工程师的方法论

魏宁

宝钢原首席研究员郭朝晖在他的《知行——工业基因的数字化演进》一书中讲述了一个真实的案例：20世纪80年代，宝钢从国外引进了一款控制钢坯温度的软件，它的核心是用一种算法计算钢坯的表面温度。但奇怪的是，这款软件并没有使用当时公认的“热传导方程”，而是用了一种自创的算法来计算，这种算法根本不符合物理学原理，这导致计算精度很低。明明有高精度的算法却不使用，反而自创精度低的算法。在现场调试时，郭朝晖才弄清了其中的缘由。原来，由于运算量庞大，这款软件在运行时会占用大量的机时，以至于其他功能的响应速度都被拖慢了。所以，国外专家只能采用一种自创的计算量较低的简化算法来解决问题。

郭朝晖后来说，这件事让他理解了“工程师的方法论”，那就是，工程师的方法取决于目标、条件和约束，即在现实条件的约束下，寻找到可行的方法，这些方法往往不是最理想的，却是能够达到目标的。

我们知道，方法论是对解决各种问题的具体方法进行抽象概括、总结提升，从而形成的关于方法的共性的、规律性的认识，而工程师方法论则是对各种工程活动中所采用的方法的规律性认识。郭朝晖讲述的这个案例为我们清晰呈现了工程活动的最大特征，即工程实践通常是不完美的。受限于各种主客观条件，工程实践总会与纸面上的技术设计存在一定的偏差，这就需要我们根据现实条件，寻找到可以达到目标的实际路径。

日本学者三谷庆一郎等人所著的《IT工程师的设计思考书》中，对信息科技工程实践活动进行了深入的思考，其中就强调了IT工程实践中对产品原型进行现场检验的重要性。他们发现，很多时候，在试运行阶段，IT工程师都会把心思放在一些技术细节上，却忘记了最初的目标是什么，应该做的是反复问自己：“这是我想要的吗？”——这次体验是否操作便捷呢？想要的服务能很快获得吗？当出现故障时，是否有及时的应对措施呢？如果发现有偏离最初目标的地方，就要根据实际情况重新修正原有的设计。

在今天的中小学信息科技课程中，工程意识和思维正受到越来越多的重视。在教学中，我们通常会把精力更多地放在程序设计和算法上，但算法往往是理想化的，这样设计出的作品还只是一个原型。在有条件的情况下，还须将其置于真实的生活环境中进行检验，看看图纸上的设计在哪些地方没有达到我们想要的结果，再根据现实条件进行改进。例如，当我们开展“智能灌溉设计”项目时，学生借助土壤湿度传感器、水位传感器等设备，通过编程实现自动浇水功能的设计，至此仍然属于原型设计阶段。如果校园内有一片“植物园”，我们可以把设计出来的模型装置搭建起来，并运行程序调试，观察实际环境中哪些条件影响了灌溉效果，进而对程序和设备连接方案进行迭代优化。同样，如人工智能应用模块的开发、三维作品设计与发布、开源硬件作品设计与制作等模块教学，都应鼓励学生在条件具备的前提下进行实践检验。

在课程实践中，应尽力去理解IT工程活动的全貌和特征，认识到IT设计与IT实践的差异，努力体验完整的IT工程活动过程，逐步形成自己的“工程师方法论”，才能做到“像IT工程师一样思考问题”。