Ohjelmointi - suurenmoista ja raivostuttavaa

Kone vapautti ihmiskunnan työn orjuudesta - tai muutti orjuuden uudenlaiseksi. Joka tapauksessa, kone on teollisen vallankumouksen ikoni ja samalla sen keskeinen vaikuttaja. Mutta kuka keksi koneen? Emme tiedä, sillä ihmiskunta on rakentanut koneita jo ainakin pari tuhatta vuotta.

Ehkä olennaista onkin käyttövoima. Ihmiskunta on vaeltanut käyttövoiman vallankumouksesta toiseen. Eläinten voima - vesi- ja tuulivoima - höyryvoima - polttomoottori - sähkövoima. 

Koneet ovat suurenmoisia. Mutta kun tarpeemme muuttuvat, joudumme rakentamaan uudenlaisia koneita. Siihen tarvitaan paljon työtä. Mutta insinöörit ovat keksineet ratkaisuja, kuten modulaarisuuden. Koneet voidaan rakentaa samankaltaisista osista, ne vain kootaan uudella tavalla. Ja nuo osat voivat olla vakioituja, niin että niitä voidaan tuottaa edullisesti ja käyttää yhä uusiin sovelluksiin. Pyörät, laakerit, akselit, ruuvit, rattaat, ketjut, letkut, putket pumput, ja lukemattomat sähkökojeet taipuvat uusien koneiden rakenneosiksi, usein vain vähäisin muutoksin. 

 

Sitten keksittiin tietokoneet. Robotiikassa ja konetekniikassa tietokoneiden käyttöönotto merkitsi isoa muutosta. Uuteen sovellukseen ei tarvitsekaan välttämättä rakentaa uudenlaista konetta, vaan riittää, että muutetaan sen ohjelmaa. Lisäksi syntyi kokonaan uusi ala: informaatiotekniikan monet sovellukset yhteiskunnassa ja organisaatioissa. Kaikesta tästä seurasi, että ohjelmoinnista tuli nopeasti kasvava teknisen taidon alue. Uusien ohjelmien tarve kasvoi nopeasti. 

 

Ohjelmoinnin tehostamiseksi syntyi ohjelmiin perustuvia ratkaisuja. Se oli itseään vahvistava kierre. Keksittiin symboliset konekielet eli assemblerit, ja sitten niin sanotut korkean tason ohjelmointikielet, jotka olivat keinotekoisia ongelmanläheisiä kuvauskieliä. Kuuluisia varhaisia kieliä olivat Fortran, Algol, Cobol ja Basic*. Ohjelmien tarve kasvoi nopeasti, ja ohjelmat tulivat yhä laajemmiksi ja monimutkaisemmiksi. Niiden tekemiseen tarvittiin alati ja nopeasti lisääntyvä määrä ihmistyötä, ja lisäksi laajoissa ohjelmissa piileskeli paljon vaikeasti löytyviä virheitä, ammattikielellä "bugeja", ötököitä. Alettiin puhua ohjelmistokriisistä.

Ohjelmointikieliä on kehitetty ällistyttävä määrä. On kehitetty tehokkaampia tapoja ohjelmoida, ja myös ohjelmoinnin sovellusalueet laajenevat jatkuvasti. Itse opettelin ensimmäisenä ohjelmointikielenä Algolin vuonna 1968. Sen jälkeen olen "joutunut" perehtymään 30 - 50 ohjelmointikieleen (riippuen siitä, mitkä saman kielen versiot lasketaan erikseen, ja luetaanko erilaisille keskusyksiköille ja prosessoreilla laaditut assemblerit omiksi kielikseen). Tämä on vain pieni raapaisu, ohjelmointikieliä on kehitetty useampi tuhat. Yleisessä käytössä on nykyisin ehkä parikymmentä kieltä.

Totesin aiemmin, että konetekniikka on keksinyt ratkaisun koneiden suunnittelun tarpeisiin: vakioidut ja yleiskäyttöiset osat. Vastaavaa alettiin kehittää ohjelmointia varten. Alettiin laatia yleiskäyttöisiä ohjelmia usein tarvittaville samankaltaisille tehtäville. Niitä sanottiin proseduureiksi, ja vastaavaa ohjelmointitekniikkaa proseduraaliseksi ohjelmoinniksi. Mutta ohjelmat joutuvat ottamaan kantaa myös dataan: sen tyyppeihin, rakenteeseen ja niille ominaisiin käsittelytapoihin. Syntyi niin sanottu olio-ohjelmoinnin käsite (object oriented programming) ja sitä tukevia kieliä. Tunnetaan myös täysin toisenlaiseen ajatteluun perustuvat funktionaaliset kielet ja logiikkakielet, mutta niiden käyttö on jäänyt vähäiseksi. 

Ohjelmoinnista ei siten tullut yhtä selkeää modulaarista suunnittelua kuin konesuunnittelusta. Pikemminkin ohjelmointi on säilyttänyt individualistisen käsityöleiman. Se on enemmän tai vähemmän yksilöllistä puurtamista, missä henkilökohtaisilla kyvyillä on suuri vaikutus tehokkuuteen. 

Ohjelmoinnin nykytila merkitsee muun muassa sitä, että kynnys aloittaa ohjelmointi on pysynyt matalana, ohjelmoijista suuri osa on suorastaan itseoppineita. Niin sanottu ketterä ohjelmointi (agile programming) koettaa ratkaista ohjelmoinnin ongelmia ryhmätyötekniikalla. Se saattaa olla tehokasta, mutta ohjelmien läpinäkyvyys pysyy heikkona. Toisin sanoen, alkuperäisen tiimin ulkopuolisen on vaikea ymmärtää ohjelman toimintaa tai korjata sitä.

Nykyisin ei enää puhuta ohjelmistokriisistä, mutta se on edelleen tosiasia. Ohjelmointityön tehottomuus ja laajojen ohjelmistojen laatu- ja ylläpito-ongelmat ovat informaatiotekniikan hyödyntämistä vakavasti haittaavia asioita. Odotan mielenkiinnolla teknologista innovaatiota, joka tulee ratkaisemaan tämän ongelman. Luulen, että se tulee aivan eri suunnasta, mistä sitä odotamme. Muutenhan se olisi jo keksitty.

*) Fortran=formula translator
    Algol=algorithmic language
    Cobol=common business oriented language
    Basic=beginner´s all-purpose symbolic instruction code

Koodausta kaikille

Uutinen ohjelmoinnin eli koodauksen opetuksesta peruskoulussa ärsytti minua kovasti. Mutta ei niinkään itse asian vuoksi, vaan sen takia, millaiset tahot tätä hehkuttivat, ja miten uutinen tarjoiltiin. Mutta unohdetaan nyt tämä huono konteksti. Itse ideahan on erinomainen.

Koetan perustella näkökantaani, ja se on oikeastaan aika helppoa. Ohjelmointi on tietysti vain teknistä suunnittelua, mutta se perustuu aivan erityiseen ajattelutapaan. Eräs koodauksen määrittely on, että siinä laaditaan algoritmeja (toisiaan seuraavista vaiheista koostuvia toimintakuvauksia). Se ei kuitenkaan ole koko totuus. Kaikki ohjelmoinnilla tuotetut ratkaisut eivät nimittäin ole kovin "algoritmisia". Koodaus on selvästi sukus matematiikalle, mutta nykyinen matematiikan opetus ei perehdytä siihen ajatteluun, jota koodauksessa tarvitaan. Koodaus ei nimittäin ole itsenäinen matematiikan haara. Matematiikka tarjoaa kyllä melkoisen joukon kiinnostavia formalismeja: ne ovat kalkyylejä, joita voidaan hyödyntää ohjelmointikielissä ja tietokonalaitteissa. Mutta se on jo kokonaan "toinen juttu".

Koodaus poikkeaa matematiikasta muun muassa siksi, että siinä pitää kiinnittää huomio kahteen asiaan: pitää keskittyä siihen ongelmaan, joka koodauksella yritetään ratkaista, ja samalla pitää ohjata sen järjestelmän (tietokoneen ja sen ohjelmien) toimintaa, jonka avulla laadittu ohjelma sitten suoritetaan. Yksinkertainen esimerkki on laskea matemaattisen lausekkeen arvo, jossa on erilaisia laskutoimituksia, vaikkapa yhteen- ja vähennyslaskua, kerto- ja jakolaskua ja potensseja. Jos koodaajalla on käytössään kehittynyt ohjelmointikieli, riittää, että hän vain kirjoittaa laskettavan kaavan. Koko ohjelma on vain muutama rivi koodia. 

Mutta jos käytössä olisi vain symbolinen konekieli eli assembler, koodaajan pitäisi huolehtia lukujen ja laskennan välitulosten talletuksista muistiin, laskutoimituksien kokoamisesta yksinkertaisista konekäskyistä, ja koko laskentaprosessin vaiheittaisesta kontrolloimisesta. Koko ohjelma on varovaisestikin arvioiden useita satoja koodirivejä, paperille painettuna kymmeniä sivuja ohjelmalistausta. Kun kehittyneellä ohjelmointikielellä tehtävän ratkaisu on koodattu alle minuutissa, assembler- kielellä koodaukseen voi kulua useita päiviä. Siis, toisin kun abstraktissa matematiikassa, koodauksessa käytössä oleva tietokone ja sen ohjelmointikielet vaikuttavat voimakkaasti tehtävän suoritukseen.

Toistan vielä, että koodaamisen opettaminen pikku koululaisille on ehdottomasti hyvä idea. Tietenkään koulussa saatu koodausopetus ei ole välittömästi hyödyllistä työelämässä, ehtiihän tekniikka muuttua aika paljon ennen kuin oppilaat menevät töihin, eikä koulussa päästä alkeita pidemmälle. Mutta kysymys onkin muusta: yleissivistyksestä ja hyödyllisen ajattelutavan omaksumisesta. Kaikkien on syytä ymmärtää, millaista ohjelmointi on.

Asiantuntijat osannevat valita opetuksessa käytettävät välineet: ohjelmointikielen ja laskentaympäristön. Kielen tulee olla riittävän yleinen, ja ympäristön tulee olla sellainen, että koodaamalla voidaan saada aikaan konkreettisia tuloksia. Tehtävät voivat olla mitä vain: pelejä, robotin ohjaamista, musiikkia, grafiikkaa, animaatiota. Tämä houkuttelee varmaan oppilaita. Koodaaminen kehittää oppilaiden keskittymiskykyä ja lisää motivaatiota. Ja mikä parasta, sen voi oppia, se ei ole ylivoimaista. Sekin on tärkeä oppi: "minä pystyn tähän!".