我國計算機教育如何借鑒歐美CDIO模式

　　在我國著名學者查建中教授和汕頭大學顧佩華副校長的大力倡導下，在教育部有關部門的大力支持下，90年代末期發源自美國麻省理工(MIT)的CDIO工程教育模式獲得我國大批教育機構的重視，并在很多大學和專業試行。本文擬探討這一模式能否在我國計算機工程教育中借鑒，以及相應的實驗建設應該注意哪些問題。
　　大凡歐美模式，一律都是歐美人士或業界根據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，其是否有效的標準也是根據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、學校和企業一律照抄歐美模式，結果只會造成金錢、人力和設備的浪費，卻得不到什么效果。
　　回到CDIO正題：我們應該學習外國經驗，但務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、什么不該學以及該學的要怎樣學，走出適合中國國情的計算機教育之路。
　　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)服務貿易時代正確對待軟件產業及教育；
　　(3)借CDIO東風解決中國教育的根本問題：
　　(4)中國如何培養出自己的軟件系統架構師；
　　(5)計算機教育首倡培養學生的主觀能動性：
　　(6)教學相長、校企結合、共創CDIO環境。
　　
　　1　正確理解CDIO本意及其歐美教育背景
　　
　　CDIO于上世紀90年代末發源于美國麻省理工的航空航天工程系(MIT的Aero&Astro)，后又發展為國際組織(www.CDIO.org)。查建中教授和顧佩華副校長向我國學界介紹了CDIO的有關理論和實踐，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站與發起校美國MIT的網站(http：／／web.mit.edu／aeroastro／academics／cdio.html)之后，我們就會發現這樣幾條關鍵信息：
　　(1)MIT的航空航天系于90年代末創立CDIO教育模式，又于2000年聯合三家瑞典大學完善了CDIO模式、創立了12條標準，并于2004年正式創立國際組織，其后續發起單位還包括北美(美國、加拿大)、英國、北歐和南非等國的一些大學。
　　(2)CDIO模式及其12條標準原則上也適用于其他工程專業。但CDIO國際組織首要強調的專業仍然是航空航天、機械工程和電子工程三大專業。軟件工程并不屬于該國際組織明確宣布的專業，但“軟件(software)”一詞在該組織的諸多工程領域和環境建設宣傳中頻繁出現，分析其原因是：現在無論工科、商科的什么專業都離不開軟件，任何系統(或產品)在其實現階段(即CDIO的“I”)都無法離開軟件。
　　(3)美國卡內基·梅隆大學和加拿大滑鐵盧大學的計算機教育都強調與產業相結合(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是構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運行(Operate)4個英文單詞字頭的連寫，涵蓋了產品(或系統)從構思、研發、應用到反復改進的完整生命周期。幫助學生理解和體驗產品或系統的“完整生命周期”，對發揮其主觀能動性具有極其重要的意義。在全生命周期環境中，學生個人技能、協作精神和創新能力都將獲得全面的發展。
　　筆者恰好是三十年前去北美留學的，也是我國第一位從那里獲得計算機科學博士學位的學者，并且在計算機教育領域和產業領域供職至今，因此對中、美計算機教育的差異有著比較深刻的認識。筆者認為，中國完全可以在計算機教育領域嘗試CDIO原則，只是我們務必要避免教條主義，務必要根據中國文化特點，根據計算機教育的特點，以及根據世界科技和市場的新發展，專門探索出一套適合中國計算機工程(包括或者主要是軟件工程)教育的模式。
　　
　　2　服務貿易時代正確對待軟件產業及教育
　　
　　WTO將計算機軟件劃歸“服務貿易”類別。現代服務貿易是20世紀70年代逐步興起的領域，現在在美國的產業比重已經高達85％。與制造業不同，服務貿易各領域大體有以下幾個特點：
　　(1)購買前客戶看不到服務；
　　(2)服務的生產與消費同步；
　　(3)服務質量具有不穩定性；
　　(4)客戶是無法儲存服務的。
　　顯然，航天航空、機械工程和電子工程三大領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域的CDIO模式，其原始形式必須經過一定調整才可能適用于軟件工程領域。這里所需的調整未必是增加了困難。例如MIT航空航天系在其網站上介紹說，為了實施CDIO，他們建設了如圖1所示的“Learning Laboratory”：光這個“CDIO環境”就花費了好幾百萬美金。相比之下，軟件工程環境就不必花那么多錢。我們完全可以根據各個學校當前的財力條件，根據學校的重點專業布局，建設可大可小的環境來滿足CDIO教育模式的需要。
　　在CDIO的4個環節中，D和I的環境幾乎就是原有的計算機教學條件，只是c和O分別作為用戶的使用需求和系統的運行環境，或者要求師生到現場，或者可以在學校實驗室模擬客戶環境，環境模擬的費用也不高，我們甚至可以鼓勵師生發揮主觀能動性，充分利用實驗室原有條件以及互聯網、開放源代碼等資源，花費不多的資金和精力，就可能建成CDIO環境。這樣做，我們的師生反而成長得更快。
　　
　　3　借CDIO東風解決中國教育的根本問題
　　
　　筆者除擔任教職之外，還自2000年起在南開大學的海外公司(南開越洋)兼職。因為公司主要從事海外業務，國內市場上“有經驗”的員工反而不適應我們的業務，因此我們不得不常年招聘應屆畢業生，連骨干員工也都是自己來培養。但十年下來，我們感到國內畢業生(無論是計算機專業還是其他專業)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“學位教育”到中國都“走了味”，家長、教師和學生本人都將“學士”、“碩士”和“博士”當成了中國歷史上的“秀才”、“舉人”和“進士”，“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歷、輕能力，培養出來的畢業生只有分數、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教育領域嘗試CDIO模式，因為它向工程領域的師生們特別強調了，一定要對產品或系統的“全生命周期”負責，就是說一定要執行教育方針與生產勞動相結合。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”)的實際需要出發去構思產品或者系統的功能、性能和結構。
　　90年代初，筆者在美國硅谷領導的工程隊有30多名工程師，其中一半是國內名校的博士、碩士生，另一半是從當地聘請的“洋人”，兩類工程師相比，國內的人好像功課更好一些，但想象力遠遠不及國外的工程師，或者說不能從調研材料出發想象用戶，給不出產品或系統的完善功能定義來。
　　(2)Operate就是要我們的學生想到，你所設計、研發的系統和產品必須能在客戶或者用戶的環境中運行，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系統，到其能夠正常運行、完成用戶業務為止。
　　我國教育所培養的工程師都很重視軟件編程和功能實現，但一般都不關心軟件是否好用，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境，那問題就更多了，甚至暴露原有設計的根本性問題，不做大的改動簡直無法使用。
　　CDIO的D和I環節往往就是原有教學方式中考核分數之處，但若沒有C和O的目標，學生參加這種考核是很被動的。如果我們的學生能夠理解、想象和掌控C和O這兩個環節，那他在學習D和I時就有了明確的目標，他的主觀能動性就調動起來了。當然，一個產品或者一個系統的全生命周期遠遠不是這樣簡單，CDIO 4個環節往往也難于這樣機械地分割，但我們若能特別注意C和O，那“科考文化”的糟粕就很容易去除，我們的學生也就有機會提高能力了，我們的教員、家長和用人單位也就不會死盯分數了。
　　
　　4　計算機教育首倡培養學生的主觀能動性
　　
　　讀過《實踐論》的人們都知道毛澤東的一句名言：“從感性認識而能動地發展到理性認識，又從理性認識而能動地指導革命實踐，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”，而我們當今畢業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：學生在調UpRNKp2E68rXdrnevHjMEYT8qmfqcnqyt3T3fp3aaRs=研客戶需求、占有大量素材之后，就會產生反映客觀實際的“概念”，即客戶到底需要的是什么軟件。有了這樣的概念，他再根據已經掌握的計算機知識(或者補充調研到的計算機知識)進行判斷和推理，就會構思一個解決方案，從而完成了第一個飛躍，并為其后的D和I創造了條件。
　　我前面說到“洋人工程師”比我們名校研究生強的地方正是在這里。如果我們的教育能夠讓學生在畢業之前就具備了這種飛躍的自覺性，那我們的畢業生就是舉世無雙的了。
　　(2)第二個“能動”是從D·I到O的飛躍：學生在設計、研發了軟件產品或系統之后，還要在客戶環境或模擬的客戶環境中運行他所研發的系統，看看它是否符合自己原來的設想，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改進。
　　只有到了這一步，學生才真正地搞明白客戶要什么，搞明白自己所構思的是否正確，以及自己的D·I是否達到了客戶的要求。過了這個坎，學生當然就明白了什么叫“兩個飛躍”，也就體驗到如何發揮“兩個能動性”。
　　當然，以上的敘述比實際過程要簡化多了，因為學生往往會遭受多次挫折、往往要經過“實踐一認識一再實踐”的多次循環才能完成任務。但那正是他們磨練自己、長真本領的過程。這樣培養出來的學生，別人就再也不會指責“分數高、能力低”了。因此，我特別贊成在計算機工程領域嘗試CDIO教育模式，并根據中國情況，根據計算機工程的條件發展出適合中國教育和建設的最佳模式來。
　　
　　5　中國如何培養出自己的軟件系統架構師
　　
　　大約十年前，軟件業界常常有人說“我們的學校培養不出系統架構師來”。后來，大家明白了，原來架構師不是學校培養的，而是實踐中鍛煉出來的。這就好像新畢業生不可能當“總工程師”一樣，門門功課都滿分的畢業生也不可能擔當系統架構師。
　　業界的第二個誤解是“架構師只需要軟件技術或者計算機知識”。這個誤解也消融了，現在大家都已知道：架構師必須懂得客戶所在的領域以及客戶的具體需求，或者說在某種意義上成為“客戶領域的專家”。只有同時考慮“客戶業務架構”和“系統技術架構”，他們才有可能創造出好的軟件系統。
　　這樣說來，架構師就只能靠畢業后在企業里“煎熬”了，那還與計算機教育有什么關系呢?我們說，是大有關系的!一個人畢業后在企業里進步的快慢，與他在學校里接受教育的內容和方式都有著很大的關系：設想一個學生只學習了編程語言、數據結構、數據庫、操作系統和網絡等基礎課程和相應的實驗或實習，但卻沒有做過完整的軟件系統，那他在工作單位就難以表現出主觀能動性，也就難于獲得最好的成長機會；如果一個學生念書時學會了設計和執行，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(O)，那他就聽不懂客戶在講什么，也聽不懂經理在要求什么，因而也就難于發揮主觀能動性，難于爭取到快速成長的機會。
　　卡內基·梅隆大學和加拿大滑鐵盧大學等學校并未使用CDIO這種稱呼，但他們的教育模式與CDIO是類似的，因此他們的畢業生能夠較快地成長為架構師。為了幫助我們的學生將來快速成長，我們也要考慮采用類似CDIO的模式來培養計算機專業的畢業生。這里要特別強調的是，CDIO教育模式在學校條件下就給了學生提前體會“架構設計”的機會，他們在工作中就能表現出更強的競爭力，在群體中奪得機會、脫穎而出。
　　
　　6　教學相長、校企結合、共創CDIO環境
　　
　　軟件工程的CDIO環境不像MIT航空航天工程系的CDIO環境那樣復雜、那樣昂貴，但我們要注意其環境建設的特點：
　　(1)教學相長、與時俱進。
　　IT技術或者軟件技術幾乎是發展最快的科技領域。我們教師在接受新鮮事物方面，就是趕不上自己的學生，尤其是他們上網什么都能搜索得到。這個領域的快速發展，同時也就決定了其CDIO實驗室必須跟上時代、不斷更新。為此，我們必須努力發掘和充分利用學生的積極因素，讓他們成為CDIO實驗室建設的生力軍，我們自己則在旁指揮，甚至只當參謀。
　　我們要幫助學生總結網絡調研的方法和經驗，并為以后的師生積累教材：要學會調研和搜集企業信息、行業知識和典型的IT應用系統；要學會調研、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件；要學會整理、打包、積累各個項目的源碼、注解、說明、開發文檔、測試文檔、發布文檔、糾錯(Bug Fix)數據庫和完整客戶以及內部通訊記錄：要學會搜索、選擇、開發和管理測試工具，學會編制測試案例(case)和測試用數據庫等。
　　我們要一邊帶著學生做，一邊向他們學，很多時候要先當學生、后當先生。這樣，他們只需花很少的錢就能建成很實用的CDIO實驗室。“三人行必有吾師”，到了信息技術時代，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，但兩頭的C和O才是關鍵。C是客戶的實際需求，沒有這種需求，學生就無以構思；O是運行軟件的客戶環境或者客戶模擬環境，不這樣運行軟件，學生就無法實現第二次飛躍。C和O一般都需要與企業合作共同創建。事實上，CDIO國際組織在其網站上也明確指出：CDIO教育模式實際是由學界、工業界、工程師和學生共同提倡創立的(The CDIOInitiative was developed with input from academics，indus