วิทยาการคำนวณ ป.6 หน่วย 2 เรื่อง การออกแบบและเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวัน

ในชีวิตประจำวันมีปัญหาต่างๆ ให้ได้คิดเพื่อแก้ปัญหา การออกแบบโปรแกรมหรือใช้คอมพิวเตอร์เพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันบางอย่าง จะช่วยลดกระบวนการทำงานที่ซํ้าๆ ทำให้สามารถใช้ชีวิตได้สะดวกขึ้น ตัวอย่างเช่น โปรแกรมการคำนวณเวลาในการเดินทางไปโรงเรียน

คอมพิวเตอร์ (Computer) เป็นเครื่องจักรชนิดหนึ่ง ซึ่งไม่สามารถคิดเองได้เหมือนกับมนุษย์แต่คอมพิวเตอร์สามารถทำงานจากการป้อนข้อมูลเข้าหรือรับข้อมูลเข้าไปก่อน จากนั้นจึงนำข้อมูลที่ได้ไปประมวลผลแล้วจึงแสดงผลลัพธ์ที่ต้องการออกมา โดยกระบวนการทำงานของคอมพิวเตอร์มีขั้นตอนดังต่อไปนี้

การออกแบบโปรแกรม (Program)

เป็นการเขียนขั้นตอนหรือลำดับการทำงาน อัลกอริทึม (Algorithm) เพื่อให้คอมพิวเตอร์เข้าใจโดยการออกแบบโปรแกรมจะต้องเรียง ลำดับขั้นตอน(Order) อย่างละเอียดเป็นขั้นตอนไม่สลับกันโดยสามารถออกแบบโปรแกรมได้หลายแบบ เช่น การเขียนข้อความสตอรี่บอร์ด (Storyboard) ผังงาน (Flowchart)

ภาษาที่ใช้ในการเขียนโปรแกรม (Programming language)

เมื่อออกแบบโปรแกรมเสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการ เลือกภาษาทีี่ใช้ในการเขียนโปรแกรม โดยภาษาที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมมีหลากหลาย ดังนั้นควรเลือกภาษาที่ผู้เขียนถนัด เช่น โปรแกรม Scratch เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น หรือ ภาษา C  ภาษา HTML Java Phython

การกำหนดค่าตัวแปร (Variable) คือ การระบุค่าหรือการตั้งค่าข้อมูลเข้า เพื่อนำมาประมวลผลตามเงื่อนไขที่กำหนดมาในปัญหา เพื่อให้ได้ข้อมูลออกหรือผลลัพธ์ของปัญหาโดยการกำหนดชื่อและค่าของตัวแปร ชื่อของตัวแปร สามารถกำหนดเป็น ข้อมูลตัวอักษร ค่าของตัวแปร สามารถกำหนดเป็น ตัวอักษรหรือตัวเลขก็ได้

การกำหนดเงื่อนไข (If…else)         

เป็นการออกแบบและเขียนโปรแกรมโดยใช้เงื่อนไขที่ครอบคลุมทุกกรณีมาใช้พิจารณาเพื่อให้โปรแกรมตัดสินใจทำงานตามเงื่อนไขและได้ผลลัพธ์ตามที่ได้กำหนดไว้

การทำงานวนซ้ำ (Loop)

คือการออกแบบและเขียนโปรแกรมการทำงานที่มี คำสั่งซ้ำหลายๆ รอบ ประโยชน์คือ ทำให้การออกแบบโปรแกรมสั้น กระชับ เข้าใจง่ายขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้น

การหาข้อผิดพลาด (Debugging)

คือ การหาข้อผิดพลาดของโปรแกรมซึ่งหากมีข้อผิดพลาดให้ตรวจสอบการทำงานทีละคำสั่ง เมื่อพบจุดที่ทำให้ผลลัพธ์ไม่ถูกต้องให้ทำการแก้ไขจนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง ซึ่งการฝึกตรวจหาข้อผิดพลาดจากโปรแกรมจะช่วยให้พัฒนาทักษะการหาสาเหตุของปัญหาได้ดียิ่งขึ้น

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์เพื่อใช้ในการแก้ปัญหา

ปัจจุบันมีการใช้คอมพิวเตอร์ในการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันมากมาย ซึ่งผู้เรียนต้องเรียนรู้ก่อนว่า คอมพิวเตอร์มีหลักการทำงานอย่างไร โดยโปรแกรมที่เขียนเพื่อควบคุมคอมพิวเตอร์นั้นต้องเขียนและวิเคราะห์ตามหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์ คือ ข้อมูลเข้าคืออะไร การประมวลผลมีขั้นตอนอะไรบ้าง และผลลัพธ์ที่ต้องการคืออะไร ซึ่งเมื่อวิเคราะห์ได้จะสามารถออกแบบและเขียนโปรแกรมตามที่ต้องการได้

การออกแบบโปรแกรม

               หลังจากที่วิเคราะห์ปัญหาหรือพิจารณาปัญหาแล้ว ต่อไปจะเป็นขั้นตอนการออกแบบโปรแกรมหรือการแสดงลำดับขั้นตอนการทำงานของคอมพิวเตอร์ ซึ่งเรียกว่า อัลกอริทึม (Algorithm) ซึ่งสามารถทำได้โดยการเขียน ข้อความ วาดภาพ หรือผังงาน (Flowchart) โดยการแสดงขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมให้เข้าใจง่าย ละเอียด ชัดเจน จะช่วยให้สามารถ ตรวจสอบหาข้อผิดพลาด เบื้องต้นได้ก่อนที่จะลงมือเขียนโปรแกรมจริง

ตัวอย่างการแสดงลำดับขั้น (อัลกอริทึม) การชงกาแฟ โดยการวาดภาพ

การออกแบบโปรแกรมด้วยการเขียนผังงาน (Flowchart)

คือ การออกแบบขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมโดยใช้สัญลักษณ์ซึ่งสัญลักษณ์จะแสดงลักษณะของการทำงาน สัญลักษณ์จะถูกเชื่อมการแสดงลำดับขั้นโดยใช้ลูกศรเพื่อแสดงลำดับขั้นการทำงานของโปรแกรม ตั้งแต่เริ่มต้นจนจบการทำงาน ซึ่งสัญลักษณ์ที่ใช้ในการเขียนผังงาน มีรายละเอียดความหมายของลักษณะการทำงานดังต่อไปนี้

ตัวอย่าง การออกแบบโปรแกรมด้วยผังงาน

แผนผังแสดงขั้นตอนของโปรแกรมการเก็บขยะในชุมชนให้น่าอยู่ จะทำให้มองเห็นขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมได้ง่ายกว่าการอธิบายข้อความ ซึ่งจะสามารถแสดงลำดับและหากเกิดข้อผิดพลาดก็สามารถแก้ไขโปรแกรมได้ง่ายขึ้น

การกำหนดค่าตัวแปร (Variable)

คือ การระบุค่า หรือ การตั้งค่าข้อมูลเข้า เพื่อนำมาประมวลผลตามเงื่อนไขที่กำหนดมาในปัญหา เพื่อให้ได้ข้อมูลออกหรือผลลัพธ์ของปัญหา

การกำหนดชื่อและค่าของตัวแปร

ชื่อของตัวแปร        กำหนดเป็น                                          ข้อมูลตัวอักษร

ค่าของตัวแปร        สามารถกำหนดเป็น                             ตัวอักษรหรือตัวเลข ก็ได้

การรับค่าข้อมูลเข้า (Input)

จากหลักการหรือกระบวนการทำงานของคอมพิวเตอร์จะประกอบด้วยองค์ประกอบ 3 ส่วน การรับข้อมูลเข้า (Input) ประมวลผล (Process) และ การแสดงผลข้อมูลหรือนำข้อมูลออก (Output) ซึ่งสามารถนำหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์มาใช้วิเคราะห์ปัญหาในชีวิตประจำวันเพื่อหากระบวนการแก้ไขปัญหาหรือการทำงานแบบคอมพิวเตอร์ได้

ดังตัวอย่างต่อไปนี้

การออกแบบโปรแกรมด้วยผังงาน ปัญหาการเลือกวิธีการเดินทางมาโรงเรียนของลิปดา

การเขียนโปรแกรมที่มีการตรวจสอบเงื่อนไขในโปรแกรม Scratch      

การกำหนดเงื่อนไขเป็นการสร้างรูปแบบหรือตรรกะวิธีการตัดสินใจในการดำเนินการใดๆ กับเหตุการณ์นั้น โดยถ้าเกิดเหตุการณ์หรือเงื่อนไขที่กำหนดไว้เป็นจริง ตัวละครหรือฉากจะดำเนินการตามที่ถูกกำหนด (if…then….) และ หากไม่เป็นจริง ตัวละครหรือฉากจะดำเนินการตามที่ถูกกำหนดไว้ (if….then….else…)

การตรวจสอบข้อผิดพลาดของโปรแกรม (Debugging)

โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เขียนบางครั้งจะเกิดปัญหาขึ้น ปัญหาที่เกิดขึ้นจากการเขียนโปรแกรมในแต่ลำดับขั้นของคำสั่งนั้นเรียกว่า ข้อผิดพลาด (Bug) การหาและแก้ไขปัญหาข้อผิดพลาดจะเรียกว่า การตรวจสอบข้อผิดพลาดของโปรแกรม (Debugging) โดย หากมีข้อผิดพลาดให้ตรวจสอบการทำงานทีละคำสั่ง เมื่อพบจุดที่ทำให้ผลลััพธ์ไม่ถูกต้อง ให้ทำการแก้ไขจนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง

การตรวจสอบข้อผิดพลาดโดยการตรวจสอบการทำงานที่และคำสั่งและทำการแก้ไข

ตัวอย่างการออกแบบโปรแกรมหาค่า ค.ร.น.

ตัวอย่างโปรแกรมเกมฝึกพิมพ์

แบ่งแยกปัญหา กำหนดรูปแบบเงื่อนไข และเริ่มต้นสร้างเกม

การแยกส่วนประกอบ                                               

1. ออกแบบโปรแกรม และ สร้างฉาก
2. กำหนดตัวแปรตามที่ได้วิเคราะห์ข้อมูลไว้
3. สร้างและกำหนดตัวละครนักเต้นให้เคลื่อนไหวเมื่อพิมพ์ตัวอักษรได้ถูกต้อง
4. สร้างและกำหนดตัวละครตัวอักษร โดยกำหนดให้ตัวอักษรแสดงตัวตกลงมาโดยมีการกำหนดความเร็ว และเงื่อนไขตัวอักษรหายไปเมื่อพิมพ์ถูก
5. สร้าง (คัดลอก) และกำหนดตัวอักษรเพิ่มให้ครบและเปลี่ยนคำสั่งการทำงาน

การหารูปแบบ

1. กำหนดเงื่อนไขให้นักเต้นเมื่อพิมพ์ตัวอักษรถูก จะได้ 1 คะแนน
2. กำหนดเงื่อนไขให้ตัวอักษรแสดง ตามระดับความเร็ว
3. กำหนดเงื่อนไขเวลาในการเล่น 120 วินาที

 สร้างฉาก (Stages)

ในโปรแกรม Scratch สามารถวาดรูปเพื่อสร้างพื้นหลัง นำภาพที่มีอยู่ในโปรแกรม หรือนำรูปถ่ายจากภายนอกเข้ามาเป็นฉากพื้นหลังได้ เพื่อนำมาสร้างเป็นฉากที่เหมาะสมกับตัวละคร

ออกแบบโปรแกรมเกมฝึกพิมพ์

2. การกำหนดตัวแปรคะแนน (Score) เวลา (Time All) และระดับความเร็ว (Speed)

การกำหนดค่าตัวแปรจะใช้คำสั่งที่อยู่ในชุดคำสั่ง Data&Blocks โดย Data คือการกำหนดค่าตัวแปร (Variable) และสำหรับ Blocks คือการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น หุ่นยนต์หรือ Lego Wedo เป็นต้น

การออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการใช้ตัวแปรและการตรวจสอบเงื่อนไข

จุดประสงค์ 

ออกแบบและเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวัน ตรวจหาข้อผิดพลาดของโปรแกรมและแก้ไข (ว.4.2 ป.6/2)

อ่านเพื่อสร้างแรงบันดาลใจ

ลิปดาทำอะไรจ้า ลิปดากำลังต้มไข่อยู่ค่ะ แล้วลิปดาต้มไข่เป็นไหม ลิปดาตอบว่าไม่เป็นคะ ไงคุณแม่สอนให้นะ การต้มไข่นั้นตัวแปรสำคัญคือเวลา โดยถ้าเราต้มไข่ 5 นาทีจะได้ไข่ลวก ถ้าต้มไข่ 7 นาทีจะได้ไข่ยางมะตูม ถ้าต้มไข่ 10 นาทีจะได้ไข่ต้ม ลิปดาทำหน้างง ตัวแปรอะไรคะเนี่ย คุณแม่จึงอธิบายเพิ่มเติมว่าในสถานการณ์นี้ ตัวแปรก็คือเวลา ค่าของตัวแปรคือ จำนวนนาทีที่ต้มไข่จ้า

กำหนดปัญหา

การออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการใช้ตัวแปรทำได้อย่างไร

ขั้นตอนการทำกิจกรรม

1. ให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม 3-4 คน อ่านใบความรู้หน้า 52-61
2. ให้ออกแบบโปรแกรมโดยใช้ผังที่มีการกำหนดค่าตัวแปรโดยการรับค่าตัวแปรจากแป้นพิมพ์ หรือเมาส์
3. ให้เขียนโปรแกรม Scratch ที่มีการกำหนดค่าตัวแปรโดยการรับค่าตัวแปรจากแป้นพิมพ์ หรือเมาส์
4. ระหว่างการเขียนโปรแกรมหมั่นตรวจสอบหาข้อผิดพลาดของโปรแกรม
5. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มออกมานำเสนอหน้าชั้นเรียน

วิเคราะห์ผล

1. นักเรียนสามารถออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการใช้ตัวแปรได้หรือไม่
2. ให้นักเรียนเปรียบเทียบผลงานของนักเรียนกับเพื่อนต่างกลุ่ม

สรุปท้ายกิจกรรม

1. คำสั่งใดบ้างในโปรแกรมScratchที่ใช้เป็นคำสั่งการกำหนดค่าตัวแปร
2. สัญลักษณ์ใดในการออกแบบโปรแกรมแบบผังงาน ที่เป็นการรับและแสดงข้อมูลโดยไม่ระบุอุปกรณ์ สัญลักษณ์ใดเป็นการรับข้อมูลทางแป้นพิมพ์ และสัญลักษณ์ใดเป็นแสดงผลทางหน้าจอ

คำถามต่อยอดความรู้

นักเรียนสามารถนำความรู้เรื่องออกแบบและเขียนโปรแกรมโดยที่มีการใช้ตัวแปรไปใช้ประโยชน์อย่างไรในชีวิตประจำวันบ้าง

สำรวจทักษะที่ได้รับ

จากกิจกรรมนี้นักเรียนคิดว่านักเรียนได้รับทักษะอะไรบ้าง

การออกแบบโปรแกรมสามารถทำได้โดยเขียนเป็นข้อความหรือผังงาน

จุดประสงค์ 

ออกแบบและเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวัน ตรวจหาข้อผิดพลาดของโปรแกรมและแก้ไข (ว.4.2 ป.6/2)

อ่านเพื่อสร้างแรงบันดาลใจ

ลิปดาและโพล่ากำลังคิดอะไรอยู่  ลิปดาและโพล่าตอบว่า อยากเขียนโปรแกรมแก้ปัญหาคณิตศาสตร์ที่มีอยู่ในหนังสือเรียนค่ะ แต่ไม่รู้จะเริ่มต้นอย่างไร คุณพ่อจึงอธิบายว่า ก่อนที่จะเริ่มเขียนโปรแกรมจะต้องออกแบบโปรแกรมหรือเขียนอัลกอริทึมก่อนนะ ซึ่งสามารถเขียนเป็นข้อความหรือผังงานก็ได้

กำหนดปัญหา

การออกแบบโปรแกรมสามารถทำได้อย่างไรบ้าง

ขั้นตอนการทำกิจกรรม

1. ให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม 3-4 คน อ่านใบความรู้หน้า 40-45
2. ให้นักเรียนออกแบบโปรแกรมหรือการเขียนอัลกอริทึมโดยใช้ข้อความหรือผังงานเพื่อแก้ปัญหาดังต่อไปนี้

– การแก้ปัญหาการทำกิจวัตรประจำวันในตอนเช้าเพื่อให้ไปทันโรงเรียน

– การแก้ปัญหาการจัดหนังสือไปโรงเรียนให้ครบตามตารางสอน

– การแก้ปัญหาการจัดสิ่งของภายในห้องเรียน

– การแก้ปัญหาการจัดเวรทำสะอาดห้องเรียน

3. ให้นักเรียนออกแบบโปรแกรมลงในกระดาษและนำเสนอหน้าชั้นเรียน

วิเคราะห์ผล

1. ปัญหาในชีวิตประจำวันของนักเรียนเหมือนหรือแตกต่างกับเพื่อนหรือไม่
2. หากปัญหาเหมือนกัน การออกแบบโปรแกรมของนักเรียนกับของเพื่อนต่างกลุ่มแตกต่างกันหรือไม่อย่างไร

สรุปท้ายกิจกรรม

ให้นักเรียนอธิบายว่าการออกแบบโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันสามารถทำได้อย่างไร และมีประโยชน์อย่างไร

คำถามต่อยอดความรู้

นักเรียนสามารถนำความรู้เรื่องการการออกแบบโปรแกรมอย่างง่ายเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันไปใช้ประโยชน์ได้อย่างไร

สำรวจทักษะที่ได้รับ

จากกิจกรรมนี้นักเรียนคิดว่านักเรียนได้รับทักษะอะไรบ้าง

การออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการตรวจสอบเงื่อนไข

จุดประสงค์ 

ออกแบบและเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาในชีวิตประจำวัน ตรวจหาข้อผิดพลาดของโปรแกรมและแก้ไข (ว.4.2 ป.6/2)

อ่านเพื่อสร้างแรงบันดาลใจ

ลิปดาตื่นได้แล้วรถโรงเรียนมารอหน้าบ้านแล้วนะ ลิปดาตื่นขึ้นมาตกใจจึงบอกคุณแม่ให้่ไปบอกให้รถโรงเรียนรอลิปดาได้ไหมคะ คุณแม่บอกว่าไม่ทันแล้วรถโรงเรียนออกไปแล้ว อ้าวทำไมไม่รอกันเลยนะเนี่ย รถโรงเรียนเค้ามีเงื่อนไขว่าถ้ารถโรงเรียนมารับหน้าบ้านให้เวลาไม่เกิน 5 นาที รถจะออกโดยไม่รอนะจ้า ลิปดาตอบว่า เงื่อนไขรอไม่เกิน 5 นาที แย่เลย

กำหนดปัญหา

การออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการตรวจสอบเงื่อนไขทำได้อย่างไร

ขั้นตอนการทำกิจกรรม

1. ให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม 3-4 คน อ่านใบความรู้หน้า 52-61
2. ให้ออกแบบและเขียนโปรแกรม Scratch ที่มีการตรวจสอบเงื่อนไข โดยกำหนดให้ตัวละครเคลื่อนที่ไปจนกว่าจะเจอเงื่อนไขที่เป็นสีต่างๆ และให้แสดงผลให้ตัวละครเคลื่อนที่เร็วขึ้น เปลี่ยนทิศทาง ย่อขยายขนาด เปลี่ยนรูปร่าง แสดงเสียงหรือ แสดงข้อความพูดคุย โดยอาจจะทำเป็นนิทานหรือเรื่องราวในชีวิตประจำวัน
3. ระหว่างการเขียนโปรแกรมหมั่นตรวจสอบหาข้อผิดพลาดของโปรแกรม
4. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มออกมานำเสนอหน้าชั้นเรียน

วิเคราะห์ผล

1. นักเรียนสามารถออกแบบและเขียนโปรแกรมที่มีการตรวจสอบเงื่อนไขได้หรือไม่
2. ให้นักเรียนเปรียบเทียบผลงานของนักเรียนกับเพื่อนต่างกลุ่ม

สรุปท้ายกิจกรรม

1. คำสั่งใดบ้างในโปรแกรม Scratch ที่ใช้เป็นคำสั่งการตรวจสอบเงื่อนไข
2. สัญลักษณ์ใดในการออกแบบโปรแกรมแบบผังงานที่เป็นการตรวจสอบเงื่อนไข และสัญลักษณ์ใดเป็นแสดงผลทางหน้าจอ

คำถามต่อยอดความรู้

นักเรียนสามารถนำความรู้เรื่องการออกแบบและเขียนโปรแกรมโดยที่มีการตรวจสอบเงื่อนไขไปใช้ประโยชน์อย่างไรในชีวิตประจำวันบ้าง

สำรวจทักษะที่ได้รับ

จากกิจกรรมนี้นักเรียนคิดว่านักเรียนได้รับทักษะอะไรบ้าง

มาสร้างเกมเสริมทักษะ (CAI) ช่วยทบทวนความรู้กันดีกว่า

ระบุปัญหา : ตอนนี้ผลสอบระดับประเทศของเรา คะแนน O-NET และ PISA เราคะแนนต่ำมาก โดยเฉพาะ วิชาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ คุณครูจึงอยากให้นักเรียนช่วยกันเลือกหัวข้อเพื่อสร้างเกมเสริมทักษะทางด้านนี้ให้กับเพื่อนๆ เพื่อเป็นการทบทวนความรู้ให้กับเพื่อนๆ ทุกคนกันดีกว่า

ภารกิจ : 1.ให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม กลุ่มละ 4-6 คน สร้างเกมที่มีการใช้ตัวแปร การวนซ้ำ การตรวจสอบเงื่อนไข เช่น โดยมีคะแนน และเวลาเป็นตัวกำหนดเงื่อนไข

2. ให้ออกแบบโปรแกรมก่อนลงมือเขียนโปรแกรมโดยใช้ผังงาน
3. นำเสนอโปรแกรมเกมที่เขียน และนำมาแข่งกับเพื่อนๆ ในห้อง

วัสดุอุปกรณ์ : 1. คอมพิวเตอร์และโปรแกรม Scratch  2. อุปกรณ์เครื่องเขียน

รวบรวมข้อมูล :   นักเรียนเข้าใจการออกแบบและเขียนโปรแกรม ที่มีการใช้ตัวแปร การวนซ้ำ การตรวจสอบเงื่อนไขและมีการสั่งให้ตัวละครทำตามเงื่อนไขที่กำหนด

ออกแบบและวางแผน

ร่วมกันวางแผนและออกแบบและเขียนโปรแกรมเกม จาก Scratch

ลงมือปฏิบัติ และ ทดสอบชิ้นงาน

ให้นักเรียนลงมือทำตามแผนที่กำหนดไว้

ประเมินผลและปรับปรุงแก้ไข

1. นักเรียนสามารถทำภารกิจนี้สำเร็จหรือไม่
2. นักเรียนพบปัญหาจากการทำภารกิจนี้หรือไม่

3. นักเรียนมีวิธีการแก้ไขปัญหาอย่างไร