宋欣 王麗敏 屈年華 閆玉彪 程瞳

摘 要：在當(dāng)前的采礦人才培養(yǎng)中，虛擬仿真技術(shù)體系的教學(xué)是必不可少的。在構(gòu)建虛擬仿真采礦工程實驗體系，完善虛擬仿真技術(shù)資源的教學(xué)資源的同時，如何提高采礦人才的專業(yè)理念和水平，如何在教學(xué)課程中落實虛擬仿真技術(shù)實驗等等問題是當(dāng)下采礦工程專業(yè)課程教學(xué)中思考的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;采礦工程;課程教學(xué);實踐

采礦是一個非常復(fù)雜的多維生產(chǎn)過程，在傳統(tǒng)的理論教學(xué)課堂中，學(xué)生單靠課本教材圖紙和教師言語表達(dá)是無法準(zhǔn)確了解真實的采礦體系。因此實驗教學(xué)在采礦工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中是非常重要的，但就像上面談到的一樣，諸多限制使實驗教學(xué)在采礦工作專業(yè)課程中的存在感并沒有那么強(qiáng)，學(xué)生們歸根究底還是側(cè)重理論的學(xué)習(xí)。也因此，采礦工程專業(yè)課程的革新迫在眉睫。

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，這對于采礦這些高危行業(yè)來說幫助十分大。在我國已經(jīng)有部分高校建立起采礦工程的虛擬仿真實驗室，并將其用于采礦工程專業(yè)的課堂中。本文旨在針對虛擬仿真技術(shù)在采礦工程專業(yè)教學(xué)課程中的應(yīng)用以及在此助力下如何培養(yǎng)采礦人才的方法進(jìn)行探究。

一、當(dāng)期采礦工程專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀

歷來采礦工程專業(yè)的課程通常包含兩部分，即理論與實踐。理論課程自然包含采礦專業(yè)的基本理論知識、采礦方式、礦井開采設(shè)計等等諸多方式原理內(nèi)容。理論課程的目的就是培養(yǎng)學(xué)生對采礦行業(yè)有一個全面徹底且系統(tǒng)化的認(rèn)知。對于采礦工程專業(yè)來說，理論是基礎(chǔ)，采礦作為一個實踐性、交叉性都非常強(qiáng)的專業(yè)，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更要掌握實際的技術(shù)能力。但是在當(dāng)前的多數(shù)專業(yè)課程中普遍存在學(xué)生缺乏專業(yè)技能，沒有礦區(qū)實際的工作經(jīng)歷，對于教學(xué)課程中所提到的采礦工具與機(jī)械停留在教材內(nèi)容上，對于如何使用采礦機(jī)械卻一無所知。另外在采礦工程專業(yè)課程中的一個重點(diǎn)就是看懂并利用巷道布置圖，但是學(xué)生在校的學(xué)習(xí)多數(shù)情況下只是學(xué)習(xí)平面二維的圖紙，對于巷道沒有現(xiàn)場的實質(zhì)感受，要想憑空想象出其具體形態(tài)實屬困難。再者，采礦工程是一個非常復(fù)雜的專業(yè)，其生產(chǎn)系統(tǒng)中又包含許許多多的細(xì)化的子系統(tǒng)，每一個子系統(tǒng)都能夠通過巷道系統(tǒng)來完成其所負(fù)責(zé)部分的工作，而每個子系統(tǒng)間的聯(lián)系也至關(guān)重要。因此，本就缺少對巷道實感的學(xué)生再去憑想象理清系統(tǒng)間的關(guān)系更是難上加難。

采礦工程專業(yè)是一個實踐性很強(qiáng)的專業(yè)，長期以來，采礦工程專業(yè)的課程不僅缺乏人力物力的支持，同時受限制于實驗教學(xué)場地的匱乏。在各個高校中，采礦工程專業(yè)的課程實踐通常分為兩種，一種是室內(nèi)實驗，另一種則是校外礦區(qū)的現(xiàn)場實踐。無論哪一種都有其不可規(guī)避的缺點(diǎn)，以室內(nèi)實驗來說，采礦工程專業(yè)課程中的實驗通常周期都比較長，但實驗設(shè)備不僅價格昂貴，而且維修起來費(fèi)用也不低，對于高校教學(xué)來說負(fù)擔(dān)比較重。而分配學(xué)生到礦區(qū)現(xiàn)場去實踐，雖然能夠真實接觸到當(dāng)前的采礦行業(yè)內(nèi)部情況，但是采礦現(xiàn)場通常存在潛在安全問題，學(xué)生安全得不到保障，同時，學(xué)生外宿實習(xí)時的食宿也是一大問題。

在采礦行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，綠色、安全和高效的采礦理念在行業(yè)中逐級被廣泛認(rèn)可。為了能夠讓采礦行業(yè)更加持久的發(fā)展下去，應(yīng)采礦行業(yè)需求，各個高校應(yīng)該培養(yǎng)出不僅理論基礎(chǔ)扎實的高素質(zhì)專業(yè)采礦技術(shù)人才，同時應(yīng)該鼓勵學(xué)生加強(qiáng)實踐力度和創(chuàng)新能力。在此要求下，傳統(tǒng)的高校采礦工程專業(yè)課程必須做出改變。而考慮到傳統(tǒng)課程中實踐活動所存在的缺陷，尋求實踐新途徑迫在眉睫。

二、虛擬仿真技術(shù)在采礦人才培養(yǎng)中的可行性

虛擬仿真技術(shù)是上世紀(jì)80年代所開始研究的一種綜合性集成技術(shù)，它可以通過計算機(jī)硬件和軟件，以及傳感器的組合構(gòu)成一個立體的三維虛擬環(huán)境。隨著研究的不斷深入，虛擬仿真技術(shù)在當(dāng)下已經(jīng)能夠非常逼真地虛擬出現(xiàn)實世界，人們在虛擬出的現(xiàn)實世界中可以看到非常具體的事物，并通過模擬器與虛擬環(huán)境互動。其實這項技術(shù)早已用在航空飛行員的技術(shù)培訓(xùn)中，隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，其普及程度也大大增加，已經(jīng)不局限于課程教學(xué)的應(yīng)用，日常生活的娛樂中也能看到它的身影。

若在采礦工程專業(yè)的課程中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，相較于其他實驗實踐活動，一個很大的優(yōu)點(diǎn)就在于虛擬仿真技術(shù)不僅安全環(huán)保，同時價格低廉，又能夠多次重復(fù)使用。這很大程度上突破了原有實踐教學(xué)模式的限制。一方面學(xué)生們能夠通過虛擬的采礦實踐認(rèn)識采礦作業(yè)過程中有可能發(fā)生的爆炸、火災(zāi)等突發(fā)事故，掌握礦井在各種情形下的表現(xiàn)狀況，另一方面解決了學(xué)生在企業(yè)實踐中表面實習(xí)的窘狀，使學(xué)生又幾乎切實地熟悉礦井下的作用環(huán)境和工作流程等實際內(nèi)容。

對于教師來說，虛擬仿真技術(shù)能夠協(xié)助其更加深入透徹地講解采礦專業(yè)課程內(nèi)容，是專業(yè)知識可視化，大大提高了教師的教學(xué)效率。而對于學(xué)生來說，虛擬仿真技術(shù)使專業(yè)課程不再如傳統(tǒng)教材講解的那般枯燥深奧，提高了他們學(xué)習(xí)的積極性和專注度。可以說虛擬仿真技術(shù)為高校和企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、專業(yè)能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力突出的采礦人才提供了切實可行的技術(shù)手段。

三、虛擬仿真技術(shù)在采礦專業(yè)課程中的應(yīng)用

3.1構(gòu)建適合課程需求的虛擬仿真環(huán)境

我國的礦物地址條件非常復(fù)雜多變，因此將其簡單講解對于學(xué)生理解來說幫助不大。而采礦系統(tǒng)本身也非常復(fù)雜。若是能夠建立起完善的虛擬礦井環(huán)境，對于教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)兩者來說都是非常有用的。將礦井環(huán)境打破時空限制，以更加直觀的方式展現(xiàn)出來，不僅僅是教學(xué)課程的革新，對于培養(yǎng)采礦人才來說又多了一層保障，學(xué)生能夠在正式進(jìn)入采礦行業(yè)之前不限次數(shù)地重復(fù)熟悉采礦作業(yè)，在進(jìn)入采礦行業(yè)工作時就能夠更快的上手，專心投入到采礦作業(yè)中去。

3.2在課程中引入完善的虛擬仿真教學(xué)模式

在采礦專業(yè)課程中，針對不同的教育版塊，教師要能夠分門別類地靈活運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)。比如對于基礎(chǔ)理論中的難點(diǎn)重點(diǎn)，教師可以運(yùn)用此將實驗過程可視化，如文字、圖片都可轉(zhuǎn)化成立體的三維環(huán)境，以此加強(qiáng)學(xué)生的理解。而對于需要礦井現(xiàn)場的實踐部分，教師可以通過下虛擬技術(shù)手段模擬再現(xiàn)礦井作用日常及突發(fā)災(zāi)難等，提高學(xué)生對礦井作用和認(rèn)知和安全意識。

3.3虛擬仿真教學(xué)要以學(xué)生為本

在課程中利用虛擬仿真技術(shù)最主要就是為了讓學(xué)生有礦井作用的實感。教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真活動時，可以通過分組以及分配不同工作來鍛煉學(xué)生的實際操作能力，同時培養(yǎng)他們的合作能力。學(xué)生在通力合作后，再一起對采礦作用模擬中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)討論，使學(xué)生們能夠重視并深刻理解理論基礎(chǔ)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生不斷探索的求知欲和好奇心。

四、結(jié)束語

將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到采礦工程專業(yè)的教學(xué)課堂中，將理論學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)重點(diǎn)通過模擬環(huán)境再現(xiàn)的方式，不僅能夠強(qiáng)化學(xué)生的理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，為采礦人才的實踐和創(chuàng)新能力的提高提供支持，同時解決長久以來采礦專業(yè)課程在教學(xué)中的難題，促進(jìn)教學(xué)效率的提高，為采礦工程專業(yè)的教學(xué)課程提供技術(shù)改革支持。

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黑龍江省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度備案課題，課題名稱“新工科背景下虛擬仿真技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用研究”，課題編號“GJC1318092”。

（黑龍江工業(yè)學(xué)院 ?黑龍江 ?雞西 ? 158100）