虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,是学科专业与信息技术深度融合的产物。培养学生动手能力、创新能力和综合素质,有效的实验教学是从理论走向实践的一种卓有成效的教育模式,深化实验教学改革、加强实践教学环节是国家实施“素质教育”和高等教育“质量工程”、全面提高教育质量的重要环节。
煤矿地下开采是采矿工程专业主干课程之一,采区巷道布置及设计是煤矿地下开采重要内容之一,而单一缓倾斜煤层采区式布置是国内煤矿最简单、也是应用最广泛的生产布置方式。近年来,随着机械化与自动化、材料科学与技术、信息化技术、岩石力学理论等与矿业学科交叉融合,超高强度锚杆锚索支护技术、巷旁充填技术、无轨胶轮车、防偏钢丝绳芯胶带输送机、设备设施以及安全的在线监测与控制等煤矿绿色智能生产技术与设备在矿山企业的大量推广应用,这给煤矿采区巷道布置及设计带来了深刻的影响,煤矿生产正在走进绿色智能开采时代。
开发绿色智能开采-采区综合设计虚拟仿真教学实验系统主要基于如下原因:
1、弥补传统实体实验教学的不足
(1) 矿山现场认知、实践具有较大的难度和较高的危险性。由于矿山生产过程复杂,安全隐患多,大学生长期参与现场认知和生产实践给企业安全生产带来潜在影响。因此,矿山企业的安全生产责任大、生产任务重,接受大学生专业实践的动力不足。
(2) 传统实验成本较高、效果有限。由于采区巷道布置类型众多,光是单一缓倾斜煤层巷道布置方式就不下于20种,如果每种类型采区巷道布置都去现场实践学习或者实验室布置实物模型,那必然会去多个煤矿或需更多实物模型,不仅时间周期长、费用高昂,而且实物模型体积庞大,需要实验室面积大,并由于缺乏交互感,效果有限。
(3) 传统实验难以培养学生创新能力。由于采区地质条件、生产条件变化多样,其相应的采区巷道布置类型也多种多样,无论是现场实践还是实验室静态的实物模型均难以针对性反映某个或某些地质条件、生产条件参数对采区巷道布置的影响,也难以与学生产生互动,激发学生的学习兴趣和创新性思维。
2、更好地共享优质实验资源
因为广泛利用了计算机技术、网络技术和虚拟现实技术等新兴科技成果,绿色智能开采-采区综合设计虚拟仿真实验大大延伸了实验空间和时间,具有可重复性、可操作性和资源共享性。通过访问国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台网站,可实现校内外、本地及外地的实验教学资源共享,可以随时随地学习。
3)更好地培养学生工程实践能力
绿色智能开采-采区综合设计虚拟仿真实验立足“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则,以培养学生工程实践能力为导向,充分把现实矿井采区的生产地质条件或真实案例融入虚拟教学系统中,并全面提升学生在实验教学环节中自主学习、自主解决复杂问题和协同合作的能力,实现教学资源的低消耗、实验过程的零污染、实验容量的无限化。
4)虚拟仿真实验教学能更好地培养学生自主创新能力
借助绿色智能开采-采区综合设计虚拟仿真实验,学生可以自主设计、修改实验方案,自主配置实验资源,在虚拟环境中开展实验,达到所要求的认知与实践教学效果,实现实体实验不具备或难以完成的教学功能,促进知识的转化与拓展,更好地培养自己的动手能力、实验分析能力和创新思维能力。
鉴于此,在培养创新型人才的国家战略方针指导下,秉承重庆大学悠久办学的优良传统,以“煤矿动力学灾害与控制”国家重点实验室为依托,以社会经济发展对煤矿安全、煤矿开采相关专业人才的需求为导向,以培养创新性工程应用与研究型人才为目标,坚持“虚实结合、能实不虚、互为补充”的原则,由校企联合开发的优质虚拟仿真实验教学资源,项目以单一缓倾斜煤层采区巷道布置为切入点,开发绿色智能开采-采区综合设计虚拟仿真实验教学项目。
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