采礦工程畢業(yè)設(shè)計實踐教學研究

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【摘要】畢業(yè)設(shè)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(shè)計中存在一定的問題。將三維立體技術(shù)應用于采礦工程畢業(yè)設(shè)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(shè)計的教學質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】三維立體技術(shù)；采礦工程；畢業(yè)設(shè)計；實踐教學

1.引言

采礦工程畢業(yè)設(shè)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(chǔ)課和專業(yè)課學習后，通過畢業(yè)設(shè)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(shè)計教學過程中的學習、研究和實際訓練能夠?qū)⒗碚撜J識深化、擴展知識領(lǐng)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(diào)研、收集、加工與整理，訓練學生正確使用各種設(shè)計資料、手冊、圖冊、國家標準和技術(shù)規(guī)范的基本技能，培養(yǎng)學生掌握工程設(shè)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(shù)文件的能力；③樹立正確的設(shè)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(shù)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(shè)計、科學研究及其它技術(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(shè)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(shè)計的教學效果。近些年來，隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(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)運用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計是一種有益的教學嘗試。

2.采礦工程畢業(yè)設(shè)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(shè)計對學生整體能力的提升作用毋庸置疑。內(nèi)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(nèi)，學生在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)需要完成兩部分內(nèi)容，即露天開采方案設(shè)計與井工開采方案設(shè)計。近些年，考慮到要與學生就業(yè)相結(jié)合，同時也是為了提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)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(shè)計內(nèi)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(shè)計，就業(yè)去向是井工礦山則安排做井工畢業(yè)設(shè)計。通過調(diào)整畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量得到了保證，但是在實際教學中仍然存在教學內(nèi)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(chǎn)生問題的原因

①課程學習周期長，教學內(nèi)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(shè)專業(yè)基礎(chǔ)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(shè)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(nèi)容已經(jīng)生疏，影響了學生在畢業(yè)設(shè)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(chǎn)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(chǎn)單位的安全限制，在學生進行礦山實習時常常是被技術(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(nèi)，需要學習的專業(yè)課包括《露天采礦工藝》、《露天礦設(shè)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(shè)計》、《采礦學課程設(shè)計》等，這些都是畢業(yè)設(shè)計的重要組成內(nèi)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(shè)計困難的原因中，對于因?qū)W習周期長以及學習時間不夠而造成的知識內(nèi)容欠缺可以在畢業(yè)設(shè)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(gòu)造、礦床礦體、危險源、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(shè)計為例，講解三維立體技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計中的應用。對于井工開采畢業(yè)設(shè)計來說，第一步需要設(shè)計礦床的開拓系統(tǒng)。在開拓系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，才能完成采礦方法、通風系統(tǒng)、運輸與提升系統(tǒng)的設(shè)計，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(shè)計開拓系統(tǒng)時困難重重。而教材中關(guān)于開拓系統(tǒng)的圖例缺乏立體感，無法引導學生。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，對于學生的指導作用不大。

4.教學效果

通過在內(nèi)蒙古科技大學采礦工程2013屆、2014屆這兩屆學生的畢業(yè)設(shè)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(shè)計的態(tài)度發(fā)生明顯改變，由以前的被逼著做轉(zhuǎn)為主動追著做，設(shè)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(shù)，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(shè)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(shè)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(shù)后，對數(shù)字礦山產(chǎn)生了濃厚的興趣，更有同學利用課外時間自學建模技術(shù)，并取得了較好的實踐成果。

5.結(jié)語

將三維建模技術(shù)應用在采礦工程畢業(yè)設(shè)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(chǎn)系統(tǒng)的立體認識，加深學生對畢業(yè)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的理解，進而提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。但掌握三維建模技術(shù)需要許多專業(yè)以外的知識，這對于采礦工程專業(yè)的學生來說難度較大。利用該技術(shù)建立的礦山生產(chǎn)系統(tǒng)只是起到輔助教學展示的作用，并不能完全取代礦山生產(chǎn)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(jié)合該礦山做畢業(yè)設(shè)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(shè)計效果。

參考文獻：

[1]方鵬,黃德鏞.數(shù)字礦山技術(shù)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(nèi)涵與進展[J].煤炭科學技術(shù)，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(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)研究院