《礦山CAD》課程系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化及程序化的研究

李角群+郭進(jìn)平+石廣斌+程平+汪朝

摘要：《礦山CAD》課程是一門多學(xué)科、多技術(shù)、實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程。通過對(duì)該課程在教學(xué)過程中存在的問題分析，提出《礦山CAD》課程的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化及程序化的教學(xué)改革，完成實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新。結(jié)果表明非常有利于提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：礦山CAD；授課方法；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）39-0078-02

在礦業(yè)軟件方面，西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)70年代初就將CAD技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)和礦業(yè)領(lǐng)域。80年代初期，相繼推出了各種采礦軟件，比較有影響的有：加拿大Lynx Geosystems公司的LYNX、GemCom公司的GemCom、英國(guó)MICL公司的DataMine、美國(guó)MinTec公司的Minesight3D、澳大利亞Surpac國(guó)際軟件公司（SSI）的Surpac、MicroMine公司的MicroMine、Maptek公司的Vulcan等。這些軟件涉及三維建模及可視化、開采評(píng)估及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等領(lǐng)域，成為當(dāng)今三維礦業(yè)軟件的代表。從軟件使用的三維數(shù)據(jù)模型可以分為：表面建模系統(tǒng)、塊段建模系統(tǒng)、八叉樹建模系統(tǒng)以及它們的混合建模系統(tǒng)。

近10年來隨著我國(guó)礦業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)外軟件相繼進(jìn)入國(guó)內(nèi)，如在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)運(yùn)作比較好的Surpac軟件及比較有影響的DataMine軟件。Surpae系列軟件由澳大利亞SSI公司開發(fā)，能夠?qū)⒌V山勘探、三維地質(zhì)模型建立、工程數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、露天和地下礦山開采設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃和開采進(jìn)度計(jì)劃、尾礦和復(fù)墾設(shè)計(jì)完全圖形化。英國(guó)MICL公司的DataMine軟件具有三維地質(zhì)建模、品位估值和儲(chǔ)量計(jì)算、地下及露天開采設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制等模塊，同時(shí)還增加了虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、進(jìn)度計(jì)劃編制、結(jié)構(gòu)分析、場(chǎng)址選擇，以及環(huán)保領(lǐng)域等延伸應(yīng)用。國(guó)內(nèi)礦業(yè)軟件研發(fā)起步相對(duì)要晚些，鞍山冶金設(shè)計(jì)研究院于1985年購(gòu)入1臺(tái)數(shù)字化儀和1臺(tái)繪圖儀用AT機(jī)建立一個(gè)微機(jī)工作站，當(dāng)年就錄入一個(gè)礦山的地質(zhì)地形圖，并繪制了計(jì)算機(jī)編制礦山采剝計(jì)劃的年末圖，這是我國(guó)礦業(yè)最早的微機(jī)CAD工作站。此外，長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院、中南工業(yè)大學(xué)、西安煤炭設(shè)計(jì)院、西安建筑科技大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、東北大學(xué)等也設(shè)計(jì)開發(fā)了各自的礦山CAD系統(tǒng)。

隨著計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)的普及應(yīng)用，使得《礦山CAD》課程在采礦本礦教育變得非常重要，目前相關(guān)教程主要有中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社《采礦CAD繪圖實(shí)用教程》、《采礦CAD開發(fā)及編程技術(shù)》及煤炭工業(yè)出版社出版的《礦山設(shè)計(jì)CAD》，此類教程普遍偏重煤礦，停留在繪圖使用及簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)，缺少金屬礦山的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化及程序化內(nèi)容，因此有必要進(jìn)行《礦山CAD》課程的教改。

筆者所在學(xué)校西安建筑科技大學(xué)1958年設(shè)立了采礦工程本科專業(yè)，2008年成功申報(bào)了礦物資源工程本科專業(yè)，在礦業(yè)類專業(yè)經(jīng)過了近10年時(shí)間的停招之后，重新恢復(fù)招生。西安建筑科技大學(xué)在礦山CAD系統(tǒng)建設(shè)方面有非常深厚的基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)金屬礦山行業(yè)有一定的影響，有條件完成《礦山CAD》課程教改以提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與實(shí)踐能力。

一、《礦山CAD》的授課內(nèi)容

《礦山CAD》課程既不是單純的講述CAD制圖的課程，也不是單純的采礦專業(yè)設(shè)計(jì)的課程，而是講授如何把CAD技術(shù)應(yīng)用到采礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等方面的工作中?？紤]到這樣的教學(xué)目的，授課內(nèi)容從知識(shí)分類來說主要分兩個(gè)部分：一是CAD技術(shù)及計(jì)算機(jī)編程知識(shí)；二是采礦設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理中的CAD應(yīng)用。從礦山專業(yè)分工劃分來說主要分三個(gè)系統(tǒng)：地質(zhì)模型系統(tǒng)、測(cè)量驗(yàn)收系統(tǒng)、采礦設(shè)計(jì)系統(tǒng)。因此，授課內(nèi)容重點(diǎn)在于該課程的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和程序化的構(gòu)建與講解。

1.課程系統(tǒng)化。采礦本身即是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，與其密切相關(guān)的還有礦山地質(zhì)及測(cè)量。目前的《礦山CAD》課程往往僅注重如何制圖及簡(jiǎn)單的編程，缺乏礦山的系統(tǒng)性，沒有系統(tǒng)的總體構(gòu)架，因此在教學(xué)過程中難以進(jìn)行全面系統(tǒng)的指導(dǎo)，并且學(xué)生難以對(duì)課程進(jìn)行整體的把握?！兜V山CAD》課程系統(tǒng)化應(yīng)該包括：地質(zhì)模型系統(tǒng)、測(cè)量驗(yàn)收系統(tǒng)及采礦設(shè)計(jì)系統(tǒng)。三個(gè)系統(tǒng)相對(duì)各自獨(dú)立，在數(shù)據(jù)共享上又是相互關(guān)聯(lián)的，從而形成一套全面的礦山CAD系統(tǒng)。沒有地質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)的支持，采礦系統(tǒng)將變成無米之炊，通過系統(tǒng)化的講解，能夠保證獲得較高的教學(xué)質(zhì)量。

2.課程標(biāo)準(zhǔn)化。各行各業(yè)都有各自的標(biāo)準(zhǔn)，金屬礦山行業(yè)有很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)計(jì)制圖、專業(yè)設(shè)計(jì)及安全生產(chǎn)管理等。目前《礦山CAD》課程教材以煤礦為主，所涉及標(biāo)準(zhǔn)有限且不一定適合金屬礦山。因此在針對(duì)地質(zhì)模型系統(tǒng)、測(cè)量驗(yàn)收系統(tǒng)、采礦設(shè)計(jì)系統(tǒng)的系統(tǒng)化教學(xué)過程中，匯集各種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)化講解，使各個(gè)系統(tǒng)更具專業(yè)化。

3.課程程序化。既然開設(shè)《礦山CAD》——即礦山計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，那么就不能僅停留在原有AutoCAD所提供的輔助設(shè)計(jì)功能。目前《礦山CAD》課程幾乎很少提及專業(yè)程序應(yīng)用，在教學(xué)過程中無法完成高水平實(shí)踐，因此必須加入金屬礦山行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下的必要程序模塊，并通過程序和數(shù)據(jù)來完成系統(tǒng)的整合。在《礦山CAD》系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上，編制相關(guān)的程序功能模塊，實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理的自動(dòng)化與智能化。采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)構(gòu)建礦山數(shù)學(xué)模型。采用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)，能夠采用程序構(gòu)建三維礦山模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。通過專業(yè)程序編制的教授，提升學(xué)生對(duì)礦業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的觀念，確保礦山設(shè)計(jì)成果的正確性、科學(xué)性與規(guī)范性，對(duì)《礦山CAD》課程有更全面深入的認(rèn)識(shí)。

二、《礦山CAD》的授課方法

考慮到《礦山CAD》中涉及到知識(shí)面廣，實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，在完善《礦山CAD》課程系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、程序化建設(shè)基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)以講解為主的教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)。首先講授礦山CAD的基礎(chǔ)知識(shí)和繪圖方法，其次將涉及到的專業(yè)知識(shí)重點(diǎn)重申，增加討論互動(dòng)環(huán)節(jié)，幫助同學(xué)加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的再認(rèn)識(shí)，最后選擇出經(jīng)典的案例由學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，采用實(shí)踐為主加單獨(dú)指導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)方式。通過靈活的授課方法，使學(xué)生從計(jì)算機(jī)應(yīng)用視角對(duì)采礦專業(yè)再認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其積極思考和認(rèn)真實(shí)踐，有助于知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和掌握。

三、《礦山CAD》的考核方式

該課程的上課學(xué)時(shí)短，而知識(shí)點(diǎn)多，涉及采礦專業(yè)課程和計(jì)算機(jī)編程知識(shí)。對(duì)于以何種方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，經(jīng)過授課老師的討論，決定考試以開卷的方式進(jìn)行。另布置課外制圖作業(yè)一份，自主選題的程序編寫一份，要求必須提交計(jì)算機(jī)文檔和打印文檔（內(nèi)容必須是與采礦專業(yè)相關(guān)的），這些都是計(jì)算到成績(jī)當(dāng)中的。采用這種彈性的考試方式，有利于學(xué)生對(duì)課程的掌握。

四、《礦山CAD》的授課效果

在2014—2016年《礦山CAD》課程講授完畢之后，采用調(diào)查問卷的形式對(duì)該課程進(jìn)行了反饋，根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果，同學(xué)們結(jié)合其他基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)等內(nèi)容，對(duì)該課程的教學(xué)作了以下評(píng)價(jià)。

1.該課程講授的知識(shí)點(diǎn)非常豐富，內(nèi)容貼近實(shí)際應(yīng)用，有開拓學(xué)生視野，使學(xué)生能夠從計(jì)算機(jī)應(yīng)用視角對(duì)礦山設(shè)計(jì)、生產(chǎn)有更深入認(rèn)識(shí)。

2.采用的案例式教學(xué)，易于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和消化，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生對(duì)礦業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，使教學(xué)目的更容易實(shí)現(xiàn)。

五、結(jié)語

《礦山CAD》課程內(nèi)容在具體分析了目前教學(xué)過程中存在的系統(tǒng)性缺乏、標(biāo)準(zhǔn)化有限、程序化缺失等問題的基礎(chǔ)上，通過專業(yè)程序模塊編制，增強(qiáng)系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、程序化觀念，并能夠應(yīng)用程序完成相關(guān)任務(wù)，確保礦山設(shè)計(jì)成果的正確性、科學(xué)性與規(guī)范性。通過典型設(shè)計(jì)案例，由學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，靈活運(yùn)用相關(guān)功能模塊完成老師布置的設(shè)計(jì)作業(yè)，提高學(xué)生實(shí)踐的學(xué)習(xí)效果，保證學(xué)生能獨(dú)立完成礦山設(shè)計(jì)工作。不僅收到了較好的教學(xué)效果，而且對(duì)學(xué)生的未來工作的發(fā)展也有很好的影響。

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