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虛擬現(xiàn)實技術在采礦專業(yè)教學中的應用研究

權威（白銀礦冶職業(yè)技術學院， 甘肅　白銀）

【摘要】 針對采礦專業(yè)的教學特征進行分析，說明虛擬現(xiàn)實技術與之契合的程度較高，并進一步分析虛擬現(xiàn)實技術對教學效果提升的重要價值，并從引入方式和應用 要點上進行了 深入分析，說明虛擬技術對采礦專業(yè)教學的適應性。

【 關鍵詞】 虛擬技術　采礦專業(yè)　契合要點　應用分析

1 前言

多媒體技術配合計算機技術進行教學，掀起了教學方法以及模式的改革，現(xiàn)代化的教育方式逐步形成信息化、智能化、虛擬化的教學方法為主導的教學模式，可以有效的營造逼真的實際環(huán)境，讓學生有身臨其境的感覺， 從而提高教學可視化以及真實度，從而提高教學質量。

2 虛擬現(xiàn)實技術與采礦專業(yè)教學的結合概述

采礦專業(yè)是培養(yǎng)礦山復合型人才的重要專業(yè)，其實踐性較強，其中井巷工程、礦井運輸、采煤學等都與實踐有著密切的關聯(lián)。在實際教學中如果單純的依靠圖表是不能對真實的工作環(huán)境進行形象講解的。傳統(tǒng)的教學方法與實踐結合的方式十分有限，在課堂上進行理論教學然后進行生產(chǎn)實習以及認識實習進行知識深化，對照礦山的實際情況進行理論知識進行深化，但是在教學中礦山專業(yè)技術種類多樣，工藝流程之間的配合和機械操作等都需要學生有更多的實踐機會。單純的依靠課堂講解是不能完全形成形象化的概念，所體現(xiàn)出的知識單元也是相對獨立的，不能使得學生完全融會貫通。而利用計算機技術形成的虛擬現(xiàn)實術，可以改這一現(xiàn)狀，利用虛擬技術可以將礦山作業(yè)中復雜的現(xiàn)實情況模擬出來，形成一個一個的視頻教學模塊，從而將多個知識單元和系統(tǒng)完整呈現(xiàn)，從而幫助學生直觀的看到理論知識點在實際生產(chǎn)中的應用。 從而提高對理論的認知深度，并可以在模擬操作和演示中看到各個系統(tǒng)的銜接與工作情況，不需要進入礦井就可了解其結合和作業(yè)方式，深化理論聯(lián)系實際的效果。

3 虛擬現(xiàn)實技術在采礦專業(yè)教學中應用的價值

首先，虛擬技術擴拓展學生的眼界，即從二維視角進入到三維視角。采礦工程中涉及的開采現(xiàn)場是一個相對立體的結構，無論是露天與礦井都是一個立體作業(yè)面。其作業(yè)系統(tǒng)和結構都十分復雜，虛擬現(xiàn)實技術可以利用計算機軟件幫助學生對整個礦山進行漫游，使得學生身臨其境并了解各個系統(tǒng)的作業(yè)位置和作用等，使之可以快速從宏觀上了解礦山的環(huán)境和作業(yè)規(guī)律。其次，可以實現(xiàn)動態(tài)化模擬，在講解巷道工程時，知識點涉及巷道施工以及人員組織和機械配合等，傳統(tǒng)的教學方式只能依靠圖畫和單純的講解， 學生不能理解其作業(yè)的全過程。 如果利用虛擬技術進行動態(tài)化模擬，就可將整個巷道開挖以及施工，最終完成采礦作業(yè)的全過程展示出來，這樣學生就可直接了解施工的全過程，使其頭腦中有一個完整的工程順序， 甚至可以讓學生自己組織一個施工方案進行模擬，這樣就更加深入的讓學生了解自身知識中的不足，在引發(fā)學習興趣的同時，促進理論與實踐的結合。

4 虛擬現(xiàn)實技術的教學應用

4.1 針對教學特征進行引入

采礦專業(yè)的教學是實踐性較高的學科，在礦山測量和礦山機械、井巷工程、通風與安全工程等都有多個實習的環(huán)節(jié)，采礦專業(yè)的特征就是要求教學與實踐進行緊密的集合，通過課上的教學和實習之間的結合完成對礦山開采中各項專業(yè)知識的教學。所以虛擬現(xiàn)實技術的引入必須與教學、實習進行結合，即在教學中利用虛擬現(xiàn)實技術對來彌補教學與實習的不足之處。尤其是設計到實際生產(chǎn)設計的環(huán)節(jié)，在教學中往往是薄弱點，多數(shù)學生的設計不能滿足實際的要求而學生往往不能明白了解其中的癥結。 所以引入虛擬現(xiàn)實技術應從類似的環(huán)節(jié)入手， 首先在以往的專業(yè)教學中采用黑白等教具進行教學已經(jīng)不能滿足學生對知識點的了解，其次采礦專業(yè)的重點在應用環(huán)節(jié)，下井實習的條件局限性較大，因虛擬現(xiàn)實技術應將實踐作為切入點，即在教學中擺脫傳統(tǒng)的教學方式，利用虛擬現(xiàn)實技術制作課件，提高教學中可視性教學的比例，從而讓學生了解礦山實際的生產(chǎn)情況，明確各種設備在實際工程中的應用情況。同時將學生的設計作業(yè)引入虛擬模擬中，即讓學生通過虛擬技術完成設計作業(yè)，從而通過模擬實現(xiàn)設計實施的過程，從而發(fā)現(xiàn)問題，這樣可以直觀的指導學生進行課業(yè)設計，并及時發(fā)現(xiàn)自己的知識缺點和設計問題，從而加深學生對知識的掌握。

4.2 虛擬現(xiàn)實技術的具體應用

虛擬現(xiàn)實技術的教學應突出虛擬技術的特征，可視性、可模擬等，這樣可以大幅度的提高學生的積極性，讓學生在學習中獲得更加直觀的知識點，并了解礦山實際的生產(chǎn)情況。采礦專業(yè)的課堂是教學和實踐相結合的模式，針對這一點利用虛擬現(xiàn)實技術，可以開發(fā)適應自身教學特征的課件，并實現(xiàn)虛擬實習的操作，針對不同的技術專業(yè)設計針對性的系統(tǒng)，從而滿足采礦專業(yè)的教學。 具體應用如下：

機械應用方面，針對礦山的機械特征和設備原理等進行講解，其中大型的設備只能從書本上看圖了解，實際的模型因為條件限制不能進入課堂。如果利用虛擬現(xiàn)實的技術可以將礦山機械三維模擬模型展示給學生。讓學生了解其功能和基本作業(yè)原理，也可利用虛擬模擬技術進行實際的操作，讓學生了解各種技術參數(shù)的作業(yè)情況。

井巷工程教學中，虛擬巷道系統(tǒng)可以幫助學生了解巷道的基本情況。 同時也可利用虛擬技術在不同的地質結構上進行巷道設計和施工等，從而了解各種地質結構中巷道的施工特點以及工藝要點等。也可在巷道設計中組織學生進行模擬設計，并對其方案進行模擬施工，檢查學生設計方案是否完善，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

煤礦開采的教學中，可以將虛擬技術與實習環(huán)節(jié)結合，虛擬款山系統(tǒng)的開發(fā)可以在滿足教學的基礎上，讓學生進入虛擬環(huán)境進行各種設備的操作，了解各種設備的運行狀況和操作要點， 這些教學內(nèi)容單純的依靠教師的講解是不能達到其效果的。如在教學中利用虛擬技術讓學生對某礦場進行開采，通過系統(tǒng)讓學生設置一些技術參數(shù)，如采場頂板參數(shù)，并利用計算機進行模擬仿真，模擬各種參數(shù)下施工作業(yè)對巖層和環(huán)境的影響，模擬各類頂板垮落的過程，從而了解礦山壓力的各種假設條件，從而為實踐操作打下良好的基礎。

5 結語

虛擬現(xiàn)實技術在礦山專業(yè)的教學中可以提高教學的生動程度，同時可以幫助學生完成對實習設計的模擬與仿真，這些都無疑可以提高礦山專業(yè)教學的教學效果和質量。在實際的教學中可以幫助規(guī)避危險的實習過程，讓學生切實感受生產(chǎn)環(huán)境以及操作的要點，多種模擬系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術可以幫助采礦專業(yè)的多個教學內(nèi)容獲得更好的教學效果提升， 改善實訓環(huán)境，以及課業(yè)設計的問題， 從而提高人才培養(yǎng)的針對性。

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