Xây dựng công cụ mô phỏng thuật toán hỗ trợ học ngôn ngữ lập trình tại trường THPT

-9-

CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN TRONG MÔI
TRƯỜNG TƯƠNG TÁC TRỢ GIÚP DẠY-HỌC NGÔN NGỮ
LẬP TRÌNH
Một trong những nội dung hay và học sinh cũng có nhiều
hứng thú trong chương trình học là học các thuật toán thông qua
ngôn ngữ lập trình Pascal. Nội dung học hình thành cho học sinh
tư duy giải bài toán tổng quát và khoa học. Tư duy triết học ñã ñúc
kết con ñường hình thành tri thức là “Từ trực quan sinh ñộng ñến
tư duy trừu tượng”. Trong chương này, ñề tài tập trung nghiên cứu
một số khái niệm về thuật toán, phương pháp luận về mô phỏng
thuật toán, lịch sử hình thành, phương pháp biểu diễn . Từ ñó,
chúng tôi ñề xuất công cụ ứng dụng ở chương tiếp theo.
2.1. Thuật toán
2.1.1. Khái niệm
2.1.2. Một số tính chất của thuật toán
- Tính xác ñịnh:
- Tính khả thi:
- Tính kết thúc (tính dừng):
2.1.3. Các phương pháp diễn tả thuật toán
2.1.3.1. Liệt kê từng bước
2.1.3.2. Sơ ñồ khối
2.1.3.3. Giả ngôn ngữ lập trình

-10-

2.2. Mô phỏng thuật toán
2.2.1. Tổng quan về mô phỏng thuật toán
2.2.1.1. Khái niệm mô phỏng thuật toán
Mô phỏng thuật toán là quá trình tách dữ liệu, thao tác, ngữ
nghĩa và tạo mô phỏng ñồ họa cho quá trình trên [11]. Mô phỏng
thuật toán ñược thiết kế ñể giúp người dùng có thể hiểu thuật toán,
ñánh giá và sửa lỗi chương trình.
2.2.1.2. Lịch sử mô phỏng thuật toán
2.2.1.3. Công dụng của mô phỏng thuật toán
2.2.1.4. Kiến trúc của hệ thống mô phỏng thuật toán
Tất cả các hệ thống sẽ gồm có 3 thành phần, các hàm mô
phỏng (animator), kênh mô phỏng (animation interpreter) và trình
diễn mô phỏng (animation viewer) như ñã chỉ ra trong sơ ñồ sau:
Hình 2.4. Kiến trúc của hệ thống mô phỏng thuật toán

2.2.1.5. Lựa chọn công cụ mô phỏng thuật toán
2.2.2. Một số yêu cầu ñối với mô phỏng thuật toán
2.2.2.1. Mô tả ñúng theo thuật toán
2.2.2.2. Hệ thống mô phỏng phải ñược thực hiện theo từng bước
File kịch
bản
ASCII
Kênh
mô
phỏng
Các hàm
mô
phỏng
Màn hình
trình diễn mô
phỏng

-11-

2.2.2.3. Mô phỏng thuật toán phải có tính ñộng
2.2.2.4. Phải tạo ra sự phân cấp cho người học
2.2.2.5. Cấu trúc của mô phỏng thuật toán
Hình 2.5. Cấu trúc của mô phỏng thuật toán
2.2.3. Quy trình thiết kế nhiệm vụ mô phỏng thuật toán
2.2.3.1. Nghiên cứu và phân tích thuật toán
2.2.3.2. Phân tích thuật toán từng bước và mô phỏng thuật toán
2.2.3.3. Phân tích khả năng tổng hợp các bước ñã phân tích thành
thuật toán
2.1.3.4. Phân tích những khó khăn và thuận lợi với những người
lần ñầu tiên biết ñến thuật toán
2.3. Kết chương
Thông qua việc giới thiệu một cách tổng quan nhất về mô
phỏng thuật toán, ta ñã thấy ñược tác dụng to lớn của mô phỏng
thuật toán trong giáo dục. Hiểu ñược kiến trúc của một hệ thống
mô phỏng thuật toán. Từ ñó ñưa ra một số công cụ cho phép xây
dựng một hệ thống mô phỏng thuật toán bằng cách lựa chọn một

-12-

công cụ thích hợp nhất. Tuân thủ quy trình thiết kế hệ thống mô
phỏng thuật toán nhằm ñáp ứng nhu cầu người dùng ứng dụng
thực tế ñược trình bày cụ thể trong chương 3.
Chương 3. XÂY DỰNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG
TRONG MÔI TRƯỜNG TƯƠNG TÁC
Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về việc
phân tích và thiết hệ thống, phân tích tác nhân, ca sử dụng, biểu
ñồ hoạt ñộng của công cụ mô phỏng thuật toán. Đánh giá thử
nghiệm chương trình và so sánh với các ứng dụng khác.

3.1. Mô tả yêu cầu
Các yêu cầu chính của công cụ bao gồm:
 Tìm hiểu lý thuyết thuật toán:
 Thiết kế lưu ñồ thuật toán:
 Đóng gói sơ ñồ khối của thuật toán:
 Mô phỏng thuật toán:
3.2. Phân tích và thiết kế hệ thống
3.2.1. Xác ñịnh các tác nhân và ca sử dụng





-13-

Bảng 3.1. Xác ñịnh các tác nhân
Tác
nhân
Ca sử dụng Diễn giải
Thiết kế thuật toán
Xây dựng, thiết kế thuật toán theo
yêu cầu của bài toán, ñường dẫn
lưu trữ thuật toán.
Mô phỏng thuật
toán
Từ thuật toán ñã xây dựng, chạy
thử ñể kiểm tra.
Giáo
viên
Đóng gói thuật toán
Xuất thuật toán thành tập tin dạng
*.exe, *.swf
Học lý thuyết
Tìm hiểu về lý thuyết các thuật
toán cơ bản
Mô phỏng thuật
toán có sẵn
Mô phỏng các thuật toán có sẵn ñể
hiểu về phần lý thuyết ñã học
Thiết kế thuật toán
Xây dựng, thiết kế thuật toán theo
yêu cầu của bài toán, ñường dẫn
lưu trữ thuật toán.
Học
sinh
Mô phỏng thuật
toán
Từ thuật toán ñã xây dựng, chạy
thử ñể kiểm tra.

-14-

3.2.2. Sơ ñồ ca sử dụng












Hình 3.1. Sơ ñồ ca sử dụng của hệ thống
3.2.3. Đặc tả các ca sử dụng
3.2.3.1. Tìm hiểu về lý thuyết thuật toán
3.2.3.2. Xây dựng thuật toán
3.2.3.3. Đóng gói thuật toán
3.2.3.4. Mô phỏng thuật toán có sẵn
3.2.3.5. Mô phỏng thuật toán sau khi thiết kế
3.2.4. Biểu ñồ hoạt ñộng

Xem chi tiết: Xây dựng công cụ mô phỏng thuật toán hỗ trợ học ngôn ngữ lập trình tại trường THPT