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虚拟仿真实验教学在采矿教学中的应用思考与设计

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   摘 要:采矿工程是一门具有复杂性、整體性、系统性特点的学科,虚拟仿真技术作为一种新兴技术,应用到采矿工程中,为采矿工程专业课程教学提供了一种新的有效方法。采用形象具体的虚拟仿真实验进行教学,很好地改进了教学的方式方法,不仅能提高学生的理解能力和创新能力,而且对采矿工程教学改革具有重大意义。
   关键词:虚拟仿真;实验教学;采矿教学;应用
   中图分类号:G71 文献标识码:A
   文章编号:1673-9132(2019)17-0012-01
   DOI:10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.17.007
   仿真技术是近年来逐渐兴起的一门科学技术,对于采矿工程专业教学来说,虚拟仿真技术不仅是工具,而且是手段。下面针对虚拟仿真技术在采矿工程教学中的应用来展开论述,介绍虚拟仿真技术的概念和内涵,以及简要地说明虚拟仿真技术实验教学在采矿教学中存在的问题,并提出相应的对策建议。
   一、虚拟仿真实验教学在采矿教学中的应用
   (一)实现模拟训练教学,提高理论教学效率
   采矿工程是一门具有系统性和复杂性的学科,其特点导致了采矿教学的难度大,对教师授课提出了更高的要求。当前采矿工程教学的模式不能很好地解析采矿工程的相关内容,对于一些空间想象力不足的学生来说无法更好地理解采矿工程学科的各个要素。在进行教学实训时,采用虚拟仿真实验教学,教师通过展现矿山实体模型向学生讲解矿山元素和开采的具体流程,让学生运用所学的采矿知识结合虚拟实验软件进行开采设计,激发了学生的想象力和创造力,让学生对矿山开采流程和方法有更深的见解和更多的了解,从而提高采矿工程教学质量。
   (二)知识与技能并重,提高教学实践性
   传统采矿教学采用的都是“灌输”式的教学模式,讲授多,实践少,而采矿工程专业所学的知识概念多,系统繁杂,学生难以理解。因此,随着现今采矿技术的不断发展,采矿类教学需要与时俱进,以此缩小理论教学与现实之间的差距。
   通过虚拟仿真实验软件,教师将书本上的二维模型转变成学生能身临其境接触的立体模型,在讲解复杂多样的巷井结构时更容易讲授清楚各个不同巷井之间的联系和区别,各个巷井的不同功能和支护方式等,使学生清晰直观地学习和区分复杂的巷井结构这一重要知识点。这样的方法能够将抽象的书本概念转变为有趣的立体图进行讲解,帮助学生理解和掌握知识点;教师通过展示“虚拟矿山系统”,让学生真实感受井下综采工作面,近距离观察移液压支架,推送刮板输送机,甚至体验操作开动采煤机割煤,为学生将来的工作实践操作打下基础,提高采矿工程专业学生的职业技能。
   (三)立体感受性增强,提高学生安全意识
   因为矿井环境的复杂性和采矿施工的危险性,在现实生活中不乏发生爆炸、中毒和矿井塌陷等事故,不仅事故本身给下井工作者带来损害,也给采矿工程专业的学生带来一定的心理负担。教师采用虚拟仿真实验教学,是在采用多元化教学方式下提高学生安全意识和警惕性的有效办法。
   在虚拟仿真实验教学中,通过将学生置身于虚拟事故矿井发生地,解决了实习环境危险和学生难以深入现场的问题,让学生真实感受危险性,明白矿井安全操作对采矿安全及人员和环境安全的重要性,既加强了安全教育又培养了学生在现实下井开采实操中科学、严谨的态度。
   二、虚拟仿真实验教学在采矿教学设计中的问题及对策
   (一)虚拟仿真实验教学在采矿教学中出现的问题
   1.虚拟仿真实验教学在一定程度上破坏了人为经验的完整性(比如,在虚拟仿真实验教学课程后,存在学生面对真实环境时不能很好地分析实验现象的问题),这不利于培养学生严谨的科学态度和一丝不苟的科研作风。
   2.大多数的虚拟仿真实验教学是通过校企合作的方式开展的,虚拟仿真实验教学资源的研发多是企业提供,由于企业开发的虚拟实验教学软件不专门针对采矿教学,脱离了教学实践第一步,因此不能很好地体现教学设计。
   (二)应对虚拟仿真实验教学在采矿教学中出现的问题的对策和建议
   1.充分认识到虚拟仿真实验教学的局限性
   一是对客观世界物质描述非常局限;二是虚拟仿真实验教学系统本身的稳定性和真实性程度不够完整。因此,在利用虚拟仿真实验教学时,要注意虚实结合,注意实际操作与虚拟学习之间的知识迁移,引导学生将虚拟实验教学中的知识迁移到实际操作中。
   2.构建新的教学模式
   构建新的教学模式,引导学生自己设计采矿实验方案。在实验的过程中,学生综合运用知识来解决遇到的问题,这对利用理论解决采矿中实际问题的原理和规则具有更为深刻的认识。通过自主设计采矿实验方案,不仅可以大大提高虚拟仿真实验室的利用率,提高投资效益,还调动了学生的学习积极性,进一步训练和培养学生基本的专业素养和创新思维,提高了学生的综合素质。
   三、结语
   虚拟仿真实验教学在采矿工程专业上的应用,一方面提高了教学效率和教师教学的科研水平,促进了教师业务知识的提升;另一方面提高了学生知识的应用能力,扩大了想象空间,为学生创造能力的培养打下了一定的基础。但随着虚拟仿真实验教学的运用和发展,我们也要清醒地认识到虚拟实验教学存在的问题。因此,在发展虚拟仿真实验教学,提高教学水平的同时,也要对过去虚拟实验教学有一定的思考和总结,找出问题所在并想办法解决问题,从而使虚拟仿真实验教学更好地应用于教学中,提高学生的综合能力。
  参考文献:
  [1]张晓东.虚拟仿真技术的应用[J].数字技术与应用,2013(4).
  [2]单美贤,马万全.应用仿真(虚拟)实验开发实验教学[J].职教通讯(常州技术师范学院学报),2010(1).
  [责任编辑  李爱莉]
  作者简介:殷志强(1983.11— ),男,汉族,安徽萧县人,副教授,研究方向:煤矿开采。
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