基于生产情境的实训设计与实践

潘志栋++贺全智++张盈盈++李正术

摘 要：根据课改需要，结合煤矿典型生产环节和本地煤矿生产岗位需求，基于生产情境对矿用电气设备教学内容进行实训设计。实训过程强调教学内容的系统观和工程观。阐述了实训思路、项目组成、实施步骤等。实践表明，这是一种有效的教学方法，有助于提高师生的职业技能和业务水平。

关键词：实训设计 生产情境 系统观 工程观

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：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

机械化、信息化和智能化是采矿前进的方向，是实现科学采矿的必需手段[1]。科学采矿需培养复合型人才，既拥有坚实的数学、力学、经济学基础理论，也要有矿山机电、矿井通风与安全、资源与环境方面的知识[2]。机电设备的使用、维护和保养始终是煤矿安全生产的重要前提。然而管理不到位造成的机电事故却时有发生[3-5]。2013年，山西省政府出台煤矿变招工为招生改革方案，规定煤炭企业招工必须从煤炭院校相关专业毕业生中招录[6]。通过提高煤矿用工门槛的方法来打造高素质的一线职工队伍。

实践教学是应用型人才培养的关键。实训是培养高素质应用型人才的基本途径。应用型人才培养应强调能力优先，注重实践和实训[7-8]。北京交通大学和燕山大学注重用“项目”的方法把学生的学习嵌入“项目”，边学习边实践，体现一种“干中学”的教学设计，取得很好效果[9]。

《矿山电工学》是煤矿主体专业学生需要学习的一门课程。该课程的抽象性、专业性和实践性均较强[10-11]。为克服学习者的畏难心理，对矿用电气设备进行实训设计。以项目来引导学生主动学习、发现问题和解决问题。实训设计的指 导思想是建立学生对矿用电气设备的系统观和工程观，通过学生的主动参与、自主协作，探索创新来提高其心智技能。

1 生产情境创设

随着煤矿机械化、自动化的发展，煤矿供电电压在升高，供电距离在加长，矿用电气设备容量在增加，矿井生产能力在加大。安全生产是煤矿永恒的主题。我们同时应该想到，矿用设备电火花产生的机率在增加，瓦斯煤尘爆炸的可能性在增大。新版《煤矿安全规程》第487条规定：所有矿井必须装备安全监控系统。防范瓦斯事故是制订这条规定的主要原因之一[12]。为保证安全和作业质量，一些矿井组织编写了生产岗位标准作业流程并运行实施，并已取得显著成效[13-15]。因此，相关内容应成为实训设计的要点。

矿用电气设备教学中，采用图1所示的生产情境作项目来源。该生产情境结合了煤矿典型生产环节[16-18]和本地煤礦生产岗位需求，是与学生当前学习内容接近的实际生产情境。

2 实训内容整体设计与教学手段

2.1 实训环境构建

实训室设备布置如图2所示。在实训室中，设备有局扇YBT-2.2、工作机械异步电机YBS4-75、馈电开关KBZ-220/660（380）、电磁启动器QJZ16-80/660（380）、可逆QBZ-80/660（380），浓度1%、1.5%和2%的甲烷标准气体、矿用传感器标校装置，甲烷传感器GJC4（A），矿用断电器KDC660，矿用分站KJ340-F，监控主机，矿用信息传输接口KJ340-J，大屏幕投影等。

实训室按照每批四组，每组3～5人设置。四组分别为甲烷标校组，监控主机参数配置组，工作机械控制组，局扇控制组。沿墙布置投影幕布和可移动白板辅助教学，投影幕布前布置教学区。室内保持通风良好，严禁烟火。用电要求为三相五线制，380V，40kW。

2.2 实训项目

2.2.1 电气设备单机控制实训

实训目的：熟悉馈电开关KBZ-220/660（380）、电磁起动器QJZ16-80/660（380）、可逆电磁起动器QBZ-80/660（380）/N的结构特征；掌握电路原理图识读方法；学习矿用隔爆二联按钮BZA-1-5/36-2和三联按钮BZA-1-5/36-3接线；学习电磁起动器近控和远控接线。

2.2.2 风电闭锁实训

实训目的：通过电磁起动器QJZ16-80/660（380）和可逆电磁起动器QBZ-80/660（380）/N间的联锁接线，实现局扇YBT-2.2和工作机械异步电机YBS4-75间的功能闭锁。endprint

2.2.3 瓦斯电闭锁实训

实训目的：掌握甲烷传感器标校过程；用开停传感器完成设备电缆的信号采集；完成甲烷传感器、分站、信号传输接口、监控主机、断电器、开停传感器及设备电缆间接线，进行断电关系配置实现功能闭锁。

教学手段：板书、PPT、实训设备操作与演示相结合。

3 实训单元设计

3.1 电气设备单机控制实训

预备内容：（1）实训设备涉及工作机械，电磁启动器和矿用馈电开关。（2）设备开盖实操要严格遵循电源断电，拉开隔离开关手柄，闭锁挂“有人工作，严禁送电”标志牌，测瓦斯，验电，放电、开盖并保护好隔爆面的顺序；设备送电要遵循谁停电谁送电原则，送电顺序依次为摘牌，解除馈电闭锁，合馈电开关隔离，解除电磁启动器闭锁，合电磁启动器隔离开关，挂送电标志牌。（3）电气设备结构识读。（4）电气原理图识读：遵循“一并二分三先四序”原则。“一并”是将原理图中拥有相同文字的图符合并在一起，查明该器件的名称、形态和接线端功能。“二分”是将原理图的主电路和控制电路区分开。“三先”指先分析主回路，再分析控制回路；先分析原理图中上部电路，再分析下部电路；先分析原理图中左边电路，再分析右边电路。“四序”指电气设备动作通常遵循电磁线圈通电、触头动作，电机启动的顺序。

3.1.1 项目训练任务分解

任务1：电动机JW6314的分立元件控制线路装调。

任务2：电磁起动器QJZ16-80/660（380）实现异步电机YBS4-75的就地及远程控制，远程控制用双联按钮接线。

任务3：可逆电磁起动器QBZ-80/660（380）/N实现局扇YBT-2.2的远程控制，三联按钮接线。

3.1.2 实训过程

任务1：电动机JW6314的分立元件控制线路装调。

考虑到知识的前后联系，特设计本任务，帮助学生补习电动机控制和仪表工具使用方面的知识，以降低执行本项目任务2和任务3的难度，此任务实训地点安排在电力拖动实验室。

第一步完成带自锁的单向控制线路装调。学员在电拖实验台上，使用接触器CJT1-10、电动机JW6314、按钮盒红绿各1个，1台热继电器JR16B，铜芯线若干完成线路连接。实训中先做最小系统，然后完善线路功能。从接线的合理性、规范性、美观和数目等方面考虑问题，鼓励对接线故障分析方法的探索创新。

第二步完成接触器互锁的双向控制线路装调。与上一步相比，元件变为2台接触器CJT1-10、按钮盒红1个，绿2个。线路连接同样遵循先易后难，先做最小系统，然后完善线路功能的原则。

任务2：电磁起动器QJZ16-80/660（380）实现异步电机YBS4-75的就地及远程控制。

第一步识读馈电开关与电磁起动器结构，并完成馈电开关和电磁起动器的接线。

第二步完成电磁起动器QJZ16-80/660（380）对异步电机YBS4-75的就地控制接線并试验，控制回路通过可移动白板展示。

第三步完成QJZ16-80/660（380）对YBS4-75的远程控制接线并试验，双联按钮接线图通过可移动白板展示。

任务3：可逆电磁起动器QBZ-80/660（380）/N实现局扇YBT-2.2的远程控制，三联按钮接线。

第一步识读馈电开关与可逆电磁起动器结构，并完成馈电开关和可逆电磁起动器的接线。

第二步识读QBZ-80/660（380）/N的电路原理图，重点关注三联按钮接线部分。

第三步完成可逆电磁起动器QBZ-80/660（380）/N对局扇YBT-2.2的远程控制接线并试验，三联按钮接线图通过可移动白板展示。

3.2 风电闭锁实训

预备内容：实验设备涉及局扇YBT-2.2和工作机械异步电机YBS4-75，馈电开关KBZ-220/660（380）、电磁启动器QJZ16-80/660（380），可逆QBZ-80/660（380）。其余内容同项目3.1。

实训步骤：

第一步识读馈电开关KBZ-220/660（380），电磁启动器QJZ16-80/660（380）和可逆电磁起动器QBZ-80/660（380）的电路原理图。

第二步将风机控制开关QBZ-80/660（380）上的辅助接点与电磁起动器QJZ16-80/660（380）的控制回路串接，实现风电闭锁。电路原理图通过可移动白板展示。

3.3 瓦斯电闭锁实训

预备内容：（1）实验设备涉及甲烷标准气体，矿用传感器标校装置，甲烷传感器GJC4（A），矿用断电器KDC660，工作电机YBS4-75，矿用分站KJ340-F，监控主机、矿用信息传输接口KJ340-J等。（2）调校用标准气样和设备的检查。标准气样的标准值为1%、1.5%、2%。清洁空气中残留甲烷的含量应低于0.03%。检查减压阀和流量计的准确、灵敏度。检查与仪器配套使用的扩散罩。

3.3.1 项目训练任务分解

任务1：甲烷传感器标校。

任务2：瓦斯电闭锁控制线路装调。

3.3.2 实训过程

任务1：甲烷传感器标校。

第一步为外观及通电检查。外观完好，结构完整。仪器各调节旋钮应能正常调节。通电检查时，表观的动作部件应能正常动作，显示部分应有相应显示。通电稳定20min。

第二步为仪器零点校准。通入新鲜空气，让仪器稳定后，调准仪器零点。

第三步为仪器示值校准。先通入1%的标准气样，待仪器示值稳定后，对仪器进行调校，确保误差不超范围。再通入新鲜空气，检查回零情况。接下来再通入1%标准气样，观察示值是否在误差范围内。以上操作重复三次，如有一次不合格，重复校准。endprint

任务2：瓦斯电闭锁控制线路装调。

第一步熟悉断电器组成及工作原理；断电控制器主要功能及技术指标。

第二步完成矿用断电控制器与分站、被控电磁启动器和馈电开关的连接。

第三步进行闭锁关系配置，试验设备断电与复电功能。

第四步结合设备运行状态观察和监控画面投影显示完成瓦斯电闭锁调试。

4 考核

由于实训内容涉及的知识点多，需要合理评定实训成绩，以使成绩真正反映学生的综合能力。考核从三个方面评分：（1）对实训任务基本概念及电路原理图的熟悉程度；项目是否装调成功；接线是否合理规范美观等。（2）实训中表現出的排除故障能力，团队合作能力和创新能力等。（3）考虑实训态度以及实训报告完成的认真程度。同时，在开展实训的教研过程中，注重倾听学生对实践教学的意见和建议，及时调整实训方案，改进教学方法，为每个环节制订合理的比例，使学生明确努力方向，激发其实训的积极性。

5 实践效果

矿用电气设备实训内容在我系2014级采矿工程专业4个班试行后，教学效果明显提高。由于实训项目的完成不仅要求学习者熟悉设备结构与元件功能，还需要掌握矿用电气设备原理图，利用原理图完成接线，装调和排错任务，直至整个实训项目最终做完。期间涉及到的许多东西都是书本上无法体验到的。这些挑战大大激发了学生们的学习兴趣，同时也加深了他们对课程知识点的理解。

另一方面，在实训项目的引导和组织过程中，指导教师也在不断发现问题，总结反思。通过与学生共同实施项目内容，指导教师与学生现场交流和讨论，知识点的掌握情况能得到及时反馈，提高了教学效率。

6 结语

本文结合我系实际情况，介绍了矿山电气设备实训课程的实践与思考。作为煤矿专业人才培养重要的实践教学环节之一，矿山电气设备实训课程的重要性已得到同行认同。但实训项目的内容、方法、手段、形式等还不甚完善，有待在实践教学中逐步改进，以进一步提高课程实训质量。电路设计满足要求。

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