unit1

วิทยาการคานวณ (COMPUTING SCIENCE) ระดับชน้ั มัธยมศึกษาปีที่ 4

วิทยาการคาํ นวณคอื อะไร ? (COMPUTING SCIENCE) เขา้ ใจและใช้แนวคิดเชิงคํานวณในการแก้ปญั หาที่ พบในชวี ติ จริงอยา่ งเปน็ ขนั้ ตอนและเป็นระบบ ใช้ เทคโนโลยีสารสนเทศและการสอ่ื สารในการเรียนรู้ การทํางานและการแกป้ ญั หาไดอ้ ย่างมปี ระสทิ ธิภาพ รเู้ ท่าทัน และมีจริยธรรม วิทยาการคาํ นวณ เรยี นเกีย่ วกับอะไร? มอี งคป์ ระกอบของเนอ้ื หา 3 ส่วน ไดแ้ ก่ 1. ICT (เหมอื นหลกั สูตรเดมิ ) 2. Digital Literacy (DT) 3. Computer Science (CS)

แนวคดิ เชงิ คานวณ (Computational Thinking) กระบวนการแกป้ ัญหาในหลากหลายลกั ษณะ เช่น การ จัดลาํ ดับเชงิ ตรรกศาสตร์ การวิเคราะหข์ ้อมลู และการสร้างสรรค์ วิธแี ก้ปัญหาไปทลี ะขัน้ ทลี ะตอน (หรือท่ีเรียกว่าอัลกอริทึ่ม) รวมท้งั การย่อยปญั หาทชี่ ่วยใหร้ ับมอื กับปัญหาทซ่ี ับซอ้ นหรือมี ลักษณะเปน็ คําถามปลายเปดิ ได้ วิธีคดิ เชิงคํานวณมคี วามจาํ เปน็ ใน การพัฒนาแอพพลิเคชน่ั ตา่ งๆ สําหรับคอมพวิ เตอร์ แต่ใน ขณะเดยี วกนั วธิ ีคดิ นี้ยังช่วยแกป้ ญั หาในวชิ าตา่ งๆ ได้ดว้ ย ดงั น้นั เอง เม่ือมีการบูรณาการวิธคีู ิดเชิงคํานวณผ่านหลกั สตู รใน หลากหลายแขนงวชิ า นักเรียนจะเห็นความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งแตล่ ะวิชา รวมทัง้ สามารถนาํ วิธีคดิ ทีเ่ ป็นประโยชนน์ ้ี ไปใช้แก้ปัญหาในชีวิตจรงิ ได้ในระยะยาว

แนวคิดเชงิ คาํ นวณประกอบด้วย การใชท้ ักษะย่อย 4 ทักษะ 1.แนวคิดการแยกย่อย (Decomposition) แตกปญั หาใหญ่ใหเ้ ปน็ ปญั หายอ่ ยท่ี มขี นาดเล็กลง เพ่ือให้สามารถจดั การปัญหาได้ง่ายขน้ึ ทักษะนีเ้ ทียบเท่ากบั การ คิดวเิ คราะห์ 2.แนวคิดการจดจํารปู แบบ (Pattern Recognition) กาํ หนดแบบแผนจาก ปัญหายอ่ ยต่าง ๆ จากปัญหาที่มีรูปแบบทหี่ ลากหลาย โดยปญั หาตา่ ง ๆ มักมี รูปแบบท่คี ล้ายคลงึ กันกลา่ วคือ หากเราเข้าใจปัญหา จะพบว่าปญั หาที่แตกต่างกัน สามารถใช้วิธีการในการแกไ้ ขปัญหาแบบเดียวกันได้ทักษะน้เี ทียบเท่ากับการคดิ วิเคราะหแ์ บบเชือ่ มโยง 3.แนวคดิ เชิงนามธรรม (Abstraction) แนวคดิ เชงิ นามธรรม การหาแนวคดิ เชิง นามธรรมหรอื การนิยามเพอื่ หาแนวคิดรวบยอดของแต่ละปญั หาย่อย เปน็ การ มงุ่ เนน้ ความสําคญั ของปญั หาโดยไม่สนใจรายละเอียดที่ไม่จําเปน็ เพอ่ื ให้สามารถ เขา้ ใจถงึ แก่นแท้ของปญั หา ทกั ษะนเ้ี ทียบเทา่ กับการคิดสงั เคราะห์ 4.แนวคดิ การออกแบบขั้นตอน (Algorithm Design) ออกแบบลําดบั ขั้นตอนการ แกป้ ัญหาดว้ ยการคิดเชิงอัลกอรทิ มึ เปน็ ความคิดพ้นื ฐานในการสร้างชุดของ ลาํ ดับขนั้ ตอนวธิ ีง่าย ๆ ทที่ ุกคนสามารถนาํ ไปใชใ้ นกํารแกไ้ ขปญั หําทมี่ ลี ักษณะ แบบเดยี วกันได้

ความสาคัญของ แนวคดิ เชงิ คานวณ การคดิ เชงิ คาํ นวณอย่างเป็นระบบ นนั้ ไมไ่ ด้เปน็ กระบวนการทางความคดิ สําหรบั นกั วทิ ยาศาสตรห์ รอื นกั พัฒนา โปรแกรมเทา่ นัน้ แต่สามารถประยุกต์ ใช้กบั การทํางานของบคุ คลท่ัวไป โดย นาํ แนวคิดเชงิ คํานวณไปประยุกต์ใช้ในชีวิต ประจาํ วันได้ทง้ั สน้ิ ทาํ ให้สามารถแก้ไขปญั หาตา่ ง ๆ ได้อย่างมี ประสิทธิภาพ ยงิ่ ไปกว่านัน้ ยังสามารถแกไ้ ขปัญหาไดอ้ ย่างไรข้ ีด จํากัด จึงจาํ เปน็ ตอ้ งเรยี นรู้วา่ เราจะสั่งให้ซเู ปอร์คอมพวิ เตอร์ ทํางานด้วยแนวคดิ เชิงคาํ นวณอยา่ งเป็นระบบไดอ้ ยา่ งไร เพ่ือ สามารถสร้างวธิ กี ารแกไ้ ขปัญหาและใช้งานคอมพวิ เตอรใ์ หแ้ กไ้ ข ปัญหาได้เต็มศักยภาพ

การแยกสว่ นประกอบ และการย่อยปญั หา (decomposition) การแยกสว่ นประกอบของปัญหาเปน็ วิธีคิดรูปแบบหนง่ึ ของแนวคิดเชิงคาํ นวณ เปน็ การพจิ ารณาเพ่ือแบง่ ปัญหาหรอื งานออกเป็นสว่ นย่อย ทาํ ให้สามารถจัดการกับปญั หาหรอื งาน ได้ง่ายขนึ้ ความสาคัญของการแยกองคป์ ระกอบ การแบ่งสว่ นประกอบของวตั ถนุ น้ั สามารถพิจารณาใหล้ ะเอยี ด ยอ่ ยลงไปไดอ้ ีกหลายระดบั แต่ไม่ควรแยกย่อยรายละเอียดใหม้ ากเกนิ ความ จําเปน็ ท้งั นใ้ี หข้ นึ้ อยู่กบั บรบิ ททส่ี นใจ การแยกสว่ นประกอบอาจเป็นข้ันตอนแรกของการ พฒั นานวัตกรรม เนือ่ งจากทาํ ให้เหน็ หน้าของการทาํ งานแตล่ ะ สว่ นประกอบย่อยอยา่ งชัดเจน เม่ือพิจารณาสว่ นประกอบย่อยตา่ งๆ เหลา่ นัน้ อยา่ งเปน็ อสิ ระตอ่ กันแล้ว สามารถนําไปประยกุ ต์ใช้ในบริบทอื่นได้

การหารปู แบบ (pattern recognition) การหารปู แบบเปน็ ทกั ษะการหาความสัมพันธ์ที่เกย่ี ว ของ แนวโน้มและลักษณะท่วั ไปของสงิ่ ตา่ งๆ โดยทั่วไปเราจะ เริม่ พจิ ารณาปัญหาหรอื สง่ิ ท่สี นใจ จากน้ันอาจใชท้ กั ษะการ แยกสว่ นประกอบทําใหไ้ ด้ องคป์ ระกอบภายในอืน่ ๆ แล้วจงึ ใชท้ ักษะการหารปู แบบเพ่ือสรา้ งความเขา้ ใจระหว่าง องค์ประกอบเหลา่ น้นั การหารปู แบบอกี ประเภทหน่ึง เป็นการหารูปแบบที่ เหมอื นและแตกตา่ งกนั ระหว่างสง่ิ ของต่างๆทสี่ นใจหลายชิ้น การพจิ ารณารปู แบบนี้จะชว่ ยระบอุ งคป์ ระกอบสาํ คญั รว่ มกนั ของส่งิ ของเหลา่ นัน้ ได้ ซง่ึ จะเป็นพ้นื ฐานในการสร้าง ความเข้าใจเชิงนามธรรมตอ่ ไป

กจิ กรรมท่ี 2 วิทยการเชิงคานวณ ใหน้ กั เรยี นศกึ ษาเน้ือหาความรู้เรอ่ื งวทิ ยาการแล้วตอบคาํ ถามตอ่ ไปนี้ 1. วิทยาการคํานวณคืออะไร ตอบ ......................................................................................................................... .................................................................................................................................... 2. แนวคิดเชงิ คํานวณคืออะไร ตอบ ......................................................................................................................... .................................................................................................................................... 3. วธิ ีแก้ปญั หาทลี ะขั้นตอนหรือเรียกว่าอีกอย่างว่าอะไร ตอบ ......................................................................................................................... 4. แนวคดิ เชิงคาํ นวณประกอบด้วยก่ที ักษะ ตอบ ......................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... 5. การแยกส่วนประกอบของปัญหาคืออะไร ตอบ ......................................................................................................................... ................................................................................................................................... 6. . การหารปู แบบคืออะไร ตอบ ......................................................................................................................... ...................................................................................................................................



แนวคดิ เชงิ นามธรรม เป็นองคป์ ระกอบหน่งึ ของแนวคดิ เชงิ คาํ นวณ (computational thinking) ใช้กระบวนการคัดแยกคุณลักษณะ ท่สี ําคญั ออกจากรายละเอยี ดปลีกย่อยในปัญหา หรืองานที่กาํ ลัง พิจาณา เพอ่ื ใหไ้ ดข้ ้อมลู ท่จี าํ เป็นและเพียงพอในการแกป้ ญั หา ตวั อยา่ งที่ 1.1 คาทกั ทาย Hello ในภาษาองั กฤษรปู แบบตา่ ง ๆ คาํ ว่า Hello แตล่ ะตัวมีรปู แบบท่ีแตกตา่ งกันข้นึ อยู่กบั ประสบการณ์ ทีผ่ เู้ ขยี นแตล่ ะคนมี จากตวั อยา่ งจะเหน็ รายละเอยี ดที่แตกต่างกนั เชน่ สี รูปแบบอักษร (font) อักษรตวั พมิ พ์ใหญห่ รอื ตัวพมิ พ์เล็ก และรายละเอียดอ่ืน ๆ เชน่ การขดี เสน้ ใต้ หรือการเอียงของตวั อกั ษร โดยรูปแบบทแี่ ตล่ ะคนมีอยู่ ถา้ จะถา่ ยทอดให้ผู้อ่นื รบั รแู้ ละเขา้ ใจทุกอยา่ งแทบจะเปน็ ไปไมไ่ ด้ และอาจจะไม่มี ความจําเปน็ ท่ผี ้อู น่ื ต้องรบั รรู้ ายละเอยี ดทง้ั หมด

กจิ กรรมที่ 3 แนวคิดเชงิ นามธรรม คดั กรองรายละเอียดของคาวา่ HELLO เมื่อระบคุ วามตอ้ งการที่ แตกตา่ งกนั ดงั นี้ 1. ขอ้ มูลประกอบด้วยอักขระใดบ้าง แต่ละอักษรเป็นอกั ษรตวั พมิ พเ์ ล็ก หรือตวั พิมพ์ใหญ่ ตอบ.................................................................................................................. ........................................................................................................................... 2. ขอ้ มลู ประกอบดว้ ยอักขระก่ีตัว ตอบ.................................................................................................................. ........................................................................................................................... 3. ขอ้ มูลประกอบด้วยอกั ขระกีต่ ัว ตอบ.................................................................................................................. ...........................................................................................................................

การคดั เลือกคุณลักษณะ ท่ีจาเป็นต่อการแก้ปญั หา ปัญหาที่กาํ ลังพิจารณาอยู่น้ันอาจประกอบไปดว้ ยรายละเอียด จาํ นวนมาก ท้งั ที่จําเป็นและไมจ่ ําเป็นตอ่ การแกป้ ัญหา ลองพจิ ารณาปัญหา ในสถานการณ์สมมตดิ งั ตอ่ ไปน้ี

กจิ กรรมท่ี 4 แชรก์ ับฉนั หอ้ งเรียนห้องหนึ่งในโรงเรยี นมธั ยมแหง่ หนึ่งมนี กั เรยี นอยู่ ทง้ั หมด 20 คน เพ่ือเป็นการต้อนรับการเปิดเทอม ก๊วนเพื่อนรกั ซ่ึงประกอบไปด้วย หนนู กิ หนูแนน และหนูหนอ่ ยได้นัดกันไปรบั ประทานอาหารที่ร้านปา้ แป๋วใกล้โรงเรียน และตกลงกนั วา่ ไม่ว่าใครจะสั่งอะไร ก็จะจ่ายคา่ อาหารคนละเทา่ ๆ กนั โดยมรี ายการ อาหารดงั น้ี โจทย์ หนนู กิ สั่งสลดั ผกั กบั นํ้ามะนาวปน่ั หนูแนนสง่ั ขา้ วผัดกบั ชาเย็น ส่วนหนูหน่อย ส่งั กว๋ ยเตย๋ี วกับทบั ทิมกรอบ ให้พจิ ารณารปู วา่ ขอ้ มูลใดบ้างที่จาํ เปน็ ต่อการแกป้ ญั หา ราคาอาหารแตล่ ะ จาํ นวนเพื่อนในหอ้ ง ชอ่ื เพื่อนทีไ่ ปทาน รายการทีส่ ั่ง ทงั้ หมด อาหารด้วยกัน ราคาเครอ่ื งด่ืมแตล่ ะ ชอื่ อาหารแต่ละ จํานวนเพ่อื นที่ไป รายการของท้งั รา้ น รายการที่ส่งั ทานอาหารด้วยกนั ประเภทอาหารแต่ละ ราคาของหวานแต่ละ รายการทีส่ ั่ง รายการของท้ังรา้ น