智能開采背景下采礦CAD課程教學探索與實踐

李家卓　褚佳琪

摘? 要：加快智慧平臺建設、井下精準定位、智能化快速采掘運等是我國煤炭工業新時期高質量發展的必由之路。基于精準的煤礦開拓設計、采掘運輸設計底圖是主要生產系統自主感知、自動分析的重要基礎。以智能化開采模式為背景探索采礦CAD課程教學改革，是煤炭企業發展的內在需要，是采礦工程專業學生能力提高的必要環節，為此本文提出了智能開采理念下采礦CAD課程建設的思想和教學方法，通過一學期的教學實踐達到了預期效果。

關鍵詞：智能開采? 采礦CAD? 課程建設? 教學方法

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技術是在采礦工程專業的學生學習中的一門不可缺少的課程，從煤礦開采設計，到現場掘進及回采等多個步驟均需要運用CAD技術，煤礦地質工作的完成質量與CAD技術的運用水平、掌握的程度均有著密不可分的關系。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，探索采礦CAD課程的教學改革是在當代教學中非常有必要的。針對采礦CAD課程，本文提出了建設該課程的思想和教學方法，為學生今后從事采礦工程等相關工作打下一定的學習基礎。

1? 采礦CAD課程建設思想

1.1 掌握采礦CAD的必要性

隨著社會的發展，煤礦綜合機械化逐漸進入了新的煤礦智能化階段，煤炭企業提高生產能力和改善生產方式離不開煤礦智能化的發展[1]。云計算、互聯網、人工智能、大數據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的發展已經成為當代信息科學研究學習的熱點，在采礦領域緊接著也出現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就是各類圖紙基礎上多源異構數據的整合，以及之后的三維可視化處理等。礦圖是體現礦井全貌的一個工具，也是實現透明化礦井的一種途徑，在精確礦圖的基礎上還可實現三維可視化，而AutoCAD軟件在二維繪圖、基本三維設計以及設計圖形文檔領域起著出色的作用，其起源于1982年被開發的自動計算機輔助設計軟件，如今已經成為當今社會廣泛使用的繪圖工具。國內目前也有類似繪圖軟件，由于開發較晚，AutoCAD仍然是目前各礦井應用最廣的繪圖工具，采礦CAD技術具有較強的專業與實踐性，掌握采礦CAD圖紙的識圖能力以及繪制設計不僅僅是采礦工程技術人員不可或缺的一門課程[3]，也是對本專業的學生來說至關重要的必修課。

1.2 線上線下雙混合模式教學

智能開采背景下的透明工作面建設是以三維地質勘探、隨鉆地震、采掘布置等多源異構數據為基礎，跨多學科交叉融合，學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涵，但課堂教學時間有限，有必要運用網絡平臺學習資源開展線上線下混合教學模式。網絡教學模式在一定程度上能夠有效提高學生的學習興趣，以及增強學生自主學習的積極性[4];線下教學則能及時得到學生的反饋，最終通過本課程的學習，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場常用圖紙。

1.2.1 智能開采現場線上學習資源

課前發布教學素材和拓展訓練用圖樣，讓學生進行課前預習，梳理出繪制內容、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。為解決學生空間想象力普遍偏弱的難題，以黃陵礦業集團一號煤礦智能化無人開采為背景，利用AutoCAD軟件，為在課前幫助學生更好地識讀圖樣，將要訓練的圖形以及三維模型上傳到學習通平臺，讓學生能夠更好地預習相關知識。同時，線上教學具有一定的優勢[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內容的形式，線上資源遵循顆粒化、碎片化要求[6]，以不同煤層厚度智能化綜采工作面照片、現場視頻的形式呈現，盡可能根據學生的認知規律和預期存在的問題，讓每個學生在課堂教學之前，已經獲得了較多的繪圖素材和認知準備。

1.2.2 線上線下混合教學模式

“信息化+互聯網+智能手機”的媒介環境，也使得大學課堂知識傳播的職能受到前所未有的挑戰[7]。充分利用線上平臺，通過短視頻等方式提供AutoCAD軟件相關的教學資源，并且在網絡平臺上提前發布采礦CAD相關的學習資源，采用差異性教學[8]的方式，使基礎較好及基礎較差的學生都能得到較好的學習效果，以此提升課程深度， 不斷提升教育教學質量。對于學生產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成果[9]，不時讓學生拿出手機，利用學習通進行隨堂檢測、問題討論、作業上傳和互評，使線上和線下教學有效地銜接起來。

1.2.3 面向煤礦智能化開采的教學內容

針對教學課堂，不僅要讓學生學習采礦CAD的基本理論知識，對于實踐操作更要多加練習。根據采礦工程專業特點與需求，補充采煤工作面循環作業圖表、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，讓學生在有限的時間里，學到更多更實用的命令，學到更多更有效的操作技巧，真正做到學以致用。通過對采礦CAD技能的學習和訓練，提高學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，也起到前期教學中孤立的知識點的梳理和整合，對學生的綜合應用能力有一定作用。

1.3 結合學生特點，注重過程控制

1.3.1 定量化課堂管理

為保證后期教學活動的順利進行，從第一節課開始嚴格管理，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的質量和效率，利用學習通考勤，后期學生對本課程產生了興趣，管理難度會明顯降低。創建積極的課堂氛圍并定量化管理，提高學生的積極主動性，激發學生的學習動機。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生。

1.3.2 學習全過程考核

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

1.3.3 教學節奏適度調整

在實際授課過程中，不完全“按授課計劃”進行，適當地放慢教學節奏，隨時根據本年級學生對本課程知識點的掌握程度進行適當的調整，引導學生跟著節奏走，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，鼓勵學生帶筆記本電腦進入課堂，讓學生利用筆記本電腦融入到學習中，讓學生代替教師在課堂中占據先導的地位，隨聽隨練，邊練邊聽，以便于學生理解掌握，跟上授課計劃，不至于遇難而退。通過對教學節奏的調整控制，及時進行教學反饋，帶動全體學生的學習，使學生能夠形成自我思考的能力，實現最優發展。

1.4 兼顧思政教育

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

2? 采礦CAD課程教學方法

2.1 智能化礦井背景下的目標導向學習

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

2.2 智能化開采理念貫穿全教學過程

變課堂單向講授為直接在教室演示、講解和上機操作，多功能教學設備的存在，可以更好地向學生傳授課堂知識。首先演示用AutoCAD軟件完成的錨桿錨索等繪圖單元或已經建立好的全礦井三維模型，建立學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目標，這樣可以使學生接受新知識的速度更快、印象更深。

2.3 激發學生學習能力的授課方法

足夠相信學生的自身能力，以學生自學、互助為主，在教學過程中“點到為止”，讓學生做到“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建作重點講解，而完全交給學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、復制對象、鏡像對象等具有相同性質的命令時，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 教學相長，并肩前行

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

3? 結語

煤礦智能化開采技術作為煤礦發展的必然趨勢，對AutoCAD繪圖內容提出了新的要求，為適應該需求，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的智能化礦井為本課程提供了豐富的教學資源，線下結合智能化開采現狀及發展趨勢開展有針對性的教學是采礦工程專業學生新的教學目標。為此，提出了智能化開采背景下的采礦CAD課程建設思想和教學方法，教學實踐表明取得了一定的效果，學生可以充分利用CAD技術，加強實踐，勇于創新，更有助于采礦工程專業的學生畢業之后較快地融入于煤礦智能開采的采掘設計中，使CAD技術更好地服務于煤礦地質工作，從而為國家和社會培養出更多高素質的采礦人才，更好地服務于國家煤炭智能化建設。

參考文獻

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