三维立体搭建技术毕业设计研究

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本文旨在探索出使学生灵活掌握综合运用煤矿开采学、井巷工程、矿井通风等核心专业课程的基本知识进行新型矿井设计的基本方法、程序和技能，重点是围绕实际巷道空间布置进行运输、通风计算，工作面布置，井田开拓平面图绘制等进行创新练习。借助毕业设计考察学生对专业基础知识的认识水平，提升学生创造性地分析问题和解决问题的能力水平。依据《采矿工程教学大纲》的要求，我校采矿工程专业新型矿井毕业设计安排在大四下学期的前两周进行，周期共计16周，学分10分。新型矿井毕业设计涵盖多学科复杂多样的专业基础知识，需要有扎实的理论功底，重点围绕新型矿井在建设过程设计到的井田地质概况、井田开拓综合设计、采区开拓综合设计、回采工作面布置等设计方案的提出和比较，此外还包括矿井通风阻力计算，矿井开拓可行性方案论证及其成本比较等内容，需要学生能够结合相关理论知识系统化训练融会贯通。

1毕业设计现状和存在的不足

以采矿工程专业新型矿井设计的现状和存在的问题为研究对象，进行较为深入的分析。1.1学生个人情况复杂，对设计的重要性认识不足。根据采矿工程《教学大纲》的具体要求，通常将毕业设计排放在大四学年的第二个学期，即本科学习阶段的末期，在这一学期里学生都在忙碌着各种各样的事情，承受着好坏不同的结果，学生往往自顾不暇心态失衡，最终不能全身心地投入到毕业设计中，影响到毕业设计质量甚至不能按时完成。导致学生无法正常进行毕业设计主要有以下三种原因：1）找工作，学生除了需要完成毕业设计外，还需要频繁地参加各种各样的招聘会及其面试。2）考研，学生需要拿出大量的时间进行复习参加考试，即使通过初试线还需要抽出时间参加相应的复试，导致学生根本没有足够的时间完成毕业设计。3）补考，还有一部分学生在大学的四年里挂了很多科，需要参加学校组织的最后一次大补考试，为了通过考试学生往往忙里抽时间去复习，影响到了其毕业设计质量。综合以上原因导致学生无法在规定的时间内保质保量地完成毕业设计任务，绝大多数都是疲于应付，掩耳盗铃。究其根本原因就在于学生在心里根本没有认识到毕业设计的重要性，甚至照搬照抄其他学生的毕业设计。1.2毕业设计形式过于简单。在下达的毕业设计任务书中,某些设计固定参数（例如煤层的数量和生产能力等），虽然能够在一定程度上避免毕业设计结果出现雷同现象，即便如此，还是有很多学生拖拖拉拉，不能全身心地投入到设计中去，学生即使在设计也只是生搬硬套拿来主义，东张西望地抄袭别人的设计成果。更有甚者还有学生从上一届师哥师姐手里要来毕业设计进行草草修改或照葫芦画瓢人云亦云。这些由于毕业设计形式过于简单而导致的学生互相抄袭现象已严重地影响着对学生应用型创新能力的培养。1.3专业基础和毕业设计要求差距较大。新型矿井毕业设计要求学生在熟练掌握专业核心课程的基础上还能够灵活地实践应用创新，例如《井巷工程》、《矿井提升与运输》、《采煤学》、《矿井通风》等核心课程都与毕业设计相关内容紧密联系，里面牵涉到非常多的随时间演变的三维模型。对于大多数学生而言无论是空间认识上，还是数据分析处理上都不能迅速地适应毕业设计的各项要求。1.4毕业设计教师指导力度不足。自2001年开始我国高校本科招生开始逐年扩招到现在，我国的教育体制也由精英教育走向大众教育，入学人数逐年翻番，与此同时，教师的科研项目也逐年增多，面对日常教学、科学研究的压力使得专业骨干教师不堪重负。最终导致毕业设计指导教师无法保证有足够的精力和时间去指导学生，平均分配到每个学生身上的指导时间更是少之又少，很大程度上影响到了学生毕业设计的质量。

2探索毕业设计创新模式及其可行性技术路线

2.1保障条件。我校结合原有软硬件资源情况引进了国内外先进虚拟现实软件设备，筹建了我系迄今为止最为先进的采矿工程虚拟教学实训中心，主要仪器设备包括:煤矿安全生产基础实践教学培训系统、煤矿五大自然灾害培训系统、矿山三维仿真实践教学设计等；该实验中心主要实验项目包括：煤矿安全生产基础知识实训、矿井开拓方式实训、采煤工艺实训、矿井开采设计三维快速搭建实训等任务。为探索毕业设计创新模式提供了强有力的硬件保障。2.2创新模式。充分借助现有的实验室硬件条件和师资队伍，在充分分析我国新工科应用型本科院校毕业设计存在的问题和不足之后，借助国内外先进成熟的三维立体搭建技术，进行虚拟现实矿井设计搭建，将其完全引入到新型矿井毕业设计环节中，弥补大多数学生在井田开拓中巷道布置的三维空间认识的不足。2.3技术路线。对学生进行分组比较研究，一组学生实行以往传统的毕业设计模式，只是借助传统的图纸、手册、模型进行设计；而另一组在设计过程中引入虚拟现实技术，老师指导学生熟练使用并对自己设计的矿井巷道进行三维仿真建模。通过对两组学生毕业设计每个环节的考核比较，分析两组所表现出来的差异进行统计分析。

3结论

第一，通过三维立体搭建新型矿井毕业设计，学生在搭建过程中能够巩固和加强所学专业基础知识，认识到自身还存在很多不足，培养学生综合运用所学理论知识、实践技能创造性地独立分析与解决实际问题的能力，进而培养学生提出问题的能力。第二，通过三维立体搭建新型矿井毕业设计，强化学生的动手能力和研究能力，包括地质资料研究、矿井文献资料收集能力，理论分析和实验研究的能力，图纸设计和绘制的能力，技术分析能力，撰写研究报告的能力，进而培养学生从事科研工作的能力。第三，通过三维立体搭建新型矿井毕业设计，培养学生精益求精、严以律己、不骄不躁的工作作风。使学生初步掌握解决问题过程中遇到的分析、规划、设计、计划、分工、协作、交流等基本方法，树立学生的组织规划、分工合作以及沟通交流的意识。通过将三维立体搭建技术引入到采矿工程毕业设计，解决了传统毕业设计过程中存在的诸多问题，学生们可以凭借三维立体系统的先天性优势进行更为快捷的实际矿井三维立体搭建操作，通过亲自动手搭建虚拟矿井，增强了学生的动手能力和空间想象能力，在设计进度及设计质量上也明显优于传统毕业设计。三维立体“矿井可视化搭建信息系统”早已是数字化校园建设的不可或缺的一部分，更是我校新工科毕业设计发展的必然趋势。

参考文献

[1]杜振.本科生研究型毕业设计模式探讨[M].北京：煤炭科技出版社，2015.

[2]李帅，王明.应用型土木工程专业毕业设计模式研究[M].北京：现代矿业出版社，2016.

[3]苑明军，王明锐，姜兴国.团队合作式本科生毕业设计模式研究与实践[M].北京：煤炭技术出版社，2016.

作者:李涛 孙景丹 赵宇 曾凡静 单位:黑龙江工业学院资源工程系