《礦山CAD》課程系統化、標準化及程序化的研究

李角群+郭進平+石廣斌+程平+汪朝

摘要：《礦山CAD》課程是一門多學科、多技術、實踐性較強的專業課程。通過對該課程在教學過程中存在的問題分析，提出《礦山CAD》課程的系統化、標準化及程序化的教學改革，完成實踐性教學環節的創新。結果表明非常有利于提高學生的專業素質與實踐能力。

關鍵詞：礦山CAD；授課方法；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）39-0078-02

在礦業軟件方面，西方發達國家早在20世紀70年代初就將CAD技術應用于地質和礦業領域。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MICL公司的DataMine、美國MinTec公司的Minesight3D、澳大利亞Surpac國際軟件公司（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、開采評估及設計、生產管理等領域，成為當今三維礦業軟件的代表。從軟件使用的三維數據模型可以分為：表面建模系統、塊段建模系統、八叉樹建模系統以及它們的混合建模系統。

近10年來隨著我國礦業的高速發展，國外軟件相繼進入國內，如在國內市場運作比較好的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，能夠將礦山勘探、三維地質模型建立、工程數據庫構建、露天和地下礦山開采設計、生產計劃和開采進度計劃、尾礦和復墾設計完全圖形化。英國MICL公司的DataMine軟件具有三維地質建模、品位估值和儲量計算、地下及露天開采設計、生產控制等模塊，同時還增加了虛擬現實仿真、進度計劃編制、結構分析、場址選擇，以及環保領域等延伸應用。國內礦業軟件研發起步相對要晚些，鞍山冶金設計研究院于1985年購入1臺數字化儀和1臺繪圖儀用AT機建立一個微機工作站，當年就錄入一個礦山的地質地形圖，并繪制了計算機編制礦山采剝計劃的年末圖，這是我國礦業最早的微機CAD工作站。此外，長沙有色冶金設計研究院、中南工業大學、西安煤炭設計院、西安建筑科技大學、中國礦業大學、中國地質大學、東北大學等也設計開發了各自的礦山CAD系統。

隨著計算機在各行各業的普及應用，使得《礦山CAD》課程在采礦本礦教育變得非常重要，目前相關教程主要有中國礦業大學出版社《采礦CAD繪圖實用教程》、《采礦CAD開發及編程技術》及煤炭工業出版社出版的《礦山設計CAD》，此類教程普遍偏重煤礦，停留在繪圖使用及簡單的程序設計，缺少金屬礦山的系統化、標準化及程序化內容，因此有必要進行《礦山CAD》課程的教改。

筆者所在學校西安建筑科技大學1958年設立了采礦工程本科專業，2008年成功申報了礦物資源工程本科專業，在礦業類專業經過了近10年時間的停招之后，重新恢復招生。西安建筑科技大學在礦山CAD系統建設方面有非常深厚的基礎，在國內金屬礦山行業有一定的影響，有條件完成《礦山CAD》課程教改以提高學生的專業素質與實踐能力。

一、《礦山CAD》的授課內容

《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設計的課程，而是講授如何把CAD技術應用到采礦設計、生產管理等方面的工作中?？紤]到這樣的教學目的，授課內容從知識分類來說主要分兩個部分：一是CAD技術及計算機編程知識；二是采礦設計及生產管理中的CAD應用。從礦山專業分工劃分來說主要分三個系統：地質模型系統、測量驗收系統、采礦設計系統。因此，授課內容重點在于該課程的系統化、標準化和程序化的構建與講解。

1.課程系統化。采礦本身即是個復雜的系統工程，與其密切相關的還有礦山地質及測量。目前的《礦山CAD》課程往往僅注重如何制圖及簡單的編程，缺乏礦山的系統性，沒有系統的總體構架，因此在教學過程中難以進行全面系統的指導，并且學生難以對課程進行整體的把握。《礦山CAD》課程系統化應該包括：地質模型系統、測量驗收系統及采礦設計系統。三個系統相對各自獨立，在數據共享上又是相互關聯的，從而形成一套全面的礦山CAD系統。沒有地質系統、測量系統的支持，采礦系統將變成無米之炊，通過系統化的講解，能夠保證獲得較高的教學質量。

2.課程標準化。各行各業都有各自的標準，金屬礦山行業有很多國家標準及行業標準，包括設計制圖、專業設計及安全生產管理等。目前《礦山CAD》課程教材以煤礦為主，所涉及標準有限且不一定適合金屬礦山。因此在針對地質模型系統、測量驗收系統、采礦設計系統的系統化教學過程中，匯集各種標準進行有針對性的標準化講解，使各個系統更具專業化。

3.課程程序化。既然開設《礦山CAD》——即礦山計算機輔助設計，那么就不能僅停留在原有AutoCAD所提供的輔助設計功能。目前《礦山CAD》課程幾乎很少提及專業程序應用，在教學過程中無法完成高水平實踐，因此必須加入金屬礦山行業現行標準下的必要程序模塊，并通過程序和數據來完成系統的整合。在《礦山CAD》系統化、標準化基礎上，編制相關的程序功能模塊，實現礦山設計、生產管理的自動化與智能化。采用計算機數據庫技術構建礦山數學模型。采用計算機可視化技術，能夠采用程序構建三維礦山模型進行動態展示。通過專業程序編制的教授，提升學生對礦業計算機應用的認識，增強了系統化、標準化的觀念，確保礦山設計成果的正確性、科學性與規范性，對《礦山CAD》課程有更全面深入的認識。

二、《礦山CAD》的授課方法

考慮到《礦山CAD》中涉及到知識面廣，實踐性強等特點，在完善《礦山CAD》課程系統化、標準化、程序化建設基礎上，對傳統以講解為主的教學模式進行改進。首先講授礦山CAD的基礎知識和繪圖方法，其次將涉及到的專業知識重點重申，增加討論互動環節，幫助同學加深對專業知識的再認識，最后選擇出經典的案例由學生上機實踐，采用實踐為主加單獨指導相結合的教學方式。通過靈活的授課方法，使學生從計算機應用視角對采礦專業再認識，激發學生的學習興趣，使其積極思考和認真實踐，有助于知識點的學習和掌握。

三、《礦山CAD》的考核方式

該課程的上課學時短，而知識點多，涉及采礦專業課程和計算機編程知識。對于以何種方式對學生進行考核，經過授課老師的討論，決定考試以開卷的方式進行。另布置課外制圖作業一份，自主選題的程序編寫一份，要求必須提交計算機文檔和打印文檔（內容必須是與采礦專業相關的），這些都是計算到成績當中的。采用這種彈性的考試方式，有利于學生對課程的掌握。

四、《礦山CAD》的授課效果

在2014—2016年《礦山CAD》課程講授完畢之后，采用調查問卷的形式對該課程進行了反饋，根據問卷調查結果，同學們結合其他基礎課程、專業課程、設計與實習等內容，對該課程的教學作了以下評價。

1.該課程講授的知識點非常豐富，內容貼近實際應用，有開拓學生視野，使學生能夠從計算機應用視角對礦山設計、生產有更深入認識。

2.采用的案例式教學，易于對知識點的理解和消化，增加了學生學習興趣，提升學生對礦業計算機應用的認識，使教學目的更容易實現。

五、結語

《礦山CAD》課程內容在具體分析了目前教學過程中存在的系統性缺乏、標準化有限、程序化缺失等問題的基礎上，通過專業程序模塊編制，增強系統化、標準化、程序化觀念，并能夠應用程序完成相關任務，確保礦山設計成果的正確性、科學性與規范性。通過典型設計案例，由學生上機實踐，靈活運用相關功能模塊完成老師布置的設計作業，提高學生實踐的學習效果，保證學生能獨立完成礦山設計工作。不僅收到了較好的教學效果，而且對學生的未來工作的發展也有很好的影響。

參考文獻：

[1]李偉，李寶富，王開.采礦CAD繪圖實用教程[M].中國礦業大學出版社，2013.

[2]鄒光華，吳健斌.礦山設計CAD[M].煤炭工業出版社，2007.

[3]林在康.王斌.譚超.采礦CAD開發及編程技術[M].中國礦業大學出版社，1998.endprint