Tư duy tính toán là gì? “Chìa khóa thành công” và “kỹ năng quan trọng của thế kỷ 21”.

Trong các bài viết trên JavaRush, chúng tôi không chỉ nói về Java, nghiên cứu, tính năng và công việc tiếp theo của nó trong lĩnh vực phát triển máy tính mà còn “đầu tư” vào sự phát triển toàn diện của độc giả. Để làm được điều này, chúng tôi chú ý đến các khái niệm cơ bản, việc hiểu được chúng không chỉ cho phép bạn trở thành một lập trình viên chuyên nghiệp mà còn giúp bạn tiến bộ hơn trong tương lai, bất kể hướng đi đã chọn. Và hôm nay chúng ta có một chủ đề như vậy. Cơ bản, giống như kim tự tháp Cheops. Cụ thể là: Tư duy tính toán.

Tư duy tính toán là gì?

Tư duy tính toán (“tư duy tính toán” có vẻ là một thuật ngữ thích hợp hơn trong tiếng Nga, nhưng trong RuNet, đây là lựa chọn đầu tiên phổ biến hơn) là khái niệm tiếp cận một vấn đề một cách có hệ thống để sau đó tạo ra giải pháp mà máy tính có thể thực hiện được. . Nói một cách đơn giản, trước khi dạy máy tính cách giải quyết một vấn đề cụ thể, một người phải hiểu bản thân vấn đề đó và cách giải quyết nó, và tư duy máy tính là một kỹ thuật chính xác cho việc này. Khái niệm này được nhà toán học và nhà khoa học máy tính Seymour Papert đề xuất vào năm 1980 làm cơ sở lý thuyết để giải quyết vấn đề hiệu quả hơn. Trong giáo dục, tư duy tính toán như một khái niệm bắt đầu trở nên phổ biến sau một ghi chú của giáo sư khoa học máy tính Jeannette Wing vào năm 2006, người đã đề xuất đưa tư duy tính toán vào giáo dục trẻ em như một kỹ năng cơ bản mà tất cả mọi người nên có.

Bốn trụ cột của tư duy tính toán

Tư duy tính toán như một kỹ thuật dựa trên bốn phương pháp chính.

• Sự phân hủy.

  Chia một vấn đề phức tạp thành nhiều vấn đề nhỏ hơn và có thể giải được.

• Trừu tượng.

  Tập trung hoàn toàn vào thông tin quan trọng đối với quyết định và bỏ qua những chi tiết không cần thiết.

• Nhận dạng mẫu.

  Tìm kiếm những điểm tương đồng giữa vấn đề đang được xem xét và những vấn đề khác đã được giải quyết để áp dụng các phương pháp tiếp cận đã được chứng minh cho vấn đề đó.

• Thuật toán.

  Phát triển giải pháp từng bước cho một vấn đề hoặc các quy tắc để giải quyết vấn đề đó.

Tất cả những thành phần này đều là những thành phần quan trọng như nhau của tư duy máy tính. Điều này có nghĩa là nếu không áp dụng đúng từng phương pháp thì sẽ không thể sử dụng kỹ thuật này một cách hiệu quả. Và việc ứng dụng đúng đắn tư duy máy tính là nền tảng của các nguyên tắc cơ bản của lập trình.

Ứng dụng tư duy máy tính vào cuộc sống

Nhìn chung, tư duy máy tính như một phương pháp vượt xa việc lập trình và các thành phần của nó thường xuyên được hầu hết mọi người sử dụng khi giải quyết các vấn đề có mức độ phức tạp khác nhau. Một ví dụ cơ bản cổ điển: bạn cần đi từ điểm A đến điểm B ở một thành phố xa lạ. Để quyết định nên đi con đường nào, bạn:

• Bạn chia nhiệm vụ này thành nhiều nhiệm vụ nhỏ hơn (phân tách): nghiên cứu bản đồ và các lựa chọn tuyến đường khả thi, chọn phương thức di chuyển đến điểm B, v.v.
• Sau đó, bạn đánh giá mức độ hấp dẫn của các tuyến đường khác nhau dựa trên độ dài của chúng, sự hiện diện của các điểm ưa thích trên đường đi hoặc mức độ dễ đi lại (một cách trừu tượng).
• Sau đó, bạn suy nghĩ về các lựa chọn của mình dựa trên kinh nghiệm du lịch trước đây ở các thành phố khác có quy mô và cảnh quan đô thị tương tự nhất (nhận dạng mẫu).
• Dựa trên tất cả những điều này, bạn chọn tuyến đường và phương thức vận chuyển (thuật toán) phù hợp nhất.

Đây là một ví dụ cơ bản, nhưng hiểu sâu hơn về tư duy tính toán sẽ hữu ích trong nhiều lĩnh vực chứ không chỉ lĩnh vực kỹ thuật. Nhiều vấn đề phức tạp với vô số yếu tố và nhiều loại dữ liệu khác nhau trong cuộc sống hàng ngày có thể được giải quyết bằng tư duy tính toán. Ngày nay, tư duy tính toán như một khái niệm đang trở nên phổ biến như một môn học giáo dục cốt lõi và nói chung đang trở thành một kỹ thuật quan trọng có thể được tích hợp vào nhiều quy trình làm việc để cải thiện kết quả. “Trong nỗ lực tìm ra giải pháp hiệu quả nhất cho một vấn đề, chúng tôi liên tục đánh giá các phương án giải pháp rõ ràng nhất, tìm ra ưu điểm và nhược điểm của chúng. Tư duy tính toán cho phép chúng ta định dạng một vấn đề có vẻ phức tạp thành một vấn đề mà chúng ta có thể giải quyết. Bản chất của tư duy máy tính còn nằm ở tư duy đệ quy và xử lý thông tin song song. Trong lập trình, điều này có nghĩa là chúng ta hiểu mã là dữ liệu và dữ liệu là mã. Điều này bao gồm việc kiểm tra loại như một sự khái quát hóa của phân tích thứ nguyên và nhận biết cả ưu điểm và nhược điểm của việc đặt bí danh hoặc đặt cho ai đó hoặc thứ gì đó nhiều hơn một tên. Nó cũng là sự đánh giá về chất lượng của chương trình được viết, không chỉ về tính đúng đắn khi vận hành và hiệu quả mà còn về mặt thẩm mỹ và thiết kế của hệ thống, có tính đến sự đơn giản và sang trọng của nó,” Jeannette giải thích Wing trong ghi chú của mình về tầm quan trọng của việc học tư duy tính toán, xuất bản năm 2006.

Học tập và phát triển kỹ năng Tư duy tính toán

Đối với việc nghiên cứu tư duy máy tính như một kỹ thuật và môn học, ngày nay có khá nhiều tài liệu về chủ đề này dành cho những ai quan tâm. Do đó, Hiệp hội Công nghệ Giáo dục Quốc tế (ISTE) cung cấp cho mọi người một khóa học miễn phí, Tư duy tính toán , được phát triển với sự hỗ trợ của Google , cũng dành cho các chuyên gia kỹ thuật. Ví dụ: bạn cũng có thể tìm thấy một khóa học miễn phí về tư duy máy tính trên Coursera. Các chương trình về tư duy tính toán, dành cho cả học sinh ở các cấp độ khác nhau và dành cho giáo viên, cũng được cung cấp bởi Học viện Robotics tại Đại học Carnegie Mellon . Và cuối cùng, trong tư duy máy tính, một trong những vai trò chủ đạo là logic. Để huấn luyện nó, sẽ rất hữu ích nếu thường xuyên giải các bài toán và câu đố chẳng hạn. Dưới đây là một cách tiếp cận cơ bản, đơn giản để học tập, phát triển và sử dụng nhất quán bốn kỹ thuật tư duy tính toán cơ bản.

• Thực hành phân hủy.

  Chỉ cần cố gắng áp dụng nguyên tắc này (tất nhiên là nếu bạn chưa làm điều này) cho các loại nhiệm vụ và vấn đề khác nhau cần giải quyết. Bí quyết ở đây là rèn luyện trí óc của bạn sử dụng phương pháp này một cách liên tục mà không cần tập trung ý thức. Mặc dù thực tế rằng việc chia một vấn đề/nhiệm vụ thành nhiều vấn đề nhỏ hơn là một giải pháp khá tầm thường đối với nhiều người (đặc biệt là trong lập trình), nhưng không phải ai cũng biết cách áp dụng và thực hiện nó thường xuyên.

• Thực hành trừu tượng.

  Trừu tượng chỉ đơn giản là tập trung vào thông tin phù hợp và quan trọng nhất để giải quyết một vấn đề cụ thể. Nó hoạt động cùng với sự phân rã, trong đó bạn chia một vấn đề thành nhiều nhiệm vụ phụ và tập trung vào từng nhiệm vụ một, chỉ tìm kiếm thông tin bạn cần để giải quyết vấn đề trước mắt.

• Rèn luyện kỹ năng nhận dạng mẫu.

  Khi bạn thực hành tư duy tính toán, bắt đầu bằng việc phân rã, kỹ năng nhận dạng mẫu của bạn cũng sẽ phát triển. Cách tiếp cận ở đây cũng giống như cách phân rã - chỉ cần thực hành tìm kiếm điểm tương đồng với các vấn đề khác đã được giải quyết. Nhận dạng mẫu cho phép bạn giải quyết vấn đề nhanh hơn bằng cách sử dụng các mẫu suy nghĩ đã được thực hành và quen thuộc với bộ não của bạn.

• Rèn luyện kỹ năng hình thành thuật toán

  Ở đây, một lần nữa, điều quan trọng là điều chỉnh bộ não để sử dụng hệ thống này. Cuộc sống của chúng ta mặc định chứa đầy những thuật toán mà chúng ta gọi là thói quen. Bạn chỉ cần chú ý có ý thức đến việc hình thành các thuật toán. Hơn nữa, điều này không chỉ áp dụng trong công việc hay học tập mà còn áp dụng cho nhiều việc hàng ngày khác. Ví dụ, cơ sở của cuộc chiến chống lại sự trì hoãn , mà chúng ta đã nói đến gần đây, nhìn chung cũng nằm ở việc hình thành các thuật toán một cách có ý thức (cùng với nhận dạng mẫu).

Ý kiến

Chà, hãy kết thúc tài liệu này bằng một vài trích dẫn từ các chuyên gia mà đối với chúng tôi, những người có vẻ thú vị và ngắn gọn nhất. “Tư duy tính toán là một kỹ năng quan trọng đối với người lao động thế kỷ 21. Mặc dù thực tế là khoa học máy tính và tư duy tính toán hiện đang trở nên phổ biến hơn, chúng vẫn chưa được quan tâm đầy đủ như những môn học cốt lõi có thể mang lại lợi ích cho sinh viên nói riêng bằng cách giúp họ thích nghi và làm quen với “lập trình truyền thống” - James Lockwood và Aidan lưu ý Mooney, các giáo sư tại Đại học Maynooth ở Ireland và là tác giả của báo cáo Tư duy tính toán trong giáo dục: Nó phù hợp ở đâu? “Tư duy máy tính, ở một mức độ lớn, là chìa khóa thành công của bạn, bất kể chúng ta đang nói đến lĩnh vực nào. Kỹ thuật này có tác dụng mạnh mẽ trong việc giải quyết các vấn đề thực tế, không chỉ trên máy tính, đến mức nó phải được coi là một trong những môn học giáo dục chính. Ít nhất nếu bạn đồng ý, như tôi, rằng mục đích cơ bản của giáo dục phải là làm phong phú thêm cuộc sống của chúng ta bằng cách tìm ra những giải pháp hiệu quả nhất cho mọi loại vấn đề,” Conrad Wolfram, một chuyên gia công nghệ và doanh nhân nổi tiếng người Anh, nói . Chà, hãy kết thúc bằng câu trích dẫn của Jeannette Wing, đã được đề cập ở trên, người có thể được coi là một trong những người phổ biến tư duy tính toán hiện đại như một khái niệm: “Lợi ích giáo dục của tư duy tính toán - bắt đầu bằng việc sử dụng sự trừu tượng - tăng cường và củng cố kỹ năng trí tuệ và do đó có thể được chuyển giao sang bất kỳ lĩnh vực nào. Các nhà khoa học máy tính nhận thức rõ giá trị của sự trừu tượng, suy nghĩ ở các mức độ trừu tượng khác nhau, trừu tượng hóa để quản lý độ phức tạp và quy mô, v.v. Hiện tại, công việc của chúng tôi là giải thích cho các nhà khoa học không chuyên về máy tính và những người khác ý nghĩa của chúng tôi trong tư duy tính toán, và ưu điểm của nó là gì!”