基于虚拟仿真技术的纺织工程专业认知实习教学模式探索

李 菁，唐新军

(新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023)

新疆位于丝绸之路经济带的核心区，其纺织工业是经济发展战略的重要组成部分[1]。新疆作为全国棉花的主产区及新兴的棉纺产业基地，现有多家国内知名大型纺织企业，如华孚色纺、香港溢达、山东如意等在新疆投资建厂。现阶段，新疆纺织业的特点是以棉纺为主，产业链逐渐完善，但企业研发能力弱。

目前全国有40余所本科类院校开设纺织工程专业，而疆内纺织企业普遍面临纺织人才短缺，疆外纺织人才就业意愿低的困境。新疆工程学院作为疆内开设纺织工程本科专业的三所院校之一，是一所以培养社会经济发展需要的高层次应用型技术人才为定位的高校[2]。我校机电工程学院于2016年开设纺织工程专业，结合地域特色，制定了纺织与机械双基础、工艺与机械相结合、纺纱工序为主线的专业特色[3]。

1 目前认知实习模式及存在问题

1.1 目前认知实习模式

专业认知实习是开展专业理论教学和专业实践教学的基础，其目的是让学生对所学专业有感性认识，增强专业学习兴趣，增强专业自豪感和就业信心，明确职业目标[4]。

我校位于乌鲁木齐市，周边有多家大型纺织企业及纺织机械企业。疆内纺织企业多面临专业人才短缺、招人难的困境，在与企业协商合作开展实践课程的过程中发现，企业普遍希望学生能带来经济效益，增加实习时间，并且有就业意向。在短期实践或实验中，企业考虑到成本、安全性、管理难度等问题，不愿意让学生亲自动手实践，实践效果不佳。

对于为期一周的认知实习，通常是以参观企业厂房的形式进行，目前的认知实习模式是实习前动员、企业参观、撰写报告，共20学时。根据我院纺织工程专业的特点，开展认知实习的企业包括一家纺纱厂和一家纺织机械厂。

1.2 目前专业认知实习存在的主要问题

1.2.1教师经验不足 传统授课形式讲解困难

实习通常由1～2名青年教师带队，先进行实习动员，然后到工厂进行认知实习，但存在以下问题：首先，青年教师企业经历不足，对实习重点把握不准，理论授课效果不好；其次，教师多以课本或多媒体课件的图片为参考进行讲解，讲解难度大，内容枯燥乏味，缺少实物，纺织机械模型较少，演示较为复杂，且不易购买。

1.2.2学生兴趣不高

学生在不具备专业知识的前提下，很难形成对知识体系的认识，实习效果不好，对认知实习兴趣不大。

1.2.3纺纱厂房内噪声大 现场讲解困难

纺纱厂房中噪音较大，且部分企业不允许拍照。通常采用企业导师先以PPT形式概括讲解，再参观，最后集中答疑的形式。由于时间紧，学生多，企业导师无法顾及每个学生。

纺纱工序多，流程长，设备种类繁多。厂房温湿度较大，噪声大，学生走马观花式地参观，难以熟悉工序、发现问题。

1.2.4无法观察机械结构

疆内纺织机械企业，主要业务是完成机器组装、销售。学生在参观过程中只能看见机壳外部构件，无法观察到机壳内部的机械结构。因此学生无法通过认知实习深入观察纺织机械，难以了解纺织机械的运行，对机械类基础课程的开设难以起到引导作用。

1.2.5考核制度单一

通常以整班为单位进行认知实习，以平时表现和实习报告作为成绩评定标准。无法通过实时掌握每个学生的学习情况，及时改进实习模式。评定标准不合理，存在部分同学只注重最终报告的情况。

2 纺织虚拟仿真实验室的优势

2.1 虚拟仿真实验室的应用背景

纺织品生产工序多、流程长，实验室设备数量多、结构复杂、占地大、耗资多、通用性差、维护成本高，且工厂实际生产用到的纺织设备型号新、更新换代快，而高校实验设备多存在老旧的问题[5]。

纺织工程专业是我院新开设的专业，实验室基础薄弱，专业实验开出率不足，实验教学质量低。虚拟仿真实验室能较好地解决传统实验室存在的问题，且规避实验中可能发生的安全风险，实验成本低。对于纺织机械部分，能提供沉浸式仿真环境，极大弥补传统实验教学的不足[6]。基于以上原因，我学院于2019年购置纺织工程虚拟仿真实验室，目的是辅助学生实践类课程，提高学生参与度，加深学生对理论知识的理解，从而提高实验教学质量。

基于我校已购置的纺织工程虚拟仿真实验室，利用棉纺织虚拟工厂(普梳、精梳)模块，针对现有认知实习学生参与度低、效果不佳的问题，提出结合虚拟仿真实验室开展认知实习课程改革。

2.2 虚拟仿真实验室在认知实习中的作用

2.2.1提高学生参与度

在教师进行讲解后，学生可操作软件对虚拟工厂、纺纱车间进行浏览。对纺纱重点设备进行拆装和观察。

2.2.2时间灵活 答疑及时

学生在使用软件浏览过程中，可以随时提问，教师进行讲解。另外，学生可随时在机房、图书馆或宿舍通过客户端浏览纺纱工厂。

2.2.3便于观察机械结构

虚拟仿真软件单独列出重点纺纱设备，机壳透明化，可观察到机械结构的配合和运动，主要零件可拖出、放大、360°观看。

2.2.4优化过程考核

软件不同板块可设置测试题，软件后台可导出测试结果，可及时掌握学生学习效果，督促学生，也可作为期末考核依据。

3 虚拟仿真软件与专业认知实习相结合

将虚拟仿真软件与专业认知实习相结合，可提高教学效果和学生的动手操作能力，具体课程设置如下：在机房或多媒体教室进行认知实习动员，讲解实习目的、重点和注意事项(2课时)；利用虚拟软件浏览纺织厂，讲解纺织厂设计的基本思路和原则，重点讲解纺纱工序流程，普梳和精梳工序的异同，在软件中设置测试题，进行随堂测试(4课时)；利用虚拟软件进行主要纺纱设备的浏览，让学生通过软件尝试分解机械结构，观察零件3D模型，在软件中设置测试题，进行随堂测试(4课时)；安排学生实地参观纺纱厂、纺织机械厂(8课时)，在安排学生实地参观纺纱工厂之前，设置参观任务，明确参观目标，在企业参观过程中，由企业导师宣讲主要业务、产品、企业规模、企业理念等以及厂房参观安全规定和注意事项，组织学生参观厂房，企业工程师集中答疑；在软件中进行在线试卷测评，撰写认知实习报告(2课时)。认知实习结束后，教师通过软件中的两次随堂测试成绩、最终在线试卷测评成绩、考勤情况和认知实习报告来计算学生的最终成绩。

4 结语

虚拟仿真实验室因具有教学效率高、成本低、占地小、设备型号更新快等优势，已成为纺织工程专业实验教学的重要手段。本文分析了现有专业认知实习模式存在的不足，而现有的虚拟仿真技术能改善教师教学手段单一、学生参与性低、参观企业效果不佳、教学效果不理想等问题。通过探讨虚拟仿真实验室与认知实习结合的新模式，为认知实习的教学改革提供新思路。