纺织实验教学中虚拟实验的运用探析

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纺织实验教学中虚拟实验的运用探析

　摘要：目前纺织类高校存在实验室仪器陈旧、数量严重不足等问题, 虚拟实验是解决纺织实

验教学困境的新手段。分析纺织虚拟实验的优势, 介绍常见的虚拟实验建设方法。提出纺织工

程专业虚拟实验体系建设方案, 并以单纱强伸测试实验为例, 采用虚拟实验辅助实验教学与常规

实验教学对比, 检验虚拟实验在教学中的作用。

　关键词：纺织工程专业; 虚拟实验; 单纱强伸测试; 实验教学改革;

纺织产业是我国国民经济传统支柱产业、重要的民生产业、国际竞争优势明显的产业。近年来,

在新科技革命和新产业革命的推动下, 纺织产业正孕育革命性的变革。发达国家对高性能纤

维、产业用纺织品、纤维增强复合材料等高技术含量和高附加值的纺织产品密切关注, 纺织产

业也成为我国战略性新兴产业的重要组成部分。在此背景下, 必须提升纺织专业教育教学水平

和人才培养质量, 建立一支适应纺织科技发展需要的人才队伍。扎实的纺织专业理论知识是培

养高质量纺织人才的起点, 而纺织实验教学是加深对理论知识理解和培养实际操作能力的有效

手段。我国大部分纺织类高校都存在着实验经费投入不足的情况, 而且纺织体系涉及多样化的

纺织系统, 工艺流程长, 设备机台多, 相互差异大, 导致纺织工程专业实践教学设备匮乏[1]。此

外, 由于实验教学场地和学时的限制, 学生难以进行有效的预习和反复操作练习, 不利于教学内

容的巩固和实践技能的培养。随着高校招生规模的扩大, 更加凸显出实验教学条件建设的不足,

势必对学生学习效果造成影响, 而虚拟实验的出现为弥补传统纺织实验教学中的不足提供了一

种新的解决方案。

　　　一、虚拟实验辅助实验教学的优势

随着计算机技术的发展, 人们越来越重视将计算机技术应用于教育教学中, 尤其是将虚拟实验引

入实验教学, 改变实验教学现状, 提高实验教学效果[2]。虚拟实验是指在计算机系统中采用虚拟

现实技术实现的各种虚拟实验环境, 实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项

目, 并取得良好的学习或训练效果。目前虚拟实验已经在不少高校得到应用, 国防科技大学建立

“ ”了冲压发动机虚拟实验, 解决了传统实验中高风险、高费用、低参与度等问题[3];广州体育学

“ ”院建立了运动生理学虚拟实验, 使很多平时由于仪器、经费、难度等原因而无法开设的实验

得以开展[4];西南大学建立了非织造与纺丝综合机的虚拟实验, 突破了开机成本高、学生人数

多、危险性大的限制, 对传统实验教学起到了有力的补充作用[5]; “湖南工程学院建立了测色与

”计算机配色虚拟实验, 促进了学生对测色与配色基本原理的掌握和运用[6]。

在纺织实验教学中开展虚拟实验辅助教学具有以下优点: (1) 灵活性。传统的纺织实验教学受到

时间和地点的限制, 必须在实验车间和实验室中完成实际操作, 学生无法灵活地安排学习时间。

虚拟实验可以由学生自由安排时间, 实验操作不再拘泥于实验室, 只需要运行虚拟软件即可, 具

有高度的灵活性。 (2) 自主性。传统的纺织实验教学以教师讲授为主, 学生在学习中处于被动状

态, 而在虚拟实验中学生自主模拟实验操作, 更有针对性。 (3) 高效率。传统的纺织实验教学往

往在实验前需要做大量的实验准备工作, 如实验材料准备、设备调试等, 消耗大量精力, 导致教

学效率低下。实验中还会遇到实验材料需求量大、实验成本高、实验重复次数有限的问题, 虚

拟实验能够使学生在接触实际操作之前提前进入虚拟的实验氛围, 掌握必要的基础理论和知识,

在真正动手实践操作中能够更加顺利地完成实验教学进程。此外, 学生可以独立自主地反复模

拟操作, 以加深对理论知识的理解。

　　　二、虚拟实验的建设方法

随着科技的进步, 虚拟实验建设方法呈现出多样化的态势。常见的方法有以下几种。

1. 2D 建模

以图片和短视频为素材, 利用 Flash 软件组织各种多媒体素材, 完成实验过程的模拟和操作。虚

拟系统中可以设置文字、语音等的操作提示和帮助, 辅助学习者完成实验。这种类型的虚拟实

验具有建设成本低、操作简单的优点。但是由于 2D 建模素材大多为平面素材, 学习者只能按既

定视角或顺序进行观察和学习;此外, 系统中的动画为预先设定的, 缺乏交互性。这种方法适用

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纺织实验教学中虚拟实验的运用探析　摘要：目前纺织类高校存在实验室仪器陈旧、数量严重不足等问题,虚拟实验是解决纺织实验教学困境的新手段。分析纺织虚拟实验的优势,介绍常见的虚拟实验建设方法。提出纺织工程专业虚拟实验体系建设方案,并以单纱强伸测试实验为例,采用虚拟实验辅助实验教学与常规实验教学对比,检验虚拟实验在教学中的作用。　关键词：纺织工程专业;虚拟实验;单纱强伸测试;实验教学改革;纺织产业是我国国民经济传统支柱产业、重要的民生产业、国际竞争优势明显的产业。近年来,在新科技革命和新产业革命的推动下,纺织产业正孕育革命性的变革。发达国家对高性能纤维、产业用纺织品、纤维增强复合材料等高技术含量和高附...

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