工程哲學在軟件工程教學中的應用

伍永豪　尹朝慶

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

關鍵詞：軟件工程；工程哲學；軟件開發；哲學思想

0、引言

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

從哲學的視角探討軟件工程的概念與本質屬性，將工程哲學應用于軟件工程課程的教學具有現實意義。工程哲學在軟件工程教學中的應用探索研究，既能豐富工程哲學的理論，也能進一步提升軟件工程教學的質量，讓學生在工程化的思想中得到人文的熏陶。

1、軟件工程教學中運用的工程哲學思想

1）系統工程思想。

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

2）矛盾論思想。

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

3）抽象模型思想。

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

4）先整體，后局部的思想。

教師應注意教授學生學習方法，當面臨較大或者較難問題的時候，要指導學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。

在軟件工程的發展中，需要學生能夠對問題進行分解，按照層次結構，將復雜的問題通過分層簡化，把系統從上而下逐步分解，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。這種思想在軟件過程的設計中大量存在。

2、工程哲學在軟件工程應用中的意義和應用案例

2.1 重要意義

軟件工程作為一門計算機專業的主干課程，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生。計算機是一個發展速度非?？斓膶W科，許多技術從出現到大規模應用往往只需幾個月，教學可能遠遠滯后于企業的應用技術。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等方式讓學生在學到知識的同時，了解軟件的開發方法，掌握軟件工程的專業知識，還需要學生掌握軟件工程所蘊含的哲學思想，使學生在以后的工程實踐中能夠運用哲學思想來解決未來軟件開發的實際問題。

（1）學生掌握軟件工程中的哲學思想后，能夠進一步加深對軟件工程專業知識的理解。由于哲學是一切學科的基礎和源頭，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思想，將更容易使學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生掌握數據流圖模型的構建，有利于學生理解流程圖為什么用一組圖去代替一張圖的方式，讓學生很好地體會分層和組合的概念。

（2）學生掌握軟件工程中的哲學思想后，能學會靈活地處理問題，知道利用矛盾論等方法實事求是地解決實際問題。學好軟件工程中的工程哲學理論，有利于學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，利用模型方式構建現實世界的邏輯模型，并利用抽象和分層的思想去簡化現實世界模型化的難度，最終實現軟件的設計。

（3）學生掌握軟件工程中的哲學思想后，能激發學生的想象力和創造力，促使學生主動探索新知識。軟件工程是一門發展中的學科，只有不斷地創新才能跟上IT行業的發展。軟件工程是許多工程經驗的總結，隨著計算機新技術的大量運用和移動互聯網的飛速發展，知識的更新速度不斷加快，我們要通過開展工程哲學在軟件工程課程教學中應用探索促使學生知道自己的不足，努力學習新知識，應用實踐軟件工程的理論，同時總結自己的經驗來提升軟件工程學科的內涵，為促進軟件工程學科的發展貢獻自己的力量。

2.2 工程哲學理論在軟件工程教學中的應用案例

2.2.1 系統工程思想在教學中的應用

在講解系統的設計部分時，我們首先必須均衡各個模塊之間的關系，綜合考慮系統的各類影響因素，并根據劃分階段，按照一定的順序組織開發，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定步驟逐步推進。在軟件工程的教學中，我們要注意合理運用系統工程的實現，讓學生掌握從宏觀著手去思考軟件的開發過程，合理運用軟件開發模型，綜合考慮軟件開發的各種因素。比如學生在課程設計中容易犯直接編碼的錯誤，如果沒有設計而直接編碼，當開發過程中引入新的需求的時候，就需要重新返工，這種重復工作在課程設計中比比皆是。

2.2.2 矛盾論思想在教學中的應用

在軟件需求分析階段，我們講解傳統的需求數據模型，提到E-R圖的五范式。在數據庫設計中，第五范式從設計的角度來講是最好的設計，但是它也有弊病，范式級別越高，存儲同樣數據就需要分解成更多張表，“存儲自身”的過程也就越復雜。隨著范式級別的提高，數據的存儲結構與基于問題域的結構間的匹配程度也隨之下降，因此，當需求產生變化時，數據的穩定性較差。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，在大多數場合選用第三范式比較恰當，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，這樣的設計并不是模塊化越小越好，當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，因此要求設計者能夠在矛盾論的指導下，選擇最合理的平衡點，根據不同的情況、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中的應用

在講解軟件需求時，我們通過構建數據模型來分析系統的靜態數據，通過數據流圖來完成系統的功能模型的設計，通過狀態圖來完成系統行為模型的構建，善于利用模型能夠大大節約我們的需求獲取時間，提升軟件設計的效率。在傳統的模型基礎上，軟件開發過程進化到面向對象的時代，在這個時代，通過類模型的構建，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的本質模型。

在軟件的設計階段，統一建模語言（UML）的出現，使得系統的模型搭建更加容易，這種圖形化的建模語言，非常便于系統分析員和目標用戶的需求交流，通過圖形化的方式能夠實現無障礙溝通，大大提升了需求分析的效能。同時，由于面向對象開發方法的持續性和無間隙，進一步提升了軟件開發的效率。

2.2.4 先整體，后局部的思想在教學中的應用

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

2.2.5 分層分解和模塊化組裝的思想在教學中的應用

在軟件流程圖模型的構建中，我們通過一張高層次的系統流程圖總體描述軟件系統的概況和軟件將提供的關鍵功能，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，這樣的方式有利于閱讀者逐步深入地了解一個復雜的系統。

在軟件工程開發模型中，可以將軟件劃分成一個個可重用的軟件成分，通過提升構件的可復用性來降低軟件開發的成本，IBM公司就是通過構建軟件構件庫的方式來完成對全球客戶的定制化服務。這種組裝的思想其實借鑒了其他行業的知識，把軟件設計變成了和硬件生產一樣的流水線式生產模式，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。

2.3 軟件工程教學的建議

（1）在軟件工程課程的教學中，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的理論融入課堂，在傳授專業知識的同時，傳授哲學的知識，通過案例講解讓學生明白哪些地方是工程哲學在軟件工程中的應用，讓學生知其然，知其所以然。在講解一些具有代表性的哲學理論的時候，老師要講透。

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

（3）教師帶領學生參與工程實踐，通過課程設計，上崗實習等方式讓學生去參與實際項目，提升學生的動手能力，讓學生在實踐中學習。在軟件開發的實踐中，學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思想，這樣更能加深學生對課程的理解，鍛煉學生運用所學的哲學思想解決問題。

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

3、結語

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