基于虛擬仿真技術(shù)的紡織工程專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)教學(xué)模式探索

李 菁，唐新軍

(新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023)

新疆位于絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)，其紡織工業(yè)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分[1]。新疆作為全國棉花的主產(chǎn)區(qū)及新興的棉紡產(chǎn)業(yè)基地，現(xiàn)有多家國內(nèi)知名大型紡織企業(yè)，如華孚色紡、香港溢達(dá)、山東如意等在新疆投資建廠?，F(xiàn)階段，新疆紡織業(yè)的特點(diǎn)是以棉紡為主，產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善，但企業(yè)研發(fā)能力弱。

目前全國有40余所本科類院校開設(shè)紡織工程專業(yè)，而疆內(nèi)紡織企業(yè)普遍面臨紡織人才短缺，疆外紡織人才就業(yè)意愿低的困境。新疆工程學(xué)院作為疆內(nèi)開設(shè)紡織工程本科專業(yè)的三所院校之一，是一所以培養(yǎng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的高層次應(yīng)用型技術(shù)人才為定位的高校[2]。我校機(jī)電工程學(xué)院于2016年開設(shè)紡織工程專業(yè)，結(jié)合地域特色，制定了紡織與機(jī)械雙基礎(chǔ)、工藝與機(jī)械相結(jié)合、紡紗工序?yàn)橹骶€的專業(yè)特色[3]。

1 目前認(rèn)知實(shí)習(xí)模式及存在問題

1.1 目前認(rèn)知實(shí)習(xí)模式

專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)是開展專業(yè)理論教學(xué)和專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，其目的是讓學(xué)生對所學(xué)專業(yè)有感性認(rèn)識，增強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)專業(yè)自豪感和就業(yè)信心，明確職業(yè)目標(biāo)[4]。

我校位于烏魯木齊市，周邊有多家大型紡織企業(yè)及紡織機(jī)械企業(yè)。疆內(nèi)紡織企業(yè)多面臨專業(yè)人才短缺、招人難的困境，在與企業(yè)協(xié)商合作開展實(shí)踐課程的過程中發(fā)現(xiàn)，企業(yè)普遍希望學(xué)生能帶來經(jīng)濟(jì)效益，增加實(shí)習(xí)時間，并且有就業(yè)意向。在短期實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)中，企業(yè)考慮到成本、安全性、管理難度等問題，不愿意讓學(xué)生親自動手實(shí)踐，實(shí)踐效果不佳。

對于為期一周的認(rèn)知實(shí)習(xí)，通常是以參觀企業(yè)廠房的形式進(jìn)行，目前的認(rèn)知實(shí)習(xí)模式是實(shí)習(xí)前動員、企業(yè)參觀、撰寫報(bào)告，共20學(xué)時。根據(jù)我院紡織工程專業(yè)的特點(diǎn)，開展認(rèn)知實(shí)習(xí)的企業(yè)包括一家紡紗廠和一家紡織機(jī)械廠。

1.2 目前專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)存在的主要問題

1.2.1教師經(jīng)驗(yàn)不足 傳統(tǒng)授課形式講解困難

實(shí)習(xí)通常由1～2名青年教師帶隊(duì)，先進(jìn)行實(shí)習(xí)動員，然后到工廠進(jìn)行認(rèn)知實(shí)習(xí)，但存在以下問題：首先，青年教師企業(yè)經(jīng)歷不足，對實(shí)習(xí)重點(diǎn)把握不準(zhǔn)，理論授課效果不好；其次，教師多以課本或多媒體課件的圖片為參考進(jìn)行講解，講解難度大，內(nèi)容枯燥乏味，缺少實(shí)物，紡織機(jī)械模型較少，演示較為復(fù)雜，且不易購買。

1.2.2學(xué)生興趣不高

學(xué)生在不具備專業(yè)知識的前提下，很難形成對知識體系的認(rèn)識，實(shí)習(xí)效果不好，對認(rèn)知實(shí)習(xí)興趣不大。

1.2.3紡紗廠房內(nèi)噪聲大 現(xiàn)場講解困難

紡紗廠房中噪音較大，且部分企業(yè)不允許拍照。通常采用企業(yè)導(dǎo)師先以PPT形式概括講解，再參觀，最后集中答疑的形式。由于時間緊，學(xué)生多，企業(yè)導(dǎo)師無法顧及每個學(xué)生。

紡紗工序多，流程長，設(shè)備種類繁多。廠房溫濕度較大，噪聲大，學(xué)生走馬觀花式地參觀，難以熟悉工序、發(fā)現(xiàn)問題。

1.2.4無法觀察機(jī)械結(jié)構(gòu)

疆內(nèi)紡織機(jī)械企業(yè)，主要業(yè)務(wù)是完成機(jī)器組裝、銷售。學(xué)生在參觀過程中只能看見機(jī)殼外部構(gòu)件，無法觀察到機(jī)殼內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此學(xué)生無法通過認(rèn)知實(shí)習(xí)深入觀察紡織機(jī)械，難以了解紡織機(jī)械的運(yùn)行，對機(jī)械類基礎(chǔ)課程的開設(shè)難以起到引導(dǎo)作用。

1.2.5考核制度單一

通常以整班為單位進(jìn)行認(rèn)知實(shí)習(xí)，以平時表現(xiàn)和實(shí)習(xí)報(bào)告作為成績評定標(biāo)準(zhǔn)。無法通過實(shí)時掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時改進(jìn)實(shí)習(xí)模式。評定標(biāo)準(zhǔn)不合理，存在部分同學(xué)只注重最終報(bào)告的情況。

2 紡織虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用背景

紡織品生產(chǎn)工序多、流程長，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地大、耗資多、通用性差、維護(hù)成本高，且工廠實(shí)際生產(chǎn)用到的紡織設(shè)備型號新、更新?lián)Q代快，而高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備多存在老舊的問題[5]。

紡織工程專業(yè)是我院新開設(shè)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)薄弱，專業(yè)實(shí)驗(yàn)開出率不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量低。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室能較好地解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室存在的問題，且規(guī)避實(shí)驗(yàn)中可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)成本低。對于紡織機(jī)械部分，能提供沉浸式仿真環(huán)境，極大彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足[6]?；谝陨显?，我學(xué)院于2019年購置紡織工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，目的是輔助學(xué)生實(shí)踐類課程，提高學(xué)生參與度，加深學(xué)生對理論知識的理解，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

基于我校已購置的紡織工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，利用棉紡織虛擬工廠(普梳、精梳)模塊，針對現(xiàn)有認(rèn)知實(shí)習(xí)學(xué)生參與度低、效果不佳的問題，提出結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開展認(rèn)知實(shí)習(xí)課程改革。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在認(rèn)知實(shí)習(xí)中的作用

2.2.1提高學(xué)生參與度

在教師進(jìn)行講解后，學(xué)生可操作軟件對虛擬工廠、紡紗車間進(jìn)行瀏覽。對紡紗重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行拆裝和觀察。

2.2.2時間靈活 答疑及時

學(xué)生在使用軟件瀏覽過程中，可以隨時提問，教師進(jìn)行講解。另外，學(xué)生可隨時在機(jī)房、圖書館或宿舍通過客戶端瀏覽紡紗工廠。

2.2.3便于觀察機(jī)械結(jié)構(gòu)

虛擬仿真軟件單獨(dú)列出重點(diǎn)紡紗設(shè)備，機(jī)殼透明化，可觀察到機(jī)械結(jié)構(gòu)的配合和運(yùn)動，主要零件可拖出、放大、360°觀看。

2.2.4優(yōu)化過程考核

軟件不同板塊可設(shè)置測試題，軟件后臺可導(dǎo)出測試結(jié)果，可及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果，督促學(xué)生，也可作為期末考核依據(jù)。

3 虛擬仿真軟件與專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)相結(jié)合

將虛擬仿真軟件與專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)相結(jié)合，可提高教學(xué)效果和學(xué)生的動手操作能力，具體課程設(shè)置如下：在機(jī)房或多媒體教室進(jìn)行認(rèn)知實(shí)習(xí)動員，講解實(shí)習(xí)目的、重點(diǎn)和注意事項(xiàng)(2課時)；利用虛擬軟件瀏覽紡織廠，講解紡織廠設(shè)計(jì)的基本思路和原則，重點(diǎn)講解紡紗工序流程，普梳和精梳工序的異同，在軟件中設(shè)置測試題，進(jìn)行隨堂測試(4課時)；利用虛擬軟件進(jìn)行主要紡紗設(shè)備的瀏覽，讓學(xué)生通過軟件嘗試分解機(jī)械結(jié)構(gòu)，觀察零件3D模型，在軟件中設(shè)置測試題，進(jìn)行隨堂測試(4課時)；安排學(xué)生實(shí)地參觀紡紗廠、紡織機(jī)械廠(8課時)，在安排學(xué)生實(shí)地參觀紡紗工廠之前，設(shè)置參觀任務(wù)，明確參觀目標(biāo)，在企業(yè)參觀過程中，由企業(yè)導(dǎo)師宣講主要業(yè)務(wù)、產(chǎn)品、企業(yè)規(guī)模、企業(yè)理念等以及廠房參觀安全規(guī)定和注意事項(xiàng)，組織學(xué)生參觀廠房，企業(yè)工程師集中答疑；在軟件中進(jìn)行在線試卷測評，撰寫認(rèn)知實(shí)習(xí)報(bào)告(2課時)。認(rèn)知實(shí)習(xí)結(jié)束后，教師通過軟件中的兩次隨堂測試成績、最終在線試卷測評成績、考勤情況和認(rèn)知實(shí)習(xí)報(bào)告來計(jì)算學(xué)生的最終成績。

4 結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室因具有教學(xué)效率高、成本低、占地小、設(shè)備型號更新快等優(yōu)勢，已成為紡織工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要手段。本文分析了現(xiàn)有專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)模式存在的不足，而現(xiàn)有的虛擬仿真技術(shù)能改善教師教學(xué)手段單一、學(xué)生參與性低、參觀企業(yè)效果不佳、教學(xué)效果不理想等問題。通過探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室與認(rèn)知實(shí)習(xí)結(jié)合的新模式，為認(rèn)知實(shí)習(xí)的教學(xué)改革提供新思路。