自然辯證法與軟件工程學(xué)科發(fā)展

1、自然辯證法與軟件工程學(xué)科發(fā)展李云超（中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074）摘要：以自然辯證法的觀點(diǎn)探討了軟件工程學(xué)科的發(fā)展歷程，運(yùn)用自然辯證法的基本理論和方法，系統(tǒng)分析了軟件工程學(xué)科的歷史、現(xiàn)狀和未來，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)和未來模式做了探索性研究和預(yù)測(cè)，提出軟件工程的發(fā)展目標(biāo)是從根本上克服軟件危機(jī)，逐步實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的構(gòu)件化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和全球化。關(guān)鍵詞：自然辯證法科學(xué)技術(shù)方法論軟件工程學(xué)科發(fā)展自然辯證法的研究對(duì)象是自然界發(fā)展和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律、人類認(rèn)識(shí)和改造自然的一般方法以及科學(xué)技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中的作用。科學(xué)技術(shù)方法論作為自然辯證法的一個(gè)有機(jī)的組成部分，對(duì)我們正確的學(xué)習(xí)理論知識(shí)有

2、著重要的指導(dǎo)作用。1作為計(jì)算機(jī)專業(yè)，軟件工程是一門非常重要的學(xué)科，是工程化方法運(yùn)用較多的學(xué)科，最能體現(xiàn)出科技方法論的指導(dǎo)作用。本文以自然辯證法的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)和分析軟件工程學(xué)科的發(fā)展歷程，通過科技方法論和軟件工程學(xué)科相結(jié)合的方式做探索性研究和預(yù)測(cè)，將有助于更加準(zhǔn)確地掌握軟件工程的發(fā)展目標(biāo)。一、辯證唯物主義科學(xué)技術(shù)方法論的實(shí)踐指導(dǎo)作用自然辯證法是馬克思主義哲學(xué)的一個(gè)重要的組成部分，它包含了辯證唯物主義的自然觀、辯證唯物主義的科學(xué)技術(shù)方法論和辯證唯物主義的科學(xué)技術(shù)觀。其中，科學(xué)技術(shù)方法論是關(guān)于科學(xué)技術(shù)研究中常用的一般方法的理論，是關(guān)于科學(xué)研究和工程技術(shù)研究一般方法的性質(zhì)、特點(diǎn)、內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展變化的理論體

3、系?？萍挤椒ㄕ搶?duì)我們正確的學(xué)習(xí)各科理論知識(shí)有著重要的指導(dǎo)作用。首先，它提出了實(shí)踐是一切科學(xué)問題的來源，這是“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這一馬克思主義理論在科學(xué)實(shí)踐中的具體應(yīng)用而得出的結(jié)論。一切問題的來源都是人們的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)踐。其次，它強(qiáng)調(diào)了用系統(tǒng)的方法去分析問題和解決問題。當(dāng)今的時(shí)代，科學(xué)已經(jīng)發(fā)展為大科學(xué)，技術(shù)發(fā)展為高技術(shù)，科學(xué)技術(shù)比以往任何時(shí)候都更加貼近我們的生活，已經(jīng)成為我們這個(gè)社會(huì)大系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。這使我們必然的用系統(tǒng)的眼光來看問題。即使是單個(gè)的學(xué)科，由于研究的深入，它和其他學(xué)科的聯(lián)系越來越密切，越發(fā)的表現(xiàn)出邊沿性和交叉性，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來研究問題也就成了必然的選擇。2二、科技問

4、題源于實(shí)踐，社會(huì)需要使軟件工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生從1946年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展十分迅速，并且在生產(chǎn)、科研和社會(huì)生活的其它領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位也越來越重要。隨著人們需要的軟件越來越多、越來越趨向大型化和復(fù)雜化，使軟件開發(fā)變得越來越復(fù)雜，程序設(shè)計(jì)人員越來越滿足不了需要，軟件產(chǎn)品質(zhì)量也變得難以滿足各方面的需要，軟件維護(hù)變得越來越困難，導(dǎo)致軟件生產(chǎn)率低下，軟件成本大幅上漲“軟件危機(jī)”就這樣出現(xiàn)了！當(dāng)社會(huì)需要某一種科學(xué)或技術(shù)時(shí)，這種需要就會(huì)變成一種強(qiáng)大的推動(dòng)力量。軟件危機(jī)的產(chǎn)生使軟件專家認(rèn)識(shí)到軟件開發(fā)必須以新的方法作指導(dǎo)，原有的軟件開發(fā)方法必須改變。于是

5、，美國和西歐的一些計(jì)算機(jī)科學(xué)家于1967年、1968年在歐洲召開了兩次nato軟件國際會(huì)議，提出“軟件工程”則會(huì)以新名詞。為滿足社會(huì)需要，軟件工程作為一門學(xué)科正式誕生。并用以指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)，采用工程的概念、原理、方法和技術(shù)來開發(fā)和維護(hù)軟件，把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來，以經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)3。正是生產(chǎn)實(shí)踐的需要推動(dòng)了軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，最終導(dǎo)致軟件工程學(xué)科的產(chǎn)生。三、內(nèi)外部矛盾共同作用軟件工程發(fā)展的內(nèi)外部動(dòng)力1. 內(nèi)部動(dòng)力原有軟件開發(fā)理論與實(shí)踐的矛盾在早期的軟件開發(fā)過程中，形成了一系列的錯(cuò)誤理論和方法，在實(shí)踐中或多或少地采用了

6、錯(cuò)誤的方法和技術(shù)，使軟件問題最終發(fā)展成軟件危機(jī)。例如，對(duì)軟件成本和進(jìn)度估計(jì)不準(zhǔn)確，軟件質(zhì)量缺乏保證，缺少必要的文檔，軟件風(fēng)險(xiǎn)管理重視度低，軟件項(xiàng)目管理體系不健全等。因此，根據(jù)實(shí)際工作中出現(xiàn)的情況與原有軟件開發(fā)理論之間的矛盾，計(jì)算機(jī)科學(xué)家們開始尋找一條新的軟件開發(fā)途徑。這種原有軟件開發(fā)理論與實(shí)踐的矛盾內(nèi)在推動(dòng)了軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展。2. 外部動(dòng)力計(jì)算機(jī)軟件與硬件發(fā)展的不平衡4從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史過程來看，各門學(xué)科之間的發(fā)展是不平衡的，這種不平衡推動(dòng)了新學(xué)科的產(chǎn)生或舊學(xué)科的發(fā)展。在上世紀(jì)60年代末，由于微電子學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和硬件工程的發(fā)展，硬件生產(chǎn)取得了巨大的飛躍，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度成倍提高，質(zhì)量也越

7、來越好。然而，計(jì)算機(jī)軟件成本卻在逐年上升，而且質(zhì)量沒有保證。最終導(dǎo)致計(jì)算機(jī)科學(xué)家不得不去探討新的軟件生產(chǎn)方法，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的需要?？梢?，計(jì)算機(jī)軟件與硬件發(fā)展的不平衡對(duì)軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，成為軟件工程發(fā)展的外部動(dòng)力。四、不斷在技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)展完善技術(shù)在工程化中不斷地創(chuàng)新，技術(shù)自身也在歷史的進(jìn)程中向前發(fā)展。軟件工程經(jīng)過四十余年的發(fā)展，達(dá)到今天如此豐富的程度，關(guān)鍵在于技術(shù)創(chuàng)新。1. 工程理念軟件工程概念上的創(chuàng)新在軟件工程概念提出之前，凡是提到工程，接會(huì)被認(rèn)為是傳統(tǒng)的硬件建設(shè)，從來沒有把軟件開發(fā)這種性質(zhì)的工作當(dāng)作工程來看待。軟件工程這一概念的提出，超越了人們對(duì)“工程”概念的傳

8、統(tǒng)認(rèn)識(shí)，開創(chuàng)了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，將軟件開發(fā)工作提到了非常高的地位，為軟件危機(jī)的解決開辟了道路。2. 工程設(shè)計(jì)方法軟件開發(fā)方法5上的創(chuàng)新早期的程序編寫過分追求技巧性，程序的清晰性、可讀性和可理解性較差，使得軟件難以維護(hù)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，由順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)組成的程序具有良好的清晰性、可讀性、可理解性和可維護(hù)性，而且任何一個(gè)程序都可以用這三種基本結(jié)構(gòu)組成。在此基礎(chǔ)上，形成了一種新的程序設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。其代表性程序設(shè)計(jì)語言pascal語言和c語言、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)工具盒圖（n-s圖）于70年代初問世。在此基礎(chǔ)上，逐漸形成了包括結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)在內(nèi)的完整結(jié)構(gòu)化軟件開發(fā)方法

9、，對(duì)軟件工程的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。雖然c語言非常流行，但它并不是完美無缺的，它包含了低級(jí)語言的大量特點(diǎn)，但是不易理解，缺乏高級(jí)語言提供的自動(dòng)檢查完善支持。為解決上述問題，at&t貝爾實(shí)驗(yàn)室的bjarne stroustrup在20世紀(jì)80年代初開發(fā)了c+語言。和c語言不同，c+具備了“面向?qū)ο缶幊獭保╫op）的能力。c+語言與1995年正式問世的java語言成為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的代表性語言。oop程序設(shè)計(jì)方法，使得客觀世界的實(shí)體和計(jì)算機(jī)世界的實(shí)體結(jié)構(gòu)基本一致。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的提出時(shí)軟件工程發(fā)展中的又一次重大的創(chuàng)新，這個(gè)創(chuàng)新使客觀世界中的實(shí)體很自然地映射到計(jì)算機(jī)世界中來，符合人們的思維

10、習(xí)慣，有利于增強(qiáng)軟件中的模塊獨(dú)立性，極大有利于軟件重用和大型軟件的開發(fā)。3. 軟件重用（軟件復(fù)用）6早期軟件開發(fā)時(shí)，沒開發(fā)一個(gè)軟件，所有開發(fā)工作都要從頭做起。因此，如果在開發(fā)新軟件的過程中，能將過去開發(fā)其它軟件用過的材料直接重復(fù)使用或簡(jiǎn)單修改后再使用，即可大大提高軟件開發(fā)效率，這樣就出現(xiàn)了軟件的重復(fù)使用。使用軟件重用技術(shù)可以減少軟件開發(fā)活動(dòng)中大量的重復(fù)性工作，這樣就能提高軟件生產(chǎn)率，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。同時(shí)，由于軟構(gòu)件大都經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量認(rèn)證，并在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中得到校驗(yàn)，因此，重用軟構(gòu)件有助于改善軟件質(zhì)量。此外，大量使用軟構(gòu)件，軟件的靈活性和標(biāo)準(zhǔn)化程度也可望得到提高，構(gòu)件組裝模型、中間件

11、技術(shù)顯著地降低了軟件開發(fā)成本、提高了軟件開發(fā)效率。4. cmm軟件過程能力成熟度模型7在軟件開發(fā)實(shí)踐中證明，采用先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)和開發(fā)工具后，許多軟件開發(fā)組織的軟件生產(chǎn)率和軟件質(zhì)量仍然存在問題，經(jīng)過人們的考察發(fā)現(xiàn)，問題的關(guān)鍵在于“管理”。在無規(guī)則和混亂的管理下，先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)和開發(fā)工具并不能發(fā)揮作用。于是，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟件工程研究所在20世紀(jì)80年代末建立了cmm（軟件過程能力成熟度模型），要求人們?cè)陂_發(fā)軟件時(shí)不是單純地考慮開發(fā)技術(shù)和開發(fā)工具，還要考慮軟件過程管理。cmm將能力成熟度定義為5個(gè)等級(jí)：初始級(jí)、可重復(fù)級(jí)、已定義級(jí)、已管理級(jí)和優(yōu)化級(jí)，給出了評(píng)價(jià)軟件機(jī)構(gòu)能力的標(biāo)準(zhǔn)。通過建立cmm，

12、幫助軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)建立一個(gè)有規(guī)律的、成熟的軟件過程，使其軟件過程能力得到質(zhì)的飛躍。5. uml統(tǒng)一建模語言8隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)（ooa/ood）方法，由于分析和設(shè)計(jì)方法各不相同，給使用者造成巨大不便。1996年，在booch、rambaugh和jocobson三人共同努力下，發(fā)布了uml統(tǒng)一建模語言。uml的發(fā)布，又是一次重要的創(chuàng)新，這種構(gòu)建模型的形式化語言，綜合了各種面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，形成了統(tǒng)一的面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步推動(dòng)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展。6. 敏捷方法與極限編程9傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法操作過程復(fù)雜繁瑣，沒有發(fā)揮開發(fā)團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人的創(chuàng)造力，沒

13、有注意到開發(fā)團(tuán)隊(duì)中人與人相互溝通所產(chǎn)生的巨大效益，輕視與用戶的親密合作，缺乏迭代控制和風(fēng)險(xiǎn)管理，很難提高軟件的生產(chǎn)率。2001年，美國猶他州城里敏捷聯(lián)盟，發(fā)布了敏捷軟件開發(fā)宣言，提出敏捷軟件開發(fā)方法，重視適應(yīng)變動(dòng)和以人為本的核心理念，是軟件開發(fā)方法的一次重要?jiǎng)?chuàng)新。其中，極限編程xp(extreme programming)就是敏捷方法的典型代表，將開發(fā)過程分為計(jì)劃、設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試四個(gè)階段，強(qiáng)調(diào)溝通、反饋、簡(jiǎn)單、勇氣4條核心價(jià)值，在許多中小型軟件項(xiàng)目開發(fā)中得到令人滿意的結(jié)果。7. 分布式計(jì)算技術(shù)10計(jì)算模式的發(fā)展經(jīng)歷了中央主機(jī)模式、客戶機(jī)/服務(wù)器模式以及分布式計(jì)算模式。其中，分布式計(jì)算是近年新

14、提出的一種計(jì)算方式。所謂分布式計(jì)算就是由兩個(gè)或多個(gè)軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也可以在通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。分布式計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算技術(shù)的主導(dǎo)，它將對(duì)軟件工程技術(shù)和軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來深刻影響。五、用發(fā)展的眼光看待軟件工程學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)馬克思主義唯物辯證法的發(fā)展觀告訴我們，整個(gè)世界是無限發(fā)展的，要用發(fā)展的眼光看待事物的發(fā)展趨勢(shì)，了解過去，觀察現(xiàn)在，預(yù)測(cè)未來。軟件工程學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：1. 構(gòu)件化由于計(jì)算能力向服務(wù)器端的快速集中，提供高并行計(jì)算能力和可用性的中間件技術(shù)被廣泛應(yīng)用，甚至已經(jīng)成為構(gòu)建大型軟件系統(tǒng)的必選項(xiàng)，軟件工程的構(gòu)件化趨勢(shì)越來越明顯。

15、2. 迭代、敏捷，漸成標(biāo)準(zhǔn)隨著軟件交付周期的日益加快，迭代化軟件開發(fā)已經(jīng)成為大多數(shù)軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)的必選項(xiàng)。但是迭代對(duì)整個(gè)團(tuán)隊(duì)的需求、架構(gòu)、協(xié)同及測(cè)試能力都提出了更高的要求，敏捷開發(fā)過程、cmm能力成熟度模型的應(yīng)用將會(huì)使軟件開發(fā)漸成標(biāo)準(zhǔn)。3. 持續(xù)集成，更加智能持續(xù)集成式保證迭代化開發(fā)質(zhì)量的主要方式，通過持續(xù)集成可以利用自動(dòng)化的方式來盡量自動(dòng)地、盡早保證代碼質(zhì)量。隨著人工智能（ai）與軟件工程技術(shù)相結(jié)合，其二者相互作用終將導(dǎo)致新一代軟件開發(fā)日趨智能。4. 產(chǎn)業(yè)化，全球化21世紀(jì)我們進(jìn)入了一個(gè)新的紀(jì)元全球化3.0。全球化的世界必然帶來全球化的交付模式。全球化軟件協(xié)作產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)來自于軟件外包業(yè)

16、的發(fā)展。外包從最初的再印度公司購買廉價(jià)的勞動(dòng)力，到今天在全球全面展開；從最初的以使用海外更加廉價(jià)的勞動(dòng)力為目的，到今天的有效使用海外更多人才和領(lǐng)先技術(shù)；從最初的技術(shù)編程為主的外包，到今天的咨詢、bpo、soa和基礎(chǔ)設(shè)施的全面外包；從企業(yè)最初的武術(shù)戰(zhàn)略外包供應(yīng)商，到今天建立3至5家戰(zhàn)略性外包供應(yīng)商，我們不難看到產(chǎn)業(yè)化外包和全球化交付正在成為軟件工程發(fā)展的新方式。11六、結(jié) 束 語總之，軟件工程學(xué)科的總體發(fā)展目標(biāo)是不斷在實(shí)踐中利用各種先進(jìn)的知識(shí)和工具，加強(qiáng)自身理論研究和技術(shù)創(chuàng)新，從根本上克服軟件危機(jī)，逐步實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的構(gòu)件化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和全球化。相信我國的軟件產(chǎn)業(yè)會(huì)抓住知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的機(jī)遇，成為

17、帶動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)增長的龍頭產(chǎn)業(yè)。參 考 文 獻(xiàn)1 徐治立,田大山 等. 自然辯證法概論m. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.2 葛偉麗. 計(jì)算機(jī)語言發(fā)展和自然辯證法j. 科技資訊,2008(36).3 張海藩. 軟件工程導(dǎo)論(第4版)m. 北京:清華大學(xué)出版社,2007.4 徐祥運(yùn),賈銀山. 軟件工程的發(fā)展與展望j. 自然辯證法研究,1998(6).5 麻志毅. 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)m. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.6 楊芙清,梅宏,李克勤. 軟件復(fù)用與軟件構(gòu)件技術(shù)j. 電子學(xué)報(bào),1999(2).7 卡耐基梅隆大學(xué)軟件工程研究所 編著,劉孟仁 等譯. 能力成熟度模型 (cmm):軟件過程改進(jìn)指南：guidelines f