การคิดเชิงคำนวณคืออะไร? “กุญแจสู่ความสำเร็จ” และ “ทักษะสำคัญแห่งศตวรรษที่ 21”

ในบทความเกี่ยวกับ JavaRush เราไม่เพียงแต่พูดถึง Java การศึกษา คุณสมบัติ และการจ้างงานที่ตามมาในด้านการพัฒนาคอมพิวเตอร์ แต่ยัง "ลงทุน" ในการพัฒนาที่ครอบคลุมของผู้อ่านของเราด้วย ในการทำเช่นนี้เราให้ความสำคัญกับแนวคิดพื้นฐานซึ่งความเข้าใจจะไม่เพียงช่วยให้คุณเป็นโปรแกรมเมอร์มืออาชีพเท่านั้น แต่ยังช่วยให้คุณปรับปรุงในอนาคตโดยไม่คำนึงถึงทิศทางที่เลือก และวันนี้เรามีหัวข้อดังกล่าว พื้นฐานเหมือนปิรามิดแห่ง Cheops กล่าวคือ การคิดเชิงคำนวณ

การคิดเชิงคำนวณคืออะไร?

การคิดเชิงคำนวณ ("การคิดเชิงคำนวณ" ดูเหมือนจะเป็นคำที่เหมาะสมกว่าในภาษารัสเซีย แต่ใน RuNet นี่เป็นตัวเลือกแรกที่ใช้กันทั่วไปมากกว่า) เป็นแนวคิดในการแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบเพื่อสร้างวิธีแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์สามารถนำไปใช้ได้ . พูดง่ายๆ ก็คือ ก่อนที่จะสอนคอมพิวเตอร์ถึงวิธีแก้ปัญหาเฉพาะเจาะจง บุคคลนั้นจะต้องเข้าใจปัญหาและวิธีแก้ไขเสียก่อน และการคิดด้วยคอมพิวเตอร์ก็เป็นเทคนิคหนึ่งสำหรับปัญหานี้ แนวคิดนี้เสนอโดยนักคณิตศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ Seymour Papert ในปี 1980 เพื่อเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการแก้ปัญหาที่มีประสิทธิผลมากขึ้น ในด้านการศึกษา การคิดเชิงคำนวณในฐานะแนวคิดเริ่มได้รับความนิยมตามบันทึกของศาสตราจารย์ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ Jeannette Wing ในปี 2549 ซึ่งเสนอแนะการนำการคิดเชิงคำนวณมาใช้ในการศึกษาของเด็ก ว่าเป็นทักษะพื้นฐานที่ทุกคนควรมี

เสาหลักสี่ประการของการคิดเชิงคำนวณ

การคิดเชิงคำนวณเป็นเทคนิคที่ใช้พื้นฐานสี่วิธีหลัก

• การสลายตัว

  การแบ่งปัญหาที่ซับซ้อนออกเป็นปัญหาเล็กๆ จำนวนหนึ่งและแก้ไขได้

• นามธรรม

  มุ่งเน้นเฉพาะข้อมูลที่สำคัญต่อการตัดสินใจ โดยละเลยรายละเอียดที่ไม่จำเป็น

• การจดจำรูปแบบ

  ค้นหาความคล้ายคลึงกันระหว่างปัญหาที่กำลังพิจารณากับปัญหาอื่นๆ ที่ได้รับการแก้ไขแล้วเพื่อถ่ายทอดแนวทางที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

• อัลกอริทึม

  การพัฒนาวิธีแก้ปัญหาทีละขั้นตอนสำหรับปัญหาหรือกฎเกณฑ์ในการแก้ปัญหา

ส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญไม่แพ้กันของการคิดด้วยคอมพิวเตอร์ ซึ่งหมายความว่าหากไม่มีการใช้งานแต่ละอย่างที่ถูกต้อง คุณจะไม่สามารถใช้เทคนิคนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และการประยุกต์ใช้การคิดด้วยคอมพิวเตอร์อย่างถูกต้องเป็นพื้นฐานของพื้นฐานของการเขียนโปรแกรม

การประยุกต์ใช้การคิดคอมพิวเตอร์ในชีวิต

โดยทั่วไปแล้ว การคิดด้วยคอมพิวเตอร์เป็นวิธีการเป็นมากกว่าการเขียนโปรแกรม และคนส่วนใหญ่ใช้ส่วนประกอบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์อย่างต่อเนื่องในการแก้ปัญหาที่มีระดับความซับซ้อนต่างกัน ตัวอย่างพื้นฐานแบบคลาสสิก: คุณต้องเดินทางจากจุด A ไปยังจุด B ในเมืองที่ไม่คุ้นเคย หากต้องการตัดสินใจว่าจะใช้เส้นทางใด คุณ:

• คุณแบ่งงานนี้ออกเป็นงานย่อยๆ (การสลายตัว): ศึกษาแผนที่และตัวเลือกเส้นทางที่เป็นไปได้ เลือกวิธีเดินทางไปยังจุด B เป็นต้น
• จากนั้น คุณจะให้คะแนนความน่าดึงดูดใจของเส้นทางต่างๆ ตามความยาว จุดที่น่าสนใจตลอดทาง หรือความสะดวกในการเดินทาง (นามธรรม)
• จากนั้นคุณคิดถึงตัวเลือกของคุณโดยพิจารณาจากประสบการณ์การเดินทางในอดีตในเมืองอื่นที่มีขนาดและภูมิทัศน์เมืองใกล้เคียงกันมากที่สุด (การจดจำรูปแบบ)
• จากทั้งหมดนี้ คุณจะเลือกเส้นทางและวิธีการขนส่งที่เหมาะสมที่สุด (อัลกอริทึม)

นี่เป็นตัวอย่างพื้นฐาน แต่ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวณจะมีประโยชน์ในหลายสาขา ไม่ใช่แค่ด้านเทคนิคเท่านั้น ปัญหาที่ซับซ้อนมากมายซึ่งมีปัจจัยมากมายและข้อมูลประเภทต่างๆ ในชีวิตประจำวันสามารถแก้ไขได้โดยใช้การคิดเชิงคำนวณ ในปัจจุบัน การคิดเชิงคำนวณในฐานะแนวคิดกำลังได้รับความนิยมเป็นวิชาหลักและโดยทั่วไปกลายเป็นเทคนิคสำคัญที่สามารถบูรณาการเข้ากับกระบวนการทำงานต่างๆ มากมายเพื่อปรับปรุงผลลัพธ์ได้ “ในความพยายามที่จะค้นหาวิธีแก้ไขปัญหาที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เราประเมินตัวเลือกวิธีแก้ปัญหาที่ชัดเจนที่สุดอย่างต่อเนื่อง ค้นหาข้อดีและข้อเสีย การคิดเชิงคำนวณช่วยให้เราจัดรูปแบบปัญหาที่ซับซ้อนให้เป็นปัญหาที่เราสามารถแก้ไขได้ สาระสำคัญของการคิดด้วยคอมพิวเตอร์ยังอยู่ที่การคิดแบบเรียกซ้ำและการประมวลผลข้อมูลแบบขนาน ในการเขียนโปรแกรม หมายความว่าเราตีความโค้ดว่าเป็นข้อมูล และข้อมูลเป็นโค้ด ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบประเภทในลักษณะทั่วไปของการวิเคราะห์มิติ และการรับรู้ทั้งข้อดีและข้อเสียของการใช้นามแฝงหรือการให้ชื่อแก่บุคคลหรือบางสิ่งมากกว่าหนึ่งชื่อ นอกจากนี้ยังเป็นการประเมินคุณภาพของโปรแกรมที่เขียน ไม่เพียงแต่ในแง่ของความถูกต้องของการทำงานและประสิทธิภาพ แต่ยังรวมถึงความสวยงามและการออกแบบของระบบ โดยคำนึงถึงความเรียบง่ายและสง่างาม” Jeannette อธิบาย Wing ในบันทึกของเธอเกี่ยวกับความสำคัญของการเรียนรู้การคิดเชิงคำนวณซึ่งตีพิมพ์ในปี 2549

การเรียนรู้และพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณ

ในส่วนของการศึกษาการคิดด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อเป็นเทคนิคและวินัยนั้น ปัจจุบันมีเนื้อหาในหัวข้อนี้ค่อนข้างมากสำหรับผู้ที่สนใจ ดังนั้น International Society for Technology in Education (ISTE) จึงเสนอหลักสูตรฟรีแก่ทุกคนเกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวณ ซึ่งพัฒนาขึ้นโดยได้รับการสนับสนุนจาก Google และมีจุดมุ่งหมายสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคด้วย คุณ ยังสามารถค้นหาหลักสูตรฟรีเกี่ยวกับการคิดคอมพิวเตอร์บน Coursera ได้เช่นกัน นอกจากนี้ Academy of Robotics แห่งมหาวิทยาลัย Carnegie Mellonยังเปิดสอนหลักสูตรการคิดเชิงคำนวณทั้งสำหรับนักเรียนในระดับต่างๆ และสำหรับอาจารย์อีกด้วย และในที่สุด ในการคิดคอมพิวเตอร์ บทบาทที่โดดเด่นประการหนึ่งก็เล่นตามตรรกะ ในการฝึกมันจะมีประโยชน์ในการแก้ปัญหาและปริศนา เป็นประจำ เป็นต้น ด้านล่างนี้คือแนวทางพื้นฐานง่ายๆ สำหรับการเรียนรู้ การพัฒนา และการใช้เทคนิคการคิดเชิงคำนวณขั้นพื้นฐานสี่ประการอย่างต่อเนื่อง

• การปฏิบัติการสลายตัว

  เพียงลองใช้หลักการนี้ (หากคุณยังไม่ได้ทำสิ่งนี้) กับงานและปัญหาประเภทต่างๆ ที่ต้องแก้ไข เคล็ดลับที่นี่คือการฝึกจิตใจให้ใช้วิธีนี้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องมีสมาธิ แม้ว่าการแบ่งปัญหา/งานหนึ่งๆ ออกเป็นงานเล็กๆ น้อยๆ ก็เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ค่อนข้างซ้ำซากสำหรับหลาย ๆ คน (โดยเฉพาะในการเขียนโปรแกรม) ไม่ใช่ทุกคนที่รู้วิธีนำไปใช้และทำเป็นประจำ

• การปฏิบัติที่เป็นนามธรรม

  Abstraction เป็นเพียงการมุ่งเน้นไปที่ข้อมูลที่เกี่ยวข้องและสำคัญที่สุดในการแก้ปัญหาเฉพาะ มันทำงานร่วมกับการสลายตัว โดยที่คุณแบ่งปัญหาออกเป็นงานย่อยจำนวนหนึ่งและมุ่งเน้นไปที่งานเหล่านั้นทีละงาน โดยมองหาเฉพาะข้อมูลที่คุณต้องการในการแก้ปัญหาที่มีอยู่

• ฝึกทักษะการจดจำรูปแบบ

  เมื่อคุณฝึกการคิดเชิงคำนวณ ซึ่งเริ่มต้นจากการสลายตัว ทักษะการจดจำรูปแบบของคุณก็จะพัฒนาไปด้วย แนวทางในที่นี้เหมือนกับการสลายตัว - เพียงฝึกมองหาความคล้ายคลึงกับปัญหาอื่น ๆ ที่ได้แก้ไขไปแล้ว การจดจำรูปแบบช่วยให้คุณแก้ปัญหาได้เร็วขึ้นโดยใช้รูปแบบความคิดที่ได้รับการฝึกฝนและคุ้นเคยกับสมองของคุณแล้ว

• ฝึกฝนทักษะการสร้างอัลกอริธึม

  สิ่งสำคัญอีกอย่างคือการปรับสมองให้ใช้ระบบนี้ ชีวิตของเราเต็มไปด้วยอัลกอริทึมที่เราเรียกว่านิสัย คุณเพียงแค่ต้องใส่ใจกับการก่อตัวของอัลกอริทึมอย่างมีสติ ยิ่งไปกว่านั้น สิ่งนี้ไม่เพียงนำไปใช้กับการทำงานหรือการฝึกอบรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสิ่งอื่นๆ ในชีวิตประจำวันอีกมากมาย ตัวอย่างเช่น พื้นฐานของการต่อสู้กับการผัดวันประกันพรุ่งซึ่งเราได้พูดถึงเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยส่วนใหญ่แล้วนั้นอยู่ที่การสร้างอัลกอริธึมที่มีสติ (พร้อมกับการจดจำรูปแบบ)

ความคิดเห็น

เรามาสรุปเนื้อหานี้ด้วยคำพูดบางส่วนจากผู้เชี่ยวชาญที่ดูน่าสนใจและรัดกุมที่สุดสำหรับเรา “การคิดเชิงคำนวณเป็นทักษะที่สำคัญสำหรับคนทำงานในศตวรรษที่ 21 แม้ว่าวิทยาการคอมพิวเตอร์และการคิดเชิงคำนวณกำลังกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น แต่ก็ยังไม่ได้รับความสนใจมากพอเป็นสาขาวิชาหลักที่จะเป็นประโยชน์ต่อนักเรียนโดยเฉพาะ ด้วยการช่วยให้พวกเขาปรับตัวและคุ้นเคยกับ "การเขียนโปรแกรมแบบดั้งเดิม" - หมายเหตุ James Lockwood และ Aidan Mooney อาจารย์จาก Maynooth University ในไอร์แลนด์ และผู้เขียนรายงานComputational Thinking in Education: Where does it fit? “โดยส่วนใหญ่แล้วการคิดด้วยคอมพิวเตอร์คือกุญแจสู่ความสำเร็จของคุณ ไม่ว่าเราจะพูดถึงสาขาใดก็ตาม เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพมากในการแก้ปัญหาจริง ไม่ใช่แค่คอมพิวเตอร์ ที่ควรจัดให้เป็นวิชาหลักวิชาหนึ่ง อย่างน้อยถ้าคุณเห็นด้วยเช่นเดียวกับฉัน จุดประสงค์พื้นฐานของการศึกษาควรคือการทำให้ชีวิตของเราดีขึ้นด้วยการค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับปัญหาทุกประเภท” Conrad Wolfram ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีและผู้ประกอบการที่มีชื่อเสียงของอังกฤษกล่าว เรามาสรุปด้วยคำพูดของ Jeannette Wing ดังที่กล่าวไปแล้วข้างต้นซึ่งถือได้ว่าเป็นหนึ่งในแนวคิดหลักที่ได้รับความนิยมในปัจจุบันของการคิดเชิงคำนวณ:“ ประโยชน์ทางการศึกษาของการคิดเชิงคำนวณ - เริ่มต้นด้วยการใช้นามธรรม - เพิ่มและเสริมสร้างความเข้มแข็ง ทักษะทางปัญญาจึงสามารถถ่ายทอดไปยังด้านใดก็ได้ นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ตระหนักดีถึงคุณค่าของนามธรรม การคิดในระดับต่างๆ ของนามธรรม บทคัดย่อเพื่อจัดการความซับซ้อนและขนาด ฯลฯ สำหรับตอนนี้ งานของเราคือการอธิบายให้นักวิทยาศาสตร์ที่ไม่ใช่คอมพิวเตอร์และคนอื่นๆ เข้าใจถึงสิ่งที่เราหมายถึงภายใต้การคิดเชิงคำนวณ และ ข้อดีของมันคืออะไร!”