基于高原特色矿产的矿床学虚拟仿真实验系统设计与应用_夏楚林.pdf
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1、 实 验 技 术 与 管 理 第 40 卷 第 10 期 2023 年 10 月 Experimental Technology and Management Vol.40 No.10 Oct.2023 收稿日期:2023-05-03 基金项目:中国高等教育学会 2022 年度高等教育科学研究规划课题(22SZH0410)作者简介:夏楚林(1977),男,青海西宁,博士,副教授,主要从事固体矿产成矿规律研究及矿床学理论与虚拟仿真实验教学,xiachulin 。引文格式:夏楚林.基于高原特色矿产的矿床学虚拟仿真实验系统设计与应用J.实验技术与管理,2023,40(10):106-110.Cite
2、 this article:XIA C L.Design and application of virtual simulation experiment system of mineral deposits based on plateau characteristic mineralsJ.Experimental Technology and Management,2023,40(10):106-110.(in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/T DOI:10.16791/ki.sjg.2023.10.016 基于高原特色矿产的矿床学虚拟仿真 实验系统设计
3、与应用 夏楚林(青海大学 地质工程系 资源勘查工程省级重点实验室,青海 西宁 810016)摘 要:该文以资源勘查工程一流本科专业建设目标为导向,进行了矿床学虚拟仿真实验系统设计与应用。该系统借助绘图建模、动画模拟、人机交互等技术手段,以三维动画和语音播报等方式,形象、生动、有趣地展示典型矿床虚拟仿真的矿区地貌、野外勘探、矿化蚀变、矿石组成等特征。学生通过身临其境的自主探究模式进行实验操作,在潜移默化中掌握矿床野外调查方法和地质特征,并分析讨论其矿床成因。该系统的特点是依托青藏高原特色优势矿产资源,在不受时间、空间限制的条件下,实现了对高海拔无人区典型矿床的“零障碍”探究分析。关键词:青藏高原
4、;矿床学;虚拟仿真实验;自主探究;一流本科专业建设 中图分类号:P617.9 文献标识码:A 文章编号:1002-4956(2023)10-0106-05 Design and application of virtual simulation experiment system of mineral deposits based on plateau characteristic minerals XIA Chulin(Provincial Key Laboratory of Resource Exploration Engineering,Department of Geological
5、Engineering,Qinghai University,Xining 810016,China)Abstract:This paper is oriented to the goal of constructing first-class undergraduate specialties in resource exploration engineering,and carries out the design and application of virtual simulation experimental system of mineralogy.Assisted by draw
6、ing modeling,animation simulation,human-computer interaction and other technical means,the system demonstrates the features of mine geomorphology,field exploration,mineralization and alteration,ore composition and other characteristics of the virtual simulation of typical deposits in an imaginative.
7、Students can carry out experimental operations through immersive independent investigation mode to master the field investigation methods and geological features of mineral deposits in a subtle way.They can also analyze and discuss the causes of mineral deposits.The system is characterized by relyin
8、g on the characteristic advantageous mineral resources of the Qinghai-Tibet Plateau,and has achieved the goal of“zero-obstacle”exploration and analysis of typical mineral deposits in the uninhabited area of high altitude without the restriction of time and space.Key words:Qinghai-Tibet Plateau;miner
9、al deposits;virtual simulation experiment;independent inquiry;first-class undergraduate specialty construction 1 传统矿床学实验教学存在的问题 本专业是教育部认定的国家级特色专业1,2020年入选了第二批国家级“一流本科专业点”,该专业的培养目标是:培养知识、能力、素质各方面综合发展,系统掌握资源勘查工程基本理论、基本方法和基本技能,具有创新精神、实践能力和一定矿产资源勘查、评价和管理能力的专业技术人才2-3。通过多年的矿床 夏楚林:基于高原特色矿产的矿床学虚拟仿真实验系统设计与应用
10、 107 学教学实践和教学研究,发现目前一些核心课程的教学现状不能满足高等教育发展和人才培养要求。所存在的问题主要体现在以下方面:(1)在理论教学方面,经典的成矿理论研究成果丰硕,新的成矿模式不断推陈出新,教学信息量巨大,需要安排较多的理论教学课时,与实践性教学产生矛盾。(2)在实践教学方面,传统的实验教学受限于实验室环境,难以将矿床手标本观察与显微镜镜下岩矿鉴定同步进行,难以对典型矿床立体空间环境进行全面把握。(3)在课堂教学方面,受矿产勘查开发行业结构性调整等外部因素影响,很多资源勘查工程专业学生逐渐失去主动学好深钻专业课程的动力,很难真正融入课堂教学。针对以上问题,我们在传统的实践教学中
11、运用虚拟仿真实验技术,通过绘图建模、动画模拟、人机交互、计算机网络等手段,以二维和三维相结合的方式,形象、生动、有趣地展示教学实验中涉及到的实验前准备、实验过程、实验结果等内容,增强体验感和交互性,能够使学生身临其境地以互动方式进行细节操作,且不受时间和空间限制地反复进行实验和学习,从而更好地掌握矿床学课程的重要原理和实验方法。2 矿床学课程虚拟仿真实验系统的设计目的 针对传统矿床学课程实验、实习教学面临的问题,本文探索构建了一套包括矿床学野外调查、样品采集、典型标本判读和识别等模块的虚拟仿真实验系统。该系统能够在计算机环境下对矿区地貌、野外勘探、矿化蚀变、矿石组成等矿床特征进行野外模拟,总结
12、探讨矿床成因,是对课堂理论知识讲授和实验的强有力补充,能够大大提升实践教学效果。建设该实验系统的目标如下。(1)将不同成因类型的典型矿床野外地质调查和样品采集在实验室中实现,利用虚拟现实技术及与虚拟仿真相结合的方式,在实验平台实现矿床学野外观察研究的全过程训练,使学生身临其境地感受并掌握野外地质工作的方法和过程。(2)利用计算机虚拟仿真技术,通过绘图建模、动画模拟等手段,将矿床学课程的理论知识、重要概念、野外地质概况可视(听)化、形象化、立体化,使抽象的围岩蚀变、脉状矿化、探槽编录等专业知识点具象化。(3)青藏高原的地理位置和成矿条件独特,实地开展野外矿床调查因周期长、耗费高且颇具危险性而难以
13、实现,现有专业实验室又难以观察典型矿床全貌。通过虚拟仿真实验平台的应用,可将专业实验室“搬上”网络,学生可利用教师分发的账号进行移动端登录,在不受时间和空间限制的条件下开展虚拟仿真实验,在沉浸式、交互式的学习体验中增强参与感和探究性。(4)利用实验平台的交互性设计,可将实验前准备、实验过程调控、实验结果上传、报告提交等全流程实时存档传送,为课程教学效果的反馈评价提供依据。3 虚拟仿真实验系统开发平台与流程 为满足矿床学课程野外实习实践环节虚拟化沉浸式体验需求以及本校学生或校外用户在线使用虚拟仿真实验平台需求,本系统采用虚拟仿真技术开发,可在网上开展虚拟实验,在虚拟仿真管理平台支撑下,通过浏览器
14、(基于 B/S 架构)使用的实验资源,模拟真实实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验对象与实验环境4-6。矿床学课程虚拟仿真系统模块开发设计和实验流程设计如图 1、图 2 所示。图 1 矿床学虚拟仿真实验系统模块开发设计 108 实 验 技 术 与 管 理 图 2 矿床学虚拟仿真实验系统实验流程设计 4 虚拟仿真实验系统教学设计内容及框架 矿床学课程的实习区域往往海拔较高、自然环境恶劣、地理位置偏僻,如果在本科阶段广泛开展野外实习,从安全和成本角度看不切实际7。为此,在学习和借鉴地质类相关专业开展虚拟仿真实验的基础上8-10,设计开发了一套基于青藏高原特色矿产的矿床学课程虚拟仿真实验
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