التفكير الحاسوبي في التعليم.. ماهو؟
كتبت : ندى علاء
يعتبر التفكير الحاسوبي من أحدث الاتجاهات المعاصرة في التعليم لتنمية مهارات التفكير، فأصبح التفكير الحاسوبي من المهارات الأساسية في القرن الحادي والعشرين.
حيث تم إدراج تقنية المعلومات ضمن أهم العلوم التي يتلقاها الطلاب في المراحل التعليمية، وتعد مهارات التفكير الحاسوبي من أهم المهارات التي فرضتها التقنية.
والتي يمكن تنميتها من خلال مقررات الحاسب الآلي للطلاب، فينبغي تعليم الطلاب طرق التفكير مثل علماء الحاسب الآلي.
ما هو التفكير الحاسوبي؟
التفكير الحاسوبي هو عملية حل المشكلات، بعدد من العناصر التي تصيغ المشكلة بطريقة يفهمها الحاسوب لحل المشكلة وتطبيق الحل على مجموعة أكبر من المشكلات، وذلك كما جاء في تعريف الرابطة الأمريكية لمعلمي علوم الحاسوب CSTA، بالتعاون مع الجمعية الدولية للتقنية في التعليم ISTE.
وعُرف التفكير الحاسوبي بتعريفات أخرى، مثل أنه هو طريقة التفكير المستخدمة في تطوير حلول للمشكلات، بما يسمح بمعالجة المعلومات لتنفيذ هذه الحلول. أو أنه عمليات عقلية متمثلة في التصميم الخوارزمي والتحليل، والتفكير المنطقي، تتضمن صياغة المشكلات والتوصل لحلول تكون قابلة للتمثيل والتطبيق، بواسطة الحاسوب بكفاءة وفاعلية.
أهمية التفكير الحاسوبي في التعليم
نما في الآونة الأخيرة الاهتمام بالتفكير الحاسوبي بشكل كبير، فاهتم العالم كله بتعليم مهارات التفكير الحاسوبي، وعقدت العديد من ورش العمل حول العالم تحت عنوان “التفكير الحاسوبي للجميع” لدمجه في المناهج الدراسية.
ويعد التفكير الحاسوبي ذو أهمية كبيرة ليتم دمجه في العملية التعليمية، فهو يعمل على زيادة قدرة الطلاب على التفكير التحليلي والتفكير النقدي، كما يعمل على زيادة مهارات الطلاب في جميع المجالات والمواد الدراسية، ويساهم التفكير الحاسوبي في تحسين المواد الدراسية وكذلك أصول التدريس.
ودعمت شركات الحاسوب العملاقة Google، وMicrosoft عام 2006 ورش عمل صيفية نفذتها جامعة Carnegie Mellon لمعلمي المرحلة الثانوية للتعرف على أهمية تعليم علوم الحاسوب، ومولت شركة Microsoft Research مركز Carnegie Mellon Center for Computational Thinking الذي يدعم مشاريع التوعية البحثية والتعليمية المتعلقة بالتفكير الحاسوبي.
وكجزء من دعم شركة Google للمستجدات في المجتمع التعليمي، وأطلقت Google برنامج Exploring Computational Thinking، لتطبيق دورات تدريبية عبر الإنترنت للتفكير الحاسوبي للمعلمين، فضلا عن توفير الموارد المختلفة لدعم تعليم التفكير الحاسوبي، ودمجه في الفصول الدراسية، والممارسات الصفية.
أساليب تدريس التفكير الحاسوبي
يستخدم معظم المعلمين لغات البرمجة لتدريس التفكير الحاسوبي، وذلك لملائمة البرمجة بشكل كبير لتعليم التفكير الحاسوبي، ومثال ذلك قدم المعلم بوش ولابيكايند في عام 2013 نموذجا واقعيا لتوجيه طلاب الجامعات لحل مشكلات علم الأحياء بالتفكير الحاسوبي وعلم البرمجة، وذلك ما عاد على الطلاب بتحسي كفائتهم وزيادة اهتمامهم بالتعليم.
البرمجة
يتم الاعتماد في أسلوب البرمجة لتدريس التفكير الحاسوبي على اللغات البسيطة والمرئية مثل سكراتش أو بلوكلي التي تساعد على فهم أساسيات البرمجة بطريقة شيقة، فضلا عن تشجيع الطلاب على تنفيذ مشاريع صغيرة لبناء تطبيقات بسيطة أو ألعاب، مما يعزز من استيعاب المفاهيم النظرية. ويتم تشجيع الطلاب على تجربة الأخطاء والتعلم منها، لأن البرمجة ما هي إلا عملية تكرارية.
حل المشكلات
يتم تدريس التفكير الحاسوبي أيضا بطريقة حل المشكلات، فيتم تقديم تحديات مفتوحة للطلاب، ليكتشفوا الحلول بأنفسهم، مما يتيح تدريب الطلاب على تحليل المشكلات وتقسيمها إلى خطوات منطقية لحلها، فضلا عن مساعدتهم في تصور الحلول بصريًا من خلال رسم خرائط تدفق.
اللعب والأنشطة
يتم استخدام ألعاب الكمبيوتر التي تعتمد على البرمجة لتعليم المفاهيم الأساسية في تعلم التفكير الحاسوبي، وبناء الروبوتات وبرمجتها لتنفيذ مهام محددة، فضلا عن استخدام الأنشطة التفاعلية عبر الإنترنت أو تطبيقات الهاتف لتعزيز المشاركة والتعلم.
التفكير النقدي
كما يتم تشجيع الطلاب على طرح الأسئلة وتقييم المعلومات، وتدريب الطلاب على جمع وتحليل البيانات واستخلاص النتائج، وتحفيزهم على التفكير خارج الصندوق وتطوير أفكار جديدة.
التعاون والعمل الجماعي
عند تدريس التفكير الحاسوبي، يتم تشجيع الطلاب على العمل معًا في فرق لحل المشكلات، وتنظيم مناقشات حول الأفكار والحلول المقترحة، وتشجيع الطلاب على المشاركة في المنتديات والمجموعات عبر الإنترنت لمناقشة موضوعات البرمجة.
صعوبات تدريس التفكير الحاسوبي وحلها
اقترح دينينج خطوتين لمساعدة المعلمين والطلاب لتخطي عقبات تدريس التفكير الحاسوبي، في خطوتين، تتمثل الخطوة الأولى في إدراك المعلم وفهمه الصحيح للتفكير الحاسوبي، مما يعزز وينشط من أساليب تدريس التفكير الحاسوبي بشكل فعال.
والخطوة الثانية هي التعرف على طرق تقييم التفكير الحاسوبي، فإن تمكن المعلم من معرفة تلك الطرق أصبح قادرًا على تصميم أنشطة التعلم، التي تساعد على تعليم التفكير الحاسوبي.
وفي عام 2012، وضع Brennan & Resnick إطار مقترح لتدريس التفكير الحاسوبي ضمن برمجة سكراتش، ويتضمن ثلاثة أبعاد رئيسية، أولها المفاهيم الحسابية وهي المفاهيم التي يستخدمها الطلاب خلال البرمجة مثل التسلسلات والحلقات والتوازي والعوامل والبيانات والشرطية.
وثاني بعد هو الممارسات الحسابية، وهي ممارسات حل المشكلات التي تحدث خلال عملية البرمجة مثل التجريب والاختيار والتصحيح والتكرار وإعادة الاستخدام والدمج، التجريد والنمذجة.
وثالث بعد هو الاتجاهات ووجهات النظر، ويقصد به فهم الطلاب لأنفسهم وإدراكهم لعلاقتهم بالآخرين والعالم الرقمي من حولهم، والتعبير والتواصل والاستجواب.
دور المعلم في تعليم التفكير الحاسوبي
في العقد الأخير، اهتمت العديد من الدول بإدخال مناهج التفكير الحاسوبي كبرنامج أساسي للطلاب والمعلمين نتيجة للعصر الرقمي الذي نعيشه حاليا، ويرجع ازدياد شهرة التفكير الحاسوبي في المناهج الدراسية إلى أن مالكي مهارات التفكير الحاسوبي هم من يستطيعون حل المشكلات، حيث أنه هو الطريقة المنظمة والمصممة لتحديد المشكلات والتي تتضمن أربع أجزاء منها:
- التقسيم decomposition: وهي عملية تقسيم مشكلة إلى أجزاء أصغر يسهل التحكم فيها.
- التعرف على الأنماط pattern recognition: البحث عن أوجه التشابه بين المشاكل وداخلها.
- التجريد abstraction: التركيز على المعلومات المهمة فقط، وتجاهل التفاصيل التي ليس لها أهمية.
- الخوارزميات algorithms: تطوير حل المشكلة خطوة بخطوة من خلال اتباع بعض القواعد لحل المشكلة.
فمثلا يمكن استخدام خطوات التفكير الحاسوبي تلك في فصول اللغة الإنجليزية، لتعزيز قواعد الإملاء من خلال التعرف على الأنماط وإنشاء أنماط مختلفة من الكتابة باستخدام الخوارزميات وتعزيز مهارات البحث من خلال التجريد.
وتعتبر عملية التجريد في التفكير الحاسوبي هي عملية فريدة من نوعها مقارنة باستراتيجيات التفكير الشائعة الأخرى مثل قبعات التفكير الست، فعندما يمتلك الطالب القدرة على تحديد ما يجب التركيز عليه في المشكلة لبناء الحل فهم يضطرون إلر التفكير بطريقة مختلفة في العنلصر المهمة والتركيز على الأدوات والمواد المتاحة لابتكار حلول جديدة.
ويتجلى دور المعلم في تعليم التفكير الحاسوبي، ويتوقف نجاح دوره في التزام المعلمين بالمبادئ التشاركية لبناء المعرفة، وإنشاء علاقات في المجموعات تستند إلى العلاقات بين الأقران والزملاء.
ومن الضروري أن يلتزم المعلم بتحفيز الطللي وإثارة حماسهم، وتعزيز شعور الطلاب بالراحة في التعبير عن أنفسهم بحرية، ورصد أعضاء المجموعات والتنقل بينهم ومناقشة التقدم الذي وصلتله كل مجموعة.
بالإضافة إلى ضرورة تزويد الطلاب بالتغذية الراجعة على الأدوار التي هم مسؤولون عن تأديتها في مشاريعهم، ويمكن إعطاء التغذية المرتدة والدعم في مناقشات عبر الإنترنت.
تطبيقات التفكير الحاسوبي
تتوسع المجالات والتخصصات التي يتم تطبيق التفكير الحاسوبي لحل مشكلاتها، فهو يعزز من القدرات التحليلية ويوفر إطار منهجي لمواجهة التحديات المختلفة، ومن تلك التطبيقات:
- علوم الحاسوب والبرمجة، يعد التطبيق المباشر الأكثر وضوحًا للتفكير الحاسوبي هو في علوم الحاسوب والبرمجة، فيتعلم الطلاب كيفية تجزئة مشاكل البرمجة المعقدة إلى مهام صغيرة يسهل إدارتها، ثم تحديد الأنماط في هياكل البرمجة وتجريد الخوارزميات الأساسية، وتصميم حلاً خطوة بخطوة.
- الرياضيات، للتفكير الحاسوبي دورا مهما في تعزيز مهارات حل المشكلات في حقل الرياضيات، فهو يساعد على حل المعادلات والبراهين الهندسية والتفاضل والتكامل، فبالتفكير الحاسوبي، يقسم الطلاب التحديات الرياضية إلى خطوات بسيطة والتعرف على الأنماط وتجريد المفاهيم، ثم تصميم الخارزميات للوصول إلى حلول منهجية.
- العلوم وتصميم التجارب، لا يمكن الاستغناء عن التفكير الحاسوبي في ميدان العلوم، لتصميم التجارب وتحليل البيانات، فبه يجزأ الطلاب الاستفسارات العلمية، والتعرف على الأنماط في مجموعات البيانات، وتجريد المتغيرات الرئيسية، وتصميم الخوارزميات لإجراء التجارب، لتكون منظمة للوصول إلى نتائج ذات مغزى.
- الأعمال والاقتصاد، يتجلى دور التفكير الحاسوبي في تحليل البيانات واتخاذ القرارات في عالم الأعمال والاقتصاد، فيتم تجزئة مشاكل الأعمال المعقدة إلى أجزاء أصغر قابلة للإدارة، والتعرف على الأنماط في اتجاهات السوق، وتجريد العوامل الرئيسية لاتخاذ القرارات، وتصميم الخوارزميات لتحسين العمليات، مما يساعد في اتخاذ القرارات السليمة.
- فنون اللغة، يسهم التفكير الحاسوبي في مجال فنون اللغة في التحليل النقدي وتفسير الأعمال الأدبية، فيتم تجزئة نص معقد إلى عناصر، والتعرف على الأنماط في الموضوعات وتجريد الأفكار الرئيسية، وتصميم الخوارزميات لتحليل النص.
- الدراسات الاجتماعية، يساعد التفكير الحاسوبي في تحليل الأحداث والاتجاهات التاريخية، من خلال تجزئة الأحداث التاريخية والتعرف على الأنماط في التغييرات الاجتماعية، وتجريد العناصر الأساسية للعصور المختلفة، وتصميم الخوارزميات لفهم العلاقات السببية والنتيجة للحصول على فهم دقيق للسياقات التاريخية.
ويمكن تنمية مهارات التفكير الحاسوبي من خلال العديد من الأنشطة الرقمية وغير الرقمية ، فمثلا يمكن استخدام:
- تطبيقات الهواتف المحمولة، يستمتع الطلاب بقضاء معظم وقتهم على الهواتف الذكية، لذلك يمكن استغلال ذلك في تنمية مهاراتهم في التفكير الحاسوبي، من خلال الألعاب التي تعتمد على الذاكرة أو المنطق، أو التي تشجعهم على تحريك وسحب المكعبات التي تصمم بأكواد برمجية وتجميعها.
- ألعاب تعتمد على التفكير، تلعب الألغاز والأنشطة التي تحفز تفكير الطلاب بطرق مختلفة في تنمية مهارات التفكير الحاسوبي، مثلا لعبة إيجاد الاختلافات بين الصور، وحل الكلمات المتقاطعة.
- استخدام القصص، سرد القصص من الأنشطة الفعالة لتطوير مهارات التفكير الحاسوبي، فيستخدمها المعلمون للتدريس فيعتمدوا على تقسيم القصة إلى أجزاء، من شخصيات وأفعال وخاتمة.
- موقع Code.org، وهو موقع مصمم لتعليم الطلاب مهارات البرمجة وتنمية مهارة التفكير الحاسوبي من خلال الألعاب البرمجية، مع تقديم الشهادات والحوافز للطلاب والمشتركين بعد الانتهاء من برمجة لعبة معينة.
- ألعاب الألغاز الفيزيائية، يمكن لألعاب الألغاز الفيزيائية أن تعزز من مهارات حل المشكلات من التفكير الحاسوبي، مثل ألعاب الألغاز الكروية أو ألعاب الألغاز المكعبة.
تحديات تعليم التفكير الحاسوبي
كأي مجال من المجالات، يواجه التفكير الحاسوبي بعض التحديات في عملية التعليم، فمثلا مقررات الحاسب الآلى الحالية تركز بشكل كبير على تعليم الطلاب كيفية تشغيل التقنيات والتعامل معها، بينما تبتعد كل البعد عن تعلم تطوير وابتكار تقنيات جديدة، فيكون الطلاب بذلك متلقين للتنقية وغير مطورين لها.
كما يمكن أن تشكل الاختلافات في البنية التحتية تحدي للتعلم التفكير الحاسوبي، فلا تتوفر نفس الفرص التعليمية في جميع المناطق، مما قد يؤدي إلى خلق فجوة رقمية، فضلا عن تكلفة التقنيات والأدوات والتكنولوجيا المستخدمة في التفكير الحاسوبي.
فضلا عن التحديات التي تواجه المعلمين في تعليم التفكير الحاسوبي للطلاب، فيمكن أن يعاني بعض المعلمين من ضعف فهم التفكير الحاسوبي ونقص المهارات التي يتطلبها تطبيق التفكير الحاسوبي، بالإضافة إلى إمكانية أن يكون الطلاب غير قابلين لتعلم التفكير الحاسوبي.
ويمكن التغلب على تلك التحديات، بضمان مستوى عالي من معرفة المعلمين وتدريبهم على التفكير الحاسوبي أولا، ليكونوا مستعدين لتدريسه للطلاب وتشجيعهم على تبنيه والعمل به في المجالات المختلفة.
مستقبل تعليم التفكير الحاسوبي
مع دخولنا العصر الرقمي واعتماد مجالات حياتنا كلها على الرقمنة والبرمجة والتكنولوجيا، فمن المتوقع أن يكون للتفكير الحاسوبي مستقبل واعد.
دمج التفكير الحاسوبي في جميع المراحل التعليمية
من الممكن أن تتضمن جميع المراحل التعليمية مناهج للتفكير الحاسوبي بدءا من من المرحلة الابتدائية وصولًا إلى التعليم العالي، ولن تكون مقتصرة على مادة الحاسوب فقط، بل يمكن دمجه في مختلف المواد الدراسية، مثل الرياضيات والعلوم واللغة.
تطوير أدوات وبرمجيات تعليمية مبتكرة
يمكن ابتكار ألعاب تعليمية تفاعلية مصممة خصيصًا لتعليم مفاهيم التفكير الحاسوبي بطريقة ممتعة، بالإضافة إلى المنصات التعليمية المتخصصة التي تقدم دروسًا ومسابقات في مجال التفكير الحاسوبي، واستخدام تقنيات الواقع الافتراضي والواقع المعزز لخلق تجارب ممتعة لمستعدة الطلاب على فهم المفاهيم المعقدة.
التركيز على المهارات الناعمة
كمستقبل للتفكير الحاسوبي، يمكن التركيز على تطوير مهارات التفكير النقدي والإبداع لدى الطلاب، بالإضافة إلى المهارات التقنية، وتشجيع الطلاب على العمل معًا لحل المشكلات، مما يعزز مهاراتهم في التعاون والعمل الجماعي، وتدريبهم على تحليل المشكلات المعقدة وابتكار الحلول لها.
الذكاء الاصطناعي
مع دخول الذكاء الاصطناعي في جميع مهام حياتنا لتسهيلها، فيمكن استخدام أدوات الذكاء الاصطناعي لتقديم مساعدة شخصية للطلاب في تعلمهم، وتخصيص محتوى بالذكاء الاصطناعي ليناسب احتياجات وقدرات الطلاب، وباستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي، يمكن تقييم أداء الطلاب وتقديم تغذية راجعة مستمرة.
سوق العمل المستقبلي
سيكون التفكير الحاسوبي ومهاراته من المتطلبات الأساسية للوظائف في سوق العمل المستقبلي، فيساهم التفكير الحاسوبي في ظهور جيل جديد من المبتكرين ورواد الأعمال.
وختاما، أدركنا مدى أهمية التفكير الحاسوبي في حياتنا العملية، والذي يساعدنا على حل المشكلات المختلفة بطرق بسيطة تتطلب إتقانها فقط.
فإن كان لك سابق معرفة بمصطلح التفكير الحاسوبي أو أنك أول مرة تعرف عنه، فلابد أن تهتم بهذا المجال لما له من أهمية في السوق الرقمي.
فإتقانك لمهارات التفكير الحاسوبي وتطبيقه بطريقة صحيحة تجعل منك شخص قادر على حل المشكلات في جميع المجالات التي يمكن أن تحتاجها في مجال عملك أو حتى دراستك إن كنت طالب.
