Giáo án Bài 23 · KHMT. Kiểm thử và đánh giá chương trình

Tạo tình huống có vấn đề: chạy đúng một ca chưa chứng minh chương trình đúng với mọi đầu vào; từ đó HS nhận ra cần kiểm thử có chủ đích.

GV trình chiếu hàm tim(a, x) tìm vị trí lần đầu của x trong danh sách a, trả về -1 nếu không có x. GV chạy print(tim([4,4,7],4)) và hỏi HS kết quả. Câu hỏi: “Kết quả in ra là bao nhiêu? Nếu chỉ dựa vào ca này, em có kết luận được hàm đã đúng với mọi đầu vào chưa? Vì sao?”

HS nêu được kết quả in ra là 0 (vị trí đầu tiên của 4 trong [4,4,7]). HS nhận ra: một ca đúng chỉ là bằng chứng hạn chế; cần thêm ca khác dạng (dãy rỗng, mục tiêu ở cuối, mục tiêu không có trong dãy) để kiểm tra.

HS xác định được đầu ra mong đợi, chạy thử các ca khác dạng và đối chiếu để nhận ra lớp lỗi mà mỗi ca phát hiện được.

HS làm việc theo nhóm 4 người, hoàn thành Phiếu học tập số 1 gồm 4 ca kiểm thử của hàm tim(a, x): tim([4,4,7],4), tim([],1), tim([1,2,3],3), tim([1,2,3],5). Với mỗi ca, HS ghi đầu ra mong đợi trước khi chạy, sau đó chạy thực tế và điền kết quả, rồi so sánh. Nhiệm vụ phụ: nêu ca nào sẽ lộ lỗi nếu hàm trả vị trí cuối cùng thay vì vị trí lần đầu, và ca nào kiểm tra dãy rỗng.

Bảng kết quả trong Phiếu học tập số 1:

• tim([4,4,7],4): mong đợi 0 (vị trí lần đầu); kết quả chạy 0; đạt. Ca này kiểm tra quy ước lần đầu và phần tử lặp.
• tim([],1): mong đợi -1; kết quả chạy -1; đạt. Ca này kiểm tra dãy rỗng.
• tim([1,2,3],3): mong đợi 2; kết quả chạy 2; đạt. Ca này kiểm tra mục tiêu ở cuối dãy.
• tim([1,2,3],5): mong đợi -1; kết quả chạy -1; đạt. Ca này kiểm tra trường hợp không tìm thấy.
  Kết luận nhóm: ca [4,4,7] phát hiện lỗi “trả vị trí cuối”, vì khi đó kết quả là 1 thay vì 0; các ca khác dạng bổ sung cho nhau, không nên lặp lại ca cùng dạng.

HS nêu và giải thích được các tiêu chí đánh giá: tài nguyên, khả năng hiểu, miền áp dụng; nhận biết giới hạn của đo thời gian và vai trò của bất biến, lập luận bổ sung cho bằng chứng thực thi.

Kĩ thuật trạm: lớp chia 3 trạm, mỗi nhóm đến một trạm và trả lời phiếu Phiếu học tập số 2.
Trạm 1 (tài nguyên): Đo thời gian chạy hàm tim trên một dãy nhỏ và trên một dãy lớn hơn nhiều lần; nêu vì sao kết quả đo một lần không đủ kết luận.
Trạm 2 (khả năng hiểu và miền áp dụng): Đọc hàm tim, nêu hàm áp dụng cho dãy nào, với kiểu dữ liệu nào; nêu lập luận bất biến: khi duyệt đến chỉ số i, mọi phần tử a[0] đến a[i-1] đều khác x.
Trạm 3 (tác động phụ): Xét yêu cầu “không làm đổi dãy nguồn”; nêu cách kiểm tra dãy nguồn trước và sau khi chạy, và cách dùng bản sao.

Phiếu học tập số 2 hoàn chỉnh, gồm:

• Trạm 1: Kết quả đo thời gian chỉ là bằng chứng cho dữ liệu và môi trường đo; cần đo nhiều lần, nhiều dữ liệu, và vẫn không kết luận chắc chắn “tốt trên mọi máy”.
• Trạm 2: Hàm chỉ áp dụng cho danh sách có thể duyệt theo chỉ số, với so sánh bằng ==; bất biến “a[0..i-1] khác x” giải thích vì sao khi hàm trả -1 thì x không có trong dãy.
• Trạm 3: Thuật toán làm đổi dãy nguồn có thể vi phạm hợp đồng nếu cần giữ nguyên dữ liệu; cách xử lí: kiểm tra dãy trước và sau, dùng bản sao hoặc sửa thuật toán.
  Kết luận chung: độ đúng không chỉ là một số đầu ra; cần đánh giá đủ các tiêu chí.

HS dự đoán được kết quả của hàm tìm kiếm tuyến tính trên các ca cụ thể và nhận định đúng sai về đo thời gian, quy ước kết quả.

HS làm bài 2 đến bài 6 theo cặp đôi (hoặc cá nhân rồi đối chiếu cặp):
2. Chương trình print(tim([],1)) in ra số nào?
3. Chương trình print(tim([1,2,3],3)) in ra số nào?
4. Chương trình print(tim([1,2,3],5)) in ra số nào?
5. Ca nào riêng kiểm tra quy ước lần đầu? A. Dãy có giá trị lặp; B. Chỉ dãy tăng khác nhau; C. Chỉ một ca dương; D. Không cần ca.
6. Đo thời gian một lần đủ kết luận chắc thuật toán nào tốt trên mọi máy? Đúng hay sai?
HS có thể kiểm chứng bài 2 đến 4 bằng cách chạy mã trên máy tính hoặc luyện tập tương tác trên trang NeoEdu.

Đáp án:

• Bài 2: -1 (ca rỗng không có mục tiêu).
• Bài 3: 2 (mục tiêu ở vị trí cuối).
• Bài 4: -1 (không tìm thấy, đã duyệt hết dãy).
• Bài 5: A. Dãy có giá trị lặp, vì phải phân biệt trả vị trí lần đầu hay lần sau.
• Bài 6: Sai. Kết quả đo phụ thuộc dữ liệu, môi trường và nhiễu, nên một lần đo chưa đủ kết luận.

HS nêu được các ca kiểm thử cần thiết cho hàm tìm lần đầu và sắp xếp đúng phương pháp giải của nhiệm vụ kiểm thử.

HS làm bài 1 và bài 7:

1. Ca mẫu tìm 4 trong [4,4,7] phải trả vị trí đầu. Hãy nêu ba ca bổ sung cho hàm, gồm dãy rỗng, mục tiêu ở cuối và mục tiêu không có trong dãy.
2. Sắp xếp các bước theo phương pháp giải của nhiệm vụ kiểm thử: (a) Thực thi, ghi sai khác; (b) Đánh giá và giải thích giới hạn; (c) Xác định yêu cầu và miền; (d) Chọn ca và đầu ra mong đợi.

Đáp án:

• Bài 1: Ba ca bổ sung: tim([],1) → -1; tim([1,2,3],3) → 2; tim([1,2,3],5) → -1.
• Bài 7: Xác định yêu cầu và miền → Chọn ca và đầu ra mong đợi → Thực thi, ghi sai khác → Đánh giá và giải thích giới hạn.

HS vận dụng quy trình kiểm thử và tiêu chí đánh giá để viết, kiểm thử và nhận định một hàm tìm kiếm trong tình huống thực tế, như tìm mã học sinh trong danh sách lớp.

Tình huống: Nhà trường cần hàm tim(a, x) để tìm vị trí đầu tiên của mã học sinh x trong danh sách a trước khi cập nhật điểm. Nhiệm vụ 1 (bài 8): Viết chương trình hoàn chỉnh cho hàm tim, kiểm tra theo ca mẫu tim([4,4,7],4) và ba ca biên (tim([],1), tim([1,2,3],3), tim([1,2,3],5)). Nêu giới hạn của kiểm thử. Nhiệm vụ 2 (bài 9): Một bạn đề xuất thuật toán cũng đúng nhưng làm đổi danh sách nguồn ngoài yêu cầu. Đánh giá phương án này và đề xuất cách xử lí.
Có thể giao phần viết mã và báo cáo về nhà cho HS.

Sản phẩm mẫu:
def tim(a,x):
for i in range(len(a)):
if a[i]==x:
return i
return -1
print(tim([4,4,7],4))
Kết quả in 0 đúng như mong đợi (vị trí lần đầu). Ba ca bổ sung: tim([],1) → -1; tim([1,2,3],3) → 2; tim([1,2,3],5) → -1. Ca có lặp [4,4,7] tìm 4 → 0. Kết quả này là mong đợi đối chiếu từ vết và kiểm thử, không phải chứng minh đúng mọi đầu vào; giới hạn là chỉ kiểm thử một số ca.
Thang chấm gợi ý (bài 8): hàm tìm lần đầu 0,35; ca mẫu và 3 ca biên có kết quả 0,45; nêu giới hạn kiểm thử 0,2. Chấp nhận phương án tương đương đúng, có lí giải và an toàn.
Đánh giá bài 9: Tác động phụ có thể vi phạm hợp đồng nếu cần giữ nguyên nguồn (0,4); kiểm tra nguồn trước và sau khi chạy (0,3); dùng bản sao hoặc sửa thuật toán để không làm đổi nguồn (0,3). Độ đúng không chỉ là một số đầu ra.