कम्प्यूटेशनल थिंकिंग

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कम्प्यूटेशनल सोच (सीटी) समस्याओं को तैयार करने में शामिल विचार प्रक्रियाओं को संदर्भित करता है ताकि उनके समाधानों को कम्प्यूटेशनल चरणों और एल्गोरिदम के रूप में दर्शाया जा सके।[1] शिक्षा में, सीटी समस्या-समाधान विधियों का एक समूह है जिसमें समस्याओं और उनके समाधानों को उन तरीकों से व्यक्त करना शामिल है जिन्हें कंप्यूटर भी निष्पादित कर सकता है।[2] इसमें प्रक्रियाओं का स्वचालन शामिल है, लेकिन प्रक्रियाओं (प्राकृतिक और कृत्रिम) का पता लगाने, विश्लेषण करने और समझने के लिए कंप्यूटिंग का उपयोग भी किया जाता है।[3][4][5]


इतिहास

एक अवधारणा के रूप में कम्प्यूटेशनल सोच का इतिहास कम से कम 1950 के दशक का है लेकिन अधिकांश विचार बहुत पुराने हैं।[6][3] कम्प्यूटेशनल सोच में अमूर्तता, डेटा प्रतिनिधित्व और तार्किक रूप से डेटा को व्यवस्थित करने जैसे विचार शामिल हैं, जो अन्य प्रकार की सोच में भी प्रचलित हैं, जैसे वैज्ञानिक सोच, इंजीनियरिंग सोच, सिस्टम सोच, डिजाइन सोच, मॉडल-आधारित सोच और इसी तरह।[7] न तो विचार और न ही शब्द नवीनतम हैं: एल्गोरिथमाइज़िंग, प्रक्रियात्मक सोच, एल्गोरिथम सोच और कम्प्यूटेशनल साक्षरता जैसे शब्दों से पहले[3]एलन पर्लिस और डोनाल्ड नुथ जैसे कंप्यूटिंग अग्रदूतों द्वारा, कम्प्यूटेशनल सोच शब्द का उपयोग पहली बार 1980 में सेमुर पैपर्ट द्वारा किया गया था।[8] और फिर 1996 में.[9] कम्प्यूटेशनल सोच का उपयोग पैमाने की जटिल समस्याओं को कलन विधि रूप से हल करने के लिए किया जा सकता है, और अक्सर दक्षता में बड़े सुधार का एहसास करने के लिए इसका उपयोग किया जाता है।[10] कम्प्यूटेशनल सोच वाक्यांश को जेनेट विंग द्वारा इस विषय पर एसीएम निबंध के संचार के परिणामस्वरूप 2006 में कंप्यूटर विज्ञान शिक्षा समुदाय में सबसे आगे लाया गया था। निबंध ने सुझाव दिया कि कम्प्यूटेशनल रूप से सोचना केवल कंप्यूटर वैज्ञानिकों के लिए ही नहीं, बल्कि सभी के लिए एक मौलिक कौशल था, और स्कूल में अन्य विषयों में कम्प्यूटेशनल विचारों को एकीकृत करने के महत्व के लिए तर्क दिया।[11] निबंध में यह भी कहा गया है कि कम्प्यूटेशनल सोच सीखने से, बच्चे कई रोजमर्रा के कार्यों में बेहतर होंगे - उदाहरण के तौर पर, निबंध में किसी के बैकपैक को पैक करना, किसी के खोए हुए दस्ताने ढूंढना, और यह जानना कि किराए पर लेना और खरीदना कब बंद करना है। शिक्षा में कम्प्यूटेशनल सोच के सवालों की निरंतरता बच्चों के लिए K-9 कंप्यूटिंग से लेकर पेशेवर और सतत शिक्षा तक है, जहां चुनौती यह है कि विशेषज्ञों के बीच गहरे सिद्धांतों, सिद्धांतों और सोचने के तरीकों को कैसे संप्रेषित किया जाए।[3]

पहले दस वर्षों तक कम्प्यूटेशनल सोच एक यूएस-केंद्रित आंदोलन था, और आज भी उस प्रारंभिक फोकस को क्षेत्र के अनुसंधान में देखा जाता है।[12] क्षेत्र के सबसे उद्धृत लेख और सबसे अधिक उद्धृत लोग शुरुआती यूएस सीटी लहर में सक्रिय थे, और क्षेत्र के सबसे सक्रिय शोधकर्ता नेटवर्क यूएस-आधारित हैं।[12] अमेरिकी और यूरोपीय शोधकर्ताओं के प्रभुत्व के कारण, यह स्पष्ट नहीं है कि इस क्षेत्र का मुख्य रूप से पश्चिमी शोध साहित्य निकाय अन्य सांस्कृतिक समूहों के छात्रों की जरूरतों को किस हद तक पूरा कर सकता है।[12]


विशेषताएँ

कम्प्यूटेशनल सोच को परिभाषित करने वाली विशेषताएँ अपघटन (कंप्यूटर विज्ञान), पैटर्न पहचान / डेटा प्रतिनिधित्व, सामान्यीकरण / अमूर्त और एल्गोरिदम हैं।[13][14] किसी समस्या को विघटित करके, डेटा प्रतिनिधित्व का उपयोग करके इसमें शामिल चर की पहचान करके और एल्गोरिदम बनाकर, एक सामान्य समाधान परिणाम मिलता है। सामान्य समाधान एक सामान्यीकरण या अमूर्तता है जिसका उपयोग प्रारंभिक समस्या की कई विविधताओं को हल करने के लिए किया जा सकता है।

थ्री एज़ कम्प्यूटेशनल थिंकिंग प्रक्रिया कम्प्यूटेशनल सोच को तीन चरणों के एक सेट के रूप में वर्णित करती है: अमूर्तता, स्वचालन और विश्लेषण।

कम्प्यूटेशनल सोच का एक और लक्षण वर्णन तीन चरणों पर आधारित तीन पुनरावृत्ति प्रक्रिया है:

  1. अमूर्तन: समस्या निरूपण;
  2. स्वचालन: समाधान अभिव्यक्ति;
  3. विश्लेषण: समाधान निष्पादन और मूल्यांकन।[15]


चार सीएस से कनेक्शन

21वीं सदी की शिक्षा के चार सी हैं संचार, आलोचनात्मक सोच, सहयोग और रचनात्मकता। पांचवां सी कम्प्यूटेशनल सोच हो सकता है जिसमें एल्गोरिदम और तार्किक रूप से समस्याओं को हल करने की क्षमता शामिल है। इसमें ऐसे उपकरण शामिल हैं जो मॉडल तैयार करते हैं और डेटा की कल्पना करते हैं।[16] ग्रोवर बताते हैं कि कैसे कम्प्यूटेशनल सोच विज्ञान, प्रौद्योगिकी, इंजीनियरिंग और गणित (एसटीईएम) से परे विषयों पर लागू होती है जिसमें सामाजिक विज्ञान और भाषा कला शामिल हैं।

अपनी स्थापना के बाद से, 4 सी को धीरे-धीरे कई स्कूल पाठ्यक्रमों के महत्वपूर्ण तत्वों के रूप में स्वीकृति मिल गई है। इस विकास ने सभी K-12 स्तरों पर पूछताछ, परियोजना-आधारित और अधिक गहन शिक्षण जैसे प्लेटफार्मों और दिशाओं में संशोधन शुरू कर दिया। कई देशों ने सभी छात्रों को कंप्यूटर सोच से परिचित कराया है। यूनाइटेड किंगडम ने 2012 से अपने राष्ट्रीय पाठ्यक्रम में सीटी को शामिल किया है। सिंगापुर सीटी को राष्ट्रीय क्षमता कहता है। ऑस्ट्रेलिया, चीन, कोरिया और न्यूजीलैंड जैसे अन्य देशों ने स्कूलों में कम्प्यूटेशनल सोच शुरू करने के लिए बड़े पैमाने पर प्रयास शुरू किए।[17] संयुक्त राज्य अमेरिका में, राष्ट्रपति बराक ओबामा ने डिजिटल अर्थव्यवस्था में फलने-फूलने के लिए आवश्यक उचित कंप्यूटर विज्ञान दक्षता के साथ अमेरिका में छात्रों की इस पीढ़ी को सशक्त बनाने के लिए सभी के लिए कंप्यूटर विज्ञान कार्यक्रम बनाया।[18] कम्प्यूटेशनल सोच का अर्थ है कंप्यूटर वैज्ञानिकों की तरह सोचना या समस्याओं का समाधान करना। सीटी का तात्पर्य समस्याओं को समझने और समाधान तैयार करने में आवश्यक विचार प्रक्रियाओं से है। सीटी में तर्क, मूल्यांकन, पैटर्न, स्वचालन और सामान्यीकरण शामिल है। कैरियर की तैयारी को कई तरीकों से शैक्षणिक वातावरण में एकीकृत किया जा सकता है।[19] CT के एल्गोरिथम भाग को चौथे R के रूप में भी संदर्भित किया गया है, जहां अन्य हैं पढ़ना, लिखना और अंकगणित।

K–12 शिक्षा में

पहले सेमुर पैपर्ट, एलन पर्लिस और मार्विन मिंस्की के समान, जेनेट विंग ने कम्प्यूटेशनल सोच को हर बच्चे की शिक्षा का एक अनिवार्य हिस्सा बनने की कल्पना की थी।[11]हालाँकि, K-12 पाठ्यक्रम और कंप्यूटर विज्ञान शिक्षा में कम्प्यूटेशनल सोच को एकीकृत करने में कम्प्यूटेशनल सोच की परिभाषा पर समझौते सहित कई चुनौतियों का सामना करना पड़ा है,[20][21] इसमें बच्चों के विकास का आकलन कैसे किया जाए,[7]और इसे सिस्टम सोच, डिज़ाइन सोच और इंजीनियरिंग सोच जैसी अन्य समान सोच से कैसे अलग किया जाए।[7] वर्तमान में, कम्प्यूटेशनल सोच को मोटे तौर पर संज्ञानात्मक कौशल और समस्या समाधान प्रक्रियाओं के एक सेट के रूप में परिभाषित किया गया है जिसमें निम्नलिखित विशेषताएं शामिल हैं (लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं)[21][22] (लेकिन ऐसे तर्क हैं कि उनमें से कुछ, यदि कोई हैं, विज्ञान और इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में सिद्धांत होने के बजाय विशेष रूप से कंप्यूटिंग से संबंधित हैं[3][5])

  • समस्या को नए और अलग-अलग तरीकों से प्रस्तुत करने के लिए अमूर्तता और पैटर्न पहचान का उपयोग करना
  • डेटा को तार्किक रूप से व्यवस्थित और विश्लेषण करना
  • समस्या को छोटे-छोटे भागों में बाँटना
  • पुनरावृत्ति, प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व और तार्किक संचालन जैसी प्रोग्रामेटिक सोच तकनीकों का उपयोग करके समस्या का समाधान करना
  • समस्या को क्रमबद्ध चरणों की एक श्रृंखला में पुन: स्वरूपित करना (एल्गोरिदमिक सोच)
  • कदमों और संसाधनों के सबसे कुशल और प्रभावी संयोजन को प्राप्त करने के लक्ष्य के साथ संभावित समाधानों की पहचान करना, उनका विश्लेषण करना और उन्हें लागू करना
  • विभिन्न प्रकार की समस्याओं के लिए इस समस्या-समाधान प्रक्रिया को सामान्य बनाना

K-12 पाठ्यक्रम में वर्तमान एकीकरण कम्प्यूटेशनल सोच दो रूपों में आती है: कंप्यूटर विज्ञान कक्षाओं में सीधे या अन्य विषयों में कम्प्यूटेशनल सोच तकनीकों के उपयोग और माप के माध्यम से। विज्ञान, प्रौद्योगिकी, इंजीनियरिंग और गणित (एसटीईएम क्षेत्रों) में शिक्षकों ने कक्षाओं पर ध्यान केंद्रित किया है जिसमें कम्प्यूटेशनल सोच शामिल है, जो छात्रों को समस्या समाधान | समस्या-समाधान कौशल जैसे परीक्षण और त्रुटि का अभ्यास करने की अनुमति देता है।[23] वैलेरी बर्र और क्रिस स्टीफेंसन ने 2011 एसीएम इनरोड्स लेख में सभी विषयों में कम्प्यूटेशनल सोच पैटर्न का वर्णन किया है।[20]हालाँकि कॉनराड वोल्फ्राम ने तर्क दिया है कि कम्प्यूटेशनल सोच को एक अलग विषय के रूप में पढ़ाया जाना चाहिए।[24] ऐसे ऑनलाइन संस्थान हैं जो प्री-कॉलेज छात्रों को कम्प्यूटेशनल सोच, विश्लेषण और समस्या-समाधान के साथ विकसित और मजबूत करने के लिए पाठ्यक्रम और अन्य संबंधित संसाधन प्रदान करते हैं।

कम्प्यूटेशनल सोच के लिए केंद्र

पिट्सबर्ग में कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय में कम्प्यूटेशनल सोच के लिए एक केंद्र है। केंद्र की प्रमुख गतिविधि PROBEs या समस्या-उन्मुख अन्वेषणों का संचालन करना है। ये PROBEs ऐसे प्रयोग हैं जो कम्प्यूटेशनल सोच के मूल्य को दिखाने के लिए समस्याओं पर नवीन कंप्यूटिंग अवधारणाओं को लागू करते हैं। एक PROBE प्रयोग आम तौर पर एक कंप्यूटर वैज्ञानिक और अध्ययन किए जाने वाले क्षेत्र के एक विशेषज्ञ के बीच एक सहयोग है। प्रयोग आम तौर पर एक वर्ष तक चलता है। सामान्य तौर पर, एक PROBE व्यापक रूप से लागू समस्या का समाधान ढूंढने और संकीर्ण रूप से केंद्रित मुद्दों से बचने की कोशिश करेगा। PROBE प्रयोगों के कुछ उदाहरण हैं इष्टतम किडनी प्रत्यारोपण लॉजिस्टिक्स और ऐसी दवाएं कैसे बनाई जाएं जो दवा-प्रतिरोधी वायरस पैदा न करें।[25]


आलोचना

कम्प्यूटेशनल सोच की अवधारणा की बहुत अस्पष्ट होने के कारण आलोचना की गई है, क्योंकि यह शायद ही कभी स्पष्ट किया गया है कि यह विचार के अन्य रूपों से कैसे भिन्न है।[6][26] कंप्यूटर वैज्ञानिकों के बीच कम्प्यूटेशनल समाधानों को अन्य क्षेत्रों पर थोपने की प्रवृत्ति को कम्प्यूटेशनल अंधराष्ट्रवाद कहा गया है।[27] कुछ कंप्यूटर वैज्ञानिक व्यापक कंप्यूटर विज्ञान शिक्षा के विकल्प के रूप में कम्प्यूटेशनल सोच को बढ़ावा देने के बारे में चिंता करते हैं, क्योंकि कम्प्यूटेशनल सोच क्षेत्र के सिर्फ एक छोटे से हिस्से का प्रतिनिधित्व करती है।[28][7]दूसरों को चिंता है कि कम्प्यूटेशनल सोच पर जोर कंप्यूटर वैज्ञानिकों को उन समस्याओं के बारे में बहुत संकीर्ण रूप से सोचने के लिए प्रोत्साहित करता है जिन्हें वे हल कर सकते हैं, इस प्रकार वे जो तकनीक बनाते हैं उसके सामाजिक, नैतिक और पर्यावरणीय प्रभावों से बचते हैं।[29][6]इसके अलावा, चूंकि लगभग सभी सीटी अनुसंधान अमेरिका और यूरोप में किए जाते हैं, इसलिए यह निश्चित नहीं है कि वे शैक्षिक विचार अन्य सांस्कृतिक संदर्भों में कितनी अच्छी तरह काम करते हैं।[12]

2019 के एक पेपर में तर्क दिया गया है कि कम्प्यूटेशनल थिंकिंग (सीटी) शब्द का इस्तेमाल मुख्य रूप से कंप्यूटर विज्ञान के शैक्षिक मूल्य को बताने के लिए शॉर्टहैंड के रूप में किया जाना चाहिए, इसलिए इसे स्कूल में पढ़ाने की आवश्यकता है।[30] रणनीतिक लक्ष्य सीटी के लिए ज्ञान के भंडार या मूल्यांकन विधियों की पहचान करने की कोशिश से अधिक स्कूल में कंप्यूटर विज्ञान को एक स्वायत्त वैज्ञानिक विषय के रूप में मान्यता देना है। इस तथ्य पर जोर देना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है कि सीटी से जुड़ी वैज्ञानिक नवीनता गणित की समस्या को हल करने से लेकर कंप्यूटर विज्ञान की समस्या को हल करने की ओर बदलाव है। प्रभावी एजेंट के बिना, जो समस्या को हल करने के लिए प्राप्त निर्देशों को स्वचालित रूप से निष्पादित करता है, कोई कंप्यूटर विज्ञान नहीं होगा, बल्कि केवल गणित होगा। उसी पेपर में एक और आलोचना यह है कि समस्या समाधान पर ध्यान केंद्रित करना बहुत संकीर्ण है, क्योंकि किसी समस्या को हल करना उस स्थिति का एक उदाहरण मात्र है जहां कोई एक निर्दिष्ट लक्ष्य तक पहुंचना चाहता है। इसलिए पेपर क्यूनी, स्नाइडर और विंग द्वारा मूल परिभाषाओं का सामान्यीकरण करता है[31] और अहो[1] इस प्रकार: कम्प्यूटेशनल सोच एक स्थिति को मॉडलिंग करने और एक सूचना-प्रसंस्करण एजेंट के बाहरी रूप से निर्दिष्ट (लक्ष्यों के सेट) तक पहुंचने के लिए प्रभावी ढंग से काम करने के तरीकों को निर्दिष्ट करने में शामिल विचार प्रक्रियाएं हैं।

सीटी की कई परिभाषाएँ इसे केवल कौशल स्तर पर वर्णित करती हैं क्योंकि इसके विकास के पीछे की गति एसटीईएम शिक्षा को बढ़ावा देने के इसके वादे से आती है। और, एसटीईएम शिक्षा में नवीनतम आंदोलन उन सुझावों (सिद्धांतों को सीखने के माध्यम से) पर आधारित है जो हम छात्रों को विशेषज्ञों की मन की आदतें सिखाते हैं। इसलिए, चाहे वह कम्प्यूटेशनल सोच हो, वैज्ञानिक सोच हो, या इंजीनियरिंग सोच हो, प्रेरणा एक ही है और चुनौती भी एक ही है: नौसिखियों को विशेषज्ञों की दिमागी आदतें सिखाना स्वाभाविक रूप से समस्याग्रस्त है क्योंकि उन्हें विशेषज्ञों के समान सोच प्रक्रियाओं में संलग्न करने के लिए आवश्यक सामग्री ज्ञान और अभ्यास कौशल की आवश्यकता होती है। केवल जब हम विशेषज्ञों की मन की आदतों को मौलिक संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं से जोड़ते हैं तो हम उनके कौशल-सेट को अधिक बुनियादी दक्षताओं तक सीमित कर सकते हैं जिन्हें नौसिखियों को सिखाया जा सकता है। केवल कुछ ही अध्ययन हुए हैं जो वास्तव में सीटी के संज्ञानात्मक सार को संबोधित करते हैं। उनमें से, यासर (एसीएम का संचार, खंड 61, संख्या 7, जुलाई 2018) [32] सीटी को ऐसी सोच के रूप में वर्णित किया गया है जो एक कम्प्यूटेशनल उपकरण द्वारा उत्पन्न/सुविधा प्रदान करती है, चाहे वह जैविक हो या इलेक्ट्रॉनिक। तदनुसार, केवल कंप्यूटर वैज्ञानिक ही नहीं, बल्कि हर कोई सीटी को नियोजित करता है, और इसे शिक्षा और अनुभव के माध्यम से बेहतर बनाया जा सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

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