LPA教学模式在控制工程基础教学中的应用研究

王荣林 倪文彬 高强

[摘 要]LPA教学模式在控制工程基础教学中应用广泛。为了进一步深化教育教学改革，提升教育教学质量，培养合格的应用技术型人才，以控制工程基础教学改革与课程建设研究为抓手，阐述该课程教学中存在的一系列问题，分析LBL（lecture-based learning，LBL）与PBL（problem-based learning，PBL）两种教学模式的优势与不足，提出一种LPA教学模式，即LBL与PBL优化组合的自适应控制（Adaptive control）教学模式，并将之应用于不同专业学生的教学实践。教学实施效果表明，该教学模式不仅提高了课程教学质量，还提高了学生分析和解决工程实际的能力，为培养出高质量的应用技术型人才打下坚实的基础。

[关键词]LPA 教学模式 控制工程基础 技术应用型

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）11-0154-02

随着科学技术的发展，机械技术与电子技术、信息技术愈来愈紧密地交融汇合为一体，根据国家现代装备制造业转型升级对机电一体化应用技术型人才的需求，培养新型机电一体化人才是机械类专业的当务之急;而机电一体化产品或系统的显著特点是控制自动化，“控制工程基础”是研究控制论在机械工程中应用的科学，探讨在工程实践中抽象出的控制系统的共性问题，对工程实践具有重要的指导意义[1] [2];该课程是机械类专业的综合性专业基础课，为后续专业课程的学习打下坚实的基础，在整个知识结构框架中起承前启后的重要作用，其教学目标不仅是培养工科本科生掌握基础控制理论知识，而且要求培养学生具有工程实践能力与创新能力。[3]为了进一步深化教育教学改革，提升教育教学质量，我校将《“控制工程基础”教学改革与课程建设研究》等课题立项为校级教育教学改革课题。

一、传统教学模式存在的问题

控制工程基础课程具有学科交叉性强、理论严谨、系统性强、抽象性高和可实践性强的特点。文献[2] 分析本门课程传统教学模式存在诸如课程内容的难繁旧、教学方法单一、问题抽象难懂、理论推导繁琐以及理论实践脱节等一系列问题;文献[4]分析了本门课程教学过程中面临诸如内容多、学时少，与教学大纲不符，生源整体素质下降，学生层次不同，教学团队结构不合理等主要问题。我校本门课程教学也存在以上的问题，具有一定的共性。基于以上分析，传统的教学方法难以调动学生课程学习的积极性，制约了教师授课的激情，继而出现学生难学、教师难教的问题，严重影响了课程的教学质量。[5]

二、构建LPA教学模式

（一）LBL教学模式

LBL（lecture-based learning，LBL）基于课堂的学习教学模式，以教师为主体，以讲课为中心，采用大班全程灌输式教学，是一直沿用至今的传统讲授教学模式。[6]经过持续的扩招，中国的高等教育业已进入大众化阶段，依据现阶段的国情，LBL传统教育模式依然具有一定的优势，大班教育有效地节省了教学资源，充分发挥教师的主导性，利于传授知识的准确性、系统性和连贯性;但是LBL传统教育模式存在较为严重的缺陷，满堂灌、填鸭子式的教育难以充分调动学生学习的积极性和主动性，不利于学生独立思考能力和工程实践能力的培养。[7]

（二）PBL教学模式

PBL（problem-based learning，PBL）基于问题的学习教学模式，以学生为主体，以问题为中心，在老师的指导下，注重学生的小组合作学习和自主学习。[8]PBL教学模式被认为是适应高等教育发展的教学新模式，学生通过查阅资料、研究和讨论来解决问题，充分调动学生学习的积极性和主动性，有效地锻炼了自学能力和解决问题的能力，进而全方面提高了学生的综合素质，利于创新型人才的培养;但是PBL教学模式对学生主体的要求较高，相对于LBL传统教育模式，其加大了学生学习的负担，对于本二以下普通学生，如果单一采用PBL教学模式，在学生学业负担较重的情况下，会占用学生大量的业余时间和其他课程学习的时间，易产生抵触心理，难以达到预期的教学效果[7];此外，师资的匮乏、教学评价体系不完善和相应的教研水平跟不上也制约了PBL教学模式的推广。

（三）构建LPA教学模式

为了培养出高质量的应用技术型人才，提高教育教学的质量，充分利用LBL教学模式和PBL教学模式的优势互补，采用自适应控制AC（Adaptive control，AC）参数调节器将LBL与PBL优化组合，构建最优的LPA教学模式，其结构如下图1所示。针对不同专业和不同层次的学生，以LBL教学模式为基础，以PBL教学模式为提高，根据课程教学反馈，通过调整α、β两个参数，自适应实时调整LBL与PBL教学模式的比例，达到教学效果的最大化;其中α+β=100%，针对不同专业、不同班级学生的具体情况具体分析，实时调节α、β。若所授课班级学生课堂反应接受水平一般，适当加大α的比例;若所授课班级学生课堂反应接受水平较高，适当加大β的比例。LBL教学模式主要应用于课程基本概念、基本原理和基本分析方法的基础知识教学，主要以板书讲授为主，利于层次水平一般的学生记笔记，提高整个班级课堂学习效果，为PBL教学模式提供一定的条件;PBL教学模式以解决问题为中心，主要应用于以点带面逐步推进，促进学生构建良好的课程知识体系，培养学生应用课程理论解决工程实践的能力;教师可以采取多种手段（图片、动画、仿真实验、实验装置、多媒体课件、网络课程等）为学生创设情境，提出问题加大教学信息量，弥补LBL教学模式信息量不足[9];从而在提高本课程教学效果的基础上，触类旁通进一步利于其他课程的学习，从而全面提高学生的综合素质，确保技术应用型人才的培养质量。

图1   LPA教学模式

三、LPA教学模式实践

按照应用技术型人才应具备的规格要求，对照专业教学对课程内容的要求，采用LPA教学模式，修订课程教学大纲。以控制系统稳定性分析为例，首先采用LBL教学模式，严格按照教学大纲规定的重难点讲授控制系统稳定性充要条件，代数稳定性判据，几何稳定性判据（Nyquist稳定判据、Bode稳定判据），代数稳定性判据裕量，几何稳定性稳定裕量等知识点;然后教师采用PBL教学模式针对汽油发动机速度控制系统、温度控制系统、工作台位置自动控制系统等具体系统提出稳定性分析的问题，并将班级学生分组，按小组进行问题分配;小组成员在组长负责下设计工作任务书，并合理分工、各负其责，小组成员按照时间节点完成各自的任务，查阅资料，主动研究，交流协作，采用多种方法解决同一问题并进行对比分析，实现以团队合作的形式最优解决分配的问题。[10]学生通过查阅文献了解这一问题的相关技术背景，应用课堂所学习的理论来解决工程实践问题，并通过MATLAB仿真、“THKKL-6”型控制理论及计算机控制技术实验设备等进行实践应用，最后在课堂上进行小组汇报，从而帮助学生巩固所学知识，激发学生的学习积极性，提高课程的教学效果。[11]

四、结束语

经过在机械工程、机械电子工程、工业工程等专业近4年的教学实践表明，LPA教学模式较好地解决了控制工程基础课程单一教学模式所存在的难教难学、学生积极主动性不强、教学效果不佳等问题，能够较好地帮助任课老师根据不同专业、不同班级学生具体层次水平和课堂教学现状，动态合理自适应调整教学模式，帮助每一名学生都得到成长提高，课程考核成绩明显提升，受到任课老师的欢迎，教学相长从而达到课程教学效果的最大化。此外，该教学模式较好地促进了学生运用所学理论分析和解决工程实际的能力，还培养了学生自学能力和团队意识，为培养出高质量的应用技术型人才打下坚实的基础。当前本课题存在如何建立科学合理的课程教学质量评价体系的问题，这也是本课题下一步要开展的工作。

[ 注 释 ]

[1] 李泽，杨歆豪.“控制工程基础”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2014（2）：109-110.

[2] 韩锟.卓越计划“控制工程基础”教学改革研究[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2013（3）：69-70.

[3] 张段芹，王辉.面向“卓越计划”的“控制工程基础”教学改革探索[J].中国电力教育，2013（20）：72-73.

[4] 林海鹏，王金波，董金波，李大勇.《控制工程基础》课程的教学改革与实践探索[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2011（8）：182-183.

[5] 董海棠，冯中毅.“控制工程基础”课程教学改革探索与实践[J].中国电力教育，2009（9）：81-82.

[6] 俞媛，钟延强，鲁莹，张翮，陈琰，孙治国.PBL结合LBL教学模式在药剂学教学中的探索[J].中国科教创新导刊，2012（31）：89-90.

[7] 于述伟，王玉孝.LBL、PBL、TBL教学法在医学教学中的综合应用[J].中国高等医学教育，2011（5）：100-102.

[8] 迟宝全，黄镇海.PBL教学模式在无损检测课程教学中的初探[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2013（6）：47-48.

[9] 梁会琴，冯建武，郭保忠.基于PBL教学模式的“基础物理实验网络课程”[J].实验室研究与探索，2013（6）：334-337.

[10]  耿凡，陈宁，王迎超.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨[J].中国电力教育，2014（12）：90-91.

[11]  杨秀萍，郭悦虹，王收军.Matlab仿真在《控制工程基础》教学中的应用[J].制造业自动化，2011（7）：58-60.

[责任编辑：钟 岚]