چرا فرزند شما به تفکر محاسباتی (Computational Thinking) نیاز دارد؟!
آوریل سال 1970 است. در فاصله 300 هزار کیلومتری از زمین، جایی در تاریکی مطلق فضا، صدای انفجاری مهیب در سفینه آپولو 13 (Apollo 13) پیچید! چراغ های هشدار قرمز می شوند! در یک لحظه تمام برنامه ها و هدف هایی که سفینه داشت بهم ریخت. جمله معروف تاریخ توسط Jim Lovell مخابره می شود: “هیوستون! ما یک مشکل داریم.” (“Houston, we’ve had a problem.”)
سفینه قرار بود روی ماه فرود بیاید اما کپسول اکسیژن فضاپیما منفجر شده بود. مهندسان ناسا با یک مشکل بزرگ مواجه شدند : «سه فضانورد در فاصله ۳۰۰ هزار کیلومتری زمین، با اکسیژن محدود و سیستم برق در حال خاموشی؛ چطور زنده برگردند؟»
این سوال تقریبا حل نشدنی به نظر می آمد چون همین سوال چندین چالش را برای تیم کنترل بوجود آورده بود:
- مشکل اکسیژن
چه مقدار اکسیژن باقی مانده؟
چطور مصرف کاهش یابد؟
آیا میتوان از ماژول فرود ماه به عنوان منبع پشتیبان استفاده کرد؟ - مشکل کربن دی اکسید
کربن دی اکسید در حال افزایش بود و ممکن بود فضانوردان را خفه کند!
فیلتر های CO₂ ناسازگار بودند.
چطور با وسایل داخل سفینه یک فیلتر موقت بسازند؟ - مشکل انرژی
تقریبا تمام سیستم ها خاموش شدند و دمای داخل سفینه نزدیک به یخ زدگی رسید!
موتور اصلی دیگر قابل اعتماد نبود! - مسیر بازگشت
با حداقل سوخت چگونه وارد جو زمین شوند (مدار را اصلاح کنند)؟
پنجره خطا بسیار محدود بود! هر اشتباه کوچک منجر می شد یا سفینه در اتمسفر بسوزد یا مثل سنگ کمانه کند و برای همیشه در فضا گم شود!
با اولویت دادن به مشکلات، طبقه بندی کردن آنها و تطابق شرایط؛ 17 آوریل 1970 کپسول بازگشت وارد جو زمین شد. در این مرحله ارتباط رادیویی برای چند دقیقه قطع می شود. این زمان همیشه وجود دارد؛ اما این بار همه می ترسیدند:
آیا محاسبات درست بوده؟
آیا سپر حرارتی آسیب دیده؟
مدت قطع ارتباط کمی طولانی تر از معمول شد. تنش در مرکز کنترل به اوج رسید. سپس … “سیگنال دریافت شد”. چترها باز شدند و کپسول در اقیانوس آرام، فرود آمد. سه فضانورد زنده ماندند.
داستان آپولو 13 فقط یک اتفاق نبود؛ شاید فکر کنید تخصص مهندسان ناسا به کمکشان رسید اما ماجرا کمی متفاوت است! اگر آنها از روی استرس دست روی دست می گذاشتند چه می شد؟ اگر در حل مشکلات اولویت را به مشکل بحرانی تر نمی داند چه می شد؟ اگر شرایط فضاپیما را درنظر نمی گرفتند چه می شد؟ و این اگر ها بسیارند!
حدود 50 سال پیش مهندسان روشی را برای حل بحران در پیش گرفتند. از مهارت هایی استفاده کردند که به مجموعه آن تفکر محاسباتی (Computational Thinking) می گویند.
تفکر محاسباتی چیست؟
به توانایی شکستن یک مشکل بزرگ به بخشهای کوچکتر و حل مرحلهبهمرحله آن، تفکر محاسباتی گفته میشود؛ مهارتی که در مسیر آموزش برنامهنویسی کودکان هم بهطور مستقیم تقویت میشود. همان سوال مبهم اصلی که مهندسان ناسا به آن برخورد کردند “سه فضانورد در فاصله ۳۰۰ هزار کیلومتری زمین، با اکسیژن محدود و سیستم برق در حال خاموشی؛ چطور زنده برگردند؟” که آن را در ادامه به مشکلات کوچک تر تقسیم کردند!
چرا فرزند امروز بدون تفکر محاسباتی عقب می ماند؟
امروزه نوجوانی که فقط حفظ کردن را یاد بگیرد؛ اما فکر کردن را نیاموزد، 10 سال دیگر در بازار کار چه جایگاهی خواهد داشت؟
دنیا مثل 20 سال پیش، صرف داشتن اطلاعات مزیت محسوب نمی شود؛ چون همه به حجم انبوهی از اطلاعات دسترسی دارند. آنچه که فرد را به جلو پرتاب می کند؛ توانایی تحلیل و حل مسئله است.
بسیاری از کار های تکراری و قابل پیش بینی امروز توسط سیستم های هوشمند طراحی و انجام می شود. هوش مصنوعی می تواند محاسبه کند، جست و جو کند و حتی تولید محتوا کند. اما هنوز مانند انسان توانایی آن را ندارد که یک مسئله را تجزیه، اولویت بندی کند و در شرایط مبهم تصمیم بگیرد.
تفکر محاسباتی فقط برای مهندسان و برنامه نویسان نیست؛ این مهارتِ فکر کردن ساختار یافته است. مهارتی که به نوجوان کمک می کند:
- “وقتی نمرهاش افت کرد، دلیل را پیدا کند”
- “وقتی برنامهاش بههم ریخت؛ بتواند دوباره طراحی کند”
- “وقتی با چالش رو به رو شد، سردرگم نشود”
حدود ۵۰ سال پیش، در بحران مأموریت Apollo 13، مهندسان ناسا دقیقاً از همین نوع تفکر استفاده کردند. آنها احساسات را کنار گذاشتند، مسئله را تجزیه کردند و مرحلهبهمرحله جلو رفتند.
حالا بیایید ببینیم این مهارتها دقیقاً چه بودند.
7 مهارت تفکر محاسباتی که جان 3 فضانورد را نجات داد.
- شناسایی مسئله و نیاز
- جستوجو و کاوش
- مرحله بندی و سازمان دهی
- توالی انعطاف پذیر
- مهارت بکار گیری منطق شرطی
- مهارت ترکیب اجزا
- تشخیص الگو ها
از فضا تا کلاس درس
اگر در فاصله 300 هزار کیلومتری زمین ، می توان بحران را مدیریت کرد؛ در اتاق مطالعه هم می توان مسئله را تجزیه کرد. و خواهیم گفت با برنامه نویسی (به طور مثال پایتون) چطور مهارت محاسباتی را تقویت می کنیم…
«تفکر محاسباتی، بازوی اجراییِ مهارتهای شناختی است. اگر مهارتهای شناختی «ظرفیت» ذهن ما باشند، تفکر محاسباتی «نقشه راهی» است که به ما میگوید چطور از این ظرفیت برای عبور از سختترین بحرانها استفاده کنیم.»
منابع و ماخذ
داستان آپولو13:
- “NASA History Division: Apollo 13 Mission Report – “Houston, We’ve Had a Problem.
- National Air and Space Museum: The Apollo 13 Flight Journal.
- کتاب Lost Moon
تفکر محاسباتی:
- Jeanette M. Wing (2006): “Computational Thinking” – مقاله مرجع پروفسور دانشگاه کارنگی ملون که این مفهوم را در جهان جا انداخت.
- Google for Education: Computational Thinking for Educators – دوره رسمی گوگل برای آموزش مهارت حل مسئله به دانشآموزان.
- ISTE Standards: انجمن بینالمللی فناوری در آموزش (استانداردهای جهانی سواد دیجیتال برای دانشآموزان)
- Report of a Workshop on the Scope and Nature of Computational Thinking