หนังสือนิทาน

แนวคิดเชิงคำนวณ (Computational Thinking) ด้วย Microbit ครูณัฐพล บัวอุไร โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต

แนวคิดเชิงคำนวณ แนวคิดเชิงคำนวณ (Computational Thinking) ไม?ใช?การคิดเหมือนหุ?นยนตJหรือการเขียนโปรแกรมโดยผูQเชี่ยวชาญ แต?เปTนทักษะที่มุ?งเนQนการคิดเชิงตรรกะ คือสามารถอธิบายการคิดเชิงคํานวณอย่างเป็ นระบบ หรือเป็ นการแก้ไข ปัญหาอย่างเป็ นลําดับขั?นตอน โดยการเข้าใจปัญหาและวิธีการในการแก้ไขปัญหาอย่างเป็ นระบบ เพืGอให้ ได้มาซึGงวิธีการแก้ไขปัญหาทีGทั?งมนุษย์และคอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจร่วมกันได้ Thinking Computationa Download วิชาวิทยาการคำนวณ ม.4

1.แนวคิดการแยกย่อย (Decomposition) แตกปัญหาใหญ่ให้เป็นปัญหาย่อยที่มีขนาดเล็กลง เพื่อให้ สามารถจัดการปัญหาได้ง่ายขึ้น ทักษะนี้เทียบเท่ากับการคิด วิเคราะห์ 3.แนวคิดเชิงนามธรรม (Abstraction) แนวคิดเชิงนามธรรม การหาแนวคิดเชิงนามธรรมหรือ การนิยามเพื่อหาแนวคิดรวบยอดของแต่ละปัญหาย่อย เป็น การมุ่งเน้นความสำคัญของปัญหาโดยไม่สนใจรายละเอียดที่ ไม่จำเป็น เพื่อให้สามารถเข้าใจถึงแก่นแท้ของปัญหา ทักษะ นี้เทียบเท่ากับการคิดสังเคราะห์ 2.แนวคิดการจดจำรูปแบบ(Pattern Recognition) กำหนดแบบแผนจากปัญหาย่อยต่าง ๆ จากปัญหาที่มีรูปแบบ ที่หลากหลาย โดยปัญหาต่าง ๆ มักมีรูปแบบที่คล้ายคลึงกัน กล่าวคือ หากเราเข้าใจปัญหา จะพบว่าปัญหาที่แตกต่างกัน สามารถใช้วิธีการในการแก้ไขปัญหาแบบเดียวกันได้ ทักษะนี้เทียบเท่ากับการคิดวิเคราะห์แบบเชื่อมโยง 4.แนวคิดการออกแบบขั้นตอน (Algorithm Design) ออกแบบลำดับขั้นตอนการแก้ปัญหาด้วย การคิดเชิงอัลกอริทึม เป็นความคิดพื้นฐานในการสร้างชุดของลำดับขั้นตอน วิธีง่าย ๆ ที่ทุกคนสามารถนำไปใช้ในกำรแก้ไขปัญหำที่มีลักษณะแบบเดียวกันได้ แนวคิดเชิง คำนวณ แนวคิดเชิงคำนวณประกอบด2วยการใช2ทักษะย9อย 4 ทักษะ วิชาวิทยาการคำนวณ ม.4

การคิดเชิงคำนวณอย ่างเป็นระบบนั้นไม ่ได้เป็นกระบวนการทางความคิดสำหรับนักวิทยาศาสตร์หรือนักพัฒนา โปรแกรมเท่านั้น แต่สามารถประยุกต์ใช้กับการทำงานของบุคคลทั่วไป โดยนำแนวคิดเชิงคำนวณไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน ได้ทั้งสิ้น ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยิ่งไปกว่านั้นยังสามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างไร้ขีดจำกัดอีกด้วย จึงจำเป็นต้องเรียนรู้ว่าเราจะสั่งให้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำงานด้วยแนวคิดเชิงคำนวณอย่างเป็นระบบได้อย่างไร เพื่อสามารถสร้าง วิธีการแก้ไขปัญหาและใช้งานคอมพิวเตอร์ให้แก้ไขปัญหาได้เต็มศักยภาพ ความสำคัญของแนวคิดเชิงคำนวณ

“ตะวัน” เป็นชายวัยทำงานที่ขยันขันแข็งและพยายามทำทุกอย่างเพื่อเป็นพลเมืองดีต่อสังคม แต่วันนี้ตะวันประสบปัญหา โดยรถยนต์ของตะวันไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เนื่องจากเกิดปัญหา 2 ประการ ได้แก่ • รถยนต์ยางแบน • รถยนต์วิ่งช้าเพราะน้ำมันใกล้หมด เมื่อตะวันต้องกรใช้แนวคิดเชิงคำนวณแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น ตะวันจะสามารถแก้ไขปัญหา ได้อย่างไร

การแยกแยะป(ญหา โดยตะวัน สามารถแยกแยะป(ญหาได5เป7น 2 ประเด็น ได5แก: • ยางรถแบน • น้ำมันรถใกล5หมด 1.แนวคิดการแยกย-อย การเข5าใจรูปแบบ ตะวันควรต5องจัดการกับยาง รถก:อนเติมน้ำมันเนื่องจากน้ำมันที่เหลืออยู:ไม: มากพอที่ตะวันจะขับรถยนตMไปถึงสถานีบริการ น้ำมัน ดังนั้นตะวันควรมุ:งแก5ไขป(ญหายางรถ แบนก:อน 2.แนวคิดการจดจำรูปแบบ

หาแนวคิดรวบยอดของแต0ละป4ญหาย0อย เป7นการมุ0งเน;นความสำคัญของป4ญหาโดย ไม0สนใจรายละเอียดที่ไม0จำเป7นการคิดรวบ ยอดของป4ญหาดังกล0าวจะได;ว0า ตะวันต;อง ทำการเปลี่ยนยางรถยนตG 3.แนวคิดเชิงนามธรรม เมื่อตะวันต;องการเปลี่ยนยางรถยนตGตะวันจะต;องออกแบบลำดับขั้นตอนในการเปลี่ยน ยางดังนี้ • หมุนบล็อกเพื่อคลายนอต • ใช;แม0แรงยกรถขึ้นและถอดนอตออก • ถอดล;อออก เปลี่ยนล;ออะไหล0แทนที่ • ใส0นอตแล;วปล0อยแม0แรง • ขันนอตให;แน0น 4.แนวคิดการออกแบบขั้นตอน

การแยกส่วนประกอบและการย่อยปัญหา (decomposition) วิชาเทคโนโลยี (วิทยาการคำนวณ)

การแยกส่วนประกอบและการย่อยปัญหา (decomposition) การแยกส่วนประกอบของปัญหาเป็นวิธีคิดรูปแบบหนึ่ง ของแนวคิดเชิงคำนวณ เป็นการพิจารณาเพื่อแบ่งปัญหา หรืองานออกเป็นส่วนย่อย ทำให้สามารถจัดการกับปัญหา หรืองานได้ง่ายขึ้น

องค์ประกอบย่อยของจักรยาน จักยานประกอบด-วย ล-อ แฮนด3 โครงจักรยาน ระบบขับเคลื่อน หรืออื่นๆ ถ-าเรามองในรายละเอียด ของล-อจักรยานจะเห็นวBาประกอบด-วยยางล-อ วงล-อและซี่ลวด หรือถ-าพิจารณาชุดขับเคลื่อนก็พบวBา ประกอบด-วยเฟJKอง โซB และบันได

การแบ่งส่วนประกอบของวัตถุนั้น สามารถพิจารณาให้ละเอียดย่อยลงไปได้อีกหลายระดับ แต่ไม่ควรแยกย่อย รายละเอียดให้มากเกินความจำเป็น ทั้งนี้ให้ขึ้นอยู่กับบริบทที่สนใจ การแยกส่วนประกอบอาจเป็นขั้นตอนแรกของการพัฒนานวัตกรรม เนื่องจากทำให้เห็นหน้าของการทำงานแต่ละ ส่วนประกอบย่อยอย่างชัดเจน เมื่อพิจารณาส่วนประกอบย่อยต่างๆ เหล่านั้นอย่างเป็นอิสระต่อกันแล้ว สามารถนำไปประยุกต์ใช้ ในบริบทอื่นได้ ความสำคัญของการแยกองค์ประกอบ

การหารูปแบบ (pattern recognition) วิชาเทคโนโลยี (วิทยาการคำนวณ)

การหารูปแบบ (pattern recognition) การหารูปแบบเป*นทักษะการหาความสัมพันธ6ที่เกี่ยวข;อง แนวโน;ม และลักษณะทั่วไปของสิ่งตEางๆ โดยทั่วไปเราจะเริ่มพิจารณาปIญหา หรือสิ่งที่สนใจ จากนั้นอาจใช;ทักษะการแยกสEวนประกอบทำให;ได; องค6ประกอบภายในอื่นๆ แล;วจึงใช;ทักษะการหารูปแบบเพื่อสร;าง ความเข;าใจระหวEางองค6ประกอบเหลEานั้น ในสEวนประกอบของรถจักรยานเราพบวEาระบบ ขับเคลื่อนประกอบด;วยเฟTองหน;าและเฟUองหลังที่ เชื่อมกันด;วยโซEจักรยาน มีลักษณะเหมือนระบบ รอก ถ;านักเรียนทราบถึงคุณสมบัติการทดแรง ของระบบรอกดังกลEาว นักเรียนก็จะเข;าใจการทด แรงของระบบขับเคลื่อนของจักรยานเชEนเดียวกัน

การหารูปแบบ (pattern recognition) การหารูปแบบอีกประเภทหนึ่ง เป4นการหารูปแบบที่เหมือนและแตกต9างกันระหว9างสิ่งของต9างๆ ที่สนใจหลายชิ้น การพิจารณารูปแบบนี้จะช9วยระบุองคIประกอบสำคัญร9วมกันของสิ่งของเหล9านั้นไดN ซึ่งจะเป4นพื้นฐานในการสรNางความเขNาใจเชิงนามธรรมต9อไป

เหมือน หรือ แตกต,าง พิจารณาสิ่งของต-อไปนี้ แล6วระบุรูปแบบที่เหมือนหรือแตกต-างกัน

การคิดเชิงนามธรรม (abstraction) วิชาเทคโนโลยี (วิทยาการคำนวณ)

การคิดเชิงนามธรรม (abstraction) การคิดเชิงนามธรรม คือ กระบวนการคัดแยกคุณลักษณะที่สำคัญ ออกจากรายละเอียดในโจทยCปEญหาหรืองานที่กำลังพิจารณา เพื่อใหH ไดHองคCประกอบทีจำเปJนเพียงพอ และกระชับที่ในการพิจารณา ภายใตHสถานการณCที่สนใจ นักเรียนอาจจะเคยเห็นการใชHแนวคิดนี้มาบHาง แลHวในการเรียนวิชาวิทยาศาสตรC เชQน เรื่อง วงจรไฟฟSา หรือเรื่องของการเคลื่อนที่

Abstraction แนวคิดเชิงนามธรรม

แผนที่แสดงเส้นทางรถไฟฟ้า 2 รูปแบบ แผนภาพแสดงตำแหน-งของสถานีรถไฟฟ5าเทียบกับสถานที่และถนนจริง แผนภาพแสดงขAอมูลเสAนทางทางการเชี่อมต-อของรถไฟฟ5า Abstraction แนวคิดเชิงนามธรรม

วิเคราะห์ระบบ Smart Farm วิเคราะห์ระบบ Smart Farm ตาม องค์ประกอบของแนวคิดเชิงคำนวณ ได้แก่ •แยกย่อยปัญหา • หารูปแบบ (ระบบย่อยใดมีรูปแบบเดียวกัน) •สร้างแนวคิดเชิงนามธรรม •อัลกอริทึม (ขั้นตอนการทำงานของระบบ)

วิเคราะห์ระบบ Smart Home วิเคราะห์ระบบ Smart Farm ตามองค์ประกอบของแนวคิดเชิง คำนวณ ได้แก่ •แยกย่อยปัญหา • หารูปแบบ (ระบบย่อยใดมี รูปแบบเดียวกัน) •สร้างแนวคิดเชิงนามธรรม •อัลกอริทึม (ขั้นตอนการทำงาน ของระบบ)

ลดความสับสนในการวิเคราะห์ระบบด้วยการสร้างแนวคิดเชิงนามธรรม

Micro:bit

•micro:bit (ไมโครบิท) คือ บอร์ดทดลองขนาดเล็ก (เพียง 4x5 ซม.) ที่ถูกออกแบบมา สำหรับการเรียนเขียนโปรแกรม วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ง่ายและสนุกสนาน เหมาะกับ เด็กยุคดิจิตอล • Micro:bit เป็นโครงการของ บริษัท British Broadcasting Corp. (BBC) เพื่อต้องการ ให้เด็กนักเรียนในสหราชอาณาจักร (UK) ได้เรียนรู้วิทยาการคอมพิวเตอร์และ STEM Micro:bit คืออะไร?

ส่วนต่างๆ ของ Micro:bit

ส่วนต่างๆ ของ Micro:bit

เริ่มต้นเขียนโปรแกรมกับ Micro:bit makecode.microbit.org

สร้างแนวคิดเชิงคำนวณจาก Micro:bit ให้นักเรียนพัฒนาระบบปิด-เปิดไฟอัตโนมัติตามระดับแสง โดยถ้าแสดงน้อย กว่า 50 ให้แสดงข้อความ “Light On” ถ้าไม่ใช่ให้แสดงข้อความ “Light Off” แล้วตอบคำถามต่อไปนี้ • ปัญหาย่อยหรือการทำงานย่อยของระบบมีอะไรบ้าง • ระบบมีรูปแบบการทำงานอย่างไร • สร้างแนวคิดเชิงนามธรรมเป็นผังงาน • อธิบายขั้นตอนวิธีการทำงานของระบบ

สร้างแนวคิดเชิงคำนวณจาก Micro:bit ให้นักเรียนพัฒนาระบบควบคุม Servo Motor จากสวิตซ์A และ B โดยมี เงื่อนไขว่า กดสวิตซ์แล้ว Servo Motor จะหมุนไป 90 องศา (แสดงข้อความ O บนหน้าจอ ถ้ากดสวิตซ์B แล้ว Servo Motor จะหมุนกลับมาที่เดิม (แสดง ข้อความ X บนหน้าจอ) แล้วตอบคำถามต่อไปนี้ • ปัญหาย่อยหรือการทำงานย่อยของระบบมีอะไรบ้าง • ระบบมีรูปแบบการทำงานอย่างไร • สร้างแนวคิดเชิงนามธรรมเป็นผังงาน • อธิบายขั้นตอนวิธีการทำงานของระบบ

สร้างแนวคิดเชิงคำนวณจาก Micro:bit ให้นักเรียนพัฒนาระบบควบคุม Servo Motor จำนวน 3 ตัว แบบอัตโนมัติ โดยระบบมีการทำงานดังนี้ 1) Servo Motor จะสลับกันทำงาน โดยทำงานเรียงลำดับกัน 2) Servo Motor แต่ละตัวจะหมุน 90 องศาเรียงจากตัวที่1 - 3 3) เมื่อทำครบ 3 ตัว Servo Motor จะหมุนกลับจากตัวที่3 ไปตัวที่1 4) ทำแบบนี้ไปเรื่อยๆ ไม่หยุดการทำงาน