中國CDIO工程教育研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢評估

劉敏娜 黃素萍 李延香

摘 ?要：為了把握國內(nèi)CDIO工程教育研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，使用CiteSpace軟件對CNKI數(shù)據(jù)庫中有關(guān)CDIO工程教育的核心期刊內(nèi)容進行可視化分析。分析結(jié)果表明，CDIO研究領(lǐng)域中發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)波動趨勢。CDIO研究熱點包括CDIO工程教育模式、專業(yè)人才培養(yǎng)研究、課程教學(xué)和實驗教學(xué)改革研究。研究趨勢分為3個階段，CDIO的內(nèi)涵和外延研究階段，CDIO工程教育理念與課程、專業(yè)、高職教育、應(yīng)用型人才培養(yǎng)相結(jié)合研究階段和新工科背景下的CDIO工程教育研究階段。

關(guān)鍵詞：CDIO;工程教育;發(fā)展趨勢;CiteSpace

中圖分類號：G649.21 ? ? ?文獻標(biāo)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(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)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(shè)，可見國家層面非常重視工科教育。但是我國工科教育的現(xiàn)狀不容樂觀，據(jù)麥肯錫全球研究所統(tǒng)計，我國2005年畢業(yè)的工科技術(shù)人才中適合在跨國公司工作的人數(shù)占總?cè)藬?shù)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(xùn)練，同時忽視了培養(yǎng)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(jīng)開始探索工科教育模式，期望通過教育方式改革盡快培養(yǎng)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(tǒng)的理論指導(dǎo)，國外CDIO工程教育中積累的豐富經(jīng)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(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)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(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）。CDIO提倡以產(chǎn)品生命周期為載體，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和實踐動手能力，引導(dǎo)學(xué)生通過建立課程之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的方法學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合方式培養(yǎng)學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標(biāo)[1]。CDIO首次將工程畢業(yè)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力與素質(zhì)、人際團隊能力和工程系統(tǒng)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(xué)生和教師都具有重要指導(dǎo)意義的目標(biāo)體系。

我國學(xué)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(lián)盟。近年來CDIO工程教育模式深受國內(nèi)研究學(xué)者的廣泛關(guān)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(xué)、人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)體系、課程教學(xué)改革等不同維度研究的文獻。作者所在的教學(xué)團隊在2008年開始研究CDIO工程模式，并嘗試在“網(wǎng)頁設(shè)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(tài)地把握CDIO發(fā)展規(guī)律，對CDIO的研究如同盲人摸象。本文通過借助數(shù)據(jù)分析軟件CiteSpace軟件，分析CNKI數(shù)據(jù)庫CDIO工程教育領(lǐng)域的核心論文，總結(jié)出CDIO工程教育在我國的研究現(xiàn)狀與發(fā)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(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 ?數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)樣本選自2006年1月—2020年3月間的CNKI數(shù)據(jù)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(guān)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(fù)及與主題不相關(guān)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(chǎn)量作者及研究機構(gòu)分析，同時通過關(guān)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(fā)表數(shù)量、關(guān)鍵詞出現(xiàn)數(shù)量統(tǒng)計和排序。

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

2 ?數(shù)據(jù)分析

本文主要從研究現(xiàn)狀、研究內(nèi)容和研究前沿及發(fā)展趨勢三個方面展開分析。

2.1 ?研究現(xiàn)狀分析

2.1.1 ?文獻發(fā)表數(shù)量增長趨勢分析

使用Excel統(tǒng)計分析工具對CDIO工程教育領(lǐng)域619篇研究文獻發(fā)表數(shù)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(xué)團隊進行了CDIO的內(nèi)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(xiàn)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(guān)鍵詞，說明我國在新工科教育中已經(jīng)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(lǐng)域文獻的梳理，可以更好地理解我國工科教育的發(fā)展途徑，可以幫助我們總結(jié)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(yù)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(fā)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(xué)科研究人員的科研能力。根據(jù)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(fā)表論文最少的論文數(shù)Nmin與發(fā)表論文最多的論文數(shù)Nmax存在如下關(guān)系[4]：

Nmin=0.749×（Nmax）1/2

根據(jù)公式定義，只有發(fā)表論文數(shù)大于或等于Nmin的作者才是核心作者。此次文獻分析中，發(fā)文最多的作者論文數(shù)為6，代入公式計算可以得出Nmin為2。經(jīng)統(tǒng)計，在556個第一作者中，核心作者人數(shù)為48人，占比為8.5%;核心作者發(fā)表的論文數(shù)110篇，占總論文數(shù)的17.8%。

本文統(tǒng)計了CDIO工程教育領(lǐng)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(fā)文數(shù)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(lǐng)的團隊主要研究EIP—CDIO人才培養(yǎng)模式，其發(fā)表的《CDIO在中國》一文被引用次數(shù)高達359次，該文對6年來CDIO在汕頭大學(xué)及其他試點高校的實踐和推廣情況進行了回顧和總結(jié)，對中國工程教育面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題給出了觀察與思考，并對CDIO在中國的發(fā)展作出展望[5]。

2.1.3 ?關(guān)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(fā)表CDIO文獻326篇，數(shù)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(shù)與管理》《教育與職業(yè)》和《廣州化工》5種期刊發(fā)表文獻數(shù)量占總文獻的37.1%，由此說明這5種期刊是CDIO工程教育領(lǐng)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(guān)注對象。

2.1.4 ?主要研究機構(gòu)分布分析

CDIO工程教育研究力量主要集中在汕頭大學(xué)。汕頭大學(xué)是國內(nèi)最早學(xué)習(xí)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(yè)道德”課程作為工學(xué)院全體學(xué)生的必修課，課程有EIP的要求和考核規(guī)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(guān)工程師職業(yè)道德和操守方面的教育與實踐[6]。汕頭大學(xué)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(xué)院、浙江大學(xué)等4所院校的發(fā)文量也較大，說明CDIO工程教育的研究已經(jīng)形成一定的研究規(guī)模。排名前10名的發(fā)文機構(gòu)如表2所示。

2.2 ?研究內(nèi)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(guān)鍵詞進行分析。關(guān)鍵詞是對文獻主題的高度概括。通過關(guān)鍵詞分析反映學(xué)術(shù)研究的熱點問題[7]。CiteSpace中設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為Keyword，時間區(qū)為1年，閾值為前50，選擇最小生成樹算法，采用對數(shù)似然率算法。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)為96，連接數(shù)為284，網(wǎng)絡(luò)模塊化的評價指標(biāo)Modularity值為0.385 9，表明網(wǎng)絡(luò)聚類結(jié)構(gòu)較顯著。網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性的評價指標(biāo)Silhouette值為0.503 6，表明聚類結(jié)果合理。網(wǎng)絡(luò)圖中，每個節(jié)點代表一個關(guān)鍵詞，節(jié)點越大，說明該關(guān)鍵詞與其他詞共現(xiàn)的次數(shù)越多，節(jié)點間的連線表示兩詞的共現(xiàn)情況，線條越粗表示這兩詞之間共現(xiàn)次數(shù)越多[8]。節(jié)點小、與節(jié)點連線較細的說明該關(guān)鍵詞與網(wǎng)絡(luò)中的其他詞共現(xiàn)次數(shù)少。關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖2所示。

從圖2中可以看出，CDIO工程教育、教學(xué)改革、實踐教學(xué)等詞所代表的節(jié)點較大，說明這些詞與其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)次數(shù)較多，一定程度上可以將其視為國內(nèi)CDIO的研究熱點。同時人才培養(yǎng)和教育模式等關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次也較高，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻率如表3所示。表中中介中心性說明關(guān)鍵詞之間的關(guān)聯(lián)性。課程設(shè)計、翻轉(zhuǎn)課堂與CDIO相結(jié)合是新的創(chuàng)新理念，所以關(guān)聯(lián)度為0。

2.2.2 ?研究熱點內(nèi)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(yè)人才培養(yǎng)、課程教學(xué)和實驗教學(xué)改革。

2.2.2.1 ?CDIO工程教育模式

有學(xué)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(yè)工程實踐的環(huán)境和CDIO試點高校的實踐和推廣情況進行了回顧和總結(jié)，對中國工程教育面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題給出了觀察與思考[9]。

2.2.2.2 ?專業(yè)人才培養(yǎng)

有學(xué)者研究工程人才的培養(yǎng)計劃，提出CDIO工程性人才培養(yǎng)方案[10]，以CDIO教學(xué)模式與創(chuàng)新教育的共融性為主線實施人才培養(yǎng)[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(nèi)外聯(lián)動教學(xué)體系[12]。有學(xué)者基于大連東軟信息學(xué)院獨創(chuàng)的TOPCARES-CDIO培養(yǎng)模式，探索出了一套行之有效的專業(yè)人才培養(yǎng)方案評估指標(biāo)體系。針對外包人才短缺，北京聯(lián)合大學(xué)已經(jīng)將CDIO教育模式運用在實驗班的教學(xué)實踐中，從多個維度研究了CDIO模式在人才培養(yǎng)方面實施方案[13]。有學(xué)者針對高職人才培養(yǎng)的研究提出建構(gòu)高職創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式。

2.2.2.3 ?課程教學(xué)和實驗教學(xué)改革

結(jié)合CDIO教育理念，開展系統(tǒng)的教學(xué)方法研究。將CDIO工程教育思想應(yīng)用在如“電子技術(shù)課程設(shè)計”“化工原理”“通信電子電路”“稅務(wù)代理實務(wù)”“C#程序設(shè)計”等工科類課程教學(xué)改革中，提出基于CDIO工程的課程教學(xué)思想、教學(xué)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(yè)綜合性實驗，“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”等課程實驗，實踐教學(xué)體系，專業(yè)實訓(xùn)，開放實踐教學(xué)模式，畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新實踐基地群等方面提出改革思路。

2.3 ?研究前沿及發(fā)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(nèi)的變化。

CiteSpace將這種突變信息視為一種可用來度量關(guān)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(guān)鍵詞。通過如圖3的突變性關(guān)鍵詞來看，該領(lǐng)域呈現(xiàn)出多個維度研究特征，可總結(jié)出以下3個階段性的研究熱點：一是工程教育，包括做中學(xué)、高等工程教育、應(yīng)用型人才等關(guān)鍵詞;二是教育模式，包括項目教學(xué)、課程改革、教學(xué)模式改革等關(guān)鍵詞;三是新工科，包括專業(yè)認證、卓越計劃等關(guān)鍵詞。圖中深色較粗的小矩形表示突現(xiàn)年份。在圖中可以看到工程教育和教育模式關(guān)鍵詞出現(xiàn)在2008年，人才培養(yǎng)關(guān)鍵詞從2008年出現(xiàn)，熱度持續(xù)到2010年。

2.3.2 ?發(fā)展趨勢分析

CDIO工程教育研究發(fā)展趨勢分析主要通過共被引文獻網(wǎng)絡(luò)關(guān)系體現(xiàn)，繪制的Timeline（時間線）如圖4所示，圖中節(jié)點的主題名詞是從關(guān)鍵詞共被引分析得到的聚類中提取出來的，名詞對應(yīng)的橫坐標(biāo)展現(xiàn)該主題在時間上的演進?？茖W(xué)論題的研究會經(jīng)歷興起、發(fā)展、成熟和衰退的過程。通過時間線圖可以反映動態(tài)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(yǎng)模式、#1 創(chuàng)業(yè)教育、#2 工學(xué)結(jié)合、#3 CDIO，#4 培養(yǎng)模式，#5 CDIO理念。通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，本研究領(lǐng)域可分為3個階段：2006—2012年研究主題側(cè)重于工程教育模式研究;2013—2017年研究側(cè)重于工程教育應(yīng)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(jié) ?論

CDIO工程教育研究的發(fā)文數(shù)量從2006年到2020年呈波動變化態(tài)勢，表明研究人員對該領(lǐng)域的研究成果從爆發(fā)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(xué)在所有機構(gòu)中文獻貢獻數(shù)量最多，表明在該研究領(lǐng)域表現(xiàn)最為活躍。

關(guān)于CDIO工程教育領(lǐng)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(yè)、高職教育、應(yīng)用型人才培養(yǎng)相結(jié)合，2018—2020與新工科結(jié)合。這三個階段體現(xiàn)出CDIO研究從理論探索到落地生根的發(fā)展趨勢。雖然2017—2019年，CDIO研究成果呈現(xiàn)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(nèi)涵和外延。CDIO工程教育將是未來新工科建設(shè)的一個關(guān)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(xué)院，副教授，碩士，研究方向：高性能網(wǎng)站框架。