ปัญหาคือ “ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นและไม่ตรงกับความคาดหวังหรือสิ่งที่ควรจะเป็น” การแก้ปัญหาเป็นกระบวนการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น โดยเกี่ยวข้องกับการทำงานของสมอง (การคิด) และพฤติกรรมที่ใช้แก้ปัญหา เมื่อมีปัญหาผ่านเข้ามาสู่ระบบการรับรู้ของมนุษย์ (Sensing) มนุษย์แต่ละคนมีวิธีการจัดการกับปัญหาที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งส่งผลให้เกิดการสะสมเป็นประสบการณ์ที่แตกต่างกันในแต่ละคน ดังนั้นการให้ความสำคัญกับแต่ละปัจจัยที่ส่งผลให้เกิดประสบการณ์ที่มีประสิทธิภาพ (Effective Experience) ในการแก้ปัญหาจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างมาก
หนึ่งในการคิดแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพคือ “การคิดเชิงตรรกะ (Logical Thinking) ให้ความสำคัญกับการวิเคราะห์หาเหตุผลแท้จริงของความสำเร็จและล้มเหลว แสดงลำดับขั้นตอนของเรื่องราวอย่างชัดเจน และอื่น ๆ ดังกล่าวข้างต้น เพื่อนำไปสู่การตัดสินใจเลือกวิธีแก้ปัญหาในทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด อาจกล่าวได้ว่าการคิดเชิงตรรกะคือ “การตัดสินใจแบบมีเหตุผลรองรับ” ดังนั้นความคิดเชิงตรรกะถือว่าเป็นกระบวนการสร้างนิสัยการแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบ การตัดสินใจใช้เหตุผลมากกว่าอารมณ์ และหลีกเลี่ยงการคิดแก้ปัญหาที่ยึดติดกับกรอบความคิดเดิม
วิทยาการคำนวณ ป.4 หน่วย 1 เรื่อง ใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหา การอธิบายการทำงาน การคาดการณ์ผลลัพธ์จากปัญหาอย่างง่าย
ระดับชั้น : ประถมศึกษาปีที่ 4
หน่วยที่ : 1
เรื่อง :ใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหา การอธิบายการทำงาน การคาดการณ์ผลลัพธ์จากปัญหาอย่างง่าย
สาระ : สาระที่ 4 เทคโนโลยี
ตัวชี้วัด :
ว 4.2 ป. 4/1 ใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหา การอธิบายการทำงานการคาดการณ์ผลลัพธ์ จากปัญหาอย่างง่าย
การใช้แนวคิดเชิงคำนวณในการแก้ปัญหา
(Computational Thinking) เป็นทักษะการแก้ปัญหาโดยใช้วิธีการคิดอย่างเป็นระบบ โดยต้องรู้จักแยกแยะปัญหา เข้าใจความสำคัญของปัญหา รู้จักวิเคราะห์รูปแบบของปัญหา และออกแบบและแสดงลำดับขั้นตอนการแก้ปัญหา
*เนื้อหาและรูปภาพการ์ตูนลิปดาโพล่านี้คือตัวอย่างหนังสือวิทยาการคำนวณ เป็นลิขสิทธิ์ของบริษัทอิมเมจิเนียริ่ง เอ็ดดูเคชั่น จำกัด ไม่อนุญาตให้นำภาพประกอบไปใช้ในเชิงธุรกิจหรือแสวงหาผลกำไรต่าง ๆ หากต้องการนำเนื้อหาและรูปภาพไปใช้รบกวนติดต่อทีมงานก่อนทุกครั้ง เพื่อส่งเรื่องให้ทางผู้บริหารพิจารณาอนุมัติ
- การใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหา
- แนวคิดเชิงคำนวณ
- กิจกรรมบูรณาการ
- กิจกรรมท้าให้ลอง
การใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหา
ในการทำงาน หรือ การแก้ปัญหาใดๆ ในชีวิตประจำวัน ย่อมควรมีเหตุผล หากเราแก้ปัญหาหรือทำงานโดยไม่มีเหตุผลจะเป็นการทำงานหรือแก้ปัญหาที่ไม่มีการคิดไตร่ตรอง การใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหา จึงเป็นการคิดหา เหตุผล เพื่ออธิบายการทำงาน คาดการณ์ผลลัพธ์ ในการแก้ปัญหา
ตัวอย่างสถานการณ์ : ใกล้ถึงเวลาอาหารเย็นแล้ว โพล่ารู้สึกหิวมากเลย ปัญหาโพล่าควรจะเลือกรับประทานอะไรดี ระหว่างของหวานหรือรับประทานข้าวเย็น
จากปัญหานี้ โพล่าได้เลือกการรับประทานอาหารเย็นโดยใช้เหตุผล (เชิงตรรกะ)
ว่าใกล้เวลาอาหารเย็นแล้วควรจะเป็นเวลารับประทานข้าวไม่ควรรับประทานขนมเพราะเดี๋ยวจะรับประทานข้าวไม่ได้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่สามารถอธิบายการทำงานและคาดการณ์ผลลัพธ์ได้แต่สำหรับนักเรียนคิดว่าจะแก้ปัญหานี้อย่างไรดีและคาดการณ์ผลลัพธ์อย่างไร
การใช้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logical Thinking) ในการแก้ไขปัญหา
การใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหานั้นสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ การใช้กฎเกณฑ์ ข้อตกลงมาเป็นเหตุผล และ การใช้ประสบการณ์มาเป็นเหตุผลในการแก้ปัญหา
- การใช้กฎเกณฑ์ ข้อตกลง มาอธิบายเหตุผลในการแก้ปัญหา
เป็นการแก้ไขปัญหาโดยใช้ กฎเกณฑ์มาอ้างอิงเพื่อนำไปอธิบายวิธีการแก้ปัญหา ซึ่งผลลัพธ์ของการแก้ไขปัญหานี้จะเป็นจริงหรือไม่ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์เริ่มต้น ดังตัวอย่าง เช่น
- การใช้ประสบการณ์มาอธิบายเหตุผลในการแก้ปัญหา
เป็นกระบวนการให้เหตุผลในการแก้ไขปัญหาที่ได้จาก การตั้งสมมติฐาน การสำรวจ หรือการทดลอง จนได้ผลการสังเกตหรือหลักฐานที่นำมาสรุปได้ แต่ข้อสรุปอาจจะเป็นจริงหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับปัจจัยอีกหลายอย่าง เช่น วิธีการสำรวจ จำนวนตัวอย่างในการสำรวจ เป็นต้น
- สรุป การใช้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logical Thinking) ในการแก้ไขปัญหา คือ การแก้ปัญหาโดยใช้เหตุผลที่สามารถอธิบายได้ โดยเหตุผลที่ใช้นั้นจะเป็นเหตุผลที่ได้จากกฎเกณฑ์ ข้อตกลง หรือจากประสบการณ์ มาใช้เป็นเงื่อนไขในการแก้ปัญหา ซึ่งการแก้ปัญหานั้นผู้แก้ปัญหาจะคาดหวังว่าให้ได้ผลลัพธ์ให้ตรงตามเหตุผลที่อธิบายได้
- ตรรกะ คืออะไรตรรกะ (เขียนได้ 2 แบบ ตรรก และ ตรรกะ) คือ ความคิด การนึกคิด
ตรรกศาสตร์ คือ ปรัชญาสาขาหนึ่งว่าด้วยการคิดหาเหตุผลว่าจะสมเหตุสมผลหรือไม่
การนำกฎเกณฑ์หรือเงื่อนไขในทุกกรณีมาใช้พิจารณาในการแก้ปัญหา
- การใช้กฎเกณฑ์หรือเงื่อนไขที่ครอบคลุมทุกกรณีมาใช้พิจารณาในการแก้ปัญหา การอธิบายการทำงาน หรือการคาดการณ์ผลลัพธ์ ปัญหาในชีวิตประจำวันมีหลากหลาย การวางแผนการแก้ปัญหาโดยคำนึงถึงเงื่อนไขที่อาจจะเกิดขึ้นกับการทำงานหรือการแก้ปัญหา จะช่วยทำให้การแก้ปัญหาหรือการทำงานของเราดียิ่งขึ้น มีรูปแบบที่ชัดเจน ถ้าพูดในความหมายง่ายๆ คือ ถ้าเกิดเหตุการณ์ขึ้นมาเหตุการณ์หนึ่งจะต้องแก้ปัญหาอย่างไร มีเหตุผลหรือเงื่อนไขใด และถ้าเหตุการณ์เปลี่ยนไปเป็นอีกแบบหนึ่งจะแก้ปัญหาอย่างไร หรือถ้าไม่เกิดเหตุการณ์ใดขึ้นมาเลย จะต้องทำอย่างไร การใช้กฎเกณฑ์หรือเงื่อนไขที่ครอบคลุมทุกกรณีจะทำให้สามารถคาดการณ์ผลลัพธ์ได้ เช่น
- ตัวอย่างสถานการณ์ : วันนี้ลิปดาตื่นสายกว่าปกติ 15 นาที ซึ่งโดยปกติ ลิปดาจะตื่น 6 โมงเช้า รถโรงเรียนจะมารับลิปดาทุกวันในเวลา 6:40 ลิปดาจะแก้ปัญหานี้อย่างไรเพื่อให้ได้ผลลัพธ์คือไปทันรถโรงเรียนเหมือนปกติในสถานการณ์ปกติลิปดาตื่น 6 โมงเช้า ลิปดามีลำดับขั้นตอนการทำกิจกรรมตอนเช้าดังต่อไปนี้
- ล้างหน้า แปรงฟัน 5 นาที
- อาบน้ำ 5 นาที
- แต่งตัว 10 นาที
- เก็บของใส่กระเป๋า 5 นาที
- ทานอาหาร 10 นาที
- ใส่ถุงเท้า รองเท้า 2 นาที
- เดินไปรอรถโรงเรียนซึ่งทั้งหมดใช้เวลา 37 นาที
จะไปรอทันรถโรงเรียนก่อน 3 นาที
- ในสถานการณ์เริ่มต้นที่เปลี่ยนไป ลิปดาตื่นนอนเวลา 6.15 นาที ทำให้เกิดเงื่อนไขด้านเวลาที่น้อยลง เนื่องจากตื่นสายกว่าเดิม 15 นาที จึงต้องแก้ปัญหาปรับเวลากิจกรรม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์คือไปทันรถโรงเรียน ดังต่อไปนี้
- ล้างหน้า แปรงฟัน 4 นาที
- อาบน้ำ 4 นาที
- แต่งตัว 5 นาที
- เก็บของใส่กระเป๋า 3 นาที
- ทานอาหาร 5 นาที
- ใส่ถุงเท้า รองเท้า 1 นาที
- เดินไปรอรถโรงเรียน
ซึ่งทั้งหมดใช้เวลา 22 นาที
จะไปรอทันรถโรงเรียนก่อน 3 นาที
- สถานะเริ่มต้นของการทำงานที่แตกต่างกันจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันในการแก้ปัญหาบางครั้งสถานะเริ่มต้นของการทำงานที่แตกต่างกันจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน โดยเงื่อนไขหรือตัวแปรที่เข้ามาเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ต่างๆ นั้นจะเป็นตัวกำหนดให้เกิดการเปลี่ยนแปลง
- สถานะเริ่มต้นของการทำงานที่แตกต่างกันจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันในการแก้ปัญหาบางครั้งสถานะเริ่มต้นของการทำงานที่แตกต่างกันจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน โดยเงื่อนไขหรือตัวแปรที่เข้ามาเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ต่างๆ นั้นจะเป็นตัวกำหนดให้เกิดการเปลี่ยนแปลง
- สถานะเริ่มต้นของการทำงานที่แตกต่างกันจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันสถานการณ์วันนี้เป็นวันฝนตก ทำให้จราจรติดขัดและต้องใช้เวลามากในการเดินทางไปโรงเรียน ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันคือ การเดินทางมาโรงเรียนไม่ทัน 8 โมงเช้า
การใช้แนวคิดเชิงคำนวณในการแก้ไขปัญหา
เป็นการแก้ปัญหาโดยใช้วิธีการคิดอย่างเป็นระบบ ซึ่งผู้เรียนต้องเรียนรู้การแยกส่วนประกอบและการย่อยของปัญหา การคิดเชิงนามธรรม หารูปแบบของปัญหา และนำมาออกแบบและแสดงลำดับขั้นตอนการแก้ไขปัญหา
แนวคิดเชิงคำนวณประกอบส่วนสำคัญ 4 ส่วน ดังต่อไปนี้
การแยกส่วนประกอบและการย่อยของปัญหา
เป็นกระบวนการแบ่งแยกส่วนประกอบของปัญหา ออกเป็นส่วนย่อยๆ เพื่อง่ายต่อการแก้ไขปัญหา
การหารูปแบบของปัญหา
เป็นกระบวนการหาความสัมพันธ์ของปัญหา โดยการเปรียบเทียบ จัดกลุ่ม การเรียงลำดับ
การคิดเชิงนามธรรม
เป็นการพิจารณารายละเอียดที่สำคัญของปัญหา แยกแยะสาระสำคัญออกจากส่วนที่ไม่สำคัญ
การออกแบบขั้นตอนการแก้ปัญหา
เป็นการแสดงขั้นตอนการวางแผนการแก้ไขปัญหาซึ่งสามารถทำได้โดยเขียนข้อความ, วาดภาพ หรือการใช้สัญลักษณ์
- การคิดเชิงนามธรรม การหารูปแบบของตำแหน่งสัมพันธ์กับภาพสัตว์และสีของสัตว์อย่างไร
(การพิจารณาสาระสำคัญของปัญหา)
- การแยกส่วนประกอบปัญหา ให้แบ่งแยกตำแหน่งและคุณสมบัติของภาพแต่ละตำแหน่งออกเป็นส่วนๆ
- การหารูปแบบของปัญหา
4. การออกแบบลำดับขั้นตอนการแก้ปัญหาโดยการใช้ข้อความ
1. สังเกตลำดับตำแหน่งภาพที่ 1, 3, 7, 9 เป็นภาพไก่
ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าตำแหน่งที่ 5 ควรเป็น ไก่
สำหรับสีของไก่จะเป็นการสลับกันไปมาระหว่าง สี ส้ม-เขียว กับสี ส้ม-ส้ม
ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าตำแหน่งที่ 5 เป็นไก่ สี ส้ม-เขียว
2. สังเกตลำดับตำแหน่งภาพที่ 2, 4, 8, 10 เป็นภาพเพนกวิน
ดังนั้นจึงควรสรุปได้ว่าตำแหน่งที่ 6 ควรเป็นเพนกวิน
สำหรับสีเพนกวินเหมือนกันทุกตัว
ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าสีเพนกวินในตำแหน่งที่ 6 เป็นสีดำขาว
โจทย์ปัญหา : ให้ใช้แนวคิดเชิงคำนวณในการอธิบายหรือแสดงลำดับขั้นตอนการเล่นเกม OX
1. การคิดเชิงนามธรรม การวาง X หรือ O อย่างไรให้ได้เป็นแนวตรงหรือแนวทะแยงก่อนผู้เล่นอีกฝ่าย
(การพิจารณาสาระสำคัญของปัญหา)
2. การแยกส่วนประกอบปัญหา ให้แบ่งแยกตำแหน่งการวางและหาโอกาสที่จะชนะของแต่ละตำแหน่ง
3. การหารูปแบบของปัญหา ควรเลือกทำเครื่องหมายในตำแหน่งที่โอกาสชนะมากที่สุดและควรป้องกันไม่ให้ผู้เล่นอีกฝ่ายมีโอกาสชนะ
4. การออกแบบลำดับขั้นตอนการแก้ไขปัญหาโดยการใช้ข้อความ
1. ให้เลือกทำเครื่องหมายในตำแหน่งที่มีโอกาสชนะมากที่สุดก่อน
2. รอให้ผู้เล่นอีกฝ่ายวางเครื่องหมาย
3. สังเกตการวางเครื่องหมายของผู้เล่นอีกคนหนึ่งว่ามีการวางเรียงเป็นแนวตั้ง แนวนอน หรือ แนวเฉียง ติดกัน 2 ตัว
หรือไม่
4. ถ้ามีการวางแนววางเครื่องหมายเพื่อป้องกันไม่ให้ผู้เล่นอีกฝ่ายชนะ
5. ถ้าไม่มีให้เลือกทำเครื่องหมายในตำแหน่งที่มีโอกาสชนะมากที่สุดที่เหลืออยู่อันดับต่อไป
6. ให้กลับไปที่ข้อที่ 2 ถึง 4 จนกว่าจะมีผู้ชนะ แพ้ หรือ เสมอ หรือจนกว่าตำแหน่งการวางเต็มแล้วทั้งหมด
จากภาพให้นักเรียน ให้อธิบายเหตุผลว่า ทำไมถึงเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น เพราะเหตุผลใด (ใช้เหตุผลเชิงตรรกะในการแก้ปัญหาหรือการทำงานอย่างไร)
จากเกมภาพที่หายไป 2 ข้อด้านล่าง ให้นักเรียนหาภาพที่หายไปและเขียนลำดับขั้นตอนการแก้ปัญหา
ทุกๆ วันคุณพ่อจะไปส่งลิปดาไปโรงเรียนโดยตื่นตั้งแต่ 6 โมงเช้า และออกจากบ้านไม่เกิน 7 โมงเช้า ซึ่งวิธีการเดินทางของลิปดาต้อง ขี่จักรยานออกจากบ้านไปทิ้งไว้หน้าหมู่บ้าน เพื่อไปนั่งรถประจำทางลงหน้าซอยทางเข้าโรงเรียน ซึ่งถ้าลิปดาไม่สายมากก็จะเดินเข้าไปในโรงเรียนแต่ถ้าสายมากก็จะนั่งรถจักรยานยนต์เข้าไป
ภารกิจ :
- ให้นักเรียนเขียนลำดับขั้นตอนวิธีการเดินทางไปโรงเรียนของตนเองพร้อมแสดงลำดับเวลาการเดินทาง
- ให้คุณครูสร้างเงื่อนไข และ เปลี่ยนสถานะเริ่มต้น เช่น ฝนตกรถติด ตื่นสาย รถยนต์ส่วนตัวเสีย มีกิจกรรมตอนเช้า
- ให้นักเรียนเขียนลำดับขั้นการแก้ไขปัญหาใหม่ตามเงื่อนไขที่คุณครูกำหนดให้ในแต่ละกลุ่ม พร้อมนำเสนอหน้าชั้นเรียน
วัสดุอุปกรณ์ : โจทย์ปัญหาเงื่อนไขเพิ่มเติมที่คุณครูกำหนด
รวบรวมข้อมูล : การใช้ฎกเกณฑ์หรือเงื่อนไขในการแก้ไขปัญหาคืออะไร
วางแผน ออกแบบ : ให้นักเรียนร่วมกันพิจารณาปัญหาและหาแนวทางการแก้ไขปัญหาและเขียนลำดับขั้นตอนการแก้ไขปัญหา