中国CDIO工程教育研究现状与发展趋势评估

2020-11-06刘敏娜黄素萍李延香

现代信息科技 2020年12期

刘敏娜黄素萍李延香

摘要：为了把握国内CDIO工程教育研究现状与发展趋势，使用CiteSpace软件对CNKI数据库中有关CDIO工程教育的核心期刊内容进行可视化分析。分析结果表明，CDIO研究领域中发文数量呈现波动趋势。CDIO研究热点包括CDIO工程教育模式、专业人才培养研究、课程教学和实验教学改革研究。研究趋势分为3个阶段，CDIO的内涵和外延研究阶段，CDIO工程教育理念与课程、专业、高职教育、应用型人才培养相结合研究阶段和新工科背景下的CDIO工程教育研究阶段。

关键词：CDIO;工程教育;发展趋势;CiteSpace

中图分类号：G649.21 文献标识码：A 文章编号：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《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》等文件，目的是全力探索工程教育模式，助力高等教育强国建设，可见国家层面非常重视工科教育。但是我国工科教育的现状不容乐观，据麦肯锡全球研究所统计，我国2005年毕业的工科技术人才中适合在跨国公司工作的人数占总人数不足10%。主要原因是中国的工科教育过于理论化，教育中缺少工程项目训练，同时忽视了培养解决实际问题的能力[1]。我国高等院校工科教育多年前已经开始探索工科教育模式，期望通过教育方式改革尽快培养与国际接轨的工程师。提高高等工科院校工程教育水平，需要有系统的理论指导，国外CDIO工程教育中积累的丰富经验可以为我们提供借鉴。CDIO代表了国际工程教育改革的成果。2004年，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，同时成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。CDIO提倡以产品生命周期为载体，培养学生主动学习和实践动手能力，引导学生通过建立课程之间关联关系的方法学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合方式培养学生在这四个层面达到预定目标[1]。CDIO首次将工程毕业生的工程基础知识、个人能力与素质、人际团队能力和工程系统能力要求以逐级细化的方式表达出来，形成了具体化的、可测量的、对学生和教师都具有重要指导意义的目标体系。

我国学者最早于2005年开始研究CDIO工程教育模式。2008年教育部高等教育司成立CDIO工程教育模式研究与实践课题组，2016年成立CDIO工程教育联盟。近年来CDIO工程教育模式深受国内研究学者的广泛关注，目前已有大量使用CDIO工程教育理念来进行工科课程教学、人才培养模式、培养体系、课程教学改革等不同维度研究的文献。作者所在的教学团队在2008年开始研究CDIO工程模式，并尝试在“网页设计”课程中引入CDIO工程教育模式。但是在研究过程中面对CDIO工程教育的海量文献，无法站在一定的高度，动态地把握CDIO发展规律，对CDIO的研究如同盲人摸象。本文通过借助数据分析软件CiteSpace软件，分析CNKI数据库CDIO工程教育领域的核心论文，总结出CDIO工程教育在我国的研究现状与发展趋势，帮助我们探索更多适合我国新工科教育的模式和方法[2]。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文数据样本选自2006年1月—2020年3月间的CNKI数据库的中文核心期刊、EI来源期刊、SCI来源期刊、CAS来源期刊、CSCD来源期刊和CSSCI来源期刊。使用CNKI高级检索功能，以“CDIO”和“工程教育”为主题、关键词进行检索，共获取中文文献668篇。对文献逐条整理筛选，去除会议报道、期刊目录和重复及与主题不相关的文献，最终确定中文文献619篇。

1.2 研究方法

本文采用CiteSpace软件（版本号：5.3.R4.2003—2018），对获取的619篇文献进行高产量作者及研究机构分析，同时通过关键词共词分析得到研究趋势、研究热点和前沿。在研究过程中，使用Excel软件对文献发表数量、关键词出现数量统计和排序。

CiteSpace是一款用来绘制科学领域文献可视化图谱软件，使用它可以生成某个科学领域的关键节点文献，识别某个领域的研究热点和前沿[3]。

2 数据分析

本文主要从研究现状、研究内容和研究前沿及发展趋势三个方面展开分析。

2.1 研究现状分析

2.1.1 文献发表数量增长趋势分析

使用Excel统计分析工具对CDIO工程教育领域619篇研究文献发表数量的逐年增长趋势分析，如图1所示。

2006年CDIO工程教育模式在中國属于起步阶段，此阶段研究成果较少。2008年是CDIO工程教育研究的拐点，从这一年起，CDIO工程教育的研究开始兴起，作者所在的教学团队进行了CDIO的内涵和外延的研究。2012年CDIO的研究达到鼎盛时期，这个阶段涌现出很多CDIO的变体，如TOPCARES-CDIO、TF-CDIO、SE-CDIO和A+S·CDIO等工程教育模式。2018年以后，随着国家新工科教育的推进，研究成果中以CDIO直接命名的很少，CDIO变成关键词，说明我国在新工科教育中已经取得了一定的成绩，CDIO工程模式只是新工科教育的一种方案。但是对CDIO工程模式领域文献的梳理，可以更好地理解我国工科教育的发展途径，可以帮助我们总结CDIO工程教育研究中取得的成绩，更好地为新工科教育提供借鉴。随着国家新工科教育的深入，预计CDIO工程教育将被赋予新的含义。

2.1.2 核心作者分析

核心作者是指发表论文较多，具有较大影响力的作者。通过对核心作者的分析，可以评价该学科研究人员的科研能力。根据普赖斯定律分析核心作者，普赖斯定律定义了核心作者中发表论文最少的论文数Nmin与发表论文最多的论文数Nmax存在如下关系[4]：

Nmin=0.749×（Nmax）1/2

根据公式定义，只有发表论文数大于或等于Nmin的作者才是核心作者。此次文献分析中，发文最多的作者论文数为6，代入公式计算可以得出Nmin为2。经统计，在556个第一作者中，核心作者人数为48人，占比为8.5%;核心作者发表的论文数110篇，占总论文数的17.8%。

本文统计了CDIO工程教育领域核心作者，如表1所示。由表1可知，排在第一位的作者顾佩华发文数量为6篇。顾佩华教授是我国研究CDIO工程教育模式的先锋者，其带领的团队主要研究EIP—CDIO人才培养模式，其发表的《CDIO在中国》一文被引用次数高达359次，该文对6年来CDIO在汕头大学及其他试点高校的实践和推广情况进行了回顾和总结，对中国工程教育面临的挑战和存在的问题给出了观察与思考，并对CDIO在中国的发展作出展望[5]。

2.1.3 关键期刊分布分析

CDIO工程教育研究文献比较集中，10种期刊发表CDIO文献326篇，数量达到总分析文献的52.7%，尤其是《高等工程教育研究》《实验室研究与探索》《实验技术与管理》《教育与职业》和《广州化工》5种期刊发表文献数量占总文献的37.1%，由此说明这5种期刊是CDIO工程教育领域的主要出版单位，这些期刊可以作为研究CDIO工程教育重点关注对象。

2.1.4 主要研究机构分布分析

CDIO工程教育研究力量主要集中在汕头大学。汕头大学是国内最早学习CDIO工程教育模式并加以实施的高校，2006年成为CDIO国际组织在中国的第一个会员单位。该校在CDIO工程模式实践过程中提出了EIP-CDIO教育模式，此模式将“工程师职业道德”课程作为工学院全体学生的必修课，课程有EIP的要求和考核规范，同时通过世界工程师论坛、成长沙龙、社会实践等多种活动，开展有关工程师职业道德和操守方面的教育与实践[6]。汕头大学在CDIO工程教育理念中国传播方面做了非常大的贡献。成都信息工程学院、浙江大学等4所院校的发文量也较大，说明CDIO工程教育的研究已经形成一定的研究规模。排名前10名的发文机构如表2所示。

2.2 研究内容分析

2.2.1 知识图谱整体概况

本文使用CiteSpace对619篇文献的关键词进行分析。关键词是对文献主题的高度概括。通过关键词分析反映学术研究的热点问题[7]。CiteSpace中设置网络节点为Keyword，时间区为1年，阈值为前50，选择最小生成树算法，采用对数似然率算法。网络中节点数为96，连接数为284，网络模块化的评价指标Modularity值为0.385 9，表明网络聚类结构较显著。网络同质性的评价指标Silhouette值为0.503 6，表明聚类结果合理。网络图中，每个节点代表一个关键词，节点越大，说明该关键词与其他词共现的次数越多，节点间的连线表示两词的共现情况，线条越粗表示这两词之间共现次数越多[8]。节点小、与节点连线较细的说明该关键词与网络中的其他词共现次数少。关键词共现网络图谱如图2所示。

从图2中可以看出，CDIO工程教育、教学改革、实践教学等词所代表的节点较大，说明这些词与其他关键词共现次数较多，一定程度上可以将其视为国内CDIO的研究热点。同时人才培养和教育模式等关键词的出现频次也较高，关键词共现频率如表3所示。表中中介中心性说明关键词之间的关联性。课程设计、翻转课堂与CDIO相结合是新的创新理念，所以关联度为0。

2.2.2 研究热点内容

通过表2分析得出CDIO工程教育研究主要从3个层次展开，分别是CDIO工程教育模式、专业人才培养、课程教学和实验教学改革。

2.2.2.1 CDIO工程教育模式

有学者研究了CDIO工程教育的特点，分析了我国CDIO工程教育研究基本概况以及CDIO研究中存在的问题，从职业工程实践的环境和CDIO试点高校的实践和推广情况进行了回顾和总结，对中国工程教育面临的挑战和存在的问题给出了观察与思考[9]。

2.2.2.2 专业人才培养

有学者研究工程人才的培养计划，提出CDIO工程性人才培养方案[10]，以CDIO教学模式与创新教育的共融性为主线实施人才培养[11]，提出通过一体化的课程与项目体系实施基于信息共享平台的课内外联动教学体系[12]。有学者基于大连东软信息学院独创的TOPCARES-CDIO培养模式，探索出了一套行之有效的专业人才培养方案评估指标体系。针对外包人才短缺，北京联合大学已经将CDIO教育模式运用在实验班的教学实践中，从多个维度研究了CDIO模式在人才培养方面实施方案[13]。有学者针对高职人才培养的研究提出建构高职创新人才的培养模式。

2.2.2.3 课程教学和实验教学改革

结合CDIO教育理念，开展系统的教学方法研究。将CDIO工程教育思想应用在如“电子技术课程设计”“化工原理”“通信电子电路”“税务代理实务”“C#程序设计”等工科类课程教学改革中，提出基于CDIO工程的课程教学思想、教学方法和考核模式的改革实施方案[14];针对通信、电子、化工类专业综合性实验，“数据库原理与应用”等课程实验，实践教学体系，专业实训，开放实践教学模式，毕业设计、创新实践基地群等方面提出改革思路。

2.3 研究前沿及发展趋势分析

2.3.1 研究前沿分析

文献的Burst detection可以表示一个变量的值在短期内的变化。

CiteSpace将这种突变信息视为一种可用来度量关键词变化的手段。本文使用Burst detection对被引文献所得到的引文频次分析得到突变关键词。通过如图3的突变性关键词来看，该领域呈现出多个维度研究特征，可总结出以下3个阶段性的研究热点：一是工程教育，包括做中学、高等工程教育、应用型人才等关键词;二是教育模式，包括项目教学、课程改革、教学模式改革等关键词;三是新工科，包括专业认证、卓越计划等关键词。图中深色较粗的小矩形表示突现年份。在图中可以看到工程教育和教育模式关键词出现在2008年，人才培养关键词从2008年出现，热度持续到2010年。

2.3.2 发展趋势分析

CDIO工程教育研究发展趋势分析主要通过共被引文献网络关系体现，绘制的Timeline（时间线）如图4所示，图中节点的主题名词是从关键词共被引分析得到的聚类中提取出来的，名词对应的横坐标展现该主题在时间上的演进。科学论题的研究会经历兴起、发展、成熟和衰退的过程。通过时间线图可以反映动态的、实时的研究主题，本文选择的2006—2020时间段研究聚类名词分别为#0 培养模式、#1 创业教育、#2 工学结合、#3 CDIO，#4 培养模式，#5 CDIO理念。通过关键词共现分析发现，本研究领域可分为3个阶段：2006—2012年研究主题侧重于工程教育模式研究;2013—2017年研究侧重于工程教育应用;2018—2020年研究趋势变化为新工科，CDIO变体模式如OBE、SC-CDIO的研究。

3 结论

CDIO工程教育研究的发文数量从2006年到2020年呈波动变化态势，表明研究人员对该领域的研究成果从爆发式增长进入到理性研究，目前研究工作进入到一个全新的阶段。汕头大学在所有机构中文献贡献数量最多，表明在该研究领域表现最为活跃。

关于CDIO工程教育领域的研究趋势大体分为3个研究阶段：2006—2012年开始CDIO理论研究，2013—2017年CDIO工程教育理念与课程、专业、高职教育、应用型人才培养相结合，2018—2020与新工科结合。这三个阶段体现出CDIO研究从理论探索到落地生根的发展趋势。虽然2017—2019年，CDIO研究成果呈现下降趋势，但是由于新工科教育思想的提出，因为CDIO工程教育的特点与新工科教育特点一致，所以CDIO将在新工科的沃土上被赋予新的内涵和外延。CDIO工程教育将是未来新工科建设的一个关键思路。

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