LPA教學(xué)模式在控制工程基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用研究

王榮林 倪文彬 高強(qiáng)

[摘 要]LPA教學(xué)模式在控制工程基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)用廣泛。為了進(jìn)一步深化教育教學(xué)改革，提升教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)合格的應(yīng)用技術(shù)型人才，以控制工程基礎(chǔ)教學(xué)改革與課程建設(shè)研究為抓手，闡述該課程教學(xué)中存在的一系列問(wèn)題，分析LBL（lecture-based learning，LBL）與PBL（problem-based learning，PBL）兩種教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)與不足，提出一種LPA教學(xué)模式，即LBL與PBL優(yōu)化組合的自適應(yīng)控制（Adaptive control）教學(xué)模式，并將之應(yīng)用于不同專業(yè)學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐。教學(xué)實(shí)施效果表明，該教學(xué)模式不僅提高了課程教學(xué)質(zhì)量，還提高了學(xué)生分析和解決工程實(shí)際的能力，為培養(yǎng)出高質(zhì)量的應(yīng)用技術(shù)型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]LPA 教學(xué)模式 控制工程基礎(chǔ) 技術(shù)應(yīng)用型

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2015）11-0154-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)愈來(lái)愈緊密地交融匯合為一體，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)代裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)型人才的需求，培養(yǎng)新型機(jī)電一體化人才是機(jī)械類專業(yè)的當(dāng)務(wù)之急;而機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是控制自動(dòng)化，“控制工程基礎(chǔ)”是研究控制論在機(jī)械工程中應(yīng)用的科學(xué)，探討在工程實(shí)踐中抽象出的控制系統(tǒng)的共性問(wèn)題，對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義[1] [2];該課程是機(jī)械類專業(yè)的綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)框架中起承前啟后的重要作用，其教學(xué)目標(biāo)不僅是培養(yǎng)工科本科生掌握基礎(chǔ)控制理論知識(shí)，而且要求培養(yǎng)學(xué)生具有工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。[3]為了進(jìn)一步深化教育教學(xué)改革，提升教育教學(xué)質(zhì)量，我校將《“控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)改革與課程建設(shè)研究》等課題立項(xiàng)為校級(jí)教育教學(xué)改革課題。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

控制工程基礎(chǔ)課程具有學(xué)科交叉性強(qiáng)、理論嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)、抽象性高和可實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[2] 分析本門課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在諸如課程內(nèi)容的難繁舊、教學(xué)方法單一、問(wèn)題抽象難懂、理論推導(dǎo)繁瑣以及理論實(shí)踐脫節(jié)等一系列問(wèn)題;文獻(xiàn)[4]分析了本門課程教學(xué)過(guò)程中面臨諸如內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少，與教學(xué)大綱不符，生源整體素質(zhì)下降，學(xué)生層次不同，教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)不合理等主要問(wèn)題。我校本門課程教學(xué)也存在以上的問(wèn)題，具有一定的共性。基于以上分析，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以調(diào)動(dòng)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的積極性，制約了教師授課的激情，繼而出現(xiàn)學(xué)生難學(xué)、教師難教的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了課程的教學(xué)質(zhì)量。[5]

二、構(gòu)建LPA教學(xué)模式

（一）LBL教學(xué)模式

LBL（lecture-based learning，LBL）基于課堂的學(xué)習(xí)教學(xué)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(xué)，是一直沿用至今的傳統(tǒng)講授教學(xué)模式。[6]經(jīng)過(guò)持續(xù)的擴(kuò)招，中國(guó)的高等教育業(yè)已進(jìn)入大眾化階段，依據(jù)現(xiàn)階段的國(guó)情，LBL傳統(tǒng)教育模式依然具有一定的優(yōu)勢(shì)，大班教育有效地節(jié)省了教學(xué)資源，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性，利于傳授知識(shí)的準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性和連貫性;但是LBL傳統(tǒng)教育模式存在較為嚴(yán)重的缺陷，滿堂灌、填鴨子式的教育難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，不利于學(xué)生獨(dú)立思考能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。[7]

（二）PBL教學(xué)模式

PBL（problem-based learning，PBL）基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，以問(wèn)題為中心，在老師的指導(dǎo)下，注重學(xué)生的小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。[8]PBL教學(xué)模式被認(rèn)為是適應(yīng)高等教育發(fā)展的教學(xué)新模式，學(xué)生通過(guò)查閱資料、研究和討論來(lái)解決問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有效地鍛煉了自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而全方面提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng);但是PBL教學(xué)模式對(duì)學(xué)生主體的要求較高，相對(duì)于LBL傳統(tǒng)教育模式，其加大了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，對(duì)于本二以下普通學(xué)生，如果單一采用PBL教學(xué)模式，在學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)較重的情況下，會(huì)占用學(xué)生大量的業(yè)余時(shí)間和其他課程學(xué)習(xí)的時(shí)間，易產(chǎn)生抵觸心理，難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果[7];此外，師資的匱乏、教學(xué)評(píng)價(jià)體系不完善和相應(yīng)的教研水平跟不上也制約了PBL教學(xué)模式的推廣。

（三）構(gòu)建LPA教學(xué)模式

為了培養(yǎng)出高質(zhì)量的應(yīng)用技術(shù)型人才，提高教育教學(xué)的質(zhì)量，充分利用LBL教學(xué)模式和PBL教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，采用自適應(yīng)控制AC（Adaptive control，AC）參數(shù)調(diào)節(jié)器將LBL與PBL優(yōu)化組合，構(gòu)建最優(yōu)的LPA教學(xué)模式，其結(jié)構(gòu)如下圖1所示。針對(duì)不同專業(yè)和不同層次的學(xué)生，以LBL教學(xué)模式為基礎(chǔ)，以PBL教學(xué)模式為提高，根據(jù)課程教學(xué)反饋，通過(guò)調(diào)整α、β兩個(gè)參數(shù)，自適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整LBL與PBL教學(xué)模式的比例，達(dá)到教學(xué)效果的最大化;其中α+β=100%，針對(duì)不同專業(yè)、不同班級(jí)學(xué)生的具體情況具體分析，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)α、β。若所授課班級(jí)學(xué)生課堂反應(yīng)接受水平一般，適當(dāng)加大α的比例;若所授課班級(jí)學(xué)生課堂反應(yīng)接受水平較高，適當(dāng)加大β的比例。LBL教學(xué)模式主要應(yīng)用于課程基本概念、基本原理和基本分析方法的基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，主要以板書講授為主，利于層次水平一般的學(xué)生記筆記，提高整個(gè)班級(jí)課堂學(xué)習(xí)效果，為PBL教學(xué)模式提供一定的條件;PBL教學(xué)模式以解決問(wèn)題為中心，主要應(yīng)用于以點(diǎn)帶面逐步推進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建良好的課程知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用課程理論解決工程實(shí)踐的能力;教師可以采取多種手段（圖片、動(dòng)畫、仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)裝置、多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)課程等）為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題加大教學(xué)信息量，彌補(bǔ)LBL教學(xué)模式信息量不足[9];從而在提高本課程教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，觸類旁通進(jìn)一步利于其他課程的學(xué)習(xí)，從而全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，確保技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

圖1 ? LPA教學(xué)模式

三、LPA教學(xué)模式實(shí)踐

按照應(yīng)用技術(shù)型人才應(yīng)具備的規(guī)格要求，對(duì)照專業(yè)教學(xué)對(duì)課程內(nèi)容的要求，采用LPA教學(xué)模式，修訂課程教學(xué)大綱。以控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析為例，首先采用LBL教學(xué)模式，嚴(yán)格按照教學(xué)大綱規(guī)定的重難點(diǎn)講授控制系統(tǒng)穩(wěn)定性充要條件，代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，幾何穩(wěn)定性判據(jù)（Nyquist穩(wěn)定判據(jù)、Bode穩(wěn)定判據(jù)），代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)裕量，幾何穩(wěn)定性穩(wěn)定裕量等知識(shí)點(diǎn);然后教師采用PBL教學(xué)模式針對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)等具體系統(tǒng)提出穩(wěn)定性分析的問(wèn)題，并將班級(jí)學(xué)生分組，按小組進(jìn)行問(wèn)題分配;小組成員在組長(zhǎng)負(fù)責(zé)下設(shè)計(jì)工作任務(wù)書，并合理分工、各負(fù)其責(zé)，小組成員按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成各自的任務(wù)，查閱資料，主動(dòng)研究，交流協(xié)作，采用多種方法解決同一問(wèn)題并進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)以團(tuán)隊(duì)合作的形式最優(yōu)解決分配的問(wèn)題。[10]學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)了解這一問(wèn)題的相關(guān)技術(shù)背景，應(yīng)用課堂所學(xué)習(xí)的理論來(lái)解決工程實(shí)踐問(wèn)題，并通過(guò)MATLAB仿真、“THKKL-6”型控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，最后在課堂上進(jìn)行小組匯報(bào)，從而幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高課程的教學(xué)效果。[11]

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)在機(jī)械工程、機(jī)械電子工程、工業(yè)工程等專業(yè)近4年的教學(xué)實(shí)踐表明，LPA教學(xué)模式較好地解決了控制工程基礎(chǔ)課程單一教學(xué)模式所存在的難教難學(xué)、學(xué)生積極主動(dòng)性不強(qiáng)、教學(xué)效果不佳等問(wèn)題，能夠較好地幫助任課老師根據(jù)不同專業(yè)、不同班級(jí)學(xué)生具體層次水平和課堂教學(xué)現(xiàn)狀，動(dòng)態(tài)合理自適應(yīng)調(diào)整教學(xué)模式，幫助每一名學(xué)生都得到成長(zhǎng)提高，課程考核成績(jī)明顯提升，受到任課老師的歡迎，教學(xué)相長(zhǎng)從而達(dá)到課程教學(xué)效果的最大化。此外，該教學(xué)模式較好地促進(jìn)了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論分析和解決工程實(shí)際的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，為培養(yǎng)出高質(zhì)量的應(yīng)用技術(shù)型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)前本課題存在如何建立科學(xué)合理的課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的問(wèn)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(chǔ)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2014（2）：109-110.

[2] 韓錕.卓越計(jì)劃“控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)改革研究[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013（3）：69-70.

[3] 張段芹，王輝.面向“卓越計(jì)劃”的“控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)改革探索[J].中國(guó)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(chǔ)》課程的教學(xué)改革與實(shí)踐探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011（8）：182-183.

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

[6] 俞媛，鐘延強(qiáng)，魯瑩，張翮，陳琰，孫治國(guó).PBL結(jié)合LBL教學(xué)模式在藥劑學(xué)教學(xué)中的探索[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（31）：89-90.

[7] 于述偉，王玉孝.LBL、PBL、TBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的綜合應(yīng)用[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2011（5）：100-102.

[8] 遲寶全，黃鎮(zhèn)海.PBL教學(xué)模式在無(wú)損檢測(cè)課程教學(xué)中的初探[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2013（6）：47-48.

[9] 梁會(huì)琴，馮建武，郭保忠.基于PBL教學(xué)模式的“基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程”[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（6）：334-337.

[10] ?耿凡，陳寧，王迎超.工程熱力學(xué)課程引入PBL教學(xué)模式的探討[J].中國(guó)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(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011（7）：58-60.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]