工程師的方法論

魏寧

寶鋼原首席研究員郭朝暉在他的《知行——工業基因的數字化演進》一書中講述了一個真實的案例：20世紀80年代，寶鋼從國外引進了一款控制鋼坯溫度的軟件，它的核心是用一種算法計算鋼坯的表面溫度。但奇怪的是，這款軟件并沒有使用當時公認的“熱傳導方程”，而是用了一種自創的算法來計算，這種算法根本不符合物理學原理，這導致計算精度很低。明明有高精度的算法卻不使用，反而自創精度低的算法。在現場調試時，郭朝暉才弄清了其中的緣由。原來，由于運算量龐大，這款軟件在運行時會占用大量的機時，以至于其他功能的響應速度都被拖慢了。所以，國外專家只能采用一種自創的計算量較低的簡化算法來解決問題。

郭朝暉后來說，這件事讓他理解了“工程師的方法論”，那就是，工程師的方法取決于目標、條件和約束，即在現實條件的約束下，尋找到可行的方法，這些方法往往不是最理想的，卻是能夠達到目標的。

我們知道，方法論是對解決各種問題的具體方法進行抽象概括、總結提升，從而形成的關于方法的共性的、規律性的認識，而工程師方法論則是對各種工程活動中所采用的方法的規律性認識。郭朝暉講述的這個案例為我們清晰呈現了工程活動的最大特征，即工程實踐通常是不完美的。受限于各種主客觀條件，工程實踐總會與紙面上的技術設計存在一定的偏差，這就需要我們根據現實條件，尋找到可以達到目標的實際路徑。

日本學者三谷慶一郎等人所著的《IT工程師的設計思考書》中，對信息科技工程實踐活動進行了深入的思考，其中就強調了IT工程實踐中對產品原型進行現場檢驗的重要性。他們發現，很多時候，在試運行階段，IT工程師都會把心思放在一些技術細節上，卻忘記了最初的目標是什么，應該做的是反復問自己：“這是我想要的嗎？”——這次體驗是否操作便捷呢？想要的服務能很快獲得嗎？當出現故障時，是否有及時的應對措施呢？如果發現有偏離最初目標的地方，就要根據實際情況重新修正原有的設計。

在今天的中小學信息科技課程中，工程意識和思維正受到越來越多的重視。在教學中，我們通常會把精力更多地放在程序設計和算法上，但算法往往是理想化的，這樣設計出的作品還只是一個原型。在有條件的情況下，還須將其置于真實的生活環境中進行檢驗，看看圖紙上的設計在哪些地方沒有達到我們想要的結果，再根據現實條件進行改進。例如，當我們開展“智能灌溉設計”項目時，學生借助土壤濕度傳感器、水位傳感器等設備，通過編程實現自動澆水功能的設計，至此仍然屬于原型設計階段。如果校園內有一片“植物園”，我們可以把設計出來的模型裝置搭建起來，并運行程序調試，觀察實際環境中哪些條件影響了灌溉效果，進而對程序和設備連接方案進行迭代優化。同樣，如人工智能應用模塊的開發、三維作品設計與發布、開源硬件作品設計與制作等模塊教學，都應鼓勵學生在條件具備的前提下進行實踐檢驗。

在課程實踐中，應盡力去理解IT工程活動的全貌和特征，認識到IT設計與IT實踐的差異，努力體驗完整的IT工程活動過程，逐步形成自己的“工程師方法論”，才能做到“像IT工程師一樣思考問題”。