采礦工程畢業(yè)設計實踐教學研究

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【摘要】畢業(yè)設計是采礦工程專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)，對學生所學專業(yè)知識的融會貫通有著不可替代的作用。但由于存在課程學習周期長、實習教學環(huán)節(jié)薄弱和學生專業(yè)課學習效果不佳等原因造成學生在畢業(yè)設計中存在一定的問題。將三維立體技術應用于采礦工程畢業(yè)設計的指導中，可以提高學生的學習興趣、促進學生對專業(yè)知識的融會貫通、開發(fā)學生的創(chuàng)新能力，從而提高畢業(yè)設計的教學質量。

【關鍵詞】三維立體技術；采礦工程；畢業(yè)設計；實踐教學

1.引言

采礦工程畢業(yè)設計是采礦工程專業(yè)必修的集中實踐性教學環(huán)節(jié)，屬于專業(yè)教學模塊，其目的是在學生已完成專業(yè)基礎課和專業(yè)課學習后，通過畢業(yè)設計的方式，綜合應用和深化本專業(yè)所學理論知識和專業(yè)技能，培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力。通過該教學環(huán)節(jié)，要求學生達到如下要求：①能綜合運用多學科的理論知識與技能，通過畢業(yè)設計教學過程中的學習、研究和實際訓練能夠將理論認識深化、擴展知識領域、延伸專業(yè)技能；②學會依據(jù)課題任務進行資料數(shù)據(jù)的調研、收集、加工與整理，訓練學生正確使用各種設計資料、手冊、圖冊、國家標準和技術規(guī)范的基本技能，培養(yǎng)學生掌握工程設計的程序、方法和基本原則，提高學生工程計算、圖紙繪制、編寫技術文件的能力；③樹立正確的設計思想，培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度、嚴謹求實的工作作風、正確的技術經(jīng)濟觀點和工程全局意識；④接受現(xiàn)代采礦工程師的基本訓練，進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，為畢業(yè)后更好地適應工程設計、科學研究及其它技術工作奠定必要的基礎。由以上采礦工程畢業(yè)設計的目的和要求可知，該教學環(huán)節(jié)對于學生整體專業(yè)知識的整合與專業(yè)技能的提升將會有不可替代的作用。但是，在實際的教學中，由于專業(yè)課開課時間較長、學生缺乏大局觀、知識整合能力欠缺等造成采礦工程畢業(yè)設計教學效果欠佳。因此，有必要采取先進的教學方法與手段來提高畢業(yè)設計的教學效果。近些年來，隨著計算機技術、信息技術、通信技術、自動控制技術、3S(GIS，GPS，RS)技術、網(wǎng)絡技術的發(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，將三維立體技術運用于采礦工程畢業(yè)設計是一種有益的教學嘗試。

2.采礦工程畢業(yè)設計存在的問題及原因

2.1存在的問題

作為采礦工程專業(yè)培養(yǎng)體系的最后一個環(huán)節(jié)，采礦工程畢業(yè)設計對學生整體能力的提升作用毋庸置疑。內蒙古科技大學采礦工程專業(yè)的培養(yǎng)特色是露天與井工開采并重，因此在過去相當一段時間內，學生在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)需要完成兩部分內容，即露天開采方案設計與井工開采方案設計。近些年，考慮到要與學生就業(yè)相結合，同時也是為了提高畢業(yè)設計質量、減輕學生負擔，因此按照學生的就業(yè)安排相應的畢業(yè)設計內容。這也就意味著，就業(yè)去向是露天礦山的學生安排露天畢業(yè)設計，就業(yè)去向是井工礦山則安排做井工畢業(yè)設計。通過調整畢業(yè)設計內容，畢業(yè)設計質量得到了保證，但是在實際教學中仍然存在教學內容生疏、整合知識能力差、對礦山感性認識有限、動手能力弱等問題。

2.2產生問題的原因

①課程學習周期長，教學內容生疏由于采礦工程專業(yè)自學生在大二下半學期就開設專業(yè)基礎課，再經(jīng)過大三一整學期、大四上半學期的專業(yè)課學習，等到學生進入畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，前后經(jīng)歷了2年時間，因此學生對部分課程的教學內容已經(jīng)生疏，影響了學生在畢業(yè)設計時對知識的綜合應用。②實習教學環(huán)節(jié)薄弱，感性認識有限對于工程類專業(yè)，實習教學環(huán)節(jié)是提高學生感性認識的重要手段。采礦工程專業(yè)的主要的實習教學環(huán)節(jié)包括生產認識實習和畢業(yè)實習，然而受限于礦山企業(yè)這類高危生產單位的安全限制，在學生進行礦山實習時常常是被技術人員帶領走馬觀花式的看一下企業(yè)生產流程，這樣就造成學生實習效果差，缺乏對礦山的感性認識。③就業(yè)壓力大，學生專業(yè)課學習效果不佳對于采礦工程專業(yè)來說，大四的上半學期是專業(yè)課的集中學習時間。在這一時間內，需要學習的專業(yè)課包括《露天采礦工藝》、《露天礦設計原理》、《煤礦地下開采》、《金屬礦地下開采》、《礦山環(huán)境保護》、《礦山安全》、《露天礦運輸及道路設計》、《采礦學課程設計》等，這些都是畢業(yè)設計的重要組成內容。但是由于近些年學生就業(yè)形勢不好，就業(yè)壓力逼迫學生不得不花費大量的時間與精力或找工作、或復習考研、或復習考公務員等等，因此學生對本該掌握的專業(yè)課沒有掌握。以上造成畢業(yè)設計困難的原因中，對于因學習周期長以及學習時間不夠而造成的知識內容欠缺可以在畢業(yè)設計期間由指導教師補充講解，而對礦山感性認識缺乏就目前來說解決較困難?；诮y(tǒng)一的空間和時間四維坐標，將礦山中的所有信息(包地形、建筑、地層、構造、礦床礦體、危險源、井巷工程、開采單元、采場、工作面、設備、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可讓學生立體地觀察到礦山的組成，由此可提高學生對礦山的感性認識。

3.教學案例分析

這里以井工開采畢業(yè)設計為例，講解三維立體技術在畢業(yè)設計中的應用。對于井工開采畢業(yè)設計來說，第一步需要設計礦床的開拓系統(tǒng)。在開拓系統(tǒng)的基礎之上，才能完成采礦方法、通風系統(tǒng)、運輸與提升系統(tǒng)的設計，這類似于建筑中的框架結構，由此可見其重要性。由于前述種種原因，學生對于該部分缺乏直觀認識，無法在思想中想象開拓系統(tǒng)是什么樣子，因此設計開拓系統(tǒng)時困難重重。而教材中關于開拓系統(tǒng)的圖例缺乏立體感，無法引導學生。結合教材中關于圖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)結合起來，對于學生的指導作用不大。

4.教學效果

通過在內蒙古科技大學采礦工程2013屆、2014屆這兩屆學生的畢業(yè)設計教學實踐，教學效果如下：①提高了學生的學習興趣。通過觀摩三維立體模型，學生對畢業(yè)設計的態(tài)度發(fā)生明顯改變，由以前的被逼著做轉為主動追著做，設計進度明顯加快，學生畢業(yè)成績的優(yōu)良率明顯增加；②促進了學生對專業(yè)知識的融會貫通。經(jīng)過三維立體技術，有效地將《金屬礦地下開采》、《礦井通風》、《礦山安全》、《井巷工程》以及《采礦學課程設計》中所學到的知識融合成了一個整體，提高了學生對所學知識的綜合認識，達到了畢業(yè)設計的目的和要求；③開發(fā)了學生的創(chuàng)新能力。學生在了解到三維立體建模技術后，對數(shù)字礦山產生了濃厚的興趣，更有同學利用課外時間自學建模技術，并取得了較好的實踐成果。

5.結語

將三維建模技術應用在采礦工程畢業(yè)設計的教學中，可以在學生對礦山感性認識不足的情況下，擴充學生對于礦山生產系統(tǒng)的立體認識，加深學生對畢業(yè)設計相關內容的理解，進而提高畢業(yè)設計質量。但掌握三維建模技術需要許多專業(yè)以外的知識，這對于采礦工程專業(yè)的學生來說難度較大。利用該技術建立的礦山生產系統(tǒng)只是起到輔助教學展示的作用，并不能完全取代礦山生產實習所起到的作用。因此，最好的教學計劃安排應該是先了解某礦山的三維立體模型，再安排去該礦山實習，最后結合該礦山做畢業(yè)設計，只有反復地對照學習，才能夠加深學生對所學知識的掌握，提高畢業(yè)設計效果。

參考文獻：

[1]方鵬,黃德鏞.數(shù)字礦山技術的應用現(xiàn)狀及展望[J].礦冶，2013，01：76-80.

[2]盧新明,尹紅.數(shù)字礦山的定義、內涵與進展[J].煤炭科學技術，2010，01：48-52.

[3]解世俊.金屬礦床地下開采[J].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

作者：王創(chuàng)業(yè) 單位：內蒙古科技大學礦業(yè)研究院