纺织工程专业“三模块”虚拟仿真教学模式的探索与实践

谭冬宜，何 斌，凌群民，周 琪

(湖南工程学院 纺织服装学院，湖南 湘潭 411104)

一、 纺织工程专业教学现状

纺织服装产业链较长，纺织工程专业教学过程中主要涉及纱线、织物产品，这些产品结构多样、参数多，但产品规格较小。纺织加工设备一般结构复杂、运转速度快、噪声大。这些给实验教学带来了困难。在一些课程的教学过程中，需要绘制或展示大量的图形图片，这些图形是机织物或针织物结构教学中的基础，也是长期困扰教师的教学难题。目前国内一些高校自主研发了可当堂绘图的软件用于绘制织物组织图[1-4]，但这些软件一般作为各自的校内资源，校外无法使用。笔者在前期也探究了一种利用计算机自带的Paint或Excel软件进行绘图的方法[5-6]，这些绘图方法相对于传统的黑板绘图可大幅提高课堂教学效率。相对于专用软件，这些软件在一般的多媒体教室设备中都有，且界面简洁，文件容量小，为教师当堂绘图提供了便捷，同时也方便学生课后进行电子绘图。

二、 “三模块”虚拟仿真教学体系

经过前期探索，针对我校(湖南工程学院)纺织工程专业教学过程中存在的问题，构建了“三模块”虚拟仿真教学体系，即产品设计数字化、工艺过程动态化、产品分析立体化三个模块，共包括12种虚拟仿真教学方法，见图1。

图1 “三模块”虚拟仿真教学体系

1. 产品设计数字化

纺织工程专业涉及的产品主要有机织物、针织物，教师在产品设计教学中需要提前或当堂绘制产品的结构图。经过前期研究，构建了产品设计数字化模式，教师在备课过程中既可以运用Paint、Excel软件，也可以借助专用的纺织CAD软件进行织物设计及仿真。如图2所示为我校进行机织产品设计及仿真模拟的各种方式，图3为针织产品数字化设计过程。

(a) Paint设计上机图

(b) Excel设计上机图

(c) 织物CAD设计上机图

(d) “千鸟格”织物模拟

(e) “机器人”双层织物模拟

(a) Excel绘图

(a) Excel绘图 (b) 羊毛衫设计

2. 工艺过程动态化

在纺织工艺实验教学过程中，教师带领学生进行认知实习或通过图片展示加工设备的结构，但是对于工艺过程很难进行动态展示，教学效果欠佳，因此迫切需要通过Flash、 3D Max、 Maxwell等软件对产品、工艺过程进行仿真模拟、动态演示。我校已开展的部分工艺过程虚拟仿真实验如表1所示。

表1 纺织工艺过程动态化实验项目(部分)

此外，我们还采用Maxwell软件对溶液静电纺丝的静电场进行模拟，如图4所示。

图4 采用Maxwell软件模拟静电场

3. 产品分析立体化

图5 织物分析镜放大后的经编织物

图6 粗纺织物的立体展示

在传统教学模式中，教师采用分批实验开展面料实物分析，由于面料中纱线细、织物密度大，师生看到的不是同一块样品，很难保证学生与教师注意力的一致性，教学效率不高。在虚拟仿真教学过程中，教师可通过织物分析镜等仪器将小尺寸的纱线、面料产品与计算机连接，再通过多媒体设备将产品放大。图5为放大后的经编织物结构，实现了产品分析实验的多媒体教学。在产品设计、毕业设计或科技创新项目实施过程中，可以利用平面模特将设计的产品进行立体展示，如图6所示，使产品结构立体化，帮助学生清晰认识产品结构，直观地感受产品的立体效果。

三、 结语

针对纺织工程专业课程教学中绘图难、实验教学演示难两大问题，我们在前期研究的基础上，构建了“三模块”虚拟仿真教学体系。通过Paint、Excel、专用纺织CAD软件进行产品设计与仿真模拟，使产品设计数字化；利用Flash、3D Max、Maxwell等软件进行仿真模拟或演示，使工艺过程动态化；利用织物分析镜与多媒体设备联合将小规格的产品结构放大，实现产品分析立体化。在后续研究中，可利用录屏软件录制与课程教学同步的小视频，既可辅助学生课后温习，也可进行线上教学，使虚拟仿真教学体系更加完善。