“織物結構與設計實驗”課程的教學改革探索與實踐

王慶濤，周寶明，馬崇啟，呂漢明，買 巍

(天津工業大學 紡織學院，天津 300387)

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“織物結構與設計實驗”課程的教學改革探索與實踐

王慶濤，周寶明，馬崇啟，呂漢明，買 巍

(天津工業大學 紡織學院，天津 300387)

“織物結構與設計實驗”是天津工業大學紡織學院開設的與“織物結構與設計”課程理論教學相配套的一門重要實驗課。針對該實驗課在教學過程中出現的問題，從教學方法、教學管理、教學考核等方面入手進行教學改革與實踐。

織物結構與設計；實驗教學；教學管理；教學改革

“織物結構與設計實驗”是紡織工程專業一門重要的實驗教學課程。作為與“織物結構與設計”課程相配套的課內實驗，在我校(天津工業大學)紡織學院已開設多年。針對紡織工程專業不同方向的學生，實驗內容主要包括基本組織織物分析、簡單織物設計與試織、聯合組織織物分析、復雜織物設計與試織等織物分析與織物設計兩大類。由于該實驗課程為分析設計類實驗，其綜合性、設計性較強，為進一步提高學生的動手實踐能力和創新意識，學院將其設置為一門獨立的實驗課程。

一、 “織物結構與設計實驗”課程教學中存在的問題

在“織物結構與設計實驗”教學過程中發現，織物組織分析實驗由于項目較多，傳統的講授方法讓學生難以掌握，部分學生對實驗沒有興趣，學生參與感不強，實驗教學效果不理想。織物組織設計實驗由于工藝流程較長、工藝參數較多，學生往往無從下手，而實驗工藝的制訂、上機參數的審核、實驗機臺運行的監控等工作均由實驗教師一對一進行監督指導。但是小樣機臺數量較多，參加實驗的學生人數也較多，極大地增加了實驗教學管理的難度，并且實驗時間相對較長，難免會出現由于學生盲目操作，造成實驗操作錯誤、無法完成實驗、機器設備損壞甚至發生人身傷害事故等問題[1]。分析原因：一是實驗教學方式方法過于單一，學生對實驗課缺乏興趣，學生的自主學習性低；二是實驗教學管理模式落后，實驗教學資源分配不均，部分學生沒有得到充分的指導。因此“織物結構與設計實驗”教學必須進行改革和創新。

二、 “織物結構與設計實驗”課程的教學改革

針對“織物結構與設計實驗”課程教學過程中出現的問題，我們從教學方法、教學管理、教學考核等方面入手進行教學改革與實踐。

1． 改革實驗教學方法

傳統的講解、板書、演示操作等實驗教學手段使學生對實驗課缺乏興趣、參與感差。為此我們在實驗教學方法上做了以下改革與創新：

(1) 采用多媒體與操作演示相結合的教學方式。制作織物結構分析和織物組織設計上機實驗的PPT課件，利用文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多媒體手段講授實驗課程[2]，同時錄制實驗操作過程演示視頻，將理論知識與實際動手操作相結合，激發學生對實驗課的興趣。通過應用實驗教學PPT課件與操作演示視頻等教學方式，讓學生更清晰直觀地了解實驗過程，掌握實驗的重點和難點，熟悉實驗操作步驟。

(2) 使用CAD模擬設計教學軟件。對于織物組織設計上機實驗，我們引進了國際領先的法國Lectra織物CAD模擬設計軟件[3]，完成織物組織設計、顏色搭配、紗線選擇、工藝參數制訂、織物外觀模擬、打印輸出等一系列織物設計流程。使織物設計作品從風格、外觀、配色等多個方面更貼近學生的設計理念，避免出現最后織出的成品與所設計的紋樣出現很大差異而無法達到學生設計的理想效果，甚至出現設計錯誤不得不返工重新設計并織造的現象。提高了織物組織設計的效率，使學生在紡織產品設計與開發方面得到了鍛煉，學習自主性與實踐動手能力均有所提高。

(3) 自主開發圖案設計教學軟件。我校紡織實驗室根據織物結構與設計實驗教學的實際情況，自主開發了圖案設計教學軟件。一方面，實驗指導教師不再需要在黑板上繪制織物組織圖、上機圖，可采用圖案設計教學軟件將織物組織圖和上機圖等顯示在屏幕上，清晰明了且方便快捷；另一方面，不同于商業化織物CAD設計軟件，學生可在課下自主學習中使用該教學軟件[4]，無需在普通意匠紙上繪制上機圖。同時該軟件還提供了紋板圖輸出接口，學生可將設計好的紋板圖直接導入到學院自主研發的數字化小樣織機設備中，無需通過織機設備上的觸摸屏輸入紋板圖，這樣可避免出現輸入錯誤，提高了實驗效率。圖案設計教學軟件的界面如圖1所示。

圖1 圖案設計教學軟件

2． 改革實驗教學管理模式

在“織物結構與設計實驗”課程中，織物組織設計實驗所占比重較大。而在實際的實驗教學中發現，由于每次上課班級人數較多，設計類實驗時間較長，實驗指導教師往往要花很長時間對學生的實驗設計內容進行審核，個別學生在未通過審核的情況下便盲目進行實驗操作，經常會出現錯誤甚至損壞機器。針對實驗室小樣織機集中管理水平落后、實驗教學管理欠佳等現象，我校紡織實驗室自主研發了小樣織機信息化教學管理系統，實現了實驗教學的網絡化和信息化管理。

(1) 教學管理系統設計。根據實驗教學過程中出現的問題，所設計的小樣織機信息化教學管理系統主要具有以下功能：①上位機對小樣織機進行統一管理，可查看小樣機臺的運行狀態，讀取任意運行機臺的紋板圖、所織緯紗數等工藝參數，并可實時審核與修改紋板圖；②可讀取學生的個人信息和經紗密度、筘號、幅寬等實驗工藝參數，由實驗指導教師統一審核，合格后學生方可進行實驗操作，并且系統可將實驗工藝參數存儲到SQL Server數據庫中；③能夠對歷史工藝參數實現查詢與修改。

小樣織機信息化教學管理系統平臺由實驗室小樣織機設備等硬件與管理系統軟件組成。硬件部分主要由上位PC機、數據庫服務器、網絡交換機、小樣織機設備等組成，各臺小樣織機通過高速網線與上位機和數據庫服務器聯接建成局域網，在同一網段內每臺小樣織機分配一個獨立的IP地址，這樣實驗指導教師可通過上位機對所有小樣織機進行管理。軟件部分采用MATLAB語言與SQL Server 2008數據庫共同設計開發，主要由通信模塊、數據管理模塊、上機圖審核模塊組成。實驗指導教師可通過系統的通信模塊實現小樣織機設備的實時監視管理，數據管理模塊實現學生實驗信息的統一審核管理功能。利用上機圖審核模塊可使實驗指導教師與學生方便快捷地完成紋板圖的輸入、審核、修改、下傳等一系列操作，大大提高了實驗教學管理效率。小樣織機信息化教學管理系統的控制界面如圖2所示。

圖2 管理系統控制界面

(2) 教學管理系統應用。小樣織機信息化教學管理系統可使實驗指導教師與學生方便快速地完成實驗數據的審核、修改等工作，提高了教學管理效率。學生實驗時需要對所設計的織造小樣面料工藝參數進行登記，紋板圖可通過觸摸屏輸入或直接由圖案設計軟件導入到織機的可編程序控制器(PLC)中，可將織物組織、經紗密度、幅寬等工藝參數制成Excel工藝單。首先實驗指導教師完成所有實驗工藝單的讀取與審核，確定工藝參數設置是否正確，然后通過通信模塊依次讀取紋板圖并進行審核，確認無誤后學生方可上機操作。

在多臺小樣織機同時織造過程中，實驗指導教師可通過管理系統實時調取任意機臺的紋板圖、所織造緯紗數、織機運行參數等數據，如果發現問題可即時糾正，做到實時監控、集中管理。同時所讀取的實驗數據實時上傳至數據庫服務器中，實現實驗數據的歷史查詢、修改、更新等功能，系統還可將紋板圖生成JPEG、PNG等多種圖片格式以用于其他場合。

3． 改革實驗教學考核方式

傳統的實驗教學考核方式主要依據學生所提交的實驗報告內容，再結合學生的出勤情況以及課堂表現等給出最終成績，這種考核方式對實驗指導教師的客觀性要求較高。由于每次參加實驗的學生較多，教師難以對每個學生的平時上課表現給出客觀的評價，所以必須對現有的實驗教學考核方式進行改進。

(1) 織物組織分析類實驗的考核。根據實驗性質將實驗成績分為預習成績、課堂成績、報告成績三部分。預習成績主要考核學生的預習報告，實驗指導教師根據預習情況對每個學生有一個初步認識；課堂成績主要考核學生上課回答問題及出勤情況，實驗指導教師根據預習情況對學生進行課上提問與互動，并給出相應的課堂成績；報告成績除了考核實驗內容外，還包括學生的實驗分析及所做實驗的自我評價，實驗指導教師綜合這兩部分內容給出最終報告成績，避免了實驗報告抄襲敷衍等現象的出現。

(2) 織物組織設計類實驗的考核。實驗指導教師依托小樣織機信息化教學管理系統對學生在實驗過程中的各個環節進行評價打分，再結合實驗報告內容以及所織造小樣面料的分析報告給出最終實驗成績。由于織物組織設計類實驗從工藝設計到最后完成小樣面料成品的時間較長，實驗的綜合性強，單一的根據實驗報告進行考核的方式無法對學生做出客觀評價，因而實驗指導教師對學生在工藝設計、整經穿經、上機織造等各個實驗環節打分，同時要求學生對所織造的小樣面料進行分析，并撰寫織物面料分析報告，最后結合實驗報告給出實驗成績。

三、 改革成效

從教學方法、教學管理、教學考核三個方面對“織物結構與設計實驗”課程教學進行改革，充實了實驗教學內容，提高了實驗教學管理水平，完善了實驗指導教學考核機制。這一實驗教學改革模式在我校紡織工程專業2012、2013級學生中試行，實驗教學效果顯著提高，激發了學生對實驗課的學習興趣和熱情，提高了學生運用紡織專業知識分析問題、解決問題的能力。學生自主設計加工的織物面料作品在第七屆“中國高校紡織品設計大賽”中獲得一等獎、二等獎各1項，優秀獎若干。學生的綜合素質得到提高，達到了實驗教學改革的預期目標。

[1] 周寶明，王建坤，劉建中，等. “紗線設計實驗”教學改革的探索與實踐[J].紡織服裝教育,2014,29 (1): 67-69.

[2] 于勤，倪春鋒，陳在鐵. “織物結構與設計”課程的信息化教學設計[J]. 紡織服裝教育, 2015, 30(4): 321-323.

[3] 荊妙蕾，王建坤，張毅. 高校紡織品設計專業方向建設的研究與實踐[J]. 紡織服裝教育, 2014,29 (2):109-111.

[4] 潘如如，王鴻博，高衛東.“織物結構設計”課程教學軟件的設計與應用[J].紡織服裝教育,2015,30(4):324-326.

天津工業大學高等教育教學改革研究項目(2014-3-03)

王慶濤(1988—)，男，遼寧本溪人，助教，碩士，研究方向為數字化紡織技術。E-mail:wqthc@126.com

G642.0

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2095-3860(2016)05-0383-03