基于互聯(lián)網(wǎng)的采礦虛擬仿真教學模式研究

王曉蕾

(呂梁學院 礦業(yè)工程系 ，山西 離石 033001)

采礦學屬于地下工程，是一門建立在實驗操作基礎上的應用科學，傳統(tǒng)的課堂教學很難展現(xiàn)其特征，特別對于一些采煤方法、巷道布置以及采煤、掘進工作面的布置和工序很難通過宏觀課堂表達出來.同時，由于某些學校教學經(jīng)費有限，井下完整模擬工作面資源相對欠缺，導致教學形式局限、呆板.另一方面，教師實踐意識淡薄，用畫代替井下布置，存在教學效果不佳、學生掌握不好的情況[1].如何利用現(xiàn)代技術彌補傳統(tǒng)教學的不足，科學地運用虛擬仿真技術輔助教學，實現(xiàn)虛擬教學效果的最大化，長期困擾著采礦課程教學工作者.

基于以上原因，本文旨在將互聯(lián)網(wǎng)與虛擬仿真有機結合起來，構建高效的采礦學專業(yè)教學模式，實現(xiàn)操作再現(xiàn)、人機交互、信息共享，最終提高采礦學專業(yè)教學效果，達到融匯貫通的教學目標.

1 互聯(lián)網(wǎng)+

互聯(lián)網(wǎng)+是指創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，也是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進及其催生的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)[2].隨著社會不斷向信息化發(fā)展，依托計算機和互聯(lián)網(wǎng)的技術不斷推動，各種新型產(chǎn)業(yè)應運而生，緩解了各種行業(yè)無法解決的諸多問題.

2 虛擬仿真技術

虛擬仿真技術，就是用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術.虛擬仿真實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng).此種虛擬世界由計算機生成，可以是現(xiàn)實世界的再現(xiàn)，亦可以是構想中的世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互[3].

伴隨著現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各類虛擬仿真產(chǎn)品相繼上市并不斷被完善和應用到各個傳統(tǒng)行業(yè).比如大型化工生產(chǎn)、航空設備研發(fā)、多維電影產(chǎn)品等都用到了虛擬仿真技術，各大行業(yè)發(fā)生突破性、創(chuàng)新性發(fā)展，在教育上也不例外.

3 互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真技術課程體系構建

互聯(lián)網(wǎng)時代下，信息技術不斷發(fā)展，虛擬仿真在課堂教學中也有了獨特的優(yōu)勢，利用互聯(lián)網(wǎng)遠程進行實踐教學，突破了傳統(tǒng)虛擬教學只能單機操作的模式，實現(xiàn)了不受時間、地點等限制的師生互動[4].

目前煤礦的煤層巷道掘進最常見的綜掘機械化作業(yè)線就是由懸臂式綜掘機、轉載機、可伸縮膠帶輸送機、單體錨桿鉆機、通風除塵設備及供電系統(tǒng)組成.對巷道進行開挖成型的核心設備是懸臂式綜掘機、轉載機、可伸縮膠帶輸送機，通風機保證巷道的通風安全，向前推進一定距離后，對巷道進行錨桿支護控制頂?shù)装搴蛢蓭妥冃危^桿鉆機就是進行打眼和安裝錨桿和核心設備.各設備配套如圖1所示.

圖1 綜掘機械化虛擬仿真模型

該作業(yè)線的具體配套方式為：綜掘機在工作面向前掘進到橋式轉載機的最大搭接長度后，綜掘機后退使其尾部與可伸縮膠帶輸送機尾部連接，同時將可伸縮膠帶輸送機的外段膠帶輸送機尾部與中間架部分的連接裝置脫開，通過綜掘機前移，將外段膠帶輸送機尾部向前拖12～15 m，然后在預留的間隔空間中進行中間架的組裝工作，該方式減少了膠帶接長的時間，提高了綜掘機的工時率.綜掘機的施工時綜掘機破落的煤炭經(jīng)裝載裝置的星輪耙裝到鏟板上，然后經(jīng)刮板輸送機轉載到后面的橋式轉載機上，然后經(jīng)橋式轉載機轉載到伸縮式膠帶輸送機上，經(jīng)膠帶輸送機輸送到大巷卸載地點，推進一定距離后，停止綜掘機停止掘進后退一個循環(huán)的距離，采用錨桿鉆機對頂板和兩幫進行支護，在施工過程中，壓入式風機向工作面進行通風工作，風機布置在新鮮風流入口處，風筒出口距離掘進面小于10 m.

鑒于條件的限制，基本上沒有開展綜掘機械化作業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)，利用虛擬仿真技術模擬綜掘機實際工作狀態(tài)，讓學生反復操作，才能熟記要領，規(guī)范操作，達到培養(yǎng)其動手能力的目的.

4 教學效果分析

為了檢驗基于互聯(lián)網(wǎng)的采礦虛擬仿真教學模式的應用效果，選取相同年級不同的兩個班進行對比分析，選取掘進技術作為實施對象進行研究.1班僅僅進行課堂教學，2班采用虛擬仿真進行教學.

采用問卷調查的方式，對虛擬仿真教學效果進行檢驗.向1班和2班分別發(fā)放30份問卷調查.共收回60份有效調查問卷.

調查結果顯示，2班進行虛擬仿真教學的過程中，學生有70%注意力集中，其中走神1-5 min的大約有23.3%，分神5 min以上的大約有6.7%.這與傳統(tǒng)課堂相比，學生注意力集中情況有了較大提高.

對于虛擬仿真教學，33.3%的學生比以前喜歡該門課程了，63.3%的學生很喜歡這種虛擬仿真的教學方法，3.4%的學生表示一般性喜歡.

對于新課的掌握情況，80%的學生認為虛擬仿真教學對于知識的掌握非常有幫助，6.6%的學生認為與之前相比沒有多大改觀，3.4%的學生認為虛擬仿真教學沒有傳統(tǒng)教學效果好，10%的學生認為不知道是否有提高.

對該課程的學習興趣，33.3%的學生認為通過虛擬仿真教學可以提高興趣，16.6%的學生很喜歡通過虛擬仿真進行井下世界的探究，33.3%的學生上課提問的次數(shù)明顯增多.

對于虛擬仿真教學提高學生課外實踐的影響方面，50%的同學認為隨時隨地可以進行復習，30%的學生認為自己的學習興趣較之前的傳統(tǒng)課堂教學明顯提高，20%的學生認為虛擬仿真教學更加環(huán)保，在家也可以進行學習，隨時可以進行知識的復習.

圖2 兩班分數(shù)統(tǒng)計情況

對兩班答題情況進行統(tǒng)計(如圖2).2班的成績明顯優(yōu)于1班.90分以上的學生，2班為4人，1班僅僅1人，且成績?yōu)?0分.2班的成績集中在70～80之間，說明大部分學生掌握了相關知識，而1班的成績集中在60～70之間，說明學生僅僅掌握了基本的知識.

縱觀整體分數(shù)分布情況可知，虛擬仿真教學對于學生知識的掌握具有促進作用.在一定程度上反映了，虛擬仿真教學模式適用于采礦學的教學工作，對于學生提高學習興趣是可行的.虛擬仿真教學具有很好的開發(fā)與應用前景.

5 教學模式討論

傳統(tǒng)課堂教學方式側重于理論的講授、重理性認識、輕感性認識.感性認識一直被認為是僅僅提供認識的具體實物，只有理論認識才能掌握事物的本質.感性認識與理性認識被人為地設置了一條不可逾越的鴻溝.這種重理性、輕感性的教學理念直接影響教學效果，不利于學生對于書本知識的掌握.根據(jù)教育心理學研究結果可知，學生掌握書本知識的過程是理性感性相互融合的過程，若學生感性認識豐富、表象清晰、想象力豐富，則比較容易理解書本知識.而傳統(tǒng)教學正是缺乏這種感性的認識.當將虛擬仿真融入到課堂教學中后，書本的理論知識能夠通過仿真以虛擬的實物表現(xiàn)出來.這是一個由理性向感性轉變的過程.從心理學角度來講，這是一個強化人的感知、想象心里機制過程，利于理性知識的掌握.

虛擬仿真技術運用于采礦學課堂教學中，以各種虛擬仿真技術對學生進行刺激，突破了傳統(tǒng)課堂教學中存在的問題和不足，優(yōu)化了整個教學過程，為學生的學習創(chuàng)造了有利環(huán)境，更易提高學生的學習興趣和操作技能.

6 結語

將互聯(lián)網(wǎng)與虛擬仿真融入到課堂教學中，選取了其中一個典例完成教學內容，并在兩個班級中試行，對應用效果進行了全面評價，在一定程度上反映了互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真教學能夠彌補傳統(tǒng)教學的不足，驗證了互聯(lián)網(wǎng)結合虛擬仿真教學模式的有益性，提高了教學效果.