丁 穎，徐麗慧，沈 勇，潘 虹

（上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620）

顏色科學(xué)是輕化工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要課程，是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的學(xué)科，也是一門(mén)與很多有關(guān)專(zhuān)業(yè)有交叉聯(lián)系的學(xué)科，與“印染”“數(shù)碼成像”“顯示器應(yīng)用”“彩色打印”“交通信號(hào)”“軍事偽裝”和“高分子”等專(zhuān)業(yè)有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系?？捎糜陬伾脑u(píng)價(jià)、比較及顏色的數(shù)字描述等方面[1]。

“計(jì)算機(jī)測(cè)色與配色”在印染行業(yè)的應(yīng)用主要是為了加快顏色的傳輸速度與效率以及對(duì)顏色的評(píng)判。最早的顏色傳輸是通過(guò)實(shí)樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)以及電子分光元件的發(fā)展，特別是在顏色按一定的、標(biāo)準(zhǔn)化的公式進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換后，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)電子郵件進(jìn)行顏色的傳遞與共享。顏色的數(shù)字化是按照一定的方法，將人眼所能看見(jiàn)的各種顏色用數(shù)字形式來(lái)表述，以完成對(duì)顏色的分類(lèi)、命名、比較、測(cè)量以及各種顏色疊加的數(shù)字化計(jì)算，數(shù)字化后的顏色使用更加簡(jiǎn)便、直觀，且對(duì)人眼的辨色無(wú)任何要求[2]。

隨著科學(xué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，特別是檢測(cè)儀器的不斷發(fā)展，顏色的數(shù)字化轉(zhuǎn)換越來(lái)越普遍，顏色數(shù)字化的應(yīng)用也越來(lái)越多。在“計(jì)算機(jī)測(cè)色與配色”課程的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生能夠運(yùn)用測(cè)色配色儀測(cè)量顏色的差異，測(cè)量標(biāo)樣與實(shí)樣之間顏色和亮度的差異，用K/S值對(duì)物體的表觀色深進(jìn)行表征，對(duì)色差進(jìn)行評(píng)判與計(jì)算等。但對(duì)于顏色怎樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字、色差建立在怎樣的基礎(chǔ)之上、K/S值表示的含義是什么以及如何得到等，沒(méi)有全面的理解，或者是只會(huì)操作而對(duì)這些基礎(chǔ)原理完全不了解。針對(duì)上述現(xiàn)象，認(rèn)為有必要對(duì)教學(xué)的內(nèi)容以及教學(xué)的方法進(jìn)行改革，而課程改革也是高校課程建設(shè)的重要組成部分，因此本課題組對(duì)教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)以及理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的安排進(jìn)行了大量的研究與分析，一致認(rèn)為，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀器的操作容易上手，但對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解（如：顏色與數(shù)字轉(zhuǎn)化、色差的定義、K/S值的計(jì)算等）掌握不夠全面，知道怎么做，但不知道為什么這么做。所以在教學(xué)中要把重點(diǎn)放在基礎(chǔ)知識(shí)的全面教學(xué)上，相應(yīng)地把課程名稱(chēng)定為《顏色科學(xué)與技術(shù)》。

本文從教材的選擇、教學(xué)方法的實(shí)施以及實(shí)驗(yàn)的選擇與進(jìn)行，闡述了本課題組的一些思路。

1 顏色科學(xué)教材的選擇

與顏色科學(xué)相關(guān)的課程在全國(guó)部分高校均有開(kāi)設(shè)，理論上講，由于顏色科學(xué)的牽涉面很廣，與顏色科學(xué)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)（包括：染整、電子與數(shù)碼、高分子等等）均應(yīng)開(kāi)設(shè)與之有關(guān)的課程。就染整專(zhuān)業(yè)而言，各校常用的教材有：朱譜新，丁穎等編著的《染織色彩原理及配色》[3]；董振禮等編著的《測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色》[4]；薛朝華編寫(xiě)的《顏色科學(xué)與計(jì)算機(jī)測(cè)色配色實(shí)用技術(shù)》[5]；東華大學(xué)何國(guó)興老師編寫(xiě)的《顏色科學(xué)》[2]。經(jīng)過(guò)對(duì)教材的仔細(xì)研究與討論，一致認(rèn)為上述教材不符合突出基礎(chǔ)理論教學(xué)理念的要求，也不符合我校對(duì)教學(xué)學(xué)時(shí)改革的要求。所以上述教材對(duì)于我校的專(zhuān)業(yè)教學(xué)不是非常適用。

第一，教材《染織色彩原理及配色》介紹了織物和纖維的一些光學(xué)特性（如纖維的折光與反射性能、織物的織法對(duì)外觀光學(xué)性能的影響等），染料和顏料的著色性能，闡述了一些與顏色科學(xué)有關(guān)的內(nèi)容。教材里提到了顏色科學(xué)與色度學(xué)的一些基本知識(shí)，同時(shí)提到了色差、色深和配色的應(yīng)用方法等。但教材中對(duì)于顏色科學(xué)的實(shí)踐用了較多篇幅進(jìn)行講解，而對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)及理論的敘述較少。適合在實(shí)踐中使用，但不符合對(duì)教材的要求。

第二，教材《測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色》主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行顏色的評(píng)價(jià)和配色的能力。教材《顏色科學(xué)與計(jì)算機(jī)測(cè)色配色實(shí)用技術(shù)》雖然對(duì)標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了敘述，但主要側(cè)重于介紹測(cè)色配色儀在紡織印染、皮革染色及涂料和塑料工業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)噴墨印刷、電子制版等技術(shù)作了較為詳盡的介紹。而本課題組的教學(xué)目的是使學(xué)生全面掌握測(cè)色配色理論的基礎(chǔ)知識(shí)，在掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)來(lái)進(jìn)行電腦測(cè)色配色儀的操作與應(yīng)用。這兩本教材對(duì)操作、應(yīng)用介紹較多，而對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)介紹不夠，顯然也不符合本課題組的要求。

第三，《顏色科學(xué)》是一本較為完整的教材，適合用于理科教學(xué)。但《顏色科學(xué)》的篇幅較大，不適合我校的教學(xué)安排。我校的《顏色科學(xué)與技術(shù)》課時(shí)為32節(jié)課，要在32課時(shí)的教育時(shí)間內(nèi)完成《顏色科學(xué)》的教學(xué)任務(wù)是不可能的。

學(xué)生的復(fù)習(xí)工作很大部分是以教材為主進(jìn)行的，所以通過(guò)對(duì)上述教材的分析與討論，決定采用自編教材來(lái)完成教學(xué)任務(wù)。課程的名稱(chēng)定為《顏色科學(xué)與技術(shù)》，以講解基礎(chǔ)理論知識(shí)為重點(diǎn)，同時(shí)對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革。教材的內(nèi)容包括：光和顏色、顏色視覺(jué)、色度學(xué)系統(tǒng)、均勻顏色空間以及色差、顏色評(píng)價(jià)、色序系統(tǒng)、光源色度學(xué)等，同時(shí)將計(jì)算機(jī)測(cè)色、配色及計(jì)算機(jī)的其他應(yīng)用作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別穿插到各個(gè)章節(jié)中，各個(gè)章節(jié)的編寫(xiě)工作側(cè)重在基礎(chǔ)知識(shí)的掌握上。

2 《顏色科學(xué)與技術(shù)》的教學(xué)方法與教學(xué)重點(diǎn)

《顏色科學(xué)與技術(shù)》課程的教學(xué)擬根據(jù)自編的教學(xué)講義進(jìn)行，自編講義的內(nèi)容將側(cè)重于顏色的數(shù)字化描述、各種顏色測(cè)試與比較、表面色深的測(cè)量和顏色評(píng)價(jià)等內(nèi)容的基礎(chǔ)理論知識(shí)。在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)所有內(nèi)容的基礎(chǔ)是顏色的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。并配合理論教學(xué)開(kāi)展與顏色科學(xué)相關(guān)的討論。

鑒于顏色科學(xué)與技術(shù)的課程特點(diǎn)，形象、直觀地重現(xiàn)顏色的復(fù)現(xiàn)、混合以及色度學(xué)系統(tǒng)的建立等顏色特性，使得課堂教學(xué)形象、生動(dòng)，學(xué)生易學(xué)、易理解、易記憶，便于課后復(fù)習(xí)，也為了在規(guī)定課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，在自行編寫(xiě)《顏色科學(xué)與技術(shù)》教學(xué)講義的基礎(chǔ)上，授課全程使用ppt作為教學(xué)手段，通過(guò)ppt的使用能使學(xué)生更形象地接受顏色的特性、特征以及顏色的屬性等基本概念。

另外，對(duì)于各個(gè)章節(jié)的講課要求也不盡相同，有些牽涉到基礎(chǔ)理論知識(shí)的章節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)講解，有些章節(jié)作簡(jiǎn)單的介紹，并結(jié)合課堂外的作業(yè)進(jìn)行教學(xué)。舉例如下：

2.1 “顏色視覺(jué)”與“色度學(xué)系統(tǒng)”章節(jié)是顏色科學(xué)的基礎(chǔ)

在講解顏色的數(shù)字化理論的建立時(shí)，由顏色轉(zhuǎn)盤(pán)與顏色的色光匹配入手，介紹顏色方程和RGB系統(tǒng)的建立，強(qiáng)調(diào)顏色的匹配由色光匹配完成，產(chǎn)生的顏色是視覺(jué)器官內(nèi)混合成的。而顏色轉(zhuǎn)盤(pán)是視覺(jué)器官外顏色的混合，只是比較直觀，更適合用在教學(xué)上。顏色方程只是說(shuō)明顏色匹配成功。并且要求學(xué)生通過(guò)顏色的匹配了解RGB系統(tǒng)是怎樣通過(guò)顏色方程的轉(zhuǎn)化建立的。

關(guān)于RGB系統(tǒng)向XYZ系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化，強(qiáng)調(diào)RGB系統(tǒng)向XYZ轉(zhuǎn)化的目的是要在RGB系統(tǒng)中去掉負(fù)值，即XYZ系統(tǒng)的建立是為了符合人眼觀色的習(xí)慣。原來(lái)的RGB系統(tǒng)圖在許多區(qū)域出現(xiàn)了負(fù)值，人們理解不便，對(duì)顏色的數(shù)字化轉(zhuǎn)化也較難理解。本章節(jié)的重點(diǎn)就是要建立起XYZ系統(tǒng)以去掉這些負(fù)值。XYZ系統(tǒng)的建立是尋找新的三原色，新的三原色是存在的，但人眼是無(wú)法看到的，所以不是物理色。新的顏色三角形頂點(diǎn)分別是X、Y、Z，由三角形的三條邊相交得到，所以首先要建立三條邊的方程，要求學(xué)生運(yùn)用以前學(xué)的解析幾何的知識(shí)，結(jié)合課題的講解內(nèi)容建立三角形三條邊的方程，再解聯(lián)立方程，得到X、Y、Z的坐標(biāo)。然后通過(guò)矩陣方程，求得變化后的新三角形頂點(diǎn)。對(duì)于矩陣轉(zhuǎn)換。留給學(xué)生作為課后作業(yè)來(lái)完成，原因一是學(xué)生對(duì)于矩陣的換算方法應(yīng)該在數(shù)學(xué)課上已經(jīng)教授了，二是在有限的課堂教時(shí)里無(wú)法完成這一教學(xué)任務(wù)。

學(xué)會(huì)使用XYZ系統(tǒng)，首先要求學(xué)生能夠看懂XYZ系統(tǒng)色度圖，對(duì)于新的色度圖包含的意義要掌握，在課堂上指導(dǎo)學(xué)生怎樣解讀新色度圖的含義。對(duì)XYZ色度圖的解讀也是本章的重點(diǎn)之一。

2.2 “均勻顏色空間以及色差”章節(jié)是染整專(zhuān)業(yè)的學(xué)生用測(cè)色配色儀測(cè)量顏色差異的主要理論依據(jù)

XYZ系統(tǒng)在空間上是不均勻的，而色差的計(jì)算一定要在均勻顏色空間上進(jìn)行。均勻顏色空間的建立是為了更科學(xué)地計(jì)算樣品與標(biāo)樣之間的顏色差異（色差）。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE：Commission Internation de l'Eclairage）所推薦的均勻顏色空間與相應(yīng)的色差計(jì)算公式有很多，不可能在課堂上一一敘述?？紤]將色差公式的來(lái)源以及常用的色差公式進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹，由于所面對(duì)的學(xué)生是染整專(zhuān)業(yè)的，所以重點(diǎn)介紹UCS圖與FMC-Ⅱ色差公式。介紹UCS圖的目的是引入均勻顏色空間以及引入的方法，講解FMC-Ⅱ色差公式是因?yàn)檫@是一個(gè)在紡織印染行業(yè)應(yīng)用較廣泛的色差計(jì)算公式，這個(gè)色差公式的結(jié)果與人的視覺(jué)觀察結(jié)果有很好的相關(guān)性。其他的色差公式作為課后閱讀材料，由學(xué)生在課堂外完成。

2.3 K/S值是由kubelka-munk理論得出的，現(xiàn)大多由計(jì)算機(jī)來(lái)完成

在函數(shù)的推導(dǎo)過(guò)程中進(jìn)行了一系列的簡(jiǎn)化與假設(shè)，考慮了織物表面染料對(duì)光的吸收與反射效果，綜合表示了織物的染色效果。其中，K表示染料的吸收系數(shù)，S表示染料的散射系數(shù)。由于在求解kubelka-munk函數(shù)的過(guò)程中，牽涉到解微分方程等解題方法，顧對(duì)學(xué)生不作微分方程求解的要求，重點(diǎn)是要求學(xué)生學(xué)會(huì)如何使用與測(cè)量K/S值。

3 《顏色科學(xué)與技術(shù)》的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是理論的深化與應(yīng)用，是培養(yǎng)學(xué)生提高分析問(wèn)題能力與加強(qiáng)解決問(wèn)題能力的教學(xué)環(huán)節(jié)[6]?！额伾茖W(xué)與技術(shù)》是一門(mén)同時(shí)具有理論性與實(shí)踐性的課程，在教學(xué)中不能忽視實(shí)踐。但由于教學(xué)改革的需要，《顏色科學(xué)與技術(shù)》的教學(xué)時(shí)數(shù)被削減到32學(xué)時(shí)，因此在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)是一件不可能完成的任務(wù)。我們把實(shí)踐教學(xué)安排在理論教學(xué)課時(shí)之外進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合理論教學(xué)進(jìn)行。在得到了實(shí)驗(yàn)室有關(guān)實(shí)驗(yàn)老師及工作人員的支持下，用理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)。一共進(jìn)行測(cè)色與配色（顏色的三刺激值的測(cè)量）、顏色的比較（試樣與標(biāo)樣的顏色差）、顏色的評(píng)價(jià)方法（用K/S值對(duì)標(biāo)樣與試樣進(jìn)行比較）等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容均是理論教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)教學(xué)教改的目的，經(jīng)研究和討論，將與顏色有關(guān)的課程名稱(chēng)定為《顏色科學(xué)與技術(shù)》，采用自編教材進(jìn)行理論教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)課程的部分內(nèi)容的基礎(chǔ)理論的講解。整個(gè)教學(xué)的過(guò)程采用ppt教學(xué)的方法進(jìn)行，以期更好地展現(xiàn)顏色的特性、特征以及顏色的屬性等，使教學(xué)形象、生動(dòng)，也便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排在課堂外進(jìn)行，將理論教學(xué)的重點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的理解。適當(dāng)布置一些課堂外的作業(yè)并開(kāi)展課外討論。