ما هو التفكير الحسابي؟ "مفتاح النجاح" و"مهارة حيوية للقرن الحادي والعشرين".

في المقالات الخاصة بـ JavaRush، لا نتحدث فقط عن Java ودراستها ومميزاتها وتوظيفها لاحقًا في مجال تطوير الكمبيوتر، ولكننا أيضًا “نستثمر” في التطوير الشامل لقرائنا. للقيام بذلك، نولي اهتمامًا للمفاهيم الأساسية، التي لن يسمح لك فهمها بأن تصبح مبرمجًا محترفًا فحسب، بل سيساعدك أيضًا على التحسن في المستقبل، بغض النظر عن الاتجاه المختار. واليوم لدينا مثل هذا الموضوع. الأساسية، مثل هرم خوفو. وهي: التفكير الحسابي.

ما هو التفكير الحسابي؟

التفكير الحسابي ("يبدو أن مصطلح "التفكير الحسابي" هو المصطلح الأكثر ملاءمة باللغة الروسية، ولكن في RuNet هو الخيار الأول الأكثر شيوعًا) هو مفهوم التعامل بشكل منهجي مع المشكلة من أجل إنشاء حل يمكن للكمبيوتر تنفيذه . ببساطة، قبل تعليم الكمبيوتر كيفية حل مشكلة معينة، يجب على الإنسان أن يفهم المشكلة نفسها وكيفية حلها، والتفكير الحاسوبي هو تقنية لهذا الغرض بالتحديد. تم اقتراح هذا المفهوم من قبل عالم الرياضيات وعالم الكمبيوتر سيمور بابيرت في عام 1980 كأساس نظري لحل المشكلات بشكل أكثر فعالية. في التعليم، بدأ التفكير الحسابي كمفهوم يكتسب شعبية بعد مذكرة بقلم أستاذة علوم الكمبيوتر جانيت وينج في عام 2006، التي اقترحت إدخال التفكير الحسابي في تعليم الأطفال كمهارة أساسية يجب أن يتمتع بها جميع الناس.

الركائز الأربع للتفكير الحسابي

يعتمد التفكير الحسابي كأسلوب على أربع طرق رئيسية.

• تقسيم.

  تقسيم المشكلة المعقدة إلى عدد من المشكلات الصغيرة والقابلة للحل.

• التجريد.

  التركيز حصرياً على المعلومات المهمة للقرار وتجاهل التفاصيل غير الضرورية.

• التعرف على الأنماط.

  ابحث عن أوجه التشابه بين المشكلة قيد النظر وغيرها التي تم حلها بالفعل من أجل نقل الأساليب المثبتة بالفعل إليها.

• الخوارزميات.

  تطوير حل خطوة بخطوة للمشكلة أو قواعد حلها.

كل هذه المكونات هي مكونات لا تقل أهمية في التفكير الحاسوبي. وهذا يعني أنه بدون التطبيق الصحيح لكل منها، لن يكون من الممكن استخدام هذه التقنية بشكل فعال. والتطبيق الصحيح للتفكير الحاسوبي هو أساس أساسيات البرمجة.

تطبيق التفكير الحاسوبي في الحياة

على العموم، فإن التفكير الحاسوبي كطريقة يتجاوز البرمجة، ويستخدم معظم الناس مكوناته باستمرار عند حل المشكلات بمستويات مختلفة من التعقيد. مثال أساسي كلاسيكي: تحتاج إلى الانتقال من النقطة أ إلى النقطة ب في مدينة غير مألوفة. لتحديد المسار الذي يجب أن تسلكه، عليك:

• يمكنك تقسيم هذه المهمة إلى عدد من المهام الأصغر (التحليل): دراسة الخريطة وخيارات الطريق الممكنة، واختيار طريقة السفر إلى النقطة B، وما إلى ذلك.
• ثم تقوم بعد ذلك بتقييم مدى جاذبية الطرق المختلفة بناءً على طولها، أو وجود نقاط مثيرة للاهتمام على طول الطريق، أو سهولة السفر (فكرة مجردة).
• ثم تفكر في خياراتك بناءً على تجارب السفر السابقة في مدن أخرى أكثر تشابهًا من حيث الحجم والمناظر الطبيعية الحضرية (التعرف على الأنماط).
• وبناء على كل هذا تختار الطريق وطريقة النقل الأنسب (الخوارزميات).

هذا مثال أساسي، لكن الفهم الأعمق للتفكير الحسابي سيكون مفيدًا في العديد من المجالات، وليس فقط المجالات التقنية. يمكن حل العديد من المشكلات المعقدة مع وفرة العوامل وأنواع مختلفة من البيانات في الحياة اليومية باستخدام التفكير الحسابي. في الوقت الحاضر، يكتسب التفكير الحسابي كمفهوم شعبية باعتباره موضوعًا تعليميًا أساسيًا ويصبح بشكل عام تقنية مهمة يمكن دمجها في العديد من عمليات العمل لتحسين النتائج. "في محاولة للعثور على الحل الأكثر فعالية لمشكلة ما، نقوم باستمرار بتقييم خيارات الحل الأكثر وضوحًا، وإيجاد مزاياها وعيوبها. يتيح لنا التفكير الحسابي صياغة مشكلة تبدو معقدة في مشكلة يمكننا حلها. يكمن جوهر التفكير الحاسوبي أيضًا في التفكير العودي ومعالجة المعلومات المتوازية. في البرمجة، هذا يعني أننا نفسر الكود على أنه بيانات والبيانات على أنها كود. يتضمن ذلك التحقق من النوع كتعميم للتحليل الأبعاد، والتعرف على مزايا وعيوب التعرجات أو إعطاء شخص أو شيء أكثر من اسم واحد. "إنه أيضًا تقييم لجودة البرنامج المكتوب، ليس فقط من حيث صحة تشغيله وكفاءته، ولكن أيضًا من حيث جماليات وتصميم النظام، مع مراعاة بساطته وأناقته"، توضح جانيت . وينج في مذكرتها حول أهمية تعلم التفكير الحسابي، التي نشرت في عام 2006.

تعلم وتطوير مهارات التفكير الحسابي

أما بالنسبة لدراسة التفكير الحاسوبي كأسلوب ونظام، فهناك اليوم الكثير من المواد المتاحة حول هذا الموضوع للمهتمين. ومن ثم، تقدم الجمعية الدولية للتكنولوجيا في التعليم (ISTE) للجميع دورة مجانية حول التفكير الحسابي ، تم تطويرها بدعم من Google ، وهي مخصصة أيضًا للمتخصصين التقنيين. يمكنك أيضًا العثور على دورة مجانية حول التفكير الحاسوبي على مورد كورسيرا، على سبيل المثال. يتم أيضًا تقديم برامج في التفكير الحسابي، للطلاب من مختلف المستويات وللمعلمين، من قبل أكاديمية الروبوتات في جامعة كارنيجي ميلون . وأخيرًا، في التفكير الحاسوبي، يلعب المنطق أحد الأدوار المهيمنة. لتدريبه، سيكون من المفيد حل المشكلات والألغاز بانتظام ، على سبيل المثال. فيما يلي منهج بسيط وأساسي للتعلم والتطوير والاستخدام المستمر لتقنيات التفكير الحسابي الأساسية الأربعة.

• ممارسة التحلل.

  فقط حاول تطبيق هذا المبدأ (إذا كنت لا تفعل ذلك بالطبع) على أنواع مختلفة من المهام والمشكلات التي تحتاج إلى حل. الحيلة هنا هي تدريب عقلك على استخدام هذا النهج بشكل مستمر دون تركيز واعي. على الرغم من أن تقسيم مشكلة/مهمة واحدة إلى عدد من المشكلات الصغيرة يعد حلاً عاديًا للكثيرين (خاصة في البرمجة)، إلا أنه لا يعرف الجميع كيفية تطبيقه ويقومون بذلك بانتظام.

• ممارسة التجريد.

  التجريد هو ببساطة التركيز على المعلومات الأكثر صلة وأهمية لحل مشكلة معينة. إنه يعمل جنبًا إلى جنب مع التحليل، حيث تقوم بتقسيم المشكلة إلى عدد من المهام الفرعية والتركيز عليها واحدة تلو الأخرى، وتبحث فقط عن المعلومات التي تحتاجها لحل المشكلة المطروحة.

• ممارسة مهارات التعرف على الأنماط.

  عندما تمارس التفكير الحسابي، الذي يبدأ بالتحليل، ستتطور أيضًا مهارات التعرف على الأنماط لديك. النهج هنا هو نفسه المتبع في التحلل - ما عليك سوى التدرب على البحث عن أوجه التشابه مع المشكلات الأخرى التي تم حلها بالفعل. يتيح لك التعرف على الأنماط حل المشكلات بشكل أسرع باستخدام أنماط التفكير التي تمارسها بالفعل والمألوفة لعقلك.

• التدرب على مهارة تشكيل الخوارزميات

  هنا، مرة أخرى، المفتاح هو تكييف الدماغ لاستخدام هذا النظام. تمتلئ حياتنا افتراضيًا بالخوارزميات التي نسميها العادات. كل ما تحتاجه هو الاهتمام الواعي بتكوين الخوارزميات. علاوة على ذلك، فإن هذا لا ينطبق فقط على العمل أو التدريب، ولكن أيضًا على العديد من الأشياء اليومية الأخرى. على سبيل المثال، أساس مكافحة التسويف ، الذي تحدثنا عنه مؤخرًا، بشكل عام، يكمن أيضًا في التكوين الواعي للخوارزميات (جنبًا إلى جنب مع التعرف على الأنماط).

آراء

حسنًا، دعونا نختتم هذه المادة ببعض الاقتباسات من الخبراء الذين بدوا لنا الأكثر إثارة للاهتمام وإيجازًا. "يعد التفكير الحسابي مهارة حيوية للعاملين في القرن الحادي والعشرين. على الرغم من حقيقة أن علوم الكمبيوتر والتفكير الحسابي أصبحت الآن أكثر شيوعًا، إلا أنها لا تزال لا تحظى بالاهتمام الكافي باعتبارها تخصصات أساسية يمكن أن تفيد الطلاب على وجه الخصوص من خلال مساعدتهم على التكيف والاعتياد على "البرمجة التقليدية"، - لاحظ جيمس لوكوود وأيدان موني، أساتذة في جامعة ماينوث في أيرلندا ومؤلفو تقرير التفكير الحسابي في التعليم: أين يناسبه؟ "التفكير الحاسوبي هو، إلى حد كبير، مفتاح نجاحك، بغض النظر عن المجال الذي نتحدث عنه. هذه التقنية قوية جدًا في حل المشكلات الحقيقية، وليس فقط مشكلات الكمبيوتر، بحيث يجب جعلها أحد الموضوعات التعليمية الرئيسية. يقول كونراد ولفرام، خبير التكنولوجيا ورجل الأعمال البريطاني الشهير: " على الأقل إذا كنت توافق، مثلي، على أن الغرض الأساسي من التعليم يجب أن يكون إثراء حياتنا من خلال إيجاد الحلول الأكثر فعالية للمشاكل بجميع أنواعها" . حسنًا، لنختتم باقتباس من جانيت وينج، التي سبق ذكرها أعلاه، والتي يمكن اعتبارها واحدة من أهم المروجين الحديثين للتفكير الحسابي كمفهوم: "إن الفوائد التعليمية للتفكير الحسابي - بدءًا من استخدام التجريدات - تزيد وتقوي المهارات الفكرية، وبالتالي، يمكن نقلها إلى أي مجال. يدرك علماء الكمبيوتر جيدًا قيمة التجريد، والتفكير على مستويات مختلفة من التجريد، والتجريد لإدارة التعقيد والحجم، وما إلى ذلك. في الوقت الحالي، تتمثل مهمتنا في أن نشرح لعلماء غير الكمبيوتر وغيرهم ما نعنيه في إطار التفكير الحسابي، و ما هي مميزاتها!"