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(yè)基因的數(shù)字化演進(jìn)》一書中講述了一個(gè)真實(shí)的案例：20世紀(jì)80年代，寶鋼從國(guó)外引進(jìn)了一款控制鋼坯溫度的軟件，它的核心是用一種算法計(jì)算鋼坯的表面溫度。但奇怪的是，這款軟件并沒(méi)有使用當(dāng)時(shí)公認(rèn)的“熱傳導(dǎo)方程”，而是用了一種自創(chuàng)的算法來(lái)計(jì)算，這種算法根本不符合物理學(xué)原理，這導(dǎo)致計(jì)算精度很低。明明有高精度的算法卻不使用，反而自創(chuàng)精度低的算法。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，郭朝暉才弄清了其中的緣由。原來(lái)，由于運(yùn)算量龐大，這款軟件在運(yùn)行時(shí)會(huì)占用大量的機(jī)時(shí)，以至于其他功能的響應(yīng)速度都被拖慢了。所以，國(guó)外專家只能采用一種自創(chuàng)的計(jì)算量較低的簡(jiǎn)化算法來(lái)解決問(wèn)題。

郭朝暉后來(lái)說(shuō)，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(biāo)、條件和約束，即在現(xiàn)實(shí)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(dá)到目標(biāo)的。

我們知道，方法論是對(duì)解決各種問(wèn)題的具體方法進(jìn)行抽象概括、總結(jié)提升，從而形成的關(guān)于方法的共性的、規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，而工程師方法論則是對(duì)各種工程活動(dòng)中所采用的方法的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。郭朝暉講述的這個(gè)案例為我們清晰呈現(xiàn)了工程活動(dòng)的最大特征，即工程實(shí)踐通常是不完美的。受限于各種主客觀條件，工程實(shí)踐總會(huì)與紙面上的技術(shù)設(shè)計(jì)存在一定的偏差，這就需要我們根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件，尋找到可以達(dá)到目標(biāo)的實(shí)際路徑。

日本學(xué)者三谷慶一郎等人所著的《IT工程師的設(shè)計(jì)思考書》中，對(duì)信息科技工程實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行了深入的思考，其中就強(qiáng)調(diào)了IT工程實(shí)踐中對(duì)產(chǎn)品原型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的重要性。他們發(fā)現(xiàn)，很多時(shí)候，在試運(yùn)行階段，IT工程師都會(huì)把心思放在一些技術(shù)細(xì)節(jié)上，卻忘記了最初的目標(biāo)是什么，應(yīng)該做的是反復(fù)問(wèn)自己：“這是我想要的嗎？”——這次體驗(yàn)是否操作便捷呢？想要的服務(wù)能很快獲得嗎？當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，是否有及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施呢？如果發(fā)現(xiàn)有偏離最初目標(biāo)的地方，就要根據(jù)實(shí)際情況重新修正原有的設(shè)計(jì)。

在今天的中小學(xué)信息科技課程中，工程意識(shí)和思維正受到越來(lái)越多的重視。在教學(xué)中，我們通常會(huì)把精力更多地放在程序設(shè)計(jì)和算法上，但算法往往是理想化的，這樣設(shè)計(jì)出的作品還只是一個(gè)原型。在有條件的情況下，還須將其置于真實(shí)的生活環(huán)境中進(jìn)行檢驗(yàn)，看看圖紙上的設(shè)計(jì)在哪些地方?jīng)]有達(dá)到我們想要的結(jié)果，再根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件進(jìn)行改進(jìn)。例如，當(dāng)我們開(kāi)展“智能灌溉設(shè)計(jì)”項(xiàng)目時(shí)，學(xué)生借助土壤濕度傳感器、水位傳感器等設(shè)備，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能的設(shè)計(jì)，至此仍然屬于原型設(shè)計(jì)階段。如果校園內(nèi)有一片“植物園”，我們可以把設(shè)計(jì)出來(lái)的模型裝置搭建起來(lái)，并運(yùn)行程序調(diào)試，觀察實(shí)際環(huán)境中哪些條件影響了灌溉效果，進(jìn)而對(duì)程序和設(shè)備連接方案進(jìn)行迭代優(yōu)化。同樣，如人工智能應(yīng)用模塊的開(kāi)發(fā)、三維作品設(shè)計(jì)與發(fā)布、開(kāi)源硬件作品設(shè)計(jì)與制作等模塊教學(xué)，都應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在條件具備的前提下進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)。

在課程實(shí)踐中，應(yīng)盡力去理解IT工程活動(dòng)的全貌和特征，認(rèn)識(shí)到IT設(shè)計(jì)與IT實(shí)踐的差異，努力體驗(yàn)完整的IT工程活動(dòng)過(guò)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(wèn)題”。