חשיבה חישובית

חשיבה חישובית (באנגלית: Computational thinking) היא שם כולל לתהליכי החשיבה שמעורבים בניסוח בעיה וניסוח פתרונות עבור הבעיה, באופן שמחשב יוכל לבצע את הפתרונות באופן אפקטיבי^[1]. חשיבה חישובית היא תהליך של פתרון בעיות הכולל את המאפיינים הבאים (אבל לא מוגבל להם)^[2]:

ניסוח בעיות באופן שניתן להיעזר במחשב ובכלים אחרים כדי לפתור אותם
ארגון וניתוח של המידע באופן לוגי
ייצוג המידע באמצעות הפשטות כגון מודלים והדמיות
אוטומציה של הפתרונות באמצעות חשיבה אלגוריתמית (סדרה של צעדים)
זיהוי, ניתוח ויישום פתרונות אפשריים במטרה להשיג את השילוב היעיל והאפקטיבי ביותר של פעולות ומשאבים
הכללת ויישום תהליך הפתרון למגוון רחב של בעיות.

היסטוריה

סימור פאפרט, בספרו משנת 1980^[3] ומאוחר יותר במאמר משנת 1996^[4], היה הראשון שהשתמש במושג חשיבה חישובית. הוא כינה בשם חשיבה חישובית את צורת החשיבה שיכולה להתפתח, לדעתו, אצל ילדים שלומדים לשחק בתוכנות כמו לוגו בגיל מאוד צעיר (תוכנה שפאפרט היה שותף ביצירתה). סימור פאפרט האמין, שהמחשב מאפשר לילדים להפנים מגוון של מודלים שבגיל מבוגר יותר יאפשרו להם להבין מושגים מתמטיים מורכבים. המושג חשיבה חישובית זכה לתשומת לב מרכזית של קהילת מדעי המחשב, כאשר ג'ינט ווינג פרסמה מאמר בשם חשיבה חישובית בשנת 2006^[5]. במאמרה, ג'ינט ווינג הציגה את דעתה, שחשיבה חישובית היא מיומנות בסיסית הדרושה לכל אדם ולא רק למדעני מחשב. לדעתה, יש חשיבות רבה לשילוב חשיבה חישובית גם בדסציפלינות אחרות. בחזונה של ג'ינט ווינג חשיבה חישובית הופכת לחלק הכרחי בחינוכו של כל ילד. בעקבות סימור פאפרט וג'ינט ווינג, הנושא של לימוד תכנות לילדים תוך כדי תכנות משחקים, אנימציות ורובוטים, על מנת לפתח חשיבה חישובית, התפשט במהירות ברחבי העולם, הן באמצעות תוכנות כדוגמת Scratch, ערכות רובוטים כגון Lego Mindstorms, והן באמצעות ארגונים כדוגמת Bebras, Code.org ו-Csunpluged. הצורך הוכר על ידי מערכות החינוך במדינות רבות ולימודי תכנות שולבו בתוכניות לימודים.

הגדרות

בעקבות תשומת הלב הרבה שהנושא מקבל, המושג חשיבה חישובית זוכה להגדרות רבות, שלא תמיד תואמות זו לזו.

הגדרה מבוססת על שלושה ממדים: מונחים (concepts), פרקטיקות (practices) ונקודות מבט (perspectives).^[6]

הגדרה שהיא טקסונומיה של פרקטיקות : Data practices, Modeling and simulation practices, Computational problem solving practices and Systems thinking practices ^[7]

הגדרה מבוססת על אוסף ממדים, שאינה קשורה לתחום דעת מסוים : פיצול, הפשטה, אלגוריתמים, תיקון שגיאות, חזרה והכללה.^[8]

מאפייני החשיבה חישובית

חשיבה חישובית מתאפפינת במגוון רחב של כלים מנטליים כמו קירוב, אקראיות, רדוקצעה, שיכון, טרנספורמציה, סימולציה, חשיבה היוריסטית, חשיבה רקורסיבית, חשיבה מקבילית, איזון אינטרסים, נתוני עתק ועוד. בר ושות'^[9]מאפיינים את החשיבה החישובית כך :

ביטחון בפתרון בעיות המורכבות
התמדה בעבודה עם בעיות קשות
סובלנות כלפי אי-בהירות
היכולת להתמודד עם בעיות פתוחות
היכולת לתקשר ולעבוד עם אחרים כדי להשיג מטרה או פתרון משותף

תכנות וחשיבה חישובית

מיומנויות תכנות נחשבות קריטיות לפיתוח חשיבה חישובית, אך התחומים אינם זהים. מיומנויות תכנות כוללות בתוכן שניים מתוך שלושה ממדים של חשיבה חישובית: מושגים חישוביים (הכוללים כישורים ליצור, לשנות ולהעריך קוד) ופרקטיקות חישוביות (הכוללות ידע על מושגים ונוהלי תכנות). חשיבה חישובית דורשת גם פרספקטיבות חישובית (למשל הבנה של התלמידים את עצמם ואת האינטראקציה שלהם עם אחרים ועם טכנולוגיה)^[10].

מכאן כי תכנות עשוי להיחשב כדרך ללמד וללמוד חשיבה חישובית^[11], דרך להערכת חשיבה חישובית^[6], ודרך לחשוף תלמידים לחשיבה חישובית על ידי יצירת חפצים חישוביים, כגון קוד מקור או תוכנות מחשב^[12]. רכישת מיומנויות חשיבה חישוביות באמצעות תכנות זכתה לתשומת לב רבה בשנות העשרה של המאה ה-21 ותכנות מוכנס לתוכניות הלימודים בבתי הספר במספר מערכות חינוכיות - התפתחות זו מבוססת במידה רבה על הטענה שללימוד תכנות מחשב יש יתרונות קוגניטיביים מסוימים בתחומים והקשרים אחרים.

שרר ואחרים^[10], במטה אנליזה שערכו ב 2019 הראו כי הוראה של תכנות מחשב משפיעה באופן חיובי על מיומנויות קוגניטיביות בתחומים אחרים. השפעות אלו, בנוסף להישגים במיומנויות תכנות, המצביעים על יכולת האימון של חשיבה חישובית באמצעות תכנות, כוללות גם הישגים במיומנויות קוגניטיביות אחרות, המצביעות על יכולת ההעברה של מיומנויות תכנות. הם מצאו השפעות העברה חיובית מלימוד תכנות אל סיטואציות הדורשות חשיבה יצירתית (ובמיוחד ממד המקוריות), במידה פחותה מעט מיומנויות מתמטיות, מיומנויות מטה-קוגניטיביות, מיומנויות הסקת מסקנות, מיומנויות מרחביות, ובמידה נמוכה גם אל הישגים בבית הספר. ההשפעה על החשיבה היצירתית נמצאה גבוהה כל כך עד שנראה כי לימוד תכנות מחשב יכול להיות יעיל כמו גישות חלופיות להגברת היצירתיות.

החוקרים מאמינים שמיומנויות תכנות, כמרכיבים מרכזיים בחשיבה חישובית, מהוות מערכי כישורים הדרושים גם בתחומים אחרים וזה למעשה ההסבר שלהם לממצאים.

חשיבה חישובית בחינוך

בשנת 2017 התקיים כנס בינלאומי הראשון לחינוך לחשיבה חישובית (International Conference on Computational Thinking Education 2017) או CTE2017^[13]. מטרת הכנס - שיתוף רעיונות ברמה בינלאומית במגוון נושאים הקשורים ל-Computational Thinking. שותפי הכנס - שלושה מוסדות להשכלה גבוה. הכנס מציג מחקרים בתחום קידום הפיתוח חשיבה חישובית לצורך פיתוח יצירתיות דיגיטלית.

טכנולוגיות חדשות הכוללות בינה מלאכותית, רובוטיקה ושימוש מוגבר באינטרנט חוללו שינויים בתחום החינוך. נוצרה תפיסה חדשה של מיומנויות למידה בתחום החינוך בכדי לחנך תלמידים להסתגל לשינויים אלו. שינוי התפיסה מדגיש את הצורך להעניק לתלמידים השכלה שיכולה לתת לתלמידים את היכולת לעבוד עם הטכנולוגיות החדשות. החינוך החל לספק משאבים מתאימים ולפתח שיטות חינוכיות מתאימות לחשיבה חישובית במדינות רבות בעולם.^[14]

אחד הנושאים החשובים בהטמעה של לימוד חשיבה חישובית, הוא הכשרת עובדי הוראה בהתאם. מאמר Technology Strategy Mapping in My First Skool Childcare Centres, Singapore^[15] סוקר ומשתף גישה מודרנית בהוראה ולמידה באמצעות הטכנולוגיה, שפועלת במרכזים לגיל הרך (מלידה ועד גיל 6) בסינגפור. כותבי המאמר מציעים רעיונות לצורות שונות בהכשרת צוותי הוראה, תוך דיווח על תוכניות, שפועלות במרכזים אלו ומראים לקוראים כיצד ניתן להפוך "זמן מסך" פסיבי לכלי שינצל את יתרונותיו הטכנולוגיים לטובת למידה מוצלחת חווייתית בקרב ילדים צעירים.

עוד נושא חשוב בחשיבה חישובית הוא חינוך למידענות. חינוך למידענות מאפשר לתלמידים לפתח את ההבנה הבסיסית שלהם בתוכנה ולמידה של מושגים הקשורים בתקשורת, ידע, נתונים, אינטראקציה, מידע ולקשר אותם לתופעות כמו חישוב, שפה ויישום. ב-2018 דרום קוריאה הכריזה על יוזמת חינוך מידענות בכל בתי הספר.^[14]

חשיבה חישובית בחינוך בישראל

כחלק מעידוד חשיבה חישובית לתלמידי בתי הספר בישראל, בוצעו שני פיילוטים להצטרפות לארגון Bebras.org העולמי והטמעתו בישראל בשם Bebras Israel.

לפני מספר שנים נערך הפיילוט הראשון של הפרויקט על ידי פרו"פ ברוריה הברמן ומר חיים אברבוך^[16].

לקריאה נוספת

Barr, David; Harrison, John; Leslie, Conery (2011-03-01). "Computational Thinking: A Digital Age Skill for Everyone". Learning & Leading with Technology. 38 (6): 20–23. ISSN 0278-9175.
Grover, S., & Pea, R. (2013). Computational thinking in K–12: A review of the state of the field. Educational researcher, 42(1), 38-43.
Scherer, R., Siddiq, F., & Sánchez Viveros, B. (2019). The cognitive benefits of learning computer programming: A meta-analysis of transfer effects. Journal of Educational Psychology, 111(5), 764–792. https://doi.org/10.1037/edu0000314
Lee, & Lee, J. (2021). Enhancing computational thinking skills in informatics in secondary education: the case of South Korea. Educational Technology Research and Development, 69(5), 2869–2893. https://doi.org/10.1007/s11423-021-10035-2

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

^ Computational thinking, 10 years later, Microsoft Research, ‏2016-03-23 (באנגלית אמריקאית) מאמר משנת 2014 של ג'ינט ווינג
^ [1] מתוך ההגדרה האופרטיבית של חשיבה חישובית, באתר של האגודה האמריקאית של מורים למדעי המחשב
^ .Papert, Seymour. Mindstorms: Children, computers, and powerful ideas. Basic Books, Inc., 1980
^ An Exploration in the Space of Mathematics Educations, www.papert.org מאמר של סימור פאפרט: חקירה במרחב של החינוך המתמטי.
^ [2] מאמר משנת 2006 של ג'ינט ווינג
^ ¹ ² Karen Brennan , Mitchel Resnick, New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking
^ David Weintrop • Elham Beheshti • Michael Horn • Kai Orton • Kemi Jona• Laura Trouille • Uri Wilensky, Defining Computational Thinking for Mathematics and Science Classrooms
^ Valerie J.Shute ,Chen Sun , Jodi Asbell-Clarke, Demystifying computational thinking
^ 2011 , Barr, D., Harrison, J., & Conery, L, Computational thinking: A digital age skill for everyone., Learning & Leading with Technology, 38(6), 20-23(הקישור אינו פעיל)
^ ¹ ² Ronny Scherer, Fazilat Siddiq, Bárbara Sánchez Viveros, The cognitive benefits of learning computer programming: A meta-analysis of transfer effects., Journal of Educational Psychology 111, 2019-07, עמ' 764–792 doi: 10.1037/edu0000314
^ Francisco Buitrago Flórez, Rubby Casallas, Marcela Hernández, Alejandro Reyes, Changing a Generation’s Way of Thinking: Teaching Computational Thinking Through Programming, Review of Educational Research 87, 2017-08, עמ' 834–860 doi: 10.3102/0034654317710096
^ Sze Yee Lye, Joyce Hwee Ling Koh, Review on teaching and learning of computational thinking through programming: What is next for K-12?, Computers in Human Behavior 41, 2014-12-01, עמ' 51–61 doi: 10.1016/j.chb.2014.09.012
^ [https://www.eduhk.hk/cte2017/doc/CTE2017%20Proceedings.pdf חוברת הכנס CTE2017
^ ¹ ² Lee, & Lee, J. (2021), Enhancing computational thinking skills in informatics in secondary education: the case of South Korea, Educational Technology Research and Development, 69(5), 2869–2893. https://doi.org/10.1007/s11423-021-10035-2
^ THIAN, A. L., CHNG, B., & LONG, M. Y. (2017)., Technology Strategy Mapping in My First Skool Childcare Centres, Singapore, Siu-cheung KONG The Education University of Hong Kong, Hong Kong, 122.
^ [3] Work in Progress - Initiating the Beaver Contest on Computer Science and Computer Fluency in Israel

[1] Computational thinking, 10 years later, Microsoft Research, ‏2016-03-23 (באנגלית אמריקאית) מאמר משנת 2014 של ג'ינט ווינג

[2] [1] מתוך ההגדרה האופרטיבית של חשיבה חישובית, באתר של האגודה האמריקאית של מורים למדעי המחשב

[3] .Papert, Seymour. Mindstorms: Children, computers, and powerful ideas. Basic Books, Inc., 1980

[4] An Exploration in the Space of Mathematics Educations, www.papert.org מאמר של סימור פאפרט: חקירה במרחב של החינוך המתמטי.

[5] [2] מאמר משנת 2006 של ג'ינט ווינג

[:2-6] ¹ ² Karen Brennan , Mitchel Resnick, New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking

[7] David Weintrop • Elham Beheshti • Michael Horn • Kai Orton • Kemi Jona• Laura Trouille • Uri Wilensky, Defining Computational Thinking for Mathematics and Science Classrooms

[8] Valerie J.Shute ,Chen Sun , Jodi Asbell-Clarke, Demystifying computational thinking

[9] 2011 , Barr, D., Harrison, J., & Conery, L, Computational thinking: A digital age skill for everyone., Learning & Leading with Technology, 38(6), 20-23(הקישור אינו פעיל)

[:0-10] ¹ ² Ronny Scherer, Fazilat Siddiq, Bárbara Sánchez Viveros, The cognitive benefits of learning computer programming: A meta-analysis of transfer effects., Journal of Educational Psychology 111, 2019-07, עמ' 764–792 doi: 10.1037/edu0000314

[11] Francisco Buitrago Flórez, Rubby Casallas, Marcela Hernández, Alejandro Reyes, Changing a Generation’s Way of Thinking: Teaching Computational Thinking Through Programming, Review of Educational Research 87, 2017-08, עמ' 834–860 doi: 10.3102/0034654317710096

[12] Sze Yee Lye, Joyce Hwee Ling Koh, Review on teaching and learning of computational thinking through programming: What is next for K-12?, Computers in Human Behavior 41, 2014-12-01, עמ' 51–61 doi: 10.1016/j.chb.2014.09.012

[13] [https://www.eduhk.hk/cte2017/doc/CTE2017%20Proceedings.pdf חוברת הכנס CTE2017

[:1-14] ¹ ² Lee, & Lee, J. (2021), Enhancing computational thinking skills in informatics in secondary education: the case of South Korea, Educational Technology Research and Development, 69(5), 2869–2893. https://doi.org/10.1007/s11423-021-10035-2

[15] THIAN, A. L., CHNG, B., & LONG, M. Y. (2017)., Technology Strategy Mapping in My First Skool Childcare Centres, Singapore, Siu-cheung KONG The Education University of Hong Kong, Hong Kong, 122.

[16] [3] Work in Progress - Initiating the Beaver Contest on Computer Science and Computer Fluency in Israel

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]