智能开采背景下采矿CAD课程教学探索与实践

李家卓　褚佳琪

摘  要：加快智慧平台建设、井下精准定位、智能化快速采掘运等是我国煤炭工业新时期高质量发展的必由之路。基于精准的煤矿开拓设计、采掘运输设计底图是主要生产系统自主感知、自动分析的重要基础。以智能化开采模式为背景探索采矿CAD课程教学改革，是煤炭企业发展的内在需要，是采矿工程专业学生能力提高的必要环节，为此本文提出了智能开采理念下采矿CAD课程建设的思想和教学方法，通过一学期的教学实践达到了预期效果。

关键词：智能开采  采矿CAD  课程建设  教学方法

中图分类号：G642;TD80-4 文献标识码：A 文章编号：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

采矿CAD技术是在采矿工程专业的学生学习中的一门不可缺少的课程，从煤矿开采设计，到现场掘进及回采等多个步骤均需要运用CAD技术，煤矿地质工作的完成质量与CAD技术的运用水平、掌握的程度均有着密不可分的关系。因此，以智能化开采模式为背景，尽可能多地了解和研究该技术，探索采矿CAD课程的教学改革是在当代教学中非常有必要的。針对采矿CAD课程，本文提出了建设该课程的思想和教学方法，为学生今后从事采矿工程等相关工作打下一定的学习基础。

1  采矿CAD课程建设思想

1.1 掌握采矿CAD的必要性

随着社会的发展，煤矿综合机械化逐渐进入了新的煤矿智能化阶段，煤炭企业提高生产能力和改善生产方式离不开煤矿智能化的发展[1]。云计算、互联网、人工智能、大数据等为煤矿的智能精准开采提供了亘古未有的机遇，并且“透明地球”“透明工作面”等均随着空间信息技术的发展已经成为当代信息科学研究学习的热点，在采矿领域紧接着也出现了透明化矿山的概念，近年来，我国从煤矿“一张图”[2]初步开始矿井透明化。目前，透明化矿山的重要基础就是各类图纸基础上多源异构数据的整合，以及之后的三维可视化处理等。矿图是体现矿井全貌的一个工具，也是实现透明化矿井的一种途径，在精确矿图的基础上还可实现三维可视化，而AutoCAD软件在二维绘图、基本三维设计以及设计图形文档领域起着出色的作用，其起源于1982年被开发的自动计算机辅助设计软件，如今已经成为当今社会广泛使用的绘图工具。国内目前也有类似绘图软件，由于开发较晚，AutoCAD仍然是目前各矿井应用最广的绘图工具，采矿CAD技术具有较强的专业与实践性，掌握采矿CAD图纸的识图能力以及绘制设计不仅仅是采矿工程技术人员不可或缺的一门课程[3]，也是对本专业的学生来说至关重要的必修课。

1.2 线上线下双混合模式教学

智能开采背景下的透明工作面建设是以三维地质勘探、随钻地震、采掘布置等多源异构数据为基础，跨多学科交叉融合，学生不需要完全掌握全部知识点，但必须全面了解各知识点内涵，但课堂教学时间有限，有必要运用网络平台学习资源开展线上线下混合教学模式。网络教学模式在一定程度上能够有效提高学生的学习兴趣，以及增强学生自主学习的积极性[4];线下教学则能及时得到学生的反馈，最终通过本课程的学习，能够独立快速读懂和绘制出精确、符合国家制图标准的采掘工程平面图或运输大巷断面图等煤矿现场常用图纸。

1.2.1 智能开采现场线上学习资源

课前发布教学素材和拓展训练用图样，让学生进行课前预习，梳理出绘制内容、绘图步骤、操作要点以及存在的困难之处，并将各自存在的问题于线上提交。为解决学生空间想象力普遍偏弱的难题，以黄陵矿业集团一号煤矿智能化无人开采为背景，利用AutoCAD软件，为在课前帮助学生更好地识读图样，将要训练的图形以及三维模型上传到学习通平台，让学生能够更好地预习相关知识。同时，线上教学具有一定的优势[5]，能够更快地传播信息的速度，更广泛地传播信息的空间，更多样化地表达教学内容的形式，线上资源遵循颗粒化、碎片化要求[6]，以不同煤层厚度智能化综采工作面照片、现场视频的形式呈现，尽可能根据学生的认知规律和预期存在的问题，让每个学生在课堂教学之前，已经获得了较多的绘图素材和认知准备。

1.2.2 线上线下混合教学模式

“信息化+互联网+智能手机”的媒介环境，也使得大学课堂知识传播的职能受到前所未有的挑战[7]。充分利用线上平台，通过短视频等方式提供AutoCAD软件相关的教学资源，并且在网络平台上提前发布采矿CAD相关的学习资源，采用差异性教学[8]的方式，使基础较好及基础较差的学生都能得到较好的学习效果，以此提升课程深度， 不断提升教育教学质量。对于学生产生的疑惑在课堂中进行解答，并且在回归线下课堂之后，能充分合理地评估分析线上的教学成果[9]，不时让学生拿出手机，利用学习通进行随堂检测、问题讨论、作业上传和互评，使线上和线下教学有效地衔接起来。

1.2.3 面向煤矿智能化开采的教学内容

针对教学课堂，不仅要让学生学习采矿CAD的基本理论知识，对于实践操作更要多加练习。根据采矿工程专业特点与需求，补充采煤工作面循环作业图表、采准巷道支护等常用图纸的精准绘图，对一些不常用的命令和功能进行删减，由易到难，由浅入深，让学生在有限的时间里，学到更多更实用的命令，学到更多更有效的操作技巧，真正做到学以致用。通过对采矿CAD技能的学习和训练，提高学生对各种类型的矿井、巷道的识读和绘制的基本能力。

1.2.4 采矿工程专业特色的图纸模板

基于AutoCAD软件，定制符合中国标准的图纸模板，将降低大量重复的简单操作，很大程度上提高绘图效率[10]。定制标准的锚杆、锚索、单体支柱等图块等，是很必要的知识和技能。另外，在图纸模板定制的过程中，也起到前期教学中孤立的知识点的梳理和整合，对学生的综合应用能力有一定作用。

1.3 结合学生特点，注重过程控制

1.3.1 定量化课堂管理

为保证后期教学活动的顺利进行，从第一节课开始严格管理，使课堂形成一个井然有序的整体。有效的课堂管理可以提高教学的质量和效率，利用学习通考勤，后期学生对本课程产生了兴趣，管理难度会明显降低。创建积极的课堂氛围并定量化管理，提高学生的积极主动性，激发学生的学习动机。同时明确课堂考勤、随堂测试、回答问题占期末考试总成绩的30%，以督促不重视课堂考勤的学生。

1.3.2 学习全过程考核

利用学习通，建立准确的过程考核档案，精确对考勤、课后作业等成绩的量化，达到平时成绩的量化和透明。平时的作业、课堂小测都包括在最后的期末总成绩中，将所有学生所有的分数在期末期间进行汇总，以此来综合评定学生该门课程的成绩。在学习通中建立采矿CAD题库，注重采矿CAD课程的过程性的考核，利用学习通对学生进行阶段性考核，对于学生的综合能力更加系统地去评价。

1.3.3 教学节奏适度调整

在实际授课过程中，不完全“按授课计划”进行，适当地放慢教学节奏，随时根据本年级学生对本课程知识点的掌握程度进行适当的调整，引导学生跟着节奏走，求效不求速[11]。因此，所涉及的绘图知识都是逐项增加，逐点引入，并尽量缩短单次讲解时长，将知识点碎化，鼓励学生带笔记本电脑进入课堂，让学生利用笔记本电脑融入到学习中，让学生代替教师在课堂中占据先导的地位，随听随练，边练边听，以便于学生理解掌握，跟上授课计划，不至于遇难而退。通过对教学节奏的调整控制，及时进行教学反馈，带动全体学生的学习，使学生能够形成自我思考的能力，实现最优发展。

1.4 兼顾思政教育

师也者，教之以事而喻诸德者也。对于教学的根本任务而言，不仅仅在于传授给学生课堂知识，“立德树人”更是最基本的一项。本课程在教学过程中，也积极开展课程思政建设，在教学过程中融入思政教育，健全学生人格，弘扬大国工匠精神，突出课程教学目标中育人的导向。同时在讲授CAD课程的过程中，注重讲课细节，积极鼓励学生之间互相帮助，对于学生产生的疑惑，鼓励和其他学生一起去思考交流，使学生的合作精神得到充分培养，更好地促进共同进步。

2  采矿CAD课程教学方法

2.1 智能化矿井背景下的目标导向学习

在进入具体、系统的学习之前，先交待学习的目的，并根据智能化开采工作面存在的问题，落实到要完成的具体任务。俗话说，“兴趣是最好的老师”，这样可以激发学生解决实际问题的积极性与热情，使学生将学习过程视作一种乐趣，而且“有的放矢”，也可以使学习的思路更加具有条理性。充分利用现代信息技术，不断提升采矿CAD教学的质量。

2.2 智能化开采理念贯穿全教学过程

变课堂单向讲授为直接在教室演示、讲解和上机操作，多功能教学设备的存在，可以更好地向学生传授课堂知识。首先演示用AutoCAD软件完成的锚杆锚索等绘图单元或已经建立好的全矿井三维模型，建立学生对该软件的感性认识。然后逐步介绍常用绘图工具、采矿二维图形对象编辑等，通过各种例子来达到教学目标，这样可以使学生接受新知识的速度更快、印象更深。

2.3 激发学生学习能力的授课方法

足够相信学生的自身能力，以学生自学、互助为主，在教学过程中“点到为止”，让学生做到“由点及面”“举一反三”“融会贯通”。比如对单行文字和多行文字创建作重点讲解，而完全交给学生自己去编辑对于该命令的操作以及输入特殊字符。在重点讲解某一类，如删除对象、复制对象、镜像对象等具有相同性質的命令时，对于最具有代表性的命令进行详细讲解，其余问题的解决也就易如反掌了。

2.4 教学相长，并肩前行

功能繁多的AutoCAD软件给教学带来了不小的挑战，突出讲解AutoCAD软件的重点内容，并且将难点内容细致地讲给学生，在教学中更加强针对性地去讲解。做到教师讲完一小节课，学生接下来就马上练习，随讲随练，从而使教学效率得到提高。从理论到联系实际，提高学生的动手能力和操作能力，使学生能够深入认识AutoCAD软件在采矿工程技术活动中的重要作用，提高学生解决实际问题的能力。

3  结语

煤矿智能化开采技术作为煤矿发展的必然趋势，对AutoCAD绘图内容提出了新的要求，为适应该需求，在课程中加入新的绘图理念，补充了新的绘图功能。线上海量的资源包括我国目前正在建设的智能化矿井为本课程提供了丰富的教学资源，线下结合智能化开采现状及发展趋势开展有针对性的教学是采矿工程专业学生新的教学目标。为此，提出了智能化开采背景下的采矿CAD课程建设思想和教学方法，教学实践表明取得了一定的效果，学生可以充分利用CAD技术，加强实践，勇于创新，更有助于采矿工程专业的学生毕业之后较快地融入于煤矿智能开采的采掘设计中，使CAD技术更好地服务于煤矿地质工作，从而为国家和社会培养出更多高素质的采矿人才，更好地服务于国家煤炭智能化建设。

参考文献

[1] 王国法，刘峰.中国煤矿智能化发展报告[M].北京：科学出版社，2020.

[2] 毛善君，杨乃时，高彦清，等.煤矿分布式协同“一张图”系统的设计和关键技术[J].煤炭学报，2018，43（1）：280-286.

[3] 曾宪静.AutoCAD在采矿制图中的应用技巧[J].科协论坛（下半月），2010（6）：57-58.

[4] 仇晓夏.基于“互联网+”的线上教学模式应用研究[J].文化创新比较研究，2020，4（29）：131-133.

[5] 彭武华.网络线上教学系统及其关键技术研究[J].文化创新比较研究，2020，4（24）：130-132.

[6] 张强，司光耀，蔡武.AutoCAD绘图技巧在采矿制图中的应用[J].露天采矿技术，2009（4）：52-54.

[7] 李家卓.新常态下采矿工程专业人才培养路径探讨[J].科技创新导报，2016，13（24）：176-177.

[8] 宋伟.“互联网+”背景下“双课堂”教学管理模式探究[J].农家参谋，2020（23）：234-235.

[9] 闫红丽.浅谈线上教学与线下教学的有效衔接[J].文化创新比较研究，2021，5（3）：99-101.

[10] 李伟，代少军，陈刚.卓越工程师培养中采礦CAD课程教学改革与实践[J].经济师，2014（7）：240-241.

[11] 屠洪盛，王沉，袁永，等.采矿工程专业CAD教学改革的几点思考[J].高教学刊，2018（3）：133-135.