虛擬仿真實驗教學在采礦教學中的應用思考與設計

摘 要：采礦工程是一門具有復雜性、整體性、系統(tǒng)性特點的學科，虛擬仿真技術作為一種新興技術，應用到采礦工程中，為采礦工程專業(yè)課程教學提供了一種新的有效方法。采用形象具體的虛擬仿真實驗進行教學，很好地改進了教學的方式方法，不僅能提高學生的理解能力和創(chuàng)新能力，而且對采礦工程教學改革具有重大意義。

關鍵詞：虛擬仿真;實驗教學;采礦教學;應用

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A

文章編號：1673-9132（2019）17-0012-01

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.17.007

仿真技術是近年來逐漸興起的一門科學技術，對于采礦工程專業(yè)教學來說，虛擬仿真技術不僅是工具，而且是手段。下面針對虛擬仿真技術在采礦工程教學中的應用來展開論述，介紹虛擬仿真技術的概念和內(nèi)涵，以及簡要地說明虛擬仿真技術實驗教學在采礦教學中存在的問題，并提出相應的對策建議。

一、虛擬仿真實驗教學在采礦教學中的應用

（一）實現(xiàn)模擬訓練教學，提高理論教學效率

采礦工程是一門具有系統(tǒng)性和復雜性的學科，其特點導致了采礦教學的難度大，對教師授課提出了更高的要求。當前采礦工程教學的模式不能很好地解析采礦工程的相關內(nèi)容，對于一些空間想象力不足的學生來說無法更好地理解采礦工程學科的各個要素。在進行教學實訓時，采用虛擬仿真實驗教學，教師通過展現(xiàn)礦山實體模型向?qū)W生講解礦山元素和開采的具體流程，讓學生運用所學的采礦知識結合虛擬實驗軟件進行開采設計，激發(fā)了學生的想象力和創(chuàng)造力，讓學生對礦山開采流程和方法有更深的見解和更多的了解，從而提高采礦工程教學質(zhì)量。

（二）知識與技能并重，提高教學實踐性

傳統(tǒng)采礦教學采用的都是“灌輸”式的教學模式，講授多，實踐少，而采礦工程專業(yè)所學的知識概念多，系統(tǒng)繁雜，學生難以理解。因此，隨著現(xiàn)今采礦技術的不斷發(fā)展，采礦類教學需要與時俱進，以此縮小理論教學與現(xiàn)實之間的差距。

通過虛擬仿真實驗軟件，教師將書本上的二維模型轉變成學生能身臨其境接觸的立體模型，在講解復雜多樣的巷井結構時更容易講授清楚各個不同巷井之間的聯(lián)系和區(qū)別，各個巷井的不同功能和支護方式等，使學生清晰直觀地學習和區(qū)分復雜的巷井結構這一重要知識點。這樣的方法能夠?qū)⒊橄蟮臅靖拍钷D變?yōu)橛腥さ牧Ⅲw圖進行講解，幫助學生理解和掌握知識點;教師通過展示“虛擬礦山系統(tǒng)”，讓學生真實感受井下綜采工作面，近距離觀察移液壓支架，推送刮板輸送機，甚至體驗操作開動采煤機割煤，為學生將來的工作實踐操作打下基礎，提高采礦工程專業(yè)學生的職業(yè)技能。

（三）立體感受性增強，提高學生安全意識

因為礦井環(huán)境的復雜性和采礦施工的危險性，在現(xiàn)實生活中不乏發(fā)生爆炸、中毒和礦井塌陷等事故，不僅事故本身給下井工作者帶來損害，也給采礦工程專業(yè)的學生帶來一定的心理負擔。教師采用虛擬仿真實驗教學，是在采用多元化教學方式下提高學生安全意識和警惕性的有效辦法。

在虛擬仿真實驗教學中，通過將學生置身于虛擬事故礦井發(fā)生地，解決了實習環(huán)境危險和學生難以深入現(xiàn)場的問題，讓學生真實感受危險性，明白礦井安全操作對采礦安全及人員和環(huán)境安全的重要性，既加強了安全教育又培養(yǎng)了學生在現(xiàn)實下井開采實操中科學、嚴謹?shù)膽B(tài)度。

二、虛擬仿真實驗教學在采礦教學設計中的問題及對策

（一）虛擬仿真實驗教學在采礦教學中出現(xiàn)的問題

1.虛擬仿真實驗教學在一定程度上破壞了人為經(jīng)驗的完整性（比如，在虛擬仿真實驗教學課程后，存在學生面對真實環(huán)境時不能很好地分析實驗現(xiàn)象的問題），這不利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和一絲不茍的科研作風。

2.大多數(shù)的虛擬仿真實驗教學是通過校企合作的方式開展的，虛擬仿真實驗教學資源的研發(fā)多是企業(yè)提供，由于企業(yè)開發(fā)的虛擬實驗教學軟件不專門針對采礦教學，脫離了教學實踐第一步，因此不能很好地體現(xiàn)教學設計。

（二）應對虛擬仿真實驗教學在采礦教學中出現(xiàn)的問題的對策和建議

1.充分認識到虛擬仿真實驗教學的局限性

一是對客觀世界物質(zhì)描述非常局限;二是虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和真實性程度不夠完整。因此，在利用虛擬仿真實驗教學時，要注意虛實結合，注意實際操作與虛擬學習之間的知識遷移，引導學生將虛擬實驗教學中的知識遷移到實際操作中。

2.構建新的教學模式

構建新的教學模式，引導學生自己設計采礦實驗方案。在實驗的過程中，學生綜合運用知識來解決遇到的問題，這對利用理論解決采礦中實際問題的原理和規(guī)則具有更為深刻的認識。通過自主設計采礦實驗方案，不僅可以大大提高虛擬仿真實驗室的利用率，提高投資效益，還調(diào)動了學生的學習積極性，進一步訓練和培養(yǎng)學生基本的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維，提高了學生的綜合素質(zhì)。

三、結語

虛擬仿真實驗教學在采礦工程專業(yè)上的應用，一方面提高了教學效率和教師教學的科研水平，促進了教師業(yè)務知識的提升;另一方面提高了學生知識的應用能力，擴大了想象空間，為學生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)打下了一定的基礎。但隨著虛擬仿真實驗教學的運用和發(fā)展，我們也要清醒地認識到虛擬實驗教學存在的問題。因此，在發(fā)展虛擬仿真實驗教學，提高教學水平的同時，也要對過去虛擬實驗教學有一定的思考和總結，找出問題所在并想辦法解決問題，從而使虛擬仿真實驗教學更好地應用于教學中，提高學生的綜合能力。

參考文獻：

[1]張曉東.虛擬仿真技術的應用[J].數(shù)字技術與應用，2013（4）.

[2]單美賢，馬萬全.應用仿真（虛擬）實驗開發(fā)實驗教學[J].職教通訊（常州技術師范學院學報），2010（1）.

[責任編輯? 李愛莉]

作者簡介：殷志強（1983.11— ），男，漢族，安徽蕭縣人，副教授，研究方向：煤礦開采。