陈启元／任胜兵／胡志刚／吴  斌 

    CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，它以产品从研发到运行的生命周期过程为载体，使学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生的工程能力。目前，世界各地已有上百所高校加入CDIO国际组织，积极学习并运用和探索这一创新工程教育模式进行工程人才培养改革，取得了良好的效果，受到学生的普遍欢迎和企业的高度评价。CDIO工程教育模式强调学生工程能力的培养，但缺乏系统的能力评估和改进体系。为顺利实施CDIO工程教育模式，需建立一种学生CDIO能力评估理论框架，将不同的能力评价要求纳入其中，并提供一种方法对学生CDIO能力进行定性化的系统描述与度量。同时，CDIO能力的形成过程是一个渐进的过程，在CDIO能力形成的过程中，需要提供相应的能力成熟度指标体系，指出CDIO能力的增长潜力和可以改进的方向。

    一、CDIO能力成熟度模型与评估

    能力成熟度模型(Capability Maturity Model，简称CMM)是美国Carnegie Mellon大学软件工程研究所SEI提出的一种针对软件开发组织软件过程能力成熟度的评估体系。国内外研究表明，CMM评估体系除用于软件过程能力评估外，还可运用于组织知识管理过程、教学过程等能力成熟度的评估，这样有助于为教育机构顺利实施CDIO工程教育模式提供借鉴。

    CDIO的基本内容主要包括1个愿景、1个大纲、12条标准和5个指引。愿景指出学校任务是培养有专业技能、有社会意识和有企业家敏锐性的工程师。CDIO大纲从四个层面明确了毕业生的工程能力，要求以综合的方式使学生在这四个层面上达到预定目标。12条标准为工程教育的全面实施以及检验测评提供了基础，具有很强的可操作性。5个指引对培养计划、课程结构、教学方法、教学评估和学习架构提出了明确要求。显然，从CDIO的基本内容可以看出，CDIO工程教育模式的特点也就是构思、设计、实施与运行，即以愿景构思工程人才培养目的，以大纲设计工程人才培养方案，以标准实施工程人才培养，以指引明确工程人才培养运行架构。CDIO工程教育就是以现代工业产品或系统从构思研究开发到运行改进甚至终结废弃的全过程为载体，培养学生的现代工程能力，不仅包括学生个人的学术知识，而且还包括学生的终生学习能力、团队协作能力和大系统掌控能力，本文简称CDIO能力。

    CDIO是基于工程项目全过程的主动学习，CDIO过程包括基于项目的学习过程和CDIO过程管理两个主要部分。CDIO过程管理用来收集CDIO过程数据，并据此引导和监督基于项目的学习过程，包括理论知识的传授，工程项目的指导、监督和评价等。基于项目的学习过程以项目为导向，通过构思、设计、实施和运行几个基本学习活动，在基于项目的反复学习训练中获得知识、技能和能力。在CDIO过程中，学生除了获取专业知识外，还要培养个人自身能力、团队协作能力及建造产品和系统的能力。CDIO过程能力即项目组实施CDIO过程进行学习的能力，它提供了一种预测学生参与工程项目时所能期望得到的最可能的结果，反映了学生的CDIO能力。

    CDIO能力成熟度反映了学生CDIO过程的改进方向和实施CDIO过程的能力。借鉴能力成熟度模型的基本思想，将CDIO能力成熟度由低到高划分为四个等级：初始级、基础级、专业级和应用研究级。各能力成熟度等级反映了学生在CDIO工程教育中不同发展阶段的不同特征和学习内容需求。CDIO-CMM能力成熟度各等级的主要能力特征如下：初始级，学生具有较好的英语与数学基础，但对专业了解不全，专业学习目标不明确，一般不能主动学习，基于项目的学习是无序，甚至是混乱的，其成功具有偶然性；基础级，学生具有一定的人文道德素质，掌握了专业学科理论基础知识，能有目的地选择专业课程学习，能根据课程需要进行基于小规模项目的学习，学习过程是稳定的；专业级，学生系统地掌握了专业知识，熟悉基于项目的专业学习过程．能综合运用专业知识分析和解决一般实际项目问题，学习过程是独立自主的；应用研究级，学生有专业实践经验，能发现实际项目中存在的问题并进行研究，能对专业知识进行创新，能根据项目需要学习其他知识，学习过程是自发的。大学新生均必须具备初始级的能力特征，但其CDIO能力是不可预测的。在基础级，学生基本适应了基于项目的学习过程，能够在教师的帮助下依据课程需要进行基于小规模项目的学习。由初始级过渡到基础级需要两年左右的学习时间。在专业级，学生已经熟悉了基于项目的学习过程，能够独立自主地选修专业课程进行学习，这一级大概需要一年左右的时间。处于应用研究级的学生能够依据项目的需要自发地学习新知识，优化自身的知识体系和专业技能。

    在CDIO-CMM模型中，除初始级外，每一个等级都规定了若干关键过程域。这包括一系列关键过程活动，其实施将影响CDIO能力水平的形成。在专业的学习过程中，基本是以课程为单元展开学习，因此教学课程是最基本的CDIO过程活动，由关键教学课程形成的系列课程构成关键域。由于工科各个专业的知识体系不一样，因而对应的关键实践和关键域也不同，但CDIO-CMM模型体系保持不变。应该注意的是，在设置关键过程域和关键实践时，应充分体现CDIO基本内容要求。

    为了实施CDIO能力成熟度评估，首先需要成立CDIO能力成熟度评估组。然后完成对被评估学生的取样和问卷调查，对调查结果进行响应分析，依据响应分析结果进行现场考察。结束时评估组需提交一个调查清单，明确指出学生CDIO过程的强项和弱项。最后，通过分析关键过程域目标满足情况，绘制一个关键过程域剖面图，并撰写学生CDIO能力成熟度分析报告。评估组成员应该具备的条件是：精通CDIO-CMM模型；熟悉CDIO工程教育模式；了解专业对学生的知识、能力和素质要求；善于分析和发现问题；公平、公正、任劳任怨。进行学生取样和问卷调查时，学生的取样应具有代表性，问卷调查的内容和涉及的问题应能够反映学生CDIO能力。在进行响应分析时，评估组对问卷调查结果进行统计分析，并据此确定与CDIO-CMM模型关键过程域相关的下一阶段调查区域与工作重点。现场访问需要深入到学生基于项目的CDIO学习过程中，根据响应分析结果，了解与CDIO-CMM模型相关的关键实践实施效果，考察关键过程域的实施是否满足模型规定，记录CDIO-CMM的关键实践与所考察的实践之间的差异。CDIO能力评估与CDIO过程构成一个反馈环路。CDIO

能力评估通过对CDIO过程整个过程的调查和分析，指导培养方案、基于项目的学习过程和CDIO过程管理改进的方向，从而改善学生培养环节，提高学生的CDIO能力。

    二、基于CDIO-CMM的CDIO能力改进

    在SEI推出CMM模型时，提出了关于软件过程改进的IDEAL模型，将过程改进的开展分为5个阶段：启动(1nitiating)、诊断(Diagnosing)、确定(Establishing)、行动(Acting)和总结(Learning)。这5个阶段需多次重复进行，逐步改善组织的过程能力。依据IDEAL模型，结合高等学校教学实际情况，CDIO能力成熟度模型CDIO-CMM在工科大学生CDIO能力改进中主要分为四个环节：准备环节：依据CDIO过程实施的情况和CDIO-CMM模型，确定评估范围，建立评估组织，制定评估计划，确立评估内容，并形成CDIO能力成熟度评估规程。评估环节!依据评估规程，对照CDIO-CMM，进行CDIO能力成熟度评估，发现学生

CDIO能力缺陷。总结环节：针对能力缺陷，通过与学生、教师和教学管理部门广泛交流与沟通，提出CDIO过程改进建议。反馈与调整环节：依据改进建议，综合社会对人才培养的需求，优化培养方案，改进CDIO过程管理，并改进基于项目的学习过程，从而形成改进的CDIO过程，以求进一步减少学生CDIO能力缺陷。在CDIO能力改进模型中，CDIO过程的改进是关注的重点，主要包括两个方面：

    1．培养方案优化

    培养方案的优化应该与产业刘·学生的知识、技能和素质的要求关联，包括学生专业知识体系、个体素质、团队协作能力以及产品和系统构建能力，并以此完善培养目标和培养规格。由此，培养方案的优化工作需要教育界、产业界和评估组织共同合作，确认工科毕业生应该具备的知识、技能和素质，提出培养方案改进的内容和措施。

    课程设置是优化培养方案的关键之一。一方面，CDl0要求课程的设置必须突出关联性，避免不必要的重复，使学生能够掌握各课程知识间的联系，并用于解决综合问题，同时应该按照CDIO工程项目的实施来进行课程关联；另一方面，课程设置应该注重学生工程能力的形成培养，既要重视产业实践和工程训练，又要避免课程设置过细过窄。

    如何在有限的学制中使工科大学生具备产业界所需的知识、技能和素质，是目前工程教育改革探索的重点。依据CDIO-CMM各能力成熟度等级的特征，在大学四年的课程设置中，前两学年需要强调专业素养教育，通过“做中学”，培养学生具备从事专业工程教育的学科基础知识、高度的社会责任感、良好的职业道德和人文精神。第三学年通过工程项目进行专业知识的学习，结合各种工程项目反复进行“做中学”，形成自主学习、团队协作和产品及系统构建的基本工程能力，使学生具备能够进入实际工程实践所需的专业知识和基本能力。在第四学年的课程设置中，专业技能的培养是关键，应该创造机会对学生进行实际工程实践训练，使学生具备良好的专业工程实践经验，并具备发现和解决实际工程问题的能力，能自发地根据项目需要学习其他知识，更新自己的专业知识，拓展自身的专业技能。

    2．基于项目的学习过程改进

    基于项目的学习过程，强调产学结合与“做中学”，学生是学习过程的主导者。良好的学习环境是基于项目的学习过程成功的关键，包括师资力量、教育基础设施和校园文化氛围等。在基于项目的学习过程改进中，学习环境的改进是关注的重点。在基于项目的学习过程中，教师的作用不仅是帮助学生掌握专业知识，而且更应引导学生提升专业素养和专业技能。依据CDIO标准，教师应与产业界在科研和教学项目中密切合作，主动积累自身的工程实践经验，使教师的CDIO能力成为学生学习、模仿的典范。为此，不仅要对教师进行工程训练，而且应该广泛邀请产业界经验丰富，理论水平较高的工程师到学校兼职任教。

    基于项目的学习过程对教育基础设施提出了更高的要求，一方面要突破教育基础设施条块分割、资源不能共享的局面，另一方面要与产业界接轨，能够模拟产业界的工程实际要求。基于项目的学习过程要求学生从构思阶段的概念设计开始，经历产品的设计、实施和运行等阶段，使学生形成CDIO能力。显然，教育基础设施必须以工程项目的实施为前提，而不是以知识体系为核心的知识内容验证。同时，项目越真实，对教育基础设施的要求越广，对学

生各方面能力的训练就会越多，包括市场、管理、合作等。

    校园文化氛围是基于项目的学习过程实施的重要外部环境。学校既是一个训练场，也是一个竞技场，通过训练培养人才，通过竞技发现人才。项目是学生训练和竞技的手段，通过项目可以培养和评估学生的CDIO能力。

    三、CDIO能力成熟度评估及改进实践

    CDIO能力评估的实施可依据CDIO-CMM模型，分年级分别进行，中南大学软件学院软件工程专业进行了学生CDIO能力成熟度评估及改进实践，把基于CDIO理念的工程教育改革向前推进一步。

    通过调查分析和对软件工程专业知识体系的深入研究，结合国内外企业对软件工程人才培养的需求，依据CDIO工程教育理念，中南大学将软件工程专业关键教学课程构成的14个课程系列(即关键过程域)分为四大类：公共课程类、大类课程类、专业课程类和实践课程类。其中公共课程类包括：思政教育系列、外语系列、人文素质系列和创新创业系列；大类课程类包括：数学系列、计算理论系列、计算系统系列和软件开发工具系列；专业课程类包括：软件工程技术系列和软件工程管理系列；实践课程类包括：专业认识系列、专业设计系列、工程实训系列和科研论文系列。在CDIO-CMM中，基础级包括八个关键过程域，分别是：思政教育系列、外语系列、人文素质系列、创新创业系列、数学系列、计算理论系列、计算系统系列、软件开发工具系列和专业认识系列。专业级在基础级的基础上再包括三个关键过程域，即：软件工程技术系列、软件工程管理系列和专业设计系列。应用研究级在专业级的基础上进一步包括创新创业系列、工程实训系列和科研论文系列。评估主要针对这14个关键过程域进行。

    依据CDIO-CMM能力成熟度评估体系，软件学院于2006年6月上旬，针对二年级、三年级和毕业班学生进行了CDIO能力评估，其目的是了解学生CDIO能力现状，通过发现能力缺陷而改进学生的CDIO能力。评估采用学生问卷调查、学生能力测试、听课、访谈和走访的方式。为了搞好CDIO能力成熟度评估，学院成立了以教学质量监督专家组为主要成员的评估小组，并进行了CMM模型和CDIO教育理念的培训。评估是在坦率和协作的气氛中进行，能够真实反映教学过程的现状。评估组通过为期4天的紧张工作，依据三个年级的评估结果，绘出各关键过程域得分的剖面图。通过分析剖面图发现，所有年级均未达到相应的CDIO能力成熟度级别。其中，“人文素质”和“专业认识”两个关键过程域的得分均比较低，是所有年级的弱项；而“外语”、“数学”和“计算理论”三个关键过程域的得分均比较高，是所有年级的强项。此外，毕业班的“工程实训”和“创新创业”两个关键过程域的得分较差。为此，需要对软件工程专业学生加强“人文素质”和“专业认识”等方面的教育，对四年级学生应该加强"ZL程实训”和“创新创业”方面的学习。

    针对软件工程专业学生能力存在的缺陷，按照CDIO-CMM能力成熟度改进模型，学院专门组织专家、教师和学生进行讨论，提出了以下针对CDIO过程的改进措施：一是调整培养方案，优化课程设置。在培养方案中，增设专业导论课程，设置8学分的课外研学环节，同时对人文素质系列课程进行调整，加大人文素质课的选修课程门数。此外，将工程实训环节从三周延长到五周，并将最后一学年全部设置为企业实践环节，包括企业先进技术讲座和创业教育。二是鼓励学生进行课外实践，主办更多的创新创业讲座。三是对专职教师实施工程方面的轮训制度，定期指派教师参加工程实践，同时鼓励教师进行课堂教学改革，学习CDIO工程教育理念，并在课程教学中融人CDIO的要求。四是依据CDIO工程教育理念和CDl0-CMM模型要求，完善组织管理，理顺管理制度。

    经过两年左右的调整和实施，2008年6月中旬，对软件工程专业二年级、三年级和毕业班的学生再次进行CDIO能力成熟度评估。从评估的结果来看，二年级学生已达到基础级的要求，三年级基本达到专业级的要求，但“专业设计”过程域的实施不太理想，而毕业班在“创新创业”方面还有待加强。为此，还需要进一步依据评估结果改进CDIO过程。总的来看，通过CDIO评估，能够发现学生CDIO能力的缺陷，从而有助于CDIO过程的改进，提高学生的CDIO能力，而且CDIO能力评估与改进需要持续不断地进行，以便为产业界提供所需的工程技术人才。

    [作者单位：中南大学，陈启元系副校长、国家第二届高等学校教学名师奖获得者]    (责任编辑：吴绍芬)

    参考文献：

    111卡耐基梅隆欠学软件工程研究所．刘孟仁译．能力成熟度模型(CMM)：软件过程改进指南[M]．北京：电子工业出版社，2001．

    [2]孙悦，李海刚，石金涛．能力成熟度模型在组织知识管理中的应用研究．研究与发展管理[J]，2008，20(2)：64—70．