Was ist rechnerisches Denken? „Der Schlüssel zum Erfolg“ und „eine lebenswichtige Fähigkeit für das 21. Jahrhundert.“

In Artikeln auf JavaRush sprechen wir nicht nur über Java, sein Studium, seine Funktionen und seinen späteren Einsatz im Bereich der Computerentwicklung, sondern „investieren“ auch in die umfassende Entwicklung unserer Leser. Dabei achten wir auf grundlegende Konzepte, deren Verständnis Ihnen nicht nur den Weg zum professionellen Programmierer ermöglicht, sondern Ihnen auch dabei hilft, sich in Zukunft zu verbessern, unabhängig von der gewählten Richtung. Und heute haben wir genau so ein Thema. Grundlegend, wie die Cheops-Pyramide. Nämlich: Computational Thinking.

Was ist Computational Thinking?

Unter Computational Thinking (im Russischen scheint „Computational Thinking“ ein passenderer Begriff zu sein, in RuNet ist es jedoch die erste Option, die gebräuchlicher ist) versteht man das Konzept der systematischen Herangehensweise an ein Problem, um dann eine Lösung zu schaffen, die ein Computer umsetzen kann . Einfach ausgedrückt: Bevor man einem Computer beibringt, ein bestimmtes Problem zu lösen, muss man das Problem selbst verstehen und wissen, wie man es löst, und Computerdenken ist genau dafür eine Technik. Dieses Konzept wurde 1980 vom Mathematiker und Informatiker Seymour Papert als theoretische Grundlage für eine effektivere Problemlösung vorgeschlagen. In der Bildung gewann das Konzept des rechnergestützten Denkens zunehmend an Popularität, nachdem die Informatikprofessorin Jeannette Wing im Jahr 2006 vorgeschlagen hatte, rechnergestütztes Denken als grundlegende Fähigkeit, über die alle Menschen verfügen sollten, in die Bildung von Kindern einzuführen.

Vier Säulen des rechnergestützten Denkens

Computational Thinking als Technik basiert auf vier Schlüsselmethoden.

• Zersetzung.

  Ein komplexes Problem in eine Reihe kleinerer und lösbarer Probleme aufteilen.

• Abstraktion.

  Konzentrieren Sie sich ausschließlich auf entscheidungsrelevante Informationen und ignorieren Sie unnötige Details.

• Mustererkennung.

  Suchen Sie nach Ähnlichkeiten zwischen dem betrachteten Problem und anderen bereits gelösten Problemen, um bereits bewährte Lösungsansätze darauf zu übertragen.

• Algorithmen.

  Eine schrittweise Lösung für ein Problem oder Regeln zu dessen Lösung entwickeln.

Alle diese Komponenten sind gleichermaßen wichtige Bestandteile des Computerdenkens. Dies bedeutet, dass es ohne die korrekte Anwendung jedes einzelnen dieser Verfahren nicht möglich ist, diese Technik effektiv einzusetzen. Und die richtige Anwendung des Computerdenkens ist die Grundlage der Grundlagen der Programmierung.

Anwendung des Computerdenkens im Leben

Im Großen und Ganzen geht die Methode des Computerdenkens weit über die Programmierung hinaus und ihre Komponenten werden von den meisten Menschen ständig bei der Lösung von Problemen unterschiedlicher Komplexität verwendet. Ein klassisches Grundbeispiel: Sie müssen in einer unbekannten Stadt von Punkt A nach Punkt B gelangen. Um zu entscheiden, welchen Weg Sie einschlagen möchten, müssen Sie:

• Sie teilen diese Aufgabe in mehrere kleinere Aufgaben auf (Zerlegung): Studieren Sie die Karte und mögliche Routenoptionen, wählen Sie eine Fortbewegungsmethode zum Punkt B usw.
• Anschließend bewerten Sie die Attraktivität verschiedener Routen anhand ihrer Länge, der Anwesenheit von Sehenswürdigkeiten entlang der Route oder der Leichtigkeit des Reisens (eine Abstraktion).
• Dann denken Sie über Ihre Möglichkeiten nach, basierend auf früheren Reiseerfahrungen in anderen Städten, die in Größe und Stadtlandschaft am ähnlichsten sind (Mustererkennung).
• Auf dieser Grundlage wählen Sie die am besten geeignete Route und Transportmethode (Algorithmen).

Dies ist ein einfaches Beispiel, aber ein tieferes Verständnis des rechnerischen Denkens wird in vielen Bereichen nützlich sein, nicht nur in technischen. Viele komplexe Probleme mit einer Fülle von Faktoren und unterschiedlichen Arten von Daten im Alltag können mithilfe von Computational Thinking gelöst werden. Heutzutage erfreut sich Computational Thinking als Konzept zunehmender Beliebtheit als zentrales Bildungsfach und entwickelt sich allgemein zu einer wichtigen Technik, die in viele Arbeitsprozesse integriert werden kann, um Ergebnisse zu verbessern. „Um die effektivste Lösung für ein Problem zu finden, bewerten wir ständig die offensichtlichsten Lösungsoptionen und ermitteln ihre Vor- und Nachteile. Computergestütztes Denken ermöglicht es uns, ein scheinbar komplexes Problem in ein lösbares Problem umzuwandeln. Die Essenz des Computerdenkens liegt auch im rekursiven Denken und der parallelen Informationsverarbeitung. In der Programmierung bedeutet das, dass wir Code als Daten und Daten als Code interpretieren. Dazu gehört die Typprüfung als Verallgemeinerung der Dimensionsanalyse und das Erkennen der Vor- und Nachteile des Aliasings oder der Vergabe von mehr als einem Namen an jemanden oder etwas. Es ist auch eine Beurteilung der Qualität des geschriebenen Programms, nicht nur im Hinblick auf die Korrektheit seiner Funktionsweise und Effizienz, sondern auch im Hinblick auf die Ästhetik und das Design des Systems unter Berücksichtigung seiner Einfachheit und Eleganz“, erklärt Jeannette Wing in ihrer Notiz über die Bedeutung des Erlernens des rechnerischen Denkens, veröffentlicht im Jahr 2006.

Erlernen und Entwickeln von Computational Thinking-Fähigkeiten

Was das Studium des Computerdenkens als Technik und Disziplin betrifft, stehen Interessierten heute zahlreiche Materialien zu diesem Thema zur Verfügung. Daher bietet die International Society for Technology in Education (ISTE) jedem einen kostenlosen Kurs „Computational Thinking“ an, der mit Unterstützung von Google entwickelt wurde und sich auch an technische Spezialisten richtet. Einen kostenlosen Kurs zum Thema Computerdenken finden Sie beispielsweise auch auf der Ressource Coursera. Programme in Computational Thinking, sowohl für Studierende verschiedener Niveaus als auch für Lehrer, werden auch von der Academy of Robotics der Carnegie Mellon University angeboten . Und schließlich spielt im Computerdenken eine der dominierenden Rollen die Logik. Um es zu trainieren, wird es beispielsweise nützlich sein, regelmäßig Probleme und Rätsel zu lösen . Im Folgenden finden Sie einen einfachen, grundlegenden Ansatz zum Erlernen, Entwickeln und konsequenten Verwenden der vier grundlegenden Techniken des rechnerischen Denkens.

• Zerlegungspraxis.

  Versuchen Sie einfach, dieses Prinzip auf verschiedene Arten von Aufgaben und Problemen anzuwenden, die gelöst werden müssen (sofern Sie dies natürlich nicht bereits tun). Der Trick hierbei besteht darin, Ihren Geist darauf zu trainieren, diesen Ansatz kontinuierlich und ohne bewusste Konzentration anzuwenden. Auch wenn die Aufteilung eines Problems/einer Aufgabe in mehrere kleinere für viele (insbesondere in der Programmierung) eine eher banale Lösung ist, weiß nicht jeder, wie man sie anwendet und führt sie regelmäßig durch.

• Die Praxis der Abstraktion.

  Bei der Abstraktion geht es einfach darum, sich auf die Informationen zu konzentrieren, die für die Lösung eines bestimmten Problems am relevantesten und wichtigsten sind. Es funktioniert in Verbindung mit der Zerlegung, bei der Sie ein Problem in eine Reihe von Teilaufgaben zerlegen und sich nacheinander auf diese konzentrieren, wobei Sie nur nach den Informationen suchen, die Sie zur Lösung des vorliegenden Problems benötigen.

• Üben Sie Mustererkennungsfähigkeiten.

  Wenn Sie rechnerisches Denken üben, das mit der Zerlegung beginnt, entwickeln sich auch Ihre Fähigkeiten zur Mustererkennung. Der Ansatz hier ist derselbe wie bei der Zerlegung – üben Sie einfach die Suche nach Ähnlichkeiten mit anderen, bereits gelösten Problemen. Durch die Mustererkennung können Sie Probleme schneller lösen, indem Sie Denkmuster nutzen, die bereits eingeübt und Ihrem Gehirn vertraut sind.

• Üben Sie die Fähigkeit, Algorithmen zu bilden

  Auch hier liegt der Schlüssel darin, das Gehirn an die Nutzung dieses Systems anzupassen. Unser Leben ist standardmäßig mit Algorithmen gefüllt, die wir Gewohnheiten nennen. Sie müssen lediglich der Entstehung von Algorithmen bewusste Aufmerksamkeit schenken. Darüber hinaus gilt dies nicht nur für die Arbeit oder Ausbildung, sondern auch für viele andere alltägliche Dinge. Beispielsweise liegt die Grundlage des Kampfes gegen den Aufschub , über den wir kürzlich gesprochen haben, im Großen und Ganzen auch in der bewussten Bildung von Algorithmen (neben der Mustererkennung).

Meinungen

Lassen Sie uns dieses Material mit einigen Zitaten von Experten abschließen, die uns am interessantesten und prägnantesten erschienen. „Informatisches Denken ist eine lebenswichtige Fähigkeit für Arbeitnehmer des 21. Jahrhunderts. Trotz der Tatsache, dass Informatik und Computational Thinking mittlerweile immer alltäglicher werden, wird ihnen immer noch nicht genügend Aufmerksamkeit als Kerndisziplinen geschenkt, die insbesondere den Studierenden zugute kommen können, indem sie ihnen helfen, sich an die „traditionelle Programmierung“ anzupassen und sich daran zu gewöhnen – bemerken James Lockwood und Aidan Mooney, Professoren an der Maynooth University in Irland und Autoren des Berichts Computational Thinking in Education: Where does it fit? „Computerdenken ist zu einem großen Teil der Schlüssel zu Ihrem Erfolg, egal über welchen Bereich wir sprechen. Diese Technik ist bei der Lösung realer Probleme, nicht nur von Computerproblemen, so wirkungsvoll, dass sie zu einem der Hauptfächer im Unterricht gemacht werden sollte. Zumindest wenn Sie wie ich zustimmen, dass der grundlegende Zweck der Bildung darin bestehen sollte, unser Leben zu bereichern, indem wir die effektivsten Lösungen für Probleme aller Art finden“, sagt Conrad Wolfram, ein renommierter britischer Technologieexperte und Unternehmer. Lassen Sie uns mit einem oben bereits erwähnten Zitat von Jeannette Wing abschließen, die als eine der wichtigsten modernen Popularisiererinnen des Computational Thinking als Konzept angesehen werden kann: „Der pädagogische Nutzen des Computational Thinking – beginnend mit der Verwendung von Abstraktionen – nimmt zu und verstärkt sich.“ geistige Fähigkeiten und sind daher auf jeden Bereich übertragbar. Informatiker sind sich des Werts von Abstraktionen, des Denkens auf verschiedenen Abstraktionsebenen, des Abstrahierens zur Bewältigung von Komplexität und Skalierung usw. durchaus bewusst. Im Moment besteht unsere Aufgabe darin, Nicht-Informatikern und anderen zu erklären, was wir unter rechnerischem Denken verstehen Was sind seine Vorteile!“