斯坦福Karel机器人编程环境：初学者的编程启蒙工具

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Karel（中文版本）是斯坦福大学《编程方法》课程中的教学工具，由 Rich Pattis 设计，旨在通过一个简单的编程环境帮助学生掌握基础编程概念，避免了传统编程语言中复杂性的干扰。这个创新源自麻省理工学院Seymour Papert的LOGO项目，该项目成功地通过图形化编程让学习者理解编程逻辑。 Karel the Robot 的设计灵感来源于捷克剧作家Karel Capek的作品R.U.R., 其中创造的"Robot"一词被引入英语世界。在1923年的这部戏剧中，机器人成为了一个重要的文化符号。Pattis将这种理念应用到教学中，设计出一个机器人角色，让学生通过指导它在二维平面世界中完成任务，比如收集豆子、避开障碍等，从而学习控制流程、循环、条件判断等基础编程概念。在斯坦福的计算机科学入门课程中，Karel机器人被广泛采用，成为了教授编程思维的有力工具。学生们不仅学习如何编写指令，还学会了问题分解、逻辑思考和迭代优化的技巧。通过与Karel的互动，学生能够逐步建立起对编程语言的理解，并培养起编程实践的能力。第一章"Introducing Karel the Robot"着重于介绍这个角色和它的应用场景，以及它在教学过程中的作用。学生在这个过程中扮演教师的角色，通过设计和调整Karel的行为，他们学会了如何表达算法，从而加深了对编程语言底层原理的领悟。这个章节可能是从介绍Karel的外观、行为规则，到演示简单的任务场景，最后过渡到如何编写代码来指导Karel执行任务的讲解。 Karel不仅是教学工具，也是编程教育中的一种寓教于乐的方式，它通过模拟现实世界的简单情境，帮助学生轻松入门编程世界，降低了学习曲线，提高了学习效率。

BeeperPickingKarel 类的实例也将是一个机器人，它生活在同样类型世界里，并具有相同的状态属

性。

2. Any instance of the BeeperPickingKarel class will automatically respond to the same commands as an

instance of the Karel class. Because every robot in the Karel class knows how to respond to the

commands move(), turnLeft(), pickBeeper(), and putBeeper(), it follows that a instance of

BeeperPickingKarel will understand that same set of commands.

2.任何 BeeperPickingKarel 类的实例将会自动的响应与任何 karel 类的实例相同的命令，因为每一

个 karel 类的机器人都知道如何响应 move(), turnLeft(), pickBeeper(), 和 putBeeper()这些命令，作为

它的跟随者，BeeperPickingKarel 类的实例也能明白这同一套命令。

In other words, the new BeeperPickingKarel class automatically acquires the state attributes and the

behavior of the Karel class from which it is derived. The process of taking on the structure and behavior

of the parent class is called inheritance.

在其它世界里，新的 BeeperPickingKarel 类自动获得 karel 类派生出的状态属性和行为。这个从它

的父类取得结构和行为的过程被称为继承。

When a class is defined by extension, the new class is said to be a subclass of the original. In this

example, BeeperPickingKarel is therefore a subclass of Karel. Symmetrically, Karel is said to be a

superclass of BeeperPickingKarel. Unfortunately, this terminology can be confusing for new

programmers, who are likely to make the intuitive inference that a subclass is somehow less powerful that

its superclass when in fact the opposite is true. A subclass inherits the behavior of its superclass and can

therefore respond to the entire set of commands available to that superclass. A subclass, however, usually

defines additional commands that are unavailable to the superclass. Thus, the typical subclass actually has

more functionality than the class from which it was derived. This idea is expressed much more clearly by

the notion of extension: a subclass extends its superclass and can therefore add new capabilities to it.

当一个类是由扩展而来的，这个新类被称为原始类的子类。在这个例子中，BeeperPickingKarel 因

此被称为 karel 类的一个子类。相对的，karel 类被称为 BeeperPickingKarel 类的超级类。

不幸的是，这个称呼可能会引起新程序员的混乱，谁都会直观的认为，一个子类的能力要比它的

超级类小，而事实恰恰相反。一个子类继承了超级类的行为，因此可以响应超级类的整套命令。

但是，一个子类通常会定义一些额外的命令，这些额外的命令超级类不能执行。因此，一个典型

的子类实际上拥有比派生它的原始类更多的功能。这个认识被扩展这个概念表达的更清楚：一个

子类扩展了它的超级类，子类因此获得新的能力。

Now that you have some idea about what class extension means, it now makes sense to look at the body

of the BeeperPickingKarel class. That body consists of the following lines:

现在你对什么是类扩展的意思有了一些概念，它使 BeeperPickingKarel 类的本体看起来产生了一

些意义。这个本体包含下面的这些行：

public void run() {

move();

pickBeeper();

move();

}

These lines represent the definition of a new method, which specifies the sequence of steps necessary to

respond to a command. As in the case of the BeeperPickingKarel class itself, the method definition

consists of two parts that can be considered separately: The first line constitutes the method header and

the code between the curly braces is the method body. If you ignore the body for now, the method

definition looks like this:

这些行代表了一个新动作的定义，其中阐明了响应一个（新动作）命令必要的步骤序列。在

BeeperPickingKarel 类本身的实例里，这个动作的定义由可以被分开考虑的两部分组成：第一行构

成了这个动作的头部，两个括号之间的部分构成了这个动作的本体。如果你现在先忽略本体，这

个动作定义看起来是这样的：

The first two words in the method header, public and void, are part of Java’s syntactic structure, and you

should pretty much feel free to ignore them at this point. The next word on the header line specifies the

name of the new method, which in this case is the method run. Defining a method means that the new

Karel subclass can respond to a new command with that name. The built-in Karel class responds to the

commands move(), turnLeft(), pickBeeper(), and putBeeper(); a BeeperPickingKarel responds to that

same set of commands plus a new command called run. The run command plays a special role in a Karel

program. When you start a Karel program in the Eclipse environment, it creates a new Karel instance of

the appropriate subclass, adds that Karel to a world that you specify, and then issues the run command.

The effect of issuing that command is defined by the body of the run method, which is a sequence of

commands that the robot will execute in order. For example, the body of the run method for the

BeeperPickingKarel class is

在这个动作头部的前两个单词，“public”和“void”是 Java 语法结构的一部分，在这里你差不多可以

忽视它们。下一个单词指明了这个动作的名字，在这个例子里，这个动作的名字是“run”,定义一个

新动作，意味着这个新的 karel 类的子类能响应以这个动作命名的新命令。卡雷尔类内建可以响应

move(), turnLeft(), pickBeeper(), 和 putBeeper()这些命令；一个 BeeperPickingKarel 类可以响应这套

命令加上这个叫“run”的命令。这个“run”命令在卡雷尔程序中扮演了一个特殊的角色。当你在

Eclipse 环境中打开一个这样的卡雷尔程序，它创造出一个相应的子类的卡雷尔实例，添加了一个

你指定的卡雷尔机器人到卡雷尔的世界，它带着你编写的 “run”命令。这个动作的效果是由“run”这

个动作的本体来定义的。这个本体是一组命令的序列，机器人将按顺序执行。例如，为

BeeperPickingKarel 类（编写的）"run" 动作的本体是这样的：

move();

pickBeeper();

move();

Thus, if the initial state of the world matches the example given in Chapter 1, Karel first moves forward

into the corner containing the beeper, picks up that beeper, and finally moves forward to the corner just

before the wall, as shown in the following before-and- after diagram:

因此，如果一个实例的状态和第一章给出的例子一样，卡雷尔首先向前移动到包含一个蜂鸣器的

街角，然后捡起这个蜂鸣器，最后向前移动到墙前面的那个街角。状态像下面前和后（两幅）插

图显示的那样：

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