تفکر محاسباتی چیست؟ «کلید موفقیت» و «مهارتی حیاتی برای قرن بیست و یکم».

در مقالات JavaRush، ما نه تنها در مورد جاوا، مطالعه، ویژگی ها و استخدام بعدی در زمینه توسعه رایانه صحبت می کنیم، بلکه در توسعه همه جانبه خوانندگان خود نیز "سرمایه گذاری" می کنیم. برای انجام این کار، ما به مفاهیم اساسی توجه می کنیم که درک آنها نه تنها به شما امکان می دهد یک برنامه نویس حرفه ای شوید، بلکه به شما کمک می کند تا در آینده بدون توجه به جهت انتخاب شده، پیشرفت کنید. و امروز ما فقط چنین موضوعی داریم. بنیادی، مانند هرم خئوپس. یعنی: تفکر محاسباتی.

تفکر محاسباتی چیست؟

تفکر محاسباتی (به نظر می رسد "تفکر محاسباتی" اصطلاح مناسب تری در زبان روسی است، اما در RuNet اولین گزینه است که رایج تر است) مفهوم رویکرد سیستماتیک به یک مسئله به منظور ایجاد راه حلی است که رایانه بتواند آن را پیاده سازی کند. . به زبان ساده، قبل از آموزش حل یک مشکل خاص به رایانه، شخص باید خود مسئله و نحوه حل آن را درک کند و تفکر رایانه ای دقیقاً تکنیکی برای این کار است. این مفهوم توسط ریاضیدان و دانشمند کامپیوتر سیمور پیپرت در سال 1980 به عنوان مبنایی نظری برای حل موثرتر مسئله پیشنهاد شد. در آموزش و پرورش، تفکر محاسباتی به عنوان یک مفهوم، پس از یادداشتی توسط پروفسور علوم کامپیوتر Jeannette Wing در سال 2006، که پیشنهاد معرفی تفکر محاسباتی به آموزش کودکان را به عنوان یک مهارت اساسی که همه افراد باید داشته باشند، شروع به محبوبیت کرد.

چهار رکن تفکر محاسباتی

تفکر محاسباتی به عنوان یک تکنیک بر چهار روش کلیدی استوار است.

• تجزیه.

  تقسیم یک مسئله پیچیده به تعدادی از مسائل کوچکتر و قابل حل.

• انتزاع - مفهوم - برداشت.

  تمرکز انحصاری بر اطلاعات مهم برای تصمیم گیری و نادیده گرفتن جزئیات غیر ضروری.

• الگو شناسی.

  جستجوی شباهت‌های بین مشکل مورد بررسی و سایر مواردی که قبلاً حل شده‌اند تا رویکردهای قبلاً اثبات شده را به آن منتقل کنید.

• الگوریتم ها

  ایجاد یک راه حل گام به گام برای یک مشکل یا قوانینی برای حل آن.

همه این اجزاء به همان اندازه اجزای مهم تفکر کامپیوتری هستند. این بدان معناست که بدون کاربرد صحیح هر یک از آنها، استفاده موثر از این تکنیک امکان پذیر نخواهد بود. و استفاده صحیح از تفکر کامپیوتری اساس مبانی برنامه نویسی است.

کاربرد تفکر کامپیوتری در زندگی

به طور کلی، تفکر کامپیوتری به عنوان یک روش بسیار فراتر از برنامه نویسی است و اجزای آن به طور مداوم توسط اکثر مردم هنگام حل مسائل با سطوح مختلف پیچیدگی استفاده می شود. یک مثال پایه کلاسیک: شما باید از نقطه A به نقطه B در یک شهر ناآشنا بروید. برای تصمیم گیری در مورد کدام مسیر، شما:

• شما این کار را به تعدادی کار کوچکتر تقسیم می کنید (تجزیه): نقشه و گزینه های مسیر ممکن را مطالعه کنید، روش سفر به نقطه B و غیره را انتخاب کنید.
• سپس جذابیت مسیرهای مختلف را بر اساس طول آنها، وجود نقاط دیدنی در طول مسیر یا سهولت سفر (یک انتزاع) ارزیابی می کنید.
• سپس به گزینه های خود بر اساس تجربیات سفر قبلی در شهرهای دیگر فکر می کنید که از نظر اندازه و چشم انداز شهری بیشترین شباهت را دارند (تشخیص الگو).
• بر اساس همه این موارد، شما مناسب ترین مسیر و روش حمل و نقل (الگوریتم) را انتخاب می کنید.

این یک مثال اساسی است، اما درک عمیق تر از تفکر محاسباتی در بسیاری از زمینه ها مفید خواهد بود، نه فقط در زمینه های فنی. بسیاری از مسائل پیچیده با فاکتورهای فراوان و انواع مختلف داده ها در زندگی روزمره را می توان با استفاده از تفکر محاسباتی حل کرد. امروزه تفکر محاسباتی به عنوان یک مفهوم به عنوان یک موضوع آموزشی اصلی محبوبیت پیدا کرده است و به طور کلی به یک تکنیک مهم تبدیل شده است که می تواند در بسیاری از فرآیندهای کاری برای بهبود نتایج ادغام شود. "در تلاش برای یافتن موثرترین راه حل برای یک مشکل، ما دائما واضح ترین گزینه های راه حل را ارزیابی می کنیم و مزایا و معایب آنها را پیدا می کنیم. تفکر محاسباتی به ما این امکان را می دهد که یک مسئله به ظاهر پیچیده را به شکلی که بتوانیم حل کنیم، قالب بندی کنیم. ماهیت تفکر کامپیوتری نیز در تفکر بازگشتی و پردازش اطلاعات موازی نهفته است. در برنامه نویسی به این معنی است که ما کد را به عنوان داده و داده را به عنوان کد تفسیر می کنیم. این شامل بررسی نوع به عنوان تعمیم تجزیه و تحلیل ابعادی، و شناخت مزایا و معایب نام مستعار یا دادن نام به شخص یا چیزی بیش از یک نام است. Jeannette توضیح می دهد که این ارزیابی کیفیت برنامه نوشته شده است، نه تنها از نظر صحت عملکرد و کارایی آن، بلکه از نظر زیبایی شناسی و طراحی سیستم، با در نظر گرفتن سادگی و ظرافت آن. وینگ در یادداشت خود در مورد اهمیت یادگیری تفکر محاسباتی، منتشر شده در سال 2006.

یادگیری و توسعه مهارت های تفکر محاسباتی

در مورد مطالعه تفکر کامپیوتری به عنوان یک تکنیک و رشته، امروزه مطالب بسیار زیادی در مورد این موضوع برای علاقه مندان موجود است. بنابراین، انجمن بین‌المللی فناوری در آموزش (ISTE) به همه یک دوره رایگان با عنوان تفکر محاسباتی ارائه می‌دهد که با پشتیبانی Google توسعه یافته است و برای متخصصان فنی نیز در نظر گرفته شده است. شما همچنین می توانید یک دوره رایگان در مورد تفکر کامپیوتری را برای مثال در منبع Coursera پیدا کنید . برنامه های تفکر محاسباتی، هم برای دانش آموزان سطوح مختلف و هم برای معلمان، توسط آکادمی رباتیک در دانشگاه کارنگی ملون ارائه می شود . و در نهایت، در تفکر کامپیوتری یکی از نقش های غالب را منطق بازی می کند. برای آموزش آن، برای مثال، حل منظم مسائل و معماها مفید خواهد بود . در زیر یک رویکرد ساده و اساسی برای یادگیری، توسعه و استفاده مداوم از چهار تکنیک اساسی تفکر محاسباتی آورده شده است.

• تمرین تجزیه.

  فقط سعی کنید این اصل را (البته اگر قبلاً این کار را انجام نداده اید) برای انواع مختلف کارها و مشکلاتی که نیاز به حل دارند، اعمال کنید. ترفند اینجا این است که ذهن خود را آموزش دهید تا از این رویکرد به طور مداوم و بدون تمرکز آگاهانه استفاده کند. علیرغم این واقعیت که تقسیم یک مشکل/وظیفه به تعدادی از موارد کوچکتر یک راه حل نسبتاً پیش پا افتاده برای بسیاری است (مخصوصاً در برنامه نویسی)، همه نمی دانند چگونه آن را اعمال کنند و آن را به طور منظم انجام می دهند.

• تمرین انتزاع.

  انتزاع صرفاً تمرکز بر اطلاعاتی است که برای حل یک مسئله خاص مرتبط و مهم هستند. این در ارتباط با تجزیه کار می کند، جایی که شما یک مشکل را به تعدادی از وظایف فرعی تقسیم می کنید و یک به یک روی آنها تمرکز می کنید و فقط به دنبال اطلاعاتی هستید که برای حل مشکل در دست دارید.

• مهارت های تشخیص الگو را تمرین کنید.

  همانطور که تفکر محاسباتی را تمرین می کنید، که با تجزیه شروع می شود، مهارت های تشخیص الگوی شما نیز توسعه می یابد. رویکرد در اینجا مانند تجزیه است - فقط تمرین کنید به دنبال شباهت با سایر مشکلات حل شده باشید. تشخیص الگو به شما امکان می دهد با استفاده از الگوهای فکری که قبلاً تمرین شده و برای مغز شما آشنا هستند، مشکلات را سریعتر حل کنید.

• مهارت شکل دادن به الگوریتم ها را تمرین کنید

  در اینجا، دوباره، کلید تطبیق مغز برای استفاده از این سیستم است. زندگی ما به طور پیش فرض پر از الگوریتم هایی است که ما آنها را عادت می نامیم. فقط باید به شکل گیری الگوریتم ها توجه آگاهانه داشته باشید. علاوه بر این، این نه تنها در مورد کار یا آموزش، بلکه در مورد بسیاری از کارهای روزمره دیگر نیز صدق می کند. به عنوان مثال، اساس مبارزه با اهمال کاری ، که اخیراً در مورد آن صحبت کردیم، نیز به طور کلی در شکل گیری آگاهانه الگوریتم ها (همراه با تشخیص الگو) نهفته است.

نظرات

خوب، بیایید این مطالب را با چند نقل قول از کارشناسان که به نظر ما جالب ترین و مختصرتر به نظر می رسید، به پایان برسانیم. "تفکر محاسباتی یک مهارت حیاتی برای کارگران قرن 21 است. با وجود این واقعیت که علوم کامپیوتر و تفکر محاسباتی در حال حاضر رایج‌تر شده‌اند، هنوز به آن‌ها به‌عنوان رشته‌های اصلی توجه کافی نمی‌شود که به‌ویژه با کمک به دانش‌آموزان برای سازگاری و عادت به «برنامه‌نویسی سنتی» مفید باشد. مونی، اساتید دانشگاه مینوت در ایرلند و نویسندگان گزارش تفکر محاسباتی در آموزش: کجا مناسب است؟ "تفکر کامپیوتری، تا حد زیادی، کلید موفقیت شما است، مهم نیست در مورد چه زمینه ای صحبت می کنیم. این تکنیک در حل مشکلات واقعی و نه فقط رایانه ای آنقدر قدرتمند است که باید آن را به یکی از موضوعات اصلی آموزشی تبدیل کرد. کنراد ولفرام، کارشناس و کارآفرین مشهور فناوری بریتانیا، می‌گوید حداقل اگر موافق هستید، مانند من، که هدف اساسی آموزش باید غنی‌سازی زندگی‌مان با یافتن مؤثرترین راه‌حل‌ها برای مشکلات از هر نوع باشد . خوب، بیایید با نقل قولی از Jeannette Wing، که قبلاً در بالا ذکر شد، که می‌توان او را یکی از رایج‌کننده‌های اصلی تفکر محاسباتی به عنوان یک مفهوم در نظر گرفت، نتیجه‌گیری کنیم: «مزایای آموزشی تفکر محاسباتی - با استفاده از انتزاعات - افزایش و تقویت می‌شود. مهارت های فکری و بنابراین می تواند به هر حوزه ای منتقل شود. دانشمندان کامپیوتر به خوبی از ارزش انتزاعات، تفکر در سطوح مختلف انتزاع، انتزاع برای مدیریت پیچیدگی و مقیاس و غیره آگاه هستند. در حال حاضر، وظیفه ما این است که به دانشمندان غیر کامپیوتری و دیگران توضیح دهیم که منظورمان از تفکر محاسباتی چیست. مزایای آن چیست!»