يعد التحليل مهارة أساسية في علوم الكمبيوتر وضرورية لتطوير فهم الطلاب على المدى الطويل لكيفية حل مشكلات البرمجة. يستكشف هذا المقال ماهية التحلل، وسبب أهميته، وكيفية تسهيل تعلم الطلاب للتحلل.
ما هو التحلل؟
التحلل هو عملية تقسيم مشكلة معقدة إلى أجزاء أصغر يسهل التحكم فيها. يؤدي ذلك إلى تبسيط عملية إنشاء مشروع ترميز من خلال السماح للطلاب بحل مكون واحد من المشكلة في كل مرة.
لماذا التحلل مهم؟
عندما يبدأ الطلاب في تعلم البرمجة، يواجهون التفكير في اللغة بطريقة جديدة ومليئة بالتحديات. يجب عليهم التحول من التواصل باللغة المنطوقة، المليئة بالاستدلالات والفروق الدقيقة، إلى البنية الدقيقة والمنطقية المطلوبة في الترميز. يعد هذا التعديل صعبًا للغاية بالنسبة للطلاب وغالبًا ما يعيق نجاحهم. يعد التحليل مهارة مهمة في علوم الكمبيوتر يجب أن يكتسبها الطلاب من أجل البرمجة بنجاح، حيث يسمح للطلاب بالبدء باللغة المنطوقة وتحسينها حتى تصبح شيئًا يمكن استخدامه في مشروع البرمجة.
يسمح تحليل المشكلة بحلها بزيادات صغيرة، مما يساعد على منعها من أن تصبح مرهقة للطلاب. عندما يقوم الطلاب بتحليل المشكلات إلى أجزاء أصغر قبل البدء في البرمجة، يمكنهم بعد ذلك إنشاء كل قسم صغير من المشروع واختباره للتأكد من أنه يعمل كما هو متوقع، قبل الانتقال إلى الجزء التالي. يعد هذا أسهل بكثير من محاولة برمجة جميع الخطوات اللازمة لتحقيق هدف مرة واحدة، ويمنع الطلاب من الشعور بالإحباط الناتج عن الضياع في مشروع طويل عند محاولة استكشاف الأخطاء وإصلاحها.
كما تمنح عملية التحلل الطلاب منهجًا منظمًا لبناء المشروع، مما يزيل الإغراءات التي قد يضطر الطلاب إلى تخمينها والتحقق من طريقهم إلى الحل. يعد التخمين والتحقق طريقة غير فعالة لحل المشكلة، وتصبح غير فعالة عندما يبدأ الطلاب في التعامل مع تحديات البرمجة المعقدة بشكل متزايد.
بالإضافة إلى ذلك، يتيح تحليل المشروع للطلاب التعرف على الأنماط الموجودة في التعليمات البرمجية الخاصة بهم، والبناء على أقسام التعليمات البرمجية وتعديلها وإعادة استخدامها. وهذا يجعل إنشاء المشاريع واستكشاف الأخطاء وإصلاحها أسهل، مع تزويد الطلاب بفهم أعمق للتعليمات البرمجية التي يقومون بإنشائها، مما يسمح لهم باستخدام هذا الفهم في المشاريع المستقبلية.
وأخيرًا، يسهل التحلل أيضًا التعاون بين الطلاب أثناء عملهم معًا لإنشاء مشاريع الروبوتات في مجموعات. يوفر المشروع المتحلل المسجل في دفتر ملاحظات هندسي أداة للطلاب لاستخدامها عند مناقشة مشاريع المجموعة أو المشاركة مع مجموعات أخرى.
تسهيل التحلل
يحدث التحلل عندما يكون الطلاب في مرحلة التخطيط، قبل أن يبدأوا في بناء مشاريعهم. يجب على الطلاب تسجيل عملية التحلل الخاصة بهم في دفاتر ملاحظاتهم الهندسية ومشاركتها معك قبل البدء في البرمجة. لمزيد من المعلومات حول استخدام دفاتر الملاحظات الهندسية مع الطلاب، راجع هذه المقالة.
زود الطلاب بهذا الإطار البسيط المكون من ثلاث خطوات للتعامل مع التحلل:
- حدد الهدف الرئيسي للمشروع من خلال ذكر النتيجة التي سيظهرها الروبوت عندما ينجح المشروع. سجل هذا الهدف في دفتر الهندسة.
- تحديد الخطوات الأساسية التي يجب على الروبوت القيام بها لتحقيق الهدف. قم بدراسة وتسجيل خطوات الصورة الرئيسية أو الكبيرة التي سيحتاج الروبوت إلى إكمالها من أجل تحقيق الهدف. سجل هذه الخطوات عالية المستوى في دفتر الهندسة.
-
قم بتقسيم الخطوات الرئيسية إلى أصغر زيادات ممكنة في سلوك الروبوت. قم بتقسيم كل خطوة من الخطوات الرئيسية إلى أصغر سلوك يمكن للروبوت إكماله. سجل هذه الخطوات المتحللة في دفتر الهندسة.
- يجب أن يكون كل سلوك من سلوكيات الروبوت قابلاً للمطابقة مع كتلة أو أمر واحد مطابق. إذا لم يكن الأمر كذلك، يمكن أن تتحلل الخطوات أبعد من ذلك.
في هذا المثال، يقوم الطلاب بتفكيك مشروع لإكمال متاهة في VEXcode VR Wall Maze + Playground.
الخطوة الأولى: تحديد الهدف الرئيسي للمشروع. سجل الهدف في الدفتر الهندسي.
الخطوة الثانية: تحديد الخطوات الأساسية التي يجب على الروبوت اتخاذها لتحقيق الهدف.
- هنا، فكر الطالب في جميع السلوكيات التي سيحتاج الروبوت إلى اتخاذها للقيادة من نقطة البداية إلى نقطة النهاية في المتاهة، وقام بإدراجها بالترتيب في دفتر الهندسة.
الخطوة 3: قم بتقسيم الخطوات الرئيسية إلى أصغر زيادات في سلوك الروبوت.
- يمكن للطلاب البدء في تحديد القيم التقريبية اللازمة لإكمال كل خطوة. ستحتاج هذه القيم إلى الاختبار والتعديل عند إنشاء المشروع في VEXcode.
- يجب على الطلاب التحقق للتأكد من أن كل خطوة متحللة تتوافق مباشرة مع كتلة VEXcode واحدة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن الخطوة تحتاج إلى مزيد من التحلل.
بمجرد قيام الطلاب بتحليل مشروعهم إلى مستوى الكتل أو الأوامر الفردية، يمكنهم الانتقال من مرحلة تخطيط المشروع إلى مرحلة التنفيذ. يجب عليهم نقل الخطوات الرئيسية المحددة في الخطوة 2 إلى التعليقات، ثم إضافة الكتل أو الأوامر المقابلة لكل سلوك متحلل بالكامل من الخطوة 3 إلى كل من تلك التعليقات من أجل بناء مشاريعهم.
يجب على الطلاب بناء مشاريعهم خطوة واحدة متحللة في كل مرة، واختبار كل سلوك (أو مجموعة سلوكيات مجمعة منطقيًا) قبل الانتقال إلى السلوك التالي. في هذه المرحلة سيحتاج الطلاب إلى استخدام الموارد المتوفرة لديهم لتحديد قيم المعلمات الصحيحة. على سبيل المثال، في مثال VEXcode VR أعلاه، تم تحديد قيم المسافة باستخدام معرفة أن كل مربع متاهة يبلغ عرضه 300 مم. ستختلف طريقة تحديد القيم حسب الظروف، ولكن سيكون من الضروري دائمًا اختبار القيم وضبطها أثناء عملية إنشاء مشروع الترميز.
دعم الطلاب وهم يتعلمون التحلل
قبل أن يبدأ الطلاب في العمل على أحد التحديات من مختبر العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM Lab) أو أي مشروع VEXcode آخر، خذ وقتًا للعمل على التحليل بنفسك حتى تكون مستعدًا للإجابة على الأسئلة التي قد يطرحها الطلاب. شجع الطلاب على أن يعرضوا لك الخطة المقسمة لمشروعهم قبل البدء في البرمجة، حتى تتمكن من تعزيز عملية التحلل والتحقق للتأكد من قيامهم بتقسيم المهمة إلى أصغر سلوكيات روبوت ممكنة. ذكّر الطلاب بأنهم يجب أن يكونوا قادرين على تحديد الكتلة أو الأمر الذي يتوافق مع كل سلوك.
- إذا كان الطلاب يواجهون صعوبة في تصور الخطوات الرئيسية أو الكبيرة التي يجب على الروبوت اتخاذها لتحقيق هدف المشروع، فشجعهم على:
- ارسم المسار الذي يجب أن يسلكه الروبوت لتحقيق الهدف.
- قم بتمثيل الخطوات التي يجب على الروبوت اتخاذها لتحقيق الهدف.
- تحدث عن الخطوات التي يجب على الروبوت اتخاذها لتحقيق الهدف.
- إذا كان الطلاب يجدون صعوبة في تحديد ما إذا كانت خطواتهم قد تم تقسيمها إلى مستوى الكتلة الفردية أو مستوى الأمر، فاسألهم:
- ما عدد الكتل أو الأوامر التي سيحتاجها الروبوت لإكمال هذا السلوك؟
- هل يستطيع الروبوت إكمال هذه الخطوة باستخدام كتلة أو أمر واحد فقط؟
- كيف يمكنك تحليل هذا السلوك إلى إجراءات روبوتية أصغر؟
إن دعم طلابك أثناء تعلمهم للتحليل سيضمن أن لديهم أساسًا متينًا لحل المشكلات المستقبلية في علوم الكمبيوتر.
هل لديك المزيد من الأسئلة حول تسهيل تعلم الطلاب للتحلل في الفصل الدراسي الخاص بك؟ اسألهم في مجتمع PD+أو حدد موعدًا لجلسة مقابل 1 للتحدث مع أحد خبراء VEX.