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采矿工程的理解范文1
关键词:采矿工程;可视化技术;数值模拟;
1 工程概况
采矿工程是一个复杂的系统工程,需要借助计算机技术对其进行优化设计及科学管理,随着近年来计算机多媒体技术的迅速发展,计算机在采矿工程中的应用也越来越广泛,其应用深度和广度也日益增加。计算机多媒体技术的发展为采矿工程技术人员实现由过去较为枯燥的研究过程到现代可视化的分析研究过程的改变,提供了基础和保障。
煤矿井下地质条件复杂,巷道系统空间交错,确定起来本身就有一定难度,对于工程实践经验不足的工程技术人员来说更加困难。为了使采矿技术人员能够更好地理解煤矿井下巷道系统的空间布局,可利用计算机辅助设计(CAD)的可视化技术绘制三维矿井模型。
井下巷道及采场的受力状况和围岩的变形破坏过程难以用理论方法计算,并且物理实验的方法也难以再现其过程,可以使用计算机数值模拟的方法描述这些复杂的力学模型的应力分布,真实的再现矿山压力显现的过程,达到可视化的目的。因此,在采矿工程技术人员研究的过程中,应加强计算机可视化技术方面的应用。
2 CAD的可视化技术在研究中的应用
2. 1采矿专业研究中存在的问题
煤矿井工开采的重要特点是地下作业,生产环节多、工序复杂。井下生产系统包括掘进、提升、通风、排水、动力供应等系统,井下生产系统的巷道空间交错复杂。
工程技术人员在研究采矿问题的过程中都不同程度的存在一些问题,遇到的最主要的困难是对煤矿井下生产系统的巷道空间位置关系不能完全准确的理解。目前使用的资料基本上都是采矿工程平面图或采矿工程剖面图,现有资料上很少有三维立体矿井巷道系统模型供研究过程中参考使用,研究人员只能凭想象来领悟巷道三维位置情况;或者到井下现场参观。到井下现场也只能见到巷道表面现象,而对于三维巷道的空间位置,并不清楚。这些办法都不能有效的解决对三维立体矿井巷道直观、正确的理解。
2. 2CAD的可视化技术简介
科学计算可视化(Visualization )是20世纪80年代后期提出并发展起来的,它是20世纪90年代计算机新技术的热点。进入20世纪90年代,国外以三维矿床模型为代表的矿用软件发展较快,涉及到地质资料处理、矿床建模、开采辅助设计等各个方面。目前CAD技术已经向三维实体、可视化和集成化发展,但对于矿业而言,还有相当长的路要走。
AutoCAD是美国Autodesk公司研制开发的计算机辅助绘图软件,是目前国内使用最多的CAD软件。可以使用软件的三维建模技术绘制三维立体矿井巷道布置系统模型,达到可视化的目的,可以有效地解决采矿研究过程中遇到的一些问题。
2. 3使用CAD的可视化技术创建研究模型
采矿工程技术人员在分析现场问题过程中,要经常确定各个巷道之间的关系,从而才能进一步的分析各个巷道之间的矿山压力的影响。多数工程技术人员在分析过程中,面对的是采掘工程平面图,靠想象来确定其之间的空间位置关系。这种方法费时、费力,效率低。在分析研究采矿问题的过程中应要求首先学会三维知识,让研究人员先把研究涉及巷道的三维空间关系绘制出来。这样,工程技术人员在分析研究问题过程中,面对三维图分析,会得到高效分析的效果。应鼓励技术人员应用AutoCAD软件的三维建模技术绘制三维立体矿井系统模型,把其所研究矿井的三维模型绘制出来。
1) 可以在绘制三维模型的过程中,更加深刻地了解矿井的三维空间结构,可能对所研究的问题有创新的想法。
2) 能够使初涉采矿的工程技术人员,建立起三维矿山系统的概念。
3) 当一个采矿项目结题后,要向领导汇报,当汇报人员将平面图转换为三维矿井立体模型,结合这些模型汇报,会达到高效的效果。
3数值模拟的可视化研究分析方法
3. 1采矿专业研究中存在的问题
1) 课程可视化的意义。矿山压力与岩层控制问题涉及的一般为动态三维空间问题,工程技术人员很难建立动态三维空间的概念,对达到高效分析和研究目的相差较远。即使工程技术人员到矿井现场实习,看到的仅仅是静态的局部现象, 如巷道的支护物破坏或失效、巷道的明显变形、采场顶板的冒顶、煤壁的片帮等,而对产生矿压显现现象的矿山压力及变形破坏过程没有直观的认识。采场或巷道周围的应力是看不见的,只能从理论推导的公式和教材上的图线去想像,对理解矿压理论及培养解决实际问题的能力形成了障碍。通过观测得到矿山开采过程中围岩内任何一点的力,实际是非常困难的。针对上述问题,数值计算方法拥有得天独厚的优势。因而数值计算方法的发展引起采矿界的重视,并逐步引入作为计算矿山压力的方法,在矿山压力及其控制中发挥越来越重要的作用。
3. 2数值模拟程序简介
采场上覆岩层运动是一个非常复杂的动态发展过程,要明确上覆岩层运动范围就必须从顶板变形破坏过程着手。RFPA2D是一个能模拟岩石裂纹萌生,扩展直至断裂全过程的数值分析软件,基于连续介质力学和损伤介质力学原理,具有应力分析和破坏分析两方面的功能。RFPA2D系统能对采动影响下岩体破裂与岩层移动过程进行较为系统的数值试验研究。
3. 3可视化研究实例
1) 煤层开采过程顶板岩层受力变形过程模拟。模型对工作面的开挖过程进行模拟计算,模型上部为自由边界,按照深度施加自重应力;模型左、右边界为简支边,约束水平位移; 模型下边界为固支
。计算工作面不同推进距离时煤层顶板的垂直应力变化情况,以及老顶初次来压和周期来压时煤壁前后方支承压力变化范围。
2) 模拟结果的可视化处理。通过对计算结果的分析处理,可得出顶板岩层随煤层开采出现的离层、垮落过程及其对应的应力分布状况。结果可直观的用于分析研究的讲解实例,达到可视化研究的目的,能够对矿山压力和岩层控制上的理论进行有益的补充。
采矿工程的理解范文2
一、工程教育专业认证概述
工程教育专业认证起源于20世纪30年代的美国,现在已经发展成为国际通行的工程教育质量保障体制。其根本目标是保证和加强学生的培养质量,促进高校通过改革教学不断提高教学质量。根据《全国工程教育专业认证专家委员会章程》,我国开展工程教育专业认证的目标是构建我国工程教育的质量监控体系,建立与注册工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系,促进我国工程教育与国际接轨,提升我国的国际竞争力。
二、采矿工程专业教学现状
目前采矿工程专业的实际教学存在一些问题。第一,实践教学课时比例低,基础宽泛,方向分散。我国的采矿工程专业在制定学生培养计划时,公共课、基础课课时较多,这样的课程设计压缩了专业课的课时,专业课程的设置深度相对较浅,专业内涵培养不够明晰,不利于提高学生的专业水平,而且在专业课时与实践教学课程设置上,理论教学课时多而实践教学课时少,不利于学生实践能力的培养,制约了学生专业应用能力的提高[1]。第二,井下实习效果不明显。学生井下实习的机会多是由教师联系企业得来的,但是企业考虑到学生下井的安全问题及矿井安全生产,很少安排学生下井参观学习,即便是下井参观学习,由于井下的空间有限,学生实际参观学习的内容不多,学生对实际生产的环节了解不足。
三、工程教育专业认证背景下采矿工程专业教学改革策略
采矿工程专业要利用学科的优势和特点来培养学生的工程实践能力和创新意识,全面提高学生的综合实力。
(一)优化教学内容
教学内容决定着学生知识结构和能力的培养。采矿工程专业要按照工程教学专业认证的标准来突出专业知识功底,突出专业基础,保证专业知识体系的逻辑性、完整性、系统性,让学生形成合理的知识结构,培养学生利用所学知识分析解决实际问题的能力[2]。首先,采矿工程专业的教学内容框架要进行优化整合,教师应根据专业教学的内容将专业知识分为不同的层次,再根据专业科目的特点将课程内容重新进行整合,以达到精简优化的目的;其次,在实际教学时,教师根据最新的采矿技术理论对教学内容进行补充,不断充实和更新教学内容,以扩展学生的知识面;最后,教师要不断改进教学方式,提高教学效果,根据教学内容的特点来选择教学内容的呈现方式,提高学生对知识的理解力,加深学生对教学内容的印象。
(二)加强实践教学
采矿工程专业是一门实践性很强的专业,在实际教学中,教师要注重理论教学与实践教学的结合,将学生工程实践能力的培养贯穿专业教育的全过程[3]。第一,要提高实践课的课时比例,突出对学生工程实践能力的培养,实现专业实验课程的工程化,提高学生的自主参与性。第二,在实践教学中要充分利用校企合作的企业平台保证学生的实践学习质量,培养学生专业知识应用的技能,提升学生的实践能力。第三,积极与企业合作,加强学校与企业资深工程师的沟通合作,邀请工程师在学校开展专题讲座,以知促行,推动学生将理论知识转化为实践。第四,要强化科研成果及时转化为实践教学内容,让学生了解和掌握最新采矿技术,提高学生的创新思维和工程能力。
采矿工程的理解范文3
【关键词】工程教育认证 采矿工程 毕业要求 达成度评价
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2017)03C-0120-03
工程专业认证是我国高等教育评估体系的重要组成部分,是提高工程教育质量的重要途径。2013年6月19日,我国成为《华盛顿协议》签约预备会员,标志着我国的工程教育认证体系初步具备了与国际认证的“实质等效”性。其中,2015版工程教育认证通用标准明确指出:“专业必须有明确、公开的毕业要求,毕业要求应能支撑培养目标的达成。专业应通过评价证明毕业要求的达成。”因此,评价学生的毕业要求达成情况,评估培养的毕业生是否合格、是否达到了制定的培养目标就显得尤为重要。本文基于2015版中国工程教育认证通用标准规定的毕业基本要求,对湖南科技大学采矿工程专业学生进行了毕业要求达成度评价,分析存在的主要问题,并提出对策。
一、毕业要求达成度评价机制
采矿工程专业学生毕业要求是通过一系列的课程教学、实践教学和其他辅助教学过程来实现的。根据毕业基本要求,设置了相应的教学环节。专业毕业要求的达成情况按照制定的11条毕业要求内容进行评价。
(一)评价对象。采矿工程专业毕业要求达成度评价的对象是制定的每一条毕业要求、各条毕业要求对应的指标点及各个指标点所对应的支撑课程,进而构成以支撑课程、指标点、毕业要求为主线的三重评价对象体系。
(二)评价原理。采矿工程专业毕业要求达成度评价采用课程考核成绩分析法,以课程考核材料为主要评价依据,对各门课程(包括实验教学、实习教学、课程设计、毕业设计等在内的所有教学环节)达成毕业要求的情况进行定量评价。通过统计某项毕业要求指标点在不同课程中的相应试题的平均得分比例,并赋予本门课程贡献度权重,最终计算得出该项毕业要求的达成度评价结果。
(三)评价依据。毕业要求达成度评价的依据材料为所有参评课程的所有考核材料,包括考试试卷、大小作业、实验报告、实习报告(认识实习、生产实习和毕业实习)、课程设计、毕业设计等。但是,专业认证评价小组在进行各课程达成度评价前,需对选取的评价依据材料进行合理性认定,符合要求的才可以用来评价。
(四)评价机构和评价人员。毕业要求达成度评价是工程专业认证程序中重要的一个环节,学院及教学系部都应该高度重视。首先,要成立专门的毕业要求达成度评价领导小组,小组组成人员包括学院主管教学的副院长、采矿工程系主任以及分管教学的副主任、采矿工程专业部分资深教授。其次,参与评价的人员涵盖了采矿工程专业所有任课教师及为采矿工程专业学生开课的相关专业教师。
(五)评价周期。毕业要求达成度评价的周期为2年,即在每届采矿工程专业学生的第二学年末与第四学年末分别进行毕业要求达成度评价。
(六)评价标准与结果。依据本校的办学体制、办学特色、采矿工程专业的培养目标、毕业要求,结合R堤氐恪⒔萄效果、教学经验,由采矿工程专业工程认证工作领导小组研究讨论,将毕业要求达成度评价合格标准值设定为0.65。即每条毕业要求对应的指标点的最小评价值大于等于0.65,则判定该项毕业要求达成。在评价工作完成后,要总结、整理形成“毕业要求达成度”记录文档,包括“毕业要求达成度评价表”“课程达成度评价表”等,根据制定的毕业要求达成标准明确评价结果是否“达成”。
二、毕业要求达成度评价方法与步骤
科学、完善的评价机制是毕业要求达成度评价的前提和重要保证,是达成度评价高效开展的基础,而合理、便捷、可操作性强的评价方法与步序是毕业要求达成度定量评价按质保量完成的直接途径。达成度评价以毕业要求为出发点,又以毕业要求为落脚点,通过对各个教学环节、教学活动进行具体评价计算,获得各项毕业要求的评价结果值。毕业要求达成度评价具体的步骤如图1所示。
(一)制定毕业要求。依据中国工程教育专业认证通用标准、湖南科技大学的办学理念、采矿工程专业的培养目标及培养方案,经学院工程专业认证领导小组、工作小组会同行业、企业专家,充分研究讨论,共同制定采矿工程专业所培养的毕业生要求达到的内容。
(二)指标点、课程体系及达成度目标值。由学院工程教育专业认证工作领导小组会同采矿工程专业责任教授对每项毕业要求进行详细分解、阐释;根据采矿工程专业的特点及教学的实际情况,确定每条指标点所支撑的课程(一般不超过3-4门)。值得注意的是,此处的支撑毕业要求指标点的教学课程应该是教学计划与培养方案明确了学分值及考核方式的教学活动与教学环节。然后,依据各门课程对指标点的贡献度大小,为它们分配合理的“权重”值,各个指标点的支撑课程权重值的和等于1。
(三)评价依据的合理性确认。毕业要求达成度评价所采用的基础数据、原始数据来源于参评的各门课程的考核材料,若是基础数据不符合要求、存在问题,那么得出的评价结果也就不准确、不可信。因此,在进行各支撑课程的达成度评价之前,采矿专业认证达成度评价小组必须对课程的考核材料如课后平时作业、报告、设计、试卷、大作业等进行合理性确认。主要包括以下几个方面的内容:
1.课程考核的内容是否完整体现了对相应毕业要求指标点的考核(试题的难易度、题型比例、覆盖面等)。
2.考核的形式上是否合理(除了学期末的课程试卷笔试外,是否采用了大作业、小论文、大设计的形式考核)。
3.在课程考核成绩的认定上是否严格。
对于评价依据的认定应明确给出是“合理”还是“不合理”的结论;要是评价依据“不合理”,那么应该舍弃该评价依据作为基础数据进行课程达成度评价。
(四)课程达成度评价。基于经过合理性确认后的支撑课程的各类考核材料(主要包括期末考试试卷、报告、小论文、设计、大作业等),开展该支撑课程对各项毕业要求指标点的达成度评价。主要过程为:(1)选取评价样本,针对待评价的支撑课程,根据学生人数的数目,选取具有代表性的考核材料样本,即样本中好、中、差的数量比例大概相等,简化的做法为选取一个教学班的课程考核材料;(2)待评的支撑课程对应所分解的某条指标点的达成度评价结果的计算公式为:
(五)分项毕业要求达成度评价的计算。课程达成度评价结果及毕业要求指标点达成度评价结果均采用最小值的规则,即支撑课程的评价结果取评价周期内各年度最小值,而某一项毕业要求的评价结果取各指标点的最小值,若最小值大于等于所规定的评价标准则该项毕业要求认定达成。将获得的各支撑课程的评价值进行叠加,得出对应指标点的评价值,进而可以求得该项毕业要求的达成度评价结果。最后,根据上述评价机制所确定的评价达成标准,判定此项毕业要求是“达成”以及“未达成”,并作出必要的问题说明。
三、毕业要求达成度评价实践
下面将以湖南科技大学资源环境与安全工程学院采矿工程专业2016年度进行的工程教育认证为例,探讨专业认证过程中毕业要求达成度评价环节的具体实施,其中详细的评价计算是根据“毕业要求3”进行的。
(一)毕业要求。根据2015版中国工程教育专业认证通用标准要求,结合湖南科技大学采矿工程专业2015版培养方案、培养目标,由学院教学指导委员会,并邀请煤炭行业、企业专家进行研讨,确定采矿工程专业培养的毕业生要求达到11项的具体内容。
(二)指标点分解、支撑课程及权重值。学院工程教育专业认证工作领导小组会同采矿工程专业各责任教授组织讨论,对制定的每项毕业要求进行详细分解。在此基础上,依据培养目标、通用标准要求确定2-4门课程作为每条指标点的支撑课程,并由各门支撑课程对毕业要求的贡献度合理分配“权重”值。以采矿工程专业“毕业要求3:掌握矿山开采方法与岩层控制、矿山压力及岩体工程测试、矿山灾害控制等专业知识,能够设计满足特定需求的资源开采方法、矿井生产系统、矿井安全系统、井巷(或隧道与硐室工程)和工艺流程等”为例,将其分解为4个指标点,每个指标点均对应了2-4门的支撑课程,并分别赋予了表征支撑强度的权重值,每条指标点的目标达成度为1。“毕业要求3”指标点分解及其达成度目标值如表1所示。
(三)确认评价依据的合理性。对“毕业要求3”各指标点支撑课程的考核材料(试卷、作业、报告、设计等)进行考核内容、考核形式、考核成绩认定是否严格等方面进行合理性确认,然后给出该课程评价依据是“合理”还是“不合理”的结论。表2为指标点3.1中课程煤矿开采学的合理性确认表。
(四)课程评价及毕业要求达成度评价计算。在对“毕业要求3”的各支撑课程的评价依据进行了合理性确认后,分别针对2010级和2011级采矿专业学生的考核结果开展课程达成度评价。以煤矿开采学为例,抽取2010级采矿2班及2011级采矿1班的期末总成绩为样本进行统计,根据评r值公式计算出煤矿开采学对“毕业要求3”各指标点的达成度评价结果(如表3所示),最终结果一项取两年中的最小值。
根据以上同样的方法,抽取2011级和2010级班级的其他课程考核材料样本,完成各自对“毕业要求3”指标点达成度的评价值。最后,将“毕业要求3”的13门支撑课程的达成度评价结果进行汇总填表,如表4所示,并对各指标点的评价值求和,取最小值作为“毕业要求3”的最终评价结果。由表4可知,“毕业要求3”的达成度评价值为0.71,结果为“达成”。
(五)存在的问题与对策。毕业要求达成度评价是对毕业生培养质量的一次检查,是评价专业培养目标、毕业要求的达成情况,是当前教学状态下工程教育专业教学效果、教学质量的信息反馈过程。本次采矿工程专业“毕业要求3”的达成度评价结果虽然为达成,但是仍反映了一些不足与问题:一是对矿井初步设计、采区设计、硐室施工设计能力不足、现行有关矿井法规、规程、规范不够熟悉;二是设计图纸、报告质量不高。应进一步重视和加强课程设计及毕业设计对应的实践教学环节的考核,严格执行实纲。
【参考文献】
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【基金项目】2014年湖南省教学研究与改革项目(278)
采矿工程的理解范文4
【关键词】新疆;民语言学生;教学改革;采矿工程;
【基金项目】新疆维吾尔自治区教育厅自然科学基金资助项目(XJEDU2013S06);
【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)09-0028-02
引言
新疆矿产资源丰富、品种齐全,开发前景广阔。新疆已成为我国21世纪十分重要的能源基地接替区和战略能源储备区[1-2]。但由于矿山传统开采技术落后、新的现代化技术的西进,加之特有的矿产资源禀赋条件,急需高素质采矿人才。新疆大学作为新疆的最高学府,在2008年恢复了采矿工程专业建设,在国家援疆计划的支持下近几年得到了快速发展,但在民语言学生采矿工程专业教学发展过程中也逐渐显现出了部分问题,在此从学生自身特点、师资队伍构成、培养目标及方案的制定、实践教学环节、课堂理论教学等方面加以讨论,为同类地矿专业民语言学生的人才培养提供理论和实际教学经验借鉴。
1.民语言学生特点
因材施教是教学中一项重要的教学方法,在教学中根据不同学生的认知水平,学习能力以及自身特点,教师选择适合一类学生特点的学习方法来有针对性的教学,发挥学生的长处,弥补学生的不足,激发学生学习的兴趣,树立学生学习的信心,从而促进学生全面发展。因此,剖析新疆大学采矿工程专业民语言专业学生特点极为必要。
1)民语言学生生源地不同。新疆大学采矿工程专业民语言学生基本全部来自新疆本地,主要由维吾尔族、哈萨克族学生组成。由于新疆本地自然历史的发展,新疆北部地区经济较南部地区更为发达,因此,来自北疆的学生其视野更为开阔、思维更为活跃;此外,新疆城市规模较内地发展缓慢,且采矿工程专业为艰苦专业,学生大部分来自牧区、农村由于当地的教学水平有限,因此,学生的整体学识水平有限,相比之下来自乌鲁木齐、伊宁、库尔勒等较大城市的学生其学识水平有较大的提升。
2)民语言学生汉语水平参差不齐。新疆本地非高等教育实施的是双语教学,即在教学期间使用民语言和汉语言两种语言进行教学,该种教学方式在很大程度上提高了民语言学生的汉语水平。但由于区域经济发展的差异,各地的汉语言教学水平也是参差不齐,使得最终考上大学的民语言学生汉语水平有较大的差别,教师在课堂授课时很难把握教学的深度和进度。此外,为巩固民语言学生汉语水平使之能够尽快适应大学中高水平的科学文化知识的学习,新疆各个高校都为民语言学生开设了1年的预科班,专门学习汉语言,并且需要通过HSK汉语言水平考试,学生才能进入之后4年的专业学习,但从目前我校采矿工程专业民语言学生的整体平均汉语水平还是不尽人意的,在教学方面尚存在不小的阻碍。
3)民语言学生求学心理特点不同。提高文化素养是学生接受大学教育的自身需求,就业是学生学习专业知识的直接目的。经过近几年与民语言学生的教学活动的互动过程中发现民语言学生中有不少学生希望将来能在自己的生源地能考取公务员,尤其是民语言女生这种就业观更为强烈,由此影响了很多学生对未来就业的观念,产生了厌学或不屑于学习的态度。
综上所述,针对民语言学生的特点,本文认为应该加强民语言学生汉语言水平的教学工作,并以提高汉语言应用水为目的,建立更为适合的课程体系,同时加强学生专业观、就业观使其摆正学习态度,增加学习的积极性。
2.师资队伍构成特点
新疆大学采矿工程专业自2008年恢复建设以来一直在扩充采矿工程专业教师队伍,无论在教师数量还是在教师水平方面都进行了大量工作。目前,教师队伍中有70%左右的教师来自内地,这部分教师由于缺乏对新疆文化历史的深层次了解,因此,对民语言学生内心的求学诉求更加缺乏思考,这使得在教学过程中教师和学生之间就存在了一些障碍。因此,加强教师对新疆的认识和开展对民语言学生教学工作特点的了解工作极为必要。
3.培养目标及方案的制定
新疆大学采矿工程专业的培养目标在民语言学生和汉语言学生方面没有区别,在培养方案方面仅仅是民语言学生省去了大学英语和专业英语的学习课程[3]。虽然,这种培养方案体现了对民语言学生高水平要求,但在现实中并不适用。从提高民语言学生学习能力、改善未来就业质量和民语言学生整体汉语水平三个方面考虑,应该为民语言学生制定更为灵活的阶段性培养方案。
近几年随着新疆社会经济的整体发展,民语言学生的整体汉语言水平也在逐渐提高当中,但尚不能适应大学教学的要求。因此,在现阶段的培养方案中应当为民语言学生培养方案添加更多的汉语言体验、学习、应用、实践方面的课程,例如,汉语言写作、中文电影赏析、汉语对话等,与此同时将高等数学、大学物理等普遍学生反映较难的课程改为选修,减少学生学习的压力。灵活的培养方案对汉语水平参差不齐的民语言学生都可适应,自身语言水平高的可以选择加强专业知识的学习,自身语言水平较低的可以选择加强语言的学习,为民语言学生提供适合自己发展需要的学习条件。之后,随着社会经济的发展和民语言学生的汉语水平的提高在逐步提高对专业知识的要求,真正做到因材施教。
4.教学方法的改革
课堂教学是大学教育的核心教学环节,根据民语言学生的特点,在理论教学方面采矿工程专业教师应该使用更为通俗易懂的表达方式阐述理论知识,通过更多的工程识图、工程绘图、工程设计来引领学生学以致用,加深思考,逐步融会贯通教材内容[4]。
为对比不同教学方法的教学效果,作者在采矿工程专业的核心课程《通风安全学》做了教法对比,两个班级一个使用传统的教学方式,即为按照教材体系进行理论和实验课程教学;另外一个班级使用通风网络示意图教学方式,与传统教学方式的主要不同在于课堂讲授过程较短,大部分时间留给学生思考应用所学知识在工程图上进行标注、绘制、计算、说明,这一过程可以使学生从认识、掌握、理解、思考四个层次逐步融会贯通这们课程,最大的特点是发挥了民语言学生的动手能力强的特点,避开了汉语理解能力低的缺点,减少了教师独自阐述的时间,增加了民语言学生思考和动手的时间。
5.结论
在分析新疆大学采矿工程专业民语言学生特点的基础上,分别从师资队伍建设、培养方案制定、教学方法改革3个方面提出了以下几点结论:
1)民语言学生汉语水平与生源地经济发展水平密切相关;
2)应该加强民语言学生专业观、就业观念的教育工作,拓宽民语言学生文化视野;
3)为提高民语言学生教学质量,需从加深师资队伍对民语言学生生活文化背景开始;
4)根据民语言学生整体汉语水平的发展进度,制定更为灵活的阶段性培养方案,在现阶段应开设更多的汉语学习课程,降低部分难度较高的通识课程要求;
5)使用工程图或案列教学方式对民语言学生进行专业授课,发挥学生动手能力强的优点,激发民语言学生学习兴趣;
参考文献:
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采矿工程的理解范文5
关键词:采矿工程;岩石力学;试验教学;创新试验
岩石力学是研究岩石力学性能的理论和应用的科学,是为采矿工程、地质工程以及水文工程等专业开设的专业课。通过本课程的学习使采矿工程本科生掌握有关岩石、岩体的基本力学性质,能应用岩石、结构面等强度理论对岩体稳定性进行评价。了解岩体的力学特性,岩体的初始应力状态及其规律,在此基础上熟练掌握岩体力学在采矿工程、地下硐室工程中的应用,培养专业技能扎实与综合素质过硬的创新型人才。随着现代采矿工程规模和开采强度的不断增大,在巷道建设、资源开采过程中面临的岩石力学问题是相当复杂的,如何利用岩石力学的知识分析采矿工程面临的技术难点,从力学层面获取合理的开采方案、巷道布置方位是目前矿山岩石力学服务于采矿工程的重要途径。现代岩石力学的新理论、新方法、新技术层出不穷,如何在有限的学时里,既重视学生的智能培养,又开拓学生的知识面,使学生在未来的工作中发挥更大的潜力,这就需要对采矿工程专业的岩石力学教学内容和实践环节进行整体优化。岩石力学是一门理论性与实践性都很强的学科,常以试验为依据,岩石力学的试验教学使学生更好地了解岩石(体)的强度和变形特性,激发学生的学习兴趣。本文旨在探讨面向采矿工程专业的岩石力学试验教学改革,对岩石力学试验项目进行优化组合,引入差异性教学法,构建面向采矿工程专业的岩石力学试验教学的三个模块。
1传统的岩石力学试验教学
在教学内容上,目前采矿工程专业的岩石力学试验教学环节包括5个试验:单轴抗压强度试验、巴西劈裂试验、剪切强度试验、点载荷和刚性试验机演示。前4个试验是岩石力学经典试验,旨在获得岩石的抗压、抗拉、抗剪强度,属于验证性试验,其试验结论都是大家所熟知的;刚性试验机演示试验是教师在岩石刚性试验机上操作演示,以获得岩石的全应力—应变曲线。这5个岩石力学试验不但进一步增强了学生理解岩石的破坏方式、强度特性和岩石的拉压比等重要的知识点,而且使学生学会了试验数据的回归拟合方法。如不少学生对如何获取岩石抗剪强度两个参数的问题百思不得其解,因为教材没有集中讨论如何通过岩石力学试验获取岩石抗剪强度参数[1-2]。在岩石力学试验教学环节的单轴抗压强度试验、巴西劈裂试验,可得到两个Mohr应力圆,用数学方法做出两个Mohr应力圆的公切线,即为岩石的强度线,其强度线与纵坐标的截距为岩石内聚力c,强度线与σ轴的夹角为岩石内摩擦角φ。通过试验教学,大学生直观地掌握了岩石力学中最重要的两个参数。通过剪切强度试验,获得不同法向应力下的岩石的剪切强度,对其试验数据进行最小二乘法拟合从而得到岩石抗剪强度参数。这些试验都是经典的基础岩石力学试验,但是试验内容比较单调,试验方法过于简单,教科书详细介绍了其试验现象和结论,是验证性试验,很难发挥学生的主观能动性和培养学生的创新能力。在教学方法上,传统的岩石力学试验教学大多采用先集中讲授岩石力学试验程序、数据处理和模型回归方法,在岩石力学试验室,教师首先演示试验操作过程,然后学生分小组进行岩石力学试验。这种教学方法目的明确,而且条理清楚,学生便于接受。但这种方法往往导致教师讲得多、学生做得少,进行岩石力学试验时,学生按教师讲授的试验步骤亦步亦趋地进行,观察到的岩石破裂过程、强度特性与教材表达具有一致性,学生无法直观地理解岩石和岩体力学特性的复杂性,也很难培养他们的试验创新能力。另外,目前大部分矿业高校先进的岩石力学试验设备只对研究生开放,如岩石力学试验系统MTS815和岩石剪切流变仪RYL-600,本科生的岩石力学试验教学使用的设备陈旧,其精确度和可操作性都远远落后于先进的岩石力学试验系统。这一方面是保护先进的岩石力学设备不受损害,但另一方面无法让本科生领会到岩石力学试验的博大与精深,从而无法更大程度上激发大学生学习岩石力学的热情。
2岩石力学试验教学的改革
传统岩石力学试验教学环节存在诸多弊端,如全是单一的验证性试验,没有引入计算机模拟技术,没有考虑学生的差异性等等。笔者对采矿工程专业的岩石力学试验教学环节进行了精细调整,并在近几届本科生中实施,调整后的岩石力学试验教学环节很受欢迎。面向采矿工程专业的岩石力学试验教学改革方案如下:岩石力学试验教学分为3个模块。模块1为岩石力学参数试验(验证性试验),教学课时为4学时,包括单轴抗压强度试验、巴西劈裂试验、剪切强度试验、点载荷试验;模块2为创新试验,教学课时为2学时,创新试验期间,岩石试验室对学生实行开放,鼓励有余力的同学分组设计试验;模块3为岩石力学的数值模拟演示,教学课时为2学时。改革后的岩石力学试验环节,把引导学生学会科学的思维方法放在首位,试验教学安排上注意保持了试验的科学性、先进性和基础性,同时也注意培养学生的创新精神。
2.1创新试验模块
根据本科生的差异性进行分类教学,所有本科生都应进行岩石力学试验教学模块1;对于学有余力的本科生,引入创新性试验模块2,引导学生探索一些非验证性试验,包括试验方案的设计、试件的制备、先进岩石力学试验机的操作、试验数据处理和模型回归等方面的教学。近几年笔者结合湖南科技大学现有的岩石力学试验设备,主要增设了两个创新性试验,并且取得了良好的教学效果[3-4]。
2.1.1单轴压缩条件下多裂隙试件的变形破坏试验
岩石与岩体是岩石力学教学过程中极为重要的两个基本概念,《岩石力学》教材对岩石与岩体的变形和破坏特性进行了一些定性的描述,如岩体强度远远低于岩石强度,岩体变形远远大于岩石本身,岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性。为了使本科生直观、生动地掌握岩石与岩体的变形和破坏特性的不同,在创新试验模块2中首先引入了单轴压缩条件下多裂隙试件的变形破坏试验。在试验前一个月内,引导学生将水泥、沙和水按照一定的配比混合,将其配料倒入钢模内,并通过预埋薄铁片,待试样初凝后取出预埋铁片的方法获得多裂隙岩石类试件。在岩石剪切流变仪RYL-600上进行单轴压缩条件下多裂隙试件和完整试件的力学试验。通过这个创新试验,学生发现多裂隙试件和完整试件变形、破坏特性完全不同。多裂隙试件可视为岩体,完整试件可视为岩石,试验发现前者的强度远低于后者,前者的变形大于后者。学生通过创新试验获得了一系列定量的试验数据,通过对试验数据处理和模型回归方法,可以得到诸多定量的结论,而这些结论从教科书上无法获取。图1为创新试验1—单轴压缩条件下多裂隙试件的变形破坏试验图,这个创新试验揭示了岩石与岩体的变形破坏的差异性。学生从这个试验中不仅深刻领会了岩石与岩体的力学特性的不同,更重要的是学会了如何通过设计试验来探索一些深奥的岩石力学问题。
2.1.2锯齿状粗糙结构面的剪切试验
结构面抗剪强度与很多因素有关,如法向应力、结构面粗糙程度等,为了使学生更好地了解结构面粗糙程度对抗剪强度的影响,引入了锯齿状粗糙结构面的剪切试验。通过该试验,学生将发现光滑结构面和粗糙结构面的变形和强度存在很大差别。该创新试验旨在使学生掌握岩石结构面的粗糙程度对抗剪强度的控制作用,理解不同性质结构面摩擦特性的差异性。图2为创新试验2—锯齿状粗糙结构面剪切试验图。上述两个创新试验能帮助学生更好地理解岩体与岩石强度和变形特性的差异性、结构面粗糙度对抗剪强度的影响这两个重要的知识点,很好地培养学生的创新能力和动手能力,以及灵活运用所学知识、理论联系实际的能力,真正做到学以致用。
2.2数值模拟演示
随着现代计算机技术的不断发展,相关数值计算软件的不断成熟,利用数值软件对岩石的变形与破坏过程进行数值试验已成为科学研究和工程应用中非常重要的方法。与传统岩石力学试验相比,具有针对性强、灵活方便、可重复性等特点,通过数值模拟可以将岩石力学试验中不易观测的现象、应力变化情况直观地演示出来,让学生更好地理解岩石的变形、破坏等情况[5]。在岩石力学试验教学的模块3中,主要以巴西劈裂法为例作为数值模拟的演示。模块1的巴西劈裂试验发现在加载过程中裂隙从圆盘形试件的中央产生,该裂隙被认为是受拉裂隙。对于在圆盘形试件上施加压应力为何在试件的中央会产生拉裂隙的问题,许多学生不得其解。为了回避高深的弹性力学推导,大部分《岩石力学》教材对拉裂隙的产生原因没有详细说明,只是简单给出了抗拉强度的计算公式。在岩石力学试验教学环节中引入巴西劈裂法作为数值模拟演示。通过数值模拟演示,学生可以清楚地领会到拉应力沿试件的中心线均匀分布,在加载点附近表现为局部压应力,数值模拟演示直观地阐述了圆盘形试件巴西劈裂的受力机理。
3结语
笔者对采矿工程专业的岩石力学试验教学环节进行了精细调整,考虑到学生的差异性,将岩石力学试验教学分为三个模块:模块1为岩石力学参数试验包括单轴抗压强度试验、巴西劈裂试验、剪切强度试验、点载荷试验4个试验;模块2为创新试验,包括单轴压缩条件下多裂隙试件的变形破坏试验和锯齿状粗糙结构面的剪切试验;模块3为岩石力学的数值模拟演示,主要演示圆盘形试件的巴西劈裂法。
参考文献:
[1]蔡美峰,何满朝,刘东燕.岩石力学与工程[M].北京:科学出版社,2006.
[2]赵文,曹平,章光.岩石力学[M].长沙:中南大学出版社,2010.
[3]吴姜.岩石力学试验教学改革探讨[J].长春教育学院学报,2012,28(8):102-103.
[4]赵延林,王敏.创新试验对岩石力学教学的促进作用[J].当代教育理论与实践,2014,6(1):146-148.
采矿工程的理解范文6
论文关键词:科教结合;采矿工程专业;人才培养模式
19世纪初,德国著名教育家洪堡为雪耻拿破仑战争中德国的失败之辱,特别是为了让德国人取代法国人,获得学术和科学的领导地位,他创建了柏林大学,贯彻其首先提出的“研究教学合一”的理念。如此改革,使德国的高等教育水平、科学技术水平迅速提高。60年后,德国在普法战争中大败法国,此后德国的科技实力位居世界首位近百年,其他国家,特别是美国和日本大力借鉴德国高等教育,也实现了科技方面的崛起。
我国重视科教兴国,注重创新立国,但从我国本科生课程的设置来看,目前的本科生课程中科学前沿课程很少,绝大部分本科生徘徊在科研大门之外。据调查,国内本科生教学较强调知识的学习,而较为忽视让其参加创造性活动。本科生对近现代科技知识的了解要比传统知识薄弱,对科技基础知识理解的深度不够,对高新科技领域的科学术语与原理理解较差;同时本科生对研究过程与方法的本质理解还有所欠缺,信息的获取和处理能力有待提高。在我国采矿专业培养中普遍存在的问题是:课程设置不尽合理,毕业生专业知识面较窄、知识结构不完善、创新能力较差,难以适应新世纪发展的需要;在采矿专业人才产学研合作教育培养中,存在合作内容有限、合作层次低、合作形式单一的问题;创造性教育不足。在学生的实习、课程设计和毕业设计环节中没有充分发挥和调动学生的积极性,使实习与科研相结合、设计与创新相结合。
“科教结合”人才培养模式旨在培养学生的科学精神和创造意识,通过针对不同年级大学生培养目标的不同,将科研融入课堂教学和相应实践环节,通过在课堂上进行研讨式教学或问题情景式教学,将学生带入一种研究的情景中去;充分利用第二课堂培养学生的科学素养,将一批科研基地和教学实验室对学生开放,使他们有了新的思想就随时都能在实验室动手做;对学生实行分类和按兴趣选拔,让部分成绩优秀的学生直接参与教师的科研项目,使本科生经常有机会接触到科研人员,一起讨论,一起体会科研的环境。该培养模式具有实践性、综合性和创造性的特征。
一、“科教结合”人才培养模式的设计思路
江西理工大学应用科学学院是一所办学十多年的独立学院,学院在继承母体学校50多年办学历程的基础上创新人才培养模式,取得了良好成效,为社会培养了大批应用创新型人才。学院采矿工程专业进行了“科教结合”人才培养模式试点,逐步形成了“ 一条主线、四个层次、三个实践环节、综合能力提升”的人才培养模式,具体设计思路如下:
一条主线:培养具有较强实践能力和创新精神的应用创新型人才。
四个层次:第一个层次,完成公共课和采矿工程专业的理论学习,使学生理解采矿工程专业的基本理论与知识,掌握基本操作技能,形成基本实践能力;第二个层次,完成采矿工程专业主干专业理论学习,使学生具备专业技术基本应用能力;第三个层次,根据学生就业的岗位需求和学生的兴趣爱好,设置多个专业研究兴趣方向,如矿压理论与控制方向、通风除尘方向、系统工程方向等,每个方向设置一组课程。第四个层次,高质量完成毕业设计环节,改变以往一成不变的毕业设计模式,形成适应现代化矿山的运作理念,丰富毕业设计内容,让设计与科研相结合。
三个实践环节:狠抓见习实习、生产实习和毕业实习三个实践环节。针对目前实践环节中存在的问题,如实习地点联系难、实习经费紧张、实习内容不全面、实习过程过于简单等问题,提出相应的措施,如探索与实习基地合作的新模式,实现校企“双赢”局面;实习内容和过程多元化新模式探索。
综合能力提升:建立采矿工程专业人才培养导师负责制,让学生在完成前三个教学层次的学习后,根据自己的兴趣选择相应研究方向的导师,积极参与导师的科研课题,深入现场实践,通过科研课题与现场实践的结合使学生的科研和实践活动更加接近实际应用,有利于增强学生的实践能力,极大地促进了学生自主研究意识和创新能力的提高。
二、“科教结合”人才培养模式的设计
1.采矿工程专业人才培养目标的确立
采矿工程专业的建设和教学改革将以科学发展观为指导,以培养学生综合素养与专业综合能力为根本,针对社会对采矿工程专业人才需求的特点,依托行业、融合市场,构建在教学理论指导下的培养模式和教学进程,深入开展课程体系的创新与建设,进一步加强与企业合作,加强产学研基地的建设,强化采矿工程技能培训,全面提高教学质量,提高学生分析问题和解决问题能力、交流与组织协调能力、主动获取知识能力、科学创新能力、工程实践能力;培养学生的创新精神、团队精神和敬业精神,把采矿工程专业建设成为江西省内具有一定知名度的品牌专业。
2.采矿工程专业人才培养方案的确立
根据“科教结合”人才培养模式的设计思路,强调科研与教学的紧密结合,建立与专业培养目标相适应的理论教学体系和实践教学体系。理论教学体系中,在强化学生必须掌握的专业基础理论知识的同时,拓宽学生的专业知识面,借助科研平台,将最新科研成果转化为教学素材,突出理论知识对实践的指导,加强学生分析和解决问题能力的培养。对专业理论教学重点进行重新的分析和确定,在专业课中增设了“矿山地压与控制”、“数值化矿山理论与实践”、“控制爆破”等课程,增加了“矿床地下开采”课程的课时,将先进的科研技术和成果融入教学中。同时,将电工技术、矿石学、工程地质与水文地质和计算机高级语言等课程调为任选课程,压缩了“选矿学”课时;开设科研引导课程,帮助学生认识科研、了解科研,掌握科研的程序和方法,增强科研的兴趣和科技创新的能力。在强化专业课和基础课教学的同时,在任选课中增设“科学研究法”、“创新理论”、“科教应用型人才孵化”等课程。
在实践教学体系中,融入先进的科研技术、设备和成果,强化科研对实践教学的促进作用,促进学生动手能力和创新能力的培养,广泛建立实习、科研和就业基地,为采矿工程专业“科教结合”人才培养模式改革提供了一个良好的平台。
三、“科教结合”人才培养模式在采矿工程专业的实施
1.实施条件
(1)校外产学研基地建设。我院该专业建有产学研基地十余处,采矿工程专业依托母体在有色行业的优势,积极与企业合作,开展科学研究和社会服务,并以此为契机,建立了稳定的校外实践教学基地。这些产学研基地既有大中型矿井又有小型矿井,开采条件从地表到地下、从简单到复杂,开采矿种从有色金属矿山、黑色金属矿山到非金属矿山几乎应有尽有。现已将地压监测与控制、采矿工艺优化、岩体工程稳定性分析、矿山数值化建设结合到实践教学中。
产学研平台基地的建立对提高教学质量具有重要的意义,优化了课堂教学内容,改革了教学方法;丰富了实践环节的题源,培养了学生的创新能力;扩宽了教师的视野,提高了教师的专业水平和教学能力。
(2)校内科研设备和采矿实验室平台构建。我院采矿工程专业具有较完善的实验室,并先后投入数百万元,购置了探地雷达、激光探测仪、地应力测试仪、爆破震动测试仪、Flac岩土工程专业软件等先进的科研设备。开展矿山企业急需解决的科研研究,包括地压监测与控制技术研究、采空区监测与岩石冒落规律研究、矿山基建期岩体稳定性研究、矿山三维数值矿床模型开发与应用研究和复杂应力环境下隔离矿柱稳定性研究等。一系列科研成果、先进的技术和设备均用于实践教学中。数值模拟实验室(Flac岩土工程专业软件)和Surpac数值矿山实验室建成了开放实验室,学生在第二课堂有了实践模拟的平台。
2.实施过程
我院采矿工程专业从2004年开始招生至今已有四届毕业生,每年招生规模在60人左右,从2007年开始实施了“科教结合”人才培养模式的试点工作,针对不同年级大学生培养目标的不同,分阶段加以实施。大一、大二强化基础,将科研融入课堂教学;大三、大四强化实践环节,充分利用实验室资源和校外实习科研基地,对学生实行分类和按兴趣选拔,部分学生参与教师的科研项目,同时充分利用第二课堂培养学生的科学素养。
(1)大一、大二学生强化基础学习,将科研融入课堂教学。教师转变教育观念,充分认识科研在培养应用创新型人才中的地位和作用,树立科研与教学结合是培养应用创新型人才的重要途径。教师在教学过程中突破传统应试教育和狭窄专业教育的封闭模式,适时地向学生传播科学知识、科研方法和科学思想,将最新的科研成果运用于教学,将矿山企业急需解决而已解决的科研成果运用到教学,用现实的科研成果激发学生热爱科学、学习科技、创造发明的动力,增强实际教学的效果,以科研活动促进教学质量的提高;在教学中要注重学生科研意识和科研能力的培养,掌握从如何选题到围绕课题如何进行信息的调研、选择、收集、分析、研究方案的制订、实验或研究报告的形成等一系列程序和规范。同时,教师可以结合课堂内容,给出一些综合性或实践性题目,有目的地组织学生进行专题讨论,进一步提高学生的科研能力和业务水平。
(2)大三、大四强化实践环节,充分利用科研课题资源。
1)利用实践教学环节开展科研探索。采矿工程专业的实践教学环节包括实验、课程设计、教学实习、生产实习、毕业设计等,实践教学可以加深和巩固理论教学所学内容,培养学生的观察能力、动手能力和创新能力,培养学生实事求是的科学态度和严谨的工作作风,促进理论和实践的紧密结合,为培养应用创新型人才打下坚实基础。将科研内容引入实践教学中,可以丰富和充实实验教学内容,形成实验方法、手段的多样化,促进实验教学水平的提高,使学生在实验中了解本专业科技发展新动态、当前科学研究的前沿性课题和矿山企业急需解决的科研问题,并在实验中掌握解决问题的方法和怎样使用先进的实验设备,以构成学生合理的知识与能力结构,培养学生的实践能力和创新能力,更好地适应矿山企业的需要。
2)毕业论文(设计)与科研课题相结合。毕业论文(设计)是本科教学中十分重要的实践教学环节之一,是本科生经过七个学期的基础和专业理论课学习之后进行的一次实践性、应用性和创造性很强的训练过程。教师要充分发挥承担科研项目的有利条件,根据学生的自身素质选取科研项目中适合学生开展的论文题目,使学生能够真正融入到科研课题中。通过毕业论文(设计)与科研课题结合使毕业生直接参与国家和省级纵向课题、应用开发课题的研究,在科学研究中培养其创新思维、实事求是的工作态度、严谨的工作作风和科研的工作方法,同时掌握矿山企业急需解决的科研问题的解决方法,便于毕业后在工作中解决实际问题,具有较强的针对性和现实指导意义。
3)大三、大四部分优秀学生直接参与科研项目。从2007年开始,在大三、大四年级中选拔一些学习成绩较好、综合素质高、热爱科研的学生参与到教师的科研项目中,包括地压监测与控制、采矿工艺优化、岩体工程稳定性分析、数字化矿山建设等内容。在参与科研过程中,学生一方面能在井下看到、体验到教师的科研成果,了解成果的科学原理,知其然而知其所以然,真正掌握到教科书中不曾介绍的先进技术;另一方面,学生参与科研项目的部分测试、实验工作,加深了对所学知识的理解,并从中受到启发,提高了分析问题和解决问题的能力,提高了综合运用知识的能力,极大地强化了创新型人才的培养。
4)利用第二课堂鼓励学生开展科研活动。加强大学生的科研素养的培养,利用第二课堂,鼓励学生成立科研兴趣小组,由教师进行指导;组织学生开展科研课题的申报,由学校的专家进行评审,对一些有较高科技含量、有较强应用价值的课题,学校从科研基金中给予一定的资金支持;指导学生参加国家级、省级的学科竞赛。对科研成果、学科竞赛获奖的学生可认定相应的学分。
四、取得的初步成效
1.增强了学生的实践能力
针对大学生不同年级的不同目标定位,在课程体系中设计了从大一到大四嵌入的科研课程,运用不同教学手段和方法将科学研究嵌入理论教学,形成一种基于研究的学习模式。在科研与教学结合的过程中使学生一方面能真正掌握到教科书中没有的先进技术和前沿知识;另一方面,学生参与科研项目的部分测试、实验工作,加深了知识的理解,提高了综合运用知识的能力,达到了由知识的灌输转变为能力提升的目标。如我院采矿工程专业每年在全国大学生数学建模大赛中有数名学生获奖,2011年在国际数学建模大赛中有2名学生获一等奖。
2.提升了学生的就业竟争力