Giáo án tích hợp NLS Tin học 11 Khoa học máy tính Kết nối tri thức

Ngày soạn: .../.../...

Ngày dạy: .../.../...

BÀI 23: KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG TRÌNH

I. MỤC TIÊU:

1. Kiến thức: 

Học xong bài này, HS đạt các yêu cầu sau:

• Biết được vai trò của kiểm thử làm tăng độ tin cậy của chương trình nhưng chưa chứng minh được tính đúng của chương trình.
• Biết được các tiêu chí đánh giá hiệu quả và tính đúng của chương trình.

2. Năng lực 

Năng lực chung:

• Tự chủ và tự học: biết lắng nghe, tự giác học tập và hoàn thành nhiệm vụ; tích cực tham gia các hoạt động học tập trong lớp.
• Giao tiếp và hợp tác: có thói quen trao đổi, giúp đỡ nhau trong học tập; biết cùng nhau hoàn thành nhiệm vụ học tập theo sự hướng dẫn của GV.
• Giải quyết vấn đề và sáng tạo: ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế, phát triển khả năng giải quyết vấn đề có tính tích hợp liên môn giữa Tin học với các môn học khác.

Năng lực riêng: 

• Biết được vai trò của kiểm thử làm tăng độ tin cậy của chương trình nhưng chưa chứng minh được tính đúng của chương trình.
• Biết được các tiêu chí đánh giá hiệu quả và tính đúng của chương trình.
• Thực hiện được lập trình tính thời gian chạy của chương trình.

Năng lực số:

• 6.2.NC1a: Sử dụng được các công cụ AI tạo sinh (ChatGPT, Copilot) để sinh các bộ dữ liệu kiểm thử (Test cases) bao quát các trường hợp biên, trường hợp ngoại lệ và đề xuất giải pháp tối ưu hóa mã nguồn.
• 3.4.NC1a: Viết được chương trình kiểm thử tự động đơn giản hoặc sử dụng thư viện đo thời gian (như time trong Python) để đánh giá hiệu năng thuật toán.
• 2.3.NC1b: Phân tích và lựa chọn được các bộ dữ liệu mẫu đại diện để đánh giá tính đúng đắn của chương trình một cách khách quan.

3. Phẩm chất

• Trách nhiệm, tính cẩn thận khi làm việc nhóm, phẩm chất làm việc chăm chỉ, chuyên cần để hoàn thành một nhiệm vụ.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 

1. Đối với giáo viên 

• SGK, tài liệu giảng dạy, giáo án PPT.
• Máy tính, máy chiếu.
• Video AI tạo bằng công cụ AI được dùng để khởi động bài học.

2. Đối với học sinh:

• SGK, SBT Tin học 11, vở ghi chép.
• Tài liệu, thiết bị có liên quan đến nội dung bài học.
• Thiết bị di động/máy tính có kết nối Internet (sử dụng theo nhóm).

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

a) Mục tiêu: GV khơi gợi sự tò mò của HS đến việc đánh giá tính tối ưu, hiệu quả của chương trình.

b) Nội dung: GV tổ chức trả lời câu hỏi ở phần Mở đầu, thông qua đó làm quen với kiểm thử và đánh giá chương trình.

c) Sản phẩm: Dựa vào kiến thức của bản thân, HS thực hiện yêu cầu GV đưa ra. 

d) Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ: 

- GV yêu cầu xem video AI được thiết kế để phục vụ bài dạy và trả lời câu hỏi xuất hiện trong video đó.

- GV dẫn dắt, đặt vấn đề cho HS: Trong các bài trước em đã học cách thiết kế thuật toán cho một số bài toán như bài toán tìm kiếm, bài toán sắp xếp và thiết lập chương trình thực hiện thuật toán đó. Một bài toán có thể có nhiều thuật toán khác nhau và do đó có thể có nhiều chương trình khác nhau cùng giải quyết một bài toán.

- GV đặt câu hỏi yêu cầu HS trả lời:

+ Làm thế nào để biết trong các thuật toán giải cùng một bài toán thì thuật toán nào là tốt nhất?

+ Có những tiêu chí nào để đánh giá tính "tối ưu" của một thuật toán?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập:

- HS xem video và suy nghĩ câu trả lời.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: 

- GV gọi đại diện một số HS trả lời.

- HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện:

- GV nhận xét, đánh giá và kết luận.

[6.1.NC1a: HS sử dụng công cụ AI hoặc sản phẩm số do GV cung cấp để tiếp nhận thông tin, trả lời câu hỏi đơn giản.

2.1.NC1a: HS thực hiện các tương tác cơ bản với học liệu số (xem video, trả lời câu hỏi trên môi trường số).

1.1.NC1a: HS tiếp cận, khai thác được thông tin từ nguồn học liệu số dưới sự hướng dẫn của GV.]

- GV nhận xét câu trả lời của HS. Trên cơ sở đó, GV dẫn dắt HS vào bài học mới: Bài 23: Kiểm thử và đánh giá chương trình.

B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Tìm hiểu vai trò của kiểm thử chương trình

a) Mục tiêu: Giúp HS hiểu được các phương pháp kiểm thử đã học ở lớp 10 không chứng minh tính đúng của thuật toán hay chương trình, mà chỉ có thể làm tăng độ tin cậy của chương trình. Sử dụng được công cụ số để tìm hiểu kiến thức.

b) Nội dung: GV tổ chức cho HS thực hiện theo các hoạt động trong SGK và nêu được ý nghĩa của kiểm thử chương trình.

c) Sản phẩm: HS nêu được ý nghĩa của kiểm thử chương trình.

d) Tổ chức thực hiện:

Hoạt động 2: Tìm hiểu cách kiểm tra tính đúng của chương trình

a) Mục tiêu: Giúp HS biết được các cách có thể sử dụng để chứng minh tính đúng của thuật toán và chương trình.

b) Nội dung: GV tổ chức cho HS thực hiện theo các hoạt động trong SGK và nêu được cách kiểm tra tính đúng của chương trình.

c) Sản phẩm: HS nêu các cách có thể sử dụng để chứng minh tính đúng của thuật toán và chương trình.

d) Tổ chức thực hiện:

Hoạt động 3: Tìm hiểu những tiêu chí đánh giá tính hiệu quả của chương trình

a) Mục tiêu:

- Giúp HS biết và hiểu được hai tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả thuật toán và chương trình là thời gian chạy T(n) và không gian bộ nhớ sử dụng S(n).

- Sử dụng được công cụ số để tìm hiểu kiến thức.

b) Nội dung: GV tổ chức cho HS thực hiện theo các hoạt động trong SGK và nêu được các tiêu chí đánh giá tính hiệu quả của chương trình.

c) Sản phẩm: HS nêu được hai tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả thuật toán và chương trình.

d) Tổ chức thực hiện:

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a) Mục tiêu: HS củng cố kiến thức về kiểm thử và đánh giá chương trình.

b) Nội dung: HS trả lời câu hỏi trắc nghiệm và hoàn thành bài tập phần Luyện tập SGK trang 103.

c) Sản phẩm học tập: HS trả lời câu hỏi về kiểm thử và đánh giá chương trình.

d) Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ: 

- GV tổ chức trò chơi trắc nghiệm nhanh trên Quizizz hoặc Kahoot để củng cố toàn bài.

- GV cung cấp mã QR hoặc đường Links cho HS làm Phiếu bài tập, trả lời nhanh một số câu hỏi trắc nghiệm tổng kết bài học.

Câu 1: Hiệu quả hay tính tối ưu của chương trình được xem xét trên cơ sở đánh giá nào?

A. Đánh giá độ phức tạp tính toán.

B. Đánh giá độ phức tạp thời gian.

C. Đánh giá độ phức tạp không gian.

D. Đánh giá độ phức tạp vị trí chương trình.

Câu 2: Vai trò của kiểm thử chương trình là gì?

A. Tăng độ tin cậy của chương trình và chứng minh được tính đúng của thuật toán và chương trình.

B. Tăng độ tin cậy của chương trình nhưng chưa chứng minh được tính đúng của thuật toán và chương trình.

C. Chứng minh được tính đúng của thuật toán và chương trình nhưng không tăng độ tin cậy của chương trình.

D. Tăng độ tin cậy của chương trình và đưa ra những lỗi sai trong chương trình.

Câu 3: Tính đúng của thuật toán cần được chứng minh bằng gì?

A. Lập luận khoa học.

B. Lập luận toán học.

C. Lập luận tin học.

D. Lập luận vật lí.

Câu 4: Để đánh giá hiệu quả chương trình, độ phức tạp tính toán nào quan trọng nhất?

A. Chương trình dễ cài đặt.

B. Chương trình dễ bảo trì.

C. Độ phức tạp không gian.

D. Độ phức tạp thời gian.

Câu 5: Độ phức tạp tính toán phổ biến gồm mấy loại?

A. 2.

B. 3.

C. 4.

D. 5.

- GV tổ chức cho HS làm bài tập phần Luyện tập trang 110 SGK:

Bài 1. Hãy xây dựng các bộ dữ liệu kiểm thử để tìm lỗi cho chương trình tính n! với n là một số nguyên dương nhập từ bàn phím.

1        n = int(input("Nhập số n: "))

2        if n > 0:

3                 giaithua=1

4                 for i in range(1,n+1):

5                           giaithua = giaithua*i

6                 print(n,"giai thừa bằng:",giaithua)

Bài 2. Xét hàm mô tả thuật toán tính tổng các số chẵn của một dãy số cho trước.

1        def tongchan(A):

2                 S = 0

3                 for i in range(len(A)):

4                           if A[i] % 2 == 0:

5                                    S = S + A[i]

6                 return S

Tìm hai bộ dữ liệu đầu vào có cùng kích thước của thuật toán trên nhưng có thời gian chạy khác nhau.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập: 

- HS suy nghĩ, hoàn thành các bài tập GV yêu cầu.

- GV quan sát và hỗ trợ, hướng dẫn.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: 

- HS xung phong báo cáo bài tập mình làm.

- Các HS khác nhận xét, bổ sung bài làm của bạn.

Gợi ý trả lời: 

[2.1.NC1a: HS thực hiện các tương tác được xác định rõ ràng với công nghệ số (làm bài tập online) trong lớp học].

Bài 1. Với bài này thì bộ kiểm thử chỉ là một số n tự nhiên bất kì.

Bài 2. Ví dụ với hai bộ dữ liệu đầu vào sau thì thời gian chạy chương trình này sẽ phải khác nhau.

a) Bộ n số chẵn.

b) Bộ n số lẻ.

[3.4.NC1a: Sử dụng ngôn ngữ lập trình để giải quyết bài toán]

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện: 

- GV chữa bài, chốt đáp án, tuyên dương các hoạt động tốt, nhanh và chính xác.

D. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a) Mục tiêu: HS thực hiện làm bài tập Vận dụng để nắm vững kiến thức.

b) Nội dung: HS vận dụng kiến thức đã học và hiểu biết của bản thân để làm bài tập Vận dụng trang 110 SGK.

c) Sản phẩm: Câu trả lời nội dung Vận dụng.

d) Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ

- GV yêu cầu HS hoàn thành bài tập phần Vận dụng trang 110 SGK.

Bài 1. Cho dãy các số A = [3, 1, 0, 10, 13, 16, 9, 7, 11].

a) Viết chương trình mô tả thuật toán tìm kiếm phần tử C = 9 của dãy trên. Tính thời gian chính xác thực hiện công việc tìm kiếm này.

b) Giả sử dãy A ở trên đã được sắp xếp theo thứ tự tăng dần: A = [0, 1, 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 16]. Viết chương trình tìm kiếm phần tử C = 9 theo thuật toán tìm kiếm nhị phân. Tính thời gian thực hiện thuật toán. So sánh với kết quả tìm kiếm ở câu a.

Bài 2. Viết ba chương trình mô phỏng các thuật toán sắp xếp chèn, sắp xếp chọn và sắp xếp nổi bọt mà em đã biết. Cho biết thời gian thực hiện các chương trình trên với bộ dữ liệu đầu vào là dãy A = [3, 1, 0, 10, 13, 16, 9, 7, 5, 11].

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS tự tìm hiểu, đưa ra ý kiến.

- GV điều hành, quan sát, hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- HS trình bày kết quả.

Kết quả:

Bài 1: Chương trình tính thời gian thực tế của thuật toán tìm kiếm tuần tự trên cùng  một dãy có thể như sau:

1        from time import perf_counter

2        def LinearSearch(A,K):

3                 for i in range(len(A)):

4                           if A[i] == K:

5                                    return i

6                 return -1

7        deft BinarySearch(A,K):

8                 left = 0

9                 right = len(A) – 1

10               while left <= right:

11                         mid = (left + right)//2

12                         if A[mid] == K:

13                                  return mid

14                         elif A[mid] < K:

15                                  left = mid + 1

16                         else:

17                                  right = mid – 1

18               return -1

19

20      A = [3, 1, 0, 10, 13, 16, 9, 7, 5, 11]

21      K = 9

22      t1 = perf_counter()

23      LinearSearch(A,K)

24      t2 = perf_counter()

25      print("Tìm kiếm tuần tự:", round(t2-t1,50))

26      B = sorted(A)

27      t1 = perf_counter()

28      BinarySearch(B,K)

29      t2 = perf_counter()

30      print("Tìm kiếm nhị phân:", round(t2-t1,50))

Bài 2: Chương trình gộp tính thời gian thực tế cho ba thuật toán sắp xếp chèn, sắp xếp chọn, sắp xếp nổi bọt như sau:

1        from time import perf_counter

2        def InsertionSort(A):

3                 n = len(A)

4                 for i in range(1,n):

5                           value = A[i]

6                           j = i-1

7                           while j >= 0 and A[j] > value:

8                                     A[j+1] = A[j]

9                                    j = j – 1

10                         A[j+1] = value

11      deft SelectionSort(A):

12               n = len(A)

13               for i in range(n-1):

14                         iMin = i

15                         for j in range(i+1,n):

16                                  if A[j] < A[iMin]:

17                                            iMin = j

18                                            A[i],A[iMin] = A[iMin],A[i]

19      deft BubbleSort(A):

20               n = len(A)

21               for i in range(n-1):

22                         for j in range(n-1-i):

23                                  if A[j] > A[j+1]:

24                                            A[j],A[j+1] = A[j+1],A[j]

25

26

27      A = [3, 1, 0, 10, 13, 16, 9, 7, 5, 11]

28      A1,A2,A3 = A.copy(),A.copy(), A.copy()

29      t1 = perf_counter()

30      InsertionSort(A1)

31      t2 = perf_counter()

32      print("Sắp xếp chèn:",t2-t1)

33      t1 = perf_counter()

34      SelectionSort(A)

35      t2 = perf_counter()

36      print("sắp xếp chọn:",t2-t1)

37      t1 = perf_counter()

38      BubbleSort(A)

39      t2 = perf_counter()

40      print("sắp xếp nổi bọt:",t2-t1)

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện

- GV nhận xét, đánh giá, đưa ra một vài ý mà HS còn thiếu, chốt đáp án.

- GV tổng kết tiết học.

[3.4.NC1a: Sử dụng ngôn ngữ lập trình để giải quyết bài toán]

* HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

• Ghi nhớ kiến thức trong bài. 
• Hoàn thành các bài tập trong SBT.
• Chuẩn bị bài mới Bài 24 – Đánh giá độ phức tạp thời gian thuật toán.