基于生產(chǎn)情境的實訓設(shè)計與實踐

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)情境對礦用電氣設(shè)備教學內(nèi)容進行實訓設(shè)計。實訓過程強調(diào)教學內(nèi)容的系統(tǒng)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(yè)技能和業(yè)務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：實訓設(shè)計 生產(chǎn)情境 系統(tǒng)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(xiàn)科學采礦的必需手段[1]。科學采礦需培養(yǎng)復(fù)合型人才，既擁有堅實的數(shù)學、力學、經(jīng)濟學基礎(chǔ)理論，也要有礦山機電、礦井通風與安全、資源與環(huán)境方面的知識[2]。機電設(shè)備的使用、維護和保養(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電事故卻時有發(fā)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(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)的一線職工隊伍。

實踐教學是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。實訓是培養(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)強調(diào)能力優(yōu)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(xiàn)一種“干中學”的教學設(shè)計，取得很好效果[9]。

《礦山電工學》是煤礦主體專業(yè)學生需要學習的一門課程。該課程的抽象性、專業(yè)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(shè)備進行實訓設(shè)計。以項目來引導(dǎo)學生主動學習、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。實訓設(shè)計的指 導(dǎo)思想是建立學生對礦用電氣設(shè)備的系統(tǒng)觀和工程觀，通過學生的主動參與、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)

隨著煤礦機械化、自動化的發(fā)展，煤礦供電電壓在升高，供電距離在加長，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。我們同時應(yīng)該想到，礦用設(shè)備電火花產(chǎn)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(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)崗位標準作業(yè)流程并運行實施，并已取得顯著成效[13-15]。因此，相關(guān)內(nèi)容應(yīng)成為實訓設(shè)計的要點。

礦用電氣設(shè)備教學中，采用圖1所示的生產(chǎn)情境作項目來源。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，是與學生當前學習內(nèi)容接近的實際生產(chǎn)情境。

2 實訓內(nèi)容整體設(shè)計與教學手段

2.1 實訓環(huán)境構(gòu)建

實訓室設(shè)備布置如圖2所示。在實訓室中，設(shè)備有局扇YBT-2.2、工作機械異步電機YBS4-75、饋電開關(guān)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(jiān)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(shè)置。四組分別為甲烷標校組，監(jiān)控主機參數(shù)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(qū)。室內(nèi)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(shè)備單機控制實訓

實訓目的：熟悉饋電開關(guān)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(jié)構(gòu)特征；掌握電路原理圖識讀方法；學習礦用隔爆二聯(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(lián)鎖接線，實現(xiàn)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(shè)備電纜的信號采集；完成甲烷傳感器、分站、信號傳輸接口、監(jiān)控主機、斷電器、開停傳感器及設(shè)備電纜間接線，進行斷電關(guān)系配置實現(xiàn)功能閉鎖。

教學手段：板書、PPT、實訓設(shè)備操作與演示相結(jié)合。

3 實訓單元設(shè)計

3.1 電氣設(shè)備單機控制實訓

預(yù)備內(nèi)容：（1）實訓設(shè)備涉及工作機械，電磁啟動器和礦用饋電開關(guān)。（2）設(shè)備開蓋實操要嚴格遵循電源斷電，拉開隔離開關(guān)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(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，解除電磁啟動器閉鎖，合電磁啟動器隔離開關(guān)，掛送電標志牌。（3）電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)識讀。（4）電氣原理圖識讀：遵循“一并二分三先四序”原則。“一并”是將原理圖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。“二分”是將原理圖的主電路和控制電路區(qū)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。“四序”指電氣設(shè)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(wù)分解

任務(wù)1：電動機JW6314的分立元件控制線路裝調(diào)。

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

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

3.1.2 實訓過程

任務(wù)1：電動機JW6314的分立元件控制線路裝調(diào)。

考慮到知識的前后聯(lián)系，特設(shè)計本任務(wù)，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(zhí)行本項目任務(wù)2和任務(wù)3的難度，此任務(wù)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(diào)。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(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，鼓勵對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(tǒng)，然后完善線路功能的原則。

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

第一步識讀饋電開關(guān)與電磁起動器結(jié)構(gòu)，并完成饋電開關(guān)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(lián)按鈕接線圖通過可移動白板展示。

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

第一步識讀饋電開關(guān)與可逆電磁起動器結(jié)構(gòu)，并完成饋電開關(guān)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(guān)注三聯(lián)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(lián)按鈕接線圖通過可移動白板展示。

3.2 風電閉鎖實訓

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

實訓步驟：

第一步識讀饋電開關(guān)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(guān)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(xiàn)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(yù)備內(nèi)容：（1）實驗設(shè)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(jiān)控主機、礦用信息傳輸接口KJ340-J等。（2）調(diào)校用標準氣樣和設(shè)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(yīng)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(wù)分解

任務(wù)1：甲烷傳感器標校。

任務(wù)2：瓦斯電閉鎖控制線路裝調(diào)。

3.3.2 實訓過程

任務(wù)1：甲烷傳感器標校。

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，表觀的動作部件應(yīng)能正常動作，顯示部分應(yīng)有相應(yīng)顯示。通電穩(wěn)定20min。

第二步為儀器零點校準。通入新鮮空氣，讓儀器穩(wěn)定后，調(diào)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(wěn)定后，對儀器進行調(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%標準氣樣，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。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。

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(guān)的連接。

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

第四步結(jié)合設(shè)備運行狀態(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

由于實訓內(nèi)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(wù)基本概念及電路原理圖的熟悉程度；項目是否裝調(diào)成功；接線是否合理規(guī)范美觀等。（2）實訓中表現(xiàn)出的排除故障能力，團隊合作能力和創(chuàng)新能力等。（3）考慮實訓態(tài)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(diào)整實訓方案，改進教學方法，為每個環(huán)節(jié)制訂合理的比例，使學生明確努力方向，激發(fā)其實訓的積極性。

5 實踐效果

礦用電氣設(shè)備實訓內(nèi)容在我系2014級采礦工程專業(yè)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(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)和排錯任務(wù)，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(zhàn)大大激發(fā)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(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。通過與學生共同實施項目內(nèi)容，指導(dǎo)教師與學生現(xiàn)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(jié)語

本文結(jié)合我系實際情況，介紹了礦山電氣設(shè)備實訓課程的實踐與思考。作為煤礦專業(yè)人才培養(yǎng)重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一，礦山電氣設(shè)備實訓課程的重要性已得到同行認同。但實訓項目的內(nèi)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(zhì)量。電路設(shè)計滿足要求。

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