方法创新的采矿工程论文

摘要：根据“煤矿通风与安全”内容多、范围广、理论性和实践性强等特点，结合笔者的教学实践，从教学方法、精选教学内容、课堂知识的延伸与拓展、课程设计和改革教学手段等五个方面出发，探讨如何提高学生对该课程的学习主动性和积极性，增强学习能力，提高教学效果的问题。今天小编给大家找来了《方法创新的采矿工程论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

方法创新的采矿工程论文 篇1：

工程数值法教学改革研究

摘要：

以“地质工程数值法”教学为例，针对工程数值方法的课程特点和目前教学中存在的典型问题，分析了教学改革的必要性，提出了教学改革的教学思想与教学理念，探讨了教学改革的实施方案，包括教学内容改革、学生能力培养和具体教学方法设计。最后分析了教学改革的成果，指出了其优点和注意事项。

关键词：工程地质；数值方法；教学改革；课程建设

10052909（2013）04008104

随着人类社会的进步和科学技术水平的提高，经济活动的规模也在扩大，工程建设逐渐向“高、深、大、难”发展，从而使工程地质学所面临的问题更加复杂和困难，这就迫切要求把计算机科学更广泛地引入到工程地质学领域^[1]。工程地质数值法以工程地质分析为主导，以数学、力学理论为基础，以计算机技术为手段，增强了人们解决工程地质问题的能力^[2]。但其传统的教学模式及授课内容已面临社会发展的严峻挑战，笔者结合近年来实际工程中与工程地质学有关的问题及多年在地质工程数值法中的教学经验， 以“地质工程数值法”的教学改革为例，分析目前高校工程数值法教学中存在的问题并提出改革方案与思路。

一、工程数值法教学中存在的问题及改革的重要性

（一）课程的学科特点

1. 与多学科相互交叉，综合性强，但教学时数相对较少

与工程数值法交叉的学科相当广泛，如地质工程数值法与地质学、数学、力学、物理、计算机科学等多门学科相关。学生在学习课程之前必须掌握微积分、常微分方程、弹性力学等基础课程，工程地质数值法还与工程地质密切相关，所以学生还需要掌握构造地质、土力学、岩体力学、地下水动力学、材料力学、结构力学等专业基础课程，否则学生将很难深刻理解课程的教学内容。此外，该课程包含多种数值模拟方法，且有较多抽象的数学概念与力学理论，但教学课时却不多，有些算法和概念不可能细致地讲解，学生相应基础知识如果不扎实，听课效果就会较差。

2. 数值模拟方法多，相应数值模拟软件多

数值计算方法加强并拓宽了解决工程问题的能力，在对不同问题的解决分

析中

，产生了多种数值分析方法，目前常用的数值分析方法主要为有限元法、有限差分法、离散元法、数值流形方法和反分析法。此外，各数值分析方法相应的数值模拟软件较多，如有限元法软件有ANSYS，RFPA，ABAQUS，3D-σ 等。而目前主要的工程地质数值分析软件有ANSYS，ABAQUS，3D-σ，FLAC，UDEC，DDA，3DEC，PFC等。在实际工程实践中，如何根据不同工程问题选取不同的数值分析软件也是从业人员必须掌握的知识。

3. 实践性要求高，与实际工程联系紧密

地质工程数值法紧密结合工程实践中的工程地质问题，具有很强的实践性。工程地质数值计算需要对工程中可能存在和发生的地质问题进行模拟，提出不良地质现象的防治方案，保证工程建设顺利进行和人民生命财产安全。因此，在教学培养中，不仅要讲授基本的数值方法和原理，更重要的是要让学生利用这些方法和原理解决实际中的各种工程地质问题。

（二）目前教学中存在的问题

1. 学生前期课程知识不足

工程地质数值方法是通过综合应用多个学科知识来解决相应工程地质问题的，与地质工程数值法相关的学科广泛，学生需熟练掌握前期课程原理，才能深刻理解教学内容，比如，学习弹塑性有限元法，学生必须对张量、矩阵、弹性力学知识有一定的了解。此外，对不同的工程地质问题，采取的数值分析方法所涉及的交叉学科均不相同。因此，地质工程数值法是一门综合性很强的课程，要求学生熟练掌握前期课程原理并具备综合应用能力。教学实践中笔者发现，某些前期课程部分学生并未学习，如弹性力学、塑性力学，还有一部分学生基础知识不够扎实，无法对前期知识进行综合利用，对授课内容学生感觉晦涩难懂。因此，在教学过程中要注意巩固和拓宽学生的前期课程知识。

2. 教学内容更新缓慢

目前国内各大学使用的教材， 内容陈旧是很突出的问题， 越来越引起广大教学工作者的注意^[3]。近年来，随着工程建设的增多和规模不断加大，越来越多工程地质问题出现，工程地质数值新方法也越来越多，教学内容的陈旧与落后更加凸显，滞后于实际工程的现场应用^[3]。此外，教学内容复杂繁琐也是一个重要问题。现有课程体系的教学内容过于注重系统性、完整性，与高等应用型本科教育所突出的“应用型”要求存在一定的差距^[4]。工程建设中最常用的数值分析方法是有限元法、有限差分法、离散元法、数值流形法和反分析法，这些分析方法的基本原理，应用范围以及相应的软件各不相同，教师若以大量课时讲解，则导致学生实践性学习不够。

3. 实践能力培养不足

工程数值法终归是为实际工程服务，实践性强。课程难，课时较少，课堂教学时间长，导致实践性教学时间大幅度减少，学生分析问题、解决问题能力难以得到培养。而传统教学以传授书本知识为主，以课堂教学为中心的教学模式忽视了对学生实践能力的培养，难以跟上目前的国际化、信息化、全球经济化的发展趋势。针对社会对信息型、复合型人才要求，专业教师在教学中，不能拘泥于理论知识的讲解，更要想方设法鼓励学生多动手、多实践，以培养学生综合分析问题和解决问题的能力。

（三）教学改革的重要性

近年来数值模拟在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径^[5]。

作为地质工程、岩土工程、地下工程、水利工程、采矿工程等诸多学科的专业基础課，地质工程数值方法被广泛应用于采矿工程、岩土工程、石油工程、水利工程、交通运输工程和地下工程等众多工程学科，而且随着工程建设的增多和规模不断加大，将给工程地质学带来许多新的复杂课题^[2]。因此，高等学校工程数值模拟教学情况，在一定程度上影响高校相关专业人才在实际工程中解决相应问题的能力，而过去传统的教学模式以及教学内容将很难跟上日益发展的工程建设需要，教学改革势在必行，同时也对相关专业人才的培养具有重要作用。

二、教学改革的教学思想与教学理念

（一）以科研促进教学，保证教学质量

高校承担着培养高素质创新型人才的使命，科研则是培养本科生创新能力的重要途径。因此，只有坚持科研促进教学的方针，才能重塑高校以教学为中心的共识，形成重视人才培养的舆论导向和思想支撑。任课教师应立足科技前沿，通过研究性学习不断提高自身业务水平和教学能力，并将科研成果转变为公共知识，克服教材内容滞后于最新科技知识的不足，加速提高学生科研素养和专业知识水平，从而保证教学质量。

（二）以学生为主体，教师为主导

工程数值法教学强调学生为主体，教师为主导的师生关系，坚持交往互动的教学方式，将教师的角色由知识传授者转变为学生学习的引导者和促进者。教师在制定教学计划时，首先考虑学生的实际情况，如认知水平、兴趣特点，再考虑教学方法、教学内容，在教学过程中师生共同开发课程、丰富课程，让学生也成为课程建设发展的主人。

（三）理论与实践结合，过程与结果并重

实践教学是巩固理论知识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质人才的重要环节。工程地质学是一门理论性和实践性都很强的综合性学科，因此在保证专业理论教学的同时，应注重实践教学，着重培养学生发现问题、解决问题的能力。

结论表征一个学科的探究结果，过程体现了该学科的探究方法。因此，应重视教学过程对人才培养的作用，鼓励并引导学生在学习过程中发现问题、分析问题、解决问题，从而展示聪明才智，收获经验方法，形成独特个性。

三、教学改革实施与具体设计方案

（一）教学改革实施

1. 强化前期的课程训练，注重学科交叉

针对学生基础知识不够扎实、课程内容较难理解的问题，笔者强化了前期的课程教育，注重基础原理的讲解，并构建好相应的理论体系，让学生能够举一反三。将理论知识与实际问题结合，以激发学生的学习兴趣。在教学中，笔者适当复习了张量、矩阵、偏微分和力学等相应基础知识，使多个学科与地质工程数值法之间形成一个立体的构架，既加强了学生的专业基础，又培养了学生的综合能力。

2. 合理制定教学内容

笔者选用的教材为何满潮教授主编的《工程地质数值法》^[2]，该书主要介绍了工程地质中主要的数值分析方法，并附有多个数值分析实例。这有助于学生对基本知识、理论和方法的理解与掌握。

教学中，应注重因材施教，灵活调整教学内容和重点。在本科生的教学中，由于大部分学生都只学习过有限元法，对有限差分法、离散元法等不是很熟悉，笔者就把教学重点放在有限元法上，详细讲解该方法的基本原理、求解方法和实际工程案例，而对其他方法只讲解最重要的概念、理论与方法，内容力求少而精。而在研究生的教学中，除了全面讲解教材内容，笔者还选取了日本名古屋工业大学张锋教授的专著《计算土力学》^[6]作为教学参考书，并鼓励学生多阅读相关文献，以提高学生的专业知识，熟练掌握各种数值分析方法。

3. 注重培养学生的能力

工程数值方法的教学，目的是让学生能够全面、系统地掌握相应知识，核心在于提高学生的实践能力、创新能力和解决问题的能力，重点应该落于实践上。笔者在教学中，特别注重学生实践能力的培养，鼓勵学生多动手。给与学生多个典型工程地质案例让其进行分析模拟，学生寻求解决问题方法的同时，能力全面提高。注重学生解决问题的过程，寻求解决问题的方法和策略比获得一个结论本身更重要。

（二）教学方法设计

1. 引入研究生助教

针对有时教师较忙，无法及时为学生进行答疑的问题，通过引入研究生助教，让学生基础性、概念性的问题能够得以迅速解答。

2. 让学生走向讲台

为杜绝“填鸭式”教学现象，教学过程中，笔者精心挑选了多个重要的知识，从而凝聚为不同的专题，在课堂上留下一定的时间，让学生走上讲台讲授。为了能使自己的讲演精彩，学生会尽心尽力制作演讲PPT，这不仅提高了其对基础知识的掌握，还提高了学生使用多媒体的能力^[7]。

3.引入案例教学

课程的核心任务是应用数值分析手段解决与工程相关的地质体问题，如地基岩土体、边坡、井巷围岩、坝基库岸的稳定性。针对这一核心任务并结合专业特色，课程采用案例式的教学方式，以案例为基本素材，以实际工程案例为背景，把学生带入特定的教学情境中分析问题、解决问题，培养学生理论应用能力，并使学生形成一定技能、技巧。案例教学法具有情境性、主体性、互动性、问题性以及实践性等特点。

4. 引入模拟教学

课程围绕一个特定的工程问题，要求学生分组讨论，提出解决方案，并选用合适的数值方法及计算软件解决问题，然后各小组展示计算成果，相互交流。通过这种模拟教学帮助学生转变学习方法和态度，从课堂的“观众”变为课堂的“演员”，让学生主动去探索、发现、思考知识的意义，主动去搜集资料，并且自觉地将当前知识与已知事物的认知结构相联系，在实践中培养学生的创新能力、学习能力和动手能力，并在成果展示环节中培养学生的表达能力和交流沟通能力。

5. 考核方式改革

为了进一步提高学生的实践能力，杜绝学生“考前突击、考后即忘”的问题，笔者改变以试卷成绩为主的单一考评方式，采用与改革目标相一致的多元化综合成绩评定形式。即总成绩由平时成绩和期末成绩组成，平时成绩包括平时作业、出勤、上课表现，注重对学习过程的评价。平时认真记录学生的自学情况、课堂提问、参与讨论和创造力加分等内容。笔者摈弃了期末考试作为期末成绩的标准，而是精心选取了多个与岩土工程密切相关的专业问题，让学生进行数值模拟分析，写出相应的作业报告作为期末成绩评定标准。如此促进学生的学习能动性，提高学生实际操作能力。并且，尽可能给每个学生不同的数值模拟问题以避免学生相互抄袭的可能。

四、結语

工程数值方法需要综合运用多门学科知识，解决实际工程地质问题，其研究的内容丰富，这对该学科的教学造成一定困难，也为课程教学改革创造了条件。因此，在今后的教学过程中，必须顺应现代工程地质与计算机科学的发展，改变传统的教学模式，着重加强基础知识的教学，提高学生的实际能力，使学生既有较好的理论分析基础，又具较强的解决实际工程地质问题的能力。

文章以“地质工程数值法”为例，针对课程特点和目前教学中存在的典型问题，提出了教学改革的思想与理念，实施了改革方案。改革实践的结果证明，新的培养模式下地质工程数值法课程的教学效果有了明显提高，学生的分析能力、解决问题能力、实际动手能力和计算机应用能力都得到明显提升。例如：为验证数值模拟结果的正确性，有的学生算出了数值问题的理论解，有的通过其他数值模拟软件进行相互验证，这些进一步巩固了学生相应知识的学习与应用，也促进了学生自主学习相关内容以

解决相应问题。

教学改革是一场持久战，存在许多问题，需要不断地进行改进和完善，笔者目前正在建立相应的数值法教学案例库，随着案例库的完善，能为后人教学提供很大便利，把工程数值方法教学推上一个更高的台阶。

参考文献：

[1]黄云飞， 冯静. 计算工程地质学[M].北京：兵器工业出版社，1992.

[2]何满潮. 工程地质数值法[M]. 北京： 科学出版社，2006.

[3]黄明奎. 岩石力学课程教学改革与思考[J].高等建筑教育，2008，17（4）：82-84.

[4]王忠福.高等学校地质工程数值法课程教学改革的研究[J].中国科教创新导刊，2010，（16）：67-67.

[5]杨世浩，郑明燕.土木工程数值模拟及应用教学的改革与实践[J].中国水运，2006，6（8）：66-67.

[6]张锋. 计算土力学[M]. 北京： 人民交通出版社，2007.

[7]黄雨，卞国强，叶为民. 土木工程专业“工程地质学”双语教学改革试探[J].高等建筑教育，2009，18（2）：97-101.

Teaching reform on engineering numerical methods： a case study in numerical methods of geological engineering

HUANG Yua，b，LIU Chengweia

（a. Department of Geotechnical Engineering， College of Civil Engineering；b.Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education， Tongji University， Shanghai 200092， P.R. China）

To the teaching problems in engineering numerical methods， a reform necessity of teaching activities is firstly analyzed by a case study of numerical methods of geological engineering. Then， based on the characteristics of this course， a series of reform concepts and measures are proposed， which includes the teaching contents， training of students’ ability and the design of specific teaching method. Finally， some suggestions and attentions are pointed out for the reference of teaching reform.

作者：黄雨 刘铖玮

方法创新的采矿工程论文 篇2：

“煤矿通风与安全”课堂教学中的实践与探讨

摘要：根据“煤矿通风与安全”内容多、范围广、理论性和实践性强等特点，结合笔者的教学实践，从教学方法、精选教学内容、课堂知识的延伸与拓展、课程设计和改革教学手段等五个方面出发，探讨如何提高学生对该课程的学习主动性和积极性，增强学习能力，提高教学效果的问题。

关键词：煤矿通风与安全；教学方法；教学改革

作者简介：王登科（1980-），男，湖南永州人，河南理工大学安全科学与工程学院，讲师；夏玉玲（1979-），女，山东临沂人，河南理工大学计算机科学与技术学院，助教。（河南 焦作 454003）

“煤矿通风与安全”是安全技术及工程、采矿工程等专业的专业核心课程，是矿业工程领域学生完善专业体系、掌握通风理论与技能、匹配矿井主要生产系统知识的必修课程。该课程主要介绍煤矿井下空气的质量标准和风流流动规律，并探索控制风流稳定流动技术措施；同时对煤矿井下各种自然灾害的发生、发展、变化规律，控制井下瓦斯、火灾、矿尘、水灾等重大事故的发生进行系统的讲述。是一门通过学习后可促进在煤炭生产中彻底改善煤矿井下环境，保证煤矿生产更加安全可靠，采煤工程技术人员必须掌握的课程，以便为学生今后从事矿井通风及其他行业通风工程设计、安全生产技术管理及科学研究奠定理论基础。

同时，该课程还是连接专业基础课和课程设计、毕业设计等实践性教学环节的桥梁。传统的灌输式教学方法和单一的教学手段，使得大部分学生感到理论与实践脱节，课堂上被老师牵着鼻子走，被动且茫然。针对目前的教学情况，笔者从选择合适的教学方法、精选教学内容、课堂知识的延伸与拓展、课程设计和改革教学手段等方面进行了尝试和探讨。

一、选择合适的教学方法

教学方法是教师与学生为实现教学目的所采取的途径和程序。从教师的指导作用角度而言，教学方法可谓是对学生认识活动的组织方式和控制方式。教育科学研究表明：[1]

而教学方法价值又是通过实施者的才能得以实现的。法国生理学家贝尔纳说过：“良好的方法能使我们更好地发挥运用天赋的才能，而拙劣的方法可能阻碍才能的发挥。”因此，教师在授课的过程中，选择合适的教学方法是才能充分发挥、良好课堂效果的保证。在煤矿通风与安全课程的讲授过程中，笔者采用了启发式教学方法和案例教学方法相结合的教学方法，取得了良好的教学效果。

1.启发式教学法

教师引导学生积极思维，发展学生智慧的一种教学方法，与“注入式教学法”根本对立。启发式教学源远流长，最早倡导启发式教学思想的是我国教育家孔子。[1，2]在我国现代教育改革中，启发式教育思想已发展成为一套较为完整的指导教学实践的重要理论体系，在现代课堂教学中得到了广泛的倡导和应用。

启发式教学就是教师根据教学任务和学习的客观规律，从学生的实际出发，采用多种方式，以启发学生的思维为核心，调动学生的主动性和积极性，通过引导来促进学生的学习活动，使他们主动地获取知识，发展智力。可见，启发式教学的实质是调动学生积极思维，使学生主动学习。笔者参照启发式教学思想，结合“煤矿通风与安全”这门课程的自身特点，总结出了如何在课堂上实施启发式教学的一些具体方法与措施。

为让启发式教学贯穿整个教学的始末，我们采用了如下具体做法。

（1）启发式备课。教师在备课过程中就应该考虑如何采用启发式教学方法来掌控所讲授的课程内容，这就要求教师必须对学生和教材的情况了如指掌，才能有针对性做好课件，备好课。所以，教师必须深入实际，调查研究，了解和掌握学生的知识基础、接受能力、思维习惯、治学态度，以及学习中的具体困难和问题等。了解到这些情况后，教师在备课中才能有的放矢，才有可能做到每一堂课、每一席话都能围绕教学目的要求，恰到好处地激发疑问，启发诱导，起到促其深思的作用。只有这样才能制定出适合学生的最优教学方案。

（2）问题教学法。问题教学法是通过建立问题“情境”从而提出问题，在教师指导下让学生们进行思考、探索以寻求问题解决的一种教学方法。在讲授新课时，让学生带着问题探究是启发；在课堂结束时，留给学生一些悬念和问题让其实践或讨论发现问题、思考问题。例如，在讲授混合式局部通风内容时，教材上指出抽出式局部通风方法不能使用柔性风筒。是不是柔性风筒一定就不能在抽出式局部通风方法中使用呢？教师可以在课堂上提出“如何解决柔性风筒在抽出式局部通风中的使用问题”来启发学生的创造思维，提高他们解决实际问题的能力。

启发式教学可以由课堂中的问答、讲习形式来体现，也可以通过老师灵活多样的教学形式引发学生联想和思考来实现。这样就可以不断有效地激发学生的求知欲望，调动学生积极思维，使学生主动學习，从而提升教学效果。

在启发式教学方法中，教师要注意避免对学生思维活动的“收缩式”控制。这种“收缩式”启发教学，虽有“启”，但学生却很难“发”。因为这种方式限制了学生的思维流向，缩小了思维空间，束缚了思维的活力。因此，启发式教学法需摈弃“收缩式”思维定向控制，才能实现发展学生思维能力的功能。[3]

2.案例教学法

案例教学也叫实例教学或者个案教学，“就是以某个部门、某个单位的实际业务项目做实例，结合理论进行教学，“案例教学，即在教师指导下，根据教学目标和内容的需要，采用案例组织学生进行学习、研究、锻炼能力的方法”。[4]由于矿井条件的复杂性和特殊性，火灾、煤与瓦斯突出、水灾、顶板等事故不断。因此教师在讲授“煤矿通风与安全”课程的时候，应尽可能地对这些典型案例进行分析，做到理论与实践相结合，让学生从这些案例中吸取经验教训，增加知识。

在“煤矿通风与安全”课程的讲授过程中，案例教学法的主要过程是案例分析，而进行案例分析的前提是学生应掌握和具备一定的安全生产技术、安全管理的基础知识和实践经验。实践证明，由于案例教学对学生的综合能力要求较高，故一般应放在课程每章或本门课程的最后教学阶段。[5]因为此时学生已具备了一定的专业知识，特别是通过认识实习和生产实习使他们充分了解了矿山企业的生产过程和安全管理程序。

案例教学的步骤主要有三步。

（1）选择案例。在案例的选择过程中，针对学生的具体情况，一定要具有广泛的代表性，根据案例讨论出一般性结论后，必须要有进一步升华空间。因此所选择的案例应该具有典型性、情景性、概括性和启发性等特点。例如，在讲授煤层瓦斯突出与瓦斯爆炸时，可以选取2004年在大平煤矿发生的瓦斯爆炸事故为案例。[6]

在布置案例时要对学生有所引导，但不能以教师已有的认识影响学生对案例的理解和认识，这需要教师具有较高的教学技巧。案例布置后学生对案例的阅读会有较大的差别，有的学生能全面把握案例的核心和实质，而有的需要通过进一步的引导后才能茅塞顿开，这此都需要教师对学生能力有了解并按能力层次将学生在班级内进行分组，在进行案例讨论时应从层次较低的组开始讨论并请层次较高的组进行点评。

（2）案例分析与讨论。在案例的分析和讨论中，教师应从相关安全法规的基础上提供自己对案例学习方法和一些思路，引导学生进行分析和讨论。案例教学中的分析与讨论是培养这种能力的途径与方法之一。通过案例的分析、讨论及发言，一方面给学生以独立思考的时间、运用已知的知识解决现实问题；另一方面学生可独立组织语言表明个人观点，提高口头表达能力。参与积极、发言热烈、辩论充分的案例不但使学生全面了解案例教学中案例的要点，还能了解到与此案例相似条件情况下不安全因素的辨识、潜在隐患整改方法等。

（3）案例總结。煤矿通风与安全案例有很强的专业性，在案例总结中，首先要总结归纳出案例所折射出来的一般规律和结论，在此基础上将这些一般性结论衍射到其他方面的案例应用中。总结出一般性的结论还不够，还应该挖掘出比较深层次的、较为独特的特征，以区别于其他案例。例如2004年在大平煤矿发生的瓦斯爆炸事故的案例，首先要让学生分析得出瓦斯浓度、高温火源、氧气浓度是发生瓦斯爆炸的必备条件，三者缺一不可的一般性结论。然后再深入挖掘出其他结论，比如：在一些特殊地质构造的地方，瓦斯含量可能会发生急剧变化，随着矿井开采深度增加可能会带来瓦斯等级升高，等等。

在对学生的评价中，教师要善于发现学生的优点，尽量多指出学生好的方面，尽可能不直接指出学生的缺点，倾听他们的思路和想法，引导他们进行正确的分析，激发他们的创新动力。通过这一教学过程，不但可以提高学生学习的主动性，而且还能让他们真正学会分析问题和解决问题，提高应用知识的能力。

二、精选教学内容

“煤矿通风与安全”课程是系统阐述煤矿通风与安全的基础理论和技术，分析讨论煤矿灾害发生原因及其防治措施的专业课程。该课程教材内容多、学时少，因此必须要求教师充分了解课程的特点和培养目标，合理地取舍讲授内容，并且要做到重点突出，主次分明。所选的教学内容要符合基础性、必教性、高频性、可拓展性等要求。[7]

矿井通风与安全工程是最重要的讲课内容，应该分配更多的讲授时间。在矿井通风部分中，重点应放在空气流动基本理论、矿井通风阻力、矿井通风动力、通风网络中风量分配与调节及通风设计等方面；在安全工程部分中，教学重点应放在灾害防治原理和防治技术方面，少讲理论，多讲技术与应用。学生毕业以后，在实际工作中，既能根据所学的理论知识计算矿井通风阻力和调节风量，又知道如何预防和治理矿井灾害等。

三、课堂知识的延伸与拓展

教师在课程教学中要将自己及其他人的最新研究成果融入到课程中，要注重课堂知识的延伸和拓展，让学生能及时了解和掌握该专业的最新研究进展和动态，做到知识的更新，而不能只是依靠书本的知识照本宣科传授几年前或十几年前的陈旧内容。这就要求教师要充分了解本学科国内外的最新发展动态，最新理论发展和技术革新，并传授给课堂上的学生。比如在讲授风路串并联的时候，在讲清讲透串联风路和并联风路的特性和区别后，可以举例说明采煤工作面和掘进工作面为何要实行并联的独立通风，不采取独立通风会带来什么样的安全隐患，如果在采掘工作面采用串联风路，又需要采取什么样的安全措施，等等。还有在讲瓦斯抽放内容时，除了将课本上的抽放方法传授给学生以外，还应该根据煤矿瓦斯抽放技术的发展，对最新的瓦斯抽放方法和技术进行详细的讲解，让学生加以了解和掌握。学生在参加工作以后若碰到类似问题，可以综合考虑更多的瓦斯抽放方法，择优选取抽放方法，确定抽放方案。

四、课程设计

课程设计就是学生在结束“煤矿通风与安全”课程的理论学习、相关的实践活动后进行的最后实战演习，这个环节非常重要，可以考查学生对课程的掌握程度和学习效果。通过课程设计，一方面让学生将所学知识融会贯通；另一方面，为他们将来毕业设计打下坚实的基础。课程设计的题目要实现多样化，不能对班上所有学生选用相同的题目，这样不但可以避免同学之间互相抄袭，还可提高学生积极主动思考问题、解决问题的能力。

课程设计是对矿井通风内容的全面考查，设计内容包括：确定矿井通风系统、矿井风量计算和风量分配、矿井通风阻力计算、通风设备的选择、矿井通风费用等几大部分。这样一整套课程设计完成下来，就能完全掌握矿井通风系统的知识。学生通过自己亲手设计和计算，会感觉收获很大。通过课程设计环节，学生毕业到工作岗位后对矿井通风安全问题的解决就会变得轻松自如。

五、改革教学手段

传统的教学手段是教师在黑板上进行板书讲解。这种传统的教学手段有很多优点：师生间可以面对面探讨问题，教师可以根据学生的具体情况调整教学进度，设置教学问题，还可以给学生留有一定的记笔记和思考的时间。但传统的教学手段花费的时间长、效率较低，而且难以直观展现“煤矿通风与安全”课程一些主要设备的结构以及工作原理。

目前，多媒体教学得到了广泛的使用，其最大的优点是形象、生动、具体且直观。可以将通风设备的结构及工作原理用图片和动画的形式展示给学生，采用多媒体可以明显减少板书时间，从而大大提高教学效率。但是多媒体教学也有其缺点，就是在对公式的推导上没有传统手段来得直接和透彻，而且还缩短了学生记笔记和思考的时间，从而导致学生理解不完全、学习效率低的结果。

传统教学手段和多媒体教学手段都各有其优缺点，所以教师在具体的教学过程中，应当采用传统教学手段与多媒体教学手段相结合的方法来实施课堂教学，以取得更好的教学效果。

六、结束语

笔者在讲授“煤矿通风与安全”课程时，从注重教学方法的选择、注重教学内容、注重课堂知识的延伸与拓展、注重课程设计、注重改革教学手段等几大方面入手，取得了良好的课堂教学效果，普遍提高了学生的学习积极性和主动性，基本杜绝了课堂迟到、早退现象，课堂气氛活跃，杜绝了课堂上的瞌睡、不专心听讲等不良现象。当然，每位教师的教学风格各异，不同的课程所采用的教学模式和方法也不尽相同，但只要做好了因材施教、因人施教，最终都会取得好的教学效果。

参考文献：

[1]墨耕.经典教学方法荟萃[M].福州:福建教育出版社,2009.

[2]阳小玲,张建育.试论现代启发式教学在大学教学中的运用[J].经济研究导刊,2010,(29):233-234.

[3]田绪兵.浅谈启发式教学的困境[J].职业,2010,(23):33.

[4]李淑燕.案例教学法在旅游管理教学中的应用[J].中国成人教育,2010,(24):157-158.

[5]赵发军,郝富昌,刘彦伟.案例教学在矿井通风与安全本科专业教学中的实践[J].科技信息,2009,(34):74.

[6]张子敏,张玉贵.大平煤矿特大型煤与瓦斯突出地质分析[J].煤炭学报,2005,(2):127-140.

[7]李如齐.教学内容精选的意义与标准[J].教学与管理,2006,(9):89-90.

（责任编辑：麻剑飞）

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作者：王登科 夏玉玲

方法创新的采矿工程论文 篇3：

地质建模知识在采矿工程人才培养中的教学实践

摘要：针对中国矿业大学（北京）在采矿工程人才培养过程中对地质建模知识方法的教学问题，简要介绍了地质建模技术现状，总结了地质建模技术在地质资料管理、储量估算、采矿设计、找矿预测等采矿工程实践中的应用，明确了地质建模知识的重要性。结合在采矿工程人才培养过程中的教学实践，对地质建模知识的教育教学进行了探讨，并提出了进一步重视相关知识教学的建议。

关键词：地质建模；采矿工程；人才培养；高等教育

中圖分类号：G642 文献标志码：A

一、引言

高校是培养高层次复合型人才的重要阵地，中国矿业大学（北京）作为中国煤炭高等教育重点高校之一，为煤炭行业输送了大量高层次人才。但是作为教育工作者，始终要考虑如何更好地培养优秀人才[1]。在采矿工程学科培养过程中，面临学科发展滞后于煤炭科技的进步、到现场工作后动手能力和创新能力相对较差等问题[2-4]。比如，三维地质建模是一项涉及到众多国民经济关键行业的基础性技术[5]，该技术对于众多行业的技术进步具有控制作用，对采矿工程来说，是地质资料管理、固体矿床资源预测、采矿工程设计、综合动态管理和资源合理利用的重要工具[6]，企业现场已应用Surpac、Valcun、3D Mine等成熟的商业化软件[7]，但是现有培养体系对相关知识重视不足，仅在部分专业方向开展相关课程。因此，本文首先介绍了地质建模的基本知识，分析了其在采矿工程实践中的重要作用，提出了在采矿工程人才培养中需要关注的知识内容，最后针对教学实际及地质建模知识的特点，探讨了教育教学的方式方法。

二、三维地质建模技术

三维地质建模（3D Geology Modeling）是运用计算机技术，在虚拟三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析与预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术。三维地质建模的相关技术在20世纪80年代就开始研究，90年代初加拿大学者Houlding提出“三维地质建模”这个概念后，相关技术得到了快速发展，逐步走向成熟，并开展了商业工程应用[5]。常见的三维空间地质模型总体上可以分为表面模型（Facial Model）、实体模型（Volumetric Model）和混合模型（Mixed Model）三大类体系，如图1所示。其中，表面模型是对物体表面形态以数字表达的集合，通常为格网或者三角网的形式。表面模型对地质对象的形状控制较易，因此，在实际应用中多用此模型表达三维地质体形态。采用表面模型可以表达地质体形态，但是难以解决地质体内部属性等问题，并且在断层、褶皱等地质构造上需要专门的处理方法。在研究地质体属性相关信息时，通常采用实体模型，尤其以块段模型为主。块段模型是将研究的立方空间分割成规则的三维立方网格，每个块段内部具有模拟的属性信息，其属性值在钻探、物探等数据基础上，通过克里格法、距离加权法、平均法等方法获得。

三、地质建模在采矿工程实践中的应用

随着地质建模理论和软件技术的不断发展，地质建模软件对采矿行业的影响力在不断增大，在生产过程中其发挥的作用不再仅仅是配角，而是重要的一部分。现在已有许多国际知名软件公司开发的软件产品应用于工程实际中，比较具有代表性的有：Micromine、Surpac、Vulcan、EarthVision、GOCAD等。这些软件都已经具有地质体模型的构建、露天矿和地下矿的开采设计、生产计划的规划、二三维的可视化展示等功能。以Surpac为例，作为地质和矿山规划软件，其应用到了多个国家的露天和地下矿开采及勘探项目中。软件提供了三维图形绘制及工作流程自动化处理机制，功能涉及地质模型构建、测量数据管理等多个方面，包括钻孔数据管理、地质建模、块体建模、地质统计学、矿山设计、矿山规划、资源量估算等。在Surpac中所有的任务可以结合具体流程和数据要求，进行自动化方式的管理。利用Surapc构建的某金矿的矿体块段模型如图2所示。

下面从地质建模在地质资料管理、储量估算、采矿设计、找矿预测等方面进行简单介绍。

1.地质建模在地质资料管理中的应用。地质资料是矿山企业开展生产活动的第一手资料，既包括地质勘探过程中积累的各种地质方面的文字和图件，也包括生产过程中不断揭露的新资料[8]。以前这些资料多为纸制手绘，随着信息化技术的发展，逐渐变为了电子图形文件。由于地质资料获取积累较长，在资料的储存、修改、传递、应用过程中，往往会经历多个单位、多个部门、多个人员的过程。大量的资料不仅查阅起来不方便，甚至存在数据冲突的情况。地质模型构建采用地质数据库存储基础数据，通过将相关海量的地学信息标准化、数字化、集成化、网络化，然后通过模型构建技术，将数据信息充分反映到地质模型中，不仅能够达到快速、直观查阅的目的，还能随时补充修改，更能获得直观的印象。

2.地质建模在储量估算中的应用。矿产资源储量指矿产资源的蕴藏量，它既是矿产资源管理部门的工作基础、核心内容和关键环节，也是矿山企业存在的基石。依据划分单元的不同和计算方法的差异，形成了多种不同的储量估算方法，常用的方法有断面法（包括水平断面法和垂直断面法）、算术平均法、地质块段法、多边形法等[8，9]。在开采过程中，企业的资源储量是动态变化的，既有随着开采已经消耗的资源量，又有不断探明的新资源量，相关数据的更新也带来了较大的工作内容。传统手工计算方式费事费力，而通过地质建模，利用计算机进行储量估算工作，能极大地减轻工作强度。利用地质资料，构建地质模型之后，首先通过克里格法、距离加权法等插值算法进行相关属性计算，然后技术人员可以根据国家要求、生产要求，对地质模型进行不同的块段划分，如按照可靠度、经济意义等，软件系统可以依据模型快速计算体积、储量等所需数据。在储量估算时，也可以采用多种不同的计算方法，对计算结果进行对比分析，保证计算的准确性。在资源量估算的基础上，还可以对任意块段和矿区资源量进行分类管理和品位吨位曲线统计等工作。

3.地质建模在采矿设计中的应用。由于矿产资源的成因、规模、形态、构造等各不相同，给采矿设计工作带来较大的困难。传统设计在图纸基础之上进行，需要较强的空间思维能力及专业知识能力，而随着地质建模技术的应用，结合计算机图形、图像及可视化技术，使开采的地质体情况能直观、明了地展现在采矿设计的技术工作者面前[8]。露天开采设计的主要内容均可以在构建的地质模型基础上开展工作，比如开采境界的圈定、露天采场设计、采掘顺序优化、爆破设计、露天矿坑终了图输出等，如图3、图4所示。同样，地下开采的盘区（或采场）划分、采矿工程布置、底部结构设计、爆破设计等也可以根据构建的地质模型开展工作，并能有效地提高工作质量与效率，减少设计的失误和错误。

以露天矿开采的境界优化为例，其应用流程为：对露天矿矿床地质资料进行分析整理，通过地质模型构建技术，建立矿床块段模型，利用地质统计学等插值算法，结合产品价格、经营成本等数据，赋予各块段对应的价值属性，利用几何约束及LG图论法，计算适合开采的最优境界范围。

4.地质建模在找矿预测中的应用。由于矿体通常都埋藏于地下，人们无法直接查看其空间分布特征及变化规律，而且其空间分布规律的预测也较困难，使矿山勘探工作常陷入被动局面，增加了勘探的工作量及风险程度[8]。整理已有勘探數据及矿山生产过程中积累的各类地质资料，充分考虑地质各要素的空间异质性，利用地质建模技术构建三维模型，不仅能够将地质体直观形象地表达出来，而且能让人更加深刻地认识与理解其空间展布规律。基于构建的地质体模型，结合研究地质对象的异常特征，利用叠置分析、缓冲区计算等分析工具，可以判断空间内的某个控矿地质因素是否与矿化有关，如地层、断层、电阻率等。在同一个三维地质空间内，分析不同地质要素之间的关联程度，就可建立控矿要素与矿化分布间泛函关系的定量预测模型，开展矿化分布的预测，为找矿的勘探工作提供依据[9]。

四、采矿工程人才培养中地质建模教育教学的探讨

中国矿业大学（北京）采矿工程专业的培养目标是培养掌握采矿工程建设的基本理论与方法，具有资源开发工程领域科技人员的基本能力，在采矿工程领域从事矿山（井工、露天、金属）工程设计、工程监理、生产、技术管理、环境保护的高等工程科技人员及管理人才。而这样的专业人才，需要具备利用恰当的信息技术工具，对采矿工程中的复杂问题进行分析、解决的能力。在教学实践中，学校开展了《信息技术应用基础》、《C语言程序设计》、《工程制图》、《工程CAD》等信息化技术相关基础课程，但针对在采矿工程实践及科学研究中具有实用价值的地质建模知识，仅在采矿工程的露天开采方向开展了《露天矿建模与优化技术》课程，其他专业方向并没有讲解相关技术及其在采矿工程应用的课程。

五、结语

信息化是现代社会发展的趋势，地质建模技术在采矿工程实践中的应用也是发展趋势。在满足现有本科教学需求的基础上，应完善传统培养模式，加强重视地质建模知识在学术培养过程中的作用，针对采矿工程各方向学生全面开展教学活动，将理论教学知识与工程实践操作相结合，引导学生掌握科学的思维方法，提高学生的实践动手水平，培养学生利用现代化工具分析问题、解决问题的能力，从而提升采矿工程人才培养的质量，培养出符合现代高科技矿山企业的高素质专业人才。

参考文献：

[1]杨宝贵，张勇，侯运炳.采矿工程专业人才培养模式改革[J].中国煤炭，2015，（03）：33-35.

[2]赵怡斐，王丽恩.煤炭高校矿业工程学科发展现状与对策研究[J].煤炭高等教育，2016，（04）：1-5.

[3]畅军亮，吴丹.煤炭经济下行下采矿工程专业学生就业对策研究[J].煤炭经济研究，2015，（09）：57-59.

[4]彭守建，许江.高校矿业工程专业创新型人才培养问题探析[J].教育教学论坛，2013，（49）：155-156.

[5]李青元，张洛宜，曹代勇，等.三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议[J].地质与勘探，2016，（04）：759-767.

[6]武强，徐华.数字矿山中三维地质建模方法与应用[J].中国科学：地球科学，2013，（12）：1996-2006.

[7]王银秀，李业伟.Surpac软件在三维地质建模中的应用[J].地质学刊，2014，（03）：445-450.

[8]张晓坤，章浩.三维地质建模在矿产资源开发中的应用[J].金属矿山，2010，（03）：106-110.

[9]张宝一，吴湘滨，王丽芳，等.三维地质建模及应用实例[J].地质找矿论丛，2013，（03）：344-351.

作者：孙振明