แนวคิดเชิงคำนวณ

รายวชิ า วิทยาการคานวณ บทท่ี 1 แนวคดิ เชิงคานวณ

• แนวคดิ เชิงคำนวณ เป็นพ้นื ฐำนของกำรคิดแก้ปญั หำทส่ี ำมำรถนำไป ประยุกตใ์ นกำรแกป้ ญั หำในชวี ติ ประจำวัน แนวคิดเชงิ คำนวณ เปน็ กำรคิด แบบแยกสว่ นประกอบและกำรย่อยปญั หำ กำรหำรปู แบบของปัญหำ กำร คิดเชิงนำมธรรม เพือ่ พจิ ำรณำสำระสำคญั ของปัญหำ และกำรออกแบบ ข้ันตอนวธิ ใี นกำรแกป้ ัญหำ ซงึ่ ข้ันตอนวิธี คอื ลำดบั ขนั้ ตอนในกำรแก้ปัญหำ หรือกำรทำงำนทช่ี ดั เจน ชว่ ยให้คิดอย่ำงเปน็ ระบบและเป็นขน้ั ตอน

การแยกสว่ นประกอบ แนว และ การยอ่ ยปัญหา คิด เชงิ การคดิ การออกแบบ คา เชงิ นามธรรม ข้ันตอนวธิ กี าร นวณ การหารูปแบบ

1.1 ข้นั ตอนและวธิ ี คื อ ล า ดั บ ขั้ น ต อ น ใ น ก า ร แก้ปัญหาหรือการทางานที่ชัดเจนมาก ขึ้น การคิดค้น อธิบายข้ันตอนวิธีการ แก้ปัญหาต่างๆ เช่น วิชาคณิตศาสตร์ การแก้ปัญหาโดยวิธีการบวก ลบ คูณ และหาร ที่พัฒนาโดยนักคณิตศาสตร์ ชาวเปอร์เซยี ทีม่ ชี ือ่ ว่า “อลั ควารซิ มี”

แบบฝกึ หดั ครั้งที่ 1 • ใหน้ กั เรยี นเขียนบรรยำยขนั้ ตอนกำรออกจำกป่ำจำกสถำนะกำรณส์ มมตุ ทิ ่ไี ดก้ ำหนดให้ • “นกั เรยี นเดนิ หลงเขา้ ไปในป่ากบั เพอ่ื น 3 คน และมีอุปกรณต์ ิดตวั ได้แก่ มีด และไฟฉาย ระหว่างทางทีเ่ ดนิ หาเสน้ ทางเดินออกจากปา่ นนั้ นกั เรียนก็ได้พบ กระต่าย และรงั ผึง้ จึงจบั กระต่ายและเกบ็ นา้ ผึง้ พกไปด้วย และเดนิ ต่อจนพลบคา่ แต่แล้วสงิ่ ทไี่ ม่คาดคิดก็เกิดขนึ้ มหี มปี รากฏข้ึน นักเรยี นและเพ่ือนๆจะทาอย่างไรให้ สามารถถ่วงเวลาไมใ่ หห้ มวี ิง่ เขา้ มาทารา้ ย และรอดจากการถูกจับกนิ โดยใชท้ กุ อยา่ งทมี่ อี ยู่รอบตวั ”

1.2 การแยกส่วนประกอบและการย่อยปัญหา • กำรแยกสว่ นประกอบเปน็ กำรพิจำรณำเพื่อแบ่งปญั หำ หรอื งำนออกเป็นส่วนย่อย ทำใหส้ ำมำรถจดั กำรกับ ปญั หำหรอื งำนได้งำ่ ยขึน้ เพื่ออธบิ ำยแนวคดิ • กำรแยกสว่ นประกอบน้นั ไม่ได้ทำเฉพำะกบั วัตถหุ รอื ส่งิ ของเท่ำนน้ั แตย่ งั สำมำรถทำไดก้ ับกระบวนกำร ข้นั ตอนวธิ ีด้วย • กำรแยกสว่ นประกอบมปี ระโยชน์หลำยอยำ่ ง เช่น ทำ ใหเ้ รำสำมำรถมองเห็นรำยละเอยี ดเลก็ ๆน้อยๆได้มำก ขึ้น

• การแยกสว่ นประกอบและการยอ่ ยปัญหา เป็นวธิ ีคดิ รูปแบบหน่งึ ของแนวคดิ เชิงคานวณ เป็นการพิจารณาเพ่อื แบง่ ปัญหาหรอื งานออกเป็นสว่ นย่อยๆ ทาใหเ้ ราสามารถจดั การกบั ปัญหาหรอื งานท่ีทาไดง้ ่ายขนึ้ หรอื แมแ้ ตก่ ารคดิ จินตนาการ เพ่อื อธิบายแนวคิดนีใ้ ห้ นกั เรยี นพิจารณารูปจกั รยานดงั รูป

• การแยกสว่ นประกอบของวตั ถุ จะสามารถทาใหเ้ ราไดร้ ู้ รายละเอียดปีกย่อยภายในของวตั ถชุ ิน้ นนั้ • การแยกสว่ นประกอบอาจจะเป็นขนั้ ตอนแรกของการพฒั นา นวตั กรรม เน่ืองจากทาใหท้ ราบหนา้ ท่ีการทางานของแตล่ ะ สว่ นไดอ้ ยา่ งชดั เจน



การแยกสว่ นประกอบนัน้ ไม่ไดท้ าเฉพาะกบั วัตถหุ รือสงิ่ ของเท่าน้ัน แตย่ ังสามารถทาไดก้ ับ กระบวนการและขน้ั ตอนวธิ ดี ว้ ย ซ่ึงมนุษยใ์ ชท้ ักษะนี้ตลอดเวลาจนแทบไม่ได้สังเกต เช่น ในการ เดนิ ทางจากบ้านไปโรงเรยี น อาจจะแบ่งขนั้ ตอนการเดนิ ทางดว้ ยรถประจาทางเปน็ 3 ข้ันตอนดังน้ี • 1. เดนิ ทางออกจากบ้านไปยังรถประจาทาง • 2. เดินทางดว้ ยรถประจาทางจนถึงบรเิ วณโรงเรียน • 3. เดินทางจากรถประจาทางไปยงั โรงเรยี น

แบบฝึกหัดครง้ั 2 • ใหน้ ักเรียนออกแบบกำรเดนิ ทำงโดยอธิบำยรำยละเอียดกำรเดินทำงจำกบำ้ นของนกั เรยี นเองมำ โรงเรยี นไทรนอ้ ย (พร้อมวำดภำพประกอบกำรอธบิ ำย)

1.3 การหารูปแบบ • กำรหำรูปแบบ เป็นทักษะกำรหำควำมสัมพันธ์ท่ีเกี่ยวข้อง แนวโน้ม และกำรหำลักษณะ ทั่วไปของวัตถุหรือส่ิงของต่ำงๆหรือกำรทำงำนท่ีต้องกำรจัดรูปแบบเพ่ือกำรทำงำนท่ีง่ำย ลักษณะทั่วไป ขน้ึ • โดยทั่วไปจะเริ่มจำกกำรพิจำรณำปัญหำหรือสิ่งที่น่ำสนใจ จำกนั้นอำจะใช้ทักษะกำรแยก ส่วนประกอบทำให้เรำไดเ้ หน็ องคป์ ระกอบตำ่ งๆที่ชดั เจนมำกขึน้ • ตอ่ มำจงึ ใช้ทักษะกำรหำรปู แบบเพื่อสร้ำงควำมเขำ้ ใจระหว่ำงองค์ประกอบเหล่ำน้นั แนวโนม้ ควำมสัมพนั ธ์

ระบบรอบที่มีลักษณะเช่นเดยี วกบั ระบบการขบั เคลอื่ นของจักรยาน เช่น กลไกกำรทำงำนของจกั รยำนท่เี รำจะพบระบบกำรขบั เคลื่อนของจกั รยำนทีเ่ วลำเคลื่อนที่เกิดกลไก อะไรบ้ำง • ระบบขับเคลอื่ นประกอบไปดว้ ยเฟืองตำม(หน้ำ)และเฟืองขบั (หลัง) ท่เี ช่อื มตอ่ กนั ด้วยโซ่จักรยำนมลี กั ษณะเหมอื น กำรทำงำนของระบบรอก • กลไกของจกั รยำนคือ กำรทดแรง กเ็ หมอื นกันว่ำกำรเดนิ 1 ก้ำวไปได้ระยะทำง 20 ซม. และกบั จกั รยำนซ่งึ เป็น กลไกกำรทดแรง กำรหมุน 1 รอบ ไปได้ระยะทำง 1 ม.

กำรหำรูปท่เี หมอื นหรอื แตกต่ำงกนั สำมำรถใชไ้ ด้ท้ังกบั ระบบกำรทำงำน และ วตั ถสุ ิง่ ทขี่ องในชวี ติ ประจำวันของ เรำได้ เชน่ กำรใสน่ ำฬิกำร่นุ เดยี วกันแตค่ นละแบบ กำรซ้ือน้ำร้ำนเดยี วกันและนำ้ คนละชนิด หรอื กำรที่เรำอยู่คณะสี เดยี วกนั แตเ่ รำไดท้ ำหนำ้ ท่ที แ่ี ตกตำ่ งจำกคนอื่น เชน่ รถยนต์ ทม่ี ีลกั ษณะภำยนอกท่แี ตกต่ำงกนั แตว่ ำ่ รูปแบบกำรทำงำนหรือ กำรใช้งำนนนั้ เหมอื นกัน คือ นักเรยี นออกรถยนต์มำก็คือนำมำใช้งำนในกำร เดนิ ทำงไปทต่ี ่ำงๆ เพื่อควำมสะดวกสบำยของเรำเอง ไมว่ ่ำจะออก Audi รนุ่ ไหนมำเรำกน็ ำมำใชง้ ำนเพอ่ื เป้นพำหนะในกำรเดินทำงทง้ั นน้ั

แบบฝึกหัด ครง้ั ที่ 3 • ใหน้ ักเรียนอธบิ ำย ควำมสัมพนั ธ์ แนวโนม้ และลกั ษณะทัว่ ไป ของสง่ิ ของและระบบกำรทำงำนมำ อย่างละ 1 ส่งิ 1 ระบบการทางาน ส่ิงของ เชน่ รถยนต์ยีห่ ้อ Audi R8 เปน็ รถยนตเ์ ชื้อสำยเยอรมัน มฐี ำนกำรผลติ ใหญ่อยทู่ ่ีประเทศเยอรมนั รำคำเฉพำะรุ่น R8 คอื 18,990,000บำท สุดยอด ซเู ปอรส์ ไตลค์ เู ป้ ทีใ่ ห้ควำมแรงและหรหู รำในหนงึ่ เดียว ไฟหน้ำ LED พร้อม Day time running light มำพรอ้ มเทคโนโลยี เช่ือมต่อ Smart Phone พวงมำลยั มัลติฟงั กช์ ั่น ควบคุมเคร่อื งเสียง ครุซคอนโทรล รับ-วำงสำยโทรศัพท์ ใชเ้ ครื่องยนตเ์ บซิน วี10 5.2 ลติ ร ขบั เคลอ่ื น 4 ล้อแบบ \"ควอโทร\" เอกสทิ ธิ เฉพำะของออด้ี กำลงั สงู สุด 540 แรงมำ้ ท่ี 7,800 รอบ/นำที แรงบดิ สงู สุด 540 นวิ ตันเมตร ท่ี 6,500 รอบ/นำที เกียร์อตั โนมัติ S tronic 7 จงั หวะ อัตรำเรง่ 0- 100 กม./ชม. ในเวลำ 3.5 วินำที ควำมเร็วสูงสุด 320 กม./ชม. นำ้ หนกั ตัวเพยี ง 1,640 กก. และเฉดสใี หเ้ ลือก 8 สี

กำรเคลอ่ื นท่ี 1.4 กำรคดิ เชงิ นำมธรรม แบบโพรเจกไทล์ • คือ กระบวนกำรคัดแยกคณุ ลกั ษณะ กำรเคลื่อนทีแ่ บบ สำคัญออกจำกรำยละเอยี ดของปญั หำ ซิมเปล้ิ ฮำร์มอนกิ ส่ิงทีเ่ รำสนใจ และงำนทีก่ ำลังพิจำรณำ ใหไ้ ดอ้ งค์ประกอบท่ีจำเป็นเพียงพอ เพ่อื ให้ขน้ั ตอนวิธที ่จี ะกระทำมคี วำม ชัดเจนและมเี นือ้ หำทกี่ ระชบั เช่น • กำรเรยี นวิชำวทิ ยำศำสตร์ เรอ่ื งกำร เคล่อื นท่ี

• จำกกำรเห็นภำพตวั อยำ่ งกำรเคลอ่ื นที่แบบโพรเจกไทล์ และ กำรเคล่ือนทแี่ บบซมิ เปล้ิ ฮำรม์ อนกิ มขี อ้ มูลเพียงพอในกำรใช้ วิเครำะหก์ ำรทำงำนของกำรเคลอ่ื นท่ีทง้ั 2 แบบ • กำรคดิ เชิงนำมธรรม คอื กำรตัดลำยละเอียดทไ่ี มจ่ ำเปน็ ในกำรพิจำรณำออกทั้งหมด เพอ่ื ควำมเขำ้ ใจทีง่ ่ำยขน้ึ • เรยี กแผนภำพต่ำงๆท่เี ป็นผลลพั ท์ของควำมคดิ เชิงนำมธรรม วำ่ “แบบจำลอง” รำยละเอยี ดแบบแปลน(แบบจำลอง) กำรคิดเชงิ นำมธรรม

ตวั อย่ำงแบบจำลอง Angry Bird

งำนกลุ่ม • ให้นกั เรียนออกแบบและทำแบบจำลองตำมที่ครกู ำหนดให้ บอกรำยละเอียดตำมหัวขอ้ ท่เี รำไดเ้ รยี นมำแลว้ 1. ข้นั ตอนวิธี 2. กำรแยกสว่ นประกอบและยอ่ ยปญั หำ 3. กำรรูปแบบ 4. กำรคดิ เชิงนำมธรรม