智能開采背景下采礦CAD課程教學(xué)探索與實踐

李家卓　褚佳琪

摘? 要：加快智慧平臺建設(shè)、井下精準定位、智能化快速采掘運等是我國煤炭工業(yè)新時期高質(zhì)量發(fā)展的必由之路?；诰珳实拿旱V開拓設(shè)計、采掘運輸設(shè)計底圖是主要生產(chǎn)系統(tǒng)自主感知、自動分析的重要基礎(chǔ)。以智能化開采模式為背景探索采礦CAD課程教學(xué)改革，是煤炭企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需要，是采礦工程專業(yè)學(xué)生能力提高的必要環(huán)節(jié)，為此本文提出了智能開采理念下采礦CAD課程建設(shè)的思想和教學(xué)方法，通過一學(xué)期的教學(xué)實踐達到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：智能開采? 采礦CAD? 課程建設(shè)? 教學(xué)方法

中圖分類號：G642;TD80-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）06（c）-0148-04

Abstract： Accelerating the construction of intelligent platform， accurate underground positioning and intelligent rapid mining and transportation are the only way for the high-quality development of China's coal industry in the new era. The accurate base map of coal mine development design and mining and transportation design is an important basis for independent perception and automatic analysis of main production systems. Taking the intelligent mining mode as the background， exploring the teaching reform of mining CAD course is the internal need of the development of coal enterprises and the necessary link to improve the ability of mining engineering students. Therefore， this paper puts forward the idea and teaching method of mining CAD course construction under the concept of intelligent mining， and achieves the expected effect through one semester of teaching practice.

Key Words： Intelligent mining; Mining CAD; Course construction; Teaching method

采礦CAD技術(shù)是在采礦工程專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)中的一門不可缺少的課程，從煤礦開采設(shè)計，到現(xiàn)場掘進及回采等多個步驟均需要運用CAD技術(shù)，煤礦地質(zhì)工作的完成質(zhì)量與CAD技術(shù)的運用水平、掌握的程度均有著密不可分的關(guān)系。因此，以智能化開采模式為背景，盡可能多地了解和研究該技術(shù)，探索采礦CAD課程的教學(xué)改革是在當(dāng)代教學(xué)中非常有必要的。針對采礦CAD課程，本文提出了建設(shè)該課程的思想和教學(xué)方法，為學(xué)生今后從事采礦工程等相關(guān)工作打下一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

1? 采礦CAD課程建設(shè)思想

1.1 掌握采礦CAD的必要性

隨著社會的發(fā)展，煤礦綜合機械化逐漸進入了新的煤礦智能化階段，煤炭企業(yè)提高生產(chǎn)能力和改善生產(chǎn)方式離不開煤礦智能化的發(fā)展[1]。云計算、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等為煤礦的智能精準開采提供了亙古未有的機遇，并且“透明地球”“透明工作面”等均隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)代信息科學(xué)研究學(xué)習(xí)的熱點，在采礦領(lǐng)域緊接著也出現(xiàn)了透明化礦山的概念，近年來，我國從煤礦“一張圖”[2]初步開始礦井透明化。目前，透明化礦山的重要基礎(chǔ)就是各類圖紙基礎(chǔ)上多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合，以及之后的三維可視化處理等。礦圖是體現(xiàn)礦井全貌的一個工具，也是實現(xiàn)透明化礦井的一種途徑，在精確礦圖的基礎(chǔ)上還可實現(xiàn)三維可視化，而AutoCAD軟件在二維繪圖、基本三維設(shè)計以及設(shè)計圖形文檔領(lǐng)域起著出色的作用，其起源于1982年被開發(fā)的自動計算機輔助設(shè)計軟件，如今已經(jīng)成為當(dāng)今社會廣泛使用的繪圖工具。國內(nèi)目前也有類似繪圖軟件，由于開發(fā)較晚，AutoCAD仍然是目前各礦井應(yīng)用最廣的繪圖工具，采礦CAD技術(shù)具有較強的專業(yè)與實踐性，掌握采礦CAD圖紙的識圖能力以及繪制設(shè)計不僅僅是采礦工程技術(shù)人員不可或缺的一門課程[3]，也是對本專業(yè)的學(xué)生來說至關(guān)重要的必修課。

1.2 線上線下雙混合模式教學(xué)

智能開采背景下的透明工作面建設(shè)是以三維地質(zhì)勘探、隨鉆地震、采掘布置等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，跨多學(xué)科交叉融合，學(xué)生不需要完全掌握全部知識點，但必須全面了解各知識點內(nèi)涵，但課堂教學(xué)時間有限，有必要運用網(wǎng)絡(luò)平臺學(xué)習(xí)資源開展線上線下混合教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式在一定程度上能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以及增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性[4];線下教學(xué)則能及時得到學(xué)生的反饋，最終通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠獨立快速讀懂和繪制出精確、符合國家制圖標準的采掘工程平面圖或運輸大巷斷面圖等煤礦現(xiàn)場常用圖紙。

1.2.1 智能開采現(xiàn)場線上學(xué)習(xí)資源

課前發(fā)布教學(xué)素材和拓展訓(xùn)練用圖樣，讓學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)，梳理出繪制內(nèi)容、繪圖步驟、操作要點以及存在的困難之處，并將各自存在的問題于線上提交。為解決學(xué)生空間想象力普遍偏弱的難題，以黃陵礦業(yè)集團一號煤礦智能化無人開采為背景，利用AutoCAD軟件，為在課前幫助學(xué)生更好地識讀圖樣，將要訓(xùn)練的圖形以及三維模型上傳到學(xué)習(xí)通平臺，讓學(xué)生能夠更好地預(yù)習(xí)相關(guān)知識。同時，線上教學(xué)具有一定的優(yōu)勢[5]，能夠更快地傳播信息的速度，更廣泛地傳播信息的空間，更多樣化地表達教學(xué)內(nèi)容的形式，線上資源遵循顆?；?、碎片化要求[6]，以不同煤層厚度智能化綜采工作面照片、現(xiàn)場視頻的形式呈現(xiàn)，盡可能根據(jù)學(xué)生的認知規(guī)律和預(yù)期存在的問題，讓每個學(xué)生在課堂教學(xué)之前，已經(jīng)獲得了較多的繪圖素材和認知準備。

1.2.2 線上線下混合教學(xué)模式

“信息化+互聯(lián)網(wǎng)+智能手機”的媒介環(huán)境，也使得大學(xué)課堂知識傳播的職能受到前所未有的挑戰(zhàn)[7]。充分利用線上平臺，通過短視頻等方式提供AutoCAD軟件相關(guān)的教學(xué)資源，并且在網(wǎng)絡(luò)平臺上提前發(fā)布采礦CAD相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，采用差異性教學(xué)[8]的方式，使基礎(chǔ)較好及基礎(chǔ)較差的學(xué)生都能得到較好的學(xué)習(xí)效果，以此提升課程深度， 不斷提升教育教學(xué)質(zhì)量。對于學(xué)生產(chǎn)生的疑惑在課堂中進行解答，并且在回歸線下課堂之后，能充分合理地評估分析線上的教學(xué)成果[9]，不時讓學(xué)生拿出手機，利用學(xué)習(xí)通進行隨堂檢測、問題討論、作業(yè)上傳和互評，使線上和線下教學(xué)有效地銜接起來。

1.2.3 面向煤礦智能化開采的教學(xué)內(nèi)容

針對教學(xué)課堂，不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)采礦CAD的基本理論知識，對于實踐操作更要多加練習(xí)。根據(jù)采礦工程專業(yè)特點與需求，補充采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表、采準巷道支護等常用圖紙的精準繪圖，對一些不常用的命令和功能進行刪減，由易到難，由淺入深，讓學(xué)生在有限的時間里，學(xué)到更多更實用的命令，學(xué)到更多更有效的操作技巧，真正做到學(xué)以致用。通過對采礦CAD技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，提高學(xué)生對各種類型的礦井、巷道的識讀和繪制的基本能力。

1.2.4 采礦工程專業(yè)特色的圖紙模板

基于AutoCAD軟件，定制符合中國標準的圖紙模板，將降低大量重復(fù)的簡單操作，很大程度上提高繪圖效率[10]。定制標準的錨桿、錨索、單體支柱等圖塊等，是很必要的知識和技能。另外，在圖紙模板定制的過程中，也起到前期教學(xué)中孤立的知識點的梳理和整合，對學(xué)生的綜合應(yīng)用能力有一定作用。

1.3 結(jié)合學(xué)生特點，注重過程控制

1.3.1 定量化課堂管理

為保證后期教學(xué)活動的順利進行，從第一節(jié)課開始嚴格管理，使課堂形成一個井然有序的整體。有效的課堂管理可以提高教學(xué)的質(zhì)量和效率，利用學(xué)習(xí)通考勤，后期學(xué)生對本課程產(chǎn)生了興趣，管理難度會明顯降低。創(chuàng)建積極的課堂氛圍并定量化管理，提高學(xué)生的積極主動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。同時明確課堂考勤、隨堂測試、回答問題占期末考試總成績的30%，以督促不重視課堂考勤的學(xué)生。

1.3.2 學(xué)習(xí)全過程考核

利用學(xué)習(xí)通，建立準確的過程考核檔案，精確對考勤、課后作業(yè)等成績的量化，達到平時成績的量化和透明。平時的作業(yè)、課堂小測都包括在最后的期末總成績中，將所有學(xué)生所有的分數(shù)在期末期間進行匯總，以此來綜合評定學(xué)生該門課程的成績。在學(xué)習(xí)通中建立采礦CAD題庫，注重采礦CAD課程的過程性的考核，利用學(xué)習(xí)通對學(xué)生進行階段性考核，對于學(xué)生的綜合能力更加系統(tǒng)地去評價。

1.3.3 教學(xué)節(jié)奏適度調(diào)整

在實際授課過程中，不完全“按授課計劃”進行，適當(dāng)?shù)胤怕虒W(xué)節(jié)奏，隨時根據(jù)本年級學(xué)生對本課程知識點的掌握程度進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，引導(dǎo)學(xué)生跟著節(jié)奏走，求效不求速[11]。因此，所涉及的繪圖知識都是逐項增加，逐點引入，并盡量縮短單次講解時長，將知識點碎化，鼓勵學(xué)生帶筆記本電腦進入課堂，讓學(xué)生利用筆記本電腦融入到學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生代替教師在課堂中占據(jù)先導(dǎo)的地位，隨聽隨練，邊練邊聽，以便于學(xué)生理解掌握，跟上授課計劃，不至于遇難而退。通過對教學(xué)節(jié)奏的調(diào)整控制，及時進行教學(xué)反饋，帶動全體學(xué)生的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠形成自我思考的能力，實現(xiàn)最優(yōu)發(fā)展。

1.4 兼顧思政教育

師也者，教之以事而喻諸德者也。對于教學(xué)的根本任務(wù)而言，不僅僅在于傳授給學(xué)生課堂知識，“立德樹人”更是最基本的一項。本課程在教學(xué)過程中，也積極開展課程思政建設(shè)，在教學(xué)過程中融入思政教育，健全學(xué)生人格，弘揚大國工匠精神，突出課程教學(xué)目標中育人的導(dǎo)向。同時在講授CAD課程的過程中，注重講課細節(jié)，積極鼓勵學(xué)生之間互相幫助，對于學(xué)生產(chǎn)生的疑惑，鼓勵和其他學(xué)生一起去思考交流，使學(xué)生的合作精神得到充分培養(yǎng)，更好地促進共同進步。

2? 采礦CAD課程教學(xué)方法

2.1 智能化礦井背景下的目標導(dǎo)向?qū)W習(xí)

在進入具體、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)之前，先交待學(xué)習(xí)的目的，并根據(jù)智能化開采工作面存在的問題，落實到要完成的具體任務(wù)。俗話說，“興趣是最好的老師”，這樣可以激發(fā)學(xué)生解決實際問題的積極性與熱情，使學(xué)生將學(xué)習(xí)過程視作一種樂趣，而且“有的放矢”，也可以使學(xué)習(xí)的思路更加具有條理性。充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，不斷提升采礦CAD教學(xué)的質(zhì)量。

2.2 智能化開采理念貫穿全教學(xué)過程

變課堂單向講授為直接在教室演示、講解和上機操作，多功能教學(xué)設(shè)備的存在，可以更好地向?qū)W生傳授課堂知識。首先演示用AutoCAD軟件完成的錨桿錨索等繪圖單元或已經(jīng)建立好的全礦井三維模型，建立學(xué)生對該軟件的感性認識。然后逐步介紹常用繪圖工具、采礦二維圖形對象編輯等，通過各種例子來達到教學(xué)目標，這樣可以使學(xué)生接受新知識的速度更快、印象更深。

2.3 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的授課方法

足夠相信學(xué)生的自身能力，以學(xué)生自學(xué)、互助為主，在教學(xué)過程中“點到為止”，讓學(xué)生做到“由點及面”“舉一反三”“融會貫通”。比如對單行文字和多行文字創(chuàng)建作重點講解，而完全交給學(xué)生自己去編輯對于該命令的操作以及輸入特殊字符。在重點講解某一類，如刪除對象、復(fù)制對象、鏡像對象等具有相同性質(zhì)的命令時，對于最具有代表性的命令進行詳細講解，其余問題的解決也就易如反掌了。

2.4 教學(xué)相長，并肩前行

功能繁多的AutoCAD軟件給教學(xué)帶來了不小的挑戰(zhàn)，突出講解AutoCAD軟件的重點內(nèi)容，并且將難點內(nèi)容細致地講給學(xué)生，在教學(xué)中更加強針對性地去講解。做到教師講完一小節(jié)課，學(xué)生接下來就馬上練習(xí)，隨講隨練，從而使教學(xué)效率得到提高。從理論到聯(lián)系實際，提高學(xué)生的動手能力和操作能力，使學(xué)生能夠深入認識AutoCAD軟件在采礦工程技術(shù)活動中的重要作用，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

3? 結(jié)語

煤礦智能化開采技術(shù)作為煤礦發(fā)展的必然趨勢，對AutoCAD繪圖內(nèi)容提出了新的要求，為適應(yīng)該需求，在課程中加入新的繪圖理念，補充了新的繪圖功能。線上海量的資源包括我國目前正在建設(shè)的智能化礦井為本課程提供了豐富的教學(xué)資源，線下結(jié)合智能化開采現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢開展有針對性的教學(xué)是采礦工程專業(yè)學(xué)生新的教學(xué)目標。為此，提出了智能化開采背景下的采礦CAD課程建設(shè)思想和教學(xué)方法，教學(xué)實踐表明取得了一定的效果，學(xué)生可以充分利用CAD技術(shù)，加強實踐，勇于創(chuàng)新，更有助于采礦工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)之后較快地融入于煤礦智能開采的采掘設(shè)計中，使CAD技術(shù)更好地服務(wù)于煤礦地質(zhì)工作，從而為國家和社會培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的采礦人才，更好地服務(wù)于國家煤炭智能化建設(shè)。

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