基于岗位能力本位的高职矿山机电专业《矿山提升设备安全运行与标准化操作》教学设计

基于岗位能力本位的高职矿山机电专业《矿山提升设备安全运行与标准化操作》教学设计

  一、教学整体分析与设计理念

  本教学设计面向高职院校矿山机电技术专业二年级学生，其在知识结构上已完成《矿山机械基础》、《电气控制与PLC》等前期课程的学习，具备了基本的机电设备认知与电气原理读图能力。然而，面对矿山核心动装设备——提升绞车（亦称矿井提升机）的复杂系统，学生普遍存在理论知识与现场实践脱节、安全意识薄弱、故障应急处理能力缺失等典型问题。本次教学聚焦于提升设备的安全运行与标准化操作，这不仅是专业核心技能点，更是关乎矿山生产安全与生命保障的红线内容。传统的“设备结构讲解+操作规程宣读”模式已无法满足现代智能化矿山对高技能、高素质复合型人才的需求。

  因此，本设计立足于当前职业教育“岗课赛证”融通和“三教”改革的宏观背景，秉持“能力本位、学生中心、虚实结合、育训一体”的理念。我们将本次教学视为一个完整的、情境化的“学习任务”，而非孤立的知识点传授。核心理念在于：以真实的工作任务（绞车安全操作与巡检）为驱动，以典型的故障或事故案例为锚点，通过“认知-模拟-实操-评价”的闭环训练，引导学生从“操作工”向“设备安全员”乃至“初级技术员”的角色认知转变。教学过程中，深度融合机械、电气、自动控制、安全管理等多学科知识，运用虚拟仿真、实物操演、小组协作、反思研讨等多种策略，旨在培养学生严谨规范的操作习惯、敏锐的风险辨识能力、科学的故障分析逻辑以及崇高的安全责任意识，最终实现知识、技能与素养的同步建构与升华。

  二、教学内容分析与重构

  本次教学内容源于专业核心课程《矿山固定设备运行与维护》中的“矿井提升设备”模块。我们对标《煤矿安全规程》、《金属非金属矿山安全规程》以及国家职业技能标准（矿井维修电工、矿井提升机操作工），对教材内容进行了深度解构与重构。

  1.知识体系解构：原教材内容通常按“概述-结构原理-操作-维护”线性排列，重点在结构原理。我们将其重构为以“安全运行”为主线的三大知识集群：

  *集群A：安全运行的基石——系统构成与保护装置认知。不仅要求学生熟记绞车（以JK型单绳缠绕式提升机为例）的机械结构（滚筒、制动系统、联轴器、深度指示器）和电气系统（主电机、高压变频或电阻调速柜、PLC电控系统），更要深度理解每一处安全保护装置（如过卷、过速、限速、闸间隙、松绳、深度指示失效等保护）的安装位置、工作原理、电气回路及其在安全闭环中的逻辑关系。这是判断设备是否具备安全运行条件的理论基础。

  *集群B：安全运行的过程——标准化操作流程与监护。涵盖操作前的“九步”安全检查制度（包括环境、仪表、保护装置试验等）、正常起停车的规范化手指口述操作法、运行中的状态监控要点（电流、速度、钢丝绳排列等）、以及交接班规范。重点在于将离散的操作步骤，整合为连贯的、有逻辑的、有标准的工作流程。

  *集群C：安全运行的保障——常见故障预判与应急处理。聚焦几种典型故障现象（如制动失灵、运行中异常声响、钢丝绳打滑等），引导学生分析其可能成因（机械、电气、液压），并按照“应急停车-汇报-初步判断-协同排查”的标准化流程进行模拟处置。引入“人、机、环、管”四维度事故致因理论，对历史事故案例进行复盘分析。

  2.技能目标重构：技能目标从“会操作”升级为“安全、规范、高效地操作并能初步处置异常”。

  *操作技能：能独立完成提升机开车前的全面安全检查与保护装置试验；能严格执行标准化操作程序进行模拟提升任务。

  *诊断技能：能借助仪表、听觉、触觉等判断设备运行状态是否正常；能根据故障现象，结合原理图进行逻辑推理，初步定位故障范围。

  *应急技能：能在模拟的故障或紧急情况下，冷静启动应急预案，执行安全停车和上报程序。

  3.素养目标内嵌：将“安全第一、生命至上”的职业信仰，“严谨细致、精益求精”的工匠精神，“团结协作、沟通负责”的团队意识，以及“遵守规程、敬畏职责”的法制观念，内嵌于每一个教学环节的任务挑战和评价标准之中。

  三、教学目标

  基于以上分析，确立三维教学目标如下：

  1.知识与理解目标：

  *学生能完整陈述矿山提升系统的基本构成、工作流程及安全保护装置的组成与功能。

  *学生能详解《安全规程》中对提升机操作、检查、试验的关键条款，并解释其制定的原理。

  *学生能描述常见提升机故障的现象、可能原因及标准化的应急处理流程。

  2.技能与能力目标：

  *学生能独立、规范地完成提升机启动前安全检查清单所列项目，并能正确进行模拟的保护装置试验操作。

  *在模拟操作台上，学生能依据任务指令，运用“手指口述”法，安全、流畅地完成一个完整的提升循环（包括启动、加速、匀速、减速、停车）操作。

  *面对教师设定的模拟故障场景（如深度指示器偏差大），学生能小组协作，按照故障排查流程，结合原理图进行分析讨论，并提出合理的初步排查方案。

  3.情感、态度与价值观目标：

  *通过事故案例沉浸式分析，学生能深刻认同安全操作的极端重要性，树立牢固的“红线意识”和“底线思维”。

  *在小组协作完成任务的过程中，培养学生主动沟通、相互监护、共同负责的团队协作精神。

  *通过严格的操作规程训练与考核，培养学生形成严谨、细致、规范、自律的职业行为习惯。

  四、教学策略与方法

  为达成高阶教学目标，采用线上线下混合、理论与实践循环递进的教学模式，具体策略与方法如下：

  1.基于虚拟仿真的前置学习与风险评估（线上）：课前，通过智慧职教平台发布基于Unity3D开发的“矿山提升机虚拟仿真实训系统”预习任务。学生需在虚拟环境中，自由探索设备结构，点击各安全保护装置查看其工作原理动画，并完成一个包含安全隐患的“找茬”小任务（如闸瓦间隙超标未调整、过卷开关失效等）。此环节采用游戏化学习法，激发兴趣，初步建立空间感和风险感知。

  2.基于案例锚定的问题导入与知识建构（线下理论）：课始，不直接讲解结构，而是播放一段精心剪辑的、源于真实事故调查的动画案例（如因制动系统失效导致的过卷坠罐事故）。采用案例教学法与问题引导法，设问：“如果当时你是司机或巡检员，在事故前哪些征兆可以被发现？哪些保护装置应该动作但失效了？”以此“锚点”牢牢抓住学生注意力，驱动学生带着强烈的问题意识，进入对提升机关键系统（尤其是制动系统与多冗余保护系统）的深度学习。教师利用三维动态拆解课件，引导学生分组研讨各系统的工作原理与安全逻辑关联。

  3.基于任务驱动的实操训练与技能内化（线下实操）：核心环节在提升机实操实训室（或与真实设备1:1的模拟操作台）进行。采用任务驱动教学法与角色扮演法。将学生分为“操作司机”、“安全监护员”、“巡检维护员”等角色小组，轮换执行不同的任务工单。例如，任务一：“完成一次双钩提升的标准化操作，将‘重车’从-300m水平提升至井口”；任务二：“在操作过程中，监护员需发现并报告教师预设的‘模拟异常’（如运行电流持续偏高）”。教师作为“车间主任”或“技术专家”，巡视指导，必要时进行标准化示范。此环节强调“手指口述”，将内隐的思维过程外显化、规范化。

  4.基于场景模拟的故障排查与应急演练（综合应用）：在掌握基本操作后，引入情境模拟教学法。教师设置综合性故障场景（如“开车时制动手柄已松开，但滚筒不转”），并提供部分电气原理图、液压系统图。各小组作为“应急抢修小分队”，按照“现象观察-信息收集-分析讨论-方案制定”的流程展开协作排查。他们需要利用万用表等工具在安全电路上测量，或检查液压站压力，最终给出最可能的故障点推断及下一步处置建议。此环节模拟真实工作情境中的不确定性与协作性。

  5.基于反思研讨的复盘提升与素养固化（总结评价）：每次实操或故障排查任务后，必须组织反思性研讨会。各小组汇报操作过程、故障分析思路，其他小组提问、评价。教师引导学生聚焦于“我们哪里做得好？（固化优点）”“哪里存在风险或可以优化？（改进不足）”“如果……会怎样？（拓展思考）”。最后，教师结合《安全规程》和行业最新技术（如智能巡检机器人、大数据故障预测），进行总结提炼，将具体操作上升到安全文化和职业发展的层面。

  五、教学资源与环境

  1.数字化资源：

  *“矿山提升设备安全运行”在线开放课程（含微课、动画、案例库）。

  *提升机虚拟仿真实训系统（PC端/VR版）。

  *交互式三维原理图（可点击查看元件参数、信号流向）。

  *真实事故案例纪录片（授权剪辑版）及对应的官方事故分析报告（简化版）。

  2.物理环境与设备：

  *理实一体化教室：配备可移动桌椅、多屏互动系统，便于分组研讨与展示。

  *提升机实训中心：至少配备一套功能完整的JK型提升机模拟操作实训系统（具备真实操纵台、仪表、信号系统，并可通过软件设置故障），或与矿山企业合作建设的1:1实训平台。配套齐全的安全防护用具、电工工具、检测仪器。

  *安全文化长廊：在实训区域周边布置安全规程、事故警示、岗位责任制、优秀操作员事迹等展板，营造沉浸式安全文化氛围。

  3.文本资源：

  *《煤矿安全规程》（摘录本）。

  *《矿井提升机操作工》国家职业技能标准。

  *校本化《提升机标准化操作手册》及《安全检查清单》。

  *各类任务工单、小组活动记录表、反思报告模板。

  六、教学过程实施（共计12课时，分三次完成）

  第一次课（4课时）：认知风险·构筑安全基石——提升系统与保护装置探秘

  阶段一：线上前置，初识风险（课前，约1学时）

  学生登录平台，完成虚拟仿真实训系统中的“自由探索”和“安全隐患大搜查”任务。系统自动记录其探索路径和“找茬”结果，并生成预习报告。学生在讨论区提出至少一个疑问。

  阶段二：案例震撼，问题锚定（课内，0.5学时）

  教师活动：播放“制动失效事故”案例动画。画面终结于悲剧发生前的瞬间，声音戛然而止。教师用沉静而有力的声音提问：“画面暂停在这里。请问，从现在开始倒数，在事故最终发生前，有哪些机会可以避免它？分别是谁、在什么环节、通过什么方式可以阻止它？”将问题投射到大屏幕。

  学生活动：受到强烈视觉与心理冲击，陷入沉思。随后以3-4人小组为单位，进行5分钟的头脑风暴，将想到的“机会点”写在白板纸上。

  设计意图：以极具冲击力的方式打破学生对安全的漠视，将“安全”从一个抽象概念转化为具体、紧迫、可分析的技术与管理问题。为整门课程奠定严肃、探究的基调。

  阶段三：探本溯源，解构系统（课内，2学时）

  教师活动：引导学生各小组展示并阐述他们的“机会点”。教师将学生的观点归类，自然引出本次课的核心探究内容：制动系统如何保证可靠？多重保护如何构成安全网？

  *聚焦一：盘式制动系统。展示实物模型与三维动画，动态演示工作制动、安全制动（二级制动）的液压原理。关键设问：“如果液压站残压过高，会导致什么后果？电液调压装置如何控制油压？”引导学生联系《液压与气动》知识。

  *聚焦二：电气保护系统网络。利用交互式原理图，从过卷开关的物理位置和常开/常闭触点状态讲起，串联过速保护、限速保护、闸间隙保护等。强调“所有保护最终都必须作用于安全回路，切断高压电并施闸”。组织小组竞赛：“画出从过卷开关动作到安全回路断开的简化信号流程图”。

  *聚焦三：深度指示器与监控系统。讲解其“眼睛”的作用，以及失效保护的逻辑。

  学生活动：小组跟随教师引导，观察、讨论、绘图。在竞赛环节，积极协作，绘制流程图并上台讲解。随时提出在虚拟仿真中遇到的问题。

  设计意图：将枯燥的结构原理学习，转变为解答核心安全问题的探究过程。学生在解决问题的驱动下，主动建构知识体系，理解各子系统之间的安全逻辑关联。

  阶段四：规程链接，清单初拟（课内，1学时）

  教师活动：分发《安全规程》相关条款节选。提出任务：“基于我们今天对保护系统的理解，请各小组为提升机司机草拟一份《开车前安全保护装置试验检查清单》”。清单需包含检查项目、方法、标准、及异常处理建议。

  学生活动：小组合作，研读规程条款，结合所学，讨论并起草清单。各小组派代表展示清单，并说明设计理由。

  教师活动：点评各小组清单，总结归纳出一份相对完整、规范的检查清单（作为下一节课的学材）。布置课后作业：在虚拟仿真系统中，根据本组或教师总结的清单，完整演练一次检查与试验流程。

  设计意图：将国家标准与具体实践对接，培养学生将法规条款转化为可执行工作程序的能力。清单的制定过程即是知识内化、应用的过程。

  第二次课（4课时）：规范行为·固化操作肌肉记忆——标准化流程与模拟实操

  阶段一：清单验证，角色代入（课内，1学时）

  教师活动：在实训室，回顾上节课制定的检查清单。宣布本次课任务：“完成一次标准化的提升任务”。介绍“操作司机”、“安全监护员”的角色职责。强调“手指口述”操作法的意义与要领：“眼到、手到、口到、心到，确认无误再动作”。

  学生活动：两两一组（一操作一监护），持《标准化操作手册》和《检查清单》，在模拟操作台（或实物设备前，断电状态）进行静态的“手指口述”模拟检查。从“检查操作台各手柄是否在零位”开始，逐项进行。教师巡回指导，纠正姿势、用语。

  设计意图：将纸面清单转化为具体行动。通过角色扮演和“手指口述”，强化学生的程序意识、监护意识和自我确认习惯，为动态操作打下安全基础。

  阶段二：流程分解，示范观摩（课内，1学时）

  教师活动：邀请一位有企业经验的兼职教师（或播放由优秀毕业生录制的操作示范视频），完整演示一次标准操作流程。演示分三段：接受信号与准备、启动与加速运行、减速停车与复位。演示者边操作边清晰地进行“手指口述”。演示后，教师对关键点进行慢动作回放式讲解，如：启动时如何观察电流表、平稳送电；减速点如何提前判断、合理使用制动；停车后必须将各手柄复位的意义。

  学生活动：集中观摩，记录要点和疑问。观摩后，小组内复述主要步骤。

  设计意图：提供高度规范化的行为范本，让学生建立起正确、完整的操作表象。专家的“手指口述”是最佳的职业语言示范。

  阶段三：分组实操，循环练习（课内，1.5学时）

  教师活动：发布具体任务工单（如：“将5号矿车从井下-250m车场提升至井口，车型为重车”）。操作台分组启动，进入模拟运行状态。教师作为总调度与安全监督，监控各工位情况。在大部分小组操作熟练后，通过教师控制端，向个别工位注入“平稳运行中电流略偏高”的软性异常信号，观察“监护员”能否发现并报告。

  学生活动：小组轮换角色，严格按照“手指口述”法执行任务。操作者口述操作，监护者复述确认并监视仪表、状态。完成一次循环后，交换角色。遇到教师设置的异常，小组需暂停操作，按规程进行判断和报告。

  设计意图：在高度仿真的任务中重复练习，形成肌肉记忆和条件反射。引入轻微异常，测试并锻炼学生的监控注意力与初步判断力。

  阶段四：复盘反思，优化流程（课内，0.5学时）

  教师活动：集中所有学生，邀请2-3个小组分享实操感受，特别是处理“电流偏高”时的想法。教师点评，强调“任何与平常不同的征兆都值得警惕”，并讲解可能的原因（如负荷变化、机械阻力增大等）。引导学生反思：今天的操作与案例中事故前的操作，差距在哪里？

  学生活动：分享、倾听、反思。课后作业：撰写一份实操反思日志，记录自己的操作过程、心理变化、对“手指口述”的体会，以及对“规范”二字的新理解。

  设计意图：通过反思，将外部的操作要求内化为个人的经验与认知。强化“规范即生命线”的意识。

  第三次课（4课时）：应对突变·淬炼应急心智——故障处置与安全文化内化

  阶段一：案例回炉，引入故障（课内，0.5学时）

  教师活动：再次回放第一次课的事故案例，但这次播放到事故发生后。展示官方事故调查报告的结论部分（简化版）。设问：“报告指出，除了设备保护失效，司机应急处置不当也是原因之一。如果当时是你，在发现制动异常的最初几秒，正确的应急处置流程是什么？”

  学生活动：回顾案例，思考应急流程。可能回答：“紧急停车”、“汇报”。

  教师活动：引出本课核心：标准化应急处理流程与故障分析思维。

  阶段二：流程建构，思维建模（课内，1学时）

  教师活动：系统讲解“发现异常-紧急处置-汇报-协同排查”的四步应急流程。重点剖析“紧急处置”的原则：首要保证人员与设备安全，采取最直接、最可靠的措施（如拍下急停按钮）；其次是防止事故扩大。然后，介绍故障分析的“十字法则”：由简到繁、由外到内、先机后电、先静后动。结合一个简单故障实例（如“电源指示灯不亮”），带领学生用该思维模型一步步分析。

  学生活动：记录流程与法则，跟随教师分析简单案例，理解思维路径。

  设计意图：为学生提供应对突发情况的“行动地图”和“思考工具”，避免慌乱，提升其应急处置的结构化能力。

  阶段三：情境模拟，实战排查（课内，2学时）

  教师活动：发布综合故障排查任务书。场景：“早班首次开车，操作台送电后，将制动手柄推向松闸位置，但操作台上‘制动油压正常’指示灯不亮，且滚筒无法转动（模拟）”。提供相关部分的电气原理图、液压系统图。将学生分为3-4人“技术排查组”。提供万用表、扳手等工具（在安全范围内）。

  学生活动：小组接受任务后，首先根据现象，依据“十字法则”讨论可能的故障大方向（是电气问题还是液压问题？是信号问题还是执行问题？）。然后制定排查计划：先检查哪些点？如何分工？按照计划，在教师设定的安全电路和模拟液压部件上进行测量、检查。记录每一步的测量结果和判断。最终形成排查报告，包括：最可能的故障点（如：松闸继电器线圈损坏、压力继电器触点故障）、已进行的验证、及后续处理建议（更换元件）。

  教师活动：巡视各组，不直接给答案，而是通过提问引导：“如果测量这个点电压正常，说明什么？如果不正常，上游可能是什么问题？”确保排查过程安全、有序。

  设计意图：创设接近真实的复杂问题情境，考验学生知识综合应用能力、信息处理能力、团队协作能力和逻辑推理能力。这是对前两次课学习成果的高阶整合与输出。

  阶段四：文化升华，责任宣誓（课内，0.5学时）

  教师活动：组织各小组汇报排查过程和结论，进行互评和教师点评。总结本次课及整个教学单元的核心：技术是基础，规程是准绳，而责任心是守护安全的最后、也是最坚固的屏障。展示行业里“金牌司机”、“安全标兵”的事迹，讲解智能矿山背景下，操作人员向设备管理、数据分析师转型的趋势。最后，带领全体学生，面对“安全第一，预防为主”的标语，进行庄严的“安全操作宣誓”。

  学生活动：汇报、聆听、参与宣誓。课后完成一份关于“我心中的安全责任”的短文。

  设计意图：将教学从技能训练层面，提升到职业认同、安全文化培育和职业生涯发展的层面。通过庄严的仪式感，将安全责任深深烙印在学生心中，实现育人目标的最终达成。

  七、教学评价设计

  建立贯穿全过程、多维度的综合评价体系，强调“以评促学，以评促改”。

  1.过程性评价（占总评60%）：

  *线上学习数据（10%）：虚拟仿真任务完成度、预习报告质量、平台互动活跃度。

  *课堂表现与协作（20%）：小组讨论贡献度、任务工单完成情况（检查清单、流程图、排查方案等）、实操练习中的规范性与团队协作精神。使用观察记录表