吳蓬 邱俊 朱向楠

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.044

摘? 要 隨著計算機虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)實工廠按1∶1建立3D模型后搬進實驗室，使學生隨時隨地進行身臨其境般的沉浸式學習，打破現(xiàn)場實踐受時間和空間限制的問題，將有助于改善實踐教學效果，提高學生的學習興趣，提升學生對專業(yè)知識的掌握能力和解決分析問題的能力。

關(guān)鍵詞 礦物加工;虛擬仿真;實踐教學;仿真教學平臺

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）21-0044-02

1 仿真教學平臺建設(shè)背景

實踐教學是應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是理論與實踐相結(jié)合的紐帶，在大學人才培養(yǎng)過程中具有重要意義[1]。礦物加工工程專業(yè)學生在實習過程中，由于生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備尺寸大、噪音大、安全隱患大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法查看等原因，在現(xiàn)場的學習只能走馬觀花，遠距離觀看設(shè)備局部，對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)備配置等無法全面認識，現(xiàn)場實踐教學效果較差。虛擬仿真技術(shù)可有效解決這些難題。同時，教育部也頒布了相關(guān)文件，積極推進現(xiàn)代信息技術(shù)與實踐教學項目的深度融合，拓展實驗內(nèi)容的廣度和深度，增強實踐教學效果，并將國家級實驗教學示范中心建設(shè)納入“十三五”規(guī)劃[2-4]。

山東科技大學為提高礦物加工工程專業(yè)學生的實踐教學質(zhì)量，提高實習效率，豐富實踐教學手段，以中鋼集團山東礦業(yè)公司實習基地工廠原型的整體設(shè)計，根據(jù)本專業(yè)實習教學大綱要求，利用現(xiàn)代仿真軟件開發(fā)平臺開發(fā)工廠級的礦物加工工程專業(yè)學生實踐教學仿真軟件，通過三維仿真及虛擬現(xiàn)實技術(shù)最大限度地模擬鐵礦資源回收各個工藝過程和具體作業(yè)的真實現(xiàn)場[5]，能夠讓學生可視化參與熟悉工廠資源生產(chǎn)工藝及設(shè)備的識別與操作，學習設(shè)備的工作方式及工作原理，并且學習方式不受時間與空間限制，有助于提高學生對專業(yè)知識的理解深度[6-7]。

2 仿真教學平臺的使用方法

在使用本仿真系統(tǒng)學習前，要求學生較系統(tǒng)地完成礦石學、工藝礦物學、破碎磨礦、重選、磁電選礦、浮選、礦石可選性研究、固液分離、安全生產(chǎn)概論等專業(yè)課程的學習，已經(jīng)掌握本專業(yè)的基本理論，在專業(yè)能力方面要求學生對礦石性質(zhì)、分選原理以及各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用都有較深的理解。

利用該實踐教學仿真系統(tǒng)，學生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺隨時隨地進行自主學習。通過虛擬的三維仿真工廠模型[8]，學生身臨其境般對整個鐵礦資源回收工廠的生產(chǎn)工藝流程、工廠主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理以及工廠的整體布置等實踐教學內(nèi)容進行學習，學習方式不受時間與空間限制;并且可以隨時留下學習中發(fā)現(xiàn)的問題，由專門的線上教師負責答疑。教師可利用系統(tǒng)中仿真考核模塊進行線上的仿真考試，掌握學生的學習動態(tài)和學習效果，由此可督促學生學習，提高學生學習的積極性[9]。根據(jù)具體實踐教學要求，利用該系統(tǒng)可選擇三種不同的教學模式。

教學演示模式? 教師演示仿真系統(tǒng)操作過程及注意事項，并對學習內(nèi)容以流程圖的方式演示鐵礦資源回收工廠的整體布置、工藝流程及主要設(shè)備等相關(guān)學習內(nèi)容;學生在此過程中主要是聽和看，該模式的好處在于學生能夠快速掌握系統(tǒng)的操作使用方法和建立對系統(tǒng)功能的總體印象。

單人任務(wù)模式? 學生以第一視角進入系統(tǒng)（見圖1），可以實現(xiàn)鐵礦資源生產(chǎn)工廠的全景漫游，認識工廠各類主要設(shè)備，跟蹤全流程生產(chǎn)作業(yè)等，通過NPC任務(wù)模式（見圖2）學習工廠的安全操作規(guī)程、工藝流程、主要設(shè)備簡介等知識點;進入車間后，能夠?qū)υO(shè)備進行360°觀察學習，并能夠啟動停止設(shè)備，對設(shè)備進行拆解安裝，同時對常見的故障進行分析判斷。

多人協(xié)同模式? 多個學生扮演不同的崗位角色分別進行操作，通過聯(lián)網(wǎng)協(xié)同進行協(xié)同操作，訓練學生的團隊協(xié)作能力。在仿真實踐學習過程中，NPC任務(wù)模式限制要求學生必須按照步驟操作，每一步都關(guān)聯(lián)在一起，學生回答完成相關(guān)的專業(yè)問題后才可以進入下一步的學習。具體學習步驟主要包括工廠概況、工廠生產(chǎn)安全規(guī)程、工廠分車間安全操作規(guī)程、工廠原料性質(zhì)、破碎車間工藝流程、破碎車間設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理、磨礦分選車間工藝流程、磨礦分選設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理、精礦脫水工藝流程、尾礦處理工藝流程、產(chǎn)品指標及用途[10]。

3 實踐教學結(jié)果評價

該工廠生產(chǎn)仿真系統(tǒng)啟動時，用戶可根據(jù)教學計劃類型自由選擇教學方式，系統(tǒng)啟動后可自由切換學習項目，具體可根據(jù)具體實習的要求及實習內(nèi)容不同，由指導教師利用該仿真系統(tǒng)對所有學習內(nèi)容進行面對面的集中教學指導，讓學生掌握該仿真系統(tǒng)的使用方法、學習內(nèi)容以及具體要求等。學生也可以選擇獨立的線下學習，學習該仿真系統(tǒng)所列的相關(guān)實習內(nèi)容。同時，學生可以利用該系統(tǒng)在線進行自主學習，與教師站管理端采用TCP/IP方式連接，進行線上分散學習，學習的方式及學習內(nèi)容靈活多變。

利用該仿真系統(tǒng)可以對學生的學習效果進行集中考核，考核內(nèi)容包括原料性質(zhì)、安全生產(chǎn)規(guī)程、工藝流程的操作和描述、主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理、產(chǎn)品指標及用途、工廠及生產(chǎn)車間的設(shè)計原則。

學生最終考試成績包括平時和現(xiàn)場考試兩個成績，所占比例分別為60%和40%?？荚嚪绞讲捎矛F(xiàn)場集中考試，指導教師實時監(jiān)控考試狀況并統(tǒng)計記錄考試成績;平時成績?nèi)”鞠到y(tǒng)管理統(tǒng)計的不同學生的每次培訓成績的平均值，以上兩個成績綜合評定確定為學生最后的考核成績。

4 結(jié)語

礦物加工虛擬仿真教學系統(tǒng)可有效解決現(xiàn)場實踐過程中存在的諸多問題，打破實踐教學受時間和空間限制的問題，將一些先進的計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于實踐教學，使得現(xiàn)場一些無法展現(xiàn)的內(nèi)容具體形象化，有助于提高學生學習的興趣，改善實踐教學的效果。

參考文獻

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