Một số giải pháp giúp học sinh xây dựng chương trình dựa trên ý tưởng và các thuật toán cơ bản trong lập trình pascal tin học 11

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Bài toán tin học toán xuất phát từ toán thực tế, việc xây dựng giải thuật để giải tốn tin học máy tính phải bảo đảm tính chất thuật tốn, tính chất u cầu thuật tốn sau cài đặt chương trình máy tính ngơn ngữ lập trình thuật tốn tối ưu Đây u cầu quan trọng người lập trình Trong việc giảng dạy lập trình cho HS, ngồi việc giúp HS lĩnh hội kiến thức Giáo viên phải biết kích thích tính tích cực, sáng tạo say mê học hỏi HS việc học tập em Bởi vì, việc học tập tự giác, tích cực, chủ động sáng tạo đòi hỏi HS phải có ý thức mục tiêu đặt tạo động lực bên thúc đẩy thân họ hoạt động để đạt mục tiêu Chương trình Tin học lớp 11 mơn học khó, kiến thức trải rộng địi hỏi em phải biết vận dụng kiến thức xếp cách lơgic để lập trình giải tốn hồn chỉnh Tuy nhiên thực tế HS làm điều Hầu hết em vận dụng câu lệnh, cú pháp không phù hợp cho yêu cầu tập Là giáo viên giảng dạy môn Tin học trường THPT mà sở vật chất trường thiếu thốn, nhiên để hưởng ứng đổi phương pháp giảng dạy nên nhà trường đầu tư mạnh trang thiết bị máy tính, máy chiếu, …, tạo hội cho giáo viên tìm hiểu, ứng dụng vào dạy học Các cách thiết kế giảng nhằm mục đích áp dụng phương pháp bồi dưỡng cho học sinh lực ham muốn học hỏi, tư sáng tạo, lực tự giải vấn đề, rèn luyện phát triển lực tự học sáng tạo, nghiên cứu, nghĩ làm việc cách tự chủ, … Xuất phát từ thực tiễn giảng dạy trường THPT Mai Anh Tuấn thấy rằng, để đạt hiệu cao phần học, tiết học cần có cách thiết kế giảng cho phù hợp với nội dung kiến thức; phương pháp, phương tiện dạy học phải phù hợp với đối tượng học sinh Để qua phần học, tiết học học sinh thích thú với kiến thức mới, qua hiểu kiến thức học lớp, đồng thời học sinh thấy tầm quan trọng vấn đề việc ứng dụng kiến thức trước hết để đáp ứng yêu cầu mơn học, sau việc ứng dụng vào công việc thực tiễn đời sống xã hội (nếu có) Qua nhiều năm giảng dạy trường, đa số HS em nơng điều kiện kinh tế gia đình cịn khó khăn nên phương tiện học tập mơn (máy vi tính) Mặt khác, đa số em chưa có kỹ lập trình hay kỹ phân tích, thiết kế lập trình chưa tốt nên chọn đề tài “ Một số giải pháp giúp học sinh xây dựng chương trình dựa ý tưởng thuật tốn lập trình pascal- tin học 11” Trang: Qua đề tài này, muốn chia sẻ số kinh nghiệm nho nhỏ đến đồng nghiệp em HS có niềm đam mê lập trình qua hình thành số kỹ lập trình cho tốt 1.2 Mục đích nghiên cứu: Như ta biết thuật tốn đưa giải tốn, tốn có nhiều cách (thuật tốn) để giải Chính đứng trước toán phải hướng cho học sinh lựa chọn thuật toán tối ưu để viết chương trình Trong đề tài tơi muốn đưa số phương pháp dẫn dắt học sinh tìm giải pháp để lập trình tốt số tập sách giáo khoa tin học 11 dựa ý tưởng thuật toán 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: HS lớp 11 bậc trung học phổ thông trường THPT Mai Anh Tuấn Phạm vi nghiên cứu: Một số mảng kiến thức lý thuyết tập nêu học chương IV, V VI từ trang 52 đến trang 117 sách giáo khoa Tin học 11 bậc trung học phổ thông 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Sáng kiến kinh nghiệm dựa theo phương pháp: Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu liên quan đến chuyên môn, đối chiếu, so sánh, phân tích tổng hợp kết đánh giá kết học tập HS NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm: Hiện lý luận dạy học nói chung lý luận dạy học mơn Tin học nói riêng u cầu sử dụng nhiều phương pháp: thảo luận, chia nhóm, hỏi đáp, … Các cách thiết kế giảng nhằm mục đích áp dụng phương pháp bồi dưỡng cho HS lực tư sáng tạo, lực giải vấn đề, … rèn luyện phát triển lực tự học sáng tạo Phương pháp dạy học nay, người thầy chủ yếu người định hướng, người cố vấn giúp HS tự đánh giá phát triển lực theo phương pháp định hướng phát triển lực HS Khi tiếp xúc với toán tin học, HS thường cố gắng tìm thuật tốn tốt để giải trọn vẹn toán, toán đơn giản HS tìm thuật tốn tốn khó đặc biệt tốn có liệu đầu vào lớn việc tìm thuật tốn tối ưu để đạt số điểm tối đa thường khó HS khơng nghĩ sử dụng giải thuật đơn giản để giải tốn khó cho dù không đạt số điểm tối đa có điểm số mức độ phù hợp với khả để tránh điểm không Để rèn luyện kỹ tiếp cận tốn nhằm giúp HS có kinh nghiệm tiếp cận tốn khó nhiều thuật tốn theo bước từ đơn giản đến phức tạp phù hợp với khả để có điểm số tốt Trang: đòi hỏi người giáo viên cần rèn luyện kỹ tiếp cận toán để làm giảm độ phức tạp toán Khi giải toán Tin học, cần chọn số thuật tốn tốt để giải tốn 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm: Mặc dù HS có ý thức học tốt, ham học hỏi đa số HS trường tuyển sinh vào lớp 10 với chất lượng đầu vào chưa thật cao dẫn đến tư em cịn nhiều hạn chế mơn học địi hỏi tư cao Đặc thù mơn tin học mơn có kiến thức trừu tượng, đặc biệt môn tin học lớp 11 với số phần kiểu mảng, kiểu xâu chương trình nên em HS tiếp thu chậm tư học lập trình chưa tốt Để giúp em HS tiếp thu tốt rèn luyện cho em HS kỹ phân tích tốn lập trình sáng kiến kinh nghiệm đưa số biện pháp sau: Để giải tốn tin học máy tính thường phải thực theo bước: Bước (Xác định toán) bước quan trọng để hiểu rõ nội dung toán Đây yêu cầu quen thuộc người làm toán Để hiểu toán theo cách tiếp cận tin học ta phải xây dựng số ví dụ phản ánh yêu cầu đề đầu thử giải ví dụ để hình thành dần hướng thuật toán Bước thứ hai (Ý tưởng) dùng ngôn ngữ quen thuộc, tốt ngơn ngữ tốn học đặc tả đối tượng cần xử lí mức độ trừu tượng, lập tương quan, xây dựng hệ thức thể quan hệ đại lượng cần xử lí để có thuật tốn tốt Bước thứ ba (Xây dựng thuật toán)là bước xác định cấu trúc liệu để biểu diễn đối tượng cần xử lí cho phù hợp với thao tác thuật toán Trong bước ta tiếp tục làm mịn dần đặc tả theo trình tự từ xuống, từ trừu tượng đến cụ thể, từ đại thể đến chi tiết Bước cuối sử dụng ngơn ngữ lập trình chọn để viết chương trình hồn chỉnh Ở bước ta tiến hành theo kĩ thuật từ lên, từ thao tác nhỏ đến thao tác tổ hợp Sau nhận chương trình ta cho chương trình chạy thử với liệu lấy từ ví dụ xây dựng bước Chúng ta vận dụng cách tiếp cận để giải số tập cụ thể nêu sách giáo khoa tin học 11 Trang: 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề: 2.3.1 Hệ thống số nội dung lý thuyết cần nghiên cứu tập: 2.3.1.1 Kiểu mảng chiều a Khái niệm: Mảng chiều dãy hữu hạn phần tử kiểu Mảng đặt tên phần tử có số Để mô tả mảng chiều cần xác định kiểu phần tử cách đánh số phần tử Các quy tắc, cách thức làm việc với mảng chiều ngôn ngữ lập trình: - Tên kiểu mảng chiều; - Số lượng phần tử mảng; - Kiểu liệu phần tử; - Cách khai báo biến mảng; - Cách tham chiếu đến phần tử; b Khai báo:Tổng quát, khai báo biến chiều gồm có hai dạng: - Cách 1: Khai báo trực tiếp Var : Array [] of ; - Cách 2: Khai báo gián tiếp Type = Array [] of ; Var : ; - Trong đó: + Kiểu số: thường đoạn số nguyên liên tục có dạng n1 n2 với n1, n2 biểu thức số nguyên xác định số đầu số cuối (n1 ≤ n2) + Kiểu phần tử: kiểu phần tử mảng Ví dụ 1: Hãy viết câu lệnh khai báo biến A dãy số thực có 15 phần tử; Ví dụ 2: Hãy viết câu lệnh khai báo biến M, N, P dãy số nguyên có 25 phần tử; - Trong q trình giảng dạy lớp, tơi hướng dẫn giải thích cho HS lúc khai báo biến theo cách (Trực tiếp), lúc khai báo biến theo cách (Gián tiếp) để HS khỏi thụ động lúc khai báo biến thuộc kiểu mảng chiều - Trong ví dụ trên, tơi hướng dẫn HS khai báo biến sau: Ví dụ 1: Var A : Array [1 15] of Real; Ví dụ 2: Type songuyen = Array [1 25] of Integer; Var M, N, P : songuyen; - Tham chiếu phần tử mảng chiều xác định tên biến mảng với số, viết cặp ngoặc [ ] Ví dụ 3: Tham chiếu phần tử thứ 10 dãy số nguyên M ví dụ viết M[10] Trang: Chỉ số phần tử Mảng M 2 10 15 24 -9 25 14 M[10] Hình 1: Minh họa tham chiếu tới mảng chiều 2.3.1.2 Kiểu xâu a Khái niệm Xâu dãy ký tự mã ASCII, ký tự phần tử xâu Số lượng ký tự xâu gọi độ dài xâu Xâu có độ dài gọi xâu rỗng Bản chất kiểu xâu kiểu mảng chiều mà phần tử kí tự Dựa vào điều giáo viên cần gợi ý để HS nhận xét thấy rõ đặc điểm kiểu xâu Từ cách dẫn dắt đặt vấn đề HS hiểu xem xâu kí tự mảng chiều mà phần tử kí tự Điều có ích nhiều việc sử dụng câu lệnh lặp để duyệt qua kí tự để tham chiếu đến kí tự xâu Mặc dù xâu xem mảng chiều, nhiên làm việc với dãy hữu hạn kí tự mà xem xâu người lập trình sử dụng nhiều câu lệnh thủ tục hàm, điều thuận lợi nhiều viết chương trình Từ nhấn mạnh để HS hiểu rõ vai trò kiểu xâu b Khai báo Biến kiểu xâu khai báo sau: Var : String []; Trong đó: Độ dài lớn xâu không vượt 255 Trong mô tả xâu bỏ qua phần khai báo độ dài, độ dài lớn xâu nhận giá trị ngầm định 255 Ví dụ: Var S : String [30]; S1: String; {Nghĩa S1 có độ dài ngầm định 255} 2.3.1.3 Chương trình Ngồi nội dung giới thiệu chương trình nội dung mà HS khó tiếp cận nội dung tin học 11 Vì phần lập trình có cấu trúc Vì vậy, hiểu chi tiết biến, cấu trúc chương trình dạng thủ tục hàm, lời gọi chương trình cách truyền tham số cho chương trình mang tính định việc viết chương trình có sử dụng chương trình Ta xét cụ thể phần sau: Trang: a Cấu trúc chương trình Cấu trúc chương trình tương tự cấu trúc chương trình, thiết phải có tên phần đầu để khai báo tên, hàm phải khai báo kiểu liệu trả hàm Cấu trúc chương trình sau: [] b Tham số hình thức Các biến khai báo cho liệu vào/ra gọi tham số hình thức chương trình Các biến khai báo để dùng riêng chương trình gọi biến cục Biến toàn cục biến dùng chương trình chương trình sử dụng biến toàn cục c Tham số thực Để thực chương trình con, ta cần phải có lệnh gọi gồm tên chương trình với tham số (nếu có) biến chứa liệu vào tương ứng với tham số hình thức đặt cặp ngoặc (và) Các biến gọi tham số thực Sau chương trình kết thúc, lệnh lệnh gọi chương trình thực d Cấu trúc thủ tục Thủ tục có cấu trúc sau: Procedure [()]; [] Begin [] End; Trong đó: - Danh sách tham số có khơng - Phần khai báo: dùng để xác định hằng, kiểu, biến chương trình khác sử dụng thủ tục e Cấu trúc hàm Hàm có cấu trúc sau: Function [()]:; [] Begin [] := ; End; Cũng giống thủ tục, hàm khơng có tham số hình thức khơng cần có danh sách tham số Trang: Để làm rõ nội dung trình bày trên, SKKN giới thiệu số tập bước tiến hành để lập trình giải số tốn cụ thể sau: 2.3.2 Một số tập Bài tập 1: Viết chương trình nhập vào dãy số nguyên gồm n phần tử Tìm số (vị trí) giá trị lớn dãy số vừa nhập đưa kết hình Đối với tốn này, tơi yêu cầu học sinh nhắc lại bước: xác định toán, ý tưởng thuật toán (đã nghiên cứu chương trình tin học 10) Sau học sinh dựa vào thuật toán để đưa câu lệnh phải sử dụng để lập trình cuối chỉnh sửa để chương trình hồn chỉnh * Xác định tốn: - Input: Nhập n (n  Z+) dãy số nguyên: a1, a2, …, an - Output: Chỉ số giá trị lớn dãy số cho * Ý tưởng: - Khởi tạo Max = a1, vt =1 - Lần lượt với i từ đến n, so sánh giá trị số hạng với giá trị Max, > Max Max nhận giá trị vt = i * Thuật toán: - Bước 1: Nhập n dãy số a1, a2, …, an - Bước 2: Max  a1, vt  1, i  2; - Bước 3: Nếu i > N đưa giá trị Max vt kết thúc; - Bước 4:  Bước 4.1 Nếu > Max Max  ai;  Bước 4.2 i  i +1 quay lại bước 3; [1] * Chương trình: Program baitap1; Uses crt; Var a: Array [1 100] of Integer; i, n, max, vt: integer; Begin Clrscr; Write(‘Nhap so luong phan tu: ’); Readln(n); For i := to n Begin Write(‘a[’, i, ‘] = ’); Readln(a[i]); End; Max := a[1]; vt := 1; For i := to n If a[i] > max Then Trang: Begin Max := a[i]; Vt := i; End; Write(‘Gia tri lon nhat cua day la: ’, max); Write(‘Gia tri lon nhat o tai vi tri: ’, vt); Readln; End [ 2] Bài tập 2: Viết chương trình nhập vào từ bàn phím xâu S Thay tất cụm kí tự ‘anh’ cụm kí tự ‘em’ đưa kết hình Đối với tốn này, tơi yêu cầu học sinh làm bước: xác định tốn, ý tưởng thuật tốn Sau học sinh dựa vào thuật toán để đưa câu lệnh sử dụng để lập trình cuối chỉnh sửa để chương trình hồn chỉnh * Xác định tốn: - Input: Nhập xâu S - Output: Thay tất cụm kí tự ‘anh’ cụm kí tự ‘em’ * Ý tưởng: - Tìm vị trí xâu ‘anh’ xâu S cho; - Xóa xâu chèn xâu ‘em’ vào vị trí - Lặp lại q trình khơng tìm thấy xâu ‘anh’ cần thay xâu S * Thuật toán: - Bước 1: Nhập xâu S - Bước 2: Chừng cịn tìm thấy xâu ‘anh’ xâu S cịn làm cơng việc sau:  Bước 2.1: Tìm vị trí bắt đầu xâu ‘anh’ xâu S;  Bước 2.2: Xóa xâu ‘anh’ vừa tìm thấy;  Bước 2.3: Chèn xâu ‘em’ vào xâu S vị trí trước xuất xâu ‘anh’ - Bước 3: In kết * Chương trình: Program Baitap2; Uses crt; Var s: string; Vt: byte; Begin Write(‘Nhap xau S: ’); Readln(s); While pos (‘anh’, s) Do Begin Vt := pos(‘anh’, s); Trang: Trang: Delete(s,vt,3) Insert(‘em’,s,vt); End; Write(‘Xau sau duoc thay the la: ’, s); Readln; End [2] [3] Bài tập 3: Viết chương trình nhập vào dãy số ngun có n phần tử Ghi dãy số nguyên vừa nhập vào tệp có tên VIDU.INP Đối với tốn này, tơi u cầu học sinh làm bước: xác định toán, ý tưởng thuật tốn Sau học sinh dựa vào thuật toán để đưa câu lệnh sử dụng để lập trình cuối chỉnh sửa để chương trình hồn chỉnh * Xác định toán:  Input: Nhập N dãy số nguyên a1, a2, …, a3  Output: Tệp VIDU.INP chứa dãy số vừa nhập * Ý tưởng:  Gắn tên tệp mở tệp để ghi;  Nhập n (số lượng phần tử)  Nhập dãy số ghi liệu vào tệp  Đóng tệp * Thuật toán:  Bước 1: Gắn tên tệp Assign(f1, ‘C:\VIDU.INP’);  Bước 2: Mở tệp để ghi Rewrite(f1);  Bước 3: Nhập n (số lượng phần tử);  Bước 4: i  1;  Bước 5: Nếu i > n sang bước  Bước 6:  Bước 6.1: Nhập giá trị cho dãy số ghi vào tệp f1;  Bước 6.2: i  i + quay lại bước 5;  Bước 7: Đóng tệp * Chương trình: Program Baitap3; Uses crt; Var f: text; a : Array[1 100] of Integer; i, n : Integer; Begin Clrscr; Assign(f, ‘C:\VIDU.INP’); Rewrite(f); Write(‘Nhap so luong phan tu: ’); Readln(n); For i := to n Trang: 10 Begin Write(‘a[’, i , ‘]= ’); Readln(a[i]); Write(f, a[i]:4); End; Close(f); Readln; End [5] Ở chương trình trên, thực thủ tục rewrite(f) thư mục gốc đĩa C chưa có tệp VIDU.INP tệp tạo với nội dung rỗng Nếu có, nội dung cũ bị xóa để chuẩn bị ghi liệu vào Bài tập 4: Viết chương trình nhập vào hai số nguyên dương a b Tính bội chung nhỏ hai số đưa kết hình Đối với tốn học sinh làm theo hai cách Tuy nhiên tơi thường hướng dẫn HS lớp dạy viết cách Cách 1: * Xác định toán:  Input: Nhập a, b với a, b  Z+  Output: BCNN(a,b) = ? * Ý tưởng:  Trong ab , a>b a a-b; ngược lại b b-a a=b UCLN a  BCNN tính tích a*b chia cho UCLN(a,b) * Thuật toán:  Bước 1: Nhập a, b với a, b  Z+;  Bước 2: Nếu a = b lấy giá trị chung làm UCLN chuyển sang bước 5;  Bước 3: Nếu a > b a  a – b ngược lại b  b – a;  Bước 4: Quay lại bước 2;  Bước 5: BCNN  a*b / UCLN (a,b) kết thúc * Chương trình: Program Baitap4-c1; Uses crt; Var a, b, m, n, BCNN: integer; Begin Clrscr; Write(‘Nhap a va b: ’); Readln(a, b); m:= a; n:= b; While m n If m > n Then m := m - n Else n := n – m; BCNN := a*b div m; Write(‘BCNN cua ’, a, ‘va ’, b, ‘ la: ’, BCNN) Trang: 11 Readln; END Với cách này, HS xây dựng thuật tốn Nhưng khơng để ý đa số HS dễ bị sai kết tính tích a*b Vì: Nếu khơng lưu giá trị ban đầu a b sau q trình tính tốn giá trị a b bị thay đổi Do đó, tốn này, tơi hay hướng dẫn HS lớp dạy viết cách sử dụng chương trình Cách 2:  Nên viết hàm tính UCLN hai số ngun dương chương trình cần trả giá trị;  Hàm tìm BCNN hai số nguyên dương a, b cần sử dụng hàm UCLN(a,b) viết Sau thứ tự bước tiến hành để lập trình toán * Xác định toán:  Input: Nhập a, b với a, b  Z+  Output: BCNN(a,b) = ? * Ý tưởng:  Trước tiên, xây dựng hàm tìm UCLN(a,b)  BCNN tính tích a*b chia cho UCLN(a,b) * Thuật toán:  Bước 1: Nhập a, b với a, b  Z+;  Bước 2: Nếu a = b lấy giá trị chung làm UCLN chuyển sang bước 5;  Bước 3: Nếu a > b a  a – b ngược lại b  b – a;  Bước 4: Quay lại bước 2;  Bước 5: BCNN  a*b / UCLN (a,b) kết thúc * Chương trình: Program Baitap4; Uses crt; Var a, b : integer; Function UCLN (m, n: Integer) : Integer; Begin While m n If m > n Then m := m - n Else n := n – m; UCLN := m; End; Function BCNN (m, n: Integer) : Integer; Begin BCNN := m*n div UCLN(m, n); End; {Chuong trinh chinh} BEGIN Clrscr; Trang: 12 Write(‘Nhap a va b: ’); Readln(a, b); Write(‘BCNN cua ’, a, ‘va ’, b, ‘ la: ’, BCNN(a,b)); Readln; END [5] [6] Bài tập 5: Viết chương trình xóa ký tự chữ số xâu ký tự nhập từ bàn phím Đối với tốn học sinh lập trình cách Tuy nhiên thường hướng dẫn HS lớp dạy viết cách Cách 1: * Xác định toán:  Input: Nhập xâu st  Output: xâu xóa ký tự chữ số * Ý tưởng: - Kiểm tra xem xâu st có ký tự chữ số hay khơng? Nếu có xóa kí tự vừa tìm (i to length(st)) * Thuật toán:  Bước 1: Nhập xâu st  Bước 2: Trong i=i not OK kiểm tra  Bước 4: Nếu S[i] kí tự số Ok= true (i =  hết xâu)  Bước 5: Nếu OK = true hàm POSNUM trả giá trị i, ngược lại hàm POSNUM trả giá trị * Chương trình: Program Baitap5; Uses crt; Var st: string; Function POSNUM (st: string) : Byte; Var OK: Boolean; i: Byte; Begin OK:= False; i:= 1; While (i N thơng báo dãy A khơng có số hạng có giá trị k, kết thúc;  Bước 6: Quay lại bước [1] * Chương trình: Program Baitap6; Uses crt; Var A: array[1 200] of integer; i, N, k, dem: integer; Begin Clrscr; Write (‘ nhap so phan tu cua day:’); readln (N); For i:= to N Begin Write(‘A[‘,i,’]=’); readln(A[i]); End; Write (‘ nhap k:’); readln (k); i:=1; dem:=0; For i:= to N if A[i] = k then begin dem:= dem + 1; break; end; If dem then write (k, ‘o vi tri thu ’,i, ‘trong day A’) Else write (k, ‘khong co day A’); Readln End Cách 2: * Xác định toán: Trang: 15 Input: Dãy A gồm N số nguyên khác số nguyên k; Output: Chỉ số i mà Ai = k thơng báo khơng có số hạng dãy A có giá trị k * Ý tưởng: Dùng thuật tốn tìm kiếm So sánh k với phần tử mảng a Thuật toán dừng lại k = A[i] i> N Hàm TimKiem kiểm tra xem mảng có k = A[i] hay khơng? Nếu có vị trí cần tìm i, ngược lại kết tìm (khơng tìm thấy) * Chương trình: Program Baitap6; Uses crt; Type Mang= array[1 200] of integer; Var A: Mang; i, N, k: integer; Function TimKiem(k, N:integer; A:Mang): Integer; Var i: integer; Begin i:= 1; while (i < N) and (k A[i]) i:= i+1; if i