东大金课|《露天矿开采虚拟仿真实验》

导语

课程是人才培养的核心要素。多年来，东北大学始终把本科教育放在核心地位，全力推进“四金一新”建设，高度重视课程建设和课程管理，不断增容“金课”，打造特色一流本科教育课群阵地。在教育部公布的首批国家级一流本科课程中，学校共有39门课程获得认定。为进一步提升课程建设质量，推广分享一流本科课程建设经验，示范带动一流本科课程建设，特开辟东大金课专栏。今天让我们一同走进教育部首批国家级一流本科课程——《露天矿开采虚拟仿真实验》。

一、课程目标

实验教学是现代大学教学水平及发展特色的核心标志，是全面提高人才培养质量的重要手段，国家虚拟仿真实验教学一流课程建设是教育部为推进现代信息技术融入实验教学课程，提升实验教学质量和水平的重要举措。露天矿开采是一门实践性很强的专业课程，通过“露天矿开采虚拟仿真实验”，学生可以更加深刻的认识到最终境界设计、矿床开拓工程布置、开采计划设计、车辆调度等采矿工艺的时空顺序特点，进一步强化基本概念，熟悉矿山生产流程。

虚拟仿真实验教学界面

二、课程团队情况简介

《露天开采虚拟仿真实验》教学团队由8人组成，其中专任教师5人，企业合作研发专家3人（中冶北方工程技术有限公司）。团队负责人顾晓薇教授为国家教学名师。团队先后获得国家教学成果二等奖1项，辽宁省教学成果一等奖5项，其他省部级奖10余项；负责国家精品课程1门、国家精品在线开放课程2门、国家虚拟仿真实验教学一流课程1门，辽宁省一流课程建设4门，辽宁省精品资源共享课建设2门；主编国家“十二五”、“十三五”规划教材2本。

三、课程建设情况

基于仿真网络实验平台上的露天矿优化软件、三维建模分析软件以及VR虚拟仿真现实软件等，学生可以自己动手，应用课堂学到的知识，对露天矿山进行虚拟仿真优化设计，做出计划方案，既深化了对所学知识的理解、巩固了知识的掌握，又培养了应用所学知识解决实际问题的能力和独自确定参数、方案的技术决策能力。软件还可用于课程设计和毕业设计，在有限的时间里提高设计水平，锻炼设计能力。

整个虚拟仿真实验，操作界面清新、实验内容完善、实验操作步骤说明详细；实验评分系统完善，不仅包括了实验报告提交，还融合了基于整个实验环节的试题库，同时针对不同能力的学生，实验难度要求不一样；该实验最大特色就是学生可以充分发挥自己的想象力和能动性，任意设置合理的参数和人为约束条件，得到不同优化设计结果。

露天矿开采计划优化设计

虚拟仿真结构框架

仿真实验建设获得东北大学大力资助，评为辽宁省虚拟仿真实验，并推报国家虚拟仿真实验，已正式上线国家“ilabx实验空间平台”。实验项目自开放以来，访问量达到11万人次，5000多人参与实验项目评价，在整个国家实验平台上是为数不多得到满分（5分）评价的实验项目。

在疫情当下，该仿真实验平台充分发挥了不受空间、时间和实验原材料限制以及实验安全等巨大优势，完胜《金属矿床露天开采》课程的实验任务。

虚拟仿真开采

四、课程特色与创新

（1）自主研发软件与网络实验空间有机结合。“露天矿开采虚拟仿真实验”是在已有成果基础上进一步立体化、网络化和可视化。网络平台一方面设置了软件下载功能，可离线操作；另一方面开发了软件内嵌网络模块，可在线操作；实验主体功能为自主研发的优化软件，网络实验空间基于软件优化结果进行实验拓展。

（2）实验过程具有完全开放性。整个实验过程设计克服了大多数网络实验过程单一、实验结果唯一等问题，学生根据自己的判断，在满足经济合理、技术可行条件下，可以任意设置实验参数，得出不同实验结果；该实验甚至允许对整个数据库模型进行替换（提供了相应操作说明），不仅适合学生进行基本的实验训练，也面向科研工作者进行科学研究。

（3）基于VR操作实现了生产工艺情景再现。仿真实验设计的一个主要目的就是能够尽可能模拟生产实际，该项目开发了VR实验操作，针对不同能力学生分两种类型实验。一是，学生可以根据提供的矿山实际模型（完全仿真矿山），配置设备、规划采区、调整进度等，模拟真实生产，并可以任意行走在虚拟矿山，零距离接触生产现场；二是，对于学习能力和动手能力较强的学生，可以自己建立矿山模型，进行仿真开采。

五、学生评价

《露天矿开采虚拟仿真实验》自上线以来，两年时间，有11万余人次参与仿真实验操作，5000多人对实验发表评论，评分为满分5分。参与实验评价的学生普遍认为该实验操作说明详细、操作方法简单，实验开放性很强，每一步实验都可以按照自己的设想进行实验参数设置，实验结果不唯一，不仅具备三维可视化效果，同时可以进行科研实验，而不是简单的实验训练。矿山VR仿真模拟开采进一步拉近了学生理论学习与现场实践操作的距离。

学生评价

素材提供 | 露天矿开采虚拟仿真实验课程团队

编辑 | 张义卓

美编 | 张义卓

运维 | 汤春仁

责编 | 姚艾君

主审 | 刘维