采礦工程專業CAD教學改革的幾點思考

屠洪盛 王沉 袁永 張磊 王方田

摘 要：隨著計算機技術的飛速發展，CAD制圖軟件有著繪圖精度高、速度快、存儲方便等優勢，已經得到了大部分工科專業的普遍認可，相關工程設計和生產實踐單位對畢業生也提出了制圖相關水平的要求。為了更好的培養采礦工程技術人才，文章針對現階段采礦CAD課程講授內容和講授過程中存在的問題，從改善教學方法、教學模式和授課環節等方面提出了改善CAD教學效果的相關措施。

關鍵詞：采礦CAD；計算機繪圖；采礦工程；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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70年代開始涉足輔助人們的繪圖設計，隨著計算機硬件集成化程度的增加和CAD軟件的不斷更新，繪圖方式已經從最初的純命令調用驅動到現在便捷的窗口化命令調用方式[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、效率高的數據處理功能和圖形繪制功能等優點[5-7]，近年來在機械工程、土木工程、建筑工程、平面設計和采礦等行業得到了推廣應用[8-9]，隨著CAD軟件應用的普及，許多用人單位對畢業生的繪圖能力也提出了不同程度的要求，相應的針對不同行業要求的CAD教學書籍也得以陸續出版。CAD制圖雖然有著較多手工制度不可替代的優點，但其繪圖的基礎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的識圖能力的培養，對于復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之一，同樣需要培養具有相關繪圖和識圖的專業人才，因此國內具有采礦工程本科專業和專科專業的院校都相繼開設了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，采用傳統的教學方法和教學內容，教學效果并不理想，因此有必要對其相關的教學方法、教學模式和教學內容進行相關的改革。

二、采礦CAD的課程性質

采礦CAD是采礦工程專業培養過程中的必修課，圖紙的繪制與礦井的掘進、井下運輸、通風、供電、排水系統等息息相關，是采礦工程師設計思維的體現，具有較強的專業性和實踐性，因此采礦CAD課程設置在大三階段，且需要學生先具備采礦學、井巷工程、礦井通風、礦井運輸與提升、工程制圖等知識基礎，同時在CAD學習過程中要緊密聯系專業基礎知識。該課程與學生的后續學習課程緊密聯系，如課程設計和畢業設計等，是采礦工程師、煤礦領導和工程技術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的學生畢業之后較快地融入于采礦行業的采掘設計中。

三、教學過程中面臨的主要問題

根據不同行業的各自要求，許多高校和專業已經針對各自專業的特點和課程講授的重點編制了相應的CAD授課教材。中國礦業大學采礦工程專業也不例外，已經結合采礦工程專業的特色，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的CAD授課書本。針對現有的教學方法、教學模式和教學內容中存在的問題，以從事CAD課程三年授課的感受來看，認為還存在如下幾點不足：

（一）教材內容不能緊密與專業課結合

現有教材的內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，然后結合專業內容設置一個簡單的圖形進行練習繪制，如小礦車、風機、雙軌道大巷、經緯網等，并沒有講解具體的繪制圖形在煤礦開采設計中應該怎么布置、與工作面位置的設計原則等。學生上課過程中認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）講授內容不能更好地服務于專業知識的理解

采礦工程專業是一門綜合性比較強的專業，采礦的學生需要懂機電、信電控制、通風等課程相關設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系、巷道坡度拐彎的形式是一個復雜的三維空間問題，但采礦工程專業涉及的圖紙主要有平面圖和剖面圖，都是二維的圖形，因此在專業課程的學習過程中同學會對平面圖和剖面圖中空間復雜的層位難于理解、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系。但現有CAD課程主要集中講授的都是二維平面圖形的繪制，課程教學大綱中對于三維圖形的繪制是自學內容，其實恰恰相反，對于二維空間圖形的繪制，大部分同學接受得比較快，完全沒有必要花幾十課時的時間去學，重點應該放在三維圖形繪制授課內容上，更好地服務于課程。

（三）教學模式過于陳舊

鑒于CAD課程的特殊性，授課分為課堂授課和學院計算機機房實訓，現階段課堂授課和上機實訓是分開的，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生就感覺枯燥無味，真正能學進去據為己有的東西就很少，再加上幾天的遺忘周期，到真正上機實訓的時候學生已經遺忘得差不多了，還得從頭學起，一方面導致教師在上機實訓輔導過程中的工作量，另一方面學生上機的效率也會大幅降低。

（四）學生上課玩手機，分心嚴重

隨著電子技術的飛速發展，電子產品正在逐漸改變人們的生活方式，高校為了與時俱進，在學生的生活區和教學區都配備了無線局域網，一方面給學生獲取各種網絡信息資源帶來了便利，另一方面也給教師上課時學生的聽課率帶來了影響。自制力比較強的學生在上課之后還是能夠主動做到關閉手機，按時上課；對于一些自制力比較差的學生，除了課間在看手機，上課了還是趴在桌子上看手機，尤其是當有一些重要的體育比賽的時候，學生根本不能全身心的投入到課堂學習中來，嚴重地影響了教師上課的狀態。

（五）學生的發散思維難于被培養

學生發散思維的培養，是實現創新的重要環節，學生創新能力的培養是檢驗高等教育培養目標的重要指標。由于CAD課程的內容和教學大綱要求的內容較多，上課過程中教師只是單一的按照教材上的步驟進行講解，與實際應用結合較少，也沒有時間讓教師去介紹實際應用，學生的思路也只是跟著教師，很難培養學生的發散思維。

四、教學改革措施

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：發出命令-根據提示選擇參數-完成命令。因此實際教學的內容和重點有必要進一步優化，針對現有CAD教學內容及教學過程中存在的問題，為了培養專業實踐性強、動手能力足、專業素養高的采礦工程師，從改善教學方式、改變教學內容、改革傳統教學模式出發，提出如下幾點建議。

（一）加強與專業知識結合，充分調動學生的積極性

結合采礦工程專業的交叉學科課程知識的授課特點，授課過程中立足于采礦工程專業知識基礎，讓學生認識到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復雜設計的工具。為了盡量避免枯燥無味基本繪圖命令的講解，充分調動學生的聽課積極性，教師可以先從一張礦井設計圖紙入手，分解圖形中的線型、塊、圖層、填充、文字樣式、標注樣式等，然后針對每一個部分的特點，結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具有特定要求特性的設置，教師要重點強調，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、標注過程中需要注意哪些事項，讓學生感覺就是在復習專業知識，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、組和樣式提醒學生歸類長久保存，以便直接應用于課程設計，這樣學生聽起來就不會感覺枯燥無味，教師教起來也會得心應手。

（二）適當講授三維繪圖，結合復雜空間問題講解

現階段CAD課程幾乎和采礦相關的部分專業課程同時開設，這樣安排其實是有利于學生對CAD課程的學習的，教師講授課程期間應加強與專業課老師之間的交流，動態了解學生其他課程的進度，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，幫助學生理解空間關系復雜的知識點。如采區上、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系，理解起來比較困難，此時教授可以適當剖析其中的特點，借助三維圖形的繪制講解，這樣既可以讓CAD課程更好的服務于專業課程的學習，又可以激發學生主動去思考。為了做到滿足上述要求，教師每節課的講授實例不一定完全按照教材上的實例完全不變，可以適當的根據相關專業課的授課進程設置相關的圖例繪制，當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統一

由于CAD課程的最終目的是為了培養學生的實際動手能力，實踐環節是培養學生將理論知識與實際動手相結合、應用知識和實現自主創新能力、獨立思考進而解決問題的能力的重要環節，實踐教學的效果也會直接反應高校人才培養目標的完成情況。現階段，隨著國民經濟的飛速發展，各院校對于教學的投入也逐年加大，基本上每個學院都有了自己的機房，這樣就方便實現CAD課程授課與上機實訓的統一，老師在授課的過程中，學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生的互動

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

（五）注重培養學生的發散思維

為了培養學生的發散思維，教師授課內容中不能局限于教材的內容，每學完一個繪圖命令之后可以適當的讓學生充分發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的樣式，然后講解多線在采礦工程巷道的設計中用得比較多，多用于井下巷道的繪制，通過設置不同的顏色和線型樣式滿足不同類型巷道的繪制。學生很難展開自己想法去創新應用，如井田的邊界保護煤柱和邊界線之間留設煤柱寬度是相同的，傳統的繪制是先繪制井田邊界線，然后通過偏移命令，偏移距離設置成煤柱寬度，然后修改煤柱保護線和井田邊界線的相關線型和比例，但是學完多線命令后可以通過新建多線的功能，設置成相應的特性之后，可以一次性完成礦井邊界線和煤柱保護線的繪制。

（六）激勵學生參加CAD等級認證考試

多數學生在學習過程中會認為，只要熟悉了簡單的繪圖和修改命令的應用步驟，且大部分簡單圖形文件也已經能夠繪制了，這個時候學生就會產生一種學習松懈的心理，上課的態度也就會隨之轉變，愿意花在繪圖課程上的時間就比較少，更難去創新。為了改善這種情況，可以鼓勵學生去參加國家相關的等級考試，且相關的證件作為學生從事相關專業就業的前提條件，同時也可以適當的增加素質發展分，有利于獎學金的評定，這種情況下學生對CAD的學習態度肯定會發生較大變化。

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