

Естественно, вы поняли, что речь идет о микропроцессорах, которые, хотя и появились всего чуть больше десяти лет тому назад, но уже производятся десятками миллионов штук в год. Первое наиболее очевидное их применение – выпуск разнообразных карманных калькуляторов. Но это только надводная часть айсберга. Появление и развитие микропроцессоров, по моему глубокому убеждению, самое революционное техническое новшество ХХ века. Вот некоторые аспекты и последствия, которые в наибольшей степени соответствуют линии нашего анализа.

* Информационно-вычислительная мощность с показателями: по скорости – 100 тыс. операций в секунду, по емкости оперативной памяти – 5 тыс. чисел (слов) и по емкости внешней памяти в число знаков, образующих книгу средней величины, помещается в объем величиной со спичечный коробок, стоит примерно один человеко-день труда и может производиться практически в неограниченных количествах.

* Микропроцессор, сопряженный с промышленным изделием – потребительским товаром или средством производства, – придает ему совершенно новые качества и сильно влияет на характер взаимодействия человека с изделием.

* Не менее сильно включение микропроцессора в схему изделия влияет на способ его проектирования, во время которого должны быть найдены, осмыслены и реализованы отмеченные выше новые качества изделия.

Время не позволяет мне раскрывать подробно эти положения, хотя, возможно, это и была бы наиболее увлекательная часть моего выступления. Специальная литература полна анализом новых проблем, лавиной обрушивающихся на специалистов по организации производства, проектантов рабочих мест, инженерных психологов, конструкторов, собственно говоря, всех инженерно-технических работников.

Тысячи профессий меняют свое лицо. Миллионы людей – операторов производства, наладчиков, машинисток, банковских служащих, продавцов-контролеров, библиотекарей, монтажников, секретарей, сборщиков на конвейере – садятся за полностью переоборудованные рабочие места, на которых ЭВМ становится их партнером и собеседником. И если даже этот партнер дружествен и надежен, у работника должна произойти глубокая психологическая и квалификационная перестройка для того, чтобы сохранить свою целостность и достоинство в этой новой обстановке. Мы уже сейчас говорим о миллионах людей, вовлеченных в этот процесс (в одной Западной Европе число терминалов ЭВМ и линий передачи данных приближается к миллиону), а через пару поколений это коснется практически каждого человека, вовлеченного в общественное производство.

На пути этого экспоненциального развития, подстегиваемого самыми разнообразными факторами, возникает, однако, одно принципиальное препятствие. В настоящее время способность человека к передаче знаний машине безнадежно отстает от способности создать эту машину. Если затраты общественного труда на создание микропроцессора исчисляются в человеко-часах, то затраты на создание программного обеспечения до сих пор выражаются в человеко-месяцах, даже с учетом тиражирования программ. Логистическая кривая Барри Боэма, показывающая динамику соотношения затрат на оборудование и программы при проектировании системы обработки информации, стала благодаря бесчисленным повторениям настолько привычной, что уже не вызывает никакого беспокойства. Конечно, специалисты по программированию трудятся вовсю, чтобы сделать труд программиста более производительным. Однако даже если мы примем гипотезу десятикратного увеличения производительности труда при производстве программ, элементарные расчеты показывают, что для того чтобы через двадцать лет запрограммировать все производимые микропроцессоры, нам надо будет посадить за программирование все взрослое население земного шара.

К сожалению, в настоящее время значительная часть перегруженных заботами организаторов промышленности отмахнется от подобных расчетов как от еще одного парадокса, к которым в нашем сложном мире не привыкать. До сих пор сохранилось еще немало самоуверенных руководителей, привыкших к тому, что спрос порождает предложение и на хорошие деньги профессионалы всегда найдутся. И опять параллели с грамотностью помогут нам в разрешении этого парадокса. Артур Кларк, уже побывавший силой своего предвидения в XXI веке, сказал:

В будущем всякий человек, полностью несведущий в естественных науках, окажется, честно говоря, необразованным. И если он будет, как делают это сейчас некоторые, кичиться своей неосведомленностью, он окажется точно в таком положении, как неграмотные средневековые бароны, гордо заявлявшие, что счетом и письмом у них занимаются секретари...

Средневековые бароны и их потомки ушли в небытие, считать и писать научился каждый, а у секретарей появились новые хозяева и новые обязанности.

То же должно произойти и с программированием: руководители, не имеющие представления об ЭВМ и программировании, уйдут в небытие, профессиональные программисты станут системными аналитиками и системными программистами, а программировать сумеет каждый, что я и называю второй грамотностью.

Таким образом, мы переходим от мира машин к миру программ.

МИР ПРОГРАММ

Герой Мольера, месье Журдэн, был в высшей степени удивлен, когда узнал, что всю жизнь говорил прозой, не подозревая этого. Благодаря появлению ЭВМ и вызванному этим появлением возникновению вычислительной науки, или информатики, человечество оказывается в положении месье Журдэна, с удивлением обнаруживая, что оно живет в мире программ и что продуктивность информационных моделей внешнего мира придает новый смысл библейскому высказыванию «Вначале было слово».

Да, мы живем в мире программ, и сами постоянно программируем, не сознавая этого.

Можно спорить о том, что является самым выдающимся открытием ХХ века. Но если взять первую пятерку, даже первую тройку открытий, то, думаю, можно будет уговорить каждого, что в этот узкий круг входит открытие того, что развитие организма есть выполнение генетической программы, записанной в его генном наборе. Не имея возможности говорить об этом подробно, хотел бы только заметить, что использование программистских терминов является не метафорой, а выражает суть внутриклеточных процессов роста и развития, по отношению к которым молекулярные структуры и химические процессы являются своего рода элементной базой и способом реализации микрокоманд.

Программами буквально напичкан наш организм. Все без исключения физиологические процессы – это огромная, тщательно отлаженная и сложно устроенная библиотека программ, в которой анализ структуры программ (программисты сказали бы «граф вызовов») и информационных связей позволяет делать далеко идущие выводы и прогнозы о поведении организма.

Практически вся область производственных отношений, особенно непосредственно в производственном процессе, – это работа по программам. Устойчивый производственный процесс всегда внутренне формализован, его эффективность зависит от степени отлаженности программ, выполняемых людьми. Даже если процесс стохастичен (например, охота или вождение автомашины), случайность и непредсказуемость сказывается лишь на выстраивании цепочки ситуаций, но не на реакциях на эти ситуации, которые осуществляются по программе, почти всегда выполняемой в автоматическом режиме.

Даже обучение, то есть приобретение знаний или, скорее, способности что-то сделать, – это программирование. Лет десять назад профессор Массачусетского технологического института Сеймур Пейперт, один из первых психологов и педагогов, взявший на вооружение концепции программирования, в серии своих работ убедительно показал, что ребенок научается что-то делать только после того, как он поймет, как это делается. Только после выработки такого понимания повторная тренировка достигает успеха. Заметим, что это касается не только программ, представляющих собой цепочки логических реакций на заранее известные стимулы, но и программ реального поведения, включая всяческую моторику (спорт, музыка, игры и т.п.).

Повседневная жизнь человека, особенно городская, – это деятельность по программам. Каждый человек, придерживающийся режима, с гордостью почувствует себя программистом, если вспомнит свои заполненные до предела утренние процедуры, начиная от звонка будильника и кончая началом работы. Поразмышляйте над процедурой уборки в квартире, и вы увидите, что разработка этой программы сделает честь любому профессиональному программисту – составителю пакетов прикладных программ.

Мы жалуемся на социальные болезни века, в частности абсентеизм, пассивность, ратуем за формирование активной жизненной позиции. Что это такое? Попросту говоря, это способность выработать программу действия и следовать ей.

Таким образом, мир программ – это далеко не только начинка памяти ЭВМ. Это прежде всего огромный запас операционного знания, накопленный человечеством и теперь лишь актуализируемый вычислительными машинами, роботам, автоматическим устройствам. Еще более огромный запас программ хранится в генофонде всего живого: его расшифровка и использование в значительной степени составляют предмет биологии и ее новых разделов, включая генную инженерию. Психология развития и теория поведения тоже в значительной степени формируют новые представления, сближающиеся с понятиями программирования.

Но если это так, то мы естественно приходим к проблеме фундаментализации программирования, выделению в нем некоторых «натуральных» сущностей, позволяющих сблизить мир машин и мир живого, программы природы и программы, составленные человеком. Если же мы хотим сделать эти натуральные сущности осознанным достоянием человека, то у нас нет иного пути, как отразить их в структуре и содержании всеобщего образования.

Хотелось бы подчеркнуть, что речь идет не о том, чтобы навязать детям новые, несвойственные им навыки и знания, а о том, чтобы проявить и сформулировать те стороны мышления и поведения, которые реально существуют, но формируются стихийно, неосознанно.

Рассмотрим, каковы же предпосылки и препятствия к осуществлению этого плана?