我國計算機(jī)教育如何借鑒歐美CDIO模式

　　在我國著名學(xué)者查建中教授和汕頭大學(xué)顧佩華副校長的大力倡導(dǎo)下，在教育部有關(guān)部門的大力支持下，90年代末期發(fā)源自美國麻省理工(MIT)的CDIO工程教育模式獲得我國大批教育機(jī)構(gòu)的重視，并在很多大學(xué)和專業(yè)試行。本文擬探討這一模式能否在我國計算機(jī)工程教育中借鑒，以及相應(yīng)的實驗建設(shè)應(yīng)該注意哪些問題。
　　大凡歐美模式，一律都是歐美人士或業(yè)界根據(jù)歐美文化和體制的特點，針對歐美社會的問題(例如這里是工程教育問題)所提出的解決方案，其是否有效的標(biāo)準(zhǔn)也是根據(jù)歐美社會實踐來判斷的，如果生搬丑中國就可能消化不良，其效果適得其反。如果我們的主管部門、學(xué)校和企業(yè)一律照抄歐美模式，結(jié)果只會造成金錢、人力和設(shè)備的浪費，卻得不到什么效果。
　　回到CDIO正題：我們應(yīng)該學(xué)習(xí)外國經(jīng)驗，但務(wù)必要明了中西文化差異、中西體制差異以及教育體制差異，什么該學(xué)、什么不該學(xué)以及該學(xué)的要怎樣學(xué)，走出適合中國國情的計算機(jī)教育之路。
　　本文討論以下6個問題：
　　(1)正確理解CDIO本意及其歐美教育背景；
　　(2)服務(wù)貿(mào)易時代正確對待軟件產(chǎn)業(yè)及教育；
　　(3)借CDIO東風(fēng)解決中國教育的根本問題：
　　(4)中國如何培養(yǎng)出自己的軟件系統(tǒng)架構(gòu)師；
　　(5)計算機(jī)教育首倡培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性：
　　(6)教學(xué)相長、校企結(jié)合、共創(chuàng)CDIO環(huán)境。
　　
　　1　正確理解CDIO本意及其歐美教育背景
　　
　　CDIO于上世紀(jì)90年代末發(fā)源于美國麻省理工的航空航天工程系(MIT的Aero&Astro)，后又發(fā)展為國際組織(www.CDIO.org)。查建中教授和顧佩華副校長向我國學(xué)界介紹了CDIO的有關(guān)理論和實踐，并大力推動我國多家高校組成中國自己的CDIO組織(www.ChinaCDIO.cn)。在比較這兩個組織的網(wǎng)站與發(fā)起校美國MIT的網(wǎng)站(http：／／web.mit.edu／aeroastro／academics／cdio.html)之后，我們就會發(fā)現(xiàn)這樣幾條關(guān)鍵信息：
　　(1)MIT的航空航天系于90年代末創(chuàng)立CDIO教育模式，又于2000年聯(lián)合三家瑞典大學(xué)完善了CDIO模式、創(chuàng)立了12條標(biāo)準(zhǔn)，并于2004年正式創(chuàng)立國際組織，其后續(xù)發(fā)起單位還包括北美(美國、加拿大)、英國、北歐和南非等國的一些大學(xué)。
　　(2)CDIO模式及其12條標(biāo)準(zhǔn)原則上也適用于其他工程專業(yè)。但CDIO國際組織首要強(qiáng)調(diào)的專業(yè)仍然是航空航天、機(jī)械工程和電子工程三大專業(yè)。軟件工程并不屬于該國際組織明確宣布的專業(yè)，但“軟件(software)”一詞在該組織的諸多工程領(lǐng)域和環(huán)境建設(shè)宣傳中頻繁出現(xiàn)，分析其原因是：現(xiàn)在無論工科、商科的什么專業(yè)都離不開軟件，任何系統(tǒng)(或產(chǎn)品)在其實現(xiàn)階段(即CDIO的“I”)都無法離開軟件。
　　(3)美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)和加拿大滑鐵盧大學(xué)的計算機(jī)教育都強(qiáng)調(diào)與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合(http：／／mse.isri.cmu.edu及www.eng.uwaterloo.ca)，其歷史悠久，制度安排也比較完善。實際上，他們都比MIT航空航天系更早地采用了類似CDIO的教育模式，但他們從未用CDIO來稱呼自己的教育模式。
　　
　　(4)CDIO是構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運行(Operate)4個英文單詞字頭的連寫，涵蓋了產(chǎn)品(或系統(tǒng))從構(gòu)思、研發(fā)、應(yīng)用到反復(fù)改進(jìn)的完整生命周期。幫助學(xué)生理解和體驗產(chǎn)品或系統(tǒng)的“完整生命周期”，對發(fā)揮其主觀能動性具有極其重要的意義。在全生命周期環(huán)境中，學(xué)生個人技能、協(xié)作精神和創(chuàng)新能力都將獲得全面的發(fā)展。
　　筆者恰好是三十年前去北美留學(xué)的，也是我國第一位從那里獲得計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位的學(xué)者，并且在計算機(jī)教育領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域供職至今，因此對中、美計算機(jī)教育的差異有著比較深刻的認(rèn)識。筆者認(rèn)為，中國完全可以在計算機(jī)教育領(lǐng)域嘗試CDIO原則，只是我們務(wù)必要避免教條主義，務(wù)必要根據(jù)中國文化特點，根據(jù)計算機(jī)教育的特點，以及根據(jù)世界科技和市場的新發(fā)展，專門探索出一套適合中國計算機(jī)工程(包括或者主要是軟件工程)教育的模式。
　　
　　2　服務(wù)貿(mào)易時代正確對待軟件產(chǎn)業(yè)及教育
　　
　　WTO將計算機(jī)軟件劃歸“服務(wù)貿(mào)易”類別?，F(xiàn)代服務(wù)貿(mào)易是20世紀(jì)70年代逐步興起的領(lǐng)域，現(xiàn)在在美國的產(chǎn)業(yè)比重已經(jīng)高達(dá)85％。與制造業(yè)不同，服務(wù)貿(mào)易各領(lǐng)域大體有以下幾個特點：
　　(1)購買前客戶看不到服務(wù)；
　　(2)服務(wù)的生產(chǎn)與消費同步；
　　(3)服務(wù)質(zhì)量具有不穩(wěn)定性；
　　(4)客戶是無法儲存服務(wù)的。
　　顯然，航天航空、機(jī)械工程和電子工程三大領(lǐng)域都不具備這幾條特點。不難想象，來源于并首先適用于三大首要領(lǐng)域的CDIO模式，其原始形式必須經(jīng)過一定調(diào)整才可能適用于軟件工程領(lǐng)域。這里所需的調(diào)整未必是增加了困難。例如MIT航空航天系在其網(wǎng)站上介紹說，為了實施CDIO，他們建設(shè)了如圖1所示的“Learning Laboratory”：光這個“CDIO環(huán)境”就花費了好幾百萬美金。相比之下，軟件工程環(huán)境就不必花那么多錢。我們完全可以根據(jù)各個學(xué)校當(dāng)前的財力條件，根據(jù)學(xué)校的重點專業(yè)布局，建設(shè)可大可小的環(huán)境來滿足CDIO教育模式的需要。
　　在CDIO的4個環(huán)節(jié)中，D和I的環(huán)境幾乎就是原有的計算機(jī)教學(xué)條件，只是c和O分別作為用戶的使用需求和系統(tǒng)的運行環(huán)境，或者要求師生到現(xiàn)場，或者可以在學(xué)校實驗室模擬客戶環(huán)境，環(huán)境模擬的費用也不高，我們甚至可以鼓勵師生發(fā)揮主觀能動性，充分利用實驗室原有條件以及互聯(lián)網(wǎng)、開放源代碼等資源，花費不多的資金和精力，就可能建成CDIO環(huán)境。這樣做，我們的師生反而成長得更快。
　　
　　3　借CDIO東風(fēng)解決中國教育的根本問題
　　
　　筆者除擔(dān)任教職之外，還自2000年起在南開大學(xué)的海外公司(南開越洋)兼職。因為公司主要從事海外業(yè)務(wù)，國內(nèi)市場上“有經(jīng)驗”的員工反而不適應(yīng)我們的業(yè)務(wù)，因此我們不得不常年招聘應(yīng)屆畢業(yè)生，連骨干員工也都是自己來培養(yǎng)。但十年下來，我們感到國內(nèi)畢業(yè)生(無論是計算機(jī)專業(yè)還是其他專業(yè))解決問題的能力越來越差，尤其是在問題面前缺乏“主觀能動性”。
　　作為教育者，筆者對其原因有自己的判斷，那就是從西方搬來的“學(xué)位教育”到中國都“走了味”，家長、教師和學(xué)生本人都將“學(xué)士”、“碩士”和“博士”當(dāng)成了中國歷史上的“秀才”、“舉人”和“進(jìn)士”，“十年寒窗苦…暮登天子堂”，完全脫離三大社會實踐，用人單位也往往重學(xué)歷、輕能力，培養(yǎng)出來的畢業(yè)生只有分?jǐn)?shù)、沒有能力，尤其在面對難題時完全喪失主觀能動性。
　　在這樣的背景下，筆者特別贊成在計算機(jī)教育領(lǐng)域嘗試CDIO模式，因為它向工程領(lǐng)域的師生們特別強(qiáng)調(diào)了，一定要對產(chǎn)品或系統(tǒng)的“全生命周期”負(fù)責(zé)，就是說一定要執(zhí)行教育方針與生產(chǎn)勞動相結(jié)合。針對中國教育問題，CDIO中的C和O最重要：
　　(1)Conceive就是要我們的學(xué)生從客戶或用戶(用戶不一定是“客戶”，而可能是客戶的“員工”或者客戶的“顧客”)的實際需要出發(fā)去構(gòu)思產(chǎn)品或者系統(tǒng)的功能、性能和結(jié)構(gòu)。
　　90年代初，筆者在美國硅谷領(lǐng)導(dǎo)的工程隊有30多名工程師，其中一半是國內(nèi)名校的博士、碩士生，另一半是從當(dāng)?shù)仄刚埖摹把笕恕保瑑深惞こ處熛啾?，國?nèi)的人好像功課更好一些，但想象力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國外的工程師，或者說不能從調(diào)研材料出發(fā)想象用戶，給不出產(chǎn)品或系統(tǒng)的完善功能定義來。
　　(2)Operate就是要我們的學(xué)生想到，你所設(shè)計、研發(fā)的系統(tǒng)和產(chǎn)品必須能在客戶或者用戶的環(huán)境中運行，滿足他們的實際需要。如果有問題，那你就必須糾正錯誤或改進(jìn)系統(tǒng)，到其能夠正常運行、完成用戶業(yè)務(wù)為止。
　　我國教育所培養(yǎng)的工程師都很重視軟件編程和功能實現(xiàn)，但一般都不關(guān)心軟件是否好用，用戶是否容易上手等，嫌這些事情瑣碎、沒有水平。待換到用戶的運行環(huán)境，那問題就更多了，甚至暴露原有設(shè)計的根本性問題，不做大的改動簡直無法使用。
　　CDIO的D和I環(huán)節(jié)往往就是原有教學(xué)方式中考核分?jǐn)?shù)之處，但若沒有C和O的目標(biāo)，學(xué)生參加這種考核是很被動的。如果我們的學(xué)生能夠理解、想象和掌控C和O這兩個環(huán)節(jié)，那他在學(xué)習(xí)D和I時就有了明確的目標(biāo)，他的主觀能動性就調(diào)動起來了。當(dāng)然，一個產(chǎn)品或者一個系統(tǒng)的全生命周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是這樣簡單，CDIO 4個環(huán)節(jié)往往也難于這樣機(jī)械地分割，但我們?nèi)裟芴貏e注意C和O，那“科考文化”的糟粕就很容易去除，我們的學(xué)生也就有機(jī)會提高能力了，我們的教員、家長和用人單位也就不會死盯分?jǐn)?shù)了。
　　
　　4　計算機(jī)教育首倡培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性
　　
　　讀過《實踐論》的人們都知道毛澤東的一句名言：“從感性認(rèn)識而能動地發(fā)展到理性認(rèn)識，又從理性認(rèn)識而能動地指導(dǎo)革命實踐，改造主觀世界和客觀世界”。
　　這句話好就好在其中的兩個“能動地”，而我們當(dāng)今畢業(yè)生所普遍缺乏的也正是這兩個“能動性”。CDIO好就好在它恰好涵蓋了這兩個能動。
　　(1)第一個“能動”是從C到D·I的飛躍：學(xué)生在調(diào)UpRNKp2E68rXdrnevHjMEYT8qmfqcnqyt3T3fp3aaRs=研客戶需求、占有大量素材之后，就會產(chǎn)生反映客觀實際的“概念”，即客戶到底需要的是什么軟件。有了這樣的概念，他再根據(jù)已經(jīng)掌握的計算機(jī)知識(或者補充調(diào)研到的計算機(jī)知識)進(jìn)行判斷和推理，就會構(gòu)思一個解決方案，從而完成了第一個飛躍，并為其后的D和I創(chuàng)造了條件。
　　我前面說到“洋人工程師”比我們名校研究生強(qiáng)的地方正是在這里。如果我們的教育能夠讓學(xué)生在畢業(yè)之前就具備了這種飛躍的自覺性，那我們的畢業(yè)生就是舉世無雙的了。
　　(2)第二個“能動”是從D·I到O的飛躍：學(xué)生在設(shè)計、研發(fā)了軟件產(chǎn)品或系統(tǒng)之后，還要在客戶環(huán)境或模擬的客戶環(huán)境中運行他所研發(fā)的系統(tǒng)，看看它是否符合自己原來的設(shè)想，尤其要檢驗它是否符合客戶的真實需求(一般來說，不走到這一步就無法最終驗證客戶的“真實需求”)。如果不合，就要糾正錯誤或者繼續(xù)改進(jìn)。
　　只有到了這一步，學(xué)生才真正地搞明白客戶要什么，搞明白自己所構(gòu)思的是否正確，以及自己的D·I是否達(dá)到了客戶的要求。過了這個坎，學(xué)生當(dāng)然就明白了什么叫“兩個飛躍”，也就體驗到如何發(fā)揮“兩個能動性”。
　　當(dāng)然，以上的敘述比實際過程要簡化多了，因為學(xué)生往往會遭受多次挫折、往往要經(jīng)過“實踐一認(rèn)識一再實踐”的多次循環(huán)才能完成任務(wù)。但那正是他們磨練自己、長真本領(lǐng)的過程。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生，別人就再也不會指責(zé)“分?jǐn)?shù)高、能力低”了。因此，我特別贊成在計算機(jī)工程領(lǐng)域嘗試CDIO教育模式，并根據(jù)中國情況，根據(jù)計算機(jī)工程的條件發(fā)展出適合中國教育和建設(shè)的最佳模式來。
　　
　　5　中國如何培養(yǎng)出自己的軟件系統(tǒng)架構(gòu)師
　　
　　大約十年前，軟件業(yè)界常常有人說“我們的學(xué)校培養(yǎng)不出系統(tǒng)架構(gòu)師來”。后來，大家明白了，原來架構(gòu)師不是學(xué)校培養(yǎng)的，而是實踐中鍛煉出來的。這就好像新畢業(yè)生不可能當(dāng)“總工程師”一樣，門門功課都滿分的畢業(yè)生也不可能擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)架構(gòu)師。
　　業(yè)界的第二個誤解是“架構(gòu)師只需要軟件技術(shù)或者計算機(jī)知識”。這個誤解也消融了，現(xiàn)在大家都已知道：架構(gòu)師必須懂得客戶所在的領(lǐng)域以及客戶的具體需求，或者說在某種意義上成為“客戶領(lǐng)域的專家”。只有同時考慮“客戶業(yè)務(wù)架構(gòu)”和“系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)”，他們才有可能創(chuàng)造出好的軟件系統(tǒng)。
　　這樣說來，架構(gòu)師就只能靠畢業(yè)后在企業(yè)里“煎熬”了，那還與計算機(jī)教育有什么關(guān)系呢?我們說，是大有關(guān)系的!一個人畢業(yè)后在企業(yè)里進(jìn)步的快慢，與他在學(xué)校里接受教育的內(nèi)容和方式都有著很大的關(guān)系：設(shè)想一個學(xué)生只學(xué)習(xí)了編程語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)課程和相應(yīng)的實驗或?qū)嵙?xí)，但卻沒有做過完整的軟件系統(tǒng)，那他在工作單位就難以表現(xiàn)出主觀能動性，也就難于獲得最好的成長機(jī)會；如果一個學(xué)生念書時學(xué)會了設(shè)計和執(zhí)行，但還是不會分析客戶需求并給出方案(C)、不曾完成并最終運行一個系統(tǒng)(O)，那他就聽不懂客戶在講什么，也聽不懂經(jīng)理在要求什么，因而也就難于發(fā)揮主觀能動性，難于爭取到快速成長的機(jī)會。
　　卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)和加拿大滑鐵盧大學(xué)等學(xué)校并未使用CDIO這種稱呼，但他們的教育模式與CDIO是類似的，因此他們的畢業(yè)生能夠較快地成長為架構(gòu)師。為了幫助我們的學(xué)生將來快速成長，我們也要考慮采用類似CDIO的模式來培養(yǎng)計算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是，CDIO教育模式在學(xué)校條件下就給了學(xué)生提前體會“架構(gòu)設(shè)計”的機(jī)會，他們在工作中就能表現(xiàn)出更強(qiáng)的競爭力，在群體中奪得機(jī)會、脫穎而出。
　　
　　6　教學(xué)相長、校企結(jié)合、共創(chuàng)CDIO環(huán)境
　　
　　軟件工程的CDIO環(huán)境不像MIT航空航天工程系的CDIO環(huán)境那樣復(fù)雜、那樣昂貴，但我們要注意其環(huán)境建設(shè)的特點：
　　(1)教學(xué)相長、與時俱進(jìn)。
　　IT技術(shù)或者軟件技術(shù)幾乎是發(fā)展最快的科技領(lǐng)域。我們教師在接受新鮮事物方面，就是趕不上自己的學(xué)生，尤其是他們上網(wǎng)什么都能搜索得到。這個領(lǐng)域的快速發(fā)展，同時也就決定了其CDIO實驗室必須跟上時代、不斷更新。為此，我們必須努力發(fā)掘和充分利用學(xué)生的積極因素，讓他們成為CDIO實驗室建設(shè)的生力軍，我們自己則在旁指揮，甚至只當(dāng)參謀。
　　我們要幫助學(xué)生總結(jié)網(wǎng)絡(luò)調(diào)研的方法和經(jīng)驗，并為以后的師生積累教材：要學(xué)會調(diào)研和搜集企業(yè)信息、行業(yè)知識和典型的IT應(yīng)用系統(tǒng)；要學(xué)會調(diào)研、搜集和管理各種軟件資源，如開源代碼、軟件說明、免費的或比較便宜的常用構(gòu)件；要學(xué)會整理、打包、積累各個項目的源碼、注解、說明、開發(fā)文檔、測試文檔、發(fā)布文檔、糾錯(Bug Fix)數(shù)據(jù)庫和完整客戶以及內(nèi)部通訊記錄：要學(xué)會搜索、選擇、開發(fā)和管理測試工具，學(xué)會編制測試案例(case)和測試用數(shù)據(jù)庫等。
　　我們要一邊帶著學(xué)生做，一邊向他們學(xué)，很多時候要先當(dāng)學(xué)生、后當(dāng)先生。這樣，他們只需花很少的錢就能建成很實用的CDIO實驗室?！叭诵斜赜形釒煛保搅诵畔⒓夹g(shù)時代，我們就推崇“二人行必有吾師”了。
　　(2)積極開展校企合作。
　　上述第(1)條主要是講CDIO中的D和I部分的建設(shè)，但兩頭的C和O才是關(guān)鍵。C是客戶的實際需求，沒有這種需求，學(xué)生就無以構(gòu)思；O是運行軟件的客戶環(huán)境或者客戶模擬環(huán)境，不這樣運行軟件，學(xué)生就無法實現(xiàn)第二次飛躍。C和O一般都需要與企業(yè)合作共同創(chuàng)建。事實上，CDIO國際組織在其網(wǎng)站上也明確指出：CDIO教育模式實際是由學(xué)界、工業(yè)界、工程師和學(xué)生共同提倡創(chuàng)立的(The CDIOInitiative was developed with input from academics，indus