運算思維(Computational Thinking)
Problem Solving with CS Mindset
運算思維是什麼? 核心概念

運算思維是一種以「計算機科學概念」為基礎的解決問題方式,不只用在程式設計,也可以運用在日常生活與各種領域。

它包含一套思考方法,用來:

  • 分析問題
  • 設計解決方案
  • 並讓電腦或自動化工具來執行這些方案

重點:運算思維不是只在學寫程式,而是在培養「抽象化、邏輯推理、分解問題」的能力。

運算思維的四大核心要素 Decomposition / Pattern / Abstraction / Algorithm

1. 分解問題(Decomposition)

將一個複雜的問題分解成較小、較容易解決的部分。

  • 例如要設計一個線上購物系統,可以分成:
  1. 用戶註冊功能
  2. 商品瀏覽功能
  3. 購物車功能
  4. 結帳功能

2. 模式辨識(Pattern Recognition)

找出問題中的相似性或重複性,利用模式來簡化解決方案。

  • 例:判斷多個數字哪些是質數,可以利用質數的性質來縮小檢查範圍。
    • 先了解質數定義:只能被 1 和自己整除。
    • 再思考:根據定義,如何有效判斷一個數是否為質數?
    • 何謂質數(維基百科)

3. 抽象化(Abstraction)

忽略不必要的細節,只專注於關鍵部分,建立更簡潔的模型。

例:畫地圖時,我們會重點標示「主要道路與地標」,而不會把每條小巷都畫出來。

4. 算法設計(Algorithm Design)

設計一組明確的步驟來解決問題或完成任務。

例:設計洗牌演算法,讓撲克牌每次都能「公平且隨機」地被打亂。

運算思維的實際應用 不只在電腦課

1. 日常生活

  • 規劃旅行:
    分解為交通、住宿、行程等子問題(分解問題),
    找到最順的路線(模式辨識),
    略過不必要的景點(抽象化),
    按日期安排每日行程(算法設計)。

2. 教育

  • 協助學生理解數學題目,學會如何「分步」解決方程式。
  • 設計實驗流程來驗證假設,也是一種演算法設計。

3. 商業決策

  • 在資料分析中,先分解分析目標(例:市場需求、客戶行為)。
  • 從資料中找出模式(例:季節性銷售趨勢)。
  • 再設計策略來解決銷售問題(演算法與流程)。

運算思維 = 化繁為簡 + 有系統地解決問題。
在數位時代,這已經是每個人的重要能力。

範例演練:過橋問題 思考流程比答案更重要

你可以試著先自己想想:如何設計「最少時間」讓所有人安全過橋?
思考順序可以對照「分解問題 → 找模式 → 抽象化 → 設計步驟」。

影片連結:
過橋問題(YouTube)