龍嘯云，曹海建，孫啟龍，葉 偉，馬 巖

（南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226019）

在我國，紡織產(chǎn)業(yè)是四大傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)之一，對于國民經(jīng)濟(jì)有著舉足輕重的作用[1]。近年來，隨著科技的迅猛發(fā)展，紡織新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，國內(nèi)紡織行業(yè)面臨著巨大的變革和挑戰(zhàn)。特別是高性能纖維、產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)[2]的快速發(fā)展，紡織產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國新興領(lǐng)域中不可或缺的一部分。在此背景下，高等院校作為紡織行業(yè)人才培養(yǎng)和輸送的基地，肩負(fù)著為行業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)紡織科技發(fā)展人才隊(duì)伍的任務(wù)和使命。然而，紡織工程專業(yè)課程多、課時緊、教學(xué)任務(wù)重，老師為了完成教學(xué)任務(wù)往往只能蜻蜓點(diǎn)水式地講授書本上的知識，在這樣的情況下，很多教學(xué)內(nèi)容講不透、講不深，學(xué)生也是聽得云里霧里、一知半解。“機(jī)織學(xué)”[3]作為紡織工程中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的任務(wù)是讓學(xué)生具有全流程的機(jī)織工藝?yán)碚撝R和一定的操作實(shí)踐能力，使學(xué)生在走上工作崗位后能夠勝任車間管理、產(chǎn)品開發(fā)等工作。但是，“機(jī)織學(xué)”涉及的工藝流程長、機(jī)械原理復(fù)雜、知識點(diǎn)繁多，老師想要在有限的課時內(nèi)講明白不容易，學(xué)生想學(xué)明白也不容易，特別是“機(jī)織學(xué)”的相關(guān)設(shè)備原理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作困難。同時，由于教學(xué)場地和課時的限制，學(xué)生經(jīng)過僅有的幾節(jié)實(shí)踐課很難較為熟練地掌握其中的知識點(diǎn)，這不利于高質(zhì)量地教學(xué)。針對這一問題，本研究提出采用構(gòu)建“機(jī)織學(xué)”虛擬實(shí)驗(yàn)室來彌補(bǔ)傳統(tǒng)紡織教學(xué)中的不足，為提高“機(jī)織學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量提供了一種新的方案。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室[4]以現(xiàn)代教育思想為依據(jù)，以現(xiàn)代教育技術(shù)手段為支撐，以計算機(jī)實(shí)時仿真為核心，在教學(xué)實(shí)踐中表現(xiàn)出以下幾個特點(diǎn)[5-7]。

1.1 開放性

區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建于網(wǎng)絡(luò)，不受場地限制，具有顯著的開放性。學(xué)生可以不受地域限制，只要具備基本的網(wǎng)絡(luò)操作技能即可在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源還可以分享在公共服務(wù)平臺上，讓更多學(xué)校的學(xué)生共同學(xué)習(xí)，也可以促進(jìn)同行院校老師之間的交流。

1.2 可重復(fù)性

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，課時有限、學(xué)生多，老師在講課的過程中為了完成預(yù)期的教學(xué)任務(wù)很難面面俱到，這就導(dǎo)致有的學(xué)生沒聽明白，對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法理解不夠深入。而虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以在很大程度上解決這一問題，學(xué)生學(xué)習(xí)不受時間限制，可以根據(jù)自己的需要重復(fù)觀看和學(xué)習(xí)，對于難度大的地方反復(fù)學(xué)習(xí)。以增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

1.3 自主性

在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，完全依靠學(xué)生自主學(xué)習(xí)，老師只能通過考核、現(xiàn)場操作等方法來評判學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，這就需要學(xué)生具有較好的自主學(xué)習(xí)能力和主觀能動性，配合教學(xué)的完成，否則很可能適得其反。

2 “機(jī)織學(xué)”虛擬實(shí)驗(yàn)構(gòu)建技術(shù)路線

首先，采用建模軟件UG構(gòu)建機(jī)織工序中的主要設(shè)備，如自動絡(luò)筒機(jī)、整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、織機(jī)等的虛擬模型。其次，實(shí)現(xiàn)動態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建。基于前期建立的模型，輸入虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML和Javascript，建立動態(tài)的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR），促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)平臺關(guān)聯(lián)和互動的實(shí)現(xiàn)。再次，對建立的虛擬模型進(jìn)行整合，設(shè)計與優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)體系。最后，完成網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計及試運(yùn)行。采用集成技術(shù)，建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，并對平臺進(jìn)行試運(yùn)行。針對試運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，對前期工作進(jìn)行反饋，進(jìn)而對網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行優(yōu)化，技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

3 支撐理論

3.1 “經(jīng)驗(yàn)之塔”理論

戴爾將人的經(jīng)驗(yàn)分成了3大類：直接的經(jīng)驗(yàn)（做的經(jīng)驗(yàn)）、間接的經(jīng)驗(yàn)（觀察的經(jīng)驗(yàn)）和抽象的經(jīng)驗(yàn)（符號的經(jīng)驗(yàn)）。其中，直接的經(jīng)驗(yàn)位于經(jīng)驗(yàn)之塔的底層，表示直接的經(jīng)驗(yàn)是上面兩大類經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)，人的學(xué)習(xí)過程總是從最底層做的經(jīng)驗(yàn)開始，然后不斷上升到最頂層抽象的經(jīng)驗(yàn)?！敖?jīng)驗(yàn)之塔”理論為虛擬機(jī)織實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)提供了理論指導(dǎo)，學(xué)生操作機(jī)織設(shè)備的過程是學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn)的過程，從直接經(jīng)驗(yàn)入手來學(xué)習(xí)機(jī)織設(shè)備的操作，這樣的學(xué)習(xí)更容易被學(xué)生掌握[8]。

3.2 混合學(xué)習(xí)論

混合式學(xué)習(xí)就是要把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來，也就是說，既要發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。將虛擬機(jī)織實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，將先進(jìn)的資源與機(jī)織課程相結(jié)合，本身就是一種混合，即混合學(xué)習(xí)[9]。

4 教學(xué)實(shí)例

以“機(jī)織學(xué)”中的縷紗測長實(shí)驗(yàn)為例，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)和常規(guī)教學(xué)對比?？|紗測長是“機(jī)織學(xué)”中的必修環(huán)節(jié)，要求學(xué)生了解縷紗測長儀的工作原理和操作方法，并且能夠熟練操作設(shè)備。本實(shí)驗(yàn)所使用的縷紗測長虛擬實(shí)驗(yàn)由UG軟件重建單紗強(qiáng)力測試設(shè)備和測試場景，采用Adobe Flash再現(xiàn)了測試操作過程。本研究隨機(jī)選取紡織工程專業(yè)2017級學(xué)生40人，分為2組，一組為常規(guī)教學(xué)組，另一組為虛擬實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)組。教學(xué)過程及教學(xué)效果如表1所示。

表1 常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)過程及教學(xué)效果

從表1中可以看出，相較于常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率更高，教學(xué)質(zhì)量更好，通過虛擬實(shí)驗(yàn)室的自主學(xué)習(xí)，完成一組實(shí)驗(yàn)所需的時間明顯縮短。同時，虛擬輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)法可節(jié)約場地，解決了高校教學(xué)場地不足的難題。

5 結(jié)語

將虛擬實(shí)驗(yàn)手段應(yīng)用于“機(jī)織學(xué)”教學(xué)，是一種可以解決現(xiàn)階段高校教學(xué)場地不足、經(jīng)費(fèi)困難以及課時有限等問題的有效手段，值得推廣和應(yīng)用。但是作為一種輔助教學(xué)方法，虛擬實(shí)驗(yàn)手段也存在自身的不足，比如模擬失真、需要學(xué)生有較強(qiáng)的自學(xué)能力等，因此，在實(shí)際教學(xué)當(dāng)中，還是需要將現(xiàn)場教學(xué)和虛擬教學(xué)相結(jié)合，以達(dá)到最好的教學(xué)效果。