工程哲學(xué)在軟件工程教學(xué)中的應(yīng)用

伍永豪　尹朝慶

摘要：介紹工程哲學(xué)和軟件工程教學(xué)融合的可能性，指出軟件工程知識中的工程哲學(xué)思想，提出改革軟件工程的教學(xué)，并將其用于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)中，讓學(xué)生掌握并靈活運用軟件工程知識，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

關(guān)鍵詞：軟件工程；工程哲學(xué)；軟件開發(fā)；哲學(xué)思想

0、引言

工程哲學(xué)以工程為研究對象，它是關(guān)于整個工程領(lǐng)域的哲學(xué)理論，也是關(guān)于重大工程問題和工程共同規(guī)律或一般規(guī)律的哲學(xué)思考。我國一些專家進行了軟件工程學(xué)科的哲學(xué)研究，羅偉剛在《軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的哲學(xué)思考》一文中介紹了軟件體系結(jié)構(gòu)的概念以及軟件體系結(jié)構(gòu)中常用的原理，并用自然辯證法中的一些哲學(xué)思想來說明軟件體系結(jié)構(gòu)原理。宋連鵬在《軟件工程與哲學(xué)》一文中從軟件的開發(fā)周期中分析了軟件工程的哲學(xué)思想，但是沒有從軟件工程的整體來進行哲學(xué)思想的探討，也沒有將工程哲學(xué)在軟件工程領(lǐng)域進行應(yīng)用研究，因此有一定的研究空白。

從哲學(xué)的視角探討軟件工程的概念與本質(zhì)屬性，將工程哲學(xué)應(yīng)用于軟件工程課程的教學(xué)具有現(xiàn)實意義。工程哲學(xué)在軟件工程教學(xué)中的應(yīng)用探索研究，既能豐富工程哲學(xué)的理論，也能進一步提升軟件工程教學(xué)的質(zhì)量，讓學(xué)生在工程化的思想中得到人文的熏陶。

1、軟件工程教學(xué)中運用的工程哲學(xué)思想

1）系統(tǒng)工程思想。

在軟件工程的課程中，要始終把軟件開發(fā)視作一個整體，從宏觀上把握軟件體系。在軟件開發(fā)的過程中，注意關(guān)注各個模塊之間的關(guān)系，全面考慮引起問題的各種因素，從系統(tǒng)的角度分析解決問題。

2）矛盾論思想。

教學(xué)中會大量用到矛盾論的取舍，教師在教學(xué)中引入矛盾論，可以加深學(xué)生對于事物本質(zhì)的把握，知道在實踐中遇到問題時如何取舍。

3）抽象模型思想。

抽象事物的本質(zhì)是人類具有的一種獨特能力。我們在軟件設(shè)計時，要善于抽象模型，通過抓主要矛盾抽象事物的本質(zhì)，然后具體問題具體分析。我們通過對事物本質(zhì)的分析，構(gòu)建不同的模型，這樣有利于我們找出事物的潛在規(guī)律，從而解決軟件開發(fā)的實際問題。

4）先整體，后局部的思想。

教師應(yīng)注意教授學(xué)生學(xué)習(xí)方法，當(dāng)面臨較大或者較難問題的時候，要指導(dǎo)學(xué)生善于利用先整體后局部的思想。

5）分層分解和模塊化組裝的思想。

在軟件工程的發(fā)展中，需要學(xué)生能夠?qū)栴}進行分解，按照層次結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜的問題通過分層簡化，把系統(tǒng)從上而下逐步分解，大問題一步步分解成小問題。同時，通過模塊化組裝的思想，把分層以后的模塊集成化組裝，最后合成一個軟件系統(tǒng)。這種思想在軟件過程的設(shè)計中大量存在。

2、工程哲學(xué)在軟件工程應(yīng)用中的意義和應(yīng)用案例

2.1 重要意義

軟件工程作為一門計算機專業(yè)的主干課程，除了傳授書本的知識以外，還需要把一些思考問題、處理問題的思維方式傳授給學(xué)生。計算機是一個發(fā)展速度非?？斓膶W(xué)科，許多技術(shù)從出現(xiàn)到大規(guī)模應(yīng)用往往只需幾個月，教學(xué)可能遠遠滯后于企業(yè)的應(yīng)用技術(shù)。在這樣的大背景下，要求老師在講授軟件工程課程中，重點傳授思想和思維方法。教師在通過案例教學(xué)等方式讓學(xué)生在學(xué)到知識的同時，了解軟件的開發(fā)方法，掌握軟件工程的專業(yè)知識，還需要學(xué)生掌握軟件工程所蘊含的哲學(xué)思想，使學(xué)生在以后的工程實踐中能夠運用哲學(xué)思想來解決未來軟件開發(fā)的實際問題。

（1）學(xué)生掌握軟件工程中的哲學(xué)思想后，能夠進一步加深對軟件工程專業(yè)知識的理解。由于哲學(xué)是一切學(xué)科的基礎(chǔ)和源頭，我們完全可以相信，如果能夠很好地理解軟件工程所包含的哲學(xué)思想，將更容易使學(xué)生的軟件工程知識融會貫通，比如分層分解和模塊化組裝的思想能有利于學(xué)生掌握數(shù)據(jù)流圖模型的構(gòu)建，有利于學(xué)生理解流程圖為什么用一組圖去代替一張圖的方式，讓學(xué)生很好地體會分層和組合的概念。

（2）學(xué)生掌握軟件工程中的哲學(xué)思想后，能學(xué)會靈活地處理問題，知道利用矛盾論等方法實事求是地解決實際問題。學(xué)好軟件工程中的工程哲學(xué)理論，有利于學(xué)生在面臨矛盾問題時明白“過猶不及”的道理，在實踐中把握度，通過掌握軟件工程的工具和方法，利用模型方式構(gòu)建現(xiàn)實世界的邏輯模型，并利用抽象和分層的思想去簡化現(xiàn)實世界模型化的難度，最終實現(xiàn)軟件的設(shè)計。

（3）學(xué)生掌握軟件工程中的哲學(xué)思想后，能激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，促使學(xué)生主動探索新知識。軟件工程是一門發(fā)展中的學(xué)科，只有不斷地創(chuàng)新才能跟上IT行業(yè)的發(fā)展。軟件工程是許多工程經(jīng)驗的總結(jié)，隨著計算機新技術(shù)的大量運用和移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，知識的更新速度不斷加快，我們要通過開展工程哲學(xué)在軟件工程課程教學(xué)中應(yīng)用探索促使學(xué)生知道自己的不足，努力學(xué)習(xí)新知識，應(yīng)用實踐軟件工程的理論，同時總結(jié)自己的經(jīng)驗來提升軟件工程學(xué)科的內(nèi)涵，為促進軟件工程學(xué)科的發(fā)展貢獻自己的力量。

2.2 工程哲學(xué)理論在軟件工程教學(xué)中的應(yīng)用案例

2.2.1 系統(tǒng)工程思想在教學(xué)中的應(yīng)用

在講解系統(tǒng)的設(shè)計部分時，我們首先必須均衡各個模塊之間的關(guān)系，綜合考慮系統(tǒng)的各類影響因素，并根據(jù)劃分階段，按照一定的順序組織開發(fā)，在實際操作中可能存在部分迭代的過程，但是總體會按照模型規(guī)定步驟逐步推進。在軟件工程的教學(xué)中，我們要注意合理運用系統(tǒng)工程的實現(xiàn)，讓學(xué)生掌握從宏觀著手去思考軟件的開發(fā)過程，合理運用軟件開發(fā)模型，綜合考慮軟件開發(fā)的各種因素。比如學(xué)生在課程設(shè)計中容易犯直接編碼的錯誤，如果沒有設(shè)計而直接編碼，當(dāng)開發(fā)過程中引入新的需求的時候，就需要重新返工，這種重復(fù)工作在課程設(shè)計中比比皆是。

2.2.2 矛盾論思想在教學(xué)中的應(yīng)用

在軟件需求分析階段，我們講解傳統(tǒng)的需求數(shù)據(jù)模型，提到E-R圖的五范式。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，第五范式從設(shè)計的角度來講是最好的設(shè)計，但是它也有弊病，范式級別越高，存儲同樣數(shù)據(jù)就需要分解成更多張表，“存儲自身”的過程也就越復(fù)雜。隨著范式級別的提高，數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)與基于問題域的結(jié)構(gòu)間的匹配程度也隨之下降，因此，當(dāng)需求產(chǎn)生變化時，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較差。范式級別提高則需要訪問的表增多，因此性能（速度）將下降。從實用角度來看，在大多數(shù)場合選用第三范式比較恰當(dāng)，這個就是典型矛盾論的選擇。在講解到模塊化時，我們指出模塊化就是把程序劃分成獨立命名且可獨立訪問的模塊，每個模塊完成一個子功能，把這些模塊集成起來構(gòu)成一個整體，可以完成指定的功能從而滿足用戶的需求，這樣的設(shè)計并不是模塊化越小越好，當(dāng)模塊小到一定程度時，單個模塊的成本會降低，但是模塊間接口成本會上升，因此要求設(shè)計者能夠在矛盾論的指導(dǎo)下，選擇最合理的平衡點，根據(jù)不同的情況、不同的項目具體問題具體分析。endprint

2.2.3 抽象模型思想在教學(xué)中的應(yīng)用

在講解軟件需求時，我們通過構(gòu)建數(shù)據(jù)模型來分析系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)流圖來完成系統(tǒng)的功能模型的設(shè)計，通過狀態(tài)圖來完成系統(tǒng)行為模型的構(gòu)建，善于利用模型能夠大大節(jié)約我們的需求獲取時間，提升軟件設(shè)計的效率。在傳統(tǒng)的模型基礎(chǔ)上，軟件開發(fā)過程進化到面向?qū)ο蟮臅r代，在這個時代，通過類模型的構(gòu)建，進一步接近人類的思維，更加有利于軟件需求分析師觸及系統(tǒng)的本質(zhì)模型。

在軟件的設(shè)計階段，統(tǒng)一建模語言（UML）的出現(xiàn)，使得系統(tǒng)的模型搭建更加容易，這種圖形化的建模語言，非常便于系統(tǒng)分析員和目標用戶的需求交流，通過圖形化的方式能夠?qū)崿F(xiàn)無障礙溝通，大大提升了需求分析的效能。同時，由于面向?qū)ο箝_發(fā)方法的持續(xù)性和無間隙，進一步提升了軟件開發(fā)的效率。

2.2.4 先整體，后局部的思想在教學(xué)中的應(yīng)用

講解軟件設(shè)計時，需要設(shè)計者能夠從宏觀上把握系統(tǒng)，只有這樣才能很好地解決系統(tǒng)的構(gòu)架問題。一個好的構(gòu)架能夠起到事半功倍的作用，通過滯后解決問題的方式，降低系統(tǒng)的開發(fā)難度，把大問題分解成小問題，然后各個擊破，這樣能降低系統(tǒng)的開發(fā)難度，減少系統(tǒng)開發(fā)失敗的幾率。在傳統(tǒng)軟件設(shè)計方法中，經(jīng)常將軟件的設(shè)計階段劃分為總體設(shè)計和詳細設(shè)計，既關(guān)注宏觀也關(guān)注微觀，通過分步處理的方式來解決大問題?？傮w設(shè)計主要考慮系統(tǒng)各個模塊之間的結(jié)構(gòu)，不去考慮模塊中算法的具體實施。在詳細設(shè)計階段，設(shè)計者主要考慮模塊內(nèi)部的實現(xiàn)機制，當(dāng)模塊設(shè)計完成的時候，整個系統(tǒng)的設(shè)計也就完成了。

2.2.5 分層分解和模塊化組裝的思想在教學(xué)中的應(yīng)用

在軟件流程圖模型的構(gòu)建中，我們通過一張高層次的系統(tǒng)流程圖總體描述軟件系統(tǒng)的概況和軟件將提供的關(guān)鍵功能，然后分步驟逐步細化功能，最后畫在單獨的一頁紙上。流程圖模型通過分層次、分步驟的方法描述目標系統(tǒng)，這樣的方式有利于閱讀者逐步深入地了解一個復(fù)雜的系統(tǒng)。

在軟件工程開發(fā)模型中，可以將軟件劃分成一個個可重用的軟件成分，通過提升構(gòu)件的可復(fù)用性來降低軟件開發(fā)的成本，IBM公司就是通過構(gòu)建軟件構(gòu)件庫的方式來完成對全球客戶的定制化服務(wù)。這種組裝的思想其實借鑒了其他行業(yè)的知識，把軟件設(shè)計變成了和硬件生產(chǎn)一樣的流水線式生產(chǎn)模式，這種思想歸根到底就是分層分解和模塊化組裝思想的體現(xiàn)。

2.3 軟件工程教學(xué)的建議

（1）在軟件工程課程的教學(xué)中，不能只局限于課本知識。軟件工程課程是實踐的理論，需要通過案例的方式將工程哲學(xué)的理論融入課堂，在傳授專業(yè)知識的同時，傳授哲學(xué)的知識，通過案例講解讓學(xué)生明白哪些地方是工程哲學(xué)在軟件工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生知其然，知其所以然。在講解一些具有代表性的哲學(xué)理論的時候，老師要講透。

（2）由于工程哲學(xué)在軟件工程教學(xué)的應(yīng)用屬于研究范疇，目前教材配套的習(xí)題基本沒有涉及這個領(lǐng)域，要求老師能夠設(shè)計一些開放型思維的題目，讓學(xué)生完成作業(yè)的時候開動腦筋去思索，通過習(xí)題的方式鞏固所學(xué)知識，加深對知識的理解。

（3）教師帶領(lǐng)學(xué)生參與工程實踐，通過課程設(shè)計，上崗實習(xí)等方式讓學(xué)生去參與實際項目，提升學(xué)生的動手能力，讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)。在軟件開發(fā)的實踐中，學(xué)生會提高獨立處理問題的能力，也將有機會在實踐過程中面對文中提到的哲學(xué)思想，這樣更能加深學(xué)生對課程的理解，鍛煉學(xué)生運用所學(xué)的哲學(xué)思想解決問題。

（4）通過邀請哲學(xué)老師來有針對性地給學(xué)生講解一些基本的哲學(xué)思想，讓學(xué)生通過課外講座的方式了解其他學(xué)科情況，彌補老師在教學(xué)中可能存在的對于哲學(xué)領(lǐng)域本身的不理解造成的誤讀，進一步擴寬學(xué)生的知識面。

3、結(jié)語

軟件工程是工程學(xué)在軟件行業(yè)的應(yīng)用，它在一定程度上具有工程學(xué)的很多共性，軟件工程是解決軟件開發(fā)過程的所有理論成果的概括和總結(jié)，是關(guān)于對軟件重大工程問題和工程共同規(guī)律或一般規(guī)律的總結(jié)思考。從哲學(xué)的視角探討工程哲學(xué)在軟件工程教學(xué)中的應(yīng)用探索，既能豐富工程哲學(xué)的理論，也能進一步提升工程哲學(xué)的實際應(yīng)用。endprint