教育编程语言（转）
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主要是介紹了一些適合于教育的編程語言，分別適合于不同的個人需求。
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詳細內(nèi)容如下：
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許多教育性質(zhì)的程序設計語言都提供建議的學習順序，即是學習一組編程語言的順序，每種語言都建立在其他語言的基礎上，使得學生能夠完成從簡單又易于理解的娛樂性編程環(huán)境到專業(yè)開發(fā)環(huán)境的轉(zhuǎn)變。
下面是一些著名的程序設計語言。
基于Smalltalk／Squeak
作為“OLPC（One Laptop per Child，每個孩子都有一臺電腦）”項目的一部分，Smalltalk提出一個建議的語言學習順序，其中的每種語言都被設計成下一種的入門和基礎。這個 順序是：Scrath->Etoys->Squeak->任意Smalltalk。在學習的過程中，每一種語言都提供了圖形化的編程環(huán) 境，不僅是用于教會孩子們一些編程的概念，而且是包含物理和數(shù)學知識的模擬及講述故事的一些練習。Smalltakl和Squeak作為全功能的應用程序 開發(fā)語言，在過去的數(shù)十年中已經(jīng)變得十分有名了，而Scratch是孩子們學習的工具。
Scratch是一種基于Squeak、并由Squeak實現(xiàn)的可視化程序設計語言。通過讓孩子們創(chuàng)建游戲，視頻和音樂，達到教會孩子們一些編程概 念的目的。在Scratch中，所有的互動物體，圖形和聲音都能夠很輕松的導入到新的程序，通過新的方式將其組合，通過這種方法，初學者能夠很快的看到結(jié) 果，并且有興趣深入學習下去。在Scratch社區(qū)中，已經(jīng)開發(fā)和上傳了超過100，000個工程項目。Scratch是由MIT多媒體實驗室開發(fā)的。
Etoys的創(chuàng)意來源計算機屏幕上那些可編程的實體。Etoys提供一個簡單高效的腳本對象模型，和一個用戶媒體豐富的創(chuàng)作環(huán)境，涵蓋了2D和3D 圖形，圖片，文本，粒子，演示文檔，網(wǎng)頁，視頻，聲音和MIDI音樂，能夠與其他Etoys用戶實時共享桌面，通過互聯(lián)網(wǎng)進行身臨其境的指導。Etoys 是多語言的，已經(jīng)在美國，歐洲，南美，日本，韓國，尼泊爾等地取得了成功。這個項目是針對9至12歲的兒童的。
Squeak是一個現(xiàn)代的，開源的，功能齊全的Smalltalk程序設計語言和執(zhí)行環(huán)境。Smalltalk是一個面向?qū)ο?#xff0c;擁有動態(tài)類型和反射 特性的程序設計語言，用來支持“人機共棲”這個“新的世界”的計算典范。像Lisp一樣，它有影像式持久性（image-based persistence），所以通過語言本身能對所以任何事物進行修改（參見Smalltalk＃反射）。Smalltalk在面向?qū)ο缶幊毯蚃IT及時 編譯等方面給行業(yè)帶來了深遠的影響。Squeak是在廣泛開發(fā)項目中使用的工具，包括多媒體應用，教育平臺和商業(yè)網(wǎng)絡應用程序等。Squeak被設計為高 度可移植的，調(diào)試，分析和維護亦是如此，這是因為Squeak的虛擬機完全用Smalltalk編寫的，Squeak的主頁維護著免費的教程列 表，Stéphane Ducasse則維持著大量Smalltalk和Squeak相關的在線書籍。現(xiàn)如今使用最廣泛的，采納了許多Smalltalk的設想的語言是 Objective-C。
基于Java
Sun公司推薦的學習順序是：Greenfoot->BlueJ->Netbeans/BlueJ->Netbeans/Java。
Greenfoot是一個交互式Java開發(fā)環(huán)境，主要目的是用于教育。它可以很容易的開發(fā)2D圖形應用程序，例如一些模擬和互動游戲。主要是針對于高中和大學早期階段的編程學習（Java的面向?qū)ο缶幊?#xff09;。
BlueJ是一個完整的Java環(huán)境，是特別為課程導入教學，一年級的大學生設計的。BlueJ消除了一些復雜的Java語法，難以理解的輸入輸出 （I/O），并且可視化的表示出了類/對象之間的關系。BlueJ編程環(huán)境是關于教授初學者面向?qū)ο蟾拍畹拇髮W研究項目（The Blue System）的一部分。BlueJ目的是為一年級的大學生提供一個易于使用、便于教學的Java環(huán)境，特別強調(diào)了可視化與互動技術，旨在創(chuàng)造出一個高度 互動的環(huán)境，鼓勵試驗和探索。
NetBeans/BlueJ是一個集成開發(fā)環(huán)境，旨在幫助學生從BlueJ的IDE過渡到更專業(yè)的NetBeans IDE。Sun提供了針對高中教學和使用Java/BlueJ免費課程。
NetBeans/Java是一個專業(yè)的開發(fā)平臺。NetBeans既是一個網(wǎng)絡應用程序開發(fā)平臺，同時也是使用NetBeans平臺的IDE(集 成開發(fā)環(huán)境)。NetBeans Platform是能夠簡化桌面應用程序開發(fā)的可復用性框架，提供了開發(fā)桌面應用程序所需的共通服務，使得開發(fā)者能夠把重點放在實現(xiàn)應用程序的業(yè)務邏輯 上。NetBeans IDE是完全使用Java編寫，基于NetBeans Platform的集成開發(fā)環(huán)境。NetBeans IDE與眾不同的支持所有類型的Java應用程序開發(fā)（Java SE，Web，EJB和移動應用程序）。其他的特性還包括使用基于Ant的工程系統(tǒng)，版本控制和重構(gòu)。
基于Lisp
Lisp是現(xiàn)如今使用的計算機語言家族中第二古老的語言，因此擁有大量的方言以及廣泛的實現(xiàn)。Lisp最初是作為計算機程序的實用數(shù)學記法而創(chuàng)立 的，基于λ演算，這使得它特別適合于理論計算的教學。作為最早的程序設計語言之一，Lisp開創(chuàng)了許多計算機科學概念的先河，包括樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、自動存儲 管理、動態(tài)類型、面向?qū)ο缶幊獭⒆宰銏?zhí)行的編譯器（self-hosting compiler）。這些概念對于學習計算機科學而言是十分有幫助的。
LISP語言的名字來源于“LIST Processing language（列表處理語言）”。 鏈表是Lisp中最主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，Lisp本身代碼就是由鏈表構(gòu)成的。因此，Lisp程序能夠?qū)⒃创a當作某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進行操作，這就允許程序員 創(chuàng)建新的語法，甚至是能夠把新的特定領域的語言嵌入到Lisp。所以Lisp對于學習語言的設計，創(chuàng)建自定義語言是相當有用的。
合理的學習順序是：Logo->Scheme/newLisp(教育版變體)->Common Lisp（職業(yè)版變體）
Logo是特別為孩子們設計的入門程序設計語言。學習Logo的第一步是認識“turtle graphics”（龜狀圖形，最早可以追溯到1969年，proto-Lisp中的“turtle robots”）。在現(xiàn)代的Lisp實現(xiàn)中，有一個叫“turtle”的抽象繪圖設備，專門用來繪制龜狀圖形，是為了吸引孩子們進行編程。Seymour Papert，Logo語言的發(fā)明者，是構(gòu)造論的支持者，構(gòu)造論是多種構(gòu)成主義的學習理論。Papert認為像寫作之類的活動，會在早期接受計算文化過程 中自然而然的學會。所以Logo設計的初衷不僅僅是為了教會孩子們編程和計算文化中的一些概念，而是為了增強孩子們對日益以科技為主導的文化的適應。“比 開始較早進行智力教育更為重要的是，這能夠使孩子們避免學習中形成的長期依賴，即學習的東西都是由所謂權威的人提出的…而這樣的小孩無法給自己準確的定 位，或者讓社會覺得他們是在智力上是無助的”。通過在3歲左右的孩子進行實驗，對他們30年的跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)都取得了教育上的成功。Logo實際上 是一個Lisp的線性版本，對于高年級的學生而言，Logo能夠用來解釋計算機甚至是人工智能中的一些概念。Brian Harvey寫過一系列的文章“Computer Science Logo Style”，對那些通過Logo學習計算機科學的學生而言是很有幫助的。Logo目前已廣泛應用于各種平臺，同時提供了免費版和商業(yè)版。
Scheme最初是在1975年出于教學目的而設計的語言（參加[9] LISPs of the day used non-recursivecontrol structures to implement lambda calculus以非遞歸的控制結(jié)構(gòu)實施λ演算），這主要是因為Lisp仍然在硬件實現(xiàn)具有高效率。Guy L.Steele,Jr和Gerald Jay Sussman創(chuàng)造出了Scheme，通過使用簡潔高效的Lisp過程調(diào)用，使得Scheme成為最快的解釋型語言之一。從語言教學上來講，可以通過以 domain-specific languages（DSL,特定領域語言）和MetacircularEvaluator(元循環(huán)計算）的方式來進行。1984年出版的 《Structure and Interpretation of Computer Programs》（《計算機程序的構(gòu)造和解釋》）將這種教育理念納入了經(jīng)典的教學課本中，從而改變了Pascal在大學程序設計語言中的優(yōu)勢地位。
“Abelson和Sussman在1984年出版的《Structure and Interpretation of Computer Programs》（SICP），給上世紀八十年代的計算機課程設計帶來了徹底性的改變。更為重要的是，SICP打破了語法入門課程的壟斷，不再是將課程 的組織僅僅圍繞某個當前流行的程序設計語言的語法，而是將學習計算科學的重點放在了：functional abstraction(函數(shù)抽象), data abstraction（數(shù)據(jù)抽象）, streams（流）, data-directed programming（數(shù)據(jù)導向編程）, implementation of message-passingobjects（消息傳遞對象的實現(xiàn)）, interpreters（解釋器）, compilers（編譯器）, and register machines（寄存器機器）。”
短時間內(nèi)，美國以及世界各地的很多大學把第一門計算機科學課程改成了SICP和Scheme。而SICP也成了MIT Press最為暢銷的圖書之一。和SCIP一起，Scheme也廣泛應用，不僅僅是印第安納大學，MIT，耶魯大學的開設的少數(shù)課程，而是成為世界性入門 語言的選擇。
自那以后，Scheme社區(qū)為低年級課程提供了一些定制的教育編程環(huán)境。其中有PLT Scheme和DrScheme環(huán)境，還提供了免費的教師培訓教材：How to Design Programs 和TeachScheme!。
- newLISP旨在提供一個磁盤占用和系統(tǒng)資源使用少的，快速的，強大的，跨平臺的，全功能腳本版的Lisp程序設計語言。因為它的簡單，一致，線性的特點，特別適合于初學者。newLisp能夠最大限度的減少學習的曲線并且?guī)Ыo程序員更多的創(chuàng)造性和快樂。
- CommonLisp 是通用的（專業(yè)的），多泛型程序設計語言。它支持過程式、函數(shù)式和面向?qū)ο蟮木幊谭妒健Ｗ鳛橐粋€動態(tài)程序設計語言，CommonLisp促進了迭代編譯向 高效運行時程序的快速發(fā)展。CommonLisp和大部分其他程序設計語言不同，它使用S-expressions（S表達式）來表示代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而 函數(shù)和宏調(diào)用是用鏈表實現(xiàn)的。通過Lisp的標準化統(tǒng)一各種Lisp的變體已經(jīng)提上了日程，這不是一個特定的實現(xiàn)而是一個語言規(guī)范。現(xiàn)在有幾種 CommonLisp的標準實現(xiàn)，包括商業(yè)產(chǎn)品和開源軟件 。
BASIC
- Basic是在1964年為那些非科學專業(yè)學生使用計算機而發(fā)明的程序語言。在20世紀60年代在小型機上非常流行，進而在20世紀70年代 末，80年代出成為微機的標準計算語言。Basic目的是滿足簡單學習編程的需要：初學者很容易上手，是交互的，提供明確和友好的錯誤信息，反應迅速，并 不需要多少對計算機硬件或操作系統(tǒng)的了解。短小的程序使得Basic特別適合于教學用途，你可以通過不到十行的代碼就能闡述清楚出一個概念。而且 Basic并不需要對數(shù)學或者是計算機科學有多少精通的了解。Basic作為一個延續(xù)到今日的語言，擁有許多很好的自學教程和實現(xiàn)。參見完整的Basic 方言列表。Basic提供的建議學習順序是：以Basic為基礎的，如微軟的Small Basic，Basic-256和SiMPLE到全功能的Basic，如Visual Basic .NET或Gambas。
- Visual Basic .NET可以通過Visual Basic Express版本獲取，其中包括K-12 learning center （K-12學習中心）和Beginner adult learning center（成人初學者中心）。
- 微軟Small Basic作為一個入門程序設計語言，是Visual Basic的簡化版本。“旨在把‘樂趣’帶回到編程中”。Small Basic實在是小，只有15個關鍵字，并且每個都自然好懂。Small Basic提供特別的對象函數(shù)庫，包括使人普遍感興趣和孩子們感興趣的東西（例如Flickr）。孩子們能夠在線或在本地創(chuàng)建有趣的交互程序。Small Basic利用了微軟的Visual Studio IDE提供的自動完成和上下文相關的幫助。
- Gambas 是一個免費提供、易于使用的Linux版本。
- BASIC-256[5]是易于使用的Basic版本，設計用于教會孩子們計算機編程的基礎知識。它使用了傳統(tǒng)的Basic控制結(jié)構(gòu)（go sub, for loops,goto）,這便于孩子們理解程序流程的控制。Basic-256提供了一個內(nèi)置的繪圖模式，允許在屏幕上繪畫。Basic-256還提供了 教程，通過有趣的練習來介紹編程的概念。
- SiMPLE是一種編程開發(fā)系統(tǒng)，是為了提供給普通人簡單的編程能力，尤其是非專業(yè)人士。SiMPLE依稀讓人想起了AppleSoft的 Basic。SiMPLE是一個編譯式的語言。此外，SiMPLE允許用戶將經(jīng)常使用的功能創(chuàng)建為函數(shù)庫。SiMPLE是三種略微不同語言的通 稱：Micro-SiMPLE（只有4個關鍵字）、Pro-SiMPLE、Ultra- SiMPLE（23個關鍵字）。
兒童
- AgentSheet是屢獲大獎的游戲和仿真制作工具，它可以簡單到讓中學生通過制作視頻游戲來學習計算機知識，也可以復雜到讓NASA的科學家 來模擬航天飛機的有效負荷。AgentSheet是由一個叫做Scalable Game Design（可擴展的游戲設計）的完整課程提供支持的，它從簡單的像青蛙一樣（Frogger-like）的游戲一直到復雜的人工智能仿真游戲。 AgentSheet支持游戲（動畫，交互，聲音，語音合成/識別（Mac）），科學應用程序（繪圖，輸出到電子表格，3D繪圖（Mac））。 AgentSheet有英語，希臘語和日語版本。Lego Mindstorms以AgentSheets為基礎，開發(fā)了LegoSheets程序設計語言，比Brick Logo的學習曲線要平緩的多。
- Alice是一個免費的編程軟件，旨在教會孩子們事件驅(qū)動的面向?qū)ο缶幊獭＞幊陶呖梢允褂矛F(xiàn)代IDE，以拖拽的方式創(chuàng)建交互式的故事程序。 Alice目標群體是大多數(shù)中學階段的有計算機使用經(jīng)驗的女生，可謂寓教于樂。還有一個叫Story Telling Alice的Alice的變體，能夠提供更強的講故事能力。
- Baltie是圖形化的編程工具，適合兒童，青少年（成人）。Baltie是軟件中一個主要的角色，一個巫師，用來執(zhí)行各種命令、將出現(xiàn)在他視野 的圖片變魔術。通過Baltie的幫助，孩子們能夠很快認識到什么是計算機，如何對計算機進行操作和編程，這些都是在玩的過程中實現(xiàn)的。Baltie同樣 能夠幫助邏輯思維訓練，而且對孩子們的知識并沒有多少要求，只要求會玩和想象力。Baltie已經(jīng)在許多國家的小學中采用了。新版本的Baltie 4甚至完全支持C#，更多的信息可以在SGP Systems中找到。
- Guido van Robot是一個機器人控制程序，有點類似于Logo和Karel J. Robot，使用了Python語法中的很少一部分。Guido van Robot被設計成對任何高級語言都盡量簡化和通用。還有一個叫RUR-PLE的變體，它包括了完整的Python語法和一些經(jīng)典的課程。
- Karel，Karel++，和Karel J.Robot是為那些完全的初學者而準備的。用來在一個由長方形街道網(wǎng)格組成的城市中控制一個簡單機器人。Karel是一個自主的程序設計語言，而 Karel++是Karel的C++實現(xiàn)，Karel J. Robot則是Karel的Java實現(xiàn)。
- Learn to Program BASIC是一個通過互動課程教會中學生Basic的Basic解釋程序，在Basic語言中加入了一些的游戲，包括對2D sprite支持。在LTPB中編寫的程序能夠脫離LTPB獨立執(zhí)行，即是一個可以自由分發(fā)的“runner”。
- Lego Mindstorms（樂高機器人）是集合了可編程Lego磚塊、電動馬達、傳感器、Lego磚塊、Lego Technic部分（齒輪、輪軸、橫梁）的統(tǒng)稱。Mindstorms起源于益智玩具中可編程傳感器模具（programmable sensor blocks）。第一個Lego Mindstorms的零售版本在1998年上市，當時叫做Robotics Invention System (RIS)。最近的版本是2006年上市的Lego Mindstorms NXT。許多語言都能對Mindstorms進行編程，包括Logo、Basic、Java的衍生版、Smalltalk和C語言。Computer Clubhouses是專注于Mindstorms編程的網(wǎng)站。
- Phrogram（第二代的KPL，MS Kid's Programming Language）是2006年引入的一個商業(yè)的、易于學習的程序設計語言和集成開發(fā)環(huán)境。它強調(diào)圖形和聲音，使得它特別容易開發(fā)游戲，寓教于樂的程序。 Phrogram是簡化的結(jié)構(gòu)化語言，提供了基于組件開發(fā)的特性，例如類和方法。Phrogram在現(xiàn)代IDE中進行建模，例如Eclipse 和Visual Studio. NET，并可以幫助初學者為這些或者其他的專業(yè)開發(fā)環(huán)境做好準備。
- RoboMind是一個簡單的教育性質(zhì)的編程環(huán)境，能讓初學者對機器人編程。RoboMind介紹了流行的編程技術、一些機器人學和人工智能的知識。人們能夠使用阿拉伯語、中文、荷蘭語、英語和瑞典語對機器人進行編程。
- StagecastCreators是基于示范編程的可視化編程系統(tǒng)。用戶通過移動屏幕上的圖標，為物體（角色）制定規(guī)則來操作整個系統(tǒng)。用戶可以創(chuàng)造2D模型來模擬一個概念，多層次的游戲，交互的故事等。
?大學
- A++ 是最近一個旨在創(chuàng)造一種程序設計語言，提供一個高效編程訓練工具的嘗試
- Curry 是一個教學語言，旨在合并最為重要的編程范式，即函數(shù)編程（嵌套表達式、高階函數(shù)、延遲賦值）和邏輯編程（邏輯變量、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi) 置搜索）。在這一過程中，Curry同樣整合了兩種最重要的操作原則：“Residuation”（殘差）和“Narrowing”（縮小）。
- Haskell 是大學中經(jīng)常用來替代LISP或Scheme的函數(shù)語言。Haskell主要目的是以同樣方式進行教學、研究、程序設計，是純粹的 函數(shù)式、富于表達的延遲賦值程序設計語言（extremely expressive lazy functional）。Haskell示例可以在線獲取，同樣還有許多書籍和教程。還有一個叫Helium的教育版的編譯器和IDE。Haskell另 一個優(yōu)勢是在教學歸納法上，因為Haskell的語法在歸納證明中很有優(yōu)勢，就像在紙上證明一樣簡單，而不像Lisp/Scheme還需要引入額外的語 法。
- Oz 是旨在于教育計算機理論的程序設計語言。Oz在單一語言中支持大多數(shù)主要的編程范式，因而學生學習范式不需要掌握多種語法。Oz通過簡單又良 好分解的方式來闡述主要的編程范式的概念，包括邏輯式、函數(shù)式（包括lazy和eager）、命令式、面向?qū)ο蟆婎愋汀⒎植际郊安l(fā)編程。 《Concepts, Techniques, and Models ofComputer Programming》是介紹Oz的經(jīng)典圖書，還有一個免費的Oz標準實現(xiàn)的語言Mozart Programming System。
- Qi II 是一個函數(shù)程序設計語言。Qi的核心是Lisp的簡化版，但是它包含最常見的現(xiàn)代函數(shù)式語言的特性，例如模式匹配、局部套用函數(shù)、偏應用 （partial applications）、靜態(tài)類型檢查。Qi II還包括一個嵌入Prolog的發(fā)行版，叫Qi Prolog。 所有這些特性與Lisp環(huán)境的結(jié)合，使得Qi在某種意義上可以稱為合理化和現(xiàn)代化的Lisp。 Qi在非商業(yè)用途上是免費的，一本經(jīng)典的圖書《Functional Programming in Qi》專門介紹Qi編程。
按年齡和程度區(qū)分所授語言
下表為家長和老師總結(jié)了上方的信息。
| 學齡前–二年級 | 無/不適用 | Logo style: Logo, Guido van Robot, Karel. Scratch, Baltie 2, Stagecast Creator |
| 二年級–四年級 | 無/不適用 | Kodu, Logo, Scratch or Etoys, Stagecast Creator |
| 五年級–八年級 | 很少或沒有經(jīng)驗 | Kodu, Lego Mindstorm, Etoys, AgentSheets, Alice, Baltie 3, learning oriented BASIC, Mama, Phrogram, Stagecast Creator |
| 五年級–八年級 | 有一些經(jīng)驗 | Kodu, Squeak, full featured BASIC, Greenfoot, Pascal |
| 高中 | 很少或沒有經(jīng)驗 | Kodu, Squeak, Greenfoot, Pascal, full featured BASIC |
| 高中 | 有一些經(jīng)驗 | Squeak, Greenfoot or BlueJ, newLISP, OZ. Most other programming languages. |
| 大學 | 不是主要專業(yè)，假定沒有經(jīng)驗 | Squeak, Greenfoot or BlueJ, newLISP, full featured BASIC, |
| 大學 | 開始計算機科學或程序設計課程 | Haskell, OZ, Scheme, Qi, Squeak, NetBeans BlueJ., |
總結(jié)
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