安全技術(shù)防范課堂實驗教學方法及實驗設(shè)備的研究

李 盛，趙傳升

（鐵道警官高等?？茖W校，鄭州 450053）

一、引言

在社會結(jié)構(gòu)越來越復雜、社會層次劃分日益明顯的背景下，公安工作中以科技應(yīng)用為核心，以預防和阻止犯罪為根本目的的安全技術(shù)防范工作正發(fā)揮著越來越重要的作用，安全技術(shù)防范已經(jīng)成為社會治安綜合治理的一個重要手段。安全技術(shù)防范課程在全國警察類院校均有開設(shè)，該課程以電子信息技術(shù)、計算機技術(shù)、生物識別技術(shù)、物理化學分析方法等原理為理論基礎(chǔ)，以公安業(yè)務(wù)應(yīng)用為目的，在教學內(nèi)容上強調(diào)培養(yǎng)學生的社會人文知識、自然科學知識與公安專業(yè)知識的協(xié)同發(fā)展，強調(diào)課程體系、知識結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化。對警察類院校的學生而言該課程屬于科技前沿課程，學生通過該課程的學習，可以了解“科技強警、向科技要警力”的具體含義，理解掌握各種探測報警裝置、視頻監(jiān)控及其應(yīng)用系統(tǒng)、自動火災探測系統(tǒng)等智能化的系統(tǒng)組成原理和應(yīng)用方法［1］。對于警察執(zhí)法部門而言，安全技術(shù)防范就是利用安防產(chǎn)品和系統(tǒng)開展安全防范工作的一項公安業(yè)務(wù)，在入侵防范、安全檢查、取證調(diào)查等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。因此，有必要結(jié)合當前科學技術(shù)發(fā)展的狀況，對安全技術(shù)防范課程的教學進行不斷研究。

二、安全技術(shù)防范課程的課堂教學模式與問題

1.教學模式。

目前，國內(nèi)少數(shù)警察類院校中開設(shè)的有安全防范工程專業(yè)，可以做到按照培養(yǎng)工科復合型人才的方式培養(yǎng)學生，以案例教學為手段，取得了良好的效果［2］；其他大部分的警察類院校采用在治安或者偵查專業(yè)中開設(shè)安全技術(shù)防范課程來教授相關(guān)知識，而按照這種方式進行安全技術(shù)防范的課堂教學存在兩個主要問題：（1）課堂教學質(zhì)量提升困難，學生學習該課程目的不明確。由于治安和偵查專業(yè)體系下的其他課程教學中涉及計算機、電子電路等專業(yè)基礎(chǔ)課程較少，使得學生在理解電子安防系統(tǒng)工作方式和工作原理等知識時有較大難度，無法領(lǐng)悟該課程與自身專業(yè)的結(jié)合點和應(yīng)用方向；（2）課堂中缺乏能使學生進行參觀、操作的安防教學設(shè)備，不利于學生理解知識。這種情況的產(chǎn)生是由于安全技術(shù)防范課程在警察類院校屬于較新的課程，設(shè)備供應(yīng)商所提供的用于課堂教學的產(chǎn)品的成熟度、與課程結(jié)合的緊密度和方便度都不夠。但是安防實驗是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)，學生只有親自參與實驗，才能對各種技防產(chǎn)品有感性的認識，更好地把握理論本質(zhì)。

大部分警察類院校的安全技術(shù)防范課程教學被劃分為課堂理論教學與實驗室實訓教學兩部分內(nèi)容先后開展，形式上主要以課堂理論講授在先、實驗室感性參觀在后的結(jié)合方式，此方法沿用多年，在理論課程和實驗課程的教學銜接緊密的課程安排下，會有較好的教學效果，以60人組成的班級為例，按照該方式的教學流程如圖1所示：

2.教學過程中存在的不足。

但是該種教學方法具有四個不足：（1）課程的開設(shè)有一定的前提條件，需要首先建立相應(yīng)的安防技術(shù)實驗室并投入大量的資金購買成品設(shè)備，否則就沒有實驗課做支撐，學生無法理論聯(lián)系實際；（2）無法在課堂講授理論的同時立即進行實驗現(xiàn)象的展示，僅憑課堂中單一的理論無法提升學生的學習興趣；（3）學生人數(shù)較多的情況下，實驗實訓室不能容納整個班級學生，需要將學生分批次帶入實驗實訓室中逐批次教學，該種情況下不僅壓縮了學生實驗實訓的時間，也增大了任課教師的學生管理負擔和重復勞動量；（4）課堂教學過程中需要實際產(chǎn)品的展示配合理論講解，而安防設(shè)備有些體積較大不便于攜帶，有些在實驗室中已經(jīng)固定在特定位置上不易拆卸，在教授理論的同時沒有的設(shè)備演示，使得課堂內(nèi)容顯得單薄無力。

三、基于手持式實驗設(shè)備的教學方法

目前國內(nèi)的各個開設(shè)此課程的警察類院校均在謀求教學方法、實訓實驗設(shè)備的改進，引入案例教學、新發(fā)展方向教學等方法來提升教學的質(zhì)量［4-5］。也有相關(guān)人員在電子技術(shù)與計算機技術(shù)高速發(fā)展基礎(chǔ)上提出了移動學習資源推送的概念，提出了“形式移動，內(nèi)容互動”的教學方法［6］。針對此前的分析，解決安全技術(shù)防范課堂教學的關(guān)鍵在于以下三點：（1）在不影響教學效果的前提下減少安防技術(shù)實驗教學的場地和資金投入問題；（2）構(gòu)建新的具有啟發(fā)式的教學方法，以投入成本低但實際教學效果明顯的方式，讓學生在學習的整個過程中均能受到啟發(fā)式的教學手段指引；（3）讓全體學生能同時進行實驗現(xiàn)象的觀察或者做簡單的操作，緊密的把理論和實驗結(jié)合起來。為了解決這三個關(guān)鍵點，設(shè)計制造一種便攜式的、低成本的、集成較多安防設(shè)備原理展示功能的課堂實驗實訓教學設(shè)備成為了必然的選擇，這樣既能配合理論課程的講解，幫助學生理解課堂授課內(nèi)容，激發(fā)學生學習熱情，又能節(jié)約場地建設(shè)和實驗設(shè)備購買投入。由此而產(chǎn)生的理論教學與模擬實驗演示同步走，大型實驗室教學隨后跟進的教學方法具有非常強的現(xiàn)實意義，其教學流程如圖2所示。

就以上闡述的安全技術(shù)防范課程理論教學與實驗室教學的特點，需要開發(fā)并利用手持式、多功能安防演示實驗裝置，將課堂理論教學與實驗實訓同時在課堂內(nèi)結(jié)合在一起，來提升安防課程教學效果。使得學生能在課堂中及時的驗證所學知識，以最直觀的方式打破學生對安防產(chǎn)品的神秘感。結(jié)合該方式的具體課堂教學模式圖3所示。

四、手持式實驗設(shè)備開發(fā)

1.功能需求設(shè)計。

著眼于前文闡明的觀點，設(shè)計一套便攜式、低成本、多功能的安防技術(shù)實驗設(shè)備結(jié)合新的課堂教學方法，能提高安全技術(shù)防范課程的課堂教學的質(zhì)量和效果。根據(jù)教學需要，實驗設(shè)備應(yīng)具備基礎(chǔ)功能和綜合功能，基礎(chǔ)功能包含定時計數(shù)、LED顯示、數(shù)碼顯示、液晶顯示、RS232通信、溫度檢測、USB通信、繼電器、鍵盤輸入、程序下載、數(shù)據(jù)存儲、蜂鳴報警；綜合功能包含交通燈演示、定時起爆演示、智能消防系統(tǒng)原理演示、定時爆炸物計時演示、液晶屏信息展示、智能報警系統(tǒng)等。綜合功能是由教師自行編制的程序組合基礎(chǔ)功能而決定的，具有一定靈活性。

實驗設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計制造方法，分為設(shè)計階段和制造階段兩部分，設(shè)計階段從原理級設(shè)計開始，至印制電路（PCB）設(shè)計為止。制造階段從電路板制出場后的元器件焊接開始，至設(shè)備運行調(diào)試結(jié)束為止，本文只介紹設(shè)計階段工作。

2.原理圖及印制電路板設(shè)計。

根據(jù)基礎(chǔ)功能的要求，利用Altium Design軟件將原理圖設(shè)計分為七個部分獨立設(shè)計，分別是：（1）控制處理部分；（2）電源部分；（3）輸出顯示部分；（4）鍵盤輸入部分；（5）數(shù)據(jù)存儲部分；（6）通信部分；（7）液晶輸出接口部分。

控制處理部分采用8位單片機，單片機的輸出引腳連接鎖存器，以實現(xiàn)輸出引腳的復用，如圖4所示；

電源部分采用USB供電，電腦的USB接口提供5V的直流電，可方便的提供單片機和其他芯片工作的標準電壓；輸出顯示部分由LED顯示和數(shù)碼管顯示兩部分組成，均采用鎖存器配合處理控制其輸出的規(guī)律和效果；鍵盤輸入采用矩陣鍵盤和獨立鍵盤雙功能符合鍵盤，以方便鍵盤的功能設(shè)定；數(shù)據(jù)存儲部分采用可重復擦寫EEPROM，用以存儲系統(tǒng)運行時所需要的臨時數(shù)據(jù)；通信部分分為RS232通信和USB通信，這兩種通信方式均可用于數(shù)據(jù)傳送和程序下載，電路結(jié)構(gòu)分別如圖5、圖6所示

圖5 USB通信

電路的印制電路板圖是在原理圖設(shè)計完畢的基礎(chǔ)上，映射到印制電路板設(shè)計環(huán)境下進行元器件布局及布線，最后效果如圖7所示。

五、結(jié)語

本研究屬于信息化教學改革在具體課程中的實際應(yīng)用，具有很強的實踐意義，經(jīng)課堂教學實踐證明，對提高教學質(zhì)量有極大幫助，有助于安防技術(shù)課程教師提升自身教學水平。研究的意義在于，提出了新的教學模式，并且自行設(shè)計制造課堂教學實驗實訓設(shè)備，從教學設(shè)備和教學內(nèi)容兩方面提升安防課程教學效果。此教學模式和教學設(shè)備可以向其他與信息科技有關(guān)，或者需要借助電子信息科技來展示其原理的課程推廣，如排爆、消防、網(wǎng)監(jiān)、危險物品管理等課程，具有普遍的指導意義。

［1］ 李錦濤，曾惠.安全防范工程專業(yè)發(fā)展方向探討［J］.中國人民公安大學學報（自然科學版），2006，48：93-95.

［2］ 劉舒.論安全防范工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式［J］.中國人民公安大學學報（自然科學版），2000，17：39-40.

［3］ 羅萬杰.案例教學法在安全防范系統(tǒng)與工程教學中的應(yīng)用探索［J］.中國人民公安大學學報（自然科學版），2011，67.

［4］ 呂美琛.提高治安專業(yè)安全技術(shù)防范教學質(zhì)量的思考［J］.廣西公安管理干部學院學報，2004，64.

［5］ 孫宏.高職安全防范工程實訓課程建設(shè)的若干思考［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2006，44.

［6］ 張豪鋒，王春麗.基于RFID的移動學習資源推送系統(tǒng)設(shè)計［J］.中國電化教育，2012，（02）.