多媒体虚拟实验在《测色与计算机配色》教学中的应用

2012-08-11汪南方翦育林

湖南工程学院学报（自然科学版） 2012年4期

汪南方，潘璞，翦育林

（湖南工程学院化学化工学院，湘潭411104）

随着社会经济的快速发展，社会对应用型人才的需求数量和质量越来越高，用人单位日益强调人才的创新和工程实践能力.为了满足新的需求，高等本科院校必须更新教育理念和模式，从注重专业对口教育转向基本素质教育转变，从注重知识传授转向创新能力培养，工程实践能力的训练是实现这些转变的有效途径之一［1］.我国轻化工程专业涉及制浆造纸、精细化工、纺织染整、皮革等国民经济中地位重要的基础工业和原材料工业领域.染整工业是原中国纺织总会拟定的纺织行业十年发展规划中的重点.我校轻化工程专业是湖南省重点专业和特色专业，也是教育部第二批实施“卓越工程师教育培养计划”的试点专业，主要培养具有扎实的自然科学基础、人文社会科学基础和印染科学与工程专业基础，具备较强的工程意识、工程实践能力、创新素质、社会交往能力、生产组织管理能力、可持续发展的轻化工程专业的高级应用型人才.

1 虚拟实验的必要性

《测色与计算机配色》作为我校轻化工程的专业主干课，是一门有关光与色、颜色的表征与计算机配色的课程.通过本课程的教学，使学生熟悉和掌握纺织品颜色的测量与仿色打样中的计算机配色的基础知识，了解颜色测量在纺织印染行业中的应用.为在以后从事颜色质量控制、染色印花对版、仿色打样等工作打下必要的理论和实践基础.为了强化理论授课的效果，增加了实验授课部分.但是，对于光的混合、颜色光的匹配实验，孟塞尔表色等重要实验无法在现行的实验室中开设，势必给课程教学效果和学生对课程知识点的理解和运用造成较大的影响.为了弥补目前教学上的不足，降低实验教学的成本，增强教师与学生的互动性，提高学生的测色与配色知识的运用能力，开发测色与计算机配色课程的虚拟实验并应用于教学，对提高学生学习兴趣和主动性，和培养应用型人才的创新能力非常必要.

2 多媒体虚拟实验

2.1 多媒体虚拟实验的性质

实验教学不仅能帮助学生形成正确的概念，加深对规律的理解，而且与课堂理论教学相比，实验课程在培养和提高学生动手实践能力、观察能力、理论联系实际能力等方面有着不可替代的作用，是学生的研究能力、开拓能力、创新意识等综合素质的培养的途径.因此，实验教学在学科教学中具有不可替代的作用.

虚拟实验是采用计算机技术构建虚拟实验环境、虚拟仪器和设备的方法，提供一种仿真的实验“情境”，实验者可以通过计算机外部输人进行实时操作、观测实验过程，直至得到实验结果［2］.

与传统的真实实验相比，虚拟实验具有如下特点［3］：

（1）虚拟性.这是与真实实验相区别的一个本质特征，它使虚拟实验具备了一些优势，改善了实验条件，节约了资金，使某些难以在真实实验中实现的实验得以实现.

（2）实践性.虚拟实验在人们获取对事物的新认识、完善已有知识结构，以及在实践中消除不确定因素、提高实践能力方面具有重要作用.

（3）灵活性.实验过程中学习者可以方便地改变实验条件来观察实验现象的变化，可以对多组数据进行对比、分析和研究.

（4）多样性.有助于学习者发挥自身的能动性，借助实验更好地理解已学知识，为探索未知领域做准备.

（5）开放性.不仅要求虚拟实验系统在时间上、空间上开放，更重要的是在实验内容和组织形式上的开放，从而满足学习者的需求.

2.2 开发的多媒体虚拟实验模块

计算机技术的迅速发展为开发虚拟实验提供了有力的技术支持，我们在比较目前几种常用技术的基础上，选择了Flash软件并结合Dreamweaver来开发多媒体虚拟实验.采用Flash ActionScript编写的多媒体虚拟实验模块如表1所示.

下面以表1中的“颜色的混合”实验模块为例，简要介绍它的开发过程.打开Macromdia Flash MX 2004，新建一个Flash文档.由于图1中的实验具有交互性，左边的三个颜色调节滑块是输入控制，右边是颜色混合效果显示.可以设计成不同的元件来完成.对于加法和减法颜色混合的二个效果动画可以分成七个颜色影片剪辑，在场景中用ActionScript定义颜色影片剪辑的颜色显示函数；对于颜色调节器可以分为标尺和滑块二个元件，并分别为它们写上ActionScript，定义相应的动作，调用颜色显示函数；然后保存，调试和发布影片，这样，我们便完成了“颜色的混合”实验模块的制作了.

表1 测色与计算机配色课程多媒体虚拟实验情况

图1 颜色的混合实验模块的界面

3 多媒体虚拟实验在理论教学中的应用

（1）有利于学生对于基本概念的理解和掌握

《测色与计算机配色》的教学内容中涉及到较多的原理和概念（比如，颜色的成因，颜色的混合，三刺激值等），它们抽象性强，学生理解和掌握较困难.尽管有经验的教师在讲授这些原理和概念时，采用举例法和图片演示法教学，也很难使学生在短时间内较好地掌握.如果将这些原理和概念性东西以多媒体虚拟实验的方式表现出来，学生可以通过这些虚拟实验进行直观地感受，获取感性认识，然后教师对这些实验结合原理和概念进行侧面的引导，学生便较快地将这种感性认识上升到理性认识的阶段，以达到较好地掌握这些颜色科学中一些抽象性的原理和概念.比如，给学生演示光的色散的实验模块（如图1所示），学生可以很直观地感受到一束白光经过三棱镜后发生了色散，在白屏上产生红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的连续颜色谱带.教师在演示完后，可以向学生提问，什么是复色光，什么是单色光，它们之间有什么关系，提问完后，可以对学生的回答作一个全面而深入的概念性的总结.通过这种方式，学生很快便将复色光和单色光的概念弄清便掌握.

图2 光的色散的实验

（2）提高课堂教学的互动性

在虚拟实验中，交互性是用户体验临场感的重要环节［4］.学生通过对表1中相关虚拟实验的交互性的操作，可以直观地体验实验操作、实验现象和结果之间的关系.通过这种方式，学生和教师分别抛开了枯燥的色光理论学习和讲授，从而双方一起沉浸在实验所带来看乐趣中.比如，对于颜色的混合的实验模块（见图1），学生可以调节三原色中的红、绿、蓝的滑块或者在它们的文本框中输入相应的RGB值，可以直接观察到加法混色和减法混色的结果.此外，老师还可以要求学生利用三原色的调节配出指定的颜色.这种在做中学，学中做的互动性学习，可以较好地掌握颜色的混合的格拉斯曼（H.Grassmann）颜色混合定律和色料的减法混合规律.

（3）有利于学生巩固已学的专业知识

《测色与计算机配色》课程的开设安排在纤维化学与物理、染料化学、练漂工艺原理和染色工艺原理等专业课程之后，其原因是此课程是一门交叉性很强的课程，课程中的颜色科学理论涉及到物理学、生理学、生理心理学、化学、纤维化学与物理、染整工艺原理等知识.虚拟实验可以利用强大的计算机技术，将这些相关的知识点进行整合，学生在实验中可以对已学的专业知识进行回顾，起到巩固和加深理解的作用.如，物体的颜色的成因的虚拟实验（如图3所示），学生通过点击实验中的“吸收特性”、“有色物浓度”、“有色物状态”、“比表面积”按钮，一方面弄清了影响物体颜色的客观因素，另一方面可以加深染料化学和纤维化学物理中的相关知识，达到触类旁通的目的.

图3 物体的颜色的成因

（4）可以上传到网络课程中，增强学生课外自学的能力

表1中所有的虚拟实验模块均用Flash开发而成，模块的元素均采用矢量图，文件占用的空间小，对服务器的磁盘容量压力小，在IE中播放的速度快，成为网络课程首选的教学元件，将它们上传到相关的网络课程中，学生可以在远程上网进入课程进行在线实验和学习，增强了学生课外自主学习的能力，提高学生的学习积极性，增强学习效果.

4 多媒体虚拟实验在实验教学中的应用

（1）可以为真实的实验做准备［5］

本课程的教学内容分理论授课和实验授课，实验授课主要培养学生运用测色和配色理论对染色制品测色与配色的能力.为了增强学生对测色仪器的结构和工作原理的理解和运用，首先让学生做虚拟实验，如，表1中分光光度仪测量物体的反射率实验模块.在这个实验模块中，学生可以很直观地了解测试仪器主要部件（光源、积分球、单色器、检测器），光路设计，反射率测试原理，仪器的操作步骤，这为学生上机操作真实的测色仪器的实验打下了基础，提高了学生操作仪器和测量织物颜色的正确率.

（2）可以替代目前开设不了的部分真实实验

目前，我专业实验室由于建设经费和设备水平有限，测色配色中部分实验不能开设.虚拟实验是基于计算机技术的现实虚拟，投资费用小，效率高，值得开发和应用.比如，表1中光的色散和物体色的孟塞尔标号二个实验模块，由于实验室没有光学测试室和孟塞尔图册，真实实验无法开设，但是利用表1中的虚拟实验，学生可以学习光的色散实验和物体色的孟塞尔标号方面的实验知识和技能.