CDIO與CMMI融合的計算機工程教育培養方案研究*

陳寧江 謝琪琦 陳燕

摘要：基于CDIO工程教育理念，參照集成化的能力成熟模型CMMI，在推動“卓越計劃”的基礎上，引入工程教育綜合管理平臺，并通過構建教育培養中教師教學過程的定量管理和學生教學反饋的定量評價規范體系，實現工程教育培養能力和質量的不斷提升。

關鍵詞：CDIO；CMMI；工程教育；定量管理

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0186-02

2010年6月，教育部啟動了“卓越工程師教育培養計劃”，該計劃為我國由教育大國通向教育強國的道路樹立了新的里程碑[1]。實施“卓越計劃”的高等院校需要以提高人才培養質量為核心，嚴格執行教學過程計劃并結合CDIO工程理念，加深和社會軟件企業的交流與合作，加大高質量“卓越人才”的培養力度。雖說CDIO學習工程模式已成為國內外通用的一個教學改革方案，但是它依然存在著一些不足之處，這體現在：CDIO并沒有包含一個較為系統的能力評估系統和質量改進體系，缺乏這兩者均會對學生的研發與創新能力培養產生不良影響。為此，在CDIO學習工程模式的基礎上，考慮引入集成化能力成熟度模型（CMMI：capability maturity model integration），并學習軟件企業工作經驗成果，在教學進程中學習參照企業過程經營管理方案，通過構建完善的定量管理和定量評價規范體系，促進我校的教師教學能力和學生教學質量齊頭并進。

一、CDIO與“卓越計劃”

CDIO包括四重含義，它們分別是：C代表構思（Conceive），D代表設計（Design），I代表實現（Implement），O代表運作（Operate）。CDIO歷經從一開始的產品研發到最終產品運行全過程，每一過程稱為一個生命周期，而工程教育的培養就是以其為載體，培養學生在課程與實踐兩者之間找到緊密的過渡和有機的結合[2]。CDIO大綱指出，需要從四個方面培養學生的能力，即基礎知識、系統能力、團隊協作以及個人能力方面，使學生全面符合社會要求，實現從校園到社會的良好過渡。“卓越計劃”具有三個特點[3]：一是要立足個人，即就每一個學生的工程能力進行有效培養；二是要立足高校，即要求高校根據通用標準培養人才；三是要立足企業，即邀請企業參與到學生培養過程當中。“卓越計劃”是我國工程教育領域改革的重要內容之一，無論是在教育模式和教育管理方面，抑或是在師資隊伍培養和校企交流合作方面，都應給予足夠的重視。因此，CDIO學習工程會是實現“卓越計劃”的有效手段之一，而“卓越計劃”也為CDIO提供了良好的實驗平臺。

二、CDIO工程能力集成化成熟度模型CDIO-CMMI

1.CMMI概念。1994年，集成化能力成熟度模型CMMI被美國卡內基-梅隆大學組織研發并提出，本質是軟件工程管理。CMMI可分為五個等級，從低級到高級分別是混亂無序的初始級、重復以往工程經驗的可管理級、使用標準軟件過程的已定義級、定量控制產品質量的量化管理級和加入量化反饋和新技術的優化管理級[4]。CMMI模型遵循漸進過程，高一等級過程以低一等級過程為基礎，有序遞進實現既定軟件目標。

2.CDIO-CMMI結構。在CDIO學習工程模式的基礎上，引入集成化能力成熟度模型CMMI，可得CDIO-CMMI結構，如圖1所示。

類似的，CDIO-CMMI結構模型也可分成5個成熟度級別，從低級到高級分別是：①初始級。混亂無序的初始級，它代表著教師的教學水平低下，教學過程是無序甚至是混亂的，學生不能接收到有用的課程知識，學生精神狀態低迷，整體教學效果差。②可重復級。重復以往工程經驗的可重復級，它代表著教師重復他人教學經驗，教學過程有一定的制度化過程，卻并不按照實際學生情況進行授課，因此教學質量有一定的保證，卻因不符合實際教學情況存在著相對的不穩定性。從初始級到可重復級是一個有規律的過程。③標準級。使用標準軟件過程的標準級，它代表著教師教學工作和管理工作均達到規范化、程序化的標準。建立健全的教學管理文件體系，教學計劃合理，教學分工明確，能夠嚴格按照教學任務授課；教學管理人員結構清晰，并能有序地參與到學校的管理工作當中。從可重復級到標準級是一個標準一致的過程。④定量管理級。定量控制教學質量的量化管理級，它代表著教師對卓越計劃的人才培養深度應該達到既定的教學質量量化目標。具備對學生的量化考察程序，對學生的知識積累和科研成果有一個系統化、標準化的定量記錄，并通過建立量化管理數據庫，實現教學管理的可控化。在此基礎上，交付用人單位一份詳細的學校對學生的客觀評價依據。從標準級到定量管理級是一個可預測的過程。⑤優化管理級。加入量化反饋和新技術的優化管理級，揚長補短，建立領先國內外水平的教學管理機制。從定量管理級到優化管理級是一個持續改進的過程。因此，將CDIO-CMMI結構模型應用到高校教學管理方式中是可行的，其對高校教學質量的持續改進具有一定的現實意義。

三、在教學實踐中引入CDIO-CMMI思想

在教學過程管理中引入CDIO-CMMI思想，是推進教學改革、提高教學質量的有效途徑。按照工程教學過程CMMI級別劃分標準，實施“卓越計劃”的教學能力應從位于CMMI的第3級（標準級）著手。為了實現教學能力成熟度提升，不斷提高教學質量。

1.構建工程教學過程綜合管理平臺。根據CDIO-CMMI架構第四級量化管理級的要求，需定量控制教學質量，高校教師對卓越計劃的人才培養深度應該達到既定的教學質量量化目標。對教學實施數據和教學管理數據的統計、整理和分析，能夠幫助授課教師與相關管理人員及時發現并處理教育培養過程中出現的問題，全面提高學校的綜合教學質量和能力。

由于教學管理數據具有多樣性和龐大性的特點，傳統的人工統計方式已然落后，為了更好的適應教學過程中的第四級定量管理需求目標，可以建設符合實際教學現狀的工程教育綜合管理平臺，構建定量管理和定量評價規范體系，通過海量數據庫實現對教學數據的有效管理，如圖2所示。

2.定量管理和定量評價規范體系。在完善的教學實踐環節綜合管理平臺的基礎上，為了實現工程教育培養能力和教學質量的不斷提升，達到CDIO-CMMI架構第四級量化管理級的要求，可進一步構建教育過程中的定量管理和定量評價規范體系。該體系分為兩個方面：一是規范教師教學過程的定量管理過程，二是規范學生教學反饋的定量評價過程。

（1）教師教學過程的定量管理。工程教育綜合管理平臺對教師的教學過程進行全面控制和量化管理，可分為課前準備、課上授課、課后總結三個階段。第一個階段，教師需規范按照教學計劃和教學進度安排，認真備課，規劃授課流程和授課目標，并在課程基礎上準備相關的延伸案例，撰寫教案，將備課內容制作成多媒體課件，最后將全部備課信息在課程開始前的規定時限內上傳至管理平臺。第二個階段，教師需認真按照制定的教學流程和教學目的進行授課安排，創新性地組織和安排課堂活動，擺脫單一、陳舊的“填鴨式”教學模式，把控課堂氣氛，最大化地調動學生的積極性。第三個階段，教師應制作教學計劃跟蹤表，對課堂教學中遇到的問題進行總結，包括問題描述和應對措施，并登陸管理平臺查看學生的教學反饋，在線認真回答學生反饋的問題。

（2）學生教學反饋的定量評價。學生教學反饋的定量評價有兩個方面：一是教師對學生的學習成果綜合評價，二是學生對教師的教學效果反饋。前者在于教師具備對學生的量化考察程序，即對學生的知識積累和科研成果有一個系統化、標準化的定量記錄，并通過構建量化管理數據庫，將數據信息提交到工程教育綜合管理平臺上，達到教師教學管理的可控化。

四、結論

工程教育理念下的“卓越工程師”培養需要有一個持續改進的機制，傳統的教學制度并不能達到其先進性要求。因此，將CDIO-CMMI架構管理思路引入到工程教育培養方案中，在綜合教學能力標準級（第三級）的基礎上，建立完善的工程教育綜合管理平臺，并通過一系列的規范化定量控制程序，致力將教學能力等級提高到定量管理級（第四級），實現工程教育培養能力和質量的持續改進。

參考文獻：

[1]張安富，劉興鳳.實施卓越工程師教育培養計劃的思考[J].高等工程教育研究，2010，（4）：56-59.

[2]林健.卓越工程師創新能力的培養[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.

[3]李繼懷，王力軍.工程教育的理性回歸與卓越工程師培養[J].黑龍江高教研究，2011，（3）：140-142.

[4]張淑麗，劉勝輝，姚登舉.基于CMMI的本科教學過程持續改進機制的研究[J].科技與管理，2013，（2）：126-130.