ได้อ่านบทความของ Ann Gadzikowski คุณครูสอนเด็กปฐมวัย ผู้เขียนหนังสือ Creating a Beautiful Mess: Ten Essential Play Experiences for a Joyous Childhood และหนังสือเล่มนี้ยังได้รับรางวัลเหรียญทองจาก National Parenting Publications Awards เมื่อปี 2015 อีกด้วย ได้เล่าเกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวน (computational thinking) รวมถึงแนวทางการสอนเด็กให้มีแนวคิดนี้ด้วย
โดยทั่วไปเรามักเห็นทัศนะคติเกี่ยวกับเทคโนโลยีต่อเด็กเล็กได้ 2 แแบบหลักๆ คือ
- เชื่อว่าเราต้องปกป้องเด็กเล็กจากเทคโนโลยีเพราะจะทำให้เด็กเสพติดหน้าจอหรือเด็กเจอสิ่งที่ไม่ดีในอินเทอร์เน็ต
- เชื่อว่าเด็กจะได้รับประโยชน์จากการใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุด ได้รับการเรียนรู้และเติบโตอย่างชาญฉลาดมากกว่าคนรุ่นก่อนหน้า
แต่ในมุมของผู้เขียนเองบอกว่าจริงๆ แล้วเราต้องสร้างสมดุลให้แนวคิดทั้ง 2 แบบนี้ ทั้งแนวคิดเรื่องการป้องกันเด็กติดจอ และแนวคิดในการเสริมสร้างความรู้เกี่ยวกับวิทยาการคอมพิวเตอร์ (computer science) สมัยใหม่ และเชื่อว่าเราสามารถทำทั้ง 2 อย่างนี้ไปพร้อมๆ กันได้ โดยการเฝ้าระวังสอนให้เด็กรู้จักรู้เท่าทันเทคโนโลยีและสอนเด็กเกี่ยวกับวิทยาการคอมพิวเตอร์ไปพร้อมๆ กัน
Computational Thinking คืออะไร?
Computational Thinking หรือเรียกแบบไทยๆ ว่า การคิดเชิงคำนวน ไม่ใช่การโฟกัสโดยเริ่มจากการสอนภาษาสำหรับเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ หรือ hardware เลยแต่ต้น แต่เป็นการโฟกัสไปที่การเตรียมและเสริมสร้างวิธีคิดเกี่ยวกับความคิดสร้างสรรค์, complexity และตรรกะ (logic) ให้เด็ก
หัวใจของการสร้างสภาพแวดล้อมแห่งการเรียนรู้เกี่ยวกับวิทยาการคอมพิวเตอร์นั้นคือการสอนเด็กเรื่องการคิดเชิงคำนวน (computational thinking) มาตั้งแต่เด็ก พูดมาถึงตรงนี้ สรุปแล้วการคิดเชิงคำนวนคืออะไรกันแน่?
จริงๆ แล้ว K-12 Computer Science Framework ได้อธิบายเกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวนไว้ว่ามันคือการคิดเกี่ยวกับกระบวนการ (process) ในการแก้ไขปัญหา การนิยามปัญหาที่เราสามารถแปลงมันให้ออกมาเป็นอัลกอริทึม (algorithm) ที่สามารถนำมารันในคอมพิวเตอร์ได้ เราไม่จำเป็นต้องมีคอมพิวเตอร์เพื่อฝึกฝนเกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวน แต่เราจำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับการคิดเชิงคำนวนหากเราต้องการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์
โดยทั่วไปการคิดเชิงคำนวนนั้นเป็นการทำความเข้าใจเกี่ยวกับ 4 หัวข้อหลักต่อไปนี้
- การทำความเข้าใจรูปแบบ (pattern recognition)
- การสร้างและการใช้งานขั้นตอนวิธี (creating and using algorithm)
- การแยกส่วน (decomposition)
- การทำความเข้าใจนามธรรม (understanding abstractions)
อ่านดูแล้วอาจคิดว่ามันน่าจะเป็นเรื่องอะไรที่ซับซ้อน ดูเข้าใจยาก ทั้งที่จริงๆ แล้วเราสามารถสั่งสมประสบการณ์ในหัวข้อต่างๆ เหล่านี้ได้ตั้งแต่เด็กอายุยังไม่ถึง 1 ขวบเลยด้วยซ้ำ รู้อย่างนี้แล้วเรามาลองไล่ดูกันว่าแต่ละเรื่องนั้นจริงๆ มันเป็นอย่างไร
การทำความเข้าใจรูปแบบ
การทำความเข้าใจรูปแบบคือกระบวนการในการ identify, นิยาม (defining), extending, และการสร้างรูปแบบ ซึ่งการทำความเข้าใจรูปแบบดังกล่าวต้องการทักษะเกี่ยวกับการจำแนกและจัดกลุ่มข้อมูล ยกตัวอย่างเช่น เด็กเล็กเรียนรู้การทำความเข้าใจรูปแบบจากการเล่นเรียงกล่อง เมื่อเด็กเห็นกล่องหลายๆ ใบตรงหน้า ในหัวของเด็กจะวิเคราะห์รูปแบบของกล่องและจัดกลุ่มตาม attribute ต่างๆ ของกล่องที่มองเห็นเอง เช่น จัดกลุ่มจากสี ขนาด หรือจัดกลุ่มจากรูปร่างของกล่อง สามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม เป็นต้น
การสร้างและการใช้งานขั้นตอนวิธี
ขั้นตอนวิธี หรือ algorithm คือกลุ่มของขั้นตอนที่ใช้สำหรับแก้ปัญหา ฟังดูเหมือนยาก แต่จริงๆ แล้วมันอยู่ในชีวิตประจำวันทั่วไปของเรานี่แหละ ไม่ว่าจะเป็นการเย็บกระดุมบนเสื้อ การทำตามคู่มือ หรือการอบขนม กิจกรรมเหล่านี้ล้วนแล้วแต่เป็นการสร้างและใช้ algorithm ทั้งนั้นในรูปของขั้นตอน step by step
การแยกส่วน
คือขั้นตอนการวิเคราะห์และแยกบางสิ่งออกมาให้อยู่ในรูปแบบที่เล็กลงและเข้าใจได้ง่ายขึ้น ยกตัวอย่างเช่น เราสามารถแยกส่วนของตัวเลข 456 ออกมาเป็น 400 + 50 + 6 ได้ ในทางการแก้ปัญหาแบบเป็นขั้นตอนนั้น เรามักต้องพบกับกระบวนการที่มีขั้นตอนหลายขั้นตอนและซับซ้อน ซึ่งจังหวะที่เราต้องมาคิดว่าเราจะแยกออกมาเป็นขั้นตอนเล็กๆ แยกมันออกมาเป็นส่วนๆ แล้วค่อยๆ แก้ปัญหาไปทีละส่วนนั่นแหละ คือการแยกส่วน (decomposition) ที่กำลังกล่าวถึงอยู่
การทำความเข้าใจนามธรรม
นามธรรมเป็นสิ่งที่อยู่ในความคิดของเรา เราพูดถึงมันได้ แต่จับต้องและมองเห็นไม่ได้ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับสิ่งที่อยู่ในความคิดของเรา จำเป็นต้องใช้วิธีบางอย่างเพื่อสื่อสารมันออกมา วิธีที่ง่ายและนิยมมากที่สุดวิธีหนึ่งคือการพยายามเขียนอธิบาย (เช่นสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์) หรือวาดมันออกมาเป็นภาพ
การสอนการคิดเชิงคำนวนเด็กปฐมวัย
จาก 4 หัวข้อที่กล่าวมา หัวข้อเรื่องการทำความเข้าใจนามธรรมนั้นถือเป็นทักษะขั้นสูงพอสมควรสำหรับเด็กที่จะสามารถเข้าใจได้ ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะนำมาสอนให้กับเด็กเล็กตั้งแต่แรก
Jean Piaget นักจิตวิทยาชาวสวิสได้เสนอทฤษฏีหนึ่งว่า เด็กเรียนรู้ผ่านประสาทสัมผัส ผ่านการเคลื่อนไหว และผ่านการจัดการสิ่งของที่จับต้องได้ แทบทุกการเรียนรู้จะส่งผ่านจากสิ่งที่จับต้องได้เข้าไปภายในใจ (from physical to mental) แปรเปลี่ยนจากของจริงตรงหน้าไปเป็นจินตนาการ ย้ายจากสิ่งที่จับต้องได้ชัดเจนไปเป็นนามธรรม ยกตัวอย่างเช่นเราเรียนรู้การนับเลข 1 ถึง 10 โดยการนับจากนิ้วมือทั้ง 2 ข้าง หลังจากนั้นเราสามารถจินตนาการถึงแนวคิดเรื่องเลข 1 ถึง 10 ในมิติอื่นๆ ได้ เช่น เป็นตัวเลข หรือแนวคิดเชิงตัวเลข เกี่ยวกับทศวรรตที่นับทีละ 10 ปี เป็นต้น
จากที่กล่าวมาทั้งหมดแต่ต้น ผู้เขียนจึงบอกว่าการเล่นแบบบล็อก (block) มีส่วนสำคัญในการพัฒนาทักษะด้านต่างๆ ดังกล่าวสำหรับเด็กเล็กซึ่งอธิบายไว้ดังนี้
เด็กเล่นโดยใช้บล็อกประกอบกันสร้างเป็นหอคอย เป็นถนน เป็นบ้าน เป็นสะพาน พวกเขาได้รับประสบการณ์การเรียนรู้ และวิคราะห์รูปแบบต่างๆ ของบล็อกโดยการวิเคราะห์รูปร่าง สี ของบล็อกที่นำมาประกอบกันเป็นสิ่งต่างๆ (pattern recognition) และเมื่อเด็กเล็กต้องการใช้บล็อกสร้างบางอย่างให้เหมือนกับต้นแบบที่เจอ พวกเขาก็จะเริ่มสร้างขั้นตอนวิธี (creating and using algorithm) ขึ้นมาในหัวแล้ว ว่าจะต้องสร้างโดยมีขั้นตอนอย่างไรถึงจะทำได้เหมือนกับต้นแบบที่อยากได้ และเมื่อใดก็ตามที่บล็อกกระจัดกระจายอยู่บนพื้น แล้วเด็กต้องเก็บบล็อกเหล่านั้นเข้าที่เดิมของมัน เด็กก็จะเริ่มคิดแล้วว่าจะต้องเก็บบล็อกที่กระจัดกระจายปะเปะสะปะเหล่านั้นยังไงถึงจะเป็นระเบียบ โดยเริ่มจากเก็บตรงไหนก่อนหลังเข้าไปในกองที่ควรอยู่ เข้าไปในชั้นวางของที่ควรวาง ตรงนี้คือเด็กจะได้เรียนรู้เรื่องการแยกส่วนปัญหาใหญ่ให้กลายเป็นปัญหาย่อยที่เล็กลง (decomposition) แล้วไล่จัดการให้เสร็จไปทีละส่วน
แต่ทว่าการเล่นประกอบบล็อกนั้นก็ยังจัดว่าเป็นสิ่งของที่จับต้องได้อยู่ดี เด็กยังจับได้ ยกได้ ถือ ชั่งน้ำหนัก เด็กสามารถสัมผัสประสบการณ์เหล่านี้ได้ผ่านการเคลื่อนไหวของร่างกายกับสิ่งของจริงๆ ในโลกจริง ซึ่งนั่นยังไม่ใช่การทำความเข้าใจในนามธรรม (abstraction) แต่อย่างไรก็ตามการเล่นประกอบบล็อกก็นับว่าเป็นการปูพื้นฐานของการคิดเชิงคำนวนแล้ว
เข้าสู่โลกแห่งนามธรรมจากการฝึกใช้เหตุผลเชิงพื้นที่ (Spatial Reasoning)
การที่เราให้เด็กเล่นบล็อกไม้หรือเลโก้ส่งเสริมให้เด็กสามารถเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้ในอนาคตในแบบที่เรายากจะจินตนาการเลยล่ะ แล้วอะไรที่เราสามารถสอนลูกได้เลยตั้งแต่ตอนที่เขายังเป็นเด็กตัวเล็กๆ ที่จะช่วยสร้างพื้นฐานของทักษะและความรู้ที่จะช่วยให้เขาโตมาเป็นนักแก้ปัญหาตัวยง?
การคิดเชิงคำนวนคือคำตอบ
แล้วเราจะช่วยให้เด็กแก้ปัญหาที่เกิดจากสิ่งที่จับต้องได้มาเป็นการแก้ปัญหาเชิงนามธรรมได้อย่างไร? คำตอบของคำถามนี้ก็คือการหาหุ่นยนต์พลาสติกเล็กๆ ให้ลูกเล่น
5 ปีที่แล้วตอนที่ผู้เขียนกำลังเริ่มพัฒนาคอร์สเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมสำหรับหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัย Northwestern University’s Center for Talent Develooment อยู่นั้น สมัยนั้นการสอนเกี่ยวกับหุ่นยนต์ยังหาได้ยากในโรงเรียนสำหรับเด็กตัวเล็กๆ ตอนนั้นยังมีไม่กี่บริษัทที่เริ่มทำหุ่นยนต์ที่เอาไว้สอนเด็ก เช่น KIBO จาก Kinderlab Robotics, Bee-Bot จาก Terrapin Software และ Cubetto จาก Primo Toys แต่พอมาเดี๋ยวนี้มีหลากหลายยี่ห้อมากๆ ในตลาด แต่ละยี่ห้อก็มีจุดเด่นแตกต่างกันไป แต่ไม่ว่าจะยี่ห้อไหนที่ทำออกมา สิ่งที่ไม่ต่างกันเลยก็คือหุ่นยนต์ทุกยี่ห้อนั้นถูกออกแบบให้เคลื่อนที่ได้
Cubetto
เด็กจะเรียนเขียนโค้ดจากการเขียนโปรแกรมควบคุมหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปจุดหนึ่ง ยกตัวอย่างเช่น KIBO เด็กจะได้คิด algorithm โดยการวางบล็อกเรียงๆ กันเป็นลำดับคำสั่งที่ต้องการ แต่ละบล็อกก็จะแทนคำสั่งให้เคลื่อนที่ไปยังทิศทางต่างๆ เช่น ไปข้างหน้า เลี้ยวขวา เป็นต้น เช่นเดียวกับหุ่นยนต์ของ Bee-Bot และ Cubetto ที่ให้เด็กโค้ดดิ้งเพื่อสั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์เลย และไม่ว่าจะเป็นหุ่นยนต์จากยี่ห้อไหนที่กล่าวมา ล้วนแล้วแต่เป็นการที่เด็กต้องเขียนโปรแกรมควบคุมหุ่นยนต์ให้เดินไปตามเส้นทางที่ต้องการ และนี่เองเป็นการฝึกฝนการใช้เหตุผลเชิงพื้นที่ได้เป็นอย่างดี
ผู้เขียนเชื่อว่าการให้เด็กได้เล่นเกี่ยวกับการใช้เหตุผลเชิงพื้นที่ เช่น การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการออกแบบและสั่งงานการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ การเล่นกับบล็อกดังที่กล่าวมา นับเป็นการหว่านเมล็ดพันธุ์แห่งความคิดเชิงคำนวนไว้ตั้งแต่เนิ่นๆ ซึ่งทักษะเหล่านี้จะเป็นทักษะความคิดที่เป็นเส้นทางให้เด็กเปลี่ยนผ่านความคิดเกี่ยวกับสิ่งที่จับต้องได้ไปยังความคิดแบบนามธรรมได้ในที่สุด
การใช้, การสร้าง และการคิดเกี่ยวกับแผนที่
สิ่งสำคัญของการใช้เหตุผลเชิงพื้นที่ในเรื่องของการคิดเชิงคำนวนนั้นถูกแสดงออกมาให้เราเห็นได้ด้วยการเล่นเและการเรียนรู้เกี่ยวกับแผนที่
เด็กได้สร้างแผนที่ 3 มิติจากการเริ่มสร้างเมืองเล็กๆ ขึ้นมาจากบล็อกที่มีรูปร่างและสีสันต่างๆ และเมื่อเด็กเขียนโปรแกรมให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ผ่านจุดต่างๆ ในแผนที่ที่มีลักษณะเป็นช่องตาราง เป็นการส่งเสริมให้สร้าง คิดแก้ปัญหา และจินตนาการถึงแผนที่กับผลลัพธ์ที่ได้
ในฐานะที่ผู้เขียนเป็นครูสอนเด็กปฐมวัย ผู้เขียนชื่นชอบการเล่น และสอนโดยใช้ บล็อก หุ่นยนต์ และแผนที่ ผู้เขียนยิ่งตื่นเต้นเข้าไปใหญ่ที่พบว่าการใช้เหตุผลเชิงพื้นที่เป็นการเปิดประตูบานแรกไปสู่การคิดเชิงคำนวน
นอกจากการสร้างเสริมประสบการณ์ผ่านของเล่นอย่างบล็อก แผนที่ และหุ่นยนต์แล้ว เรายังสร้างการเรียนรู้เสริมผ่านหนังสือภาพสำหรับเด็กก็ได้อีกทางหนึ่ง เช่นหนังสือภาพเรื่อง Mapping Sam เขียนโดย Joyce Hesselberth เป็นหนังสือเรื่องราวของแมวเหนียวชื่อ แซม ออกเดินทางผจญภัยไปนอกบ้านกลางดึก การผจญภัยนี้ถูกนำเสนอผ่านแผนที่ีสันสวยงามหลากสไตล์
สรุป
- การสร้างความคิดเชิงคำนวนสามารถเริ่มได้จากการเล่นบล็อก
- การเล่นกับแผนที่และควบคุมหุ่นยนต์ ช่วยฝึกความคิดเชิงนามธรรม
