安全技术防范课堂实验教学方法及实验设备的研究

李 盛，赵传升

（铁道警官高等专科学校，郑州 450053）

一、引言

在社会结构越来越复杂、社会层次划分日益明显的背景下，公安工作中以科技应用为核心，以预防和阻止犯罪为根本目的的安全技术防范工作正发挥着越来越重要的作用，安全技术防范已经成为社会治安综合治理的一个重要手段。安全技术防范课程在全国警察类院校均有开设，该课程以电子信息技术、计算机技术、生物识别技术、物理化学分析方法等原理为理论基础，以公安业务应用为目的，在教学内容上强调培养学生的社会人文知识、自然科学知识与公安专业知识的协同发展，强调课程体系、知识结构的整体优化。对警察类院校的学生而言该课程属于科技前沿课程，学生通过该课程的学习，可以了解“科技强警、向科技要警力”的具体含义，理解掌握各种探测报警装置、视频监控及其应用系统、自动火灾探测系统等智能化的系统组成原理和应用方法［1］。对于警察执法部门而言，安全技术防范就是利用安防产品和系统开展安全防范工作的一项公安业务，在入侵防范、安全检查、取证调查等领域有着广泛应用。因此，有必要结合当前科学技术发展的状况，对安全技术防范课程的教学进行不断研究。

二、安全技术防范课程的课堂教学模式与问题

1.教学模式。

目前，国内少数警察类院校中开设的有安全防范工程专业，可以做到按照培养工科复合型人才的方式培养学生，以案例教学为手段，取得了良好的效果［2］；其他大部分的警察类院校采用在治安或者侦查专业中开设安全技术防范课程来教授相关知识，而按照这种方式进行安全技术防范的课堂教学存在两个主要问题：（1）课堂教学质量提升困难，学生学习该课程目的不明确。由于治安和侦查专业体系下的其他课程教学中涉及计算机、电子电路等专业基础课程较少，使得学生在理解电子安防系统工作方式和工作原理等知识时有较大难度，无法领悟该课程与自身专业的结合点和应用方向；（2）课堂中缺乏能使学生进行参观、操作的安防教学设备，不利于学生理解知识。这种情况的产生是由于安全技术防范课程在警察类院校属于较新的课程，设备供应商所提供的用于课堂教学的产品的成熟度、与课程结合的紧密度和方便度都不够。但是安防实验是教学过程中的一个重要环节，学生只有亲自参与实验，才能对各种技防产品有感性的认识，更好地把握理论本质。

大部分警察类院校的安全技术防范课程教学被划分为课堂理论教学与实验室实训教学两部分内容先后开展，形式上主要以课堂理论讲授在先、实验室感性参观在后的结合方式，此方法沿用多年，在理论课程和实验课程的教学衔接紧密的课程安排下，会有较好的教学效果，以60人组成的班级为例，按照该方式的教学流程如图1所示：

2.教学过程中存在的不足。

但是该种教学方法具有四个不足：（1）课程的开设有一定的前提条件，需要首先建立相应的安防技术实验室并投入大量的资金购买成品设备，否则就没有实验课做支撑，学生无法理论联系实际；（2）无法在课堂讲授理论的同时立即进行实验现象的展示，仅凭课堂中单一的理论无法提升学生的学习兴趣；（3）学生人数较多的情况下，实验实训室不能容纳整个班级学生，需要将学生分批次带入实验实训室中逐批次教学，该种情况下不仅压缩了学生实验实训的时间，也增大了任课教师的学生管理负担和重复劳动量；（4）课堂教学过程中需要实际产品的展示配合理论讲解，而安防设备有些体积较大不便于携带，有些在实验室中已经固定在特定位置上不易拆卸，在教授理论的同时没有的设备演示，使得课堂内容显得单薄无力。

三、基于手持式实验设备的教学方法

目前国内的各个开设此课程的警察类院校均在谋求教学方法、实训实验设备的改进，引入案例教学、新发展方向教学等方法来提升教学的质量［4-5］。也有相关人员在电子技术与计算机技术高速发展基础上提出了移动学习资源推送的概念，提出了“形式移动，内容互动”的教学方法［6］。针对此前的分析，解决安全技术防范课堂教学的关键在于以下三点：（1）在不影响教学效果的前提下减少安防技术实验教学的场地和资金投入问题；（2）构建新的具有启发式的教学方法，以投入成本低但实际教学效果明显的方式，让学生在学习的整个过程中均能受到启发式的教学手段指引；（3）让全体学生能同时进行实验现象的观察或者做简单的操作，紧密的把理论和实验结合起来。为了解决这三个关键点，设计制造一种便携式的、低成本的、集成较多安防设备原理展示功能的课堂实验实训教学设备成为了必然的选择，这样既能配合理论课程的讲解，帮助学生理解课堂授课内容，激发学生学习热情，又能节约场地建设和实验设备购买投入。由此而产生的理论教学与模拟实验演示同步走，大型实验室教学随后跟进的教学方法具有非常强的现实意义，其教学流程如图2所示。

就以上阐述的安全技术防范课程理论教学与实验室教学的特点，需要开发并利用手持式、多功能安防演示实验装置，将课堂理论教学与实验实训同时在课堂内结合在一起，来提升安防课程教学效果。使得学生能在课堂中及时的验证所学知识，以最直观的方式打破学生对安防产品的神秘感。结合该方式的具体课堂教学模式图3所示。

四、手持式实验设备开发

1.功能需求设计。

着眼于前文阐明的观点，设计一套便携式、低成本、多功能的安防技术实验设备结合新的课堂教学方法，能提高安全技术防范课程的课堂教学的质量和效果。根据教学需要，实验设备应具备基础功能和综合功能，基础功能包含定时计数、LED显示、数码显示、液晶显示、RS232通信、温度检测、USB通信、继电器、键盘输入、程序下载、数据存储、蜂鸣报警；综合功能包含交通灯演示、定时起爆演示、智能消防系统原理演示、定时爆炸物计时演示、液晶屏信息展示、智能报警系统等。综合功能是由教师自行编制的程序组合基础功能而决定的，具有一定灵活性。

实验设备采用嵌入式系统设计制造方法，分为设计阶段和制造阶段两部分，设计阶段从原理级设计开始，至印制电路（PCB）设计为止。制造阶段从电路板制出场后的元器件焊接开始，至设备运行调试结束为止，本文只介绍设计阶段工作。

2.原理图及印制电路板设计。

根据基础功能的要求，利用Altium Design软件将原理图设计分为七个部分独立设计，分别是：（1）控制处理部分；（2）电源部分；（3）输出显示部分；（4）键盘输入部分；（5）数据存储部分；（6）通信部分；（7）液晶输出接口部分。

控制处理部分采用8位单片机，单片机的输出引脚连接锁存器，以实现输出引脚的复用，如图4所示；

电源部分采用USB供电，电脑的USB接口提供5V的直流电，可方便的提供单片机和其他芯片工作的标准电压；输出显示部分由LED显示和数码管显示两部分组成，均采用锁存器配合处理控制其输出的规律和效果；键盘输入采用矩阵键盘和独立键盘双功能符合键盘，以方便键盘的功能设定；数据存储部分采用可重复擦写EEPROM，用以存储系统运行时所需要的临时数据；通信部分分为RS232通信和USB通信，这两种通信方式均可用于数据传送和程序下载，电路结构分别如图5、图6所示

图5 USB通信

电路的印制电路板图是在原理图设计完毕的基础上，映射到印制电路板设计环境下进行元器件布局及布线，最后效果如图7所示。

五、结语

本研究属于信息化教学改革在具体课程中的实际应用，具有很强的实践意义，经课堂教学实践证明，对提高教学质量有极大帮助，有助于安防技术课程教师提升自身教学水平。研究的意义在于，提出了新的教学模式，并且自行设计制造课堂教学实验实训设备，从教学设备和教学内容两方面提升安防课程教学效果。此教学模式和教学设备可以向其他与信息科技有关，或者需要借助电子信息科技来展示其原理的课程推广，如排爆、消防、网监、危险物品管理等课程，具有普遍的指导意义。

［1］ 李锦涛，曾惠.安全防范工程专业发展方向探讨［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2006，48：93-95.

［2］ 刘舒.论安全防范工程专业人才培养模式［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2000，17：39-40.

［3］ 罗万杰.案例教学法在安全防范系统与工程教学中的应用探索［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2011，67.

［4］ 吕美琛.提高治安专业安全技术防范教学质量的思考［J］.广西公安管理干部学院学报，2004，64.

［5］ 孙宏.高职安全防范工程实训课程建设的若干思考［J］.中国现代教育装备，2006，44.

［6］ 张豪锋，王春丽.基于RFID的移动学习资源推送系统设计［J］.中国电化教育，2012，（02）.