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由《FLAC3D》课程谈提高学生创新实践能力的教学改进方法论文

发布时间:2020-01-18 15:18:08 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:本文针对采矿工程专业《FLAC3D》课程教学方法进行改进,就课程素材跨度大,学生学习进度慢,学习兴趣不高等负面问题进行教学方法的改进。将矿山实际工程地质条件引入到教学中,充分调动每个学生参与到课堂教学中来,将工程现场定问题拆解开,层层递进进行讲解,有利于提高学生对专业现场的学习兴趣,同时也能培养学生的创新实践能力。

关键词:采矿工程;数值模拟;课堂积极性;创新实践能力

本文引用格式:张军辉,等.由《FLAC3D》课程谈提高学生创新实践能力的教学改进方法[J].教育现代化,2019,6(45):62-64.

Discussion about the Methods of Improving Students'Innovative Practical Ability from the Course of FLAC3D

ZHANG Jun-hui1,GUAN Wei-ming1,CHEN Hui1,2,CHEN Hao1,QIAN Jing1,DU Kang1

(1.Institute of Geology and Mines Engineering,Xinjiang University,Urumqi,China;2.School of resource and safety engineering,Central South University,Changsha,China)

Abstract:For the negative problems such as difficult course materials,students’difficulty in understanding,and students’low interest in learning,this paper aims at improving the teaching method of FLAC3D course.We use engineering site problems to guide each student into participate in classroom teaching,the specific problems of the textbook will be disassembled,layer by layer to explain,the interest and enthusiasm of students was improve,which is conducive to the cultivation of students’innovative practice ability.

Key words:Mining engineering;Numerical simulation;Classroom enthusiasm;Innovation and practice ability

        《FLAC3D数值模拟方法及工程应用》是我院在采矿工程专业学生培养方案中专门为大三学生在第6学期设置的一门专业选修课,作为采矿工程专业学生拓宽行业信息面,增强自身基础知识和应用能力的一门学科,也是学生了解专业信息,结合专业领域知识提高计算机应用的一门学科。同时该课程对学生毕业后从事本专业的生产技术管理工作或者继续深造后从事科研工作均有积极作用。实践教学表明该教学方法对学生综合能力、课堂知识转化、团队精神和求知精神的提升都有积极的作用[1]。采矿工程专业学生在该课程学习过程中,对数值计算特殊类型建模知识的理解和结合矿山现场特定地质条件方面的建模问题一直掌握不好,本文在授课过程中,通过改进教学方法和思路,提高学生在课堂上的参与度,以期取得预期的教学效果。对激发学生学习积极性、巩固专业知识、培养实践创新能力,提升高校教学质量具有重要意义[2]。

一课程介绍及授课现状

         《FLAC3D数值模拟方法及工程应用》课程结合采矿工程专业需求,主要介绍了矿山领域数值模拟分析的运用,在采矿工程专业领域,对露天矿的边坡问题、井工矿的隧道、地下硐室问题、采矿巷道支护及爆破工程等领域的应用。软件可以计算岩土体在各种外荷载作用下产生的变形、应力、稳定性,擅长计算岩土体破坏后的大变形和峰后特性等问题。

         同时,在非线性动力计算、本构模型二次开发和多场耦合等方面,软件也提供了专业的解决方案。目前该软件已经逐渐成为岩土工程界影响最为深远的专业软件。本门课程授课过程中改变了传统的讲解思路,将周边煤矿现场地质条件引入到课堂教学中,让每名学生都参与到数值模拟过程中,该过程设计建立模型-设置条件-进行开挖-后期处理等主要阶段,每名学生必须通过自己的操作得出最终结果,建模过程必须仔细认真,任何一处错误都会导致模型结果出错,此种教学方法锻炼了学生认真细致的学习态度的同时,也提高了学生将理论联系行业现场的兴趣,提高了学生实践能力的培养。该教学方法将学生所学理论知识在生产现场中尝试性检验,在一定程度上也作为决定后续毕业设计质量优劣的基石[3]。创新实践成果数据证明课堂现场融合的教研模式更有利于调动学生的积极性和主动性,同时对于学生在本科阶段形成完整的知识结构起到很好的效果[4]。

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二FLAC3D教学案例与学生实践能力培养

       创新型人才的培养离不开实践[5]。本科生课堂教学限于培养方案的统一要求不易调整,致使教学改革相对迟缓,乏力创新培养。如何通过灵活可调的大学课程“有效引燃”学生自主学习活力,提升创新应用能力是本文研究的目标。结合行业现场的FLAC3D课程教学,对培养学生应用创新能力,促进教育教学改革具有独特和显著的作用。创新实践,是国家与社会对当代大学生的要求,也是国家得以持续发展的重要保证[6]。

        本次数值模拟计算模型以矿山现场急倾斜煤岩层地质条件为背景:某煤矿主采煤层的24222工作面,综合机械化后退式采煤法,采面的运输巷和回风巷顶板均采用锚网索支护,但由于煤层倾角过大,局部区域倾角达51°,平均倾角35°,采用普通的近水平煤层支护施工方法,存在下帮施工空间下,上帮施工高度大等因素,不利于安全管理;下帮施工空间局促,施工质量差,上帮施工高度大,钻机施工精度差,空顶面积大,不利于上帮的煤壁管理。该矿采用改进锚杆锚索施工角度及连接方式的新型技术工艺,取得了良好的支护效果。

        依据题目背景确定建模变量,根据背景材料列出所有变量条件以及需要建立的目标模型,再利用FLAC3D5.0软件进行模型的建立。将煤岩层具体参数作为建模约束条件,煤岩层建模参数见表1。


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三逐步建立模型过程

       根据表1的煤岩层材料参数,结合现场地质条件约束,开始建模过程,本次授课目的在于利用FLAC3D5.0软件进行模型的建立开挖以及后期求解,将现场实际的地质条件带入到课堂中来,让学生在立足行业现场知识的基础上学习建模过程,充分调动、激发学生的学习兴趣。

         目前对于急倾斜煤岩层在FLAC3D中的建模方法主要有三种:(1)通过自身基本命令结合软件的八点法建模方法;(2)利用软件自带的Extrusion功能进行快速建模;(3)借助第三方软件,例如kubrix等进行建模操作。本文利用第二种方法进行建模。Extrusion建模便利性在于先绘制平面二维坐标系图形,即模型某一方向的剖面,然后设置纵向拉伸,即可生成三维模型。模型建立过程快捷高效出错率低,适合课程教学在有限的时间内完成建模任务,建模基于24222工作面实际地质条件,模型的xyz方向分别为20m,10m,5m。模型首先设置工作面剖面上的四个边界点,输入二维坐标系坐标即可,本例中4个边界点编号为P1=(0,0),p2=(20,0),p3=(10,0),p4=(20,10),至此模型边界即可确定,其余控制点根据煤岩层倾角很容易计算出其坐标,利用point-edge工具连接n个控制点即可形成图1的第一步建模图形。



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         第一步模型建立完成之后,即可进行下一步骤模型纵向方向的建立。软件界面切换到Extrusion view界面,设置纵深长度为5m,然后对模型进行Extrude操作,可以快速得出图2建模结果。




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         至此,课程第一阶段的建模阶段基本完成,通过课堂学生反应来看,教学效果直观有效,学生建模成功对于提高学生学习兴趣效果显著,通过学生自己动手建模的过程,提高了学生理论联系实际的能力。模型后期的材料参数赋值、模型边界约束及模型运算及结果应力分析等问题,将在后续课程中,利用类似的教学手段,在提高学生参与度,激发学生兴趣的前提下完成。

四课堂教学效果分析

        本次授课过程,教师的软件使用及建模讲解过程占课堂30%的时间,学生实践并亲自动手建立模型过程占据课堂70%的时间,绝大多数学生在建模成功后学习兴趣显著提高。通过本次现场地质条件与课堂理论相结合逐步讲解的方法,解决了煤矿现场急倾斜煤岩层力学分析方面的建模问题,增加了课程与专业的结合度,提高了学生的学习兴趣和积极性,通过课内课外知识结合的方法,加深了学生对于煤矿实际问题解决途径的理解,达到了本次教学的预期效果。

五结束语

        在后续课程讲解过程中,应该始终注意将学生兴趣与行业现场牢牢结合在一起,提高学生对于解决实际问题的积极性和参与度,提高学生的自主创新实践能力。大学课堂教学应该由浅入深,将学生由理论层面带入到知识应用层面上,将行业现场知识与课堂理论知识结合效果明显。“以生为本”重视课堂教学参与主体的心理诉求,有利于激活课堂教学的影响力,加深学生受益程度。

参考文献

[1]陈辉,张东升,管伟明,等.依托学科竞赛培养采矿工程专业学生的实践创新能力——以新疆大学采矿工程专业为例[J].中国地质教育,2014,23(03):83-86.
[2]管伟明,陈辉.COMSOL在矿井通风与安全实验教学中的应用[J].教育教学论坛,2015(12):250-252.
[3]严红,张源.采矿工程专业毕业实习教学研究与探讨[J].中国地质教育,2015,24(03):88-91.
[4]沈微微.多专业融合模式下的学生实践创新能力培养[J].教育现代化,2018,5(53):47-49.
[5]邵新慧,刘玲,李春梅.基于校企合作模式下的学生实践能力的培养与提升[J].教育现代化,2018,5(50):21-22.
[6]王佳音.大学生创新实践能力培养研究与探索[J].教育现代化,2018,5(38):32-33.

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