煤矿安全监测监控课程教学改革及效果分析

2015-01-25王凯蒋曙光吴征艳邵昊裴晓东

当代教育理论与实践 2015年2期

王凯，蒋曙光，吴征艳，邵昊，裴晓东

(中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116)

安全工程专业是在矿井通风与安全专业的基础上发展而来的，安全监测监控作为安全工程专业的一门专业课，随着煤矿机械自动化及监控智能化的发展，逐步凸显了课程配置的重要性。鉴于监控技术的发展，教材及课程配置都在与时俱进的修订，监控单元主体由单片机系统的基础讲解升级为PLC系统基础知识讲解，但是，课程的基础实验与课堂教学演示系统一直没有进行系统化配置与改进，造成课程开设过程中教师授课理论内容枯燥、学生学习困难的问题。通过自主研发安全监测监控基础实验装置，整合升级了现有实验室资源，合理配置实验课程，建立开放实验室，加强了学生监测监控基础能力的训练。开发安全监测监控课堂教学演示系统，摆脱理论讲解的乏味，提高学生的课堂学习效率;课程教学计划结束后，建立完善的课程设计计划，高效实现了安全监测监控系统设计的整体拓展训练目标［1］。

1 实验教学装置的开发及开放实验室建设

实验教学因其直观性、实践性、科研性及综合性等独特条件，在高等院校整个教学体系中具有十分重要的地位［2］。它比课堂理论讲授更接近学生的实际，更容易启发和培养学生的创新思维及实践能力。常规实验和科研训练是一种知识与能力、理论与实践相结合的活动，是一种全方位提高学生综合素质和科研训练水平的重要教学环节，其目的不仅在于验证理论或加深理论的理解，更重要的是培养学生的科研创新能力和分析解决实际问题的能力［3，4］。如何改变实验设备的现状，满足新时代要求，是摆在我们面前的一项紧迫任务。

结合我校安全工程学院江苏省实验教学中心的现状，建设煤矿安全监测监控基础实验系统及教学科研一体化的开放实验［5，6］很有必要。开发一套可编程控制的教学实验系统——PLC实验教学模拟控制板及各种方便学生实验操作的监测监控组件，着重培养学生的实践能力，并给学生留有科研拓展的发挥空间，具有很好的适应性和扩展性，形成一套安全监测监控基础知识学习与科研拓展训练于一体的实验平台。实验教学系统的开发应用不仅能丰富教师的教学手段，提高学生的学习兴趣，提高教学效果，而且能够为专业老师在复杂控制系统、智能控制系统等方面的研究提供实验对象及实验设备。通过建设基于光纤通信的PLC主从式站点通信实验平台，提高学生对监控系统远程通信的硬件组合及软件编程能力;鉴于井下风电瓦斯闭锁要求，建立基于PLC自动控制的局扇瓦斯超限断电模型实验系统，提高学生对监控系统功能实现的认知和编程能力。整合调试实验室已有的KJ90型煤矿安全综合监控系统，基于PLC远程控制的煤矿井下避难硐室环境综合监控系统，通过组合功能调试，提高学生设计监测监控系统的能力。

2 课堂教学演示系统的开发与应用效果分析

安全监测监控这门课程是从事工业自动化、安全管理等行业人才所应具备的基础控制技术的重要教学内容［7，8］。该课程任务是使学生掌握可编程控制器的基本组成和工作原理，理解工业控制网络及现场总线技术，了解安全监测监控系统的组成，掌握可编程控制器的各种单元、规格，内部继电器及数据区，理解其通信功能，能按照可编程控制器的设计步骤去分析和设计对应的控制系统。因为该课程的理论性和实践性都很强，所以为了提高教学效果，在学习理论知识的同时，必须利用课堂教学演示系统提高教学效果，加强认知实践能力的培养，以培养适合面向生产一线的高技能人才，满足社会的需求。

教学演示系统是为教学而设计，鉴于课堂教学的特殊性，其应该具有以下几个特点:1)系统结构小巧，便于携带，操作方便，且可与可编程的PC机一块置于实验台上，随时进行编程和实验。2)实验装置采用插头和插座式的连接方式，硬件导线的连接十分简易，在实验室可以实现即插即用，不用任何工具即可进行实验［9］。3)突出教学实习、实验装置的实用性，具有模拟量和开关量多种输入方式，设计了可以实现这两种实验的实验模块，简单实用。4)具有很好的可扩展性。

作为整个课堂教学演示系统的核心部分，PLC教学模拟控制板需要进行组装，组装过程中要遵循以下原则:1)接口的分布要合理，恰当。2)器件的布置要做到美观，符合人们的使用习惯。3)在焊接的过程中要避免短路，使焊点之间保持一定的距离。该模块在制作过程中，先把PLC、EM231、EM232固定在印刷板上，模块和模块之间通过电缆进行连接。在印刷板正面，通过导线将PLC及其扩展模块各接口引到前面的接线柱上面，在印刷板底部，利用烙铁将接线柱底部和排线插头底部连接起来，在这个过程中，要确保接口的合理分布以及连接可靠，避免脱落、短路的情况出现，连接后的模块示意图如图1所示。

开关量输入模块作为实验系统的主要部分，在组装过程中除了要遵守一般的器件组装原则之外，还要根据实验的内容和要求，合理布置器件在印刷板上的位置和间距，由于器件比较多，板子上空间有限，所以，在组装的过程中要特别的注意。方法和PLC及其扩展模块的组装方法一样，板子正面通过接线柱连接，板子底面用烙铁把排线插头和接线柱连接起来，组装好的开关量输入模块如图2所示。

图2 开关量输入模块实物图

课堂教学演示系统在教学过程中提高了学生的学习兴趣，课堂教学演示系统有多种输入输出方式，实验效果明显，便于观察，可以增强同学们学习的积极性，将枯燥的专业课教学转变为类似的“案例教学”。课堂教学演示系统还可以实现的实验内容丰富多样，学生可以根据不同的实验要求，利用不同的输入输出元件，编写相应的控制程序，使理论学习与实践操作紧密结合，提高学生的编程能力和创新思维能力，大幅度的提高学习效果。

3 完善课程设计的各个环节及整体的拓展训练

课程设计是本科实践教学的一个重要环节，以培养和提高学生创新能力和综合解决问题能力为目的，传统的课程设计方式无法与自动化信息化技术的发展及社会需求发展相适应，为了提高学生的实践能力，结合课堂教学的改革及开放实验室的建设，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。通过分析课程的课堂教学，提出挑战性的设计题目、指导教师的主导作用及评分机制等教学内容对课程设计的作用效果，构建将多种教学元素与课程设计交汇融合的创新课程设计模式，对课程设计的各个环节进行全面改革和拓展［10］。

为了提高课程设计的教学实践效果，具体通过以下几个方面进行改革:1)加强课堂教学与课程设计的交汇融合，在课堂教学中间阶段适时地把课程设计的题目、任务、要求等告知学生，通过课堂教学引导学生的创新思维，将课堂教学与课程设计融会贯通，使学生在课程设计时就有了充分的准备和认知，更能发挥学生的创新潜能［11］。2)提高学生的创新思维能力，鼓励学生大胆创新，在课程设计的每一个环节都要融入创新思想和意识，选题一定要具有前沿性和挑战性，设计过程中要注重创新思维。教师在指导过程中要善于启发、鼓励学生，增加网络信息资源的查阅量，切实通过课程设计提高学生的理论知识和实际工程的结合能力，为以后工作打下良好的基础。3)教师在课程设计的指导过程中要做到因材施教，充分考虑学生间的个体差异及学习的层次基础，分不同的难度系数对每一组学生安排课程设计题目，最大限度发挥每一位学生的潜能。4)改变课程设计的评分机制，打破对设计图纸和设计说明书进行综合评分确定总分的传统方法，融入答辩式评分模式，最好能融入到设计的每个阶段，激发学生的辩论思维能力，提高答辩权重，保证课程设计的创新性和应用性，培养学生解决实际问题的能力［12］。