Czym jest myślenie obliczeniowe? „Klucz do sukcesu” i „kluczowa umiejętność XXI wieku”.

W artykułach na JavaRush nie tylko mówimy o Javie, jej badaniu, funkcjach i późniejszym zastosowaniu w dziedzinie rozwoju komputerów, ale także „inwestujemy” w wszechstronny rozwój naszych czytelników. Aby to zrobić, zwracamy uwagę na podstawowe pojęcia, których zrozumienie nie tylko pozwoli Ci zostać profesjonalnym programistą, ale także pomoże Ci doskonalić się w przyszłości, niezależnie od obranego kierunku. A dziś mamy właśnie taki temat. Fundamentalne, jak piramida Cheopsa. Mianowicie: myślenie obliczeniowe.

Czym jest myślenie obliczeniowe?

Myślenie obliczeniowe („myślenie obliczeniowe” wydaje się być bardziej odpowiednim terminem w języku rosyjskim, ale w RuNet jest to pierwsza opcja, która jest bardziej powszechna) to koncepcja systematycznego podejścia do problemu, aby następnie stworzyć rozwiązanie, które może wdrożyć komputer . Mówiąc najprościej, zanim nauczysz komputer, jak rozwiązać konkretny problem, osoba musi zrozumieć sam problem i sposób jego rozwiązania, a myślenie komputerowe jest właśnie do tego techniką. Koncepcja ta została zaproponowana przez matematyka i informatyka Seymoura Paperta w 1980 roku jako teoretyczna podstawa bardziej efektywnego rozwiązywania problemów. W edukacji myślenie obliczeniowe jako koncepcja zaczęło zyskiwać na popularności po notatce profesor informatyki Jeannette Wing z 2006 roku, która zaproponowała wprowadzenie myślenia obliczeniowego do edukacji dzieci jako podstawowej umiejętności, którą każdy powinien posiadać.

Cztery filary myślenia obliczeniowego

Myślenie obliczeniowe jako technika opiera się na czterech kluczowych metodach.

• Rozkład.

  Podział złożonego problemu na kilka mniejszych i możliwych do rozwiązania problemów.

• Abstrakcja.

  Koncentrowanie się wyłącznie na informacjach istotnych dla podjęcia decyzji i ignorowanie niepotrzebnych szczegółów.

• Rozpoznawanie wzorców.

  Poszukiwanie podobieństw pomiędzy rozważanym problemem a innymi, które zostały już rozwiązane, aby przenieść do niego sprawdzone już podejścia.

• Algorytmy.

  Opracowanie krok po kroku rozwiązania problemu lub zasad jego rozwiązania.

Wszystkie te elementy są równie ważnymi elementami myślenia komputerowego. Oznacza to, że bez prawidłowego zastosowania każdego z nich nie będzie możliwe efektywne wykorzystanie tej techniki. A prawidłowe zastosowanie myślenia komputerowego jest podstawą podstaw programowania.

Zastosowanie myślenia komputerowego w życiu

Ogólnie rzecz biorąc, myślenie komputerowe jako metoda wykracza daleko poza programowanie, a jego elementy są stale używane przez większość ludzi przy rozwiązywaniu problemów o różnym stopniu złożoności. Klasyczny podstawowy przykład: musisz dostać się z punktu A do punktu B w nieznanym mieście. Aby zdecydować, którą ścieżkę wybrać, należy:

• Zadanie to dzielisz na kilka mniejszych (dekompozycja): przestudiuj mapę i możliwe opcje trasy, wybierz sposób dotarcia do punktu B itp.
• Następnie oceniasz atrakcyjność różnych tras na podstawie ich długości, obecności punktów szczególnych po drodze lub łatwości podróżowania (abstrakcja).
• Następnie zastanawiasz się nad dostępnymi opcjami w oparciu o wcześniejsze doświadczenia z podróży do innych miast, które są najbardziej podobne pod względem wielkości i krajobrazu miejskiego (rozpoznawanie wzorców).
• Na tej podstawie wybierasz najbardziej odpowiednią trasę i sposób transportu (algorytmy).

To podstawowy przykład, ale głębsze zrozumienie myślenia obliczeniowego przyda się w wielu dziedzinach, nie tylko technicznych. Wiele złożonych problemów z dużą ilością czynników i różnymi rodzajami danych w życiu codziennym można rozwiązać za pomocą myślenia obliczeniowego. Obecnie myślenie obliczeniowe jako koncepcja zyskuje na popularności jako podstawowy przedmiot nauczania i ogólnie staje się ważną techniką, którą można zintegrować z wieloma procesami pracy w celu poprawy wyników. „Starając się znaleźć najskuteczniejsze rozwiązanie problemu, stale oceniamy najbardziej oczywiste opcje rozwiązania, znajdując ich zalety i wady. Myślenie obliczeniowe pozwala nam sformatować pozornie złożony problem w taki, który możemy rozwiązać. Istota myślenia komputerowego polega także na myśleniu rekurencyjnym i równoległym przetwarzaniu informacji. W programowaniu oznacza to, że interpretujemy kod jako dane, a dane jako kod. Obejmuje to sprawdzanie typu jako uogólnienie analizy wymiarowej oraz rozpoznawanie zarówno zalet, jak i wad aliasingu lub nadawania komuś lub czemuś więcej niż jednej nazwy. To także ocena jakości napisanego programu, nie tylko pod kątem poprawności jego działania i wydajności, ale także pod kątem estetyki i designu systemu, z uwzględnieniem jego prostoty i elegancji” – wyjaśnia Jeannette Wing w swojej nocie na temat znaczenia uczenia się myślenia obliczeniowego, opublikowanej w 2006 roku.

Uczenie się i rozwijanie umiejętności myślenia obliczeniowego

Jeśli chodzi o badanie myślenia komputerowego jako techniki i dyscypliny, dziś dla zainteresowanych dostępnych jest całkiem sporo materiałów na ten temat. Dlatego Międzynarodowe Towarzystwo Technologii w Edukacji (ISTE) oferuje każdemu bezpłatny kurs Myślenia obliczeniowego , opracowany przy wsparciu Google , przeznaczony również dla specjalistów technicznych. Bezpłatny kurs myślenia komputerowego można również znaleźć na przykład na platformie Coursera. Programy myślenia obliczeniowego, zarówno dla uczniów na różnych poziomach, jak i dla nauczycieli, oferuje także Akademia Robotyki na Uniwersytecie Carnegie Mellon . I wreszcie w myśleniu komputerowym jedną z dominujących ról odgrywa logika. Do jego trenowania przyda się regularne rozwiązywanie problemów i łamigłówek np. Poniżej znajduje się proste, podstawowe podejście do uczenia się, rozwijania i konsekwentnego stosowania czterech podstawowych technik myślenia obliczeniowego.

• Praktyka rozkładu.

  Po prostu spróbuj zastosować tę zasadę (jeśli oczywiście jeszcze tego nie robisz) do różnego rodzaju zadań i problemów wymagających rozwiązania. Sztuka polega na tym, aby wytrenować swój umysł, aby używał tego podejścia na bieżąco, bez świadomej koncentracji. Pomimo tego, że podzielenie jednego problemu/zadania na kilka mniejszych jest dla wielu rozwiązaniem dość banalnym (szczególnie w programowaniu), nie każdy wie jak to zastosować i robi to regularnie.

• Praktyka abstrakcji.

  Abstrakcja polega po prostu na skupieniu się na informacjach, które są najbardziej istotne i ważne dla rozwiązania konkretnego problemu. Działa w połączeniu z dekompozycją, podczas której dzielisz problem na kilka podzadań i skupiasz się na nich pojedynczo, szukając tylko informacji potrzebnych do rozwiązania danego problemu.

• Ćwicz umiejętności rozpoznawania wzorców.

  Kiedy będziesz ćwiczyć myślenie obliczeniowe, które zaczyna się od dekompozycji, rozwiną się także Twoje umiejętności rozpoznawania wzorców. Podejście tutaj jest takie samo jak w przypadku dekompozycji - wystarczy poćwiczyć szukanie podobieństw z innymi, już rozwiązanymi problemami. Rozpoznawanie wzorców pozwala szybciej rozwiązywać problemy, wykorzystując wzorce myślowe, które są już wyćwiczone i znane Twojemu mózgowi.

• Ćwicz umiejętność tworzenia algorytmów

  Tutaj znowu kluczem jest przystosowanie mózgu do korzystania z tego systemu. Nasze życie domyślnie wypełnione jest algorytmami, które nazywamy nawykami. Trzeba tylko zwrócić świadomą uwagę na tworzenie algorytmów. Co więcej, dotyczy to nie tylko pracy czy szkoleń, ale także wielu innych codziennych spraw. Przykładowo, podstawą walki z prokrastynacją , o której ostatnio rozmawialiśmy, także w dużej mierze jest świadome tworzenie algorytmów (wraz z rozpoznawaniem wzorców).

Opinie

Cóż, zakończmy ten materiał kilkoma cytatami ekspertów, którzy wydali nam się najciekawszymi i zwięzłymi. „Myślenie obliczeniowe jest kluczową umiejętnością pracowników XXI wieku. Pomimo faktu, że informatyka i myślenie obliczeniowe stają się obecnie coraz bardziej powszechne, nadal nie poświęca się im wystarczającej uwagi jako dyscyplinom podstawowym, które mogą przynieść korzyści zwłaszcza uczniom, pomagając im dostosować się i przyzwyczaić do „tradycyjnego programowania” – zauważają James Lockwood i Aidan Mooney, profesorowie na Uniwersytecie Maynooth w Irlandii i autorzy raportu Computational Thinking in Education: Gdzie to pasuje? „Myślenie komputerowe jest w dużej mierze kluczem do sukcesu, niezależnie od tego, o jakiej dziedzinie mówimy. Technika ta jest na tyle skuteczna w rozwiązywaniu rzeczywistych, nie tylko komputerowych problemów, że powinna stać się jednym z głównych przedmiotów nauczania. Przynajmniej jeśli tak jak ja zgodzisz się, że podstawowym celem edukacji powinno być wzbogacanie naszego życia poprzez znajdowanie najskuteczniejszych rozwiązań wszelkiego rodzaju problemów” – mówi Conrad Wolfram, znany brytyjski ekspert i przedsiębiorca w dziedzinie technologii. Cóż, zakończmy cytatem wspomnianej już powyżej Jeannette Wing, którą można uznać za jedną z głównych współczesnych popularyzatorek myślenia obliczeniowego jako koncepcji: „Korzyści edukacyjne myślenia obliczeniowego – począwszy od stosowania abstrakcji – zwiększają i wzmacniają umiejętności intelektualnych i dlatego można je przenieść w dowolną dziedzinę. Informatycy doskonale zdają sobie sprawę z wartości abstrakcji, myślenia na różnych poziomach abstrakcji, abstrakcji w celu zarządzania złożonością i skalą itp. Na razie naszym zadaniem jest wyjaśnienie nieinformatykom i innym osobom, co rozumiemy pod pojęciem myślenia obliczeniowego, oraz jakie są jego zalety!”