LPA教學模式在控制工程基礎教學中的應用研究

王榮林 倪文彬 高強

[摘 要]LPA教學模式在控制工程基礎教學中應用廣泛。為了進一步深化教育教學改革，提升教育教學質量，培養合格的應用技術型人才，以控制工程基礎教學改革與課程建設研究為抓手，闡述該課程教學中存在的一系列問題，分析LBL（lecture-based learning，LBL）與PBL（problem-based learning，PBL）兩種教學模式的優勢與不足，提出一種LPA教學模式，即LBL與PBL優化組合的自適應控制（Adaptive control）教學模式，并將之應用于不同專業學生的教學實踐。教學實施效果表明，該教學模式不僅提高了課程教學質量，還提高了學生分析和解決工程實際的能力，為培養出高質量的應用技術型人才打下堅實的基礎。

[關鍵詞]LPA 教學模式 控制工程基礎 技術應用型

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）11-0154-02

隨著科學技術的發展，機械技術與電子技術、信息技術愈來愈緊密地交融匯合為一體，根據國家現代裝備制造業轉型升級對機電一體化應用技術型人才的需求，培養新型機電一體化人才是機械類專業的當務之急;而機電一體化產品或系統的顯著特點是控制自動化，“控制工程基礎”是研究控制論在機械工程中應用的科學，探討在工程實踐中抽象出的控制系統的共性問題，對工程實踐具有重要的指導意義[1] [2];該課程是機械類專業的綜合性專業基礎課，為后續專業課程的學習打下堅實的基礎，在整個知識結構框架中起承前啟后的重要作用，其教學目標不僅是培養工科本科生掌握基礎控制理論知識，而且要求培養學生具有工程實踐能力與創新能力。[3]為了進一步深化教育教學改革，提升教育教學質量，我校將《“控制工程基礎”教學改革與課程建設研究》等課題立項為校級教育教學改革課題。

一、傳統教學模式存在的問題

控制工程基礎課程具有學科交叉性強、理論嚴謹、系統性強、抽象性高和可實踐性強的特點。文獻[2] 分析本門課程傳統教學模式存在諸如課程內容的難繁舊、教學方法單一、問題抽象難懂、理論推導繁瑣以及理論實踐脫節等一系列問題;文獻[4]分析了本門課程教學過程中面臨諸如內容多、學時少，與教學大綱不符，生源整體素質下降，學生層次不同，教學團隊結構不合理等主要問題。我校本門課程教學也存在以上的問題，具有一定的共性。基于以上分析，傳統的教學方法難以調動學生課程學習的積極性，制約了教師授課的激情，繼而出現學生難學、教師難教的問題，嚴重影響了課程的教學質量。[5]

二、構建LPA教學模式

（一）LBL教學模式

LBL（lecture-based learning，LBL）基于課堂的學習教學模式，以教師為主體，以講課為中心，采用大班全程灌輸式教學，是一直沿用至今的傳統講授教學模式。[6]經過持續的擴招，中國的高等教育業已進入大眾化階段，依據現階段的國情，LBL傳統教育模式依然具有一定的優勢，大班教育有效地節省了教學資源，充分發揮教師的主導性，利于傳授知識的準確性、系統性和連貫性;但是LBL傳統教育模式存在較為嚴重的缺陷，滿堂灌、填鴨子式的教育難以充分調動學生學習的積極性和主動性，不利于學生獨立思考能力和工程實踐能力的培養。[7]

（二）PBL教學模式

PBL（problem-based learning，PBL）基于問題的學習教學模式，以學生為主體，以問題為中心，在老師的指導下，注重學生的小組合作學習和自主學習。[8]PBL教學模式被認為是適應高等教育發展的教學新模式，學生通過查閱資料、研究和討論來解決問題，充分調動學生學習的積極性和主動性，有效地鍛煉了自學能力和解決問題的能力，進而全方面提高了學生的綜合素質，利于創新型人才的培養;但是PBL教學模式對學生主體的要求較高，相對于LBL傳統教育模式，其加大了學生學習的負擔，對于本二以下普通學生，如果單一采用PBL教學模式，在學生學業負擔較重的情況下，會占用學生大量的業余時間和其他課程學習的時間，易產生抵觸心理，難以達到預期的教學效果[7];此外，師資的匱乏、教學評價體系不完善和相應的教研水平跟不上也制約了PBL教學模式的推廣。

（三）構建LPA教學模式

為了培養出高質量的應用技術型人才，提高教育教學的質量，充分利用LBL教學模式和PBL教學模式的優勢互補，采用自適應控制AC（Adaptive control，AC）參數調節器將LBL與PBL優化組合，構建最優的LPA教學模式，其結構如下圖1所示。針對不同專業和不同層次的學生，以LBL教學模式為基礎，以PBL教學模式為提高，根據課程教學反饋，通過調整α、β兩個參數，自適應實時調整LBL與PBL教學模式的比例，達到教學效果的最大化;其中α+β=100%，針對不同專業、不同班級學生的具體情況具體分析，實時調節α、β。若所授課班級學生課堂反應接受水平一般，適當加大α的比例;若所授課班級學生課堂反應接受水平較高，適當加大β的比例。LBL教學模式主要應用于課程基本概念、基本原理和基本分析方法的基礎知識教學，主要以板書講授為主，利于層次水平一般的學生記筆記，提高整個班級課堂學習效果，為PBL教學模式提供一定的條件;PBL教學模式以解決問題為中心，主要應用于以點帶面逐步推進，促進學生構建良好的課程知識體系，培養學生應用課程理論解決工程實踐的能力;教師可以采取多種手段（圖片、動畫、仿真實驗、實驗裝置、多媒體課件、網絡課程等）為學生創設情境，提出問題加大教學信息量，彌補LBL教學模式信息量不足[9];從而在提高本課程教學效果的基礎上，觸類旁通進一步利于其他課程的學習，從而全面提高學生的綜合素質，確保技術應用型人才的培養質量。

圖1 ? LPA教學模式

三、LPA教學模式實踐

按照應用技術型人才應具備的規格要求，對照專業教學對課程內容的要求，采用LPA教學模式，修訂課程教學大綱。以控制系統穩定性分析為例，首先采用LBL教學模式，嚴格按照教學大綱規定的重難點講授控制系統穩定性充要條件，代數穩定性判據，幾何穩定性判據（Nyquist穩定判據、Bode穩定判據），代數穩定性判據裕量，幾何穩定性穩定裕量等知識點;然后教師采用PBL教學模式針對汽油發動機速度控制系統、溫度控制系統、工作臺位置自動控制系統等具體系統提出穩定性分析的問題，并將班級學生分組，按小組進行問題分配;小組成員在組長負責下設計工作任務書，并合理分工、各負其責，小組成員按照時間節點完成各自的任務，查閱資料，主動研究，交流協作，采用多種方法解決同一問題并進行對比分析，實現以團隊合作的形式最優解決分配的問題。[10]學生通過查閱文獻了解這一問題的相關技術背景，應用課堂所學習的理論來解決工程實踐問題，并通過MATLAB仿真、“THKKL-6”型控制理論及計算機控制技術實驗設備等進行實踐應用，最后在課堂上進行小組匯報，從而幫助學生鞏固所學知識，激發學生的學習積極性，提高課程的教學效果。[11]

四、結束語

經過在機械工程、機械電子工程、工業工程等專業近4年的教學實踐表明，LPA教學模式較好地解決了控制工程基礎課程單一教學模式所存在的難教難學、學生積極主動性不強、教學效果不佳等問題，能夠較好地幫助任課老師根據不同專業、不同班級學生具體層次水平和課堂教學現狀，動態合理自適應調整教學模式，幫助每一名學生都得到成長提高，課程考核成績明顯提升，受到任課老師的歡迎，教學相長從而達到課程教學效果的最大化。此外，該教學模式較好地促進了學生運用所學理論分析和解決工程實際的能力，還培養了學生自學能力和團隊意識，為培養出高質量的應用技術型人才打下堅實的基礎。當前本課題存在如何建立科學合理的課程教學質量評價體系的問題，這也是本課題下一步要開展的工作。

[ 注 釋 ]

[1] 李澤，楊歆豪.“控制工程基礎”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2014（2）：109-110.

[2] 韓錕.卓越計劃“控制工程基礎”教學改革研究[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2013（3）：69-70.

[3] 張段芹，王輝.面向“卓越計劃”的“控制工程基礎”教學改革探索[J].中國電力教育，2013（20）：72-73.

[4] 林海鵬，王金波，董金波，李大勇.《控制工程基礎》課程的教學改革與實踐探索[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2011（8）：182-183.

[5] 董海棠，馮中毅.“控制工程基礎”課程教學改革探索與實踐[J].中國電力教育，2009（9）：81-82.

[6] 俞媛，鐘延強，魯瑩，張翮，陳琰，孫治國.PBL結合LBL教學模式在藥劑學教學中的探索[J].中國科教創新導刊，2012（31）：89-90.

[7] 于述偉，王玉孝.LBL、PBL、TBL教學法在醫學教學中的綜合應用[J].中國高等醫學教育，2011（5）：100-102.

[8] 遲寶全，黃鎮海.PBL教學模式在無損檢測課程教學中的初探[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2013（6）：47-48.

[9] 梁會琴，馮建武，郭保忠.基于PBL教學模式的“基礎物理實驗網絡課程”[J].實驗室研究與探索，2013（6）：334-337.

[10] ?耿凡，陳寧，王迎超.工程熱力學課程引入PBL教學模式的探討[J].中國電力教育，2014（12）：90-91.

[11] ?楊秀萍，郭悅虹，王收軍.Matlab仿真在《控制工程基礎》教學中的應用[J].制造業自動化，2011（7）：58-60.

[責任編輯：鐘 嵐]