理查德·汉明（Richard Hamming）：第22章。计算机学习（CAI）

“你从别人那里学到的东西可以用来遵循；
您自己可以学到的东西可以用来领导。”
-理查德·汉明

它仍然要出版1章...

计算机辅助教学（CAI） -机器学习。 在教育过程中使用计算机。 交互模式的计算机以文本和图形图像的形式提供学生资料，进行作业并验证其完成情况，并允许进行教学实验。

伊斯兰拉苏洛夫翻译

由于许多大学都安装了计算机，迟早会出现有关使用计算机进行培训的问题。 在我们进行现代主张之前，研究有关该主题的先前理论将很有用。

自古希腊时代以来，就有一个关于数学的故事，它告诉统治者存在散步的皇家道路，皇家信使向统治者发送邮件的信息，但是却没有几何方法。 您还知道，如果您想在4分钟内跑一英里，金钱和培训将无济于事。 没有简单的方法可以做到这一点。 这绝对适用于所有人。

历史知道很多人正在寻找简单的方法来学习一些东西。 阿尔道斯·赫x黎（Aldous Huxley）在他的《勇敢的新世界》一书中讨论了在睡眠中学习的想法，即将麦克风放在枕头下并通过枕头弹奏一些东西。 他还揭示了这一过程的严重局限性。

在贝尔电话实验室工作期间，Dianetics兴起了世界，它保证它可以“清除”所有错误，然后您可以完美地推理。 仍然有Dianetics研究所，但是它们的主要问题是，由他们创立的人们似乎并没有在人类生活的任何领域取得成功，更不用说在所有领域都取得成功了。 另一个组织承诺会透露古代人的秘密（也许比我们现在聪明得多）。 在我们周围，有无数关于宣布快速阅读，快速学习技术等方面的公告，每一个都在某种程度上承诺显着改善我们的思想，而无需我们大多数人为获得成功而付出的辛勤努力。 对这些建议的测试表明，还没有一个提议导致大量杰出人才的涌现（事实上，我们目前知道）。 正如费米（Fermi）关于超凡的情报和不明飞行物外星人所说：“他们在哪里，为什么我们没有见到他们？”

因此，整个故事以其易于学习的许多主张雄辩地反对了当前的许诺承诺，但是，这当然并不意味着某些新的trick俩是行不通的。 您应该对每个这样的建议都保持警惕，但是同时出现了新事物，迄今未知的事物和新工具（例如廉价计算机）的出现，这些工具目前已广泛使用，但最近并非如此。 这些工具可能会有所不同。 我经常听到或听到我必须相信，尽管过去的所有承诺显然都失败了，但计算机将彻底改变我们的生活。 当心一厢情愿的诱惑-您希望它是真实的，因此您假设它是真实的！

还有一个重要的因素需要解释-霍桑效应。 很久以前，在霍索恩（Hawthorne）的几家西部电力工厂，几位心理学家试图通过各种环境变化来提高工人的生产率。 他们以有吸引力的颜色涂墙，工人的生产率提高了。 他们使照明更柔和，工人的生产率提高了。 每次更改都有助于提高生产率。 其中一个人有些可疑，将更改恢复到原始状态，生产力再次提高！ 怎么了 原来，当您照顾一个人时，他的回答方式相同。 所有工人都相信所做的改变是有益的，因此做出了相应的反应。

关于学习过程，当您告诉学生您正在使用一种新的培训方法时，他们将提高他们的回应效率，这是由教授来完成的。 新方法可能会更好，也可能不会更好，实际上，它甚至可能比现有的教学方法更糟，但是霍桑效应在教育领域并非微不足道，可能表明它是一种新的，重要的，更好的教学方法。 而且该方法是什么也没关系，如果学生了解该方法是为了自己的利益，那么它肯定会带来改进。

因此，霍桑效应扭曲了大多数教育实验。 让我们回想一下我在第20章中讨论过的有关在医学中进行“双盲”实验的必要性的讨论，因此，当受访者感到特殊的态度和特殊的照护时，情况也是一样。 那些后来评估后果的人也应该不知道谁感到或不感到那种特殊态度。 这样的实验是生活中不可否认的事实，但通常会被忽略。 因此，当涉及到人时，您永远不应该相信粗心进行的实验的结果。 实验人员的信誉，设备的复杂性，数据压缩的程度，尤其是您的信念，不应动摇您。 再一次，进行此类实验时要非常非常小心。

霍桑效应向我们表明，尽管已经做了一些工作，但是正确的教学方法将始终处于实验改变的状态。 重要的是，教授和学生都相信变革。

让我回顾一下计算机使用的历史，以改善学习过程。 1960年，当我在斯坦福大学休假时，一个分级器程序在那里工作。 任何针对学生的编程任务都需要教授提供完整的计算机程序，输入参数的名称，输入参数的值的范围以及可接受的输出值。 当学生认为自己的程序已准备好交付时，他们打电话给老师，确认其身份，然后计算机生成一些有效的输入参数并运行两个程序（教授和学生），然后比较结果。 每个输出参数都标记为True或False。 这样，由于参数是普通数字，教师可以轻松地评估编译时间和程序执行时间，但他并不需要判断程序的执行方式。

这种方法灵活，易于适应变化，并且每年都用于解决某些问题。 该程序应教授的要求提供原始数据，将日记保存在一个封闭的数据库中，而实际估算的定义则由教授摆布。 当然，从该数据库中，教授可以获得平均成绩，成绩差异和组中成绩的分布。

几年后，当我访问斯坦福大学时，我询问了该计划的去向。 事实证明，它不再使用。 你问为什么？ 因为，据我所知，开始使用该程序的第一位教授已去世，对监视系统进行的更改将需要对该程序进行一些更改！ 仔细的观察和民意调查显示，许多校园也出现了类似的情况。 显然，对计算机进行了编程以帮助教授，但很快该程序被遗忘了。

现在让我谈谈我的朋友在伊利诺伊大学开发的PLATO项目。 每当他和我在飞机上飞行了很长时间，每次他告诉我有关他出色的PLATO项目时，我经常在各种会议上见到他。 例如，他曾经告诉我，根据PLATO系统，来自苏格兰，加拿大和肯塔基州的一名学生正在同时学习。 我告诉他，一家普通的电话公司也可以做到这一点，但是他回答我的情况与PLATO的工作水平比人的水平高低无关。 在我的记忆中，他从未提供过任何认真的证据来证明PLATO可以显着改善学习过程-这就是霍桑效应所期望的。

指控之一是使用该系统的学生的教育程度比不使用该系统的学生高10％。 当我问10％的增长率是整个教育体系的典型特征还是仅在特定学科中固有的增长率时，他无法为我回答这个问题！ 他对霍桑效应做了什么？ 没事！ 因此，我不知道联邦预算中花费了数百万美元的目标是否实现。

有一次，当我担任ACM出版物的主编时，“ Programmable Book”一书出现在我的出版物中。 本书会定期向读者提出问题，然后根据答案将读者重定向到本书的其中一页。 原则上，会捕获并解释答案中的错误，然后将正确的答案作为新材料发送给读者。 听起来不错！ 每个学生都按自己的程序工作。 但是，用这种方法看，无法跟踪和搜索该学生几年前已经读过的内容，目前尚不清楚他如何以及在何处到达当前位置。 没有明智的方式来跟踪整个文本。 尽管看起来像这样，但这不是一本书。 在阅读本书时仔细观察学生的另一个可怕事实是，坚强的学生仅仅因为无聊或出于娱乐目的而选择了错误的答案。 因此，他们想找出这本书将其发送到哪里。 基于此，这本书并不总是能够实现原本应该实现的功能。 与弱势学生相比，强势学生不一定在学习上有显着进步！

我不想仅仅根据我自己的意见而拒绝印刷这本书，所以我去了贝尔电话实验室的心理学部门，在那里找到了当地专家。 他说，除其他事项外，计划在下周举行一次有关“可编程书”的大型会议，并建议我参加。 在会议开幕当天，我们挨着坐在一起。 他推了我一下，说：“注意，没有人提供任何具体证据支持该书，他们只是声称编程的文本更好。” 他是对的-他们都只是发表了意见而没有提供任何证据。 我拒绝印刷这本书，回首过去，我认为我做对了。 现在，我们拥有设计用于与“可编程书”相同的功能的计算机磁盘，但是我怀疑磁盘格式具有显着差异，尽管它们可以跟踪您经过的路径。

我们检查了CAI的负面影响。 现在，让我们继续前进。 我毫不怀疑，无聊的算术，例如加法和乘法表，比计算机更好地由老师完成，尤其是在包含一个简单的程序来捕获错误并生成更多示例（例如乘以7）之后。我认为你同意我的观点。 不幸的是，将来我们希望公司和其他大型组织会拒绝这种培训方法（计算机会更好，更便宜地应对这种培训），采用这种方法的决定将完全取决于您。

现在考虑在现代模拟器上训练飞机驾驶员的过程。 与任何生活经验相比，模拟器都显示出良好的效果，并且通常，在训练过程中，飞行员几乎没有训练交互作用的经验。 我指出，逃逸在很大程度上是一种有条件的反射，它是学习过程中内置于人的。 他们并不怎么想，虽然有时是必要的，但是在无法预料的紧急情况下，进行心理和身体训练有助于快速正确地做出反应。

在我看来，这种将条件反射反射注入人体内的训练在计算机上可以很好地进行。 碰巧的是，我从小就从事击剑运动。 没有时间考虑对决，您必须迅速采取反思行动。 实际上，决斗通常是经过精心计划的，但在关键时刻，必须采取行动，不要拖延思考。

1976年，当我第一次进入海军研究生院时，该系系主任在那里工作，他关心教育。 在与教育有关的一些热门话题中，我们的观点是不同的。 有一天，我来到他的办公室，说我教学生举重（他知道那是不对的）。 我告诉学生，只有一个能重250磅的人才能通过课程考试。 我的话让许多学生感到沮丧，他们放弃了，一些人去培训了，只有少数人成功完成了课程。 我继续我的故事。 昨晚，我考虑了很长时间，决定通过简单地将体重分成两半来简化任务-如果学生可以举起125磅，固定体重然后再举起剩余的125磅（总计250磅），则将被视为已完成课程。

我等了一会儿，直到他停止大笑（就像您一样），之后我发现当我找到一个更简单的定理证明并用学生进行学习时，我是否将体重减轻了一半？ 你的答案是什么？ 我们为学生进行学习的过程越容易，减轻一半的体重就越多，这是事实吗？ 不能因此而给学生分配更容易的任务，以便他们更加努力地工作。 人们做出重大贡献的能力的证据使我们得出结论：著名教授是一位糟糕的讲师，学生需要更加努力地学习自己的学科。

我再次建议注意该规则：

从别人那里学到的东西可以用来跟随。
您所学到的东西，可以用来领导。

将身体肌肉与“精神”肌肉进行比较在多大程度上是正确的？ 当然，这两种类型的肌肉并不相同，但是直到什么时候才将它们视为类似物？ 自己考虑这个问题。

在与同一位院长对抗的过程中，我的另一个论点是他认为应该允许学生独立参加他所负责的课程。 对此，我反驳说，学习的速度对组织起着重要的作用-鸡翅鹦鹉，快速掌握材料的学生比缓慢学习材料的学生具有更高的价值。 我们工作的任务之一就是提高培训速度，并为社会突出这类学生。 同样，这是一种观点，但是可以肯定的是，您不会想与非常慢的学生打交道。 当然，学习新事物的速度并不是一切，但在我看来，这是一个重要因素。

评估CAI价值的主要问题是，我们还没有准备好说受过教育的人是什么，以及我们如何达到这种状态（如果我们做到了！）。 我们可以说我们做什么，但是我们应该做什么却不一样。 因此，我只能讲几个笑话。

考虑一下这种说法：好的图形材料在研究基本概念方面提供了重要的帮助。 听起来不错，但让我们谈谈我告诉你的关于我的朋友Kaiser的故事。 他在时间和电压方面研究了滤波器的理论，无法应对自变量-能量。 这里应该指出的是，凯撒是个非常聪明的人，但是他的学历限制了他的学习范围。 我们用教授画的照片更好地实现这个想法，就越能防止学生后来将想法传播到教授没有想到的新领域（也没有由他在照片中提出）。

让我讲一个关于所谓的“培训转移”理论的故事-从一个知识领域的思想到另一个知识领域的思想的应用。 第二次世界大战开始时，我在路易斯维尔工程学院教授了计算机课程。 , , , . , . :



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现在让我们回到我经常在海军研究生院教授的计算机课程，尽管这些想法早在我之前就已经形成了。学生可以通过大量的数学课来记忆自己的道路，很多人都这样做。但是，当我转向分析积分时（我给学生一个函数，并询问其不确定的积分），他们不记得从我教他们的课程开始的道路。他们必须学会认识



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未完待续......

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对了，我们已经推出了另一本书最酷的翻译- «梦机：计算机革命”的历史）

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