《矿山CAD》课程系统化、标准化及程序化的研究

李角群+郭进平+石广斌+程平+汪朝

摘要：《矿山CAD》课程是一门多学科、多技术、实践性较强的专业课程。通过对该课程在教学过程中存在的问题分析，提出《矿山CAD》课程的系统化、标准化及程序化的教学改革，完成实践性教学环节的创新。结果表明非常有利于提高学生的专业素质与实践能力。

关键词：矿山CAD；授课方法；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）39-0078-02

在矿业软件方面，西方发达国家早在20世纪70年代初就将CAD技术应用于地质和矿业领域。80年代初期，相继推出了各种采矿软件，比较有影响的有：加拿大Lynx Geosystems公司的LYNX、GemCom公司的GemCom、英国MICL公司的DataMine、美国MinTec公司的Minesight3D、澳大利亚Surpac国际软件公司（SSI）的Surpac、MicroMine公司的MicroMine、Maptek公司的Vulcan等。这些软件涉及三维建模及可视化、开采评估及设计、生产管理等领域，成为当今三维矿业软件的代表。从软件使用的三维数据模型可以分为：表面建模系统、块段建模系统、八叉树建模系统以及它们的混合建模系统。

近10年来随着我国矿业的高速发展，国外软件相继进入国内，如在国内市场运作比较好的Surpac软件及比较有影响的DataMine软件。Surpae系列软件由澳大利亚SSI公司开发，能够将矿山勘探、三维地质模型建立、工程数据库构建、露天和地下矿山开采设计、生产计划和开采进度计划、尾矿和复垦设计完全图形化。英国MICL公司的DataMine软件具有三维地质建模、品位估值和储量计算、地下及露天开采设计、生产控制等模块，同时还增加了虚拟现实仿真、进度计划编制、结构分析、场址选择，以及环保领域等延伸应用。国内矿业软件研发起步相对要晚些，鞍山冶金设计研究院于1985年购入1台数字化仪和1台绘图仪用AT机建立一个微机工作站，当年就录入一个矿山的地质地形图，并绘制了计算机编制矿山采剥计划的年末图，这是我国矿业最早的微机CAD工作站。此外，长沙有色冶金设计研究院、中南工业大学、西安煤炭设计院、西安建筑科技大学、中国矿业大学、中国地质大学、东北大学等也设计开发了各自的矿山CAD系统。

随着计算机在各行各业的普及应用，使得《矿山CAD》课程在采矿本矿教育变得非常重要，目前相关教程主要有中国矿业大学出版社《采矿CAD绘图实用教程》、《采矿CAD开发及编程技术》及煤炭工业出版社出版的《矿山设计CAD》，此类教程普遍偏重煤矿，停留在绘图使用及简单的程序设计，缺少金属矿山的系统化、标准化及程序化内容，因此有必要进行《矿山CAD》课程的教改。

笔者所在学校西安建筑科技大学1958年设立了采矿工程本科专业，2008年成功申报了矿物资源工程本科专业，在矿业类专业经过了近10年时间的停招之后，重新恢复招生。西安建筑科技大学在矿山CAD系统建设方面有非常深厚的基础，在国内金属矿山行业有一定的影响，有条件完成《矿山CAD》课程教改以提高学生的专业素质与实践能力。

一、《矿山CAD》的授课内容

《矿山CAD》课程既不是单纯的讲述CAD制图的课程，也不是单纯的采矿专业设计的课程，而是讲授如何把CAD技术应用到采矿设计、生产管理等方面的工作中。考虑到这样的教学目的，授课内容从知识分类来说主要分两个部分：一是CAD技术及计算机编程知识；二是采矿设计及生产管理中的CAD应用。从矿山专业分工划分来说主要分三个系统：地质模型系统、测量验收系统、采矿设计系统。因此，授课内容重点在于该课程的系统化、标准化和程序化的构建与讲解。

1.课程系统化。采矿本身即是个复杂的系统工程，与其密切相关的还有矿山地质及测量。目前的《矿山CAD》课程往往仅注重如何制图及简单的编程，缺乏矿山的系统性，没有系统的总体构架，因此在教学过程中难以进行全面系统的指导，并且学生难以对课程进行整体的把握。《矿山CAD》课程系统化应该包括：地质模型系统、测量验收系统及采矿设计系统。三个系统相对各自独立，在数据共享上又是相互关联的，从而形成一套全面的矿山CAD系统。没有地质系统、测量系统的支持，采矿系统将变成无米之炊，通过系统化的讲解，能够保证获得较高的教学质量。

2.课程标准化。各行各业都有各自的标准，金属矿山行业有很多国家标准及行业标准，包括设计制图、专业设计及安全生产管理等。目前《矿山CAD》课程教材以煤矿为主，所涉及标准有限且不一定适合金属矿山。因此在针对地质模型系统、测量验收系统、采矿设计系统的系统化教学过程中，汇集各种标准进行有针对性的标准化讲解，使各个系统更具专业化。

3.课程程序化。既然开设《矿山CAD》——即矿山计算机辅助设计，那么就不能仅停留在原有AutoCAD所提供的辅助设计功能。目前《矿山CAD》课程几乎很少提及专业程序应用，在教学过程中无法完成高水平实践，因此必须加入金属矿山行业现行标准下的必要程序模块，并通过程序和数据来完成系统的整合。在《矿山CAD》系统化、标准化基础上，编制相关的程序功能模块，实现矿山设计、生产管理的自动化与智能化。采用计算机数据库技术构建矿山数学模型。采用计算机可视化技术，能够采用程序构建三维矿山模型进行动态展示。通过专业程序编制的教授，提升学生对矿业计算机应用的认识，增强了系统化、标准化的观念，确保矿山设计成果的正确性、科学性与规范性，对《矿山CAD》课程有更全面深入的认识。

二、《矿山CAD》的授课方法

考虑到《矿山CAD》中涉及到知识面广，实践性强等特点，在完善《矿山CAD》课程系统化、标准化、程序化建设基础上，对传统以讲解为主的教学模式进行改进。首先讲授矿山CAD的基础知识和绘图方法，其次将涉及到的专业知识重点重申，增加讨论互动环节，帮助同学加深对专业知识的再认识，最后选择出经典的案例由学生上机实践，采用实践为主加单独指导相结合的教学方式。通过灵活的授课方法，使学生从计算机应用视角对采矿专业再认识，激发学生的学习兴趣，使其积极思考和认真实践，有助于知识点的学习和掌握。

三、《矿山CAD》的考核方式

該课程的上课学时短，而知识点多，涉及采矿专业课程和计算机编程知识。对于以何种方式对学生进行考核，经过授课老师的讨论，决定考试以开卷的方式进行。另布置课外制图作业一份，自主选题的程序编写一份，要求必须提交计算机文档和打印文档（内容必须是与采矿专业相关的），这些都是计算到成绩当中的。采用这种弹性的考试方式，有利于学生对课程的掌握。

四、《矿山CAD》的授课效果

在2014—2016年《矿山CAD》课程讲授完毕之后，采用调查问卷的形式对该课程进行了反馈，根据问卷调查结果，同学们结合其他基础课程、专业课程、设计与实习等内容，对该课程的教学作了以下评价。

1.该课程讲授的知识点非常丰富，内容贴近实际应用，有开拓学生视野，使学生能够从计算机应用视角对矿山设计、生产有更深入认识。

2.采用的案例式教学，易于对知识点的理解和消化，增加了学生学习兴趣，提升学生对矿业计算机应用的认识，使教学目的更容易实现。

五、结语

《矿山CAD》课程内容在具体分析了目前教学过程中存在的系统性缺乏、标准化有限、程序化缺失等问题的基础上，通过专业程序模块编制，增强系统化、标准化、程序化观念，并能够应用程序完成相关任务，确保矿山设计成果的正确性、科学性与规范性。通过典型设计案例，由学生上机实践，灵活运用相关功能模块完成老师布置的设计作业，提高学生实践的学习效果，保证学生能独立完成矿山设计工作。不仅收到了较好的教学效果，而且对学生的未来工作的发展也有很好的影响。

参考文献：

[1]李伟，李宝富，王开.采矿CAD绘图实用教程[M].中国矿业大学出版社，2013.

[2]邹光华，吴健斌.矿山设计CAD[M].煤炭工业出版社，2007.

[3]林在康.王斌.谭超.采矿CAD开发及编程技术[M].中国矿业大学出版社，1998.endprint