采礦工程專業(yè)CAD教學(xué)改革的幾點思考

屠洪盛 王沉 袁永 張磊 王方田

摘 要：隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD制圖軟件有著繪圖精度高、速度快、存儲方便等優(yōu)勢，已經(jīng)得到了大部分工科專業(yè)的普遍認(rèn)可，相關(guān)工程設(shè)計和生產(chǎn)實踐單位對畢業(yè)生也提出了制圖相關(guān)水平的要求。為了更好的培養(yǎng)采礦工程技術(shù)人才，文章針對現(xiàn)階段采礦CAD課程講授內(nèi)容和講授過程中存在的問題，從改善教學(xué)方法、教學(xué)模式和授課環(huán)節(jié)等方面提出了改善CAD教學(xué)效果的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：采礦CAD；計算機繪圖；采礦工程；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）03-0133-03

Abstract： With the rapid development of computer technology， the software CAD has been widely recognized by most professional engineering because of its high precision， fast speed， convenient storage and so on. Relevant engineering design and production employers also propose a higher requirement for graduates' cartographic ability. In order to better cultivate mining engineering majors， this paper proposes some strategies to improve CAD teaching effect from teaching methods， teaching mode and teaching process in view of the problems existing in Mining CAD teaching.

Keywords： Mining CAD； computer drawing； mining engineering； teaching reform

一、概述

AUTO CAD是一種計算機輔助繪圖軟件[1]，上個世紀(jì)70年代開始涉足輔助人們的繪圖設(shè)計，隨著計算機硬件集成化程度的增加和CAD軟件的不斷更新，繪圖方式已經(jīng)從最初的純命令調(diào)用驅(qū)動到現(xiàn)在便捷的窗口化命令調(diào)用方式[2-4]，對繪圖人員的受教育水平也有了更低的要求。與傳統(tǒng)的手工繪圖相比，CAD繪圖有著精度高、速度快、存儲方便、效率高的數(shù)據(jù)處理功能和圖形繪制功能等優(yōu)點[5-7]，近年來在機械工程、土木工程、建筑工程、平面設(shè)計和采礦等行業(yè)得到了推廣應(yīng)用[8-9]，隨著CAD軟件應(yīng)用的普及，許多用人單位對畢業(yè)生的繪圖能力也提出了不同程度的要求，相應(yīng)的針對不同行業(yè)要求的CAD教學(xué)書籍也得以陸續(xù)出版。CAD制圖雖然有著較多手工制度不可替代的優(yōu)點，但其繪圖的基礎(chǔ)還是工程制圖的思想，沒有工程制圖中空間思維能力和相應(yīng)的識圖能力的培養(yǎng)，對于復(fù)雜圖形的繪制很難完成[10]。

采礦工程作為最為古老的工科專業(yè)之一，同樣需要培養(yǎng)具有相關(guān)繪圖和識圖的專業(yè)人才，因此國內(nèi)具有采礦工程本科專業(yè)和專科專業(yè)的院校都相繼開設(shè)了CAD繪圖課程，但CAD課程有著自身的特殊性，與普通的授課課程并不相同，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效果并不理想，因此有必要對其相關(guān)的教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容進行相關(guān)的改革。

二、采礦CAD的課程性質(zhì)

采礦CAD是采礦工程專業(yè)培養(yǎng)過程中的必修課，圖紙的繪制與礦井的掘進、井下運輸、通風(fēng)、供電、排水系統(tǒng)等息息相關(guān)，是采礦工程師設(shè)計思維的體現(xiàn)，具有較強的專業(yè)性和實踐性，因此采礦CAD課程設(shè)置在大三階段，且需要學(xué)生先具備采礦學(xué)、井巷工程、礦井通風(fēng)、礦井運輸與提升、工程制圖等知識基礎(chǔ)，同時在CAD學(xué)習(xí)過程中要緊密聯(lián)系專業(yè)基礎(chǔ)知識。該課程與學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)課程緊密聯(lián)系，如課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等，是采礦工程師、煤礦領(lǐng)導(dǎo)和工程技術(shù)人員不可或缺的一門課程，掌握CAD圖紙的繪制和識圖能力，有助于采礦工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)之后較快地融入于采礦行業(yè)的采掘設(shè)計中。

三、教學(xué)過程中面臨的主要問題

根據(jù)不同行業(yè)的各自要求，許多高校和專業(yè)已經(jīng)針對各自專業(yè)的特點和課程講授的重點編制了相應(yīng)的CAD授課教材。中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)也不例外，已經(jīng)結(jié)合采礦工程專業(yè)的特色，從圖形命令的針對性刪減、講授實例的選擇、課后作業(yè)中圖形文件的繪制等方面進行了精選，編制了適合采礦工程專業(yè)的CAD授課書本。針對現(xiàn)有的教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容中存在的問題，以從事CAD課程三年授課的感受來看，認(rèn)為還存在如下幾點不足：

（一）教材內(nèi)容不能緊密與專業(yè)課結(jié)合

現(xiàn)有教材的內(nèi)容安排是在每一章先分別介紹幾個簡單的繪圖和修改命令，然后結(jié)合專業(yè)內(nèi)容設(shè)置一個簡單的圖形進行練習(xí)繪制，如小礦車、風(fēng)機、雙軌道大巷、經(jīng)緯網(wǎng)等，并沒有講解具體的繪制圖形在煤礦開采設(shè)計中應(yīng)該怎么布置、與工作面位置的設(shè)計原則等。學(xué)生上課過程中認(rèn)為只要掌握了繪圖命令的操作步驟就行，最后的課程考核是繪制教材上的一個實例，并寫出繪制的步驟作為最終的實驗報告。

（二）講授內(nèi)容不能更好地服務(wù)于專業(yè)知識的理解

采礦工程專業(yè)是一門綜合性比較強的專業(yè)，采礦的學(xué)生需要懂機電、信電控制、通風(fēng)等課程相關(guān)設(shè)備和要求的繪制方法，另外采礦地下采掘活動中涉及巷道的層位關(guān)系、巷道坡度拐彎的形式是一個復(fù)雜的三維空間問題，但采礦工程專業(yè)涉及的圖紙主要有平面圖和剖面圖，都是二維的圖形，因此在專業(yè)課程的學(xué)習(xí)過程中同學(xué)會對平面圖和剖面圖中空間復(fù)雜的層位難于理解、概念模糊、不清楚等問題。這個時候我們可以借助于CAD的三維作圖功能繪制三維圖像，通過不同方位的視圖功能全方位的加深理解空間搭接關(guān)系。但現(xiàn)有CAD課程主要集中講授的都是二維平面圖形的繪制，課程教學(xué)大綱中對于三維圖形的繪制是自學(xué)內(nèi)容，其實恰恰相反，對于二維空間圖形的繪制，大部分同學(xué)接受得比較快，完全沒有必要花幾十課時的時間去學(xué)，重點應(yīng)該放在三維圖形繪制授課內(nèi)容上，更好地服務(wù)于課程。

（三）教學(xué)模式過于陳舊

鑒于CAD課程的特殊性，授課分為課堂授課和學(xué)院計算機機房實訓(xùn)，現(xiàn)階段課堂授課和上機實訓(xùn)是分開的，且兩者之間有時候會相差好幾天，有的甚至相隔一周以上，本來課堂講授過程中學(xué)生就感覺枯燥無味，真正能學(xué)進去據(jù)為己有的東西就很少，再加上幾天的遺忘周期，到真正上機實訓(xùn)的時候?qū)W生已經(jīng)遺忘得差不多了，還得從頭學(xué)起，一方面導(dǎo)致教師在上機實訓(xùn)輔導(dǎo)過程中的工作量，另一方面學(xué)生上機的效率也會大幅降低。

（四）學(xué)生上課玩手機，分心嚴(yán)重

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品正在逐漸改變?nèi)藗兊纳罘绞剑咝榱伺c時俱進，在學(xué)生的生活區(qū)和教學(xué)區(qū)都配備了無線局域網(wǎng)，一方面給學(xué)生獲取各種網(wǎng)絡(luò)信息資源帶來了便利，另一方面也給教師上課時學(xué)生的聽課率帶來了影響。自制力比較強的學(xué)生在上課之后還是能夠主動做到關(guān)閉手機，按時上課；對于一些自制力比較差的學(xué)生，除了課間在看手機，上課了還是趴在桌子上看手機，尤其是當(dāng)有一些重要的體育比賽的時候，學(xué)生根本不能全身心的投入到課堂學(xué)習(xí)中來，嚴(yán)重地影響了教師上課的狀態(tài)。

（五）學(xué)生的發(fā)散思維難于被培養(yǎng)

學(xué)生發(fā)散思維的培養(yǎng)，是實現(xiàn)創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是檢驗高等教育培養(yǎng)目標(biāo)的重要指標(biāo)。由于CAD課程的內(nèi)容和教學(xué)大綱要求的內(nèi)容較多，上課過程中教師只是單一的按照教材上的步驟進行講解，與實際應(yīng)用結(jié)合較少，也沒有時間讓教師去介紹實際應(yīng)用，學(xué)生的思路也只是跟著教師，很難培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

四、教學(xué)改革措施

隨著CAD軟件命令窗口化的便捷程度提高和提示功能的完善，幾乎所有的繪圖命令的操作步驟都是相通的：發(fā)出命令-根據(jù)提示選擇參數(shù)-完成命令。因此實際教學(xué)的內(nèi)容和重點有必要進一步優(yōu)化，針對現(xiàn)有CAD教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程中存在的問題，為了培養(yǎng)專業(yè)實踐性強、動手能力足、專業(yè)素養(yǎng)高的采礦工程師，從改善教學(xué)方式、改變教學(xué)內(nèi)容、改革傳統(tǒng)教學(xué)模式出發(fā)，提出如下幾點建議。

（一）加強與專業(yè)知識結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生的積極性

結(jié)合采礦工程專業(yè)的交叉學(xué)科課程知識的授課特點，授課過程中立足于采礦工程專業(yè)知識基礎(chǔ)，讓學(xué)生認(rèn)識到CAD不僅是一門計算機輔助繪圖工具，更是利用采礦工程知識實現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計的工具。為了盡量避免枯燥無味基本繪圖命令的講解，充分調(diào)動學(xué)生的聽課積極性，教師可以先從一張礦井設(shè)計圖紙入手，分解圖形中的線型、塊、圖層、填充、文字樣式、標(biāo)注樣式等，然后針對每一個部分的特點，結(jié)合常用繪圖命令展開講解，同時講解過程中對于采礦工程專業(yè)具有特定要求特性的設(shè)置，教師要重點強調(diào)，如煤柱保護線用什么顏色和線型、井田邊界線要用什么顏色和線型、巖石大巷要用什么顏色的線、煤層巷道用什么顏色的線、標(biāo)注過程中需要注意哪些事項，讓學(xué)生感覺就是在復(fù)習(xí)專業(yè)知識，只是中間夾雜了常用繪圖命令的講解，另外講解過程中對于常見的塊、組和樣式提醒學(xué)生歸類長久保存，以便直接應(yīng)用于課程設(shè)計，這樣學(xué)生聽起來就不會感覺枯燥無味，教師教起來也會得心應(yīng)手。

（二）適當(dāng)講授三維繪圖，結(jié)合復(fù)雜空間問題講解

現(xiàn)階段CAD課程幾乎和采礦相關(guān)的部分專業(yè)課程同時開設(shè)，這樣安排其實是有利于學(xué)生對CAD課程的學(xué)習(xí)的，教師講授課程期間應(yīng)加強與專業(yè)課老師之間的交流，動態(tài)了解學(xué)生其他課程的進度，存在哪些理解困難的知識點，是否可以借助CAD的強大繪圖功能，幫助學(xué)生理解空間關(guān)系復(fù)雜的知識點。如采區(qū)上、中、下部車場的形式以及甩車場是位于頂板層位還是底板層位，僅通過二維圖紙空間不能達到更為直觀的空間關(guān)系，理解起來比較困難，此時教授可以適當(dāng)剖析其中的特點，借助三維圖形的繪制講解，這樣既可以讓CAD課程更好的服務(wù)于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，又可以激發(fā)學(xué)生主動去思考。為了做到滿足上述要求，教師每節(jié)課的講授實例不一定完全按照教材上的實例完全不變，可以適當(dāng)?shù)母鶕?jù)相關(guān)專業(yè)課的授課進程設(shè)置相關(guān)的圖例繪制，當(dāng)然這對教師的備課提出了更高的要求。

（三）課堂授課與上機實訓(xùn)統(tǒng)一

由于CAD課程的最終目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生將理論知識與實際動手相結(jié)合、應(yīng)用知識和實現(xiàn)自主創(chuàng)新能力、獨立思考進而解決問題的能力的重要環(huán)節(jié)，實踐教學(xué)的效果也會直接反應(yīng)高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的完成情況?，F(xiàn)階段，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各院校對于教學(xué)的投入也逐年加大，基本上每個學(xué)院都有了自己的機房，這樣就方便實現(xiàn)CAD課程授課與上機實訓(xùn)的統(tǒng)一，老師在授課的過程中，學(xué)生可以對著自己的計算機進行動手操作，加強記憶和印象。

（四）加強授課過程中與學(xué)生的互動

教師講課過程中與學(xué)生之間的互動可以快速有效地活躍課堂氣氛（我的做法是找個學(xué)生演示即將講解的新命令的應(yīng)用方法），即使上課過程中存在少部分的同學(xué)在開小差或者在玩手機，這時候的互動可以讓分心的同學(xué)提起精神聽課。另外一方面老師與同學(xué)互動可以促進學(xué)生在課前或者課上主動去學(xué)習(xí)新的內(nèi)容，互動過程中的一次實踐，可以加深學(xué)生對新的知識點理解和印象。但實際授課過程中經(jīng)常會出現(xiàn)讓學(xué)生上講臺操作的時候沒有同學(xué)愿意上來的尷尬局面，為了使教師與學(xué)生之間的互動能夠得到學(xué)生的積極響應(yīng)，教師在講授CAD課程之前可以制定好互動環(huán)節(jié)的具體實施步驟，可以通過適當(dāng)給積極配合參加互動學(xué)生平時成績加分的方式來活躍課堂氣氛，改善教學(xué)效果。

（五）注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

為了培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，教師授課內(nèi)容中不能局限于教材的內(nèi)容，每學(xué)完一個繪圖命令之后可以適當(dāng)?shù)淖寣W(xué)生充分發(fā)揮想象做到舉一反三。如講解多線命令時，我們首先講解多線編輯和新建多線相關(guān)的樣式，然后講解多線在采礦工程巷道的設(shè)計中用得比較多，多用于井下巷道的繪制，通過設(shè)置不同的顏色和線型樣式滿足不同類型巷道的繪制。學(xué)生很難展開自己想法去創(chuàng)新應(yīng)用，如井田的邊界保護煤柱和邊界線之間留設(shè)煤柱寬度是相同的，傳統(tǒng)的繪制是先繪制井田邊界線，然后通過偏移命令，偏移距離設(shè)置成煤柱寬度，然后修改煤柱保護線和井田邊界線的相關(guān)線型和比例，但是學(xué)完多線命令后可以通過新建多線的功能，設(shè)置成相應(yīng)的特性之后，可以一次性完成礦井邊界線和煤柱保護線的繪制。

（六）激勵學(xué)生參加CAD等級認(rèn)證考試

多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會認(rèn)為，只要熟悉了簡單的繪圖和修改命令的應(yīng)用步驟，且大部分簡單圖形文件也已經(jīng)能夠繪制了，這個時候?qū)W生就會產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)松懈的心理，上課的態(tài)度也就會隨之轉(zhuǎn)變，愿意花在繪圖課程上的時間就比較少，更難去創(chuàng)新。為了改善這種情況，可以鼓勵學(xué)生去參加國家相關(guān)的等級考試，且相關(guān)的證件作為學(xué)生從事相關(guān)專業(yè)就業(yè)的前提條件，同時也可以適當(dāng)?shù)脑黾铀刭|(zhì)發(fā)展分，有利于獎學(xué)金的評定，這種情況下學(xué)生對CAD的學(xué)習(xí)態(tài)度肯定會發(fā)生較大變化。

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