基于生產情境的實訓設計與實踐

潘志棟++賀全智++張盈盈++李正術

摘 要：根據課改需要，結合煤礦典型生產環節和本地煤礦生產崗位需求，基于生產情境對礦用電氣設備教學內容進行實訓設計。實訓過程強調教學內容的系統觀和工程觀。闡述了實訓思路、項目組成、實施步驟等。實踐表明，這是一種有效的教學方法，有助于提高師生的職業技能和業務水平。

關鍵詞：實訓設計 生產情境 系統觀 工程觀

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0201-03

Abstract： According to the needs of the curriculum reform， combined with the typical production process and the demand of local coal mine production， and based on the production situation， the paper designs the contents of projects about mine electrical equipment. System view and engineering concept are emphasized during the training process. The training ideas， the composition of the project， the implementation steps are expounded. Practice shows that this is an effective teaching method， which is helpful to improve the professional skills and professional level of teachers and students.

Key Words： Training design； Production situation； System view； Engineering concept

機械化、信息化和智能化是采礦前進的方向，是實現科學采礦的必需手段[1]?？茖W采礦需培養復合型人才，既擁有堅實的數學、力學、經濟學基礎理論，也要有礦山機電、礦井通風與安全、資源與環境方面的知識[2]。機電設備的使用、維護和保養始終是煤礦安全生產的重要前提。然而管理不到位造成的機電事故卻時有發生[3-5]。2013年，山西省政府出臺煤礦變招工為招生改革方案，規定煤炭企業招工必須從煤炭院校相關專業畢業生中招錄[6]。通過提高煤礦用工門檻的方法來打造高素質的一線職工隊伍。

實踐教學是應用型人才培養的關鍵。實訓是培養高素質應用型人才的基本途徑。應用型人才培養應強調能力優先，注重實踐和實訓[7-8]。北京交通大學和燕山大學注重用“項目”的方法把學生的學習嵌入“項目”，邊學習邊實踐，體現一種“干中學”的教學設計，取得很好效果[9]。

《礦山電工學》是煤礦主體專業學生需要學習的一門課程。該課程的抽象性、專業性和實踐性均較強[10-11]。為克服學習者的畏難心理，對礦用電氣設備進行實訓設計。以項目來引導學生主動學習、發現問題和解決問題。實訓設計的指 導思想是建立學生對礦用電氣設備的系統觀和工程觀，通過學生的主動參與、自主協作，探索創新來提高其心智技能。

1 生產情境創設

隨著煤礦機械化、自動化的發展，煤礦供電電壓在升高，供電距離在加長，礦用電氣設備容量在增加，礦井生產能力在加大。安全生產是煤礦永恒的主題。我們同時應該想到，礦用設備電火花產生的機率在增加，瓦斯煤塵爆炸的可能性在增大。新版《煤礦安全規程》第487條規定：所有礦井必須裝備安全監控系統。防范瓦斯事故是制訂這條規定的主要原因之一[12]。為保證安全和作業質量，一些礦井組織編寫了生產崗位標準作業流程并運行實施，并已取得顯著成效[13-15]。因此，相關內容應成為實訓設計的要點。

礦用電氣設備教學中，采用圖1所示的生產情境作項目來源。該生產情境結合了煤礦典型生產環節[16-18]和本地煤礦生產崗位需求，是與學生當前學習內容接近的實際生產情境。

2 實訓內容整體設計與教學手段

2.1 實訓環境構建

實訓室設備布置如圖2所示。在實訓室中，設備有局扇YBT-2.2、工作機械異步電機YBS4-75、饋電開關KBZ-220/660（380）、電磁啟動器QJZ16-80/660（380）、可逆QBZ-80/660（380），濃度1%、1.5%和2%的甲烷標準氣體、礦用傳感器標校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，礦用分站KJ340-F，監控主機，礦用信息傳輸接口KJ340-J，大屏幕投影等。

實訓室按照每批四組，每組3～5人設置。四組分別為甲烷標校組，監控主機參數配置組，工作機械控制組，局扇控制組。沿墻布置投影幕布和可移動白板輔助教學，投影幕布前布置教學區。室內保持通風良好，嚴禁煙火。用電要求為三相五線制，380V，40kW。

2.2 實訓項目

2.2.1 電氣設備單機控制實訓

實訓目的：熟悉饋電開關KBZ-220/660（380）、電磁起動器QJZ16-80/660（380）、可逆電磁起動器QBZ-80/660（380）/N的結構特征；掌握電路原理圖識讀方法；學習礦用隔爆二聯按鈕BZA-1-5/36-2和三聯按鈕BZA-1-5/36-3接線；學習電磁起動器近控和遠控接線。

2.2.2 風電閉鎖實訓

實訓目的：通過電磁起動器QJZ16-80/660（380）和可逆電磁起動器QBZ-80/660（380）/N間的聯鎖接線，實現局扇YBT-2.2和工作機械異步電機YBS4-75間的功能閉鎖。endprint

2.2.3 瓦斯電閉鎖實訓

實訓目的：掌握甲烷傳感器標校過程；用開停傳感器完成設備電纜的信號采集；完成甲烷傳感器、分站、信號傳輸接口、監控主機、斷電器、開停傳感器及設備電纜間接線，進行斷電關系配置實現功能閉鎖。

教學手段：板書、PPT、實訓設備操作與演示相結合。

3 實訓單元設計

3.1 電氣設備單機控制實訓

預備內容：（1）實訓設備涉及工作機械，電磁啟動器和礦用饋電開關。（2）設備開蓋實操要嚴格遵循電源斷電，拉開隔離開關手柄，閉鎖掛“有人工作，嚴禁送電”標志牌，測瓦斯，驗電，放電、開蓋并保護好隔爆面的順序；設備送電要遵循誰停電誰送電原則，送電順序依次為摘牌，解除饋電閉鎖，合饋電開關隔離，解除電磁啟動器閉鎖，合電磁啟動器隔離開關，掛送電標志牌。（3）電氣設備結構識讀。（4）電氣原理圖識讀：遵循“一并二分三先四序”原則?！耙徊ⅰ笔菍⒃韴D中擁有相同文字的圖符合并在一起，查明該器件的名稱、形態和接線端功能。“二分”是將原理圖的主電路和控制電路區分開。“三先”指先分析主回路，再分析控制回路；先分析原理圖中上部電路，再分析下部電路；先分析原理圖中左邊電路，再分析右邊電路?！八男颉敝鸽姎庠O備動作通常遵循電磁線圈通電、觸頭動作，電機啟動的順序。

3.1.1 項目訓練任務分解

任務1：電動機JW6314的分立元件控制線路裝調。

任務2：電磁起動器QJZ16-80/660（380）實現異步電機YBS4-75的就地及遠程控制，遠程控制用雙聯按鈕接線。

任務3：可逆電磁起動器QBZ-80/660（380）/N實現局扇YBT-2.2的遠程控制，三聯按鈕接線。

3.1.2 實訓過程

任務1：電動機JW6314的分立元件控制線路裝調。

考慮到知識的前后聯系，特設計本任務，幫助學生補習電動機控制和儀表工具使用方面的知識，以降低執行本項目任務2和任務3的難度，此任務實訓地點安排在電力拖動實驗室。

第一步完成帶自鎖的單向控制線路裝調。學員在電拖實驗臺上，使用接觸器CJT1-10、電動機JW6314、按鈕盒紅綠各1個，1臺熱繼電器JR16B，銅芯線若干完成線路連接。實訓中先做最小系統，然后完善線路功能。從接線的合理性、規范性、美觀和數目等方面考慮問題，鼓勵對接線故障分析方法的探索創新。

第二步完成接觸器互鎖的雙向控制線路裝調。與上一步相比，元件變為2臺接觸器CJT1-10、按鈕盒紅1個，綠2個。線路連接同樣遵循先易后難，先做最小系統，然后完善線路功能的原則。

任務2：電磁起動器QJZ16-80/660（380）實現異步電機YBS4-75的就地及遠程控制。

第一步識讀饋電開關與電磁起動器結構，并完成饋電開關和電磁起動器的接線。

第二步完成電磁起動器QJZ16-80/660（380）對異步電機YBS4-75的就地控制接線并試驗，控制回路通過可移動白板展示。

第三步完成QJZ16-80/660（380）對YBS4-75的遠程控制接線并試驗，雙聯按鈕接線圖通過可移動白板展示。

任務3：可逆電磁起動器QBZ-80/660（380）/N實現局扇YBT-2.2的遠程控制，三聯按鈕接線。

第一步識讀饋電開關與可逆電磁起動器結構，并完成饋電開關和可逆電磁起動器的接線。

第二步識讀QBZ-80/660（380）/N的電路原理圖，重點關注三聯按鈕接線部分。

第三步完成可逆電磁起動器QBZ-80/660（380）/N對局扇YBT-2.2的遠程控制接線并試驗，三聯按鈕接線圖通過可移動白板展示。

3.2 風電閉鎖實訓

預備內容：實驗設備涉及局扇YBT-2.2和工作機械異步電機YBS4-75，饋電開關KBZ-220/660（380）、電磁啟動器QJZ16-80/660（380），可逆QBZ-80/660（380）。其余內容同項目3.1。

實訓步驟：

第一步識讀饋電開關KBZ-220/660（380），電磁啟動器QJZ16-80/660（380）和可逆電磁起動器QBZ-80/660（380）的電路原理圖。

第二步將風機控制開關QBZ-80/660（380）上的輔助接點與電磁起動器QJZ16-80/660（380）的控制回路串接，實現風電閉鎖。電路原理圖通過可移動白板展示。

3.3 瓦斯電閉鎖實訓

預備內容：（1）實驗設備涉及甲烷標準氣體，礦用傳感器標校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，工作電機YBS4-75，礦用分站KJ340-F，監控主機、礦用信息傳輸接口KJ340-J等。（2）調校用標準氣樣和設備的檢查。標準氣樣的標準值為1%、1.5%、2%。清潔空氣中殘留甲烷的含量應低于0.03%。檢查減壓閥和流量計的準確、靈敏度。檢查與儀器配套使用的擴散罩。

3.3.1 項目訓練任務分解

任務1：甲烷傳感器標校。

任務2：瓦斯電閉鎖控制線路裝調。

3.3.2 實訓過程

任務1：甲烷傳感器標校。

第一步為外觀及通電檢查。外觀完好，結構完整。儀器各調節旋鈕應能正常調節。通電檢查時，表觀的動作部件應能正常動作，顯示部分應有相應顯示。通電穩定20min。

第二步為儀器零點校準。通入新鮮空氣，讓儀器穩定后，調準儀器零點。

第三步為儀器示值校準。先通入1%的標準氣樣，待儀器示值穩定后，對儀器進行調校，確保誤差不超范圍。再通入新鮮空氣，檢查回零情況。接下來再通入1%標準氣樣，觀察示值是否在誤差范圍內。以上操作重復三次，如有一次不合格，重復校準。endprint

任務2：瓦斯電閉鎖控制線路裝調。

第一步熟悉斷電器組成及工作原理；斷電控制器主要功能及技術指標。

第二步完成礦用斷電控制器與分站、被控電磁啟動器和饋電開關的連接。

第三步進行閉鎖關系配置，試驗設備斷電與復電功能。

第四步結合設備運行狀態觀察和監控畫面投影顯示完成瓦斯電閉鎖調試。

4 考核

由于實訓內容涉及的知識點多，需要合理評定實訓成績，以使成績真正反映學生的綜合能力。考核從三個方面評分：（1）對實訓任務基本概念及電路原理圖的熟悉程度；項目是否裝調成功；接線是否合理規范美觀等。（2）實訓中表現出的排除故障能力，團隊合作能力和創新能力等。（3）考慮實訓態度以及實訓報告完成的認真程度。同時，在開展實訓的教研過程中，注重傾聽學生對實踐教學的意見和建議，及時調整實訓方案，改進教學方法，為每個環節制訂合理的比例，使學生明確努力方向，激發其實訓的積極性。

5 實踐效果

礦用電氣設備實訓內容在我系2014級采礦工程專業4個班試行后，教學效果明顯提高。由于實訓項目的完成不僅要求學習者熟悉設備結構與元件功能，還需要掌握礦用電氣設備原理圖，利用原理圖完成接線，裝調和排錯任務，直至整個實訓項目最終做完。期間涉及到的許多東西都是書本上無法體驗到的。這些挑戰大大激發了學生們的學習興趣，同時也加深了他們對課程知識點的理解。

另一方面，在實訓項目的引導和組織過程中，指導教師也在不斷發現問題，總結反思。通過與學生共同實施項目內容，指導教師與學生現場交流和討論，知識點的掌握情況能得到及時反饋，提高了教學效率。

6 結語

本文結合我系實際情況，介紹了礦山電氣設備實訓課程的實踐與思考。作為煤礦專業人才培養重要的實踐教學環節之一，礦山電氣設備實訓課程的重要性已得到同行認同。但實訓項目的內容、方法、手段、形式等還不甚完善，有待在實踐教學中逐步改進，以進一步提高課程實訓質量。電路設計滿足要求。

參考文獻

[1] 袁亮.煤炭精準開采科學構想[J].煤炭學報，2017（1）：1-7.

[2] 王家臣.劉峰與王蕾，煤炭科學開采與開采科學[J].煤炭學報，2016，41（11）：2651-2660.

[3] 王龍康.我國煤礦安全生產現狀分析及改善措施[J].中國煤炭，2016（9）：96-100.

[4] 李志林.綜采工作面安全問題的系統分析[J].煤礦安全， 2010（6）：157-160.

[5] 趙宏麗.煤礦機電事故分析及預防措施[J].中國煤炭， 2010（S1）：34-35，40.

[6] 高耀彬.山西推進煤礦變招工為招生[N].中國教育報， 2013-08-09.

[7] 王榮德.新建本科院校應用型人才培養體系的構建與實踐[J].高等工程教育研究，2011（6）：102-106.

[8] 楊亮濤，史建成.應用型本科院校實訓中心的定位與建設[J].實驗室研究與探索，2012（9）：95-97，101.

[9] 瞿振元.推動高等工程教育向更高水平邁進[J].高等工程教育研究，2017（1）：12.

[10] 馬星河，趙軍營.“礦山電工學”實驗教學改革[J].中國電力教育，2009（13）：119-120.

[11] 溫林.“礦山供電”課程項目式教學研究與實踐[J].萍鄉學院學報，2015（6）：99-101.

[12] 《〈煤礦安全規程〉專家解讀》編委會編.《煤礦安全規程》專家解讀井工煤礦[M].中國礦業大學出版社，2016.

[13] 高清福.神華煤礦崗位標準作業流程的應用與探索[J]. 煤礦安全，2016（3）：234.

[14] 董先.現代學徒制人才培養標準研究——以機電一體化技術專業為例[J].高等職業教育探索，2016（5）：46-50，56.

[15] 李瑞群，楊鳳燕.崗位標準作業流程在大柳塔煤礦的推廣應用[J].煤礦安全，2015（3）：215-217.

[16] 鐘訓紅.煤礦最終風電閉鎖設計方案[J].煤礦安全， 2007（12）：46-48.

[17] 何青松.高瓦斯煤礦雙巷掘進工作面甲烷風電閉鎖分析 [J].煤礦安全，2015（1）：71.

[18] 范辰東.淺談“甲烷風電閉鎖”[J].煤礦安全，2003（1）：31-34.endprint