譚冬宜，何 斌，凌群民，周 琪

(湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，湖南 湘潭 411104)

一、 紡織工程專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

紡織服裝產(chǎn)業(yè)鏈較長，紡織工程專業(yè)教學(xué)過程中主要涉及紗線、織物產(chǎn)品，這些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣、參數(shù)多，但產(chǎn)品規(guī)格較小。紡織加工設(shè)備一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運轉(zhuǎn)速度快、噪聲大。這些給實驗教學(xué)帶來了困難。在一些課程的教學(xué)過程中，需要繪制或展示大量的圖形圖片，這些圖形是機織物或針織物結(jié)構(gòu)教學(xué)中的基礎(chǔ)，也是長期困擾教師的教學(xué)難題。目前國內(nèi)一些高校自主研發(fā)了可當(dāng)堂繪圖的軟件用于繪制織物組織圖[1-4]，但這些軟件一般作為各自的校內(nèi)資源，校外無法使用。筆者在前期也探究了一種利用計算機自帶的Paint或Excel軟件進行繪圖的方法[5-6]，這些繪圖方法相對于傳統(tǒng)的黑板繪圖可大幅提高課堂教學(xué)效率。相對于專用軟件，這些軟件在一般的多媒體教室設(shè)備中都有，且界面簡潔，文件容量小，為教師當(dāng)堂繪圖提供了便捷，同時也方便學(xué)生課后進行電子繪圖。

二、 “三模塊”虛擬仿真教學(xué)體系

經(jīng)過前期探索，針對我校(湖南工程學(xué)院)紡織工程專業(yè)教學(xué)過程中存在的問題，構(gòu)建了“三模塊”虛擬仿真教學(xué)體系，即產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化、工藝過程動態(tài)化、產(chǎn)品分析立體化三個模塊，共包括12種虛擬仿真教學(xué)方法，見圖1。

圖1 “三模塊”虛擬仿真教學(xué)體系

1. 產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化

紡織工程專業(yè)涉及的產(chǎn)品主要有機織物、針織物，教師在產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)中需要提前或當(dāng)堂繪制產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖。經(jīng)過前期研究，構(gòu)建了產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化模式，教師在備課過程中既可以運用Paint、Excel軟件，也可以借助專用的紡織CAD軟件進行織物設(shè)計及仿真。如圖2所示為我校進行機織產(chǎn)品設(shè)計及仿真模擬的各種方式，圖3為針織產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計過程。

(a) Paint設(shè)計上機圖

(b) Excel設(shè)計上機圖

(c) 織物CAD設(shè)計上機圖

(d) “千鳥格”織物模擬

(e) “機器人”雙層織物模擬

(a) Excel繪圖

(a) Excel繪圖 (b) 羊毛衫設(shè)計

2. 工藝過程動態(tài)化

在紡織工藝實驗教學(xué)過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生進行認知實習(xí)或通過圖片展示加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)，但是對于工藝過程很難進行動態(tài)展示，教學(xué)效果欠佳，因此迫切需要通過Flash、 3D Max、 Maxwell等軟件對產(chǎn)品、工藝過程進行仿真模擬、動態(tài)演示。我校已開展的部分工藝過程虛擬仿真實驗如表1所示。

表1 紡織工藝過程動態(tài)化實驗項目(部分)

此外，我們還采用Maxwell軟件對溶液靜電紡絲的靜電場進行模擬，如圖4所示。

圖4 采用Maxwell軟件模擬靜電場

3. 產(chǎn)品分析立體化

圖5 織物分析鏡放大后的經(jīng)編織物

圖6 粗紡織物的立體展示

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師采用分批實驗開展面料實物分析，由于面料中紗線細、織物密度大，師生看到的不是同一塊樣品，很難保證學(xué)生與教師注意力的一致性，教學(xué)效率不高。在虛擬仿真教學(xué)過程中，教師可通過織物分析鏡等儀器將小尺寸的紗線、面料產(chǎn)品與計算機連接，再通過多媒體設(shè)備將產(chǎn)品放大。圖5為放大后的經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了產(chǎn)品分析實驗的多媒體教學(xué)。在產(chǎn)品設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計或科技創(chuàng)新項目實施過程中，可以利用平面模特將設(shè)計的產(chǎn)品進行立體展示，如圖6所示，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)立體化，幫助學(xué)生清晰認識產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，直觀地感受產(chǎn)品的立體效果。

三、 結(jié)語

針對紡織工程專業(yè)課程教學(xué)中繪圖難、實驗教學(xué)演示難兩大問題，我們在前期研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了“三模塊”虛擬仿真教學(xué)體系。通過Paint、Excel、專用紡織CAD軟件進行產(chǎn)品設(shè)計與仿真模擬，使產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化；利用Flash、3D Max、Maxwell等軟件進行仿真模擬或演示，使工藝過程動態(tài)化；利用織物分析鏡與多媒體設(shè)備聯(lián)合將小規(guī)格的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)放大，實現(xiàn)產(chǎn)品分析立體化。在后續(xù)研究中，可利用錄屏軟件錄制與課程教學(xué)同步的小視頻，既可輔助學(xué)生課后溫習(xí)，也可進行線上教學(xué)，使虛擬仿真教學(xué)體系更加完善。