מהי חשיבה חישובית? "המפתח להצלחה" ו"מיומנות חיונית למאה ה-21".

במאמרים על JavaRush, אנו לא מדברים רק על ג'אווה, המחקר שלה, תכונותיו והתעסוקה שלאחר מכן בתחום פיתוח המחשבים, אלא גם "משקיעים" בפיתוח מקיף של הקוראים שלנו. לשם כך, אנו שמים לב למושגים בסיסיים, שהבנתם לא רק תאפשר לך להפוך למתכנת מקצועי, אלא גם תעזור לך להשתפר בעתיד, ללא קשר לכיוון הנבחר. והיום יש לנו בדיוק נושא כזה. יסודי, כמו הפירמידה של צ'אופס. כלומר: חשיבה חישובית.

מהי חשיבה חישובית?

חשיבה חישובית ("חשיבה חישובית" נראה כמו מונח מתאים יותר ברוסית, אבל ב-RuNet זו האפשרות הראשונה הנפוצה יותר) היא הרעיון של גישה שיטתית לבעיה כדי ליצור פתרון שמחשב יכול ליישם. . במילים פשוטות, לפני שמלמדים מחשב כיצד לפתור בעיה מסוימת, אדם חייב להבין את הבעיה עצמה וכיצד לפתור אותה, וחשיבה ממוחשבת היא טכניקה בדיוק לכך. מושג זה הוצע על ידי המתמטיקאי ומדען המחשב סימור פאפרט ב-1980 כבסיס תיאורטי לפתרון בעיות יעיל יותר. בחינוך, חשיבה חישובית כמושג החלה לצבור פופולריות בעקבות הערה של פרופסור למדעי המחשב ג'נט וינג ב-2006, שהציעה להכניס חשיבה חישובית לחינוך ילדים כישורים בסיסיים שצריכים להיות לכל בני האדם.

ארבעה עמודים של חשיבה חישובית

חשיבה חישובית כטכניקה מבוססת על ארבע שיטות מפתח.

• הִתפָּרְקוּת.

  חלוקת בעיה מורכבת למספר בעיות קטנות יותר וניתנות לפתרון.

• הַפשָׁטָה.

  התמקדות אך ורק במידע החשוב להחלטה והתעלמות מפרטים מיותרים.

• זיהוי תבנית.

  חפשו קווי דמיון בין הבעיה הנבדקת לאחרות שכבר נפתרו על מנת להעביר אליה גישות שכבר מוכחות.

• אלגוריתמים.

  פיתוח פתרון שלב אחר שלב לבעיה או כללים לפתרון שלה.

כל המרכיבים הללו הם מרכיבים חשובים באותה מידה של חשיבה ממוחשבת. המשמעות היא שללא יישום נכון של כל אחד מהם, לא ניתן יהיה להשתמש בטכניקה זו ביעילות. והיישום הנכון של חשיבה ממוחשבת הוא הבסיס ליסודות התכנות.

יישום של חשיבה ממוחשבת בחיים

בגדול, חשיבה ממוחשבת כשיטה חורגת הרבה מעבר לתכנות, ורכיביה נמצאים בשימוש מתמיד על ידי רוב האנשים בפתרון בעיות ברמות מורכבות שונות. דוגמה בסיסית קלאסית: אתה צריך להגיע מנקודה א' לנקודה ב' בעיר לא מוכרת. כדי להחליט באיזה דרך ללכת, אתה:

• אתה מחלק את המשימה הזו למספר קטנים יותר (פירוק): למד את המפה ואפשרויות המסלול האפשריות, בחר שיטת נסיעה לנקודה B וכו'.
• לאחר מכן אתה מדרג את האטרקטיביות של מסלולים שונים על סמך אורכם, נוכחותן של נקודות עניין לאורך הדרך, או קלות הנסיעה (הפשטה).
• לאחר מכן אתה חושב על האפשרויות שלך בהתבסס על חוויות נסיעה בעבר בערים אחרות הדומות ביותר בגודלן ובנוף העירוני (זיהוי דפוסים).
• על סמך כל זה, אתה בוחר את המסלול ואת שיטת התחבורה (אלגוריתמים) המתאימים ביותר.

זוהי דוגמה בסיסית, אך הבנה מעמיקה יותר של חשיבה חישובית תהיה שימושית בתחומים רבים, לא רק בתחומים טכניים. בעיות מורכבות רבות עם שפע של גורמים וסוגים שונים של נתונים בחיי היומיום ניתנות לפתרון באמצעות חשיבה חישובית. בימינו, חשיבה חישובית כמושג צוברת פופולריות כמקצוע חינוכי מרכזי ובדרך כלל הופכת לטכניקה חשובה שניתן לשלב בתהליכי עבודה רבים כדי לשפר תוצאות. "במאמץ למצוא את הפתרון היעיל ביותר לבעיה, אנו בוחנים כל הזמן את אפשרויות הפתרון הברורות ביותר, מוצאים את היתרונות והחסרונות שלהן. חשיבה חישובית מאפשרת לנו לעצב בעיה מורכבת לכאורה לכזו שאנו יכולים לפתור. מהות החשיבה הממוחשבת טמונה גם בחשיבה רקורסיבית ועיבוד מידע מקביל. בתכנות, זה אומר שאנו מפרשים קוד כנתונים ונתונים כקוד. זה כולל בדיקת סוגים כהכללה של ניתוח ממדים, והכרה הן ביתרונות והן בחסרונות של כינוי או מתן של מישהו או משהו של יותר משם אחד. זוהי גם הערכה של איכות התוכנית הכתובה, לא רק מבחינת תקינות פעולתה ויעילותה, אלא גם מבחינת האסתטיקה והעיצוב של המערכת, תוך התחשבות בפשטות ובאלגנטיות שלה", מסבירה ז'נט . כנף בהערה שלה על החשיבות של לימוד חשיבה חישובית, שפורסם בשנת 2006.

לימוד ופיתוח מיומנויות חשיבה חישובית

באשר ללימוד החשיבה הממוחשבת כטכניקה ודיסציפלינה, כיום יש די הרבה חומרים זמינים בנושא זה למעוניינים. לפיכך, האגודה הבינלאומית לטכנולוגיה בחינוך (ISTE) מציעה לכולם קורס חינמי, חשיבה חישובית , שפותח בתמיכת גוגל , המיועד גם למומחים טכניים. אתה יכול גם למצוא קורס חינמי על חשיבה ממוחשבת במשאב Coursera, למשל. תוכניות בחשיבה חישובית, הן עבור תלמידים ברמות שונות והן עבור מורים, מוצעות גם על ידי האקדמיה לרובוטיקה באוניברסיטת קרנגי מלון . ולבסוף, בחשיבה ממוחשבת את אחד התפקידים הדומיננטיים ממלא ההיגיון. כדי לאמן אותו, זה יהיה שימושי לפתור בעיות וחידות באופן קבוע , למשל. להלן גישה פשוטה ובסיסית ללמידה, פיתוח ושימוש עקבי בארבע טכניקות החשיבה החישוביות הבסיסיות.

• תרגול פירוק.

  פשוט נסה ליישם את העיקרון הזה (אם, כמובן, אתה עדיין לא עושה את זה) על סוגים שונים של משימות ובעיות שצריך לפתור. החוכמה כאן היא לאמן את המוח שלך להשתמש בגישה זו על בסיס מתמשך ללא ריכוז מודע. למרות העובדה שחלוקת בעיה/משימה אחת למספר קטנות יותר היא פתרון די בנאלי עבור רבים (בעיקר בתכנות), לא כולם יודעים ליישם אותה ועושים זאת באופן קבוע.

• תרגול ההפשטה.

  הפשטה היא פשוט התמקדות במידע הרלוונטי והחשוב ביותר לפתרון בעיה מסוימת. זה עובד בשילוב עם פירוק, שבו אתה מפרק בעיה למספר משימות משנה ומתמקד בהן אחת בכל פעם, מחפש רק את המידע שאתה צריך כדי לפתור את הבעיה שלפניך.

• תרגול מיומנויות זיהוי תבניות.

  ככל שתתרגל חשיבה חישובית, שמתחילה בפירוק, גם כישורי זיהוי הדפוסים שלך יתפתחו. הגישה כאן זהה לזו של פירוק - פשוט תתאמן בחיפוש אחר קווי דמיון עם בעיות אחרות שכבר נפתרו. זיהוי דפוסים מאפשר לך לפתור בעיות מהר יותר על ידי שימוש בדפוסי חשיבה שכבר מתורגלים ומוכרים למוח שלך.

• תרגל את המיומנות של יצירת אלגוריתמים

  כאן, שוב, המפתח הוא להתאים את המוח לשימוש במערכת זו. חיינו מלאים כברירת מחדל באלגוריתמים שאנו מכנים הרגלים. אתה רק צריך לשים לב מודע להיווצרות של אלגוריתמים. יתר על כן, זה חל לא רק על עבודה או אימון, אלא גם על הרבה דברים יומיומיים אחרים. לדוגמה, הבסיס למאבק בדחיינות , שעליו דיברנו לאחרונה, גם, בגדול, טמון בהיווצרות מודעת של אלגוריתמים (יחד עם זיהוי דפוסים).

דעות

ובכן, בואו נסיים את החומר הזה בכמה ציטוטים של מומחים שנראו לנו הכי מעניינים ותמציתיים. "חשיבה חישובית היא מיומנות חיונית לעובדי המאה ה-21. למרות העובדה שמדעי המחשב וחשיבה חישובית הופכים כעת יותר נפוצים, הם עדיין לא מקבלים מספיק תשומת לב כדיסציפלינות ליבה שיכולות להועיל לסטודנטים במיוחד בכך שהם עוזרים להם להסתגל ולהתרגל ל"תכנות מסורתיות", - שימו לב לג'יימס לוקווד ואיידן מוני, פרופסורים באוניברסיטת Maynooth באירלנד ומחברי הדו"ח Computational Thinking in Education: Where it fits? "חשיבה ממוחשבת היא, במידה רבה, המפתח להצלחה שלך, לא משנה על איזה תחום אנחנו מדברים. הטכניקה הזו כל כך חזקה בפתרון בעיות אמיתיות, לא רק במחשב, עד שיש להפוך אותה לאחד הנושאים החינוכיים העיקריים. לפחות אם אתה מסכים, כמוני, שהמטרה הבסיסית של החינוך צריכה להיות להעשיר את חיינו על ידי מציאת הפתרונות היעילים ביותר לבעיות מכל הסוגים", אומר קונרד וולפרם, מומחה טכנולוגיה בריטי ידוע ויזם. ובכן, בואו נסיים עם ציטוט של ג'נט וינג, שכבר הוזכרה לעיל, שיכולה להיחשב לאחד הפופולאריים המודרניים העיקריים של חשיבה חישובית כמושג: "היתרונות החינוכיים של חשיבה חישובית - החל מהשימוש בהפשטות - מגדילים ומתחזקים כישורים אינטלקטואליים, ולכן, ניתן להעבירם לכל תחום. מדעני מחשב מודעים היטב לערך של הפשטות, חשיבה ברמות שונות של הפשטה, הפשטה לניהול מורכבות וקנה מידה וכו'. לעת עתה, תפקידנו הוא להסביר למדעני מחשבים ואחרים למה אנו מתכוונים תחת חשיבה חישובית, וכן מה היתרונות שלו!"