采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)研究
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【摘要】畢業(yè)設(shè)計(jì)是采礦工程專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通有著不可替代的作用。但由于存在課程學(xué)習(xí)周期長、實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱和學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)效果不佳等原因造成學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在一定的問題。將三維立體技術(shù)應(yīng)用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)中，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生對專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通、開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】三維立體技術(shù)；采礦工程；畢業(yè)設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)
1.引言
采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是采礦工程專業(yè)必修的集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，屬于專業(yè)教學(xué)模塊，其目的是在學(xué)生已完成專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)后，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式，綜合應(yīng)用和深化本專業(yè)所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生達(dá)到如下要求：①能綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識(shí)與技能，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)過程中的學(xué)習(xí)、研究和實(shí)際訓(xùn)練能夠?qū)⒗碚撜J(rèn)識(shí)深化、擴(kuò)展知識(shí)領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能；②學(xué)會(huì)依據(jù)課題任務(wù)進(jìn)行資料數(shù)據(jù)的調(diào)研、收集、加工與整理，訓(xùn)練學(xué)生正確使用各種設(shè)計(jì)資料、手冊、圖冊、國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)的程序、方法和基本原則，提高學(xué)生工程計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；③樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)、正確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和工程全局意識(shí)；④接受現(xiàn)代采礦工程師的基本訓(xùn)練，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為畢業(yè)后更好地適應(yīng)工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究及其它技術(shù)工作奠定必要的基礎(chǔ)。由以上采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求可知，該教學(xué)環(huán)節(jié)對于學(xué)生整體專業(yè)知識(shí)的整合與專業(yè)技能的提升將會(huì)有不可替代的作用。但是，在實(shí)際的教學(xué)中，由于專業(yè)課開課時(shí)間較長、學(xué)生缺乏大局觀、知識(shí)整合能力欠缺等造成采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)效果欠佳。因此，有必要采取先進(jìn)的教學(xué)方法與手段來提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、3S(GIS，GPS，RS)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字礦山近些年取得了長足的發(fā)展[1-2]，而作為數(shù)字礦山的重要組成部分，將三維立體技術(shù)運(yùn)用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種有益的教學(xué)嘗試。
2.采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問題及原因
2.1存在的問題
作為采礦工程專業(yè)培養(yǎng)體系的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)生整體能力的提升作用毋庸置疑。內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程專業(yè)的培養(yǎng)特色是露天與井工開采并重，因此在過去相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要完成兩部分內(nèi)容，即露天開采方案設(shè)計(jì)與井工開采方案設(shè)計(jì)。近些年，考慮到要與學(xué)生就業(yè)相結(jié)合，同時(shí)也是為了提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量、減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，因此按照學(xué)生的就業(yè)安排相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。這也就意味著，就業(yè)去向是露天礦山的學(xué)生安排露天畢業(yè)設(shè)計(jì)，就業(yè)去向是井工礦山則安排做井工畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過調(diào)整畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了保證，但是在實(shí)際教學(xué)中仍然存在教學(xué)內(nèi)容生疏、整合知識(shí)能力差、對礦山感性認(rèn)識(shí)有限、動(dòng)手能力弱等問題。
2.2產(chǎn)生問題的原因
①課程學(xué)習(xí)周期長，教學(xué)內(nèi)容生疏由于采礦工程專業(yè)自學(xué)生在大二下半學(xué)期就開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課，再經(jīng)過大三一整學(xué)期、大四上半學(xué)期的專業(yè)課學(xué)習(xí)，等到學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，前后經(jīng)歷了2年時(shí)間，因此學(xué)生對部分課程的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)生疏，影響了學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)對知識(shí)的綜合應(yīng)用。②實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，感性認(rèn)識(shí)有限對于工程類專業(yè)，實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)是提高學(xué)生感性認(rèn)識(shí)的重要手段。采礦工程專業(yè)的主要的實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)包括生產(chǎn)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，然而受限于礦山企業(yè)這類高危生產(chǎn)單位的安全限制，在學(xué)生進(jìn)行礦山實(shí)習(xí)時(shí)常常是被技術(shù)人員帶領(lǐng)走馬觀花式的看一下企業(yè)生產(chǎn)流程，這樣就造成學(xué)生實(shí)習(xí)效果差，缺乏對礦山的感性認(rèn)識(shí)。③就業(yè)壓力大，學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)效果不佳對于采礦工程專業(yè)來說，大四的上半學(xué)期是專業(yè)課的集中學(xué)習(xí)時(shí)間。在這一時(shí)間內(nèi)，需要學(xué)習(xí)的專業(yè)課包括《露天采礦工藝》、《露天礦設(shè)計(jì)原理》、《煤礦地下開采》、《金屬礦地下開采》、《礦山環(huán)境保護(hù)》、《礦山安全》、《露天礦運(yùn)輸及道路設(shè)計(jì)》、《采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)》等，這些都是畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要組成內(nèi)容。但是由于近些年學(xué)生就業(yè)形勢不好，就業(yè)壓力逼迫學(xué)生不得不花費(fèi)大量的時(shí)間與精力或找工作、或復(fù)習(xí)考研、或復(fù)習(xí)考公務(wù)員等等，因此學(xué)生對本該掌握的專業(yè)課沒有掌握。以上造成畢業(yè)設(shè)計(jì)困難的原因中，對于因?qū)W習(xí)周期長以及學(xué)習(xí)時(shí)間不夠而造成的知識(shí)內(nèi)容欠缺可以在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間由指導(dǎo)教師補(bǔ)充講解，而對礦山感性認(rèn)識(shí)缺乏就目前來說解決較困難。基于統(tǒng)一的空間和時(shí)間四維坐標(biāo)，將礦山中的所有信息(包地形、建筑、地層、構(gòu)造、礦床礦體、危險(xiǎn)源、井巷工程、開采單元、采場、工作面、設(shè)備、人員、監(jiān)控系統(tǒng)等)可視化后，能夠建立真三維礦山地理信息模型[2]，而借助三維立體技術(shù)可讓學(xué)生立體地觀察到礦山的組成，由此可提高學(xué)生對礦山的感性認(rèn)識(shí)。
3.教學(xué)案例分析
這里以井工開采畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，講解三維立體技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。對于井工開采畢業(yè)設(shè)計(jì)來說，第一步需要設(shè)計(jì)礦床的開拓系統(tǒng)。在開拓系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，才能完成采礦方法、通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸與提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這類似于建筑中的框架結(jié)構(gòu)，由此可見其重要性。由于前述種種原因，學(xué)生對于該部分缺乏直觀認(rèn)識(shí)，無法在思想中想象開拓系統(tǒng)是什么樣子，因此設(shè)計(jì)開拓系統(tǒng)時(shí)困難重重。而教材中關(guān)于開拓系統(tǒng)的圖例缺乏立體感，無法引導(dǎo)學(xué)生。結(jié)合教材中關(guān)于圖1中的圖示1-5的備注，雖然能夠明白開拓系統(tǒng)的組成，但是無法將該圖與礦山其他系統(tǒng)結(jié)合起來，對于學(xué)生的指導(dǎo)作用不大。
4.教學(xué)效果
通過在內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程2013屆、2014屆這兩屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果如下：①提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過觀摩三維立體模型，學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度發(fā)生明顯改變，由以前的被逼著做轉(zhuǎn)為主動(dòng)追著做，設(shè)計(jì)進(jìn)度明顯加快，學(xué)生畢業(yè)成績的優(yōu)良率明顯增加；②促進(jìn)了學(xué)生對專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。經(jīng)過三維立體技術(shù)，有效地將《金屬礦地下開采》、《礦井通風(fēng)》、《礦山安全》、《井巷工程》以及《采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)》中所學(xué)到的知識(shí)融合成了一個(gè)整體，提高了學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的綜合認(rèn)識(shí)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求；③開發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生在了解到三維立體建模技術(shù)后，對數(shù)字礦山產(chǎn)生了濃厚的興趣，更有同學(xué)利用課外時(shí)間自學(xué)建模技術(shù)，并取得了較好的實(shí)踐成果。
5.結(jié)語
將三維建模技術(shù)應(yīng)用在采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)中，可以在學(xué)生對礦山感性認(rèn)識(shí)不足的情況下，擴(kuò)充學(xué)生對于礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的立體認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的理解，進(jìn)而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。但掌握三維建模技術(shù)需要許多專業(yè)以外的知識(shí)，這對于采礦工程專業(yè)的學(xué)生來說難度較大。利用該技術(shù)建立的礦山生產(chǎn)系統(tǒng)只是起到輔助教學(xué)展示的作用，并不能完全取代礦山生產(chǎn)實(shí)習(xí)所起到的作用。因此，最好的教學(xué)計(jì)劃安排應(yīng)該是先了解某礦山的三維立體模型，再安排去該礦山實(shí)習(xí)，最后結(jié)合該礦山做畢業(yè)設(shè)計(jì)，只有反復(fù)地對照學(xué)習(xí)，才能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的掌握，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)效果。
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作者：王創(chuàng)業(yè) 單位：內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院
