Розробка тестової програми каріотипування людини

Размещено на http://www.allbest.ru/

АННОТАЦИЯ

Дипломная работа состоит из введения, четырёх разделов, выводов, списка использованных источников и четырёх приложений. Общий объем работы составляет 52 страницы, из них 37 страниц основного текста с 24 рисунками, 2 страницы списка использованных источников из 18 наименований.

Цель дипломной работы: разработка тестовой программы карио типирования человека используя современные технологии разработки тестовый програм.

В данной работе был проведён анализ современных технологий разработки тестовых програм и кариотипирования.

Реализована тестовая программа и разработана инструкция пользователя для быстрого освоения программы студентами биологического факультета

Ключевые слова: веб-приложение, настольное-приложение, кариотип, геном, javascript, electron



АНОТАЦІЯ

Дипломна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаних джерел та чотирьох додатків. Загальний обсяг роботи становить 50 сторінок, з них 37 сторінок основного тексту з 24 рисунками, 2 сторінки списка використаних джерел з 18 найменувать.

Мета дипломної роботи: розробка тестової програми каріотипування людини використовуючи сучасні технології розробки тестових програм.

У даній роботі був проведений аналіз сучасних технологій розробки тестових програм, сучасних методів каріотипування людини.

Реалізований програмний продукт та розроблена інструкція користувача для швидкого опановування тестової програми студентами біологічного факультету

Ключові слова: веб-додаток, настільний додаток, каріотип, геном, javascript, Eletron.



ANNOTATION

The thesis consists of an introduction, four chapters, conclusions, list of sources used and the four applications. The total amount of work is 50 pages, including 37 pages of text with 24 pictures, 4 applications on 8 pages.

The goal of the thesis is to implement caryotype test program using modern testing program development technologies

There are an analysis of modern techlonogies of development test programs and catyotype research were done

The program product was implemented and the userguide was developed for easy adaptation students of Biological faculcy.

Keywords: web-application, desktop-application, caryotype, genom, javascript, electron

ВСТУП

В останні роки веб-технології стрімко розвиваються, і з їх допомогою, створюється все більше і більше програмних рішень. Якщо раніше за допомогою веб-технологій розроблялися сайти і веб-сервіси, то зараз все більше і більше веб-технології заміщають звичні для нас настільні рішення.

Як часто люди пишуть в пошуковому запиті щось в роді «перекладач онлайн» або «калькулятор онлайн»? Варто задуматися, наскільки сильно ми звикли до веб-технологій. Майже кожна людина в наш час користується хмарними сховищами даних. Очевидно, що даний спосіб зберігання набагато зручніше і надійніше фізичних носіїв. Веб-технології розвиватися настільки швидко, що зовсім скоро вони будуть оточувати нас всюди. Добре це чи ні - питання швидше філософське, ніж технічне.

Останнім часом з'явилася тенденція вести розробку використовуючи веб-технології багато настільні крос-платформні рішення. Часто користувачі не замислюються, що їх звичний настільний додаток написано на Javascript HTML і CSS.

Відомо, що веб-технології поступаються в швидкості і споживанні пам'яті класичних інструментів, які звикли використовуватися для розробки настільних додатків, але у даного підходу є ряд переваг:

- для початку додаток, який написано на Javascript HTML і CSS набагато простіше масштабувати і переносити на веб-платформу. А по-друге веб-додаток це крос платформенне додаток;

- спрощення мастабування;

- можливість безболісної модифікації настільного додатку в веб;

- кросс-флатформенність;

У даній дипломній роботі буде розглянута розробка реального проекту тестової програми використовуючи одну з веб-технологій для розробки настільних додатків

Ціль дипномної роботи полягає в розробці тестової програми кариотипування людини, за допомогою якої викладачі біологічного факультету ХНУ ім. В.Н. Каразіна зможуть об'єктивно оцінити знання студентів, які вивчають цитологію та генетику.

Унікальність дипломної роботи полягає в дослідженні нової технології, так як в російськомовному сегменті за даною технологією практично не існує інформації. Так само описана архітектура і стиль написання програми, які поки, ніде офіційно не задокументовані.

Також розроблений програмний продукт буде використовуватись в навчальних цілях з метою перевірки знань студентів біологічного факультету ХНУ ім. В.Н. Каразіна.

Для досягнення поставлених цілей були поставлені та виконані наступні задачі дипломної роботи:

- проаналізувати сучасні методи розробки тестових програм та обрати найбільш сучасну та перспективну враховуючи масштабування тестової програми на веб-платформу;

- змоделювати тестову програму за допомогою уніфікованої мови моделювання UML;

- розробити програмну реалізацію тестової програми;

- створити завдання, та відповіді на складання каріотипу з окремих хромосомних наборів, які були отримані на біологічному факультеті ХНУ ім. В.Н. Каразіна;

- розробити інструкцію користувача для швидкого опанування тестової програми студентами навіть без навичок роботи з комп'ютером.

Об'єктом дослідження є процес розробки тестових програм.

Предметом дослідження є моделі та технології розробки тестових програм.



РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ

1.1 Класичні технологіі розробки настільних тестових програм

Класичні технології розробки тестових програм використовувались на протязі всієї історії розробки тестових програм. Вони швидкі і можуть конторлювати такі нативні речі для ОС як створення вікон та згортання в трей чи док. Розглянемо найбільш популярні з них.

1.1.1 Аналіз мови C ++ з використанням технології QT

У чистого С ++ немає засобів для роботи з вікнами і контролю ОС, тому був проведений аналіз популярної раніше бібліотеки C ++ QT.

Qt є кроссплатформенним фреймворком для розробки додатків від компанії Trolltech, а на сьогодні власником коду є компанія Digia. Фреймворк надає API на мові C ++. Qt часто використовується розробниками для розробки кроссплатформенних додатків.

За допомогою Qt можна розробляти:

- програми з графічним інтерфейсом;

- додатки, що працюють з мережею;

- додатки, що працюють з базами даних;

- мультимедійні додатки.

Qt також дозволяє працювати з XML-структурами і 3D-графікою, здійснювати малювання і доступ до мережевих ресурсів. Оскільки підтримується ряд платформ, Qt може працювати на Linux, Mac OS, Windows, Meego, вбудованих Linux-системах і Symbian. [2]

Архітектура QT зображена на рисунку 1.1.



Рисунок 1.1 - Архітектура QT

На верхньому рівні знаходиться код програми мовою C ++. Рівнем нижче розташовані класи Qt для створення графічного інтерфейсу, взаємодії з WebKit, роботи з базами даних, а ще нижче розташований рівень підтримки різних операційних систем. Раніше Qt підтримував також мову програмування Java. Версія для мови Java мала назву - Jambie. У міру просування розробки Qt, ставало все складніше підтримувати версії для C ++ і Java, тому було прийнято рішення підтримувати тільки версію для C ++ [2].

На сьогодні QT майже не використовується з причини великої складності як мови, так і фреймворку, тому його я відкинув.

1.1.2 Аналіз мови JAVA з використанням технології SWING

Swing - бібліотека створення графічного інтерфейсу для програм мовою Java. Swing був розроблений компанією Sun Microsystems. Він містить ряд графічних компонентів (англ. Swing widgets) кнопки, поля введення, таблиці і т.д. Swing відносять до бібліотеки класів JFC, яка представляє собою набір бібліотек для розробки графічних оболонок. До цих бібліотек відносяться Java 2D, Accessibility-API, Drag & Drop-API і AWT.

Архітектура Swing розроблена таким чином, що ви можете змінювати «look and feel» (L & F) прикладної програми. «Look» визначає зовнішній вигляд компонентів, а «Feel» - їхню поведінку. Sun's JRE надає наступні L & F:

- CrossPlatformLookAndFeel - це рідний L & F для Java-додатків (таку ж назву має Metal). Він використовується за типовістю, забезпечуючи стандартну поведінку компонентів та їх зовнішній вигляд, незалежно від платформи, на якій запускається додаток;

- SystemLookAndFeel - у цьому випадку додаток використовує L & F, який є рідним для системи, а також на якій запущено програму. Системний L & F визначається під час виконання. Для Windows використовується «Windows» L & F, який імітує особливості конкретної системи, на якій запущений класичний Windows, XP, або Vista. Для Linux і Solaris використовується «GTK +», якщо встановлено GTK + 2.2 або більш пізня версія, в іншому випадку використовується «Motif»;

- Synth - основа для створення власних L & F;

- Multiplexing - надає можливість використання різних L & F одночасно;

Для простих і маленьких проектів свінг підходить дуже добре, але він зовсім не придатний для великих масштабованих проектів. Та і його продуктивність залишає бажати кращого. Так як мій проект невеликий було вирішено писати додаток на JAVA SWING, але пошук оптимальних рішень не завершився.

1.1.3 Аналіз мови C # з використанням технології WPF

Windows Presentation Foundation - система для побудови клієнтських додатків Windows з візуально привабливими можливостями взаємодії з користувачем, графічна (презентаційна) підсистема у складі .NET Framework (починаючи з версії 3.0), яка використовує мову XAML [2].

WPF встановлена в Windows Vista (.NET Framework 3.0), Windows 7 (.NET Framework 3.5 SP1), Windows 8 (.NET Framework 4.0 і 4.5), Windows 8.1 (.NET Framework 4.5.1). За допомогою WPF можна створювати широкий спектр як автономних додатків, так і додатків, котрі запускаються у браузері.

В основі WPF лежить векторна система візуалізації, яка не залежить від розподільної здатності екрана пристрою виводу і створена з урахуванням можливостей сучасного графічного обладнання. WPF надає засоби для створення візуального інтерфейсу, включаючи мову XAML (Extensible Application Markup Language), елементи управління, прив'язку даних, макети, двомірну і тривимірну графіку, анімацію, стилі, шаблони, документи, текст, мультимедіа та оформлення.

Графічною технологією, що лежить в основі WPF, є DirectX, на відміну від Windows Forms, де використовується GDI / GDI +. Продуктивність WPF вище, ніж у GDI + за рахунок використання апаратного прискорення графіки через DirectX.

Також існує урізана версія CLR, яка має назву WPF / E, вона ж відома як Silverligh [5].

Ця технологія легка для засвоєння і розробки, але у неї є вагомий недолік: вона працює тільки під управлінням ОС WINDOWS, тому було прийняте рішення відмовився від її використання.

1.1.4 Аналіз технології PyGTK

PyGTK - набір Python-прив'язок для бібліотеки графічного інтерфейсу GTK +. PyGTK є вільним програмним забезпеченням і розповсюджується на умовах GNU LGPL. Бібліотека була обрана в якості офіційного інструментарію розробки для програми «Ноутбук за 100 доларів».

Починаючи з версії 2.8, обгортки об'єктів GLib внесені в окрему бібліотеку - PyGObject, яка повинна повністю витіснити PyGTK при використанні GTK + версії 3. [13]

Не знайшовши очевидних переваг у використанні пітона як мови для настільних додатків, я відкинув цю мову і всі технології пов'язані з нею.

диаграма тестовий кариотипування настільний



1.2 Веб-технології розробки настільних тестових програм

В рамках бакалаврської роботи розробляється настільна програма кариотипування людини. Спочатку планувалося написати ядро ??на JAVA і розділити логіку програми і її відображення, але це виявилося не так просто і без копіювання коду не обійшлося б. Принципи побудови настільних додатків на JAVA і веб-додатків сильно відрізняються, і рішення нагадувало б швидше два незалежних додатки, ніж портирование. У статті про мову Javascript , є інформація про те, що на ньому можна писати настільні додатки. На даний момент існує кілька різних технологій для створення десктопних додатків на базі веб-технологій. Ось їх неповний список:

- Adobe flash;

- tide SDK (ex. Titanium Desktop);

- App.js;

- Brackets Shell;

- Tint та інші.

Основним недоліком цих технологій є те, що звичайній веб-розробнику доведеться чимало помучитися, освоюючи всі тонкощі API і внутрішньої філософії будь-якої з них. Вам потрібно буде перечитати тони документації і прикладів, щоб просто почати щось робити і побачити перший результат. З nw.js все набагато простіше. Якщо ви розробляєте веб-додатки і маєте трохи досвіду роботи з node.js, то вже через кілька годин ви зрозумієте, як писати і збирати десктопні програми під mac, windows і linux. [15]

1.2.1 Аналіз технології NW.js

У 2011 році розробник з Китаю Roger Wang заснував проект node-webkit, головною задумкою якого стало використання веб-технологій для написання повнофункціональних кроссплатформенних десктопних додатків. Як вже зрозуміло з назви, основними складовими проекту стали Node.js і Webkit (Chromium) [17].

NW.js - це платформа, яка дозволяє створювати Кросплатформені десктопні програми для windows, mac os і linux, використовуючи веб-технології. При цьому javascript, html і css використовуються для побудови інтерфейсу, а node.js (io.js) - для опису основної логіки. Крім того, розробникам надається високорівнева JS API для доступу до багатьох елементів операційних систем (налаштувань вікон, меню, буферу обміну, системного трею і ін.). Додаток для nw.js складається зі звичайних html, css, js файлів, структурованих довільно. Немає ніяких додаткових правил і умовностей по їх компонуванню.

Коли ми говоримо про десктопні додатки, ми уявляємо собі якийсь графічний інтерфейс, взаємодіючи з яким ми здійснюємо зміни на системному рівні операційної системи (наприклад, копіюємо файли, запускаємо процеси, виконуємо системні команди і т.п.)

Chromium - браузер з відкритим вихідним кодом, який розробляється силами Google, Opera Software, Яндекс, NVIDIA і інших компаній. Як ядро для відображення веб-сторінок в Chromium використовується Blink (форк Webkit). В якості ядра для обробки JavaScript використовується v8. Свого часу NW.JS була дуже перспективною технологією, але зараз більш просунута і краще документована технологія Electron [18].

1.2.2 Аналіз технології Electron

Electron - система, яка дозволяє створювати кросплатформені додатки використовуючи одні тільки веб-технології, такі як HTML, CSS і звичайно, JS.

Потрібно відзначити, що розробка на Електроні дуже багато в чому відрізняється від звичайного браузерно-серверного додатка на Node.

Якщо заглибитись в будову Електрону, то це швидше схоже на обрізаний по частині браузерних особливостей Chromium і вбудований в нього Node.js

Ні для кого не секрет, що io.js повернувся до складу Node.js, який тепер регулюється Linux Foundation. Творці Електрону теж не залишалися осторонь, але, на щастя, вже встигли повернутися на Node.js і успішно його підтримують, в той час як NW.js 12-ої і 13-ої версії все ще базуються на io.js, причому не першої свіжості.

У NW.js головний файл - це html-файл, вказаний в package.json, в той же час в Електроні головним файлом є сценарій, написаний на JavaScript. Це дозволяє писати програми, скажімо так, на більш низькому рівні, не вдаючись зайвий раз до скриптів в самому браузері. Насправді, говорити так не зовсім коректно, але таким чином спрощується маршрутизація по сторінках всередині програми. Як говориться в документації, в якійсь мірі Електрон тут являє собою подобу Node.js.

GitHub створив Atom. Разом з Atom народився Atom Shell. Atom Shell переродився в Електрон. У цьому невеликому ланцюжку подій є ключове слово - GitHub. Так, Intel підтримує NW.js, та NW.js повільно, але розвивається. Однак, GitHub буде підтримувати свою розробку стільки, скільки буде існувати редактор Atom.

Насправді, це не всі відмінності Електрону від NW.js, є й інші - більш технічні. З повним списком можна ознайомитися в документації проекту.

Принцип роботи Електрона заснований на двох типах процесів:

Перший тип - основний процес, який відповідає за інтеграцію та взаємодію з GUI операційної системи. Під цим поняттям ховається інтеграція в док на OS X або панель задач на Windows, а також згортання в трей, повноекранний режим та інші звичайні нативні для ОС речі. Такий процес може бути запущений тільки один раз на все життя додатку.

Другий тип - процес рендеринга, що відповідає за відображення вікна браузера, в якому за допомогою однієї магічної рядки може бути відкрита сторінка додатка або будь-яка інша веб-сторінка. Таких процесів може бути довільне число. За створення процесу рендерінгу відповідає основний процес.

Для того, щоб породити основний процес використовується наступна схема народження програми:

Електрон читає package.json і шукає в ньому секцію main, в якій визначено основний файл програми.

Потім відбувається обробка «точки входу» і створюється основний процес, який в свою чергу, при бажанні розробника, відкриває якусь сторінку або сторінки, тобто створює вікно браузера. А якщо говорити точніше, то породжує процес або процеси рендерингу. [12]

Життєвий цикл Електрон-додатку зображений на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - Життевий цикл Електрон додатку

1.3 Поняття каріотипа та каріотипування

Ген - це лінійна ділянка молекули ДНК, яка містить інформацію про формування якоїсь певної ознаки.

Послідовно розташовані гени формують молекулу ДНК. Зв'язані з білками ядра молекули ДНК формують хромосоми.

У цих структурах зосереджена більша частина спадкової інформації. Саме вони зберігають, реалізують і передають її наступному поколінню.

Особливістю хромосом є те, що вони чітко видимі у світловому мікроскопі лише у період поділу клітини.

Каріотип - сукупність ознак (число, морфологія та ін.) повного набору хромосом, яка притаманна клітинам даного організму або лінії клітин (клон).

Каріотипування - цитогенетичний метод, який дозволяє виявляти відхилення в структурі та кількості хромосом.

Цей метод дослідження дає можливість виключити хромосомні аномалії та встановити каріотип наданого генетичного матеріалу. [4, 5, 6]

Зразок впорядкованого геному зображений на рисунку 1.3.

Рисунок 1.3 - Упорядкований каріотип людини

Показання для спрямування на визначення каріотипу пацієнта:

- МВВР (множинні вроджені вади розвитку);

- розумова відсталість;

- порушення статевого розвитку;

- безпліддя (первинне або вторинне);

- звичне невиношування вагітності;

- мертвонародження чи народження дитини з МВВР у анамнезі;

- чоловічий фактор непліддя (в тому числі, порушення сперматогенезу).

1.4 Сучасні методи кариотипування людини

В основі цитогенетичного дослідження лежить отримання із ядер соматичних клітин (як правило, лімфоцитів крові), зафіксованих на предметному склі хромосом, їх диференційне пофарбування по довжині та аналіз у світловому мікроскопі.

Техніка диференційного пофарбування хромосом (GTG-бендінг) - найбільш поширена у діагностичній практиці.

GTG-бендінг - це метод фарбування хромосом з використанням трипсину за методом Гімза (G-bands by Тrypsin using Giemsa). Внаслідок цього хромосоми набувають характерного смугастого вигляду.

Далі оцінюються наступні характеристики:

- кількість хромосом;

- морфологія хромосом;

- розташування смуг на кожній із хромосом.

Метод FISH (флуоресцентна гібридизація in situ) - метод молекулярної цитогенетики, за допомогою якого ідентифікується конкретна хромосома або її певна частина. Перевагою методу FISH є те, що він надає можливість діагностувати ті незначні перебудови у хромосомах, які не виявляються традиційними цитогенетичними методами.

Метод FISH - це метод візуалізації хромосом з використанням набору флуоресцентних ДНК-зондів. Зонди знаходять комплементарні частини ДНК, з'єднуються з ними і за наявністю чи відсутністю флуоресцентного сигналу можна зробити висновок про наявність і локалізацію конкретного локусу хромосоми. [8, 11]

Метод GTG-бендінгу дає більш загальну картину про будову хромосомного апарату, метод FISH дозволяє виявити конкретні зміни в будові. Тому при спрямуванні на каріотипування методом FISH-гібридизації необхідно вказувати, які саме аномалії підозрює лікар.

Для клінічної генетики мають значення три основних типи каріотипування:

- Визначення каріотипу пацієнта (постнатальне каріотипування);

- Дослідження хромосом плода (пренатальне каріотипування);

- Визначення каріотипу абортусу.

У нормі каріотип людини складається із 46 хромосом - 22 пари аутосом та дві статеві хромосоми: жіночий каріотип - 46,ХХ, чоловічий каріотип - 46, ХY.

Хромосомні синдроми - це захворювання, які зумовлені змінами у кількості (анеуплоїдії) чи у структурі (делеції, транслокації, інверсії, дуплікації та ін.) окремих хромосом у каріотипі пацієнта. Хромосомні синдроми виникають у результаті мутацій у статевих клітинах батьків або можуть передаватись від батьків-носіїв збалансованих хромосомних перебудов дітям. Частота хромосомних аномалій серед новонароджених складає 5-7 на 1000, але у групах дітей із затримкою розумового розвитку - 8-20%, за даними різних авторів.

Практично всі хромосомні синдроми характеризуються:

- різними нервово-психічними розладами;

- множинними вродженими вадами розвитку (МВВР) різних систем та органів, порушенням статевого розвитку;

- різними стигмами дизембріогенезу (незначні анатомічні відхилення);

- відставанням у рості та розвитку (пренатальне або постнатальне).

1.5 Аналіз актуальності тестової програми

Коли мова йде про тестові програми, варто проаналізувати ринок і вирішити чи варто займатися розробкою свого продукту або скористатися якимись готовими рішеннями (конструкторами і спеціальними сервісами для створення тестів).

Актуальність програми полягає в проведення реальних модулів і оцінювання студентів на біологічному факультеті. Співробітникам і викладачам біологічного факультету необхідний засіб для тестування практичних знань кариотипирования людини. Так як перевірити знання студента в каріотипування на папері складно, дана програма є актуальною і корисною.

Крім того, викладачі можуть проводити комбіновані модулі (так як модулі перевіряють як теоретичний так і практичний рівень підготовки студента) в рамках однієї системи не вдаючись до різних допоміжних засобів.

Відомо, що існують різні сервіси створення тестів і завдань (наприклад Moodle) і потрібно проаналізувати доцільність написання свого рішення замість використання готового:

- після аналізу вимог замовника було прийнято рішення написати настільний додаток з можливістю портирования його на веб платформу, а так як сервіси надають тільки онлайн рішення, використовувати їх неможливо;

- настільний додаток має бути кросплатформним;

- в жодному конструкторі або сервісі по створенні тестів неможливо реалізувати унікальне завдання - тест на складання каріотипу;

- формат звіту про тестування є унікальним і не підходить не під один шаблон;

- формат оцінювання є не постійним, так як різні генетичні набори мають різну кількість хромосом і відповідно оцінюються інакше;



РОЗДІЛ 2. РОЗРОБКА ТЕСТОВОЇ ПРОГРАМИ КАРИОТИПУВАННЯ ЛЮДИНИ

2.1 UML опис програми

UML (англ. Unified Modeling Language) - уніфікована мова моделювання, використовується у парадигмі об'єктно-орієнтованого програмування. Є невід'ємною частиною уніфікованого процесу розробки програмного забезпечення. UML є мовою широкого профілю, це відкритий стандарт, що використовує графічні позначення для створення абстрактної моделі системи, яка називається UML-моделлю. UML був створений для визначення, візуалізації, проектування й документування в основному програмних систем. UML не є мовою програмування, але в засобах виконання UML-моделей як інтерпретованого коду можлива кодогенерація.

2.1.1 Структурна модель предметної області

В основі проектування інформаційних систем лежить моделювання предметної області. Для того щоб отримати адекватну модель предметної області проекту ІС у вигляді системи правильно працюючих програм, необхідно мати цілісне, системне уявлення моделі, яке відображає всі аспекти функціонування майбутньої інформаційної системи. При цьому в якості моделлі предметної області розуміється деяка система, що імітує структуру або функціонування досліджуваної предметної області і відповідає основній вимозі бути адекватною цій галузі.

Попереднє моделювання предметної області дозволяє скоротити час і терміни проведення проектувальних робіт і отримати більш ефективний і якісний проект. Без проведення моделювання предметної області велика імовірність допущення великої кількості помилок у вирішенні стратегічних питань, що призводять до економічних втрат і високих витрат на подальше перепроектування системи.

Із моделюванням безпосередньо пов'язана проблема вибору мови уявлення проектних рішень, що дозволяє якомога більше залучати майбутніх користувачів системи до її розробки. Мова моделювання - це нотація, в основному графічна, яка використовується для опису проектів. Нотація є сукупність графічних об'єктів, що використовуються в моделі. Нотація є синтаксисом мови моделювання. Мова моделювання, з одного боку, повиненна виконувати рішення проектувальників зрозумілими користувачеві, з іншого боку, надавати проектувальникам кошти досить формалізованого і однозначного визначення проектних рішень, що підлягають реалізації у вигляді програмних комплексів, котрі утворюють цілісну систему програмного забезпечення.

Об'єктна модель предметної області зображена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 - Об'єктна модель предметної області тестової програми кариотипування людини

Розглянемо елементи об'єктної моделі предметної області окремо.

Test - абстрактний клас від якого успадковуються всі види тестів. Створено для реалізації поліморфізму і задає загальну поведінку і методи для всіх тестів. Є, по-суті, головним інтерфейсом при роботі з тестами зовнішніх об'єктів.

MultipleChoiseTest - реалізація тесту з множинним вибором.

CaryotypeTest - реалізація завдання на складання каріотипу.

OneChoiseTest - реалізація тесту з одним вибором.

MatchingTest - реалізація тесту на визначення соответсвий

Quiz - відповідає за основну логіку програми, створює тести, відправляє повідомлення об'єктам, обробляє події.

ScoreReporter - відповідає за створення звіту про тестування.

User - клас містить дані про студента.

Timer - клас, який відповідає за час виконання тестового завдання.

2.1.2 Діаграма класів тестової програми кариотипування людини

Діаграма класів використовуються при моделюванні ІС найбільш часто. Вони є однією з форм статичного опису системи з точки зору її проектування, показуючи її структуру. Діаграма класів не відображує динамічну поведінку об'єктів зображених на ній класів. На діаграмах класів показуються класи, інтерфейси і відносини між ними.

Клас - це основний будівельний блок ІС. Це поняття присутній і в ГО мовах програмування, тобто між класами UML і програмними класами є відповідність, що є основою для автоматичної генерації програмних кодів або для виконання реінжинірингу. Кожен клас має назву, атрибути і операції. Клас на діаграмі показується у вигляді прямокутника, розділеного на 3 області. У верхній міститься назва класу, в середній - опис атрибутів (властивостей), в нижній - назви операцій - послуг, що надаються об'єктами цього класу.

Мною було проведено моделювання архітектури настільного додатку з поправкою на особливості розробки веб-додатків.

На рисунку 2.2 зображено діаграму класів тестової програми.



Рисунок 2.2 - Діаграма класів тестової програми кариотипування людини.

У цій моделі виключені бібліотеки і плагіни так як вони вміщені в середині призначеного для користувача коду програми.

Опишемо діаграму класів детальніше.

Методи класу Test:

- setName () - зчитує назва тесту з бази і відображає його на сторінці;

- clear () - очищає область рендеринга тестів;

- checkTabke () - перевірка чи потрібно включати таблицю;

- checkAnswer () - перевірка правильності відповіді;

- isCaryoMap () - перевірка на включення шаблону складання каріотипу;

- render () - метод, який отрісовиваєт текст.

Методи класу MultipleChoiseTest:

- getSelectedLength () - підраховує кількість зафіксованих осередків тесту;

Методи класу MatchingTest:

- addEvents () - реєструє обробники подій бля таблиць;

Методи класу Quiz

- startQuiz () - починає тестування;

- stopQuiz () - закінчує тестування;

- makeScore () - підчитують результат користувача і виводить його на екран, готує звіт;

- loadTests () - завантажити тести з бази і перемішати їх;

- validateUserInfo () - перевіряють на валідність інформацію користувача;

- getUserInfo () - отримати інформацію про користувача.

Методи класу scoreReporter:

- makeReport () - створення звіту про тестування.

Клас User являє собою структуру даних для зберігання даних про користувача.

Клас містить в собі масиви тестів різного типу, а так само всю логіку управління тестом. Є певним комунікатором в системі.

Всі класи тестів наслідують константу MAX_SCORE яка означає максимальний бал і складність тесту

2.2 Вихідні дані тестування

Вихідними даними тестування є результати тестування. У програмному продукті реалізований підрахунок результатів тестування, обчислення в усіх шкалах і звіт про результат.

Окремим типом вихідних даних можна відокремити повний звіт про тестування, який містить повну інформацію про відповіді студента, де він помилився, скільки отримав балів за кожен тест і як він повинен був відповісти. Для тестів на кариотипування звіряються шабнони геномів.

На рисунках 2.3-2.5 зображений звіт про прохождення тестування.



Рисунок 2.3 - Сторінка результатів тесту

Рисунок 2.4 - Перевірка тесту на каріотипування

Рисунок 2.5 - Зіставлення шаблону із вихідними даними

Вихідні результати тестування дозволяють викладачам автоматизовано і без застосування додаткових матеріалів або роздаток оцінювати знання студентів, проводити модулі та підсумкові роботи.



2.3 Склад тестів і обмеження в часі

Тестова програма складається з бази яка складається із 120 теоретичних тестів з яких:

- 60 питань з одним вибором;

- 20 питань на складання каріотипу;

- 20 питань на встановлення відповідностей;

- 20 питань з множинним вибором.

Всі вони перемішуються і формують безліч питань сесії тестування, яка складається з:

- 1-го тесту на складання каріотипу (0.5 години);

- 5-ти тестів на встановлення відповідностей (4 хвилини на питання);

- 5-ти тестів на множинний вибір (2 хвилини на питання);

- 19 тестів з одним виборрм (2 хвилини на питання).

Якщо підсумувати значення часових обмежень для кожного типу тестів і помножити на їх кількість отримаємо час обмеження тесту, яке становить 1 годину 30 хвилин.

Для контролю за часом використовується плагін таймера, який реалізований на jQuery.

На рисунку 2.6 зображений таймер.

Рисунок 2.6 - Реалізація таймеру.

Після того, як час вийде - тест автоматично завершиться і будуть виведені результати тестування.



2.4 Підхід до побудови настільних додатків на основі веб-технологій

Підхід до побудови додатка на Electron в цілому нагадує підхід до створення single-page javascript application (ймовірно, тому що розробники на javascript звикли саме до цього формату додатків), хоча платформа надає широкі можливості по розробці multiwindow-додатків. За негласною традицією розробники на Electron стараються обмежувати кількість вікон в додатку і проектують інтерфейс користувача більш мінімалістичним, обмежуючи кількість вікон і модальних діалогів, де це можливо.

2.3 Структура проекту Electron додатку

Так як структура Electron додатків чітко не визначена ні в одному стандарті в даному далі приведена негласна структуру проекту запропонована розробниками проекту.

Структура проекту Electron додатку зображена на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 - Структура проекту Electron додатку

У самій горі структури приведена коренева папка проекту. Потім йде загальна папка app, яка зберігає основний код і ресурси програми. Всередині неї розташовані три стандартні папки, які знайомі розробникам веб додатків.

Це css js і img. Папка css зберігає каскадні таблиці стилів, що використовуються у проекті. Папка js містить всі клієнтські скрипти, а папка img зображення, які використовуються у розмітці інтерфейсу користувача. В папці app зберігається файл, який відповідає за розмітку головного вікна додатків, аналогічно сторінці home в веб-додатках він називається index.html. У кореневій папці проекту так само повинен зберігатися файл index.js, який служить аналогом файлу main в класичних додатках.



РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ІНСТРУКЦІЇ КОРИСТУВАЧА

3.1 Загальні положення щодо розробки інструкцій користувача

Керівництво користувача (англ. User guide або user manual), керівництво по експлуатації, керівництво оператора - документ, призначення якого - надати людям допомогу в використанні деякої системи. Документ входить до складу технічної документації на систему і, як правило, готується технічним письменником.

Більшість посібників користувача крім текстових описів містить зображення. У разі програмного забезпечення, в керівництво зазвичай включаються знімки екрану, при описі апаратури - прості і зрозумілі малюнки або фотографії. Використовується стиль і мову, доступний передбачуваної аудиторії, використання жаргону скорочується до мінімуму або докладно пояснюється.

Мета створення документа полягає в тому, щоб надати користувачеві можливість самостійно вирішувати свої прикладні завдання за допомогою системи. Цій меті може служити і введення в предметну область, і ознайомлення з усіма можливостями програми, і опис конкретних процедур вирішення завдань, і приведення різних інструкцій. Іноді Керівництво користувача більше схоже на довідник, до якого можна звертатися в процесі роботи, а іноді - на підручник, який дозволяє вивчити принципи роботи з програмою і її можливості, а потім застосовувати їх на практиці.

Наявність Інструкції регламентується ГОСТ 34.201, а структура і зміст - РД 50-34.698. Однак, в залежності від складності, призначення і області застосування ПО, різні Керівництва користувача можуть відрізнятися один від одного за способом, методикою і стилем викладу [3].



3.2 Реалізація інструкції користувача

3.2.1 Галузь застосування

Даний програмний продукт призначений для для перевірки знань в області каріотипування студентів, які вивчають цитогенетику і біологію в цілому. Програму можна застосовувати в ВУЗах, технікумах та інших навчальних закладах, на факультетах, де вивчається курс цитології і генетики.

3.2.2 Короткий опис можливостей

Основними можливостями програми є:

- перевірка теоретичних знань студентів в області каріотипування людини;

- перевірка практичних знань студентів в області каріотипування людини.

3.2.3 Рівень підготовки користувачів

Всі користувачі програми повинні мати базовий досвід користування пк і однією з операційних систем (Windows, Linux, MacOS). Додаткових знань не потрібно.

3.2.4 Перелік експлуатаційної документації, з якою необхідно ознайомитися

- керівництво користувача;

- керівництво користувача ПК;

- техніка безпеки під час роботи за компьютером.

3.2.5 Предмет автоматизації

Основним предметом автоматизації являється швидка і об'єктивна оцінка знаннь студентів. Програма сама перевіряє і відображає результат студента, тим самим заощаджуючи час викладача на перевірку і виставку оцінок і тестування.

3.2.6 Умови, що забезпечують застосування засобів автоматизації відповідно до призначення

Робота користувачів тестової програми можлива при виконанні наступних вимог до робочого місця:

- задоволення вимог до програмного забезпечення;

- задоволення вимог до технічного забезпечення.

3.2.7 Вимоги до програмного забезпечення

Для роботи з програмою потрібно OS Windows 7 або вище, Mac OS X 10.6 або більш пізньої версії, Ubuntu 10.04, Debian 6, OpenSuSE 11.3, Fedora Linux 14.

На ОС Windows XP, ОС Windows Vista, і нижче програма не працює.

3.2.8 Вимоги до технічного забезпечення

Процесор: Intel Pentium 4 / Athlon 64 або пізнішої версії з підтримкою SSE2. Вільне місце на диску: 200 mb. Оперативна пам'ять: 512 mb.

3.2.9 Подготовка до роботи

Перед тим як приступити до роботи з Caryotype tests, необхідно ознайомитися з наступною інформацією:

- вікно інфомації користувача;

- головне вікно програми;

- сторінка звіту про тестування.

Потім встановити програмне забезпечення і запустити його використовуючи файл caryo-test.exe



3.2.10 Вікно регістрації користувача

Вікно спрощеної реєстрації користувача складається з наступних елементів:

- і'мя студента - поле для введення імені тестованого студента;

- група - поле для введення назви групи тестованого студента;

- курс - поле для введення курсу тестованого студента;

- почату тестування - кнопка для початку тестування.

На рисунку 3.1 зображено вікно спрощенної регістрації.

Рисунок 3.1 - Вікно регістрації користувача

3.2.11 Головне вікно програми

Вікно спрощеної реєстрації користувача складається з наступних елементів:

- поле для тестування;

- поле для відповіді;

- таймер.

На рисунку 3.2 зображений таймер.



Рисунок 3.2 - Таймер

Поле питання - в це поле поміщений текст поточного питання з лічильником поточного питання і кількістю всіх питань. На рисунку 3.3 зображене поле для виведення питання.

На рисунку 3.3 зображене поле питання.

Рисунок 3.3 - Поле питання.

- поле варіантів відповіді - поле, в якому зберігаються варіанти відповідей.

На рисунку 3.4 зображене поле варіантів відповідей.

Рисунок 3.4 - Поле варіантів відповідей

Дане поле може містити різні види тестів.

Поле кнопок навігації - це поле містить кнопки навігаціі.

- уперед: відображає наступний тест (якщо поточний тест не є останнім);

- назад: відображає попередній тест (якщо поточний тест не є першим);

- завершити: завершує тест і виводить результат на екран.

На рисунку 3.5 зображено поле кнопок навігагії.



Рисунок 3.5 - Поле кнопок навігації.

На рисунку 3.6 зображено головне вікно програми.

Рисунок 3.6 - Головне вікно програми

3.2.12 Типи тестів

В основному вікні програми може відображатися один з чотирьох типів тестів

- тест з одним вибором;

Тест з одним вибором передбачає собою вибір одного правильно відповіді з безлічі варіантів.

На рисунку 3.7 зображений тест з одним вибором.



Рисунок 3.7 - Тест с одним выбором

- тест з множинним вибором;

Тест з множинним вибором передбачає собою вибір кількох правильних відповідей з багатьох варіантів.

На рисунку 3.8 зображений тест з одним вибором.

Рисунок 3.8 - Тест с множинним выбором

- тест на встановлення відповідності;

Тест на встановлення відповідності передбачає собою установки відповідностей між декількома варіантами.

На рисунку 3.9 зображений тест на встановлення відповідності.

Рисунок 3.9 - Тест на становлення відповідностей



- тест на складання каріотипу;

Даний тест передбачає собою установку відповідності між номером хромосоми і її місцем в упорядкованому кариотипі.

На рисунку 3.10 зображений тест на складання кариотипу.

Рисунок 3.10 - Тест на складання кариотипу

Відповіді на даний тест заносяться в спеціальний шаблон зображений на рисунку 3.11.

Рисунок. 3.11 - Шаблон упорядкованого кариотипа



3.2.13 Сторінка звіту про тестування

Сторінка звіту про тестування являє собою таблицю з докладними результатами тестування.

На рисунку 3.12 зображена сторінка звіту про тестування.

Рисунок 3.12 - сторінка звіту про тестування

Сторінка складається з декількох елементів:

- оцінка студента;

- номер питання;

- текст питання;

- варіанти відповіді;

- відповідь студента;

- правильна відповідь;

Після закриття вікна з результатами програма увімкнеться знову.

3.2.14 Проходження тестування

Для проходження тестування виконайте наступні дії:

1. Запустіть виконуваний файл Biology-tests-electron.exe.

2. У полі Ім'я введіть ім'я своє ім'я.

3. В поле Група введіть назву своєї групи.

4. У поле Курс введіть номер вашого курсу.

5. Натисніть кнопку почату тестування.

6. Дайте відповідь на всі тести, відповіді яких вам відомі.

7. Після того як ви відповісте на всі тести, які хотіли натисніть кнопку Завершити.

8. Ознайомтеся з результатами тестування і покличте викладача для того, що б зафіксувати ваш результат.

3.2.15 Аварійні ситуації

Програма Caryotype test є простим програмним продуктом, націленим на максимально просту експлуатацію, тому в ній не існує аварійних ситуацій. На етапі тестування програми не було помічено ні 1го випадку аварійної ситуації. Про всі непередбачених ситуаціях в програмі прохання повідомити розробника.



РОЗДІЛ 4. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ

Охорона праці - система законодавчих актів, соціально-економічних, організаційних, технічних, гігієнічних і лікувально-профілактичних заходів та засобів, що забезпечують безпеку, збереження здоров'я і працездатності людини в процесі праці. Науково-технічний прогрес вніс серйозні зміни в умови виробничої діяльності працівників розумової праці. Їх праця стала більш інтенсивним, напруженим, які вимагають значних витрат розумової, емоційної і фізичної енергії. Це зажадало комплексного рішення проблем ергономіки, гігієни і організації праці, регламентації режимів праці і відпочинку.

Охорона здоров'я трудящих, забезпечення безпеки умов праці, ліквідація професійних захворювань і виробничого травматизму складає одну з головних турбот людського суспільства. Звертається увага на необхідність широкого застосування прогресивних форм наукової організації праці, зведення до мінімуму ручної, малокваліфікованої праці, створення обстановки, що виключає професійні захворювання і виробничий травматизм.

4.1 Опис робочого місця

Робоче місце - це частина простору, в якому інженер здійснює трудову діяльність, і проводить велику частину робочого часу. Робоче місце, добре пристосоване до трудової діяльності інженера, правильно і доцільно організоване, у відношенні простору, форми, розміру забезпечує йому зручне положення при роботі і високу продуктивність праці при найменшому фізичному і психічному напрузі.

При правильній організації робочого місця продуктивність праці інженера зростає з 8% до 20%.

Згідно ГОСТ 12.2.032-78 конструкція робочого місця і взаємне розташування всіх його елементів повинне відповідати антропометричним, фізичним і психологічним вимогам. Велике значення має також характер роботи. Зокрема, при організації робочого місця повинні бути дотримані наступні основні умови:

оптимальне розміщення устаткування, що входить до складу робочого місця;

- досить робочий простір, що дозволяє здійснювати всі необхідні рухи і переміщення;

- необхідно природне і штучне освітлення для виконання поставлених завдань;

-рівень акустичного шуму не повинен перевищувати допустимого значення.

Головними елементами робочого місця є письмовий стіл і крісло. Основним робочим положенням є положення сидячи. Робоче місце для виконання робіт в положенні сидячи організується відповідно до ГОСТ 12.2.032-78.

Робоча поза сидячи викликає мінімальне стомлення програміста. Раціональне планування робочого місця передбачає чіткий порядок і сталість розміщення предметів, засобів праці і документації. Те, що потрібно для виконання робіт частіше, розташоване в зоні легкої досяжності робочого простору.

Моторне поле - простір робочого місця, в якому можуть здійснюватися рухові дії людини.

Максимальна зона досяжності рук - це частина моторного поля робочого місця, обмеженого дугами, що описуються максимально витягнутими руками при русі їх в плечовому суглобі.

Оптимальна зона - частина моторного поля робочого місця, обмеженого дугами, описуваними передпліччями при русі в ліктьових суглобах з опорою в точці ліктя і з відносно нерухомим плечем.



Розглянемо оптимальне розміщення предметів праці і документації в зонах досяжності рук:

- дисплей розміщується в зоні а (в центрі);

- клавіатура - В зоні г / д;

- системний блок розміщується в зоні б (зліва);

– прінтер Знаходиться в зоні а (праворуч).

При проектуванні письмового столу варто враховувати наступне:

- висота столу повинна бути вибрана з урахуванням можливості сидіти вільно, в зручній позі, при необхідності спираючись на підлокітники;

- нижня частина столу повинна бути сконструйована так, щоб програміст міг зручно сидіти, ні змушений підбирати ноги;

- поверхня столу повинна мати властивості, що виключають появу відблисків в полі зору програміста;

- конструкція столу повинна передбачати наявність висувних ящиків (не менше 3 для зберігання документації, лістингів, канцелярських приналежностей, особистих речей).

Параметри робочого місця вибираються відповідно до антропометричних характеристиками. При роботі в положенні сидячи рекомендуються такі параметри робочого простору:

- ширина не менше 700 мм;

- глибина не менше 400 мм;

- висота робочої поверхні столу над підлогою 700-750 мм.

Оптимальними розмірами столу є:

- висота 710 мм;

- довжина столу 1300 мм;

- ширина столу 650 мм.

Поверхня для листа повинна мати не менше 40 мм в глибину і не менше 600 мм в ширину.

Під робочою поверхнею повинно бути передбачено простір для ніг:

- висота не менше 600 мм;

- ширина не менше 500 мм;

- глибина не менше 400 мм.

Для задоволення вимог фізіології людини, що працює за комп'ютером, конструкція робочого сидіння повинна відповідати таким основним вимогам:

- допускається можливість зміни положення тіла, тобто забезпечувати вільне переміщення корпуса і кінцівок тіла один щодо одного;

- допускається регулювання висоти в залежності від росту працюючої людини (у межах від 400 до 550 мм);

- мати злегка увігнуту поверхню,

- мати невеликий нахил назад.

Виходячи з вищесказаного, наведемо параметри столу програміста:

- висота столу 710 мм;

- довжина столу 1300 мм;

- ширина столу 650 мм;

- глибина столу 400 мм.

Поверхня для листа:

-в глибину 40 мм;

-в ширину 600 мм.

Важливим моментом є також раціональне розміщення на робочому місці документації, канцелярських товарів, що повинно забезпечити людині зручну робочу позу, найбільш економічні руху і мінімальні траєкторії переміщення працюючого і предмета праці на даному робочому місці.

Створення сприятливих умов праці і правильне естетичне оформлення робочих місць має велике значення, як для полегшення праці, так і для підвищення його привабливості, позитивно впливає на продуктивність праці. Забарвлення приміщень і меблів повинна сприяти створенню сприятливих умов для зорового сприйняття, гарного настрою. У службових приміщеннях, в яких виконується одноманітна розумова робота, що потребує значної нервової напруги і великого зосередження, фарбування повинна бути спокійних тонів - малонасичені відтінки холодного зеленого або блакитного кольорів.

При розробці оптимальних умов праці людини за комп'ютером необхідно враховувати освітленість, шум і мікроклімат.

4.2 Освітленість робочого місця

Раціональне освітлення робочого місця є одним з найважливіших факторів, що впливають на ефективність трудової діяльності людини, що попереджають травматизм і професійні захворювання. Правильно організоване освітлення створює сприятливі умови праці, підвищує працездатність і продуктивність праці. Освітлення на робочому місці має бути таким, щоб працівник міг без напруги зору виконувати свою роботу. Стомлюваність органів зору залежить від ряду причин:

- недостатність освітленості;

- надмірна освітленість;

- неправильне напрямок світла.

Недостатність освітлення призводить до напруги зору, послаблює увагу, приводить до настання передчасної стомленості.

Надмірно яскраве освітлення викликає осліплення, роздратування і різь в очах. Неправильний напрямок світла на робочому місці може створювати різкі тіні, відблиски, дезорієнтувати працюючого. Всі ці причини можуть призвести до нещасного випадку або профзахворювань, тому такий важливий правильний розрахунок освітленості.

Розрахунок освітленості робочого місця зводиться до вибору системи освітлення, визначенню необхідного числа світильників, їхнього типу і розміщення.

Штучне освітлення виконується за допомогою електричних джерел світла двох видів: ламп розжарювання і люмінесцентних ламп. Краще використовувати люмінесцентні лампи, які в порівнянні з лампами розжарювання мають суттєві переваги:

- по спектрального складу світла вони близькі до денного, природного освітлення;

- має більш високим ККД (у 1.5-2 рази вище, ніж ККД ламп розжарювання);

- володіє підвищену світловіддачею (в 3-4 рази вище, ніж у ламп розжарювання);

- більш тривалий термін служби.

Втома органів зору залежить від ступеня напруженості процесів, що супроводжують зорове сприйняття.

Основне завдання освітлення в приміщеннях полягає у забезпеченні оптимальних умов для бачення.

4.3 Параметри мікроклімату на робочому місці

Параметри мікроклімату можуть змінюватися в широких межах, в той час як необхідною умовою життєдіяльності людини є підтримка постійності температури тіла завдяки властивості терморегуляції, тобто здатності організму регулювати віддачу тепла в навколишнє середовище.

Основний принцип нормування мікроклімату - створення оптимальних умов для теплообміну тіла людини з навколишнім середовищем. У санітарних нормах СН-245/71 встановлені величини параметрів мікроклімату, що створюють комфортні умови. Ці норми встановлюються в залежності від пори року, характеру трудового процесу і характеру виробничого приміщення (значні або незначні тепловиділення).



4.4 Нормування шуму

Встановлено, що шум погіршує умови праці, роблячи шкідливий вплив на організм людини. При тривалому впливі шуму на людину відбуваються небажані явища: знижується гострота зору, слуху, підвищується кров'яний тиск, знижується увага. Сильний тривалий шум може стати причиною функціональних змін серцево-судинної і нервової систем.

Згідно ГОСТ 12.1.003-88 ( "Шум. Общие требования безопасности") характеристикою постійного шуму на робочих місцях є середньоквадратичні рівні тисків в октавних смугах частот з середньогеометричними стандартними частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 і 8000 Гц. У цьому ГОСТі вказані значення гранично допустимих рівнів шуму на робочих місцях підприємств. для приміщень конструкторських бюро, розраховувачів і інженерів рівні шуму не повинні перевищувати відповідно: 71, 61, 54, 49, 45, 42, 40, 38 дБ. Ця сукупність восьми нормативних рівнів звукового тиску називається граничним спектром.

4.5 Вентиляція

Для оптимальної роботи в приміщенні системи опалення та системи кондиціонування слід встановлювати так, щоб ні теплий, ні холодне повітря не направлявся на людей. На виробництві рекомендується створювати динамічний клімат з певними перепадами показників. Температура повітря в поверхні підлоги і на рівні голови не повинна відрізнятися більш ніж на 5 градусів. У виробничих приміщеннях крім природної вентиляції передбачають приточно-витяжну вентиляцію. Основним параметром, що визначає характеристики вентиляційної системи, є кратність обміну, тобто скільки разів за годину зміниться повітря в приміщенні.