Конструювання програмного забезпечення

Мета вивчення дисципліни - формування комплексу знань і вмінь для формулювання вимог до програмного забезпечення, моделювання та проектуванні на різних фазах життєвого циклу програмних продуктів, тестування та налагодженні модулів програмного продукту.
Задачі вивчення дисципліни:
• розвити уміння виявляти і формулювати вимоги до програмного забезпечення
• розвити уміння застосовувати моделі та технології конструювання програмного забезпечення;
• вміти застосовувати інструментальні засоби проектування;
• оволодіти практикою побудови різних моделей у процесі конструювання;
• оволодіти практикою створення інтерфейсу користувача програмних продуктів;
• оволодіти методами та практикою тестування моделей та модулів;
• оволодіти практикою застосування шаблонів конструювання програмного забезпечення;
• оволодіти технологією підвищення якості створеного програмного коду.
Дисципліна є обов’язковою.
Дисципліна базується на знаннях, отриманих при вивченні дисциплін:
 Організація даних в обчислювальних системах,
 Комп’ютерна дискретна математика
 Основи програмування,
 Аналіз вимог до ПЗ,
 Об'єктно-орієнтоване програмування. С++
Лекційні заняття
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. Основні поняття та визначення
Лекція 1. Введення в конструювання [1, с. 66 – 85], [2, c.3-38], [3, c. 41-50]. [4, с. 4 -38], [5, с. 6 – 21]
- Місце конструювання у процесі розробки ПЗ.
- Порівняння структурного і об’єктно-орієнтованого підходів.
- Уніфікований процес проектування.
- Інші технології. Розробки програмного забезпечення.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. Побудова моделі концептуальних класів
Лекція 2. Моделі концептуальних класів [2, c.103-120]; [3, c. 82-105]; [4, c. 47 – 49, 59 -73]; [5, с. 67 – 85].
- Мета моделювання.
- -Методики моделювання з застосуванням іменних груп, загальних шаблонів, прецедентів, CRC методика.
- Виявлення концептуальних класів.
- Додавання асоціацій. Додавання атрибутів у модель. Узагальнення класів. Агрегація. Класи замість атрибутів. Класи асоціацій.
- Представлення моделі мовою UML. Модель системи RTS.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. Застосування шаблонів конструювання
Лекція 3. Шаблони в ІТ технологіях [2, c.103-133]; [3, c. 77 – 81]; [5, с. 35 – 42].
- Класифікація шаблонів. Правила запису.
- Шаблони проектування. Розподіл обов’язків у системі.
- Шаблон Контролер.
- Шаблон Творець.
- Шаблон Інформаційний інспектор.
- Шаблон Слабке зв’язування.
- Шаблон Високе зачеплення.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4. Побудова діаграм взаємодії, розподіл обов’язків між класами.
Лекція 4. Розподіл обов’язків між класами [3, c. 105-120]; [4, с. 85 – 106]; [5, с. 86 – 88].
- Призначення діаграм взаємодії. Порівняльна характеристика типів діаграм.
- Діаграми кооперації. Відображення розгалужень. Відображення циклів.
- Діаграми послідовностей. Відображення розгалужень. Відображення циклів. Блоки активації.
- Приклади створення діаграм.
Лекція 5. Застосування діаграм взаємодії та основних шаблонів конструювання [3, c.105-120]; [4, с. 109 – 115].
- Визначення системних операцій. Відображення системних операцій за допомогою діаграми послідовностей.
- Вибір класу-контролера.
- Побудова діаграм кооперації відповідно пунктам сценарію прецеденту.
- Приклади створення діаграм.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 5. Визначення програмних класів, їх методів і атрибутів
Лекція 6. Визначення програмних класів з урахуванням шаблонів проектування на основі аналізу діаграм взаємодії [4, с. 68 – 83].
- Визначення програмних класів.
- Визначення методів класів.
- Визначення атрибутів класів.
Лекція 7. Побудова специфікацій програмних класів на основі діаграм взаємодії [4, с. 47 – 56].
- Визначення додаткових типів даних (структур, класів).
- Визначення атрибутів програмних класів.
- Визначення методів програмних класів.
- Побудова специфікацій окремих класів.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 6. Розробка моделей і коду програмних класів.
Лекція 8. Побудова моделі програмних класів [3, c. 41-52].
- Області видимості (за допомогою атрибутів, за допомогою параметрів, локальна, глобальна).
- Визначення відношень між класами (асоціація, агрегація, композиція, розширення).
- Приклад побудови моделі.

Лекція 9. Створення коду для класів відповідно специфікації [5, с. 93 – 97]; [3, с. 221 – 246].
- Застосування допоміжних типів даних (структур, класів).
- Правила реалізації методів відповідно повідомленням діаграм взаємодії.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 7. Тестування і рефакторинг програмних модулів.
Лекція 10. Тестування програмних модулів [2, с. 102-120, c.142-147]; [4, c. 50 – 57]; [5, с. 100 – 101]; [6, с. 6 – 13].
- Призначення тестування. Види тестування.
- Методи тестування чорного та білого ящику.
- Драйвери.
- Заглушки.
- Тестування інтеграції.
- Чек-листи і тест-кейси.
Лекція 11. Тестування окремих методів (білий ящик) [5 с. 105 – 111 6 с. 17 - 20
- Побудова потокового графу.
- Визначення цикломатичної складності.
- Визначення незалежних шляхів.
- Побудова тестових варіантів.
Лекція 12. Об’єктно-орієнтоване тестування ( 5, с. 113 – 121]; [6, с. 20 – 26].
- Тестування окремих класів і кластерів класів.
- Тестування спадкування.
- Тестування об’єктних модулів.
- Тестування об’єктної інтеграції.
Лекція 13. Рефакторінг [4, с.61-68]; [5, с. 128 – 142]
- Призначення рефакторінга.
- Планування рефакторінгу.
- Ознаки ситуацій, що визначають застосування рефакторінгу.
- Принципи реалізації рефакторінгу на рівні програмних модулів
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 8. Призначення і застосування баз даних.
Лекція 14. Застосування баз даних [7, c.108-120].
- Проблеми списків.
- Реляційні бази даних. Семантичне моделювання.
- Поняття сутності, примірника сутності, атрибуту сутності, зв’язку. Виявлення сутностей.
- Концептуальна і фізична діаграми.
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 9. Методи процедурно-орієнтованого конструювання.
Лекція 15. Класичні методи конструювання програмного забезпечення [1, c.147-159]; [4, с. 120 – 128]; [5, с. 43 – 61].
- Структурний підхід до проектування ІС. Методологія функціонального моделювання SADT.
- Склад функціональної моделі. Ієрархія діаграм. Типи зв’язків між функціями.
- Моделювання потоків даних. Зовнішні сутності. Системи і підсистеми. Процеси. Накопичувачі даних. Потоки даних.
- Ієрархії діаграм потоків даних.
Лабораторні заняття

Обсяг в годинах Назва та стислий зміст роботи Мета роботи РН за ОП
СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 1
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. Побудова моделі концептуальних класів
2 Лабораторна робота № 1
Тема: «Формулювання вимог. Створення UML-діаграми концептуальних класів».
Завдання на виконання: Відкоригувати документ «Бачення». Побудувати діаграму варіантів використання. Скласти словник предметної області. Описати 2 «найбільш важливих» варіанта використання. Проаналізувати пункти варіантів використання. Призначити концептуальні класи. Визначити взаємовідносини між класами. Визначити основні атрибути. Побудувати діаграму концептуальних класів. [1, с. 66 – 85], [2, c.3-38, 103 - 120], [3, c. 41-50]. [4, с. 4 -38], [5, с. 6 – 21, 67 - 85]. Отримання практичних навичок з обстеження, збору і аналізу вимог, вибору вихідних даних..
ПРН09, ПРН11,
ПРН10
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4. Побудова діаграм взаємодії, розподіл обов’язків між класами.
2 Лабораторна робота № 2
Тема: «Складання UML-діаграм взаємодії для одного прецедента».
Завдання на виконання: Визначити варіант використання для побудови діаграм взаємодії. Сформулювати системні операції. Визначити клас на роль контролера. Побудувати діаграми взаємодії для кожного пункту сценарію. [3, c. 105-120]; [4, с. 85 – 106]; [5, с. 86 – 88]. Отримання практичних навичок з моделювання класів, застосування шаблонів проектування.
ПРН14, ПРН12, ПРН05
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 5. Визначення програмних класів, їх методів і атрибутів
2 Лабораторна робота № 3
Тема: «Побудова специфікацій програмних класів».
Завдання на виконання: Визначити множину класів. Для кожного класу визначити методи і атрибути. Побудувати специфікації програмних класів. [4, с. 47 – 56, 68 – 83]. Отримання практичних навичок з моделювання класів, застосування UML. ПРН13
СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 2
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 6. Розробка моделей і коду програмних класів.
2 Лабораторна робота № 4
Тема: «Складання UML-діаграми програмних класів».
Завдання на виконання: виявлення відношень асоціацій між програмними класами; виявлення відношень агрегацій та композицій між програмними класами; побудова діаграми програмних класів. [3, c. 41-52]. Отримання практичних навичок з моделювання класів, застосування UML. ПРН12
2 Лабораторна робота № 5
Тема: «Створення коду програмних класів».
Завдання на виконання: визначення призначення кожного класу; створення допоміжних структур (С++) , або класів (Java); створення опису атрибутів; створення коду кожного методу. [5, с. 93 – 97]; [3, с. 221 – 246]. Отримання практичних навичок з програмного кодування, застосування середовища розробки ПЗ ПРН14
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 7. Тестування і рефакторинг програмних модулів
2 Лабораторна робота № 6
Тема: «Створення тест-кейсів і тестування методів програмного класу».
Завдання на виконання: вибір одного найбільш складного методу; побудову потокового графа; визначення цикломатичної складності; визначення незалежних шляхів; складання тест-кейсу; проведення тестування; проведення відладки. [2, с. 102-120, c.142-147]; [4, c. 50 – 57]; [5, с. 100 – 101]; [6, с. 6 – 13]. Отримання практичних навичок з тестування та документування, розробки інтерфейсу тестолога. ПРН05
2 Лабораторна робота № 7
Тема: «Створення чек-листів. Тестування програмного модулю».
Завдання на виконання: вибір класу, з якого треба починати тестування; розробка чек-листа тестування класу; розробка схеми тестування (драйверів та заглушок) [2, с. 102-120, c.142-147]; [4, c. 50 – 57]; [5, с. 100 – 101]; [6, с. 6 – 13]. Отримання практичних навичок з тестування та документування, розробки інтерфейсу тестолога. ПРН14

Планування самостійної роботи
Самостійна робота здобувача є одним з основних шляхів опанування теоретико-практичного матеріалу в час, вільний від обов'язкових навчальних занять. Співвідношення обсягів аудиторних занять і самостійної роботи здобувачів визначається з урахуванням специфіки та змісту конкретної навчальної дисципліни, її місця, значення і дидактичної мети в реалізації освітньо-професійної програми, а також питомої ваги у навчальному процесі лабораторних занять.
Поточний контроль
Поточний контроль складається з опитувань під час лабораторних занять, двох модульних контрольних робіт.
В процесі поточного контролю оцінюється СРЗ над досліджуваним матеріалом: повнота виконання завдань, рівень засвоєння навчальних матеріалів та окремих розділів навчальної дисципліни, робота з додатковою літературою, вміння й навички індивідуальних і групових презентацій, оволодіння практичними навичками аналітичної, дослідницької роботи, технічних або економічних розрахунків тощо.
Семестровий модуль завершується модульною контрольною роботою (МКР). МКР є обов’язкової формою поточного контролю, які виконуються у відповідності до графіка освітнього процесу, затвердженого наказом ректора та може виконуватися у письмовій або комп’ютерній формі.
Поточний контроль під час лабораторних занять.
У процесі виконання лабораторної роботи здобувач демонструє викладачу в якості результатів роботи відповідні документи, моделі, коди чи результати тестування.
Оцінювання лабораторної роботи виконується виходячи з наступних вимог.
- Завдання до лабораторної роботи має бути повністю виконаним.
- Протокол має бути оформлений за правилами, що наведені у методичних вказівках.
- Здобувач повинен знати теоретичний матеріал, який пов’язаний з завданням до лабораторної роботи.
- Здобувач повинен пояснити усі рішення, які він прийняв розв’язуючи задачу.
- Здобувач повинен захистити лабораторну роботу у строк.
За бездоганне виконання роботи, що представлена у строк здобувач отримує за весь цикл лабораторних робіт – 40 балів.
Модульні контрольні роботи
Здобувачі виконують дві модульні контрольні роботи. Роботи містять теоретичну і практичну частину. За бездоганні відповіді на всі питання кожної модульної контрольної роботи здобувач отримує 30 балів.
Критерії оцінювання підсумкового контролю
Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен.
Підсумковий контроль з дисципліни складається з двох частин: теоретичної та практичної. Мінімальна кількість балів, що зараховується як позитивний результат, дорівнює 60 (за 100-бальною шкалою).
Бали розподіляються наступним чином: 40 балів – теоретична частина та 60 балів – практична.
Екзаменаційний білет містить 4 теоретичних питання рівної складності, практична – 4 питання рівної складності.
За бездоганну відповідь на кожне теоретичне питання здобувач отримує – 10 балів. При цьому відповідь вважається бездоганною, якщо здобувач повністю розкрив суть питання, послідовно і логічно його доповів, навів приклади.
Кожне завдання практичної частини іспиту вважається виконаним бездоганно, якщо при його розв’язанні коректно виконано розрахунки показників у відповідності до завдання.
Екзамен враховується не складеним, якщо здобувач отримав незадовільну оцінку.
Питання теоретичної частини може бути присвячено визначенню термінів та понять з області конструювання, опису і застосуванню конкретних технологій створення ПЗ, застосуванню патернів проектування і методики тестування. Відповідь на питання повинна мати загальне формулювання (8 балів), приклад (2 бали).
Практична частина складається з 4 етапів. 1 етап – визначення і формалізація вимог до ПЗ (15 балів); 2 етап - визначення концептуальних класів на основі раніше сформульованих вимог (15 балів); 3 етап – розподіл обов’язків між класами шляхом побудови діаграм взаємодії (15 балів); 4 етап – визначення методів і атрибутів класів і побудова специфікації програмних класів (15 балів).
Практична частина іспиту вважається виконаною бездоганно при наявності розв’язання задачі, при цьому усі дії виконані вірно, без помилок; всі записи, щодо розв’язання завдання записані послідовно, надані коментарі (якщо потрібно). Крім цього усі діаграми виконані охайно, без помилок.
За виконання кожного питання практичної частини бали можуть бути зняті:
15 балів – за повну відсутність виконання питання практичної частини;
10 балів – рішення не отримане або не вірне, але при цьому хід розв’язання та усі використані засади обрані вірно;
5 балів – наведене правильне рішення, але при цьому є помилки у розв’язанні;
4 балів – наведене правильне рішення, але при цьому не повністю виконані обов’язкові пояснення;
3 балів – за неправильне тлумачення вхідних даних, що не порушило загалом правильного ходу розв’язання задачі;
2 балів – за допущену помилку, що не вплинула на відповідь та загальний хід розв’язання питання;
1 балів – за нераціональне розв’язання завдання при наявності докладних пояснень та вірного кінцевого результату.
Якщо здобувач відмовився відповідати, то він отримує незадовільну оцінку.
Екзамен вважається не складеним, якщо здобувач отримав менше 60%.
Критерії оцінювання модульних контрольних робіт
Модульні контрольні роботи виконуються у письмовій формі. Максимальна оцінка за їх бездоганне виконання становить 30 балів (0,516 кредиту).
Модульні роботи складається з теоретичної частини та практичної частини - задач. Максимальна оцінка за правильне виконання теоретичної частини становить 8 балів, за виконання практичної частини – 22 бали.
Кількість запитань теоретичної частини – 2. Кожна правильна відповідь оцінюється в 4 бали.
Кількість завдань практичної частини – 5. Правильне розв’язання кожної задачі оцінюється в 2 - 7 балів. Задача вважається розв’язаною, якщо при її розв’язанні коректно складені документи, правильно побудовані діаграми.
За виконання кожного завдання практичної частини бали можуть бути зняті:
100% від ваги завдання– за повну відсутність виконання завдання практичної частини;
70% від ваги завдання – рішення не отримано або не вірне, але при цьому хід розв'язання та усі використані засади обрано вірно;
40% від ваги завдання – наведено правильне рішення, але при цьому не повністю виконано обов'язкові пояснення;
30% від ваги завдання – за неправильне тлумачення вхідних даних, що не порушило загалом правильного ходу розв'язання задачі;
10% від ваги завдання – за допущену помилку, що не вплинула на відповідь та загальний хід розв'язання задачі
Задача не зараховується, якщо повністю відсутнє її розв’язання.

Критерії оцінювання виконання накопичувальної частини дисципліни
Накопичувальна частина дисципліни складається з поточного контролю під час лабораторних занять.
Критерії оцінювання виконання та захисту лабораторних робіт
У процесі виконання лабораторної роботи здобувач демонструє викладачу в якості результатів роботи відповідні документи, моделі, коди чи результати тестування.
Оцінювання лабораторної роботи виконується виходячи з наступних вимог.
1) Завдання до лабораторної роботи має бути повністю виконаним.
2) Протокол має бути оформлений за правилами, що наведені у методичних вказівках.
3) Здобувач повинен знати теоретичний матеріал, який пов’язаний з завданням до лабораторної роботи.
4) Здобувач повинен пояснити усі рішення, які він прийняв розв’язуючи задачу.
5) Здобувач повинен представити протокол виконаної лабораторної роботи у встановлений строк.
За бездоганне виконання усіх перерахованих пунктів здобувач отримує 5 – 7 балів (залежно від встановленої «ваги» лабораторної роботи), а за весь цикл лабораторних робіт – 40 балів. Вимога 2) – обов’язкова. Часткове невиконання інших вимог знижує кількість балів, отриманих здобувачем.