安全檢測技術課程在實驗教學中的改革與實踐

陳志峰，李 峰，徐立軍

(1.新疆工程學院安全科學與工程學院，烏魯木齊 830091； 2.中國礦業大學(北京)應急管理與安全工程學院，北京 100083； 3.新疆工程學院科研處，烏魯木齊 830091)

為避免在煤礦生產中出現瓦斯爆炸、煤塵爆炸、瓦斯涌出、透水、火災等事故，不僅要實現生產的自動化、智能化，還要培養一批掌握現代化技術的工程技術人員。安全檢測技術課程要求學生掌握主監測監控系統的安裝調試、數據參數設置、通訊設置、各類傳感器的安裝和使用、傳感器的標定、各類檢測儀器的操作等，進而保證安全生產[1]。

1 安全檢測技術實驗教學中存在的問題

安全檢測技術這門課程的理論部分占比接近80%，僅讓學生掌握實驗課的知識點是遠遠不夠的，會導致學生不能系統地掌握安全檢測技術的各項操作，實驗教學中驗證性實驗占比大，學生很難把實驗內容與企業的實際生產有機結合，現有教材里的知識點已落后于煤礦企業實際生產中的安全檢測技術[2-3]，造成學生所掌握的知識和基本操作技能無法與企業現有的技術對接。安全檢測技術涉及電氣、通信、煤礦開采等學科，但學生從書本上掌握的知識點非常有限，只能局部掌握檢測技術知識，且教學所用的實驗設備未能及時更新，與企業現有技術脫節。

2 實驗教學內容及改革措施

2.1 實驗實訓教學內容

安全檢測技術課程主要涉及煤礦主監測監控系統，煤礦通信系統，檢測儀器的安裝、操作和使用，氣相色譜儀對有毒有害易燃易爆氣體的測定，便攜式檢測儀的操作等實驗教學內容，每一項實驗內容與教材呈對應關系[4]。

2.2 實驗教學改革措施

當前的煤礦開采已運用了多種方式的監控和檢測技術，不斷改進實驗方式，結合實驗室已有的監控系統和檢測設備，制訂行之有效的操作規程，實驗內容應切合安全檢測技術這門課程，不僅鞏固了學生的理論知識，同時也驗證了所學的理論知識，在掌握基礎理論的同時還要不斷進行實驗拓展[5]。實驗教學中，應減少驗證類實驗比例，增加綜合類、設計類實驗比例，通過小組競賽、鼓勵學生參加大創比賽、加強實驗室的對外開放力度、完善實驗室儀器設備的管理制度等手段優化現有的教學模式，實驗教學改進如圖1所示。

改進后的實驗課加強了實驗的機動靈活，以往教師講解、示范，學生操作，無法提升學生對實驗的重視和興趣，教師也不易了解學生對實驗的掌握程度。為解決這一問題，采用如下方法：改進實驗教學方法，在實驗前，應用煤礦安全技術虛擬仿真軟件在仿真礦井內對傳感器、檢測儀器進行仿真操作，結合現代化仿真礦井模型了解檢測、監控、井下的主站和各類傳感器的安裝和分布，掌握系統各元件的功能和原理，使學生加深系統和空間的概念，并檢測操作設備、監測監控系統主站的參數設定。

圖1 安全檢測技術實驗課的創新教學方法Fig.1 Innovative teaching method of the experimental courses of security detection technology

加強學生動手能力的培養，檢測、監測儀器的數據準確性對安全保障起著決定性的作用，在標定傳感器時，以CH4、CO、H2S、CO2氣體為例，用1%的CH4、26PPmCO、6.7PPmH2S、310PPmCO2標氣來標定傳感器、檢測儀的顯示值和報警值，如果存在誤差，學生就要修訂瓦斯傳感器的顯示值[6]，從表1可以看出，通過標氣標定的瓦斯報警檢測儀超出允許誤差范圍，需進行標定。通過實驗，學生了解了傳感器、檢測儀器的安裝和操作，掌握了煤礦有毒有害易燃易爆氣體的監測、檢測技能，認識到了這些實驗儀器對煤礦安全生產的重要性，同時也鍛煉了學生分析判斷問題的能力。

表1 檢測儀器及傳感器標定Tab.1 Testing instrument and sensor calibration

在實驗課的創新學習中，學生要闡述實驗過程和所學知識，鍛煉了學生的知識總結能力，也加深了學生對知識的記憶，教師也能夠了解學生對實驗的掌握程度，提升教學的針對性。安全檢測技術的實驗教學分為綜合類、設計類、演示類、驗證類等實驗類型，對于煤礦掘進工作面各類傳感器的分布問題，應采用設計類、綜合類實驗，這樣易與生產實際相結合，如圖2～圖3所示。

圖2 掘進工作面傳感器分布圖Fig.2 Distribution diagram of driving face sensor

圖3 瓦斯傳感器標定Fig.3 Gas sensor calibration

圖2要求學生在做實驗前先畫出各類傳感器的安裝位置和所起作用，圖3進行線路連接、通電檢測和標定，這種將綜合類實驗和設計類實驗有機結合的方式，使學生對煤礦掘進工作面的工作方式有了一定的了解，再結合《煤礦安全規程》的要求，設計傳感器、工作站的安裝方案，進行參數設定和調試，與企業的實際生產相結合，運用這種教學方法，大大提高了學生的學習興趣和創新能力。

為了讓學生盡快掌握實驗方法，新疆工程學院煤礦安全實驗教學示范中心編寫了一套完整的實驗指導書，要求學生提前預習，對實驗具有初步的認識，為了讓學生盡快掌握儀器的操作方法，要求教師提前熟練掌握儀器的操作方法，再結合儀器的操作原理，編制出通俗易懂的儀器操作規程，對學生快速掌握儀器的操作方法起到了促進作用。改變以往的實驗課程安排，重視培養學生的設計能力和動手能力，對實驗班級進行分組，將實驗分成幾個模塊，即主監測監控站的參數設置、通信系統參數設置、傳感器的使用及安裝、傳感器的標定等，各小組在實驗前要做好每個模塊的實驗設計，完成一個模塊的實驗并符合要求后，可進行另一個模塊的實驗，大大提升了實驗效率，各小組可以分享實驗心得，教師及時給予指導。細化實驗成績的評判標準，將學生的實驗設計、實驗數據的準確度、學生的動手能力、完成實驗的質量、考勤等內容納入學生實驗成績的綜合評定中，提高了學生實驗的創新能力和積極性。

在學生具有一定的安全檢測技術理論和實驗基礎后，可在教師指導下自主設計項目，鼓勵學生參與大學生創新實驗或參與教師的科研課題，并積極參與相關比賽，不僅讓學生學習了專業的前沿知識，也開闊了學生的視野，2019年2016級學生參加的第五屆全國高校安全科學與工程大學生實踐與創新作品大賽中，《風機的智能控制系統》獲一等獎，《氣瓶柜安全防護及報警裝置》獲三等獎。

3 結語

安全檢測技術應用廣泛，企業的生產智能化程度越來越高，特別是煤礦企業的井下生產逐步走向智能化、無人化，安全檢測技術這門課程就顯得尤為重要，要求教師創新教學方法，提升理論教學和實踐教學能力。新疆工程學院的實驗教學依托煤礦安全實驗教學示范中心與煤礦機電工程研究中心等平臺，引進了大量先進的實驗設備，改進了實驗教學方法，加強了學生的動手能力和實驗設計能力，為其他專業課提供了切實可行的教學改革思路。