التفكير الحاسوبي والروبوتات الدرس 3
موضوع الدرس: الخوارزميات
المُدخلات، المُعالجة والمُخرجات.
نظرة إلى الخلف....
أهداف الدرس
• يتعرّف الطلاب على مصطلح خوارزمية.�• يتمرّن الطلاب على كتابة خوارزمية للأعمال اليومية.
• يربط الطلاب بين مصطلح خوارزمية وعالَم الروبوتيكا.
بَعد أن تعلّمنا ما هو الروبوت، وعرّفنا النظام التكنولوجي بمساعدة
المصطلحات إدخال، مُعالجة ومُخرجات، ننتقل إلى الخطوة التالية ونسأل:�
للإجابة عن السؤال وفهم كيفية حدوث عملية المُعالجة، يجب أن نتعرّف على مصطلح خوارزمية (باللغة الإنجليزية Algorithm ).
كيف يُنفّذ الروبوت مهام؟
كيف يعرف ماذا يفعل؟
الخوارزمية
الخوارزمية هي سلسلة من العمليات التي تصف كيفية حل مشكلة أو تنفيذ مهمة معينة.�
ما هي الخوارزمية؟
ينتمي المصطلح "خوارزمية" إلى مجال الرياضيات وعلوم الحاسوب، ولكننا نستخدمه في الحياة اليومية أيضًا. �
تسلسل العمليات الروتينية التي نُنفّذها يوميًّا،
هي بالأساس عمليات خوارزمية.�
نطلب من الطلاب أن يقترحوا أفكارًا لمهام يُمكن
تنفيذها بمساعدة تعليمات واضحة.
هل تعلمون؟
مثال:
المهمة: تحضير بيض عيون مقلي
خوارمية تحضير بيض عيون مقلي
1. أخرجوا بيضة من القالب.
2. اكسروا القشرة.
3. اسكبوا محتواها إلى داخل الوعاء.
4. سخنوا قليلًا من الزيت في مقلاة على الغاز.
5. اسكبوا محتوى البيضة إلى المقلاة.
6. اقلوا عدّة دقائق حتى يصبح الزلال ذهبي في الأطراف،
والصفار سائل قليلًا.
فكروا بعد قراءة الخوارزمية:
(يترك الغاز يشتعل، لأنه لم يُطلب منه إغلاق الغاز، يترك البيضة المقلية في المقلاة).
هل ينجح الروبوت في تنفيذ المهمة بشكل كامل؟ �( لا توجد لدى الروبوت، على عكس الإنسان، معرفة مسبقة، فهو لا يعرف ما هو الزلال، ، الصفار والقليل من الزيت).
ادخال
تعلّمنا في الدرس السابق عن الإدخال، الإخراج وكيفية ارتباطها بالخوارزمية. خوارزمية تحضير "بيض عيون" تستقبل مكوِّنات (البيض والزيت) كمُدخلات ويخرج "بيض عيون" كمُخرجات. خوارزمية تشغيل "الغسالة" تستقبل مسحوق الغسيل ومنعم الأقمشة والملابس كمُدخلات ويخرج غسيل نظيف ومعطر كمُخرجات.
الإدخال والإخراج في الخوارزمية
مُعالجة
إخراج
خوارزمية
فكروا في أمثلة إضافية ...
تعليمات واضحة
عندما نكتب خوارزمية نشدّد على:
نقطة النهاية
ترتيب العمليات
ترتيب العمليات
شاهد الفيلم القصير التالي:�
https://www.youtube.com/watch?v=cDA3_5982h8&ab_channel=JoshDarnit
ما هو الاستنتاج؟
الاستنتاج: من أجل أداء المهمة بأكملها، من المهم التشديد على صياغة العمليات بشكل واضح ودقيق. قد يؤدي التغيير في ترتيب العمليات إلى حدوث خطأ في النتيجة النهائية. �
في الفيلم القصير، حضَّر الأب شطيرة لأطفاله حسب تسلسل العمليات التي حددوها. �رأينا أنه عندما لا يتمّ كتابة تسلسل العمليات بدقة، لا يمكن تحقيق نتيجة جيدة.�
ترتيب العمليات
هيا بنا نتدرب على تسلسل العمليات في خوارزمية تحضير البيتزا ، انقروا على الرابط
عندما نكتب خوارزمية نُشدد على صياغة واضحة ودقيقة
التعليمات الواضحة هي تعليمات لها معنى واحد فقط، أي أن كل من يقرأها يفهم نفس الشيء بالضبط. �مثال: عندما نكتب "يجب أن تتقدّم عدة خطوات"، قد ينفّذها كل شخص بشكل مختلف، لأننا لم نكتب عدد الخطوات الدقيق.
تعليمات واضحة
عندما نكتب خوارزمية نُشدد على تعليمات واضحة
الخطوة الأخيرة والأكثر أهمية في الخوارزمية هي نقطة النهاية/نقطة التوقف. �معظم الناس لديهم معرفة مسبقة عند قيامهم بأعمال معينة، لذا حتى لو لم نطلب منهم "إيقاف تشغيل الغاز" / "إغلاق الحنفية" فإنهم يعرفون كيفية القيام بذلك.
من ناحية أخرى ، عندما نكتب خوارزمية لأشخاص ليس لديهم معرفة مسبقة/ روبوتات، يجب أن نتأكد من إضافة نقطة توقف، على سبيل المثال: "أوقف تشغيل الغاز عندما يصبح الزلال ذهبيًا في الأطراف".
نقطة النهاية
عندما نكتب خوارزمية نُشدد على نقطة النهاية/ نقطة التوقف
هيا بنا نتمرّن
شددوا على:�1. ترتيب العمليات 2. تعليمات واضحة 3. نقطة النهاية�
اكتبوا خوارزمية لغسل اليدين بشكل صحيح
اكتبوا خوارزمية لعبور الشارع بشكل آمن
أضيفوا، في الخوارزمية،
أوامر، مثل: "تكرار" أو
العبارة الشرطية
"إذا" ... "فإنّ"
اختياري
شددوا على:�1. ترتيب العمليات 2. تعليمات واضحة 3. نقطة النهاية�
1. يختار الطلاب عملية بسيطة يتمّ تنفيذها بشكل روتيني ويكتبون خوارزمية لها.� مثلًا: كتابة في دفتر ملاحظات (إخراج أدوات الكتابة من المقلمة، فتح دفتر الملاحظات وإلخ)، ربط رباط الحذاء، السير من بوابة المدرسة إلى المنزل (التطرُّق إلى الاتجاهات ، التوقف قبل عبور ممر المشاة).
2. يقرأ الطلاب الخوارزمية التي كتبوها أمام أصدقائهم، � يُنفّذ الزملاء المهمة وفقًا للتعليمات.
3. نقاش بَعد التمرُّن:
هل نفّذ جميع الطلاب المهمة بنجاح؟ � هل كان هناك اختلاف في طريقة التنفيذ؟
ماذا حدث عندما عَمِل الطلاب، بالضبط، وفقًا للعمليات التي حدّدتموها؟
اقتراح نشاط
أكملوا الجملة:�
الخوارزمية الجيدة هي:
اقتراح نشاط إضافي:
الصقوا العدد 8 على الأرض كما
يظهر في الساعة الرقمية (باستخدام
7 خطوط). يختار كل طالب عددًا
من الأعداد 1-9، ويكتب خوارزمية
مناسبة للعدد الذي اختاره: شددوا
على نقطة البداية ، عدد
الخطوات وإلخ.
تعرض الساعة الرقمية الأرقام بواسطة سَبع قِطع.
اقتراح نشاط إضافي
مثال: الرقم 7� قف على النقطة اليسرى العلوية، تقدّم خطوة واحدة إلى الأمام، انعطف يمينًا 90 درجة ، تقدّم خطوتين إلى الأمام. ما هو الرقم الذي تم الحصول عليه؟
تحضيرات أولية: الصقوا القطع السبعة على الأرض بمساعدة شريط لاصق كما هو موضح في الساعة الرقمية.
يجب استخدام المصطلحات: علوي/ سفلي/ الأوسط، عدد الخطوات، الاتجاهات
إلخ.
2. يحصل طالب آخر على تعليمات من مؤلف الخوارزمية، يتقدّم على الشريط اللاصق
ويحدّد الرقم الذي حصل عليه.
1
2
3
4
6
5
7
��تتمّ ترجمة سلسلة عمليات الخوارزمية إلى كود لبرمجة
الروبوت أو الحاسوب. �يعمل الروبوت وفقًا للكود المحدّد له.
بَعد أن فهمنا مصطلح الخوارزمية، نعود إلى مجال الروبوتات والسؤال الذي افتتحنا به الدرس: �
العلاقة بين الخوارزمية والروبوتات
من المهم أن تتذكروا!
أحد أهداف الروبوت
هو حل مشاكل
الإنسان.
كيف يتعلّم الروبوت كيفية تنفيذ مهام؟
�بمساعدة الخوارزمية.
الإجابة:
على اسم مَنْ سُمّيت الخوارزمية؟
سُمّيت الخوارزمية على اسم عالِم رياضيات، وعالِم فلك وجغرافيا، اسمه محمد بن موسى الخوارزمي (Muammad ibn Ms al-Khwrizm) �نَتَج المصطلح خوارزمية من تشويه اسمه في الترجمة اللاتينية، من الاسم�خوارزمي إلى -Algorithmi�ساهم الخوارزمي مساهمة كبيرة في العديد من مجالات العلوم
وفي تأسيس علم الجبر.
�
اقرأوا المزيد عنه في ويكيبيديا ويوريكا
"لدي مصطلح"
ماذا تعلَّمنا ....
تلخيص
ندعوكم لتلخيص ما تمّ تقديمه في هذه الوحدة من خلال مسابقة
خوارزمية
طريقة منهجية أو تسلسل عمليات تصف كيفية حل مشكلة أو تنفيذ مهمة معينة.
عندما نكتب خوارزمية نُشدد على:
1. ترتيب العمليات.�2. تعليمات واضحة.
3. نقطة النهاية.
لغة الكود (البرمجة)
اللغة التي نكتب بها الخوارزمية للروبوت ليُنفّذ المهمة المطلوبة.
إثراء
شاهدوا حلقة رائعة ومسلية عن الخوارزمية
خوارزمية برين بوب Brainpop