Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần I

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần II

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần III

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần IV

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần V

8. Sinh dữ liệu tự động và các thuật toán sinh dữ liệu

Một trong những nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho việc thiết kế phần mềm học TOÁN tiểu học là tất cả các dạng toán được mô phỏng phải có chức năng tự động sinh dữ liệu ngay trên màn hình. Đây là một điều kiện rất khắt khe dành cho những người thiết kế bộ phần mềm này. Như vậy về nguyên tắc với mỗi dạng toán được mô phỏng, phần mềm sẽ cần có thuật toán để tự động sinh ra các bộ dữ liệu cho dạng toán này.

Khi tìm hiểu chi tiết kiến thức môn Toán trong chương trình, sách giáo khoa Tiểu học chúng tôi nhận ra rằng toàn bộ 817 tiết học TOÁN theo sách giáo khoa từ lớp 1 đến lớp 5 đều tương ứng với những chủ đề kiến thức lõi khác nhau. Thậm chí nhiều tiết học có hai hoặc nhiều hơn kiến thức lõi cần mô phỏng. Do vậy trên thực tế số lượng các thuật toán cần thiết kế là rất lớn và rất phức tạp. Trong bài viết này sẽ điểm lại một số vấn đề phức tạp và quan trọng của quá trình thiết kế các thuật toán sinh dữ liệu này.

1. Nhiều thuật toán phụ thuộc vào thể hiện màn hình và thực sự rất phức tạp

Tổng số các thuật toán sinh dữ liệu của toàn bộ chương trình môn TOÁN bậc Tiểu học là rất lớn: hơn 2500 thuật toán các loại. Đa số các thuật toán đều không đơn giản và phải vận dụng các kiến thức Toán học ở bậc cao hơn để thực hiện. Trong số các thuật toán sinh dữ liệu này có một số bài toán rất phức tạp. Sau đây là một vài ví dụ.

1. Bài toán mô phỏng phép chia các số thập phân, kết quả là số thập phân được thực hiện theo hàng dọc trên màn hình. Dữ liệu được tự động sinh của bài toán này phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện sau:

- Phép chia phải không là vô hạn tuần hoàn, tức là phải kết thúc sau một số hữu hạn bước.

- Số số hạng sau dấu phảy của phép chia không được vượt quá 9 là giới hạn cho phép thể hiện phép tính này trên màn hình.

Với hai điều kiện trên thì thuật toán sinh bộ dữ liệu cho phép chia này trở thành rất khó và phức tạp.

2. Bài toán sinh tự động các số dùng để tính độ dài đường gấp khúc trên màn hình. Theo thiết kế các đoạn thẳng tương ứng với các độ dài này sẽ được thể hiện đúng tỉ lệ trên màn hình. Chính vì điều kiện chặt chẽ này mà việc sinh tự động các bộ số này là rất phức tạp để sao cho toàn bộ hình thể hiện đường gấp khúc nằm gọn và rõ trên màn hình.

3. Dạng toán liên quan đến chuyển động đều. Trong mô hình dưới đây, bộ dữ liệu cần tự động sinh là vận tốc (V), quãng đường (S) và thời gian (T).

2. Mô hình phân cấp thuật toán theo chủ đề kiến thức rất sâu với nhiều mức

Trong thiết kế của phần mềm, danh sách các chủ đề kiến thức cũng như thuật toán được phân loại theo mô hình 3 cấp.

3. Nhiều thuật toán phụ thuộc vào các bộ dữ liệu và mẫu dữ liệu thực tế

Bên cạnh những khó khăn, phức tạp của thuật toán sinh dữ liệu về mặt toán học, rất nhiều thuật toán còn phụ thuộc vào các mẫu dữ liệu thực tế. Ví dụ các dạng toán giải toán có lời văn, dạng toán biểu đồ, dạng toán phát sinh từ bản đồ địa lý, lịch sử, ....

Với các dạng toán này, bộ dữ liệu chính của bài toán còn phụ thuộc vào các bộ, mẫu dữ liệu thực tế, do vậy qui trình sinh dữ liệu càng trở nên phức tạp. Yêu cầu bổ sung này của bộ dữ liệu là đảm bảo cho tính hợp lý và phù hợp thực tế của dữ liệu.

Sau đây là một vài ví dụ:

1. Dạng toán giải toán với phép cộng bằng lời văn có 1 phép tính. Bộ dữ liệu gốc sẽ là:

X, d và sinh ra đáp số Y = X + d.

Tuy nhiên bộ dữ liệu này lại phụ thuộc vào các mẫu dữ liệu khác nhau là lời văn của dạng toán này. Cùng với dạng toán trên nhưng với hai mẫu văn sau đây phải có các kiểu sinh dữ liệu khác nhau:

- Mẹ đi chợ mua 10 kg gạo, bà đi chợ mua thêm 2 kg, hỏi cả nhà có bao nhiêu kg gạo.

- Mẹ mua cho Lan 5 quyển vở, bố lại mua thêm 3 quyển nữa, hỏi Lan có tất cả bao nhiêu quyển vở.

Với dạng mẫu đầu tiên, cho phép sinh các số trong phạm vi 100, nhưng với dạng toán thứ hai thì chỉ nên sinh số trong phạm vi 20 (ví học sinh Tiểu học không bao giờ cần quá 20 quyển vở).

2. Dạng toán tính tiền theo hình ảnh minh họa.

Bộ dữ liệu phát sinh là giá bán của các đồ vật trên màn hình. Tùy thuộc vào các đồ vật này mà mức giá phải phù hợp với thực tế. Không thể có cái đồng hồ báo thức với giá trên 500 nghìn đồng.

4. Phân loại và quan hệ giữa thuật toán và dạng toán và mô phỏng

Rất khó tìm được mối quan hệ chặt chẽ giữa 3 khái niệm chính: Dạng toán, mô phỏng và thuật toán sinh dữ liệu.

Quan hệ giữa các khái niệm trên đều là quan hệ N-N nghĩa là quan hệ đa chiều, không tương ứng 1-1.

9. Giáo viên nhập trực tiếp dữ liệu cho mô phỏng

Chức năng cho phép GV trực tiếp nhập dữ liệu vào các mô phỏng là một tính năng rất đặc biệt của phần mềm. Với tính năng này giáo viên sẽ hoàn toàn chủ động trong quá trình giảng dạy và hướng dẫn trên lớp với bộ phần mềm này.

Việc nhập trực tiếp dữ liệu vào FORM sẽ có nhiều khuôn dạng khác nhau từ đơn giản đến phức tạp. GV cần tìm hiểu rõ từng dạng toán và từng loại mô phỏng để tiến hành nhập liệu một cách chính xác.

Các bài viết khác:

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần I

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần II

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần III

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần IV

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần V

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần VI

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần VII

Mô hình và giải pháp phần mềm mô phỏng việc HỌC và DẠY môn TOÁN Tiểu học. Phần VIII

School@net