Giáo án Bài 30. Kiểm thử và gỡ lỗi chương trình

Nêu được vấn đề: một hàm có thể cho đúng kết quả với vài ca nhưng vẫn sai với ca khác, nên cần kiểm thử.

GV trình chiếu hàm sau và yêu cầu HS dự đoán kết quả trước khi chạy:

• def lon_nhat(a,b): m=0; if a>m: m=a; if b>m: m=b; return m
• Câu hỏi 1: Với $a=4$, $b=4$ hàm trả về bao nhiêu?
• Câu hỏi 2: Với $a=9$, $b=2$ hàm trả về bao nhiêu?
• Câu hỏi 3: Với $a=-5$, $b=-2$ hàm trả về bao nhiêu? Đây có phải số lớn nhất không?

• Dự đoán đúng: hai ca $(4,4)$ và $(9,2)$ cho $4$ và $9$.
• Ca $(-5,-2)$ mong đợi kết quả $-2$, nhưng hàm trả về $0$, nên kết quả sai.
• Kết luận ban đầu: hàm đúng với số dương nhưng sai với số âm; cần thử nhiều loại ca khác nhau.

Giải thích được vì sao bộ thử cần gồm ca thường, ca biên và bằng nhau, ca số âm và ca không hợp lệ theo miền; thiết kế được bộ ca và ghi kết quả mong đợi trước khi chạy.

HS làm việc theo nhóm 4 bằng kĩ thuật khăn trải bàn, điền vào Phiếu học tập số 1 (bộ ca cho hàm lon_nhat(a,b) tìm số lớn nhất của hai số).
Nhiệm vụ: với mỗi loại ca, chọn đầu vào, ghi kết quả mong đợi trước khi chạy, sau đó chạy và ghi kết quả thực tế.
Các loại ca cần có: ca thường, ca biên hoặc bằng nhau, ca số âm, ca không hợp lệ theo miền.
Câu hỏi GV đặt ra: “Vì sao phải ghi kết quả mong đợi trước khi chạy?” và “Ca nào phát hiện được lỗi khởi tạo $m=0$?”

Bộ ca kiểm thử đầy đủ của nhóm, ví dụ:

• Ca thường: $a=9$, $b=2$, mong đợi $9$.
• Ca bằng nhau: $a=4$, $b=4$, mong đợi $4$.
• Ca số âm: $a=-8$, $b=-3$, mong đợi $-3$.
• Ca không hợp lệ theo miền: hàm chỉ nhận số, đầu vào $a$ là chuỗi “5”, $b=3$; mong đợi chương trình báo lỗi rõ ràng, không in kết quả sai.
  Kết luận HS rút ra: bộ thử tốt phải có đủ các nhóm ca trên, và kết quả mong đợi phải được xác định trước khi chạy.

Vận dụng được cách gỡ lỗi bằng vết hoặc lệnh in tạm; giải thích được nguyên nhân lỗi khởi tạo $m=0$; sửa được chương trình và thử lại ca đã lỗi cùng ca khác.

HS làm việc theo cặp đôi, dùng Phiếu học tập số 2 để theo dõi vết của ca $a=-5$, $b=-2$ trong hàm lỗi ở phần mở đầu.
Các bước: (1) ghi giá trị của $m$ sau từng lệnh; (2) xác định lệnh nào gây sai; (3) sửa hàm; (4) thử lại ca $(-5,-2)$ và các ca khác $(4,4)$, $(9,2)$, $(-8,-3)$.
Có thể dùng lệnh in tạm, ví dụ print("m =", m), để xem giá trị biến. Sau khi tìm được lỗi, phải xoá lệnh in tạm khỏi sản phẩm nộp.
Bài tập vận dụng: đưa phản ví dụ cho hàm có m=0 và sửa lỗi (đặt m bằng a rồi xét b, hoặc dùng hai nhánh so sánh trực tiếp).

• Vết ca $(-5,-2)$: $m=0$; xét $a>m$: $-5>0$ sai, không cập nhật; xét $b>m$: $-2>0$ sai, không cập nhật; trả về $0$.
• Phản ví dụ: $a=-5$, $b=-2$, kết quả $0$, mong đợi $-2$.
• Nguyên nhân: khởi tạo $m=0$ giả định dữ liệu dương, nên không phù hợp với số âm.
• Sửa đổi (một cách tương đương đúng):
  def lon_nhat(a,b):
  m=a
  if b>m:
  m=b
  return m
• Thử lại: $(-5,-2)$ cho $-2$; $(4,4)$ cho $4$; $(9,2)$ cho $9$. Sản phẩm sau khi xoá lệnh in tạm.

Đọc đúng kết quả chương trình với các ca thường, bằng nhau và số âm; nhận biết giới hạn của kiểm thử và sắp xếp đúng quy trình giải quyết nhiệm vụ.

GV tổ chức trò chơi “Ai nhanh hơn” và chiếu lần lượt sáu câu (có thể làm trên bài tập tương tác NeoEdu). HS giơ thẻ A, B, C, D hoặc làm trên bảng con:

1. Chương trình def f(a,b): return a if a>b else b, in ra f(3,8)?
2. Cùng hàm trên, in ra f(4,4)?
3. Cùng hàm trên, in ra f(-8,-3)?
4. Kiểm thử có chứng minh mọi chương trình đúng với mọi đầu vào không? A. Không với một bộ ca hữu hạn thông thường; B. Có chỉ cần 1 ca; C. Có nếu không báo lỗi; D. Có nếu in nhiều.
5. Ca toàn số âm có thể phát hiện lỗi khởi tạo $m=0$ không? (Đúng/Sai)
6. Sắp xếp các bước: (a) Chạy và ghi sai khác; (b) Sửa rồi chạy lại bộ ca; (c) Tạo ca và kết quả mong đợi; (d) Tìm nguyên nhân bằng vết.

• Câu 1: $8$.
• Câu 2: $4$ (hai số bằng nhau, kết quả đúng là $4$).
• Câu 3: $-3$.
• Câu 4: A. Kiểm thử tìm sai; chứng minh đúng với mọi đầu vào cần lập luận thêm.
• Câu 5: Đúng, vì không có phần tử nào cập nhật vượt quá $0$.
• Câu 6: (c) → (a) → (d) → (b).
  HS tự chấm và ghi số câu đúng vào vở.

Vận dụng được kiến thức kiểm thử và gỡ lỗi để tạo một sản phẩm hoàn chỉnh: viết hàm, thiết kế bộ ca, chạy, giải thích kết quả và kiểm tra điều kiện áp dụng.

HS làm việc cá nhân rồi kiểm tra chéo trong nhóm đôi.
Nhiệm vụ: viết hàm lon_nhat(a,b) tìm số lớn nhất của hai số, không giả định dữ liệu dương. Viết chương trình hoàn chỉnh gọi ba ca:

• print(lon_nhat(-5,-2))
• print(lon_nhat(4,4))
• print(lon_nhat(9,2))
  Kết quả lần lượt là $-2$, $4$, $9$. Sau đó trả lời: hàm có áp dụng được với số âm và số bằng nhau không? Vì sao? Ba ca này chỉ là ca minh họa cụ thể, không đủ để chứng minh mọi đầu vào đều đúng.
  Nếu HS dùng in tạm để kiểm tra thì phải xoá trước khi nộp.

• Mã nguồn hoàn chỉnh, ví dụ:
  def lon_nhat(a,b):
  if a>b:
  return a
  return b
  print(lon_nhat(-5,-2))
  print(lon_nhat(4,4))
  print(lon_nhat(9,2))
• Kết quả chạy: $-2$, $4$, $9$.
• Giải thích: hàm so trực tiếp nên không dựa vào giả định dữ liệu dương; không khởi tạo kết quả bằng $0$.
• Thang chấm GV dùng: hàm đúng $0{,}4$; đủ ba nhóm ca và đáp án $0{,}4$; giải thích không khởi tạo bằng $0$ là $0{,}2$. Chấp nhận phương án tương đương đúng có lí giải; người dạy chấm mã và lập luận, không so khớp từng kí tự.