馬文頂，吳作武，萬志軍，屠世浩，張 源

（1.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 教務(wù)部，江蘇 徐州 221116）

煤炭行業(yè)走綠色、安全、高效之路的理念已經(jīng)成為共識(shí)［1］，而這一理念的實(shí)現(xiàn)離不開大量基礎(chǔ)扎實(shí)、工程素養(yǎng)高、實(shí)踐與創(chuàng)新能力強(qiáng)的高級(jí)工程技術(shù)人才。目前，大學(xué)畢業(yè)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還存在以下突出問題：煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)責(zé)任大、生產(chǎn)任務(wù)重，在企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)難度大；煤礦機(jī)械價(jià)格高昂、耗電驚人，實(shí)踐培訓(xùn)成本高；煤礦生產(chǎn)條件復(fù)雜、事故隱患多、安全風(fēng)險(xiǎn)大，很多實(shí)驗(yàn)難以采用傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)；綜合設(shè)計(jì)型和科研創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法滿足需要，傳統(tǒng)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)方法和手段已不能滿足需要。顯然，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多不足之處，需要新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段予以加強(qiáng)和填補(bǔ)［2］。采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在此情況下應(yīng)運(yùn)而生。礦業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心針對(duì)采礦高危的極端環(huán)境，開采過程不可逆的操作，大型設(shè)備操作的綜合訓(xùn)練高成本、高消耗等特殊情況，探索安全、可靠、直觀和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，已是眾望所歸。在這種形勢(shì)下，我校成立采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，并于2014年獲批為國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（下稱中心）。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件和模擬器，可以多次重復(fù)、安全環(huán)保、成本低廉、節(jié)約能源，在美、日、加、法、澳等發(fā)達(dá)國家得到普遍采用，我國很多行業(yè)如航空航天、汽車駕駛、醫(yī)學(xué)和材料等專業(yè)教學(xué)中也普遍采用虛擬仿真技術(shù)［3－6］。在采礦工程專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)中引入虛擬仿真模式，并擴(kuò)展到煤礦虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和企業(yè)實(shí)踐教學(xué)，不僅有助于學(xué)生對(duì)采礦專業(yè)知識(shí)的深入理解和掌握，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)科研創(chuàng)新意識(shí)，而且可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室熟悉煤礦機(jī)械操作，為企業(yè)實(shí)踐中有關(guān)技能培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供有力的保障［7－8］。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)

中心堅(jiān)持學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合、虛擬仿真與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的原則，構(gòu)建了“模塊化、層次化、多元化”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示），即“理論教學(xué)、工程訓(xùn)練、科研活動(dòng)”3個(gè)模塊，“多空間多系統(tǒng)演示仿真實(shí)驗(yàn)”、“綜合與設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)”、“創(chuàng)新與前沿仿真實(shí)驗(yàn)”3個(gè)層次，以及不同層次、不同模塊相互交叉、融合滲透，研究開發(fā)了大量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，形成了常規(guī)實(shí)驗(yàn)—虛擬仿真實(shí)驗(yàn)—井下實(shí)景實(shí)驗(yàn)并舉的立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

圖1 采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

1.1 三個(gè)教學(xué)模塊

（1）“理論教學(xué)”模塊主要針對(duì)理論教學(xué)，將理論教學(xué)中的難點(diǎn)內(nèi)容和演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目虛擬和仿真化，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握；

（2）“工程訓(xùn)練”模塊主要針對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，如通過現(xiàn)代化礦井漫游仿真，使學(xué)生獲得沉浸式煤礦實(shí)踐體驗(yàn)，通過礦井災(zāi)害再現(xiàn)仿真，使學(xué)生產(chǎn)生震撼性的安全教育，以及通過綜采（或綜掘）工作面工藝仿真及虛擬操作互動(dòng)實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際操作能力；

（3）“科研活動(dòng)”模塊主要結(jié)合教師科研與學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目，通過學(xué)生參與完成部分內(nèi)容，使學(xué)生得到科研方法和實(shí)驗(yàn)技能方面的訓(xùn)練。

1.2 三個(gè)實(shí)驗(yàn)層次

（1）“多空間多系統(tǒng)演示仿真實(shí)驗(yàn)”層次主要是演示性試驗(yàn)，讓學(xué)生了解煤炭開采的基本過程及其常見問題的解決方法；

（2）“綜合與設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)”層次則主要開展根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行自由搭建和組合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；

（3）“創(chuàng)新與前沿仿真實(shí)驗(yàn)”層次主要面向?qū)W科和行業(yè)發(fā)展前沿，讓部分學(xué)有余力的學(xué)生參與中心教師的科研項(xiàng)目，將科研項(xiàng)目研究成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

不同模塊、不同層次相互交叉、融合滲透，形成多元化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，共同構(gòu)成采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源與隊(duì)伍建設(shè)

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心擁有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源包括多空間多系統(tǒng)演示仿真、綜合與設(shè)計(jì)仿真，以及創(chuàng)新與前沿仿真3個(gè)系列，每個(gè)系列包含多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的和功能的不同，大致可以分為認(rèn)知礦山、熟知礦山、安全礦山、綠色礦山等4個(gè)類別。中心根據(jù)科學(xué)規(guī)劃、資源共享的原則，統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)研究、學(xué)科建設(shè)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)，及時(shí)將學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，形成了科研與學(xué)科建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)相融通的機(jī)制。

（1）學(xué)科建設(shè)和科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。把“211工程”、“985工程”優(yōu)勢(shì)學(xué)科創(chuàng)新平臺(tái)、江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程、煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和“973項(xiàng)目”、“863項(xiàng)目”、“支撐計(jì)劃項(xiàng)目”等國家重大科研項(xiàng)目建成的虛擬儀器設(shè)備向本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放，增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如“973項(xiàng)目”課題研究成果“礦震仿真及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)”，增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4個(gè)；“863項(xiàng)目”研究成果“薄煤層自動(dòng)化綜采工作面工藝”，增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3個(gè)；“985工程”優(yōu)勢(shì)學(xué)科創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目成果，增設(shè)“關(guān)鍵層在采動(dòng)巖體運(yùn)動(dòng)中的控制作用虛擬仿真”、“保水開采數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)”等綠色開采虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目5個(gè)。

（2）根據(jù)學(xué)科特色，自主研制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)學(xué)科前沿和行業(yè)發(fā)展最新成果，先后研制成功“現(xiàn)代化礦井漫游仿真平臺(tái)”、“綜采（綜掘）工作面工藝仿真及操作虛擬實(shí)訓(xùn)互動(dòng)平臺(tái)”、“綠色開采虛擬仿真平臺(tái)”、“安全教育培訓(xùn)虛擬仿真平臺(tái)”等10多個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)或系統(tǒng)；開發(fā)了“礦井生產(chǎn)系統(tǒng)仿真演示”、“巖層移動(dòng)過程相似模擬仿真”、“綜合機(jī)械化開采工藝互動(dòng)仿真”、“煤礦保水開采仿真”、“礦井突水災(zāi)害再現(xiàn)仿真”等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容120多項(xiàng)。這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源涵蓋了驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和科研創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次，以綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和科研創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)為主，極大地拓展了本專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍、豐富了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

（3）科研與學(xué)科建設(shè)和科研訓(xùn)練相結(jié)合，多讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室接受科研訓(xùn)練。學(xué)生可以參加教師科研與學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目、參與虛擬仿真設(shè)備建設(shè)等，在直接利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備自主配置開展實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，學(xué)到了科研的基本方法，受到了科學(xué)精神的熏陶。如“現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)模型”、“基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的巷道認(rèn)知及礦壓實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)”、“瓦斯爆炸再現(xiàn)仿真系統(tǒng)”等許多虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就是學(xué)生在中心教師指導(dǎo)下參與完成的。在豐富虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的同時(shí)，對(duì)于開闊學(xué)生視野、提升學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力也起到了很大的推動(dòng)作用。

中心已經(jīng)形成了實(shí)驗(yàn)室常規(guī)實(shí)驗(yàn)—虛擬仿真實(shí)驗(yàn)—井下實(shí)景實(shí)驗(yàn)并舉的立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。此外，中心配套建設(shè)了高效、便捷的實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了利用虛擬仿真設(shè)備自由搭建和配置組合開展綜合設(shè)計(jì)型和科研創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，確保了創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中綜合設(shè)計(jì)型與研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文、科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)需要。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

采礦工程專業(yè)堅(jiān)持理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相貫通，專業(yè)教師同時(shí)承擔(dān)專業(yè)課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)；中心本著“引進(jìn)急需人才、用好現(xiàn)有人才、穩(wěn)定關(guān)鍵人才、培養(yǎng)年輕人才”的原則，制定了一系列實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍建設(shè)與管理措施。校企共建，聘請(qǐng)有實(shí)力的企業(yè)高級(jí)工程技術(shù)人才參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，形成了一支以院士為核心的老、中、青結(jié)合，專兼職結(jié)合，年齡和職稱結(jié)構(gòu)合理，學(xué)術(shù)水平高，教學(xué)科研能力強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍，促進(jìn)了中心的可持續(xù)發(fā)展。

青年教師是中心建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的主力軍，中心實(shí)施了青年教師隊(duì)伍實(shí)踐能力多渠道培養(yǎng)機(jī)制：

（1）為剛參加工作的青年教師聘請(qǐng)教學(xué)科研業(yè)績突出的教授作為教學(xué)導(dǎo)師，具體指導(dǎo)青年教師熟悉各教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法及教學(xué)手段；鼓勵(lì)青年教師進(jìn)入礦山企業(yè)博士后工作站或到企業(yè)掛職鍛煉，培養(yǎng)教師的實(shí)踐能力；

（2）安排教師深入現(xiàn)場(chǎng)開展企業(yè)合作科研項(xiàng)目，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力；

（3）加強(qiáng)校企合作，聘請(qǐng)企業(yè)兼職教師參加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)；

（4）注重教師學(xué)緣結(jié)構(gòu)的改善和教師的國際化教育背景；

（5）根據(jù)青年教師科研方向和個(gè)人特長，有計(jì)劃地安排部分青年教師重點(diǎn)從事虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

中心非常重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開發(fā)工作，采礦工程學(xué)科設(shè)有采礦系統(tǒng)工程與數(shù)字礦山研究方向，以本方向教師為主研究開發(fā)了“礦井生產(chǎn)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)”、“礦震仿真及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)”、“綠色開采虛擬仿真平臺(tái)”等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，獲得多項(xiàng)軟件著作權(quán)。其他教師結(jié)合個(gè)人學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究成果，研發(fā)了大量虛擬仿真視頻資料，這些資料均已轉(zhuǎn)化為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將現(xiàn)有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源整合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放管理平臺(tái)、數(shù)值模擬與仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和工程實(shí)訓(xùn)與安全培訓(xùn)平臺(tái)等3個(gè)平臺(tái)運(yùn)行。依托中國礦業(yè)大學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)，建成了相應(yīng)的信息化設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)信息安全平臺(tái)，并確保虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)安全高效運(yùn)行。

3.1 采礦工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放管理平臺(tái)

中心現(xiàn)有“采礦概論”、“礦山巖石力學(xué)”、“礦山壓力及其控制”、“巖層控制的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)測(cè)技術(shù)”等課程的教學(xué)錄像，真實(shí)地重現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過程。中心建設(shè)了認(rèn)知礦山、熟知礦山、安全礦山、綠色礦山4類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，計(jì)算機(jī)再現(xiàn)了礦井生產(chǎn)系統(tǒng)及裝備、礦井開采方法及工藝、設(shè)備工作原理及使用過程、災(zāi)害演變過程、礦壓觀測(cè)原理與測(cè)試技術(shù)等。這些教學(xué)資源均可由學(xué)生在采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放管理平臺(tái)上自行學(xué)習(xí)與自主使用。學(xué)生可以自主動(dòng)手配置、連接、調(diào)節(jié)和使用這些虛擬機(jī)械設(shè)備及礦壓觀測(cè)儀器等開展綜采工作面、掘進(jìn)工作面礦山壓力顯現(xiàn)觀測(cè)，或進(jìn)行支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，以及其他與煤礦開采有關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放管理平臺(tái)在校園網(wǎng)面向所有用戶開放，對(duì)校內(nèi)外公布虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息，提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)鏈接等相關(guān)服務(wù)。學(xué)生可在校園內(nèi)任意網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問平臺(tái)資源，不僅可以方便地利用平臺(tái)資源學(xué)習(xí)和開展實(shí)驗(yàn)，還可以根據(jù)平臺(tái)上提供的器材自由搭建合理的典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放管理平臺(tái)還具有信息發(fā)布、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集分析、互動(dòng)交流、成績?cè)u(píng)定、成果展示等功能。該平臺(tái)由專職人員管理及維護(hù)，確保信息安全與網(wǎng)絡(luò)暢通。

3.2 采礦工程數(shù)值模擬與仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

數(shù)值模擬與仿真是采礦工程專業(yè)重要的研究方法之一，在計(jì)算機(jī)上通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，對(duì)工程問題進(jìn)行仿真與推演，達(dá)到研究解決問題的目的。采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室擁有ITASCA系列FLAC（FLAC3D）、UDEC（3DEC）、PFC2D（PFC3D），和FLUENT、ABQUES等數(shù)值模擬與仿真軟件，可以開展由于開采引起的巖層運(yùn)動(dòng)與礦壓顯現(xiàn)及其控制、巷道支護(hù)設(shè)計(jì)、采煤工作面支架選型設(shè)計(jì)等問題的研究，為采礦工程專業(yè)本科生和研究生培養(yǎng)提供了完備的虛擬仿真平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室擁有可開展大型數(shù)值計(jì)算的服務(wù)器，并由專人維護(hù)、管理，保證教學(xué)、科研需要。

3.3 采礦工程實(shí)訓(xùn)與安全培訓(xùn)平臺(tái)

為了培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)和動(dòng)手能力，采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心利用虛擬仿真技術(shù)建立了采礦工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，擁有可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的礦壓實(shí)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備操作培訓(xùn)系統(tǒng)。礦壓實(shí)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是在物理模型基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拓展物理模型運(yùn)動(dòng)空間，通過安裝在物理模型上的實(shí)測(cè)儀器儀表測(cè)試礦山壓力，警示安全隱患。煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備包括采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)等，實(shí)驗(yàn)室所擁有的采煤機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)系統(tǒng)、掘進(jìn)機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)系統(tǒng)、提升機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)系統(tǒng)利用人機(jī)對(duì)話方式培訓(xùn)學(xué)生對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備的安全操作技能。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放機(jī)制建設(shè)

4.1 虛擬仿真教學(xué)資源開放共享

4.1.1 面向行業(yè)高校的共享

中心努力促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在全國煤炭等礦業(yè)院校的開放共享。中心建成的《采礦學(xué)》國家級(jí)精品資源共享課程；編寫的“巖層控制的實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)測(cè)技術(shù)”等3部實(shí)驗(yàn)教材、16部實(shí)驗(yàn)講義；研究開發(fā)的10多個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等基本實(shí)現(xiàn)了行業(yè)高校共享。5年來，中心還為行業(yè)高校培養(yǎng)師資80余人、接受國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)修40多人次、邀請(qǐng)國外專家實(shí)驗(yàn)教學(xué)交流與示范教學(xué)20余次、主辦國際及全國性學(xué)術(shù)與教學(xué)研討會(huì)4次、煤炭高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)會(huì)議3次。

4.1.2 面向行業(yè)與社會(huì)服務(wù)

中心對(duì)有關(guān)中央企業(yè)總部及其下屬煤礦企業(yè)、省屬煤礦企業(yè)總部及其下一級(jí)煤礦企業(yè)的總工程師和副總工程師3 000多人進(jìn)行了培訓(xùn)。培訓(xùn)主要內(nèi)容包括煤礦礦長保護(hù)礦工生命安全7項(xiàng)規(guī)定、礦井開拓與開采、新型材料與礦用材料、沖擊礦壓災(zāi)害防治、煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)技術(shù)、礦井運(yùn)輸與提升、礦山綠色開采技術(shù)及應(yīng)用等。特別是中心建設(shè)的礦震虛擬仿真與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已在全國20多個(gè)礦區(qū)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆撈脚_(tái)后，經(jīng)過擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬仿真與軟件分析，對(duì)礦震進(jìn)行預(yù)測(cè)與預(yù)警，實(shí)現(xiàn)學(xué)校與礦山的資源共享，為煤礦的安全生產(chǎn)提供預(yù)防與保障。

4.1.3 面向淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的輻射

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)處于江蘇、山東、河南、安徽的交界區(qū)域及長三角和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)之間，人口一億多，有高校45所，中國礦業(yè)大學(xué)處于淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)中心城市徐州，中心一直加強(qiáng)向周邊地區(qū)高校示范輻射作用。如接待淮海工學(xué)院、淮北煤炭師范學(xué)院、徐州師范大學(xué)、安徽理工大學(xué)，河南理工大學(xué)等高校的來訪交流，進(jìn)行共建合作，每年舉辦一次淮海地區(qū)高校礦業(yè)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)或中心主任交流會(huì)，舉辦實(shí)驗(yàn)教師培訓(xùn)班為本區(qū)域培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教師25人，目前他們已成為各校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)骨干。

另外，中心鼓勵(lì)與支持教師勇于創(chuàng)新，注重教學(xué)與科研相結(jié)合，承接縱向科研項(xiàng)目、教改項(xiàng)目以及橫向科研項(xiàng)目。通過面向社會(huì)開放，開展技能培訓(xùn)、考工考級(jí)、技術(shù)咨詢、產(chǎn)品開發(fā)、校企合作等，擴(kuò)大了我校與各級(jí)政府和企業(yè)間的聯(lián)系，擴(kuò)大中心在社會(huì)的影響，充分發(fā)揮了優(yōu)質(zhì)資源共享的作用。

4.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

4.2.1 面向礦業(yè)類專業(yè)開設(shè)各類實(shí)驗(yàn)課程

中心每年面向全校17個(gè)專業(yè)的6 180人次全日制本科生開設(shè)礦業(yè)工程類實(shí)驗(yàn)課程，年實(shí)驗(yàn)約13.5萬人時(shí)，并承擔(dān)本科生畢業(yè)論文、科技創(chuàng)新活動(dòng)等。中心向全校及淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練、課外科技活動(dòng)及各類創(chuàng)新競(jìng)賽開放，年接待創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)生數(shù)900多人次，為我校和區(qū)域內(nèi)各級(jí)各類本專科學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)踐及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要的實(shí)踐基地和實(shí)驗(yàn)示范作用，有效地促進(jìn)了我校各相關(guān)學(xué)科、專業(yè)的交叉、滲透、融合和發(fā)展。

4.2.2 面向行業(yè)和國內(nèi)同類高校輻射

全國其他11所原煤炭部所屬高校及其他32所非煤院校也招收采礦工程專業(yè)學(xué)生，采礦工程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)模式在這些院校中進(jìn)行了推廣，中心的成果與資源對(duì)行業(yè)高校實(shí)現(xiàn)共享，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與人才培養(yǎng)等方面得到國內(nèi)外同行的肯定。近5年來中心多次接受來自中南大學(xué)、東北大學(xué)、重慶大學(xué)、新疆大學(xué)、河南理工大學(xué)、西安科技大學(xué)、山東科技大學(xué)、安徽理工大學(xué)、內(nèi)蒙古科技大學(xué)、內(nèi)蒙古工程大學(xué)、河北工程大學(xué)等高校教師的交流與觀摩學(xué)習(xí)。

4.2.3 培養(yǎng)和提升學(xué)生的綜合素質(zhì)

經(jīng)過中心堅(jiān)持不懈的建設(shè)，進(jìn)一步理順了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理體制、整合資源、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段，為學(xué)生提供了更多、更好的發(fā)展自身綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)，帶動(dòng)了一大批學(xué)生自覺參加到自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或教師的科研項(xiàng)目中去，推動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想的根本轉(zhuǎn)變，取得了良好的教學(xué)效果。

5 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的特色與創(chuàng)新

采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)思想，創(chuàng)建了煤礦重大災(zāi)害過程及不安全環(huán)境虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、煤礦復(fù)雜環(huán)境下大型昂貴機(jī)械設(shè)備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和完備的虛擬礦井生產(chǎn)系統(tǒng)和虛擬仿真互動(dòng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等3個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，破解了煤礦開采特種行業(yè)條件下安全生產(chǎn)要求和大規(guī)模學(xué)生實(shí)踐困難的矛盾問題，實(shí)現(xiàn)了資源共享，為礦業(yè)類大學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)創(chuàng)出了一條特色之路。

（1）創(chuàng)建了煤礦重大災(zāi)害過程及不安全環(huán)境虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。采用虛擬仿真技術(shù)，再現(xiàn)了煤礦瓦斯爆炸、瓦斯突出、煤塵爆炸、火災(zāi)、冒頂、礦震、突水等安全事故以及其他不安全生產(chǎn)環(huán)境，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)煤礦安全事故的成因、經(jīng)過和危害的認(rèn)識(shí)和理解，產(chǎn)生了震撼性的煤礦安全警示教育效果。

（2）創(chuàng)新了煤礦復(fù)雜環(huán)境下大型昂貴機(jī)械設(shè)備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。將煤礦大型機(jī)械設(shè)備、礦壓監(jiān)測(cè)儀器以及井下復(fù)雜環(huán)境虛擬仿真化，建成了虛擬煤礦機(jī)械設(shè)備和礦壓監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)了大型昂貴機(jī)械設(shè)備和相關(guān)儀器的虛擬仿真操作、自由搭建與配置，豐富和拓寬了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和范圍。

（3）建立了完備的虛擬礦井生產(chǎn)系統(tǒng)和虛擬仿真互動(dòng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、礦井虛擬漫游系統(tǒng)和采掘工作面虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)礦井的全景透視和沉浸式漫游，以及煤礦機(jī)械設(shè)備的虛擬互動(dòng)操作，開拓了學(xué)生視野，提升了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

6 結(jié)束語

采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心依托礦業(yè)工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，以培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和綜合工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向，引入計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)值模擬與仿真技術(shù)，建設(shè)了“模塊化、層次化、多元化”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放共享，以及智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理，破解大學(xué)生實(shí)踐實(shí)訓(xùn)和科研創(chuàng)新訓(xùn)練難題。作為國內(nèi)領(lǐng)先的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)服務(wù)平臺(tái)，中心需要更好地聚集效應(yīng)，吸引更多的虛擬產(chǎn)品企業(yè)入駐、合作，共同托起培養(yǎng)煤礦創(chuàng)新人才的偉業(yè)。

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）

［1］錢鳴高，許家林.科學(xué)采礦的理念與技術(shù)框架［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2011（3）：1－7，23.

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