รายงานเรื่องแนวคิดเชิงคำนวณ

รายงาน เร่ืองแนวคดิ เชงิ คานวณ จัดทาโดย เดก็ หญิงกมลลักษณ์ ไกรสรแสน ชัน้ ม.2 เลขท่1ี 3 โรงเรียนบ้านโนนกุง

ความหมายของแนวคดิ เชงิ คานวณ แนวคดิ เชงิ คานวณ (computational thinking) เป็นกระบวนการวิเคราะห์ปัญหา เพื่อให้ ได้แนวทางการหาคาตอบอย่างเป็นขนั้ ตอนท่ีสามารถนาไปปฏิบตั ไิ ด้โดยบคุ คลหรือคอมพิวเตอร์อยา่ ง ถกู ต้องและแมน่ ยา ซงึ่ เรียกว่า อลั กอริทมึ ทกั ษะการใช้แนวคดิ เชิงคานวณจงึ สาคญั ตอ่ การแก้ปัญหา ช่วย ให้สามารถสื่อสารแนวคดิ กบั ผ้อู ื่นได้อยา่ งมีประสทิ ธิภาพ รวมถงึ ชว่ ยพฒั นาพืน้ ฐานในการเขียนโปรแกรม คอมพิวเตอร์ด้วย แนวคดิ เชิงคานวณมีองค์ประกอบท่สี าคัญ 4 ส่วน ได้แก่ 1. การแบ่งปัญหาใหญ่เป็ นปัญหาย่อย (decomposition) เป็นการแตกปัญหาที่ขบั ซ้อนให้ เป็นปัญหายอ่ ยท่ีมีขนาดเล็กลงและซบั ซ้อนน้อยลง เพื่อชว่ ยให้การวิเคราะห์และออกแบบวิธีการแก้ปัญหา ทาได้งา่ ยขนึ ้ 2. การพจิ ารณารูปแบบ (pattern recognition) เป็นการวเิ คราะห์หาความเหมือนหรือ คล้ายคลงึ กนั ระหวา่ งปัญหายอ่ ยท่ีแตกออกมา หรือความคล้ายคลงึ กบั ปัญหาอื่น ๆ ท่ีมีผ้อู อกแบบวิธีการ แก้ไขไว้กอ่ นแล้ว 3. การคดิ เชิงนามธรรม (abstraction) เป็นการแยกรายละเอียดท่ีสาคญั และจาเป็นตอ่ การ แก้ปัญหาออกจากรายละเอียดที่ไมจ่ าเป็น ซงึ่ รวมไปถึงการแทนกลมุ่ ของปัญหา ขนั้ ตอน หรือกระบวนการท่ี มีรายละเอียด ปลีกยอ่ ยหลายขนั้ ตอนด้วยขนั้ ตอนใหมเ่ พียงขนั้ ตอนเดียว 4. การออกแบบอัลกอริทีม (algorithm) เป็นการพฒั นากระบวนการหาคาตอบให้เป็นขนั้ ตอน ที่บคุ คล 1.1 การแบ่งปัญหาใหญ่เป็ นปัญหาย่อย การแก้ปัญหาท่ีมีความซบั ซ้อนทาได้ยาก การแบ่งปัญหาใหญ่ให้เป็นปัญหายอ่ ย ๆ ทาให้ ความซบั ซ้อนของปัญหาลดลง ชว่ ยให้การวเิ คราะห์และพจิ ารณารายละเอียดของปัญหาทาได้ อยา่ งถ่ีถ้วน ส่งผลให้สามารถออกแบบขนั้ ตอนการแก้ปัญหายอ่ ยแตล่ ะปัญหาได้ง่ายยิง่ ขนึ ้

ปัญหาจากตวั อยา่ งท่ี 1.1 นนั้ ค่อนข้างงา่ ยและชดั เจนเน่ืองจากมีข้อกาหนดและผลลพั ธ์ที่ แน่นอน ปัญหาในชีวติ ประจาวนั มีหลากหลาย เช่น ในตอนนีน้ กั เรียนสามารถบวกเลขสองหลกั 2 จานวนเข้าด้วยกนั ได้งา่ ยด้วยตนเอง แตน่ ้อง ๆ ระดบั อนบุ าลอาจบวกเลขได้เพยี งหนง่ึ หลกั นกั เรียนจะมีวิธีการสอนน้องอย่างไรให้สามารถบวกเลขสองหลกั ได้

1.2 การพิจารณารูปแบบ ปัญหาบางประเภทสามารถแบ่งออกเป็นปัญหายอ่ ยที่อาจจะมีรูปแบบเดียวกนั หรือ คลา้ ยกนั นกั เรียนสามรถนารูปแบบกระบวนการแกป้ ัญหายอ่ ยปัญหาหน่ึงไปประยกุ ตใ์ ชก้ บั การ แกป้ ัญหายอ่ ยอื่น ๆ ได้ ทาใหล้ ดข้นั ตอนในการออกแบบวธิ ีการแกป้ ัญหาได้ จากปัญหาภาพวาดในตัวอย่างที่ 1.1 นกั เรียนอาจจะอธิบายคาตอบของปัญหายอ่ ยไดด้ งั น้ี ปัญหายอ่ ยที่ 1 ในภาพมีบา้ นกี่หลงั 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 ยรูปสามเหลี่ยมดา้ นเท่าสีม่วง ขนาดดา้ นละ 100 หน่วย ปัญหายอ่ ยที่ 3 ข้นั ตอนในการวาดบา้ นหลงั ที่สองเป็นอยา่ งไร และอยทู่ ่ีตาแหน่งใด คาตอบ บา้ นหลงั ที่สองวาดตวั บา้ นดว้ ยสี่เหลี่ยมจตั ุรัสสีแดงขนาดดา้ นละ 50 หน่วย ต้งั อยู่ ตาแหน่งมุมล่างซา้ ยท่ีพิกดั (120, 90) ดา้ นบนส่ีเหล่ียมวาดหลงั คาเป็นรูปสามเหล่ียมดา้ นเท่าสี เทาขนาดดา้ นละ 50 หน่วย

ปัญหายอ่ ยที่ 4 ข้นั ตอนในการวาดบา้ นหลงั ที่สามเป็นอยา่ งไร และอยทู่ ี่ตาแหน่งใด คาตอบ บา้ นหลงั ที่สามวาดตวั บา้ นดว้ ยสี่เหล่ียมจตั ุรัสสีเขียวขนาดดา้ นละ 80 หน่วย ต้งั อยู่ ตาแหน่งมุมล่างซา้ ยที่พกิ ดั (200, 10) ดา้ นบนสี่เหล่ียมวาดหลงั คาเป็นรูปสามเหลี่ยมดา้ นเท่าสีฟ้ า ขนาดดา้ นละ 80 หน่วย 1.3 การคดิ เชิงนามธรรม ปัญหาประกอบไปดว้ ยรายละเอียดที่หลากหลายโดยมีท้งั รายละเอียดท่ีจาเป็นและไม่ จาเป็นต่อการแกป้ ัญหา การคิดเชิงนามธรรมเป็นการคดั แยกรายละเอียดท่ีไม่จาเป็นออกจาก ปัญหาที่พจิ ารณาอยู่ ทาใหส้ ามารถเขา้ ใจ วเิ คราะห์ และออกแบบวธิ ีการแกป้ ัญหาใน ภาพรวมได้ ง่ายข้ึนการคิดเชิงนามธรรมยงั รวมถึงการซ่อนรายละเอียดโดยการแทนกลุ่มของปัญหา ข้นั ตอน และกระบวนการท่ีมีรายละเอียดปลีกยอ่ ยหลายข้นั ตอนใหเ้ ป็นข้นั ตอนเดียว เพ่อื ใหส้ ามารถ อธิบายวธิ ีการแกป้ ัญหาไดก้ ระชบั ข้ึนดงั ตวั อยา่ งต่อไปน้ี 1.4 การออกแบบอลั กอริทมี อลั กอริทมึ หมายถึง รายการคาส่ังที่อธิบายข้นั ตอนในการแกป้ ัญหา โดยแต่ละคาสงั่ น้นั ตอ้ งเป็นคาสั่งท่ีใหผ้ อู้ ่ืนนาไปปฏิบตั ิตามไดโ้ ดยไม่มีความกากวม ซ่ึงมกั อยใู่ นรูปของรหสั ลาลอง (pseudo code) หรือผงั งาน (flowchart) ในกรณีท่ีใชค้ อมพิวเตอร์เป็นเครื่องมือใน การแกป้ ัญหา อลั กอริทึมจะตอ้ งถูกแปลงใหอ้ ยใู่ นรูปของภาษาโปรแกรมก่อนเพ่ือให้

คอมพิวเตอร์สามารถปฏิบตั ิตามได้ ดงั น้นั การออกแบบรายละเอียดในอลั กอริทึมจึงข้ึนอยกู่ บั คน หรือคอมพวิ เตอร์ที่จะนาอลั กอริทีมไปปฏิบตั ิ ตัวอย่างท่ี 1.4 อลั กอริทึมวาดภาพหมู่บา้ น สาหรับคนนาไปวาด ข้นั ตอนหลกั 1. วาดรูปบา้ นขนาด 100 หน่วย ท่ีตาแหน่ง (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 ่ีพกิ ดั (x,y) 2. วาดรูปสามเหลี่ยมดนั เท่าขนาด ร หน่วยไวบ้ นส่ีเหล่ียมจตั ุรัส ตวั อยา่ งที่ 1.5 อลั กอริทึมวาดภาพหม่บู า้ น สาหรบั สร้างเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ข้นั ตอนหลกั 1. วาดรูปบา้ นขนาด 100 หน่วย ที่ตาแหน่ง (0, 0) 2. วาดรูปบา้ นขนาด 50 หน่วย ที่ตาแหน่ง (120, 90) 3. วาดรูปบา้ นขนาด 80 หน่วย ท่ีตาแหน่ง (200, 10) ข้นั ตอนย่อย 1 การวาดรูปส่ีเหลี่ยมจตั ุรัสขนาด s หน่วย 1. ทาคาส่งั ต่อไปน้ีซ้า 4 รอบ 1.1 เดินหนา้ s หน่วย 1.2 หนั ซา้ ย 90 องศา ข้นั ตอนย่อย 2 การวาดรูปสามเหล่ียมดา้ นเท่าขนาด s หน่วย 1. ทาคาสัง่ ต่อไปน้ีซ้า 3 รอบ 1.1 เดินหนา้ s หน่วย 1.2 หนั ซา้ ย 120 องศา

ข้นั ตอนย่อย 3 การวาดรูปบา้ นขนาด s หน่วย ที่ตาแหน่ง (x, y) 1. ยกปากกา 2. เคล่ือนที่ไปยงั ตาแหน่ง (x,y) 3. วางปากกา 4. กาหนดทิศทางไปดา้ นขวา 5. วาดรูปสี่เหล่ียมจตั ุ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 กรณีศกึ ษา ตวั อยา่ งต่อไปน้ีจะใชแ้ นวคิดเชิงคานวณในการแกป้ ัญหาบางปัญหาอาจไม่ไดใ้ ชค้ รบทุก องคป์ ระกอบ ข้ึนอยกู่ บั ลกั ษณะของปัญหา แต่ทุกปัญหาจะตอ้ งไดอ้ ลั กอริทึมในการแกป้ ัญหาท่ี ถูกตอ้ ง รวดเร็ว และมีประสิทธิภาพ ตวั อยา่ งท่ี 1.6 สอนนอ้ งจดั หนงั สือ สมมติวา่ นกั เรียนตอ้ งการสอนนอ้ งใหร้ ู้จกั รีการจดั เรียงหนงั สือตามลาดบั ความสูงใหเ้ ป็น ระเบียบเพ่อื ใหม้ ีความสวยงามและง่ายต่อการคน้ หา นกั เรียนตอ้ งคิดกระบวนการเป็นข้นั ตอน ออกมา เพอ่ื ใหน้ อ้ งสามารถปฏิบตั ิตามไดง้ ่าย ไม่วา่ จะมีหนงั สือกี่เล่มและมีลาดบั 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 สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยใู่ นลาดบั ท่ี สอง  ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือที่วางอยใู่ นลาดบั ที่ สาม : จะเห็นไดว้ า่ ปัญหาในการจดั หนงั สือท้งั กองสามารถแบ่งเป็นปัญหายอ่ ยไดโ้ ดยคดั เลือก หนงั สือเล่มท่ีสูงท่ีสุดออกจากกองใหญ่ (สมมติวา่ กองใหญ่มี n เล่ม) ทาใหข้ นาดของกอง หนงั สือลดลงเหลือ n-1 เล่ม ปัญหายอ่ ยในที่น้ีคือการจดั เรียงหนงั สือในกองท่ีมี ก-1 เล่ม ซ่ึงเป็น ปัญหาในรูปแบบเดิมท่ีมีความซบั ซอ้ นนอ้ ยลง การแตกปัญหาในตวั อยา่ ง “สอนนอ้ งจดั หนงั สือ” ไดผ้ ลลพั ธ์เป็นปัญหายอ่ ยดงั น้ี ปัญหายอ่ ยท่ี 1 หนงั สือเล่มใดควรจดั ไวเ้ ป็นลาดบั แรก ปัญหายอ่ ยท่ี 2 ในกองหนงั สือท่ีเหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยู่ ในลาดบั ท่ีสอง ปัญหายอ่ ยท่ี 3ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยใู่ น ลาดบั ที่สาม การพจิ ารณารูปแบบในการสอนน้องจดั หนังสือ จากการแตกปัญหาในตวั อยา่ ง “สอนนอ้ งจดั หนงั สือ” นกั เรียนอาจจะอธิบายคาตอบของปัญหา ยอ่ ยไดด้ งั น้ี ปัญหายอ่ ยที่ 1 หนงั สือเล่มใดควรจดั ไวเ้ ป็นลาดบั แรก คาตอบ หนงั สือเล่มท่ีมีความสูงมากท่ีสุด

ปัญหายอ่ ยที่ 2 ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือที่วางอยใู่ น ลาดบั ท่ีสอง คาตอบ หนงั สือเล่มท่ีมีความสูงมากท่ีสุดในกองท่ีเหลือ ปัญหายอ่ ยท่ี 3 ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือท่ีวางอยู่ ในลาดบั ท่ีสาม คาตอบ หนงั สือเล่มท่ีมีความสูงมากท่ีสุดในกองที่เหลือ ปัญหายอ่ ยสุดทา้ ยท่ีมีขนาด 1 เห็นไดว้ า่ แต่ละปัญหายอ่ ยน้นั ต่างกม็ ีรูปแบบเดียวกนั และมุ่งหาคาตอบในลกั ษณะ เดียวกนั คือ ปัญหายอ่ ย ในกองหนงั สือที่เหลือ หนงั สือเล่มใดควรเลือกออกมาเป็นหนงั สือที่วางอยใู่ น ลาดบั ถดั ไป คาตอบ หนงั สือเล่มที่มีความสูงมากที่สุดในกองหนงั สือที่เหลืออยู่ การคดิ เชิงนามธรรมในปัญหาสอนน้องจัดหนังสือ เน่ืองจากข้นั ตอนที่นาไปปฏิบตั ิตามตอ้ งการเพยี งการจดั เรียงหนงั สือตามลาดบั จากสูงไปต่า รายละเอียดท่ีจาเป็นเพื่อใชใ้ นการตดั สินใจเลือกหนงั สือจึงมีเพียงความสูงของหนงั สือแต่ละเล่ม ในขณะที่สีและความหนาของหนงั สือน้นั ถือเป็นรายละเอียดที่ไม่จาเป็น จึงสามารถตดั ออกไป ไดใ้ นการออกแบบกระบวนการแกป้ ัญหา ถา้ นกั เรียนตอ้ งการใชเ้ พียงความสูงของหนงั สือแต่ละเล่มเพ่อื ใชพ้ จิ ารณาในกาจดั เรียง นกั เรียน สามารถใชต้ วั เลขหน่ึงจานวนแทนความสูงของหนงั สือแต่ละเล่ม เพือ่ ใชใ้ นการออกแบบ อลั กอริทึม โดยจากปัญหายอ่ ยท่ีเคยต้งั เอาไวก้ ่อนหนา้ น้ีวา่ ในกองหนงั สือท่ีมีอยู่ หนงั สือเล่มใดควรคอ้ อกมาเป็นหนงั สือท่ีวางไวใ้ นลาดบั ถดั ไป

มีกระบวนการแกป้ ัญหาแบบเดียวกนั กบั ปัญหาที่ระบุวา่ ในชุดจานวนท่ีพิจารณาอยู่ จานวนใดมีค่ามากท่ีสุด อลั กอริทีมสาหรับสอนน้องจดั หนังสือ กระบวนการท่ีผา่ นมาสามารถนามาออกแบบเป็นอลั อริทีมสาหรับใหน้ อ้ งปฏิบตั ิตามไดด้ งั น้ี ข้นั ตอนหลกั 1. ทาข้นั ตอนต่อไปน้ีซ้าจนกระทง่ั ไม่มีหนงั สือเหลืออยใู่ นกอง 1.1 เลือกหนงั สือที่มีความสูงมากท่ีสุดในกอง 1.2 นาหนงั สือท่ีเลือกจากข้นั ดอน 11 จดั เรียงไวบ้ นโต๊ะ 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 ีการที่เขา้ ใจง่ายแต่ค่อนขา้ งชา้ เมื่อมีส่ิงท่ี 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 งหน่ึงเพอื่ ใหไ้ ดแ้ นวทางการหาคาตอบ ออกมาเป็นข้นั ตอน หรือเรียกวา่ อลั กอริทึม ซ่ึงสามารถนาไปถ่ายทอดใหบ้ ุคคลอื่นหรือ คอมพวิ เตอร์ปฏิบตั ิตามไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ งและแม่นยา แนวคิดเชิงคานวณมี 4 องคป์ ระกอบ คือ การแบ่งปัญหาใหญ่เป็นปัญหายอ่ ย การพจิ ารณารูปแบบ การคิดเชิงนามธรรมและการ ออกแบบอลั กอริทึม ในการแกป้ ัญหาโดยใชอ้ งคป์ ระกอบท้งั 4 น้นั อาจไม่ไดน้ ามาใชต้ ามลาดบั หรือใชค้ รบทุกองคป์ ระกอบ บางปัญหาอาจมีการพิจารณาหลายองคป์ ระกอบไปพร้อมกนั ได้ กจิ กรรมท้ายบท ที่หมู่บา้ นจดั งานฉลองวนั ปี ใหม่นกั เรียนไดร้ ับมอบหมายใหล้ า้ งจานจานวนมาก จานทุกจาน มีขนาดเท่ากนั เม่ือลา้ งเสร็จแลว้ จะตอ้ งเกบ็ ในกล่องที่สามารถบรรจุจานได้ 3 ต้งั ต้งั ละ 10ใบ ให้ นกั เรียนเขียนอลั กอริทึมในการลา้ งจานและเกบ็ จานใส่กล่อง อา้ งอิงจาก : หนงั สือเรียนรายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เทคโนโลยี (วทิ ยาการคานวณ) ของ สสวท.