รายงานเรื่องแนวคิดเชิงคำนาณ

รายงาน เรื่อง แนวคิดเชงิ คำนวณ จดั ทำโดย ด.ญ. จำรุณี เชียงใขแกว้ ช้นั ม.2 เลขที่ 12 โรงเรยี นบำ้ นโนนกงุ

แนวคดิ เชิงคานวณ แนวคิดเชงิ คำนวณ (computational thinking) เป็นกระบวนการวเิ คราะห์ ปัญหา เพอ่ื ให้ได้แนวทางการหาคาตอบอยา่ งเป็นขนั้ ตอนท่ีสามารถนาไปปฏิบตั ไิ ด้โดยบคุ คล หรือคอมพวิ เตอร์อย่างถกู ต้องและแม่นยา ซงึ่ เรียกว่า อลั กอริทมึ ทกั ษะการใช้แนวคิดเชิง คานวณจงึ สาคญั ตอ่ การแก้ปัญหา ชว่ ยให้สามารถสื่อสารแนวคิดกบั ผ้อู ื่นได้อย่างมี ประสทิ ธิภาพ รวมถงึ ชว่ ยพฒั นาพืน้ ฐานในการเขียนโปรแกรม คอมพวิ เตอร์ด้วย แนวคดิ เชงิ คำนวณมีองค์ประกอบท่สี ำคัญ 4 ส่วน ได้แก่ 1. กำรแบ่งปัญหำใหญ่เป็ นปัญหำย่อย (decomposition) เป็นการแตกปัญหาท่ี ขบั ซ้อนให้เป็ นปัญหายอ่ ยที่มีขนาดเล็กลงและซบั ซ้อนน้อยลง เพอ่ื ช่วยให้การวเิ คราะห์และ ออกแบบวธิ ีการแก้ปัญหาทาได้งา่ ยขนึ ้ 2. กำรพจิ ำรณำรูปแบบ (pattern recognition) เป็นการวิเคราะห์หาความ เหมือนหรือคล้ายคลงึ กนั ระหว่างปัญหายอ่ ยที่แตกออกมา หรือความคล้ายคลงึ กบั ปัญหาอื่น ๆ ท่ีมีผ้อู อกแบบวิธีการแก้ไขไว้ก่อนแล้ว 3. การคิดเชงิ นามธรรม (abstraction) เปน็ กำรแยกรำยละเอยี ดท่สี ำคัญและจาเป็นต่อการ แก้ปัญหาออกจากรายละเอียดท่ีไม่จาเป็น ซง่ึ รวมไปถงึ การแทนกล่มุ ของปัญหา ขนั้ ตอน หรือ กระบวนการท่ีมีรายละเอียด ปลีกย่อยหลายขนั้ ตอนด้วยขนั้ ตอนใหมเ่ พียงขนั้ ตอนเดียว 4. กำรออกแบบอัลกอริทมี (algorithm) เป็นการพฒั นากระบวนการหาคาตอบ ให้เป็นขนั้ ตอนที่บคุ คล 1.1 กำรแบ่งปัญหำใหญ่เป็ นปัญหำย่อย การแก้ปัญหาที่มีความซบั ซ้อนทาได้ยาก การแบ่งปัญหาใหญ่ให้เป็นปัญหาย่อย ๆ ทาให้ ความซบั ซ้อนของปัญหาลดลง ช่วยให้การวเิ คราะห์และพจิ ารณารายละเอียดของปัญหาทาได้ อย่างถ่ีถ้วน ส่งผลให้สามารถออกแบบขนั้ ตอนการแก้ปัญหาย่อยแต่ละปัญหาได้งา่ ยยง่ิ ขนึ ้

ปัญหาจากตวั อย่างท่ี 1.1 นนั้ ค่อนข้างงา่ ยและชดั เจนเน่ืองจากมีข้อกาหนดและผลลพั ธ์ท่ี แน่นอน ปัญหาในชีวติ ประจาวนั มีหลากหลาย เช่น ในตอนนีน้ กั เรียนสามารถบวกเลขสองหลกั 2 จานวนเข้าด้วยกนั ได้งา่ ยด้วยตนเอง แต่น้อง ๆ ระดบั อนบุ าลอาจบวกเลขได้เพียงหนง่ึ หลกั นกั เรียนจะมีวิธีการสอนน้องอยา่ งไรให้สามารถบวกเลขสองหลกั ได้ 1.2 การพจิ ารณารูปแบบ

จากปัญหาภาพวาดในตวั อย่างท่ี 1.1 นกั เรียนอาจจะอธิบายคาตอบของปัญหายอ่ ยไดด้ งั น้ี ปัญหายอ่ ยท่ี 1 ในภาพมีบา้ นก่ีหลงั คาตอบ ในภาพมีบา้ น 3 หลงั ปัญหายอ่ ยท่ี 2 ช้นั ตอนในการวาดบา้ นหลงั แรกเป็นอยา่ งไร และอยทู่ ี่ตาแหน่งใด คาตอบ บา้ นหลงั แรกวาดตวั บา้ นดว้ ยสี่เหลี่ยมจตั ุรัสสีเหลืองขนาดดา้ นละ 100 หน่วย ต้งั อยู่ ตาแหน่งมุมลงซา้ ยที่พกิ ดั (0, 0) ดา้ นบนสี่เหลี่ยมวาดหลงั คาดว้ ยรูปสามเหล่ียมดา้ นเท่าสีม่วง ขนาดดา้ นละ 100 หน่วย ปัญหายอ่ ยท่ี 3 ข้นั ตอนในการวาดบา้ นหลงั ที่สองเป็นอยา่ งไร และอยทู่ ี่ตาแหน่งใด คาตอบ บา้ นหลงั ที่สองวาดตวั บา้ นดว้ ยส่ีเหล่ียมจตั ุรัสสีแดงขนาดดา้ นละ 50 หน่วย ต้งั อยู่ ตาแหน่งมุมล่างซา้ ยที่พกิ ดั (120, 90) ดา้ นบนส่ีเหล่ียมวาดหลงั คาเป็นรูปสามเหล่ียมดา้ นเท่าสี เทาขนาดดา้ นละ 50 หน่วย ปัญหายอ่ ยที่ 4 ข้นั ตอนในการวาดบา้ นหลงั ท่ีสามเป็นอยา่ งไร และอยทู่ ี่ตาแหน่งใด คาตอบ บา้ นหลงั ที่สามวาดตวั บา้ นดว้ ยสี่เหล่ียมจตั ุรัสสีเขียวขนาดดา้ นละ 80 หน่วย ต้งั อยู่ ตาแหน่งมุมล่างซา้ ยท่ีพิกดั (200, 10) ดา้ นบนส่ีเหล่ียมวาดหลงั คาเป็นรูปสามเหลี่ยมดา้ นเท่าสีฟ้ า ขนาดดา้ นละ 80 หน่วย

1.3 การคดิ เชิงนามธรรม ปัญหาประกอบไปดว้ ยรายละเอียดที่หลากหลายโดยมีท้งั รายละเอียดท่ีจาเป็นและไม่ จาเป็นต่อการแกป้ ัญหา การคิดเชิงนามธรรมเป็นการคดั แยกรายละเอียดที่ไม่จาเป็นออกจาก ปัญหาที่พิจารณาอยู่ ทาใหส้ ามารถเขา้ ใจ วเิ คราะห์ และออกแบบวธิ ีการแกป้ ัญหาใน ภาพรวมได้ ง่ายข้ึนการคิดเชิงนามธรรมยงั รวมถึงการซ่อนรายละเอียดโดยการแทนกลุ่มของปัญหา ข้นั ตอน และกระบวนการที่มีรายละเอียดปลีกยอ่ ยหลายข้นั ตอนใหเ้ ป็นข้นั ตอนเดียว เพื่อใหส้ ามารถ อธิบายวธิ ีการแกป้ ัญหาไดก้ ระชบั ข้ึนดงั ตวั อยา่ งต่อไปน้ี 1.4 การออกแบบอลั กอริทมี อลั กอริทมึ หมายถึง รายการคาส่งั ที่อธิบายข้นั ตอนในการแกป้ ัญหา โดยแต่ละคาส่ังน้นั ตอ้ งเป็นคาส่ังที่ใหผ้ อู้ ่ืนนาไปปฏิบตั ิตามไดโ้ ดยไม่มีความกากวม ซ่ึงมกั อยใู่ นรูปของรหสั ลาลอง (pseudo code) หรือผงั งาน (flowchart) ในกรณีที่ใชค้ อมพิวเตอร์เป็นเคร่ืองมือใน การแกป้ ัญหา อลั กอริทึมจะตอ้ งถูกแปลงใหอ้ ยใู่ นรูปของภาษาโปรแกรมก่อนเพือ่ ให้ คอมพิวเตอร์สามารถปฏิบตั ิตามได้ ดงั น้นั การออกแบบรายละเอียดในอลั กอริทึมจึงข้ึนอยกู่ บั คน หรือคอมพิวเตอร์ท่ีจะนาอลั กอริทีมไปปฏิบตั ิ ตวั อย่างท่ี 1.4 อลั กอริทึมวาดภาพหมู่บา้ น สาหรับคนนาไปวาด ข้นั ตอนหลกั 1. วาดรูปบา้ นขนาด 100 หน่วย ที่ตาแหน่ง (O, O) 2. วาดรูปบา้ นขนาด 50 หน่วย ท่ีตาแหน่ง (120,90) 3. วาดรูปบา้ นขนาด 80 หน่วย ที่ตาแหน่ง (200,10) ข้นั ตอนย่อย การวาดรูปบา้ นขนาด ร หน่วย ที่ตาแหน่ง (x, y) 1. วาดรูปสี่เหล่ียมจตั ุรัสความยาวคน้ ละ ร หน่วย ใหม้ ีมุมล่างซา้ ยอยทู่ ี่พิกดั (x,y) 2. วาดรูปสามเหล่ียมดนั เท่าขนาด ร หน่วยไวบ้ นสี่เหล่ียมจตั ุรัส

ตวั อยา่ งท่ี 1.5 อลั กอริทึมวาดภาพหม่บู า้ น สาหรบั สร้างเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ข้นั ตอนหลกั 1. วาดรูปบา้ นขนาด 100 หน่วย ท่ีตาแหน่ง (0, 0) 2. วาดรูปบา้ นขนาด 50 หน่วย ที่ตาแหน่ง (120, 90) 3. วาดรูปบา้ นขนาด 80 หน่วย ที่ตาแหน่ง (200, 10) ข้นั ตอนย่อย 1 การวาดรูปสี่เหลี่ยมจตั ุรัสขนาด s หน่วย 1. ทาคาสั่งต่อไปน้ีซ้า 4 รอบ 1.1 เดินหนา้ s หน่วย 1.2 หนั ซา้ ย 90 องศา ข้นั ตอนย่อย 2 การวาดรูปสามเหล่ียมดา้ นเท่าขนาด s หน่วย 1. ทาคาสั่งต่อไปน้ีซ้า 3 รอบ 1.1 เดินหนา้ s หน่วย 1.2 หนั ซา้ ย 120 องศา ข้นั ตอนย่อย 3 การวาดรูปบา้ นขนาด s หน่วย ท่ีตาแหน่ง (x, y) 1. ยกปากกา 2. เคลื่อนที่ไปยงั ตาแหน่ง (x,y) 3. วางปากกา 4. กาหนดทิศทางไปดา้ นขวา 5. วาดรูปส่ีเหลี่ยมจตั ุรัสขนาด s หน่วย 6. หนั ซา้ ย 90 องศา 7. เดินหนา้ s หน่วย 8. หนั ขวา 90 องศา 9. วาดรูปสามเหลี่ยมดา้ นเท่าขนาด s หน่วย

1.5 กรณีศึกษา ตวั อยา่ งต่อไปน้ีจะใชแ้ นวคิดเชิงคานวณในการแกป้ ัญหาบางปัญหาอาจไม่ไดใ้ ชค้ รบทุก องคป์ ระกอบ ข้ึนอยกู่ บั ลกั ษณะของปัญหา แต่ทุกปัญหาจะตอ้ งไดอ้ ลั กอริทึมในการแกป้ ัญหาท่ี ถกู ตอ้ ง รวดเร็ว และมีประสิทธิภาพ ตวั อยา่ งท่ี 1.6 สอนนอ้ งจดั หนงั สือ สมมติวา่ นกั เรียนตอ้ งการสอนนอ้ งใหร้ ู้จกั รีการจดั เรียงหนงั สือตามลาดบั ความสูงใหเ้ ป็น ระเบียบเพอื่ ใหม้ ีความสวยงามและง่ายต่อการคน้ หา นกั เรียนตอ้ งคิดกระบวนการเป็นข้นั ตอน ออกมา เพื่อใหน้ อ้ งสามารถปฏิบตั ิตามไดง้ ่าย ไม่วา่ จะมีหนงั สือก่ีเล่มและมีลาดบั เริ่มตนั แบบใด กไ็ ด้ นกั เรียนจะมีช้นั ตอนในการจดั เรียงอยา่ งไร การแบ่งปัญหาใหญ่เป็ นปัญหาย่อย การพยายามจดั หนงั สือกองใหญ่ท้งั กองน้นั อาจเกิดความยงุ่ ยาก การแบ่งปัญหาใหญ่เป็น ปัญหายอ่ ยช่วยทาใหก้ ารออกแบบข้นั ตอนการแกป้ ัญหาทาไดเ้ ป็นระบบมากข้ึน โดยอาจจะ แบ่งเป็นปัญหายอ่ ยไดด้ งั ต่อไปน้ี  หนงั สือเล่มใดควรจดั ไวเ้ ป็นลาดบั แรก  ในกองหนงั สือท่ีเหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยใู่ นลาดบั ท่ี สอง  ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือที่วางอยใู่ นลาดบั ที่ สาม

จะเห็นไดว้ า่ ปัญหาในการจดั หนงั สือท้งั กองสามารถแบ่งเป็นปัญหายอ่ ยไดโ้ ดยคดั เลือก หนงั สือเล่มที่สูงท่ีสุดออกจากกองใหญ่ (สมมติวา่ กองใหญ่มี n เล่ม) ทาใหข้ นาดของ กองหนงั สือลดลงเหลือ n-1 เล่ม ปัญหายอ่ ยในท่ีน้ีคือการจดั เรียงหนงั สือในกองท่ีมี ก-1 เล่ม ซ่ึงเป็นปัญหาในรูปแบบเดิมที่มีความซบั ซอ้ นนอ้ ยลง การแตกปัญหาในตวั อยา่ ง “สอนนอ้ งจดั หนงั สือ” ไดผ้ ลลพั ธเ์ ป็นปัญหายอ่ ยดงั น้ี ปัญหายอ่ ยที่ 1 หนงั สือเล่มใดควรจดั ไวเ้ ป็นลาดบั แรก ปัญหายอ่ ยท่ี 2 ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ี วางอยใู่ นลาดบั ท่ีสอง ปัญหายอ่ ยท่ี 3ในกองหนงั สือท่ีเหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ี วางอยใู่ นลาดบั ท่ีสาม การพจิ ารณารูปแบบในการสอนน้องจัดหนังสือ จากการแตกปัญหาในตวั อยา่ ง “สอนนอ้ งจดั หนงั สือ” นกั เรียนอาจจะอธิบายคาตอบของปัญหา ยอ่ ยไดด้ งั น้ี ปัญหายอ่ ยที่ 1 หนงั สือเล่มใดควรจดั ไวเ้ ป็นลาดบั แรก คาตอบ หนงั สือเล่มท่ีมีความสูงมากที่สุด ปัญหายอ่ ยที่ 2 ในกองหนงั สือท่ีเหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือที่วางอยู่ ในลาดบั ท่ีสอง คาตอบ หนงั สือเล่มท่ีมีความสูงมากท่ีสุดในกองที่เหลือ ปัญหายอ่ ยท่ี 3 ในกองหนงั สือท่ีเหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยู่ ในลาดบั ที่สาม คาตอบ หนงั สือเล่มท่ีมีความสูงมากท่ีสุดในกองท่ีเหลือ ปัญหายอ่ ยสุดทา้ ยที่มีขนาด 1 เห็นไดว้ า่ แต่ละปัญหายอ่ ยน้นั ต่างกม็ ีรูปแบบเดียวกนั และมุ่งหาคาตอบในลกั ษณะเดียวกนั คือ

ปัญหายอ่ ย ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยใู่ น ลาดบั ถดั ไป คาตอบ หนงั สือเล่มที่มีความสูงมากที่สุดในกองหนงั สือท่ีเหลืออยู่ การคดิ เชิงนามธรรมในปัญหาสอนน้องจดั หนังสือ เนื่องจากข้นั ตอนที่นาไปปฏิบตั ิตามตอ้ งการเพยี งการจดั เรียงหนงั สือตามลาดบั จากสูงไปต่า รายละเอียดที่จาเป็นเพอ่ื ใชใ้ นการตดั สินใจเลือกหนงั สือจึงมีเพยี งความสูงของหนงั สือแต่ละเล่ม ในขณะที่สีและความหนาของหนงั สือน้นั ถือเป็นรายละเอียดที่ไม่จาเป็น จึงสามารถตดั ออกไป ไดใ้ นการออกแบบกระบวนการแกป้ ัญหา ถา้ นกั เรียนตอ้ งการใชเ้ พียงความสูงของหนงั สือแต่ละเล่มเพอื่ ใชพ้ จิ ารณาในกาจดั เรียง นกั เรียนสามารถใชต้ วั เลขหน่ึงจานวนแทนความสูงของหนงั สือแต่ละเล่ม เพ่ือใชใ้ นการ ออกแบบอลั กอริทึม โดยจากปัญหายอ่ ยท่ีเคยต้งั เอาไวก้ ่อนหนา้ น้ีวา่ ในกองหนงั สือท่ีมีอยู่ หนงั สือเล่มใดควรคอ้ อกมาเป็นหนงั สือที่วางไวใ้ นลาดบั ถดั ไป มีกระบวนการแกป้ ัญหาแบบเดียวกนั กบั ปัญหาที่ระบุวา่ ในชุดจานวนท่ีพิจารณาอยู่ จานวนใดมีค่ามากที่สุด อลั กอริทมี สาหรับสอนน้องจดั หนังสือ กระบวนการท่ีผา่ นมาสามารถนามาออกแบบเป็นอลั อริทีมสาหรับใหน้ อ้ งปฏิบตั ิตามไดด้ งั น้ี

ข้นั ตอนหลกั 1. ทาข้นั ตอนต่อไปน้ีซ้าจนกระทงั่ ไม่มีหนงั สือเหลืออยใู่ นกอง 1.1 เลือกหนงั สือท่ีมีความสูงมากที่สุดในกอง 1.2 นาหนงั สือท่ีเลือกจากข้นั ดอน 11 จดั เรียงไวบ้ นโตะ๊ โดยวางไวถ้ ดั จากแถว หนงั สือที่จดั ไวแ้ ลว้ ก่อนหนา้ น้ี ถา้ ยงั ไม่มีหนงั สือในแถวใหว้ างหนงั สือเล่มน้ีไวเ้ ป็นเล่มแรก อลั กอริทึมสาหรับการจัดเรียงลาดับ (sorting algorithm) อลั กอริทึมสาหรับสอนนอ้ งจดั หนงั สือเป็นอลั กอริทึมสาหรับการเรียงลาดบั มีช่ือวา่ \"การ เรียงลาดบั แบบเลือก (selection sort)\" ซ่ึงมีวธิ ีการท่ีเขา้ ใจง่ายแต่ค่อนขา้ งชา้ เมื่อมีสิ่งท่ี ตอ้ งเรียงลาดบั เป็นจานวนมาก นอกเหนือจากการเรียงลาดบั แบบเลือกยงั มีอลั กอริทึมสาหรับการ เรียงลาดบั อีกหลายวธิ ีดูตวั อยา่ งและการทางานของอลั กอริทีมเหล่าน้ีไดจ้ าก ลิงค์ https://www.toptal.com/developers/sorting-algorithms สรุปท้ายบท แนวคิดเชิงคานวณเป็นวธิ ีการวเิ คราะหป์ ัญหาอยา่ งหน่ึงเพื่อใหไ้ ดแ้ นวทางการหาคาตอบออกมาเป็นข้นั ตอน เรียกวา่ อลั กอริทึม ซ่ึงสามารถนาไปถ่ายทอดใหบ้ ุคคลอื่นหรือคอมพิวเตอร์ปฏิบตั ิตามไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ งและแม่น เชิงคานวณมี 4 องคป์ ระกอบ คือ การแบ่งปัญหาใหญ่เป็นปัญหายอ่ ย การพิจารณารูปแบบ การคิดเชิงนามธรรม ออกแบบอลั กอริทึม ในการแกป้ ัญหาโดยใชอ้ งคป์ ระกอบท้งั 4 น้นั อาจไม่ไดน้ ามาใชต้ ามลาดบั หรือใชค้ รบท

องคป์ ระกอบ บางปัญหาอาจมีการพจิ ารณาหลายองคป์ ระกอบไปพร้อมกนั ได้ กจิ กรรมท้ายบท ท่ีหมู่บา้ นจดั งานฉลองวนั ปี ใหม่นกั เรียนไดร้ ับมอบหมายใหล้ า้ งจานจานวนมาก จานทุกจานมีขนาดเท่ากนั เสร็จแลว้ จะตอ้ งเกบ็ ในกล่องท่ีสามารถบรรจุจานได้ 3 ต้งั ต้งั ละ 10ใบ ใหน้ กั เรียนเขียนอลั กอริทึมในการลา้ งจา จานใส่กล่อง อา้ งอิงจาก : หนงั สือเรียนรายวชิ าพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตร์ เทคโนโลยี (วทิ ยาการคานวณ) ของ สสวท. ความคดิ เห็น คุณไม่มีสิทธ์ิเพิ่มความคดิ เห็น นางสาววริณศิญา พงษ์เกษ ตาแหน่ง ครู วิทยะฐานะ ครูชานาญการพเิ ศษ กล่มุ สาระการเรียนรู้วทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี โรงเรียนปทมุ ราชวงศา อาเภอปทมุ ราชวงศา จังหวัดอานาจเจริญ ลงช่ือเขา้ ใช|้ กิจกรรมล่าสุดของไซต|์ รายงานการละเมิด|พมิ พห์ นา้ เวบ็ |ขบั เคลือ่ นโดย Google Sites