我用120天的烧脑为孩子设计一套教具,这是美国儿童计算机教材的精髓

因为我是理工男,所以早在3年前就开始自己在家教憨憨编程和机器人。以前我教的方法很简单,编程的话直接给娃一个现成的程序指南,憨憨直接跟着指南一步一步地拖动代码框就好。而机器人就更简单了,我扔给儿子一张拼搭图纸,每一步都写得很详细,他直接跟着图纸就能把机器人撘出来,都不用我操心的。

确实这样很省事,但是这种省心是有代价的,有一次儿子不小心把他的机器人摔碎了一角,然后忍不住地伤心垂泪,我就劝他修修就好。可是没有了图纸的帮助,别看就几根轴、梁的积木,小家伙修了半天也没能修好。那一次我才发现,原来“照图纸玩”跟“会玩”完全是两回事!

打那起,我开始意识到,无论是编程还是机器人,都不是“按图索骥”那么简单,孩子得从基础学起,更得学会思考。

后来憨憨上小学后,学校也开展了编程和机器人的课程,统称为Computer Science(计算机科学),她们将课程划分为两个阶段,第一阶段是K-2年级,学的是编程思维和计算机组织结构,而到了第二阶段3-5年级才开始学Scratch和机器人。

下面这张图就是第一阶段的课程安排,这个系列课程的主题是讲的计算机组织结构。

学习计算机组织结构无论对于编程还是机器人来说都是基础中的基础。

比如玩机器人,各种传感器和马达,有的属于输入模块,有的属于输出模块,孩子首先得学会区分;

比如编程,电脑是基于二进制来工作的,无论是软件还是硬件,二进制是最基本的工作机制,孩子这也得了解。

而上面这些都属于计算机组织结构的内容。这就是为什么美国学校会在教孩子编程和机器人之前,花6个课时专门讲解计算机组织结构的原因。

我们所在的旧金山湾区的学校用的教材是Hello Ruby系列,这套书目前一共有3本,分别是编程思维、计算机组织结构和互联网。

这套书很神奇,它的作者叫做Linda Liukas,是一位女程序员。2014年的时候,Linda发现一个问题:虽然计算机越做越小,越做越方便,但是不懂计算机的人,对计算机编程这些却越来越陌生。很多小孩子虽然计算机玩得很溜,但是对计算机的设计却一无所知。因此她觉得,一定要写一本给孩子编程入门的书。

但是苦于没有资金出版,于是Linda在Kickstarter上发起了这本书的众筹,结果没想到这个idea大受欢迎,大家纷纷参与众筹,最终竟然募集到38W美元,这也在Kickstarter上创下了童书众筹的新纪录。

后来很多学校都采用Hello Ruby这个系列的书作为计算机课的教材,除了我们这边旧金山的学区之外,纽约不少小学也在用这本书作为教材。

去年我曾经给大家推荐过这个系列的第一本《Hello Ruby:编程大冒险》,深受孩子们的欢迎。今年6月份的时候,出版社告诉我这个系列的第二本《Hello Ruby:儿童电脑漫游记》也翻译好准备发行。那时候我正好带憨憨在国内,于是特地到北京和出版社的编辑见了面,帮她们把书的翻译质量把把关,顺便讨论一下发行的工作。

毕竟自己孩子曾经用过这套书,所以我对Hello Ruby实在太了解了。在美国,教儿童学计算机的童书那么多,为什么偏偏就Hello Ruby被选为教材呢?其实是有原因的。

每本书都对应于计算机的一个主题,比如去年引进的《编程大冒险》对应的是编程思维引导,而今年引进的《儿童电脑漫游记》对应的是计算机组织结构的介绍。

每本书的知识点分得特别细致,而且书后还有相应的知识点提炼和习题。

因此这两点就决定了Hello Ruby特别适合用作教材。

但是中国和美国也有一些不一样,Hello Ruby在美国学校里是会由老师来引导教学的,而在国内因为没有老师引导,如果单纯是靠孩子自主阅读的话,根本无法把握这套书的精髓。

于是我跟出版社建议先别急着出版,我们做一套配套的教具来帮助父母来引导孩子更好地理解书里面的内容。

虽然说起来很容易,但是做教具真不是一件容易的事情,姑且不论设计的难度如何,我们的设计方案还得得到作者Linda的授权,她对内容和质量认可才行。

就这样从6月份开始讨论做教具,到10月份教具完工,这中间经历了十几个版本的反复修改,请作者审核拿授权,这样一拖就拖了4个月!

下面我将分别介绍一下这套《Hello Ruby儿童电脑漫游记》里的书和桌游。

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Hello Ruby儿童电脑漫游记

Hello Ruby这个系列目前一共有3本,分别是《Adventures in Coding》、《Journey Inside the Computer》和《Expedition to the Internet》,分别介绍了编程思维、计算机组织结构和互联网。其中第一本已经在去年推出,而第二本就是这次推出的《儿童电脑漫游记》。

很多人理解学计算机就是学编程,其实不是这样,要学好计算机,得首先了解计算机的组织结构,知道每个配件的功能后,你才能编程控制它们,你也才能发挥计算机每个部件最大的功效。这就是这本书要向孩子传达的内容。

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故事性的引入

我最喜欢Hello Ruby的地方在于,她都是采用一个故事性的方式来讲述计算机知识,《儿童电脑漫游记》这本也不例外。

这本书是以一个计算机肚子里的冒险来讲计算机的组织结构原理。有一个叫做Ruby的小女孩,有一天打开了爸爸的电脑,输入开机密码却发现电脑毫无反应。她的新朋友鼠标告诉她,光标不见了,所以电脑无法正常工作。

于是,为了寻找失踪的光标,她和鼠标一起钻到了电脑的肚子里,展开了一段在电脑世界中的奇妙冒险。

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情节化的讲解

我上大学关于电脑的第一堂课就是认识计算机组织结构,最早看到这书的时候,我的脑海里瞬间浮现出CPU、GPU、软件、硬件、内存、二进制、比特、与非门等概念。说实话,当时对这些概念可没什么好感,太枯燥了,光是区分CPU/GPU、RAM/ROM就折腾了好久,别看就一个字母的差异,但是概念却相差十万八千里。

但是这本书就完全不同,利用Ruby在计算机肚子里的历险记,会带着孩子认识计算机肚子里的各种配件,还有精心设计的插图,让孩子在故事中去理解一个个抽象的知识点。

1. 首先来看比特(bit)

在Ruby的电脑冒险中,她进入电脑内部之后第一个碰上的就是这些家伙。比特是计算机中表达信息量的最小单位,也就是二进制中的位,由0和1组成。在书中,Ruby将看到满屏闪闪发光的比特,于是鼠标就告诉她:电脑里的所有东西都建立在他们之上的。

这时Ruby想通过比特来找光标,但是鼠标说:“比特不会帮任何忙,他们只会说“0”和“1”,如果想让他们说得更多一些,至少需要八个伙伴一起工作。”这样的描述就把比特概念中二进制的位概念以及8bit为一个字节的概念解释出来了。

2. 再看一个比较常见的词 - CPU

CPU是中央处理器,用来解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。它的工作过程是提取、解码、执行和写回。在这本书里面我们会通过故事中的对话了解到CPU是“老大”,非常的忙,他指挥其他人做事。

插图设计的也很有意思,因为CPU是一块超大规模的集成电路,所以书里的CPU就是一块绿色电路板的样子。他手握着大喇叭,在大声的说着各种命令。

还专门有一张示意图,来展示它如何工作。在这张插图里,他像个老师一样,指挥着底下花花绿绿的晶体二极管、三极管、放大器、电阻等一系列的零部件,让他们有条不紊地工作。

3. 总结

就是通过这种故事性的方式,这本书将计算机的各个组成部分都挨个介绍了一遍。孩子很好理解,学起来也不累。顺便感慨一下,现在的孩子真比我们那个时候幸福太多!

下面这张图罗列的就是这本书讲解的电脑配件,每个配件都做拟人化的处理,她们都是Ruby这位女主角的朋友。

(书里面的知识点)

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系统的配套练习

故事中涉及的每个知识点都在书后有对应的练习。推出练习的原因是,前文的故事部分只是为了引出某个知识点,吸引孩子的探索兴趣,但是后文的练习才是真正具体介绍知识点的内容。

增加这个练习部分有两个好处:

一方面是对知识点做提炼,免得父母不知道如何引导;

另一方面也是加深孩子对知识点的理解。

1. 比特相关的练习

比如跟比特有关的练习题中,题目会基于前面的故事做引申。她会告诉孩子比特是一个单位,还附有比特和字节(Byte)以及KB、MB、GB的大小换算。

然后题目给出了4个文件,要求把文件和对应的大小配对。在这个题目中,孩子能感受到比特作为信息量最小单位的意义。

2. 输入/输出相关练习

再看一个例子,这回讲述的是输入/输出设备的相关练习。前面的故事中虽然讲了键盘、鼠标、显示器等电脑配件,但是这里却做了引申,告诉孩子们哪些设备属于输入,哪些设备属于输出。

在练习开始会用敲击键盘后屏幕显示来解释输入和输出,并对电脑主要的四个部分作说明:输入设备、处理器、输出设备和存储器。

接着会用一张做蛋糕的图,把整个过程具体展示出来,方便理解。

然后才是各个练习题,比如输入、输出设备的辨别。

3. 总结

这本书一共提供了25个练习,将计算机组织结构的各个基本知识点都给孩子捋了一遍,这样父母引导孩子学习的时候就更有针对性了!

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我们研发的配套桌游

这套桌游是我和小伙伴们一起设计的。刚开始设计这套桌游的时候,我们把整本书反反复复读了好几遍,将这本书最精髓的部分提炼出来,其实整本书的核心讲的就是计算机的组织结构和计算机基础原理。那么我们设计桌游的时候就得将这两大块最基本的知识点融入进去,同时再加入游戏化的特色。

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电脑组件的采集

书里面最重要的一大块知识点是认识电脑是由什么配件组成的。于是我们的桌游方案首先从这块知识点入手。

能不能采用收集配件组装成电脑的方式呢,比赛谁最快收集到所有的配件谁就赢?

这是我们最早想到的方案。后来进一步想,不如采用大富翁的游戏形式,每一个格子都是一个IT公司,每个公司都可以提供一种电脑配件,当玩家走到每个公司的时候就可以购买电脑配件了!

这样做的好处是,一方面认识到每个科技公司可以采购相应的计算机软硬件,另一方面也能通过这样的买卖方式锻炼孩子的财商。

下面这张图就是我们设计的大富翁类型的棋盘。

然后还设计了游戏中的钞票,用来购买这些IT公司所提供的配件,顺便还可以买卖公司。

我们还做了一个模拟的小电脑托盘,收集到的配件都可以放在这个托盘里。托盘里的配件收集全了就表示游戏胜利。

这样游戏的玩法就很简单了:

1. 每个玩家一个棋子,当棋子走到一个没有CEO的IT公司的格子时,可以选择投资这家公司变成这家公司CEO,那么别的玩家再过来的时候就得给你付费。

2. 此外,每个IT公司都能提供一种或多种电脑配件,每个玩家走到这个IT公司对应的格子时,都可以选择是否在这里购买以收集配件组装电脑。

因此,游戏胜利的方法有两种:

要么孩子首先收集全电脑配件组装成一台电脑,则该玩家获得胜利。

或者说别的玩家纷纷破产,最后只剩你一个,剩者为王。

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趣味性的加强

好了,计算机组织结构这个知识点通过棋盘的形式解决了,可是趣味性该怎么办呢?于是我们又加入了命运卡的方式,让孩子抽取卡牌来决定命运。而且在设计命运卡的时候,我还参考了硅谷一些特色的地方,比如引入乔布斯、比尔盖茨、扎克伯格等等元素。

于是就诞生了下面的命运卡。

这样的好处是,不仅给游戏增加了不确定性和趣味性,还将孩子的认知与时代接轨,从小就提高孩子的眼界和见识,将来说不定您的孩子也能成为像比尔盖茨这样伟大的人才呢!

棋盘里还会增加一些特殊的格子,会触发一些计算机里特定的事件,比如下面这种“电脑中毒送修理所,暂停行走一次”,也是为了增加桌游的游戏性和不确定性。

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计算机基础原理

书里面还有很多计算机基础原理的知识点,这部分如何融入到游戏中呢?

我们想了一个办法,在桌游中提供一种卡片,叫做机会卡,每张机会卡都对应书里面的一种类型的题目。当孩子走到棋盘的指定位置时,他们就得抽一张机会牌来答题,而机会牌上的题目都是和书中的知识点紧密相关的,如果不知道答案的话,就需要将书中的知识点仔细再学习一遍了!

比如下面这种题目给元素分类,区分软硬件。

这部分题目是利用计算机芯片做数独。

还有学习计算机里面的逻辑关系 - 与非门。

上面提到的所有题目都在书中有具体的讲解,这种方式的好处是,我们帮父母将这本书的精华部分都抽取出来,做成题卡的形式,孩子在玩桌游的过程中就可以温故而知新,他们也能最大程度地发挥这本书的价值。

此外,我们在整理这套题目做机会卡的时候,并不是局限在书中原有的一些题目,而是基于书里面的知识点将题目做了很大的扩充。

比如书后的练习有一道是教孩子认识二进制的。

书里面关于二进制的题目就上面这么一道,但是二进制是计算机里面一个非常重要的知识点,于是我们在机会牌里对这个知识点进行了扩充。

我们用一个破案的形式,说黑客入侵,留下一串二维码,孩子就需要搜索二进制编码找出黑客的姓名来。

所以,我们设计的题卡不是简单地将书里面的题目进行copy,而是将我们十几年来对于计算机的理解融入了进去,把题目进行扩充和升级。这样孩子对于知识点的掌握也就更加牢固了!

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团购情况

这就是我们最后呈现的书 +桌游的游戏形式。一共有6种配件:4张电脑托盘纸一张棋盘、一张说明书、五种卡牌、现金钞票和一颗骰子。

适合年龄:4-10岁儿童。

团购价格:定价168元,团购价102元

《Hello Ruby:电脑漫游记》(书 + 桌游)+ 《Hello Ruby:编程大冒险》(书),团购价127元。只不过那本书现在没有配套桌游了。

团购时间:北京时间10月11日上午8点~10月14日晚12点。

下单后3日内从武汉发出(周末不发货),申通快递,内地包邮,港澳台顺丰到付。

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