張鵬海 楊天鴻 劉洪磊 關(guān)凱 馬慶山

摘? 要：采礦工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，但受限于礦山開采周期長(zhǎng)、涉及面廣、采場(chǎng)環(huán)境較差、存在安全風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)有限等因素，采礦工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)的效果通常很難達(dá)到預(yù)期。針對(duì)這一情況，東北大學(xué)采礦工程專業(yè)通過建立礦山實(shí)踐教學(xué)基地，并基于礦山開采數(shù)據(jù)與軟件的共享、虛擬仿真技術(shù)將其打造成貫穿各個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的經(jīng)典教學(xué)案例，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)課程方法的優(yōu)化。初步的實(shí)踐證明優(yōu)化成果不僅提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，也有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及擇業(yè)意向。

關(guān)鍵詞：采礦工程;實(shí)踐教學(xué);教學(xué)基地;虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）23-0117-05

Abstract： Mining Engineering is a practical subject， however， due to the factors such as long mining cycle， wide coverage， bad stope environment， safety risks and limited internship funds， the practical teaching， especially the field practice teaching， is usually difficult to meet expectations. In view of this situation， the Mining Engineering of Northeast University established the mine practice teaching base and made it a classic teaching case throughout all practical teaching links based on the sharing of data and software， virtual simulation technology， realizing the optimization of practice teaching method. The preliminary practice proved that the optimization results not only improved the students' practical ability， but also helped to improve their interest in learning and career intention.

Keywords： Mining Engineering; practice teaching; teaching base; virtual simulation

礦山開采是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。一方面，由于礦山開采工藝流程長(zhǎng)、涉及面廣，學(xué)生需要長(zhǎng)期的實(shí)地觀察與操作才能真正理解和掌握礦山開采的全過程。另一方面，鑒于礦山環(huán)境惡劣、存在安全風(fēng)險(xiǎn)，礦山企業(yè)及高校普遍嚴(yán)格控制學(xué)生在采場(chǎng)內(nèi)的實(shí)習(xí)時(shí)間及實(shí)習(xí)內(nèi)容。這兩方面原因嚴(yán)重制約了采礦工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)效果，導(dǎo)致畢業(yè)生在參加工作后的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)無法獨(dú)自勝任具體的生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)工作。

針對(duì)這一問題，部分高校及科研單位采用了虛擬仿真技術(shù)模擬礦山現(xiàn)場(chǎng)，以輔助或彌補(bǔ)礦山實(shí)地實(shí)習(xí)，提升學(xué)生的實(shí)踐能力，并取得了一定的效果。比如，侯運(yùn)炳、姜喜迪[1-2]通過構(gòu)建綜采放頂煤工作面生產(chǎn)系統(tǒng)，來模擬工作面采煤機(jī)的割煤、推刮板輸送機(jī)、移架、液壓支架放煤的整個(gè)作業(yè)過程，引導(dǎo)學(xué)生按照作業(yè)規(guī)程和工藝參數(shù)，操作采煤設(shè)備進(jìn)行割煤、放煤作業(yè)。王鵬等[3]通過3DGIS平臺(tái)與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合建設(shè)了可用于教學(xué)的虛擬礦井仿真平臺(tái)，該平臺(tái)可將外部顯示運(yùn)算與內(nèi)部邏輯運(yùn)算分離，實(shí)現(xiàn)不同維度數(shù)據(jù)的一體化集成，在還原真實(shí)礦井各種物理、地理信息的基礎(chǔ)上可自主設(shè)定、選擇模擬場(chǎng)景信息。鐘祥華等[4]建立了露天礦臺(tái)階爆破虛擬仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效地提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果，加深了學(xué)生對(duì)露天礦臺(tái)階爆破的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生快速掌握露天礦臺(tái)階爆破的教學(xué)內(nèi)容。張村等[5]建立了煤礦開采虛擬仿真漫游教學(xué)系統(tǒng)并將其應(yīng)用于采礦概論課程教學(xué)中。劉溪鴿等[6]認(rèn)為虛擬仿真技術(shù)具有顯示逼真、互動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，數(shù)值模擬可以提供位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等重要的安全性信息，基于虛擬仿真技術(shù)和數(shù)值仿真技術(shù)的礦山數(shù)據(jù)分析處理與集成系統(tǒng)是礦山數(shù)字化向智能化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

由此可見，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用有益于實(shí)踐教學(xué)效果的提升，但實(shí)際礦山生產(chǎn)所需的實(shí)踐能力涵蓋礦山設(shè)計(jì)、建設(shè)和生產(chǎn)技術(shù)管理方面的諸多方面，鑒于利用虛擬仿真技術(shù)還無法將礦山的每個(gè)細(xì)節(jié)與問題完全再現(xiàn)，所以僅通過虛擬仿真技術(shù)還無法將實(shí)踐教學(xué)效果提升到令人滿意的程度，必須對(duì)整個(gè)實(shí)踐教學(xué)課程方法進(jìn)行重新思考和優(yōu)化。本文結(jié)合東北大學(xué)采礦工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法優(yōu)化實(shí)例，在分析傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的實(shí)際問題的基礎(chǔ)上，提出了可改善現(xiàn)狀的實(shí)踐教學(xué)方法。

一、傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法

東北大學(xué)采礦工程系本科生培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)具有健康職業(yè)精神、良好科學(xué)素養(yǎng)、工程哲學(xué)思維，運(yùn)用現(xiàn)代礦業(yè)開發(fā)理論、方法和技術(shù)，從事礦業(yè)、巖土工程及相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、科研工作的創(chuàng)新型、國(guó)際化的卓越工程技術(shù)人才。整個(gè)教學(xué)體系以金屬礦床深部、安全、高效開采為核心，發(fā)展綠色開采和智能開采，本著“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、重實(shí)踐、國(guó)際化”的指導(dǎo)方針開展教學(xué)工作，其中采礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理方面的實(shí)踐教學(xué)自大學(xué)二年級(jí)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)開始一直持續(xù)至大學(xué)四年級(jí)的畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)。

（一）傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的礦山實(shí)踐教學(xué)方法以課堂上的理論講授為基礎(chǔ)，依次開展認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、礦山開采課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)，其教學(xué)目的如下。

認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)：對(duì)礦山有較全面的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生觀察能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力，初步了解礦山生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝過程，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。

課程設(shè)計(jì)：熟悉和鞏固理論授課所學(xué)內(nèi)容，了解采礦設(shè)計(jì)方法、步驟，熟悉采礦圖的繪制方法和采礦工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算方法，以及主要設(shè)備的選擇和計(jì)算方法，為本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)后從事相關(guān)工作提供堅(jiān)實(shí)的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)。

生產(chǎn)實(shí)習(xí)：全面了解和掌握礦山生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝過程，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，并了解和掌握礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)和勞動(dòng)組織。

畢業(yè)實(shí)習(xí)：深入了解礦山生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝過程，對(duì)礦山有個(gè)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)和鍛煉理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)采礦專業(yè)知識(shí)的全面應(yīng)用，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。

畢業(yè)設(shè)計(jì)：訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論及生產(chǎn)工藝知識(shí)獨(dú)立解決礦山開采設(shè)計(jì)中的工程技術(shù)問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。掌握繪制開采設(shè)計(jì)圖的基本技能，熟悉開采設(shè)計(jì)的步驟和基本方法，通過方案比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，使學(xué)生建立和加強(qiáng)礦山開采過程的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，掌握開拓定線、總平面布置、供水、供電、排水、爆破及環(huán)境保護(hù)等方面的要求。

整個(gè)實(shí)踐教學(xué)課程體系以開課順序?yàn)闀r(shí)間軸漸進(jìn)式的進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)、感性認(rèn)識(shí)、專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)、局部設(shè)計(jì)、實(shí)地考察、整體設(shè)計(jì)（圖1），最終達(dá)到學(xué)以致用的目的。其中，傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)以及生產(chǎn)實(shí)習(xí)一般由學(xué)?；蛟合到y(tǒng)一安排，出于實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)、礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件以及學(xué)生人身安全的考慮，實(shí)習(xí)地點(diǎn)常常選擇距學(xué)校較近的礦山、實(shí)習(xí)周期較短、學(xué)生集中管理且僅在工作面做短暫停留或在距離工作面較遠(yuǎn)處觀看。

（二）傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問題

1. 有限的預(yù)算制約實(shí)習(xí)地點(diǎn)的選取

絕大多數(shù)高校給每位學(xué)生劃撥的單次實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)不足千元，需要用于支付學(xué)生及帶隊(duì)教師實(shí)習(xí)期間的交通、住宿、餐飲、礦山技術(shù)人員講解、礦區(qū)內(nèi)車輛租用、保險(xiǎn)、勞保用具等一切費(fèi)用。因此，在成本制約下，多數(shù)高校往往選擇距學(xué)校較近、食宿費(fèi)用較低的礦山進(jìn)行實(shí)習(xí)。

礦山的數(shù)字化、自動(dòng)化以及智能化是礦業(yè)發(fā)展的方向，因此，帶領(lǐng)學(xué)生赴一座先進(jìn)的礦山進(jìn)行實(shí)習(xí)對(duì)學(xué)生及未來礦業(yè)的發(fā)展均十分必要。但目前國(guó)內(nèi)具備較高數(shù)字化、自動(dòng)化以及智能化程度的金屬礦山相對(duì)較少，多數(shù)以金屬礦開采為主的高校距離這些礦山十分遙遠(yuǎn)，交通成本等因素的上升會(huì)制約實(shí)習(xí)地點(diǎn)的選取。倘若單純因經(jīng)費(fèi)不足選取了一座路途短但卻落后的礦山作為實(shí)習(xí)地點(diǎn)，則是與面向未來礦業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)背道而馳。

2. 刻板印象降低學(xué)習(xí)興趣及擇業(yè)意向

采礦工程專業(yè)需要為礦業(yè)培養(yǎng)人才，但目前卻出現(xiàn)了相當(dāng)一部分采礦工程專業(yè)畢業(yè)生選擇在非礦業(yè)領(lǐng)域就業(yè)或繼續(xù)深造的現(xiàn)象。

作者在實(shí)踐教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，除去學(xué)生固有的主觀意愿外，在一座艱苦落后的礦山的實(shí)習(xí)經(jīng)歷會(huì)使學(xué)生對(duì)礦業(yè)形成十分消極的刻板印象，會(huì)降低其學(xué)習(xí)采礦專業(yè)知識(shí)的興趣以及進(jìn)入礦山企業(yè)工作的熱情。相反，在一座生產(chǎn)管理先進(jìn)、環(huán)境宜人、經(jīng)濟(jì)效益良好的礦山的實(shí)習(xí)經(jīng)歷則會(huì)使學(xué)生對(duì)礦業(yè)形成十分積極印象，明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)及擇業(yè)熱情。

因此，礦山實(shí)習(xí)不僅僅是一次單純的實(shí)踐教學(xué)，更肩負(fù)著樹立礦山企業(yè)良好印象、引導(dǎo)學(xué)生投身礦業(yè)發(fā)展的使命，這再次表明赴先進(jìn)礦山實(shí)習(xí)的必要性。

3. 安全風(fēng)險(xiǎn)制約實(shí)踐教學(xué)效果

礦山企業(yè)以生產(chǎn)效益為目標(biāo)、以生產(chǎn)安全為底線，高校雖然關(guān)注實(shí)踐教學(xué)效果但最重視的也是學(xué)生的人身安全。由此可見，學(xué)生的人身安全是整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程實(shí)施的基礎(chǔ)。因此，學(xué)生在礦山中的所有實(shí)習(xí)活動(dòng)均要在不影響礦山生產(chǎn)以及保證學(xué)生人身安全的前提下進(jìn)行。以露天礦邊坡結(jié)構(gòu)面識(shí)別這一項(xiàng)具體的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容為例，由于存在一定落石隱患，所以無法讓學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間停留在坡面附近對(duì)邊坡巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行特征參數(shù)的識(shí)別與統(tǒng)計(jì)。

4. 缺少貫穿實(shí)踐教學(xué)體系的礦山案例

為了提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，教師在理論講授、課程設(shè)計(jì)過程中會(huì)結(jié)合實(shí)際礦山案例進(jìn)行講解，一般來說，不同的課程、不同的主講教師會(huì)結(jié)合不同的礦山案例，這些案例與實(shí)習(xí)礦山可能相同，也可能不同。豐富的礦山案例可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，但從整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系來看，缺少一個(gè)或幾個(gè)貫穿整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程的典型礦山案例，或者說是缺少與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合的若干覆蓋面廣泛且固定的礦山案例。而將少數(shù)幾個(gè)典型礦山的生產(chǎn)流程及實(shí)際問題進(jìn)行全面、透徹分析并將其作為實(shí)習(xí)地點(diǎn)時(shí)，其教學(xué)效果要遠(yuǎn)好于簡(jiǎn)單分析多個(gè)礦山案例。

二、傳統(tǒng)礦山實(shí)踐教學(xué)問題的解決對(duì)策

（一）高校與礦山企業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、教學(xué)成本共擔(dān)

高校具備科研攻關(guān)及人才培養(yǎng)上的優(yōu)勢(shì)，但無法為學(xué)生提供實(shí)習(xí)場(chǎng)所。而礦山企業(yè)具備實(shí)習(xí)場(chǎng)地及豐富的一線生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)存在利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)解決實(shí)際生產(chǎn)問題及人才上的需求。

高校與礦山企業(yè)間具備優(yōu)勢(shì)與需求上的互補(bǔ)性，高校通過幫助礦山解決實(shí)際問題并輸送人才來深度參與到企業(yè)的生產(chǎn)與成長(zhǎng)中，而礦山通過提供實(shí)習(xí)場(chǎng)地、傳授一線生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及分擔(dān)部分實(shí)習(xí)成本來參與到實(shí)踐教學(xué)及人才培養(yǎng)中，實(shí)現(xiàn)高校與礦山企業(yè)間互通有無、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

（二）現(xiàn)代化礦山企業(yè)助力消解學(xué)生專業(yè)情緒

為了培養(yǎng)可以支撐未來礦業(yè)發(fā)展的人才，整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系也必須圍繞數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、綠色開采等核心技術(shù)開展。顯然，一座落后的礦山已完全無法滿足當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)的基本要求，而一座在數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化方面都具有相當(dāng)高水平的現(xiàn)代化先進(jìn)礦山才是實(shí)踐教學(xué)地點(diǎn)的首選。

通過在先進(jìn)礦山的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，一則可以改變學(xué)生對(duì)礦山艱苦落后的刻板印象、緩和專業(yè)情緒，二則有利于專業(yè)人才流向礦業(yè)領(lǐng)域、進(jìn)而支撐礦業(yè)的智能化、綠色化轉(zhuǎn)變，達(dá)到人才培養(yǎng)與行業(yè)轉(zhuǎn)型的良性循環(huán)。

（三）虛實(shí)結(jié)合保證學(xué)生人身安全及實(shí)習(xí)效果

結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等建立礦山的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程與數(shù)字化模型相對(duì)應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下精細(xì)化再現(xiàn)抵近觀察存在一定危險(xiǎn)性的生產(chǎn)流程及區(qū)域，還可以利用虛擬仿真實(shí)習(xí)補(bǔ)充真實(shí)實(shí)習(xí)沒有涉及到的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，從而在保證學(xué)生人身安全的前提下提高實(shí)踐教學(xué)效果。

（四）數(shù)據(jù)共享、產(chǎn)學(xué)結(jié)合形成經(jīng)典教學(xué)案例

為了提高實(shí)踐教學(xué)效果及學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、幫助學(xué)生深入理解實(shí)際礦山生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，可通過與礦山企業(yè)達(dá)成部分礦山生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)及軟件使用權(quán)限的共享、生產(chǎn)過程中遇到的問題、解決方法及過程相關(guān)資料的共享來組織教學(xué)素材，進(jìn)而形成可貫穿整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系的經(jīng)典案例。

三、實(shí)踐教學(xué)方法優(yōu)化與初步實(shí)踐

針對(duì)這一情況，東北大學(xué)采礦工程專業(yè)將虛擬仿真、云計(jì)算及經(jīng)典實(shí)踐教學(xué)案例相結(jié)合，依托國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心對(duì)原有的實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了優(yōu)化，初步的實(shí)踐證明優(yōu)化成果不僅提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，也有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（一）基于先進(jìn)礦山建立實(shí)踐教學(xué)基地

為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、教學(xué)成本共擔(dān)，東北大學(xué)與河鋼集團(tuán)、鞍鋼集團(tuán)、山東黃金集團(tuán)、中國(guó)黃金集團(tuán)等著名礦山企業(yè)建立了產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，這些合作關(guān)系的建立極大的方便了實(shí)踐教學(xué)基地開展，提升了實(shí)踐教學(xué)效果，降低了實(shí)踐教學(xué)成本。以中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司產(chǎn)學(xué)研合作基地為例，該礦山位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的呼倫貝爾大草原腹地的烏努格吐山（簡(jiǎn)稱烏山礦），距位于遼寧沈陽的東北大學(xué)1300余公里。雖然路途遙遠(yuǎn)，但該礦是我國(guó)高寒地區(qū)（北緯49°）第一個(gè)現(xiàn)代化大型有色金屬礦山，數(shù)字化、自動(dòng)化以及智能化水平位于我國(guó)礦業(yè)前列（圖2），年工業(yè)總產(chǎn)值超過100億元。鑒于該礦的特殊性、先進(jìn)性，選擇該礦進(jìn)行實(shí)習(xí)對(duì)于學(xué)生了解先進(jìn)礦業(yè)的發(fā)展、轉(zhuǎn)變對(duì)礦業(yè)的刻板印象以及提升擇業(yè)意向均具有重要且特殊的意義。

由于路途遙遠(yuǎn)等原因，東北大學(xué)學(xué)生赴烏山礦實(shí)習(xí)成本較高，以東北大學(xué)采礦工程專業(yè)一個(gè)本科生赴該礦進(jìn)行為期一周的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)所需經(jīng)費(fèi)為例（表1），每個(gè)學(xué)生平均需要1461元，已超過學(xué)校劃撥的800元人均學(xué)年總經(jīng)費(fèi)。但通過產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐基地的建立（圖3），礦山承擔(dān)了所有實(shí)習(xí)人員的餐飲及勞保用品費(fèi)，調(diào)配通勤車輛供實(shí)習(xí)人員在礦區(qū)內(nèi)及礦區(qū)周邊免費(fèi)乘坐，配備專門的技術(shù)人員對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)講解，顯著降低了學(xué)校所承擔(dān)實(shí)習(xí)成本的同時(shí)提高了學(xué)生實(shí)習(xí)的效率及效果，截至目前，東北大學(xué)已在烏山礦完成三輪實(shí)地實(shí)習(xí)，參加人員累計(jì)超過80人次（圖4）。

（二）增設(shè)虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)課程

采礦工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)課程是東北大學(xué)增設(shè)的一項(xiàng)重要實(shí)踐教學(xué)課程，該課程依托東北大學(xué)金屬礦山巖石力學(xué)與安全開采虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心（國(guó)家級(jí)），利用虛擬仿真技術(shù)建立了可再現(xiàn)真實(shí)礦山的虛擬仿真礦山場(chǎng)景，該虛擬仿真礦山場(chǎng)景包括可表征開采現(xiàn)狀、巖性、斷層、礦體、邊坡巖體結(jié)構(gòu)面、開采運(yùn)輸設(shè)備的三維地質(zhì)模型，可進(jìn)行點(diǎn)三維坐標(biāo)測(cè)量、兩點(diǎn)間距離測(cè)量、面積測(cè)量、臺(tái)階坡度及高度測(cè)量、開挖體積測(cè)量等礦山常用測(cè)量功能，可演示不同開采工藝、設(shè)備運(yùn)行過程、整個(gè)開采流程的三維虛擬交互場(chǎng)景。

基于虛擬仿真礦山場(chǎng)景，通過教師的講解與指導(dǎo)，學(xué)生通過在安全的虛擬環(huán)境下與虛擬礦山進(jìn)行互動(dòng)探索式地掌握礦山開采中從設(shè)計(jì)到施工的流程和步驟。在礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)前進(jìn)行采礦工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生提前了解擬前往實(shí)習(xí)礦山的基本情況，有助于提高實(shí)踐教學(xué)效果。另外，基于云計(jì)算技術(shù)可將整個(gè)虛擬仿真礦山場(chǎng)景布置于互聯(lián)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)通過瀏覽器的隨時(shí)隨地訪問（圖5），方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。截至目前，東北大學(xué)以烏山礦虛擬仿真礦山場(chǎng)景為教學(xué)案例完成三輪虛擬實(shí)習(xí)，參加人員累計(jì)超過150人次。

（三）建立貫穿實(shí)踐教學(xué)體系的教學(xué)案例

以實(shí)踐教學(xué)為目的，與實(shí)踐教學(xué)基地礦山實(shí)現(xiàn)部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、平臺(tái)軟件、邊坡監(jiān)測(cè)與測(cè)試數(shù)據(jù)、采礦設(shè)計(jì)的共享與定期更新，從而建立起一個(gè)貫穿整個(gè)實(shí)踐教學(xué)課程的經(jīng)典教學(xué)案例。

以烏山礦教學(xué)案例為例，用于實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括鉆孔數(shù)據(jù)庫、巖芯庫照片、礦石品位模型、礦石物理性質(zhì)模型、設(shè)備選型及數(shù)量等，軟件平臺(tái)包括采礦管控系統(tǒng)軟件、邊坡自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、自動(dòng)化配礦平臺(tái)等，邊坡監(jiān)測(cè)與測(cè)試數(shù)據(jù)包括無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)、巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別數(shù)據(jù)、邊坡位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，采礦設(shè)計(jì)包括采場(chǎng)現(xiàn)狀平面圖、加固設(shè)計(jì)圖、最終境界圖、工業(yè)場(chǎng)地布置圖邊坡采場(chǎng)平面圖等。

以數(shù)據(jù)與軟件等的共享為基礎(chǔ)，將烏山礦作為經(jīng)典案例融入各個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過整個(gè)實(shí)踐教學(xué)課程的學(xué)習(xí)完成對(duì)烏山礦生產(chǎn)工藝及先進(jìn)技術(shù)的系統(tǒng)掌握。以講解采裝作業(yè)與設(shè)備相關(guān)專業(yè)知識(shí)為例，在講授完理論知識(shí)后，結(jié)合烏山礦詳細(xì)的設(shè)備選型、設(shè)備數(shù)量以及設(shè)備動(dòng)態(tài)變化過程資料進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合烏山礦卡車調(diào)度系統(tǒng)軟件的架構(gòu)、算法及功能理論聯(lián)系實(shí)際，并通過實(shí)操加深理解，提高實(shí)踐能力，進(jìn)一步結(jié)合烏山礦正在開展實(shí)踐應(yīng)用的無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)講解新技術(shù)及未來發(fā)展方向。以烏山礦先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)為研究基礎(chǔ)，東北大學(xué)已有超過20人次在全國(guó)采礦工程專業(yè)實(shí)踐作品大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)。

四、結(jié)束語

本文針對(duì)采礦工程專業(yè)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出解決對(duì)策的同時(shí)結(jié)合東北大學(xué)采礦工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法優(yōu)化實(shí)例進(jìn)一步說明了實(shí)施方法。結(jié)果表明，建立礦山實(shí)踐教學(xué)基地并通過數(shù)據(jù)與軟件的共享、虛擬仿真技術(shù)將其打造成貫穿實(shí)踐教學(xué)課程體系經(jīng)典教學(xué)案例的實(shí)踐教學(xué)方法，有助于提升學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及擇業(yè)意向。

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