现代软件工程 习而学的软件工程教育

茅于轼先生写了一篇博客 ( 链接1  链接2 ) 纪念茅以升先生提出的 习而学的工程教育:

把颠倒了的工程教育顺序恢复过来，即他称之谓“习而学的工程教育”。

以桥梁建筑专业为例，大学一年级先学施工条例，二年级则学设计规范。这些学习内容不必解释条例和规范的理论基础，只说明其内在的联系。到三年级可以学结构力学，四年级则学微积分、线性代数、概率论和普通物理。但桥梁专业的微积分和物理学可以不同于机械系的，它们各有侧重点，有各自的例题和习题。学生越是到高年级，越是明白自己在低年级所学的道理，也就明白还有哪些道理至今在科学上还没有办法解释。于是学习成为一个自然的延续过程，成为一种终身的事业：活到老、学到老。

从我个人的学习和教学经历来看, 我认为给学生具体的, 能实践的, 能马上看到因果关系的教材和练习, 是激发学生兴趣和求知欲的好方法。 我就是这样学习编程和软件开发的 (见下面的注解 三文鱼模型)。  所以我对 “习而学”的方法很有好感。软件工程有理论的部分, 有工程的部分; 有艺术的部分，还有手艺的部分; 在同学们达到理论/艺术的阶段之前, 大量的练习是必须的。

大家不妨看看这个陶艺课的故事，把学生分成两组，一组以出产的陶罐的量来评分，一组不要求数量, 纯粹以质评分。一个学期后，真正好的陶艺作品反而是出现在那以量评分的组里。各种道理值得大家思考。

抽象的理论和推导, 不是不能学, 但是我在学习和教学的过程中, 总是有 “学这些抽象的理论到底是为什么? ” 的疑问。 有些学生非常喜欢理论, 或者有些学生能克服自己的厌恶情绪, 把理论和推导学好, 记牢, 至少到考试结束前,  像下面这个图那样。 这些学生的考试成绩很好, 理论基础也很扎实, 也许能在广阔的 IT 行业找到自己的发展道路 (希望如此!)。

对于工程类的学科来说, 教导学生理论本身并非终点，引导学生将所学技能自如运用于现实世界才是我们的目标。 那怎么引导呢? 大学老师们关心此事么? 

 

最近软件工程这一门学问在中国提升到了 “一级学科”, 我想起几年前去某大学开会, 某软件学院的老教授对大家说, 他一直在忙“一级学科” 的事儿, 大家问此事为何如此重要。 他说, 如果搞到一级学科, 他的博士生们答辩就不用去计算机系, 不用穿别人给的*鞋了!  我当时似懂非懂。 其实这事不光计算机界有，我所尊敬的科学家韦钰老师在回忆她科研的经历时说： ...

中国这个问题是很严重的。我们建立第一个学科的时候，我遇到了很大的困难。这些困难都不是来自政治界的，而是来自学术界本身，来自学术界某些权威。有位权威就是不同意给我立题和资助，说“你怎么能研究这个，你怎么能进到我的领域来” ...

 

后来看到更多中国高校的情况, 其实大家都在争一个自己可以占山为王的地界罢了。 至于科学啊, 培养人才啊, 技术的浪潮啊, 社会的进步啊... 呵呵. 

从我有限的了解来看, 大学的管理人员比较在乎自己的学校是哪个级别 (某部直属/211/985/...),  一些大陆的科学家比较在乎自己的学科是局级还是厅级,  我不知道世界级的科学家是否在乎自己的学科是一级、二级、还是三级, 我也有幸和一些世界级的计算机科学家接触过, 这个话题好像没人提起过。 作为一个写软件为生的工程师, 我倒是想实验一下, 如果我们用茅以升先生的 “习而学的工程教育”方法来改进软件学院的教育模式, 会有什么样的情况。

 

我用一个中国211大学的软件学院的本科教学计划为基础 (此大学以工科见长, 印象中此学校水*应该在中国大陆排十名左右), 做了如下修改:

 

1. 把基础实践课放到大一, 一开始就要动手。不光是动手写程序， 还要动手写文章（请看学者薛涌 的 读写的重要性）。
2. 所有的课程的上机时间都加倍, 相应减少授课时间。老师在讲台上反复讲 “数组从0开始…”，不如在电脑上试试。 
3. 把 <计算机新技术与产业发展> 放到大一上学期, 并用 <浪潮之巅>, 等反映行业变化, 生动活泼的著作作为教材 (原教学计划无教材)。  希望能让大一的同学知道 “学计算机软件能做什么?”   “计算机行业是怎样一个有意思的行业”。
4. 把基本的测试技术作为 “软件测试技术入门”,  放到大一。 其余的部分作为 <高级软件测试技术>
5. 针对软件工程的毕业生职业发展, 调整了两门课程的 必修/选修性质。 (例如: 把 <形式化方法> 变为选修课, 把软件项目管理, 人机交互技术变成必修课 )
6. 大部分数学和物理课都推迟一到两个学年上课,  这样到了大三同学们可以根据实践的体会, 更好地学习。  另外有同学在大三时决定考研, 他们正好可以好好学习高等代数, 争取考个好分数。如果是大一就学了, 那大四都忘了, 还要从头学一遍, 浪费时间。 离散数学对于计算机软件专业的学习还是很有用的, 仍然保持在第一学期。
7. 专业选修课放到大二下学期 - 大四上学期。
8. 在软件工程课中, 强调团队合作 (见讲义) , 在其它编程语言课程中适当引入结对编程, 代码复审等方法。 [注4]
9. 对学生学习编程语言有明确代码量的要求， (每种语言 3000 行以上.  程序行数不包括空行, 注释行, 单字符行)。学生要学会用源代码管理工具，最好能参与一些社区项目。
10. 对学生要有明确的实训/实习要求, 要到高水*的企业去, 而不是去低水*的企业混日子。 可以在短学期安排, 学生也可以自行安排。 [注3]
11. 争取所有学生能用主流程序设计语言 (C, C++, Java, C#, 网页前端语言 JS, php, 基本数据库, 基本文件系统) 写实用的软件。
12. 要求所有学生在入学时就建立一个自己的专业博客, 记载自己的作业, 专业上的成长与体会, 毕业找工作时展现这个博客即可。 
13. 教学资源的建设, 老师和学生一起, 持续地把关于这门课的课件/资料/问答 都汇集起来形成结构化的wiki.

 

表一是所有专业必修课的安排:

软件工程 习而学的教学计划									各学期周学时分配
									一年级		二年级			三年级			四年级
类别	名称	学分	总学时	授课	实验	上机	实践	学期安排	上	下	短	上	下	短	上	下	短	上	下
必	计算机导论	1.5	24	18		6		1	1.5
必	数据结构 (C 语言)	4	64	48		16		1	4
必	计算机新技术与产业发展	1	16	16				1	1
必	数字逻辑	2	40	24	16			1	2
必	C/C++ 程序设计	3.5	64	48		16		2		4
必	汇编语言程序设计	2	32	16		16		2		2
必	软件测试技术入门	1	16	8		8		2		1
限选	Java语言程序设计	2	32	16		16		2		2
必	C++ 高级程序设计	3	56	40		16		3				3
必	计算机组成原理	4	64	52	12			3				4
限选	C# 与 .Net框架基础	2	32	16		16		3				2
限选	Web 前端技术开发	3	48	24		24		4					3
必	操作系统实践 (基于 Linux)	2	32	16		16		4					2
限选	人机交互技术	2	32	16		16		4					2
必	高级软件测试技术	2	32	16		16		4					2
限选	移动*台应用开发	2	32	16		16		5							2
必	数据库原理及应用	3	48	32		16		5							3
必	计算机网络	3	48	32		16		5							3
限选	算法分析	2	32	24		8		6								2
必	软件工程	4	64	32		32		6								4
必	信息安全技术	2	32	24		8		6								2
必	操作系统原理	3	48	40		8		7										3
必	编译原理	3	56	40		16		7										3
必	高级软件工程	2	32	24		8		7										2
必	毕业设计（论文或实际项目）	12	16周					8											12

限选意味着学生必须在几门课中选择。

高级软件工程：学习内容包括， 软件体系架构，软件项目管理，软件运维，软件需求分析，等。学生作为一个技术领导带领低年级的学生（上软件工程）完成一个项目。

 

表二是专业选修课的安排 (大部分课程是学校提供的):

	课程	学分	总学时	授课	实验	上机	实践	学期
选	科技英语（英）	1.5	24	16			8	4
选	计算机游戏设计	2	32	24		8		4
选	嵌入式程序设计	2	32	24		8		4
选	人工智能	2	32	24		8		5
选	计算机视觉	2	32	24		8		5
选	图像处理	2	32	24		8		5
选	自然语言处理	2	32	16		16		5
选	数据仓库与数据挖掘	2	32	24		8		6
选	虚拟化技术与云计算	1.5	32	16		16		6
选	地理信息系统导论	2	32	24		8		6
选	系统仿真与虚拟现实	2	32	24		8		6
选	形式化方法	2.5	40	40				7
选	计算机图形技术	2	32	24		8		7
选	并行计算	2	32	24		8		7

科技英语也要增加实践的内容, 学生为什么不能用学到的科技英语读论文，写摘要, 做翻译, 写博客, 做英语课件?

 

表三是数学物理课程的安排:

软件工程 习而学 教学安排 (数学物理)									各学期周学时分配
									一年级		二年级			三年级			四年级
类别	名称	学分	总学时	授课	实验	上机	实践	学期安排	上	下	短	上	下	短	上	下	短	上	下
必	高等数学2A	5	80	80					2	3
必	高等数学2B	6	96	96											3	3
必	线性代数及其应用	3.5	56	56														3.5
必	离散数学导论1	3	48	48					3
必	概率论与数理统计1	3	48	48												3
必	大学物理2A-B	7	112	112									4		3
必	物理实验A	1	27	3	24										1
必	物理实验B	1	27		27											1

 

 

不应该忽略的还有必须学习的各种政治思想课:

课程性质	课程名称	课程编号	学分	总学时	授课学时	实验学时	上机学时	实践学时	各学期周学时分配
									第一学年		第二学年			第三学年			第四学年
									1	2	短	1	2	短	1	2	短	1	2
			16	352	311			41
必	思想道德修养与法律基础		3	48	48				3
必	中国近现代史纲要		2	32	30			2		2
必	马克思主义基本原理		3	48	48							3
必	*.*.*思想、*.*.*理论与“三个代表”重要思想概论		6	96	57			39								3
必	形势与政策教育		2	128	128				0.5	0.5		0.5	0.5

 

我对于政治思想课是外行, 唯一的建议是:  在上 <三个代表> 课程的时候, 要求学生针对校内的 IT 系统, 采访群众, 搞清楚下面的问题:

我校的信息服务系统是否代表了先进生产力的发展要求?

是否代表先进文化的前进方向?

是否代表我校广大师生的根本利益?

具体表现在哪里?

然后发表博客。

 

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注1:

“Learning by Doing” :

     我以前接触过韦钰老师的 “做中学”/ “Learning by Doing” 理念, 虽然它强调的是儿童和少年时期的学习, 但是我想这种方法对于任何年龄的人都适用。

 

注2:

大马哈鱼洄游模型, 三文鱼模型 见博客:

http://www.cnblogs.com/xinz/archive/2011/12/03/2274445.html 

 

注3:

有些人也许觉得这种方式太创新了,  其实加拿大的 滑铁卢大学 计算机系 早就在做类似的事情, 甚至更工业化, 更系统化。 他们计算机系的学生本科就是一年有三个学期,  一个学期 (4 个月) 的课程学习, 然后接着一个学期的工作 (Co-op, internship, 实习生),  我的一个同事就是这样完成本科教育 -  上了8个学期的课, 穿插了6 个学期的实习生工作。 官方介绍:

http://cecs.uwaterloo.ca/about/

 

注4:

我们都知道要练习,  但是怎么练习?  这里有探讨:  http://www.douban.com/note/260623954/ 

引文: 学习科学大量研究表明，成人的最佳学习方式并非独自练习，而是在情境中学习。有效学习是进入相关情景，找到自己的【学习共同体】，然后学习者刚开始围绕重要成员转，做一些外围的工作，随着技能增长，进入学习共同体圈子的核心，逐步做更重要的工作，最终成为专家。

这就是学习科学日益主流的观念：从【情景学习】出发，当一名【认知学徒】，它的要点有：

* 找到学习共同体：因为大量知识存在于学习共同体的实践中，不是书本中，所以有效的学习不是关门苦练，而是找到属于自己的学习*团体。如程序员在类似于github这样的网站练习编程。
* 隐性知识显性化：隐性知识是使人们有能力利用概念、事实以及程序来解决现实问题的知识。
* 模仿榜样：榜样可以是现实生活中的导师，也可以是网上的导师；
* 培养多样性：在多种情境中实践，以此强调学习广阔的应用范围。如裁缝出师并不是已经练习了一万*时，而是能够缝制出足够好的，各种各样的衣服。