王凱，蔣曙光，吳征艷，邵昊，裴曉東

(中國礦業(yè)大學安全工程學院，江蘇徐州221116)

安全工程專業(yè)是在礦井通風與安全專業(yè)的基礎上發(fā)展而來的，安全監(jiān)測監(jiān)控作為安全工程專業(yè)的一門專業(yè)課，隨著煤礦機械自動化及監(jiān)控智能化的發(fā)展，逐步凸顯了課程配置的重要性。鑒于監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，教材及課程配置都在與時俱進的修訂，監(jiān)控單元主體由單片機系統(tǒng)的基礎講解升級為PLC系統(tǒng)基礎知識講解，但是，課程的基礎實驗與課堂教學演示系統(tǒng)一直沒有進行系統(tǒng)化配置與改進，造成課程開設過程中教師授課理論內(nèi)容枯燥、學生學習困難的問題。通過自主研發(fā)安全監(jiān)測監(jiān)控基礎實驗裝置，整合升級了現(xiàn)有實驗室資源，合理配置實驗課程，建立開放實驗室，加強了學生監(jiān)測監(jiān)控基礎能力的訓練。開發(fā)安全監(jiān)測監(jiān)控課堂教學演示系統(tǒng)，擺脫理論講解的乏味，提高學生的課堂學習效率;課程教學計劃結(jié)束后，建立完善的課程設計計劃，高效實現(xiàn)了安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設計的整體拓展訓練目標［1］。

1 實驗教學裝置的開發(fā)及開放實驗室建設

實驗教學因其直觀性、實踐性、科研性及綜合性等獨特條件，在高等院校整個教學體系中具有十分重要的地位［2］。它比課堂理論講授更接近學生的實際，更容易啟發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維及實踐能力。常規(guī)實驗和科研訓練是一種知識與能力、理論與實踐相結(jié)合的活動，是一種全方位提高學生綜合素質(zhì)和科研訓練水平的重要教學環(huán)節(jié)，其目的不僅在于驗證理論或加深理論的理解，更重要的是培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力和分析解決實際問題的能力［3，4］。如何改變實驗設備的現(xiàn)狀，滿足新時代要求，是擺在我們面前的一項緊迫任務。

結(jié)合我校安全工程學院江蘇省實驗教學中心的現(xiàn)狀，建設煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控基礎實驗系統(tǒng)及教學科研一體化的開放實驗［5，6］很有必要。開發(fā)一套可編程控制的教學實驗系統(tǒng)——PLC實驗教學模擬控制板及各種方便學生實驗操作的監(jiān)測監(jiān)控組件，著重培養(yǎng)學生的實踐能力，并給學生留有科研拓展的發(fā)揮空間，具有很好的適應性和擴展性，形成一套安全監(jiān)測監(jiān)控基礎知識學習與科研拓展訓練于一體的實驗平臺。實驗教學系統(tǒng)的開發(fā)應用不僅能豐富教師的教學手段，提高學生的學習興趣，提高教學效果，而且能夠為專業(yè)老師在復雜控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等方面的研究提供實驗對象及實驗設備。通過建設基于光纖通信的PLC主從式站點通信實驗平臺，提高學生對監(jiān)控系統(tǒng)遠程通信的硬件組合及軟件編程能力;鑒于井下風電瓦斯閉鎖要求，建立基于PLC自動控制的局扇瓦斯超限斷電模型實驗系統(tǒng)，提高學生對監(jiān)控系統(tǒng)功能實現(xiàn)的認知和編程能力。整合調(diào)試實驗室已有的KJ90型煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)，基于PLC遠程控制的煤礦井下避難硐室環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)，通過組合功能調(diào)試，提高學生設計監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的能力。

2 課堂教學演示系統(tǒng)的開發(fā)與應用效果分析

安全監(jiān)測監(jiān)控這門課程是從事工業(yè)自動化、安全管理等行業(yè)人才所應具備的基礎控制技術(shù)的重要教學內(nèi)容［7，8］。該課程任務是使學生掌握可編程控制器的基本組成和工作原理，理解工業(yè)控制網(wǎng)絡及現(xiàn)場總線技術(shù)，了解安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成，掌握可編程控制器的各種單元、規(guī)格，內(nèi)部繼電器及數(shù)據(jù)區(qū)，理解其通信功能，能按照可編程控制器的設計步驟去分析和設計對應的控制系統(tǒng)。因為該課程的理論性和實踐性都很強，所以為了提高教學效果，在學習理論知識的同時，必須利用課堂教學演示系統(tǒng)提高教學效果，加強認知實踐能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)適合面向生產(chǎn)一線的高技能人才，滿足社會的需求。

教學演示系統(tǒng)是為教學而設計，鑒于課堂教學的特殊性，其應該具有以下幾個特點:1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小巧，便于攜帶，操作方便，且可與可編程的PC機一塊置于實驗臺上，隨時進行編程和實驗。2)實驗裝置采用插頭和插座式的連接方式，硬件導線的連接十分簡易，在實驗室可以實現(xiàn)即插即用，不用任何工具即可進行實驗［9］。3)突出教學實習、實驗裝置的實用性，具有模擬量和開關(guān)量多種輸入方式，設計了可以實現(xiàn)這兩種實驗的實驗模塊，簡單實用。4)具有很好的可擴展性。

作為整個課堂教學演示系統(tǒng)的核心部分，PLC教學模擬控制板需要進行組裝，組裝過程中要遵循以下原則:1)接口的分布要合理，恰當。2)器件的布置要做到美觀，符合人們的使用習慣。3)在焊接的過程中要避免短路，使焊點之間保持一定的距離。該模塊在制作過程中，先把PLC、EM231、EM232固定在印刷板上，模塊和模塊之間通過電纜進行連接。在印刷板正面，通過導線將PLC及其擴展模塊各接口引到前面的接線柱上面，在印刷板底部，利用烙鐵將接線柱底部和排線插頭底部連接起來，在這個過程中，要確保接口的合理分布以及連接可靠，避免脫落、短路的情況出現(xiàn)，連接后的模塊示意圖如圖1所示。

開關(guān)量輸入模塊作為實驗系統(tǒng)的主要部分，在組裝過程中除了要遵守一般的器件組裝原則之外，還要根據(jù)實驗的內(nèi)容和要求，合理布置器件在印刷板上的位置和間距，由于器件比較多，板子上空間有限，所以，在組裝的過程中要特別的注意。方法和PLC及其擴展模塊的組裝方法一樣，板子正面通過接線柱連接，板子底面用烙鐵把排線插頭和接線柱連接起來，組裝好的開關(guān)量輸入模塊如圖2所示。

圖2 開關(guān)量輸入模塊實物圖

課堂教學演示系統(tǒng)在教學過程中提高了學生的學習興趣，課堂教學演示系統(tǒng)有多種輸入輸出方式，實驗效果明顯，便于觀察，可以增強同學們學習的積極性，將枯燥的專業(yè)課教學轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃频摹鞍咐虒W”。課堂教學演示系統(tǒng)還可以實現(xiàn)的實驗內(nèi)容豐富多樣，學生可以根據(jù)不同的實驗要求，利用不同的輸入輸出元件，編寫相應的控制程序，使理論學習與實踐操作緊密結(jié)合，提高學生的編程能力和創(chuàng)新思維能力，大幅度的提高學習效果。

3 完善課程設計的各個環(huán)節(jié)及整體的拓展訓練

課程設計是本科實踐教學的一個重要環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新能力和綜合解決問題能力為目的，傳統(tǒng)的課程設計方式無法與自動化信息化技術(shù)的發(fā)展及社會需求發(fā)展相適應，為了提高學生的實踐能力，結(jié)合課堂教學的改革及開放實驗室的建設，培養(yǎng)學生理論與實踐相結(jié)合能力、工程設計能力、創(chuàng)新能力，完成工程師基本技能訓練。通過分析課程的課堂教學，提出挑戰(zhàn)性的設計題目、指導教師的主導作用及評分機制等教學內(nèi)容對課程設計的作用效果，構(gòu)建將多種教學元素與課程設計交匯融合的創(chuàng)新課程設計模式，對課程設計的各個環(huán)節(jié)進行全面改革和拓展［10］。

為了提高課程設計的教學實踐效果，具體通過以下幾個方面進行改革:1)加強課堂教學與課程設計的交匯融合，在課堂教學中間階段適時地把課程設計的題目、任務、要求等告知學生，通過課堂教學引導學生的創(chuàng)新思維，將課堂教學與課程設計融會貫通，使學生在課程設計時就有了充分的準備和認知，更能發(fā)揮學生的創(chuàng)新潛能［11］。2)提高學生的創(chuàng)新思維能力，鼓勵學生大膽創(chuàng)新，在課程設計的每一個環(huán)節(jié)都要融入創(chuàng)新思想和意識，選題一定要具有前沿性和挑戰(zhàn)性，設計過程中要注重創(chuàng)新思維。教師在指導過程中要善于啟發(fā)、鼓勵學生，增加網(wǎng)絡信息資源的查閱量，切實通過課程設計提高學生的理論知識和實際工程的結(jié)合能力，為以后工作打下良好的基礎。3)教師在課程設計的指導過程中要做到因材施教，充分考慮學生間的個體差異及學習的層次基礎，分不同的難度系數(shù)對每一組學生安排課程設計題目，最大限度發(fā)揮每一位學生的潛能。4)改變課程設計的評分機制，打破對設計圖紙和設計說明書進行綜合評分確定總分的傳統(tǒng)方法，融入答辯式評分模式，最好能融入到設計的每個階段，激發(fā)學生的辯論思維能力，提高答辯權(quán)重，保證課程設計的創(chuàng)新性和應用性，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力［12］。

4 結(jié)論

通過對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控課程改革進行全面分析，全方位的對課堂教學、實驗課程及開放實驗室建設、課程設計等方面的改革進行了論述，獲得了如下結(jié)論:

1)設計了基于PLC的綜合教學實驗系統(tǒng)，整合了實驗原有的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)資源，建成了集教學科研于一體的開放實驗室，既可以滿足基本教學科研的實際應用，又節(jié)省了大量的實驗裝置，經(jīng)濟實惠，一舉兩得。

2)研制了一種新型的可編程控制器教學演示系統(tǒng)——PLC教學模擬控制板，著重培養(yǎng)學生的認知實踐能力，并給學生留有足夠的發(fā)揮空間，提高了學生的學習興趣，實現(xiàn)了良好的學習效果。

3)通過課堂教學與課程設計交匯融合、提出挑戰(zhàn)性與創(chuàng)新性的設計題目、指導教師的主導作用、評分機制等四個方面進行課程設計的教學改革。構(gòu)建了多種教學元素與課程設計交匯融合的創(chuàng)新模式，全面提高了學生理論知識和實際工程結(jié)合的實踐能力。

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