安全监测监控课堂教学实训演练的教学改革

王凯 蒋曙光 吴征艳

摘 要：针对安全工程专业缺乏电子信息及自动化相关专业基础课学习的现状，自主研发安全监测监控课堂教学演练系统。建立寓做于教，课堂讲授与实训演练相结合的教学模式，剖析提炼教学重点，拓展前沿教学内容。文章研究了教学内容与教学演练系统的耦合关系，使得教学实训装置的实用性与先进程度满足课堂教学创新实践的要求。丰富了课堂教学内容，摆脱了枯燥无趣的理论讲解，全面提高了安全专业学生的学习效率及专业基础课程的教学效果。

关键词：寓做于教；实训演练；煤矿安全；监测监控；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）04-0017-03

随着工业企业运行规模的不断扩大，工业监控系统也在发生着日新月异的变化。从大型厂区的生产线参数监控、视频监控到工业以太网建设；大型写字楼及商场的可视化消防监控系统；煤矿企业井下的各种气体的环境参数、通风机等机械设备的运行工况等，都离不开高性能控制器件及设备的支持。因此，根据现有的工业安全监测监控系统特点，建立安全监测监控教学演练系统，使学生掌握工业安防的相关知识和应用实践，具有重要的意义[1]。

“安全监测监控”作为安全工程专业的基础课程，其主要内容是讲述监测监控在煤矿中的应用、煤矿监控系统的原理和组成，其核心为可编程控制器，即PLC。为了提高学生工作后的应用实践能力，拓展对各类工业安防系统的案例进行分析。我们研究开发的PLC教学演练模拟控制系统在此思路上加以完善和改革，实现模拟与实验结合，教学理论与课堂实训演练结合[2]。综合考虑系统操作的方便性，演练过程的安全性，演示项目开展的多样性。可与上位机相连，亦可与实际操作设备相连，内容丰富，效果明显，可以模拟实际情况，为PLC的理论教学提供良好的实验、学习以及科研条件，具有很强的使用价值。

一、“安全监测监控”课程现状与困惑

中国矿业大学为了培养高素质的专业人才，通过完成课程任务、学习专业知识、掌握实践技能来形成自己的核心竞争力，并且具有全面的知识结构。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，安全监测监控作为安全工程专业的一门专业课，随着近几年学生面向建筑、石油、化工、煤矿就业的发展，为了迎合就业现状，必须对课程配置进行优化拓展[3]。因此，实训环节在整个教学过程中起着至关重要的作用。课堂教学的创新实践过程对教学实训装置的实用性、先进程度要求比较高，既应有真实的生产性功能又应有很强的学习演练功能。所谓真实的生产性功能，就是实验设备所完成的某一控制功能是来自实际的生产环节，具备一定的应用代表性，而不仅仅是设计出来的教学模型[4-6]。

教学演练是人们利用各种现代教学仪器和设备，将自然界的现象或者生产的过程进行模拟，以实物显示的形式描述自然现象和生产过程。便于学习者理解，达到理想的教学效果，培养学生的实践应用能力。近年来，安全监测监控教学取得了很大的进步，但是还存在不少的问题，主要表现在以下几个方面[7-9]。

（一）课程抽象，难于理解

目前大多数高校的PLC教学主要以书本讲授为主，上课时教师拿着书本或者课件进行讲解，由于PLC本身具有一定的抽象性，学生没有兴趣，不好理解，达不到预定的效果。

（二）缺少应用实践的相关演示

PLC的教学目的在于将所学的知识融会贯通，实现系统设计编程及应用。但是没有实验，学生不动手，永远也不会理解，只有自己动手，才能印象深刻。所以，增加PLC教学演练环节，对学生深刻理解课堂内容，掌握安全监测监控的相关原理，锻炼学生的动手能力就显得尤为重要。

（三）教学演练系统分散，不便于组合功能演练

现阶段好多监测监控实验室购置了大量有针对性的实验设备。但是，这些装置都是分散的模块，不便于进行组合功能的调试，在实验课上，还要分功能组装，浪费了大量的时间，借助本教改项目，开发一套自成一体，即插即用的PLC教学演练系统具有十分重要的意义。

为了弥补以上的各种不足，充分发挥PLC教学与工业监控系统讲解的引导性，应结合教学及科研的前期工作，和“安全监测监控”课程的讲解内容，开发基于PLC控制的课堂教学模拟演练系统。立足于学生对安全监控课程的深刻理解，全面拓展工业安防监控案例，强化基本技能，实现自我能力的提高。

二、寓做于教、课堂实训演练教学系统的应用前景

开发多功能课堂演练实践系统，拓展工业安防监控领域相关的实用案例，形成完整安全检测监控基础知识向应用实践演化的教学模式。使学生掌握可编程控制器、计算机及其他控制设备的综合应用，掌握工业安防监控的基本原理，演练工业安防关键组件的实践[10-12]。课堂教学演练系统的开发与应用，不仅能够丰富教师的教学内容，提高学生的兴趣，提高教学效果，而且能够为专业教师在复杂控制系统、智能控制系统等方面的讲解提供支持。

（一）寓做于教、课堂实训演练教学改革项目的内容

研究一套适合教师课堂教学和学生学习，寓做于教、课堂实训演练相结合的工业安防监控教学模式，克服课程缺乏专门课堂教学实训演练的现状，增强教学效果。本课题要完成的工作主要包括以下几个方面。

1.煤矿安全监控向工业安防拓展的教学改革方案。为了拓展安全监测监控课程涉及的知识面，迎合现阶段安全工程专业学生去建筑、化工、石油、煤矿等行业就业的形势。将授课内容由煤矿安全监测监控向工业安防领域拓展，建立完善的教学内容改革方案并予以实施。

2.建立寓做于教，课堂讲授与实训演练结合的教学模式。结合课程特征和学生就业形势，提高课程实践能力提高的环节，通过实物和系统演示增强学生学习基本理论的效果，实现寓做于教，课堂讲授与实训演练相结合的授课模式。

3.剖析提炼教学重点，拓展前沿教学内容。在信息化发展日新月异的今天，工业安全监测监控课程的讲授内容也应与时俱进。在全面掌握基础知识的基础上，结合就业形势，拓展前沿教學内容，提高学生的科技创新能力和应用实践能力。

4.教学内容与教学演练系统的耦合分析。为了实现PLC课堂教学演练系统的预期目标，根据教学内容对演练系统进行分析，提出合理可行的系统方案。教学演练系统的模块化设计，便于课堂使用，在组装的过程中，要特别注意各个部分的合理布局，安全可靠，便于操作，提高课堂演练效率，实现教学内容与演练的耦合。

（二）寓做于教、课堂实训演练教学改革项目的实施方案

1.煤矿安全监控向工业安防监控拓展的教学改革

实施方案。为了拓展“安全监测监控”课程涉及的知识面，迎合现阶段安全工程专业学生去建筑、化工、石油、煤矿等行业就业的形势，将授课内容由煤矿安全监测监控向工业安防领域拓展，在教材方面增加工业安防监控的典型案例分析，最大限度地让学生了解和掌握工业安防监控的相关知识和应用实践案例，进一步完善教学内容。在课堂内容讲授中，适时地增加工业应用案例的相关内容，全面提高学生的创新思维能力和应用实践能力。建立从教材内容到课堂讲授一体化的综合改革方案，并在学生之间通过调研统计的方式，检验教学改革的效果和成效。

2.践行寓做于教，开启课堂讲授与实训演练的综合教学模式。结合课程特征和学生的就业形势，增强课程实践能力提高的环节，在充分分析课程实践目标的基础上，划分合理的课程实践教学层次，根据以视频安防监控技术应用能力为主导的总体框架，对原有实践教学进行转化、重组，进一步提高实践环节的比重，使能力的形成在纵向多元化、横向层次化上构建具有一定综合度，以课题、项目为主导，由学生在课堂实训演练系统的引导和教师的辅导下完成循序渐进，由浅入深，由简到繁的教学模式。（1）基本技能训练：先从安全监控系统的核心设备PLC出发，掌握关键监控矩阵及监控中心设备的工作原理、基本功能及技术指标；熟练掌握各种不同类型的设备的安装、调试的方法、步骤及注意事项。（2）综合性演练：综合性演练也按技术应用能力模块形成主题，设置综合性的演练项目，以参数测定、参数优化、方案比较、系统优化等为目标，学生自行研究弄清原理，组建演练系统，完成演练过程，使实践演练手段为能力形成服务，而不是為验证理论服务。（3）应用能力实训：以工业安防监控应用能力为主题，设置综合性课题和项目，通过实训使学生能够了解工业安防监控系统风险评估及系统集成与维护方法。因此具有明确的应用能力指向，并以学生最终完成的结果和能力的大小作为考核的依据。通过实物和系统演示提高学生学习基本理论的效果，实现寓做于教，课堂讲授与实训演练相结合的授课模式。

3.剖析提炼教学重点，拓展前沿教学内容，创新教学实践。在信息化发展日新月异的今天，工业安全检测监控课程的讲授内容也应与时俱进。在全面掌握基础知识的基础上，结合就业形势，拓展前沿教学内容。为激发学生对该门课程的学习兴趣和培养其创新能力，除了教师在理论课讲授过程中，强调实践和应用结合外，特别是在课堂演练教学环节方面，我们着力改进了教学演练条件和内容，提出以“验证理解——模仿设计——改进创新”为主导的实践教学模式，让学生充分参与实际的动手操作和调试，将深奥的基础理论与监控技术方法，以直观合理的方式处理并进行演练。师生间的充分交互，有效地调动了学生学习的主动性和积极性。进而引导学生的自主自觉学习，挖掘学生的创新潜能和动手能力，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科技创新能力和应用实践能力。

4.强化课堂教学创新实践内容，开发课堂教学演练系统。为了实现PLC课堂教学演练系统的预期目标，根据教学内容对演练系统进行分析，提出合理可行的系统方案。教学演练系统的模块化设计，便于课堂使用，在组装的过程中，要特别注意各个部分的合理布局，安全可靠，便于操作，提高课堂演练效率，实现教学内容与实践演练的耦合。

（1）课堂教学中便于理论与实践演练的结合。课堂演练实践系统不仅让学生了解PLC的实际构成和编程方法，更重要的是让学生了解各部分的功能以及PLC的控制过程，在课题演练过程中掌握PLC的实际应用方法，为实验过程中的实践和编程打下坚实的基础。

（2）建立一个人机友好型的PLC课程教学演练环境。基于PLC的课程教学演练系统能够摆脱理论知识讲解枯燥，提高“安全监测监控”课程的教学效果，培养学生浓厚的学习兴趣，逐步成为课堂教学的重要环节，因此，开发一个人机友好型的PLC教学演练系统就显得尤为重要。

（3）课堂教学演练系统是为教学而设计，鉴于教学的特殊性，其应该具有系统结构小巧，便于携带的特征，能够随时进行编程和实验，操作十分方便。突出教学演练装置的实用性，具有模拟量和开关量等多种输入输出方式，具有很好的可扩展性。本实验系统采用了模块化的设计思路，在以后的教学过程中，可以根据实际的需要，开发合适的模块，使实验系统不断地发展，可同时满足教师课堂教学和学生实验的需求，增强学生的动手能力。同时，随着教学的发展，可以继续进行相关的模块设计，使实验系统的功能更加强大。

（三）课堂教学演练系统教学改革项目的成效

本项目为了拓展“安全监测监控”课程涉及的知识面，迎合现阶段安全工程专业学生去建筑、化工、石油、煤矿等行业就业的形势，进行了煤矿安全监控向工业安防拓展中寓做于教、课堂实训演练的教学改革。主要成效如下。

1.将授课内容由煤矿安全检测监控向工业安防领

域拓展，建立了完善的教学内容改革方案并予以实施。增强课程实践能力提高的环节，通过实物和系统演示提高了学生学习基本理论的效果，实现寓做于教，课堂讲授与实训演练相结合的授课模式。

2.“工业安全监测监控”课程的讲授内容实现与时

俱进。在全面掌握基础知识的基础上，结合就业形势，拓展前沿教学内容，提高学生的科技创新能力和应用实践能力。

3.根据教学内容对演练系统进行分析，提出合理可行的系统方案。教学演练系统的模块化设计，便于课堂使用，在组装的过程中，要特别注意各个部分的合理布局，安全可靠，便于操作，提高课堂演练效率，实现教学内容与演练的耦合。

4.提高学生的创新和动手能力。寓做于教、课堂实训演练的教学模式可以实现课堂教学内容的丰富多样，学生可以根据不同的演练情景，利用不同的输入输出元件，编写相应的控制程序，提高学生的编程能力和创新能力。

三、结论

为了迎合安全工程专业学生由煤矿向工业领域拓展就业的现状，文章对课堂教学、实训演练、工业安防等方面进行全方位拓展，对安全监测监控课程向工业安防领域拓展改革进行了论述。

1.建立了寓做于教，课堂讲授与实训演练相结合的教学模式，剖析提炼教学重点，拓展前沿教学内容。完成了课程向工业安防领域拓展，建立了完善的教学内容改革方案并予以实施。

2.研制了一种新型的可编程控制器教学演示系统

——PLC教学模拟控制板，能够摆脱理论知识讲解枯燥，提高“安全监测监控”课程的教学效果，培养学生浓厚的学习兴趣，并逐步成为课堂教学的重要环节。

3.研究了教学内容与教学演练系统的耦合关系，使得教学实训装置的实用性与先进程度满足了课堂教学创新实践的要求。提高了学生的创新和动手能力，实现了课堂教学内容的丰富多样，全面提升了课程的课堂教学效果。

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