基于生產(chǎn)情境的實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

潘志棟++賀全智++張盈盈++李正術(shù)

摘 要：根據(jù)課改需要，結(jié)合煤礦典型生產(chǎn)環(huán)節(jié)和本地煤礦生產(chǎn)崗位需求，基于生產(chǎn)情境對(duì)礦用電氣設(shè)備教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)。實(shí)訓(xùn)過程強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)觀和工程觀。闡述了實(shí)訓(xùn)思路、項(xiàng)目組成、實(shí)施步驟等。實(shí)踐表明，這是一種有效的教學(xué)方法，有助于提高師生的職業(yè)技能和業(yè)務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì) 生產(chǎn)情境 系統(tǒng)觀 工程觀

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jī)械化、信息化和智能化是采礦前進(jìn)的方向，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)采礦的必需手段[1]。科學(xué)采礦需培養(yǎng)復(fù)合型人才，既擁有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)、力學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)理論，也要有礦山機(jī)電、礦井通風(fēng)與安全、資源與環(huán)境方面的知識(shí)[2]。機(jī)電設(shè)備的使用、維護(hù)和保養(yǎng)始終是煤礦安全生產(chǎn)的重要前提。然而管理不到位造成的機(jī)電事故卻時(shí)有發(fā)生[3-5]。2013年，山西省政府出臺(tái)煤礦變招工為招生改革方案，規(guī)定煤炭企業(yè)招工必須從煤炭院校相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生中招錄[6]。通過提高煤礦用工門檻的方法來打造高素質(zhì)的一線職工隊(duì)伍。

實(shí)踐教學(xué)是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的基本途徑。應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)強(qiáng)調(diào)能力優(yōu)先，注重實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)[7-8]。北京交通大學(xué)和燕山大學(xué)注重用“項(xiàng)目”的方法把學(xué)生的學(xué)習(xí)嵌入“項(xiàng)目”，邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，體現(xiàn)一種“干中學(xué)”的教學(xué)設(shè)計(jì)，取得很好效果[9]。

《礦山電工學(xué)》是煤礦主體專業(yè)學(xué)生需要學(xué)習(xí)的一門課程。該課程的抽象性、專業(yè)性和實(shí)踐性均較強(qiáng)[10-11]。為克服學(xué)習(xí)者的畏難心理，對(duì)礦用電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)。以項(xiàng)目來引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的指 導(dǎo)思想是建立學(xué)生對(duì)礦用電氣設(shè)備的系統(tǒng)觀和工程觀，通過學(xué)生的主動(dòng)參與、自主協(xié)作，探索創(chuàng)新來提高其心智技能。

1 生產(chǎn)情境創(chuàng)設(shè)

隨著煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化的發(fā)展，煤礦供電電壓在升高，供電距離在加長(zhǎng)，礦用電氣設(shè)備容量在增加，礦井生產(chǎn)能力在加大。安全生產(chǎn)是煤礦永恒的主題。我們同時(shí)應(yīng)該想到，礦用設(shè)備電火花產(chǎn)生的機(jī)率在增加，瓦斯煤塵爆炸的可能性在增大。新版《煤礦安全規(guī)程》第487條規(guī)定：所有礦井必須裝備安全監(jiān)控系統(tǒng)。防范瓦斯事故是制訂這條規(guī)定的主要原因之一[12]。為保證安全和作業(yè)質(zhì)量，一些礦井組織編寫了生產(chǎn)崗位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程并運(yùn)行實(shí)施，并已取得顯著成效[13-15]。因此，相關(guān)內(nèi)容應(yīng)成為實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

礦用電氣設(shè)備教學(xué)中，采用圖1所示的生產(chǎn)情境作項(xiàng)目來源。該生產(chǎn)情境結(jié)合了煤礦典型生產(chǎn)環(huán)節(jié)[16-18]和本地煤礦生產(chǎn)崗位需求，是與學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容接近的實(shí)際生產(chǎn)情境。

2 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容整體設(shè)計(jì)與教學(xué)手段

2.1 實(shí)訓(xùn)環(huán)境構(gòu)建

實(shí)訓(xùn)室設(shè)備布置如圖2所示。在實(shí)訓(xùn)室中，設(shè)備有局扇YBT-2.2、工作機(jī)械異步電機(jī)YBS4-75、饋電開關(guān)KBZ-220/660（380）、電磁啟動(dòng)器QJZ16-80/660（380）、可逆QBZ-80/660（380），濃度1%、1.5%和2%的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體、礦用傳感器標(biāo)校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，礦用分站KJ340-F，監(jiān)控主機(jī)，礦用信息傳輸接口KJ340-J，大屏幕投影等。

實(shí)訓(xùn)室按照每批四組，每組3～5人設(shè)置。四組分別為甲烷標(biāo)校組，監(jiān)控主機(jī)參數(shù)配置組，工作機(jī)械控制組，局扇控制組。沿墻布置投影幕布和可移動(dòng)白板輔助教學(xué)，投影幕布前布置教學(xué)區(qū)。室內(nèi)保持通風(fēng)良好，嚴(yán)禁煙火。用電要求為三相五線制，380V，40kW。

2.2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

2.2.1 電氣設(shè)備單機(jī)控制實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)目的：熟悉饋電開關(guān)KBZ-220/660（380）、電磁起動(dòng)器QJZ16-80/660（380）、可逆電磁起動(dòng)器QBZ-80/660（380）/N的結(jié)構(gòu)特征；掌握電路原理圖識(shí)讀方法；學(xué)習(xí)礦用隔爆二聯(lián)按鈕BZA-1-5/36-2和三聯(lián)按鈕BZA-1-5/36-3接線；學(xué)習(xí)電磁起動(dòng)器近控和遠(yuǎn)控接線。

2.2.2 風(fēng)電閉鎖實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)目的：通過電磁起動(dòng)器QJZ16-80/660（380）和可逆電磁起動(dòng)器QBZ-80/660（380）/N間的聯(lián)鎖接線，實(shí)現(xiàn)局扇YBT-2.2和工作機(jī)械異步電機(jī)YBS4-75間的功能閉鎖。endprint

2.2.3 瓦斯電閉鎖實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)目的：掌握甲烷傳感器標(biāo)校過程；用開停傳感器完成設(shè)備電纜的信號(hào)采集；完成甲烷傳感器、分站、信號(hào)傳輸接口、監(jiān)控主機(jī)、斷電器、開停傳感器及設(shè)備電纜間接線，進(jìn)行斷電關(guān)系配置實(shí)現(xiàn)功能閉鎖。

教學(xué)手段：板書、PPT、實(shí)訓(xùn)設(shè)備操作與演示相結(jié)合。

3 實(shí)訓(xùn)單元設(shè)計(jì)

3.1 電氣設(shè)備單機(jī)控制實(shí)訓(xùn)

預(yù)備內(nèi)容：（1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備涉及工作機(jī)械，電磁啟動(dòng)器和礦用饋電開關(guān)。（2）設(shè)備開蓋實(shí)操要嚴(yán)格遵循電源斷電，拉開隔離開關(guān)手柄，閉鎖掛“有人工作，嚴(yán)禁送電”標(biāo)志牌，測(cè)瓦斯，驗(yàn)電，放電、開蓋并保護(hù)好隔爆面的順序；設(shè)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(guān)隔離，解除電磁啟動(dòng)器閉鎖，合電磁啟動(dòng)器隔離開關(guān)，掛送電標(biāo)志牌。（3）電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)識(shí)讀。（4）電氣原理圖識(shí)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(tài)和接線端功能?！岸帧笔菍⒃韴D的主電路和控制電路區(qū)分開?！叭取敝赶确治鲋骰芈?，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(shè)備動(dòng)作通常遵循電磁線圈通電、觸頭動(dòng)作，電機(jī)啟動(dòng)的順序。

3.1.1 項(xiàng)目訓(xùn)練任務(wù)分解

任務(wù)1：電動(dòng)機(jī)JW6314的分立元件控制線路裝調(diào)。

任務(wù)2：電磁起動(dòng)器QJZ16-80/660（380）實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)YBS4-75的就地及遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制用雙聯(lián)按鈕接線。

任務(wù)3：可逆電磁起動(dòng)器QBZ-80/660（380）/N實(shí)現(xiàn)局扇YBT-2.2的遠(yuǎn)程控制，三聯(lián)按鈕接線。

3.1.2 實(shí)訓(xùn)過程

任務(wù)1：電動(dòng)機(jī)JW6314的分立元件控制線路裝調(diào)。

考慮到知識(shí)的前后聯(lián)系，特設(shè)計(jì)本任務(wù)，幫助學(xué)生補(bǔ)習(xí)電動(dòng)機(jī)控制和儀表工具使用方面的知識(shí)，以降低執(zhí)行本項(xiàng)目任務(wù)2和任務(wù)3的難度，此任務(wù)實(shí)訓(xùn)地點(diǎn)安排在電力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。

第一步完成帶自鎖的單向控制線路裝調(diào)。學(xué)員在電拖實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，使用接觸器CJT1-10、電動(dòng)機(jī)JW6314、按鈕盒紅綠各1個(gè)，1臺(tái)熱繼電器JR16B，銅芯線若干完成線路連接。實(shí)訓(xùn)中先做最小系統(tǒng)，然后完善線路功能。從接線的合理性、規(guī)范性、美觀和數(shù)目等方面考慮問題，鼓勵(lì)對(duì)接線故障分析方法的探索創(chuàng)新。

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

任務(wù)2：電磁起動(dòng)器QJZ16-80/660（380）實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)YBS4-75的就地及遠(yuǎn)程控制。

第一步識(shí)讀饋電開關(guān)與電磁起動(dòng)器結(jié)構(gòu)，并完成饋電開關(guān)和電磁起動(dòng)器的接線。

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

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

任務(wù)3：可逆電磁起動(dòng)器QBZ-80/660（380）/N實(shí)現(xiàn)局扇YBT-2.2的遠(yuǎn)程控制，三聯(lián)按鈕接線。

第一步識(shí)讀饋電開關(guān)與可逆電磁起動(dòng)器結(jié)構(gòu)，并完成饋電開關(guān)和可逆電磁起動(dòng)器的接線。

第二步識(shí)讀QBZ-80/660（380）/N的電路原理圖，重點(diǎn)關(guān)注三聯(lián)按鈕接線部分。

第三步完成可逆電磁起動(dòng)器QBZ-80/660（380）/N對(duì)局扇YBT-2.2的遠(yuǎn)程控制接線并試驗(yàn)，三聯(lián)按鈕接線圖通過可移動(dòng)白板展示。

3.2 風(fēng)電閉鎖實(shí)訓(xùn)

預(yù)備內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)設(shè)備涉及局扇YBT-2.2和工作機(jī)械異步電機(jī)YBS4-75，饋電開關(guān)KBZ-220/660（380）、電磁啟動(dòng)器QJZ16-80/660（380），可逆QBZ-80/660（380）。其余內(nèi)容同項(xiàng)目3.1。

實(shí)訓(xùn)步驟：

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

第二步將風(fēng)機(jī)控制開關(guān)QBZ-80/660（380）上的輔助接點(diǎn)與電磁起動(dòng)器QJZ16-80/660（380）的控制回路串接，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電閉鎖。電路原理圖通過可移動(dòng)白板展示。

3.3 瓦斯電閉鎖實(shí)訓(xùn)

預(yù)備內(nèi)容：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備涉及甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體，礦用傳感器標(biāo)校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，工作電機(jī)YBS4-75，礦用分站KJ340-F，監(jiān)控主機(jī)、礦用信息傳輸接口KJ340-J等。（2）調(diào)校用標(biāo)準(zhǔn)氣樣和設(shè)備的檢查。標(biāo)準(zhǔn)氣樣的標(biāo)準(zhǔn)值為1%、1.5%、2%。清潔空氣中殘留甲烷的含量應(yīng)低于0.03%。檢查減壓閥和流量計(jì)的準(zhǔn)確、靈敏度。檢查與儀器配套使用的擴(kuò)散罩。

3.3.1 項(xiàng)目訓(xùn)練任務(wù)分解

任務(wù)1：甲烷傳感器標(biāo)校。

任務(wù)2：瓦斯電閉鎖控制線路裝調(diào)。

3.3.2 實(shí)訓(xùn)過程

任務(wù)1：甲烷傳感器標(biāo)校。

第一步為外觀及通電檢查。外觀完好，結(jié)構(gòu)完整。儀器各調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)能正常調(diào)節(jié)。通電檢查時(shí)，表觀的動(dòng)作部件應(yīng)能正常動(dòng)作，顯示部分應(yīng)有相應(yīng)顯示。通電穩(wěn)定20min。

第二步為儀器零點(diǎn)校準(zhǔn)。通入新鮮空氣，讓儀器穩(wěn)定后，調(diào)準(zhǔn)儀器零點(diǎn)。

第三步為儀器示值校準(zhǔn)。先通入1%的標(biāo)準(zhǔn)氣樣，待儀器示值穩(wěn)定后，對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)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(biāo)準(zhǔn)氣樣，觀察示值是否在誤差范圍內(nèi)。以上操作重復(fù)三次，如有一次不合格，重復(fù)校準(zhǔn)。endprint

任務(wù)2：瓦斯電閉鎖控制線路裝調(diào)。

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(shù)指標(biāo)。

第二步完成礦用斷電控制器與分站、被控電磁啟動(dòng)器和饋電開關(guān)的連接。

第三步進(jìn)行閉鎖關(guān)系配置，試驗(yàn)設(shè)備斷電與復(fù)電功能。

第四步結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)觀察和監(jiān)控畫面投影顯示完成瓦斯電閉鎖調(diào)試。

4 考核

由于實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涉及的知識(shí)點(diǎn)多，需要合理評(píng)定實(shí)訓(xùn)成績(jī)，以使成績(jī)真正反映學(xué)生的綜合能力。考核從三個(gè)方面評(píng)分：（1）對(duì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)基本概念及電路原理圖的熟悉程度；項(xiàng)目是否裝調(diào)成功；接線是否合理規(guī)范美觀等。（2）實(shí)訓(xùn)中表現(xiàn)出的排除故障能力，團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力等。（3）考慮實(shí)訓(xùn)態(tài)度以及實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成的認(rèn)真程度。同時(shí)，在開展實(shí)訓(xùn)的教研過程中，注重傾聽學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的意見和建議，及時(shí)調(diào)整實(shí)訓(xùn)方案，改進(jìn)教學(xué)方法，為每個(gè)環(huán)節(jié)制訂合理的比例，使學(xué)生明確努力方向，激發(fā)其實(shí)訓(xùn)的積極性。

5 實(shí)踐效果

礦用電氣設(shè)備實(shí)訓(xùn)內(nèi)容在我系2014級(jí)采礦工程專業(yè)4個(gè)班試行后，教學(xué)效果明顯提高。由于實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的完成不僅要求學(xué)習(xí)者熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)與元件功能，還需要掌握礦用電氣設(shè)備原理圖，利用原理圖完成接線，裝調(diào)和排錯(cuò)任務(wù)，直至整個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目最終做完。期間涉及到的許多東西都是書本上無法體驗(yàn)到的。這些挑戰(zhàn)大大激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也加深了他們對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解。

另一方面，在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的引導(dǎo)和組織過程中，指導(dǎo)教師也在不斷發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)反思。通過與學(xué)生共同實(shí)施項(xiàng)目?jī)?nèi)容，指導(dǎo)教師與學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)交流和討論，知識(shí)點(diǎn)的掌握情況能得到及時(shí)反饋，提高了教學(xué)效率。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合我系實(shí)際情況，介紹了礦山電氣設(shè)備實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)踐與思考。作為煤礦專業(yè)人才培養(yǎng)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，礦山電氣設(shè)備實(shí)訓(xùn)課程的重要性已得到同行認(rèn)同。但實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的內(nèi)容、方法、手段、形式等還不甚完善，有待在實(shí)踐教學(xué)中逐步改進(jìn)，以進(jìn)一步提高課程實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。電路設(shè)計(jì)滿足要求。

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