หน่วยที่ 3 การเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหา

3.2 พื้นฐานการเขียนโปรแกรม

หน่วยย่อยที่ 1: การแสดงผลและเสียง (Display & Sound)

🎯 จุดประสงค์การเรียนรู้

• อธิบายโครงสร้างหน้าจอแสดงผลแบบตารางพิกัด (Matrix Coordinates) ได้

• เขียนโปรแกรมควบคุมการเปิด-ปิดหลอดไฟ LED แต่ละดวงได้อย่างแม่นยำ

• สร้างภาพเคลื่อนไหว (Animation) พื้นฐานพร้อมใส่เสียงประกอบได้

1. ทำความรู้จักหน้าจอ LED Matrix 5x5

บอร์ด Micro:bit มีหลอดไฟ LED เรียงกันเป็นตารางขนาด 5 แถวแนวนอน และ 5 แถวแนวตั้ง รวมทั้งหมด 25 ดวง การสั่งงานหน้าจอนี้จะใช้หลักการคล้ายกับ กราฟพิกัด (X,Y) ในวิชาคณิตศาสตร์ แต่มีจุดที่แตกต่างกันเล็กน้อย คือ จุดเริ่มต้น (0,0) จะอยู่มุมซ้ายบนสุด

• แกน X (แนวนอน): เริ่มจาก 0 (ซ้ายสุด) ไปถึง 4 (ขวาสุด)

• แกน Y (แนวตั้ง): เริ่มจาก 0 (บนสุด) ไปถึง 4 (ล่างสุด)

ข้อควรจำ: พิกัดมุมขวาล่างสุดของหน้าจอ Micro:bit คือ (X: 4, Y: 4) ไม่ใช่ (5,5) เพราะระบบคอมพิวเตอร์มักจะเริ่มนับจากเลข 0 เสมอ

2. บล็อกคำสั่งหมวด Basic (พื้นฐาน) 

เป็นกลุ่มบล็อกสีฟ้าที่ใช้บ่อยที่สุดเกี่ยวกับการแสดงผล 

3. บล็อกคำสั่งหมวด LED (ควบคุมจุดพิกัด) 

หากเราต้องการควบคุมไฟทีละดวงแบบเจาะจง ให้ใช้กลุ่มบล็อกสีม่วง 

4. บล็อกคำสั่งหมวด Music (เสียงและดนตรี)

play melody : สร้างทำนองเพลงแบบง่ายๆ โดยสามารถคลิกเลือกโน้ตดนตรีในตาราง และปรับจังหวะความเร็ว (Tempo) ได้ 

หน่วยย่อยที่ 2: ลูป (Loop) - ศิลปะแห่งการทำซ้ำ 

🎯 จุดประสงค์การเรียนรู้

• อธิบายแนวคิดและประโยชน์ของการทำงานแบบวนซ้ำ (Loop) ในการเขียนโปรแกรมได้

• เลือกใช้คำสั่งวนซ้ำประเภทต่างๆ (Forever, Repeat, For, While) ได้เหมาะสมกับสถานการณ์

• ประยุกต์ใช้ Loop เพื่อลดความซ้ำซ้อนของชุดคำสั่งตามหลักการ DRY (Don't Repeat Yourself) ได้

1.ทำไมต้องใช้ ลูป (Loop)

• ในการเขียนโปรแกรม หากเราต้องการสั่งให้ไฟกะพริบ 100 ครั้ง การลากคำสั่งเปิด-ปิดไฟมาวางต่อกัน 200 บล็อก จะทำให้ไฟล์มีขนาดใหญ่ โปรแกรมทำงานช้า อ่านยาก และหากต้องการแก้ไข (เช่น เปลี่ยนรูปไฟกะพริบ) ก็ต้องแก้ถึง 100 จุด!

• โปรแกรมเมอร์จึงยึดหลักการ DRY (Don't Repeat Yourself - อย่าทำอะไรซ้ำซ้อน) โดยใช้คำสั่ง "ลูป (Loop)" เข้ามาช่วย เพื่อสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงานชุดเดิมซ้ำๆ ตามเงื่อนไขที่กำหนด ทำให้โค้ดสั้นลง เป็นระเบียบ และแก้ไขได้ง่าย

2. บล็อกคำสั่งหมวด Loops (สีเขียว)

• ใน MakeCode มีลูปให้เลือกใช้ 4 ประเภทหลัก ซึ่งเหมาะกับสถานการณ์ที่ต่างกัน

ภารกิจที่ 1: "รหัสมอร์สขอความช่วยเหลือ (SOS)" 

เป้าหมาย: ใช้ลูป repeat เพื่อลดความซ้ำซ้อนของโค้ด

• สถานการณ์: รหัสมอร์สคำว่า SOS ประกอบด้วย: สั้น 3 ครั้ง (...) , ยาว 3 ครั้ง (---) , และ สั้น 3 ครั้ง (...)

• วิธีทำ:

  1. ใช้บล็อก on button A pressed เป็นจุดเริ่มต้น

  2. ใช้ลูป repeat 3 times ชุดที่ 1: ใส่ไฟกะพริบแบบสั้น (หน่วงเวลา 200 ms)

  3. ใช้ลูป repeat 3 times ชุดที่ 2: ใส่ไฟกะพริบแบบยาว (หน่วงเวลา 800 ms)

  4. ใช้ลูป repeat 3 times ชุดที่ 3: ใส่ไฟกะพริบแบบสั้น (หน่วงเวลา 200 ms)

• สังเกตผลลัพธ์: หากนักเรียนไม่ใช้ลูป นักเรียนจะต้องใช้บล็อกคำสั่งถึง 36 บล็อก! แต่เมื่อใช้ลูป จะเหลือเพียงไม่กี่บล็อกเท่านั้น

หน่วยย่อยที่ 3: คำสั่งจัดการเงื่อนไข (Conditionals) 

🎯 จุดประสงค์การเรียนรู้

• อธิบายหลักการตัดสินใจของคอมพิวเตอร์ผ่านตรรกะแบบบูลีน (Boolean Logic: จริง/เท็จ) ได้

• ใช้งานตัวดำเนินการเปรียบเทียบ (เช่น มากกว่า, น้อยกว่า, เท่ากับ) ในการกำหนดเงื่อนไขได้ถูกต้อง

• เขียนโปรแกรมโดยใช้โครงสร้าง If-Else เพื่อให้โปรแกรมสามารถตัดสินใจเลือกการทำงานตามสถานการณ์ต่างๆ ได้

1. คอมพิวเตอร์ตัดสินใจได้อย่างไร

มนุษย์เรามีการตัดสินใจตลอดเวลา เช่น "ถ้าวันนี้ฝนตก ฉันจะพกร่ม มิฉะนั้น ฉันจะใส่หมวก" คอมพิวเตอร์ก็เช่นกัน แต่คอมพิวเตอร์จะเข้าใจและตัดสินใจจากสถานการณ์ที่มีคำตอบเพียง 2 ทางเลือกเท่านั้น คือ "เป็นจริง (True)" หรือ "เป็นเท็จ (False)" ซึ่งเราเรียกตรรกะนี้ว่า Boolean Logic

2. ตัวดำเนินการเปรียบเทียบ (Relational Operators)

เพื่อสร้างเงื่อนไขให้คอมพิวเตอร์ตรวจสอบ เราต้องใช้เครื่องหมายทางคณิตศาสตร์เข้ามาช่วยเปรียบเทียบค่าข้อมูล (ใน MakeCode จะอยู่ในหมวด Logic สีฟ้าฟองน้ำ)

• = : เท่ากับ

• ≠ : ไม่เท่ากับ

• < : น้อยกว่า

• > : มากกว่า

• ≤ : น้อยกว่าหรือเท่ากับ

• ≥ : มากกว่าหรือเท่ากับ

3. โครงสร้างเงื่อนไข If-Else (ถ้า... มิฉะนั้น...)

ใน MakeCode บล็อกคำสั่งเงื่อนไขจะอยู่ในหมวด Logic โดยมีโครงสร้างหลัก 3 ส่วน ได้แก่:

• If (ถ้า...): เป็นด่านแรกของเงื่อนไข โปรแกรมจะตรวจสอบว่าเงื่อนไขนี้เป็น "จริง" หรือไม่ หากเป็นจริง จะทำตามคำสั่งที่อยู่ข้างในแล้วจบการตัดสินใจทันที

• Else If (มิฉะนั้นถ้า...): หากด่านแรก (If) เป็น "เท็จ" โปรแกรมจะตกมาเช็คที่ด่านนี้แทน เราสามารถเพิ่ม Else If ได้หลายๆ อันเพื่อสร้างทางเลือกที่หลากหลาย

• Else (มิฉะนั้น...): เป็นด่านสุดท้าย หากเงื่อนไขด้านบนทั้งหมดเป็น "เท็จ" โปรแกรมจะถูกบังคับให้ทำคำสั่งในกล่อง Else เสมอ

4. การเชื่อมเงื่อนไข (Logical Operators)

หากสถานการณ์มีความซับซ้อนและต้องตรวจสอบหลายเงื่อนไขพร้อมกัน เราจะใช้ตัวเชื่อม:

• AND (และ): เงื่อนไขย่อย ทั้งหมดต้องเป็นจริง ผลลัพธ์รวมถึงจะเป็นจริง 

(เช่น ต้องมีรหัสผ่านถูกต้อง AND สแกนนิ้วผ่าน ประตูถึงจะเปิด)

• OR (หรือ): ขอแค่มีเงื่อนไขย่อย อันใดอันหนึ่งเป็นจริง ผลลัพธ์รวมก็จะเป็นจริงทันที 

(เช่น วันนี้เป็นวันเสาร์ OR วันอาทิตย์ ถือว่าเป็นวันหยุด)

• หน่วยย่อยที่ 5 : ผังงาน (Flowchart) และการถอดรหัสความคิด 

เป้าหมาย: นักเรียนสามารถแปลงโค้ดกลับมาเป็นสัญลักษณ์มาตรฐาน และใช้ออกแบบระบบก่อนเขียนโปรแกรมได้   

ความสำคัญของ Flowchart: ในโลกการทำงานจริง โปรแกรมเมอร์ไม่ได้เริ่มที่การเปิดคอมพิมพ์โค้ด แต่เริ่มที่กระดาษและ Flowchart เพื่อให้ทีมงานทุกคน (รวมถึงคนที่ไม่ใช่โปรแกรมเมอร์) เข้าใจระบบตรงกัน

กิจกรรมที่ 1 "วิศวกรถอดรหัส (Reverse Engineering)":

• คุณครูแจกโค้ด MakeCode ที่เขียนเสร็จแล้วบนหน้าจอ (เช่น ระบบเปิดไฟอัตโนมัติเมื่อห้องมืด)

• ให้นักเรียนทำงานคู่ ช่วยกัน "แกะโค้ด" แล้ววาดออกมาเป็น Flowchart ลงในกระดาษ

กิจกรรมที่ 2 "พิมพ์เขียวนักประดิษฐ์ (System Architecture)":

• ให้นักเรียนคิดไอเดียโครงงาน 1 อย่าง (เช่น ระบบรดน้ำต้นไม้ ให้อาหารแมว หรือตู้เซฟรหัสผ่าน)

• ไม่ต้องเขียนโค้ด แต่ให้วาด Flowchart การทำงานของระบบนั้นให้สมบูรณ์ที่สุด โดยต้องมีองค์ประกอบครบทั้ง การตั้งค่าตัวแปร, การรับ Input, เงื่อนไข Decision, และ Output