中國CDIO工程教育研究現狀與發展趨勢評估

劉敏娜 黃素萍 李延香

摘 ?要：為了把握國內CDIO工程教育研究現狀與發展趨勢，使用CiteSpace軟件對CNKI數據庫中有關CDIO工程教育的核心期刊內容進行可視化分析。分析結果表明，CDIO研究領域中發文數量呈現波動趨勢。CDIO研究熱點包括CDIO工程教育模式、專業人才培養研究、課程教學和實驗教學改革研究。研究趨勢分為3個階段，CDIO的內涵和外延研究階段，CDIO工程教育理念與課程、專業、高職教育、應用型人才培養相結合研究階段和新工科背景下的CDIO工程教育研究階段。

關鍵詞：CDIO;工程教育;發展趨勢;CiteSpace

中圖分類號：G649.21 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0179-05

Abstract：In order to grasp the research status and development trend of CDIO engineering education in China，CiteSpace software was used to perform visual analysis of CDIO engineering education core journals in CNKI database. The analysis results show that the number of published articles in the CDIO research field fluctuates. CDIO research focus includes CDIO engineering education mode，professional personnel training research，curriculum teaching and experimental teaching reform research. Research trends can be divided into three stages：the research stage of CDIO connotation and extension;the research stage of annual CDIO engineering education concept combining with curriculum，specialty，higher vocational education and application-oriented personnel training;and the research stage of CDIO engineering education in the context of new engineering.

Keywords：CDIO;engineering education;development trend;CiteSpace

0 ?引 ?言

教育部在2017年先后發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》等文件，目的是全力探索工程教育模式，助力高等教育強國建設，可見國家層面非常重視工科教育。但是我國工科教育的現狀不容樂觀，據麥肯錫全球研究所統計，我國2005年畢業的工科技術人才中適合在跨國公司工作的人數占總人數不足10%。主要原因是中國的工科教育過于理論化，教育中缺少工程項目訓練，同時忽視了培養解決實際問題的能力[1]。我國高等院校工科教育多年前已經開始探索工科教育模式，期望通過教育方式改革盡快培養與國際接軌的工程師。提高高等工科院校工程教育水平，需要有系統的理論指導，國外CDIO工程教育中積累的豐富經驗可以為我們提供借鑒。CDIO代表了國際工程教育改革的成果。2004年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，同時成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。CDIO提倡以產品生命周期為載體，培養學生主動學習和實踐動手能力，引導學生通過建立課程之間關聯關系的方法學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合方式培養學生在這四個層面達到預定目標[1]。CDIO首次將工程畢業生的工程基礎知識、個人能力與素質、人際團隊能力和工程系統能力要求以逐級細化的方式表達出來，形成了具體化的、可測量的、對學生和教師都具有重要指導意義的目標體系。

我國學者最早于2005年開始研究CDIO工程教育模式。2008年教育部高等教育司成立CDIO工程教育模式研究與實踐課題組，2016年成立CDIO工程教育聯盟。近年來CDIO工程教育模式深受國內研究學者的廣泛關注，目前已有大量使用CDIO工程教育理念來進行工科課程教學、人才培養模式、培養體系、課程教學改革等不同維度研究的文獻。作者所在的教學團隊在2008年開始研究CDIO工程模式，并嘗試在“網頁設計”課程中引入CDIO工程教育模式。但是在研究過程中面對CDIO工程教育的海量文獻，無法站在一定的高度，動態地把握CDIO發展規律，對CDIO的研究如同盲人摸象。本文通過借助數據分析軟件CiteSpace軟件，分析CNKI數據庫CDIO工程教育領域的核心論文，總結出CDIO工程教育在我國的研究現狀與發展趨勢，幫助我們探索更多適合我國新工科教育的模式和方法[2]。

1 ?數據來源與研究方法

1.1 ?數據來源

本文數據樣本選自2006年1月—2020年3月間的CNKI數據庫的中文核心期刊、EI來源期刊、SCI來源期刊、CAS來源期刊、CSCD來源期刊和CSSCI來源期刊。使用CNKI高級檢索功能，以“CDIO”和“工程教育”為主題、關鍵詞進行檢索，共獲取中文文獻668篇。對文獻逐條整理篩選，去除會議報道、期刊目錄和重復及與主題不相關的文獻，最終確定中文文獻619篇。

1.2 ?研究方法

本文采用CiteSpace軟件（版本號：5.3.R4.2003—2018），對獲取的619篇文獻進行高產量作者及研究機構分析，同時通過關鍵詞共詞分析得到研究趨勢、研究熱點和前沿。在研究過程中，使用Excel軟件對文獻發表數量、關鍵詞出現數量統計和排序。

CiteSpace是一款用來繪制科學領域文獻可視化圖譜軟件，使用它可以生成某個科學領域的關鍵節點文獻，識別某個領域的研究熱點和前沿[3]。

2 ?數據分析

本文主要從研究現狀、研究內容和研究前沿及發展趨勢三個方面展開分析。

2.1 ?研究現狀分析

2.1.1 ?文獻發表數量增長趨勢分析

使用Excel統計分析工具對CDIO工程教育領域619篇研究文獻發表數量的逐年增長趨勢分析，如圖1所示。

2006年CDIO工程教育模式在中國屬于起步階段，此階段研究成果較少。2008年是CDIO工程教育研究的拐點，從這一年起，CDIO工程教育的研究開始興起，作者所在的教學團隊進行了CDIO的內涵和外延的研究。2012年CDIO的研究達到鼎盛時期，這個階段涌現出很多CDIO的變體，如TOPCARES-CDIO、TF-CDIO、SE-CDIO和A+S·CDIO等工程教育模式。2018年以后，隨著國家新工科教育的推進，研究成果中以CDIO直接命名的很少，CDIO變成關鍵詞，說明我國在新工科教育中已經取得了一定的成績，CDIO工程模式只是新工科教育的一種方案。但是對CDIO工程模式領域文獻的梳理，可以更好地理解我國工科教育的發展途徑，可以幫助我們總結CDIO工程教育研究中取得的成績，更好地為新工科教育提供借鑒。隨著國家新工科教育的深入，預計CDIO工程教育將被賦予新的含義。

2.1.2 ?核心作者分析

核心作者是指發表論文較多，具有較大影響力的作者。通過對核心作者的分析，可以評價該學科研究人員的科研能力。根據普賴斯定律分析核心作者，普賴斯定律定義了核心作者中發表論文最少的論文數Nmin與發表論文最多的論文數Nmax存在如下關系[4]：

Nmin=0.749×（Nmax）1/2

根據公式定義，只有發表論文數大于或等于Nmin的作者才是核心作者。此次文獻分析中，發文最多的作者論文數為6，代入公式計算可以得出Nmin為2。經統計，在556個第一作者中，核心作者人數為48人，占比為8.5%;核心作者發表的論文數110篇，占總論文數的17.8%。

本文統計了CDIO工程教育領域核心作者，如表1所示。由表1可知，排在第一位的作者顧佩華發文數量為6篇。顧佩華教授是我國研究CDIO工程教育模式的先鋒者，其帶領的團隊主要研究EIP—CDIO人才培養模式，其發表的《CDIO在中國》一文被引用次數高達359次，該文對6年來CDIO在汕頭大學及其他試點高校的實踐和推廣情況進行了回顧和總結，對中國工程教育面臨的挑戰和存在的問題給出了觀察與思考，并對CDIO在中國的發展作出展望[5]。

2.1.3 ?關鍵期刊分布分析

CDIO工程教育研究文獻比較集中，10種期刊發表CDIO文獻326篇，數量達到總分析文獻的52.7%，尤其是《高等工程教育研究》《實驗室研究與探索》《實驗技術與管理》《教育與職業》和《廣州化工》5種期刊發表文獻數量占總文獻的37.1%，由此說明這5種期刊是CDIO工程教育領域的主要出版單位，這些期刊可以作為研究CDIO工程教育重點關注對象。

2.1.4 ?主要研究機構分布分析

CDIO工程教育研究力量主要集中在汕頭大學。汕頭大學是國內最早學習CDIO工程教育模式并加以實施的高校，2006年成為CDIO國際組織在中國的第一個會員單位。該校在CDIO工程模式實踐過程中提出了EIP-CDIO教育模式，此模式將“工程師職業道德”課程作為工學院全體學生的必修課，課程有EIP的要求和考核規范，同時通過世界工程師論壇、成長沙龍、社會實踐等多種活動，開展有關工程師職業道德和操守方面的教育與實踐[6]。汕頭大學在CDIO工程教育理念中國傳播方面做了非常大的貢獻。成都信息工程學院、浙江大學等4所院校的發文量也較大，說明CDIO工程教育的研究已經形成一定的研究規模。排名前10名的發文機構如表2所示。

2.2 ?研究內容分析

2.2.1 ?知識圖譜整體概況

本文使用CiteSpace對619篇文獻的關鍵詞進行分析。關鍵詞是對文獻主題的高度概括。通過關鍵詞分析反映學術研究的熱點問題[7]。CiteSpace中設置網絡節點為Keyword，時間區為1年，閾值為前50，選擇最小生成樹算法，采用對數似然率算法。網絡中節點數為96，連接數為284，網絡模塊化的評價指標Modularity值為0.385 9，表明網絡聚類結構較顯著。網絡同質性的評價指標Silhouette值為0.503 6，表明聚類結果合理。網絡圖中，每個節點代表一個關鍵詞，節點越大，說明該關鍵詞與其他詞共現的次數越多，節點間的連線表示兩詞的共現情況，線條越粗表示這兩詞之間共現次數越多[8]。節點小、與節點連線較細的說明該關鍵詞與網絡中的其他詞共現次數少。關鍵詞共現網絡圖譜如圖2所示。

從圖2中可以看出，CDIO工程教育、教學改革、實踐教學等詞所代表的節點較大，說明這些詞與其他關鍵詞共現次數較多，一定程度上可以將其視為國內CDIO的研究熱點。同時人才培養和教育模式等關鍵詞的出現頻次也較高，關鍵詞共現頻率如表3所示。表中中介中心性說明關鍵詞之間的關聯性。課程設計、翻轉課堂與CDIO相結合是新的創新理念，所以關聯度為0。

2.2.2 ?研究熱點內容

通過表2分析得出CDIO工程教育研究主要從3個層次展開，分別是CDIO工程教育模式、專業人才培養、課程教學和實驗教學改革。

2.2.2.1 ?CDIO工程教育模式

有學者研究了CDIO工程教育的特點，分析了我國CDIO工程教育研究基本概況以及CDIO研究中存在的問題，從職業工程實踐的環境和CDIO試點高校的實踐和推廣情況進行了回顧和總結，對中國工程教育面臨的挑戰和存在的問題給出了觀察與思考[9]。

2.2.2.2 ?專業人才培養

有學者研究工程人才的培養計劃，提出CDIO工程性人才培養方案[10]，以CDIO教學模式與創新教育的共融性為主線實施人才培養[11]，提出通過一體化的課程與項目體系實施基于信息共享平臺的課內外聯動教學體系[12]。有學者基于大連東軟信息學院獨創的TOPCARES-CDIO培養模式，探索出了一套行之有效的專業人才培養方案評估指標體系。針對外包人才短缺，北京聯合大學已經將CDIO教育模式運用在實驗班的教學實踐中，從多個維度研究了CDIO模式在人才培養方面實施方案[13]。有學者針對高職人才培養的研究提出建構高職創新人才的培養模式。

2.2.2.3 ?課程教學和實驗教學改革

結合CDIO教育理念，開展系統的教學方法研究。將CDIO工程教育思想應用在如“電子技術課程設計”“化工原理”“通信電子電路”“稅務代理實務”“C#程序設計”等工科類課程教學改革中，提出基于CDIO工程的課程教學思想、教學方法和考核模式的改革實施方案[14];針對通信、電子、化工類專業綜合性實驗，“數據庫原理與應用”等課程實驗，實踐教學體系，專業實訓，開放實踐教學模式，畢業設計、創新實踐基地群等方面提出改革思路。

2.3 ?研究前沿及發展趨勢分析

2.3.1 ?研究前沿分析

文獻的Burst detection可以表示一個變量的值在短期內的變化。

CiteSpace將這種突變信息視為一種可用來度量關鍵詞變化的手段。本文使用Burst detection對被引文獻所得到的引文頻次分析得到突變關鍵詞。通過如圖3的突變性關鍵詞來看，該領域呈現出多個維度研究特征，可總結出以下3個階段性的研究熱點：一是工程教育，包括做中學、高等工程教育、應用型人才等關鍵詞;二是教育模式，包括項目教學、課程改革、教學模式改革等關鍵詞;三是新工科，包括專業認證、卓越計劃等關鍵詞。圖中深色較粗的小矩形表示突現年份。在圖中可以看到工程教育和教育模式關鍵詞出現在2008年，人才培養關鍵詞從2008年出現，熱度持續到2010年。

2.3.2 ?發展趨勢分析

CDIO工程教育研究發展趨勢分析主要通過共被引文獻網絡關系體現，繪制的Timeline（時間線）如圖4所示，圖中節點的主題名詞是從關鍵詞共被引分析得到的聚類中提取出來的，名詞對應的橫坐標展現該主題在時間上的演進。科學論題的研究會經歷興起、發展、成熟和衰退的過程。通過時間線圖可以反映動態的、實時的研究主題，本文選擇的2006—2020時間段研究聚類名詞分別為#0 培養模式、#1 創業教育、#2 工學結合、#3 CDIO，#4 培養模式，#5 CDIO理念。通過關鍵詞共現分析發現，本研究領域可分為3個階段：2006—2012年研究主題側重于工程教育模式研究;2013—2017年研究側重于工程教育應用;2018—2020年研究趨勢變化為新工科，CDIO變體模式如OBE、SC-CDIO的研究。

3 ?結 ?論

CDIO工程教育研究的發文數量從2006年到2020年呈波動變化態勢，表明研究人員對該領域的研究成果從爆發式增長進入到理性研究，目前研究工作進入到一個全新的階段。汕頭大學在所有機構中文獻貢獻數量最多，表明在該研究領域表現最為活躍。

關于CDIO工程教育領域的研究趨勢大體分為3個研究階段：2006—2012年開始CDIO理論研究，2013—2017年CDIO工程教育理念與課程、專業、高職教育、應用型人才培養相結合，2018—2020與新工科結合。這三個階段體現出CDIO研究從理論探索到落地生根的發展趨勢。雖然2017—2019年，CDIO研究成果呈現下降趨勢，但是由于新工科教育思想的提出，因為CDIO工程教育的特點與新工科教育特點一致，所以CDIO將在新工科的沃土上被賦予新的內涵和外延。CDIO工程教育將是未來新工科建設的一個關鍵思路。

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作者簡介：劉敏娜（1981—），女，漢族，陜西榆林人，就職于計算機學院，副教授，碩士，研究方向：高性能網站框架。