การพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์

ในยุคประเทศไทย 4.0 การจัดการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับทักษะของผู้เรียนในศตวรรษที่ 21 เป็นสิ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะทักษะการคิดเชิงคำนวณซึ่งเป็นจุดเน้นของรัฐบาลที่มุ่งหวังให้ผู้เรียนได้เกิดการคิดอย่างเป็นระบบและเป็นขั้นตอนด้วยการใช้คอมพิวเตอร์และไม่ใช้คอมพิวเตอร์เพื่อใช้แก้ปัญหาในชีวิตประจำวันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นการรู้แนวทางการพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการจัดการเรียนรู้ในยุคปัจจุบัน

คำสำคัญ: การคิดเชิงคำนวณ, ใช้คอมพิวเตอร์, ไม่ใช้คอมพิวเตอร์, ห้องเรียนวิทยาศาสตร์

บทนำ

การคิดเชิงคำนวณ (Computational Thinking: CT) เป็นทักษะที่ผู้เรียนทุกคนจะต้องพัฒนาขึ้นเนื่องด้วยเป็นทักษะที่มีความเกี่ยวข้องกับการเพิ่มศักยภาพในทักษะอื่นๆ ในศตวรรษที่ 21 ตาม สิรินภา (2557) ได้กล่าวไว้ เช่น ทักษะการแก้ไขปัญหา การคิดเชิงวิพากษ์ ประสิทธิผลของงาน และความคิดสร้างสรรค์ Wing (2006) ได้กล่าวไว้ว่า ทักษะการคิดเชิงคำนวณเป็นทักษะพื้นฐานสำหรับทุกคนไม่ใช่แค่นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ เพราะทักษะการอ่าน เขียนและเลขคณิตนั่นไม่เพียงพอ ควรเพิ่มการคำนวณที่บอกได้ถึงความสามารถในการวิเคราะห์ของเด็กทุกคน โดยใช้การคิดอย่างเป็นขั้นตอนแบบคอมพิวเตอร์และใช้คอมพิวเตอร์อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายความคิดการคำนวณของตนเอง ดร.กฤษณพงศ์ กีรติกร รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงศึกษาธิการได้กล่าวในการประชุมวิชาการวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ในโรงเรียน ครั้งที่ 22 ถึงการทำงานในอนาคตควรมีทักษะในด้านต่างๆ หนึ่งในนั้น คือ ทักษะการคิดเชิงคำนวณ แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหา การออกแบบโครงสร้าง และความเข้าใจพฤติกรรมของมนุษย์โดยการใช้พื้นฐานความรู้ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์อันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของการเรียนวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์

การจัดการเรียนรู้เพื่อเพิ่มทักษะการคิดเชิงคำนวณในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ตามนโยบายของรัฐบาล และกระทรวงศึกษาธิการ (2560) ได้ปรับปรุงมาตรฐานและตัวชี้วัดหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ พุทธศักราช 2551 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ.2560) ออกเป็น 4 สาระ ได้แก่ สาระที่ 1 วิทยาศาสตร์ชีวภาพ สาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ สาระที่ 3 วิทยาศาสตร์โลก และอวกาศ และสาระที่ 4 เทคโนโลยี นั่นสามารถดำเนินการจัดการเรียนรู้ได้อย่างไรยังเป็นคำถามที่ครูผู้จัดการเรียนรู้ยังสงสัยและไม่มีแนวทางในการจัดการเรียนรู้อย่างชัดเจน ดังนั้นบทความวิจัยนี้ได้รวบรวมแนวทางการจัดการเรียนรู้เพื่อพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณแก่ผู้เรียนในรายวิชาวิทยาศาสตร์ เพื่อให้ผู้ที่มีความสนใจได้ศึกษารูปแบบการจัดการเรียนรู้ในการพัฒนาทักษะการคิดเชิงคำนวณได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความหมาย

Wing (2006) ได้ให้ความหมายของการคิดเชิงคำนวณ ว่าคือกระบวนการคิดอย่างมีประสิทธิภาพเกี่ยวข้องกับทักษะแนวคิด และเทคนิค ซึ่งสามารถพัฒนาได้ตลอดเวลา ทั้งนี้การคิดเชิงคำนวณประกอบไปด้วยวิธีคิด กระบวนการแก้ปัญหา ความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูล ขั้นตอน พฤติกรรม ปฏิสัมพันธ์และการออกแบบ รวมถึงกระบวนการต่างๆ

Paul S. Matsumoto and Jiankang Cao (2017) ได้ให้ความหมายการคิดเชิงคำนวณไว้ว่าเป็นทักษะที่สำคัญในการปฏิบัติการวิทยาศาสตร์และการออกแบบเชิงวิศวกรรมในมาตรฐานการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ยุคใหม่ของประเทศสหรัฐอเมริกา (NGSS)

ชยการ (2562) ได้ให้ความหมายไว้ว่า การคิดเชิงคำนวณ คือ ความสามารถในการแก้ปัญหาที่เริ่มจากทำความเข้าใจในปัญหาที่ซับซ้อนในลักษณะองค์รวมสามารถกำหนดขอบเขตปัญหา อะไรที่เป็นปัญหา อะไรไม่ใช่ปัญหา และแยกย่อยปัญหาในแต่ละส่วนที่สัมพันธ์กันนั้น มาทำการออกแบบแก้ปัญหาและกำหนดขั้นตอนวิธี เพื่อให้ปัญหาทั้งหมดที่นำองค์ประกอบของแนวคิดเชิงคำนวณมาร่วมซึ่งจะมีทั้งการใช้คอมพิวเตอร์และไม่ใช้คอมพิวเตอร์ผสมผสานกันเพื่อให้งานสำเร็จลุล่วงอย่างมีประสิทธิภาพ

สรุปได้ว่า การคิดเชิงคำนวณ หมายถึง กระบวนการคิด ที่ต้องใช้ทักษะและเทคนิคเพื่อแก้ไขปัญหา โดยมีลำดับ ขั้นตอนและวิธีการแก้ไขปัญหา โดยจะต้องถูกนำเสนอในรูปแบบ ที่ผู้แก้ปัญหาสามารถปฏิบัติตามได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถนำแนวคิดลำดับขั้นตอนไปแก้ปัญหาในเชิง นามธรรมจากข้อมูลจำนวนมาก และสามารถหาเหตุผล จากฐานข้อมูลนี้ โดยการใช้ขั้นตอนหรือวิทยาการคอมพิวเตอร์เข้ามามีส่วนร่วมในการคิดคำนวณและลำดับข้อมูลตลอดจนการใช้เหตุผลในการอธิบายเพื่อให้เกิดการเรียนรู้ตลอดเวลา