“织物结构与设计实验”课程的教学改革探索与实践

王庆涛，周宝明，马崇启，吕汉明，买 巍

(天津工业大学 纺织学院，天津 300387)



“织物结构与设计实验”课程的教学改革探索与实践

王庆涛，周宝明，马崇启，吕汉明，买 巍

(天津工业大学 纺织学院，天津 300387)

“织物结构与设计实验”是天津工业大学纺织学院开设的与“织物结构与设计”课程理论教学相配套的一门重要实验课。针对该实验课在教学过程中出现的问题，从教学方法、教学管理、教学考核等方面入手进行教学改革与实践。

织物结构与设计；实验教学；教学管理；教学改革

“织物结构与设计实验”是纺织工程专业一门重要的实验教学课程。作为与“织物结构与设计”课程相配套的课内实验，在我校(天津工业大学)纺织学院已开设多年。针对纺织工程专业不同方向的学生，实验内容主要包括基本组织织物分析、简单织物设计与试织、联合组织织物分析、复杂织物设计与试织等织物分析与织物设计两大类。由于该实验课程为分析设计类实验，其综合性、设计性较强，为进一步提高学生的动手实践能力和创新意识，学院将其设置为一门独立的实验课程。

一、 “织物结构与设计实验”课程教学中存在的问题

在“织物结构与设计实验”教学过程中发现，织物组织分析实验由于项目较多，传统的讲授方法让学生难以掌握，部分学生对实验没有兴趣，学生参与感不强，实验教学效果不理想。织物组织设计实验由于工艺流程较长、工艺参数较多，学生往往无从下手，而实验工艺的制订、上机参数的审核、实验机台运行的监控等工作均由实验教师一对一进行监督指导。但是小样机台数量较多，参加实验的学生人数也较多，极大地增加了实验教学管理的难度，并且实验时间相对较长，难免会出现由于学生盲目操作，造成实验操作错误、无法完成实验、机器设备损坏甚至发生人身伤害事故等问题[1]。分析原因：一是实验教学方式方法过于单一，学生对实验课缺乏兴趣，学生的自主学习性低；二是实验教学管理模式落后，实验教学资源分配不均，部分学生没有得到充分的指导。因此“织物结构与设计实验”教学必须进行改革和创新。

二、 “织物结构与设计实验”课程的教学改革

针对“织物结构与设计实验”课程教学过程中出现的问题，我们从教学方法、教学管理、教学考核等方面入手进行教学改革与实践。

1． 改革实验教学方法

传统的讲解、板书、演示操作等实验教学手段使学生对实验课缺乏兴趣、参与感差。为此我们在实验教学方法上做了以下改革与创新：

(1) 采用多媒体与操作演示相结合的教学方式。制作织物结构分析和织物组织设计上机实验的PPT课件，利用文本、图形、图像、声音、动画、视频等多媒体手段讲授实验课程[2]，同时录制实验操作过程演示视频，将理论知识与实际动手操作相结合，激发学生对实验课的兴趣。通过应用实验教学PPT课件与操作演示视频等教学方式，让学生更清晰直观地了解实验过程，掌握实验的重点和难点，熟悉实验操作步骤。

(2) 使用CAD模拟设计教学软件。对于织物组织设计上机实验，我们引进了国际领先的法国Lectra织物CAD模拟设计软件[3]，完成织物组织设计、颜色搭配、纱线选择、工艺参数制订、织物外观模拟、打印输出等一系列织物设计流程。使织物设计作品从风格、外观、配色等多个方面更贴近学生的设计理念，避免出现最后织出的成品与所设计的纹样出现很大差异而无法达到学生设计的理想效果，甚至出现设计错误不得不返工重新设计并织造的现象。提高了织物组织设计的效率，使学生在纺织产品设计与开发方面得到了锻炼，学习自主性与实践动手能力均有所提高。

(3) 自主开发图案设计教学软件。我校纺织实验室根据织物结构与设计实验教学的实际情况，自主开发了图案设计教学软件。一方面，实验指导教师不再需要在黑板上绘制织物组织图、上机图，可采用图案设计教学软件将织物组织图和上机图等显示在屏幕上，清晰明了且方便快捷；另一方面，不同于商业化织物CAD设计软件，学生可在课下自主学习中使用该教学软件[4]，无需在普通意匠纸上绘制上机图。同时该软件还提供了纹板图输出接口，学生可将设计好的纹板图直接导入到学院自主研发的数字化小样织机设备中，无需通过织机设备上的触摸屏输入纹板图，这样可避免出现输入错误，提高了实验效率。图案设计教学软件的界面如图1所示。

图1 图案设计教学软件

2． 改革实验教学管理模式

在“织物结构与设计实验”课程中，织物组织设计实验所占比重较大。而在实际的实验教学中发现，由于每次上课班级人数较多，设计类实验时间较长，实验指导教师往往要花很长时间对学生的实验设计内容进行审核，个别学生在未通过审核的情况下便盲目进行实验操作，经常会出现错误甚至损坏机器。针对实验室小样织机集中管理水平落后、实验教学管理欠佳等现象，我校纺织实验室自主研发了小样织机信息化教学管理系统，实现了实验教学的网络化和信息化管理。

(1) 教学管理系统设计。根据实验教学过程中出现的问题，所设计的小样织机信息化教学管理系统主要具有以下功能：①上位机对小样织机进行统一管理，可查看小样机台的运行状态，读取任意运行机台的纹板图、所织纬纱数等工艺参数，并可实时审核与修改纹板图；②可读取学生的个人信息和经纱密度、筘号、幅宽等实验工艺参数，由实验指导教师统一审核，合格后学生方可进行实验操作，并且系统可将实验工艺参数存储到SQL Server数据库中；③能够对历史工艺参数实现查询与修改。

小样织机信息化教学管理系统平台由实验室小样织机设备等硬件与管理系统软件组成。硬件部分主要由上位PC机、数据库服务器、网络交换机、小样织机设备等组成，各台小样织机通过高速网线与上位机和数据库服务器联接建成局域网，在同一网段内每台小样织机分配一个独立的IP地址，这样实验指导教师可通过上位机对所有小样织机进行管理。软件部分采用MATLAB语言与SQL Server 2008数据库共同设计开发，主要由通信模块、数据管理模块、上机图审核模块组成。实验指导教师可通过系统的通信模块实现小样织机设备的实时监视管理，数据管理模块实现学生实验信息的统一审核管理功能。利用上机图审核模块可使实验指导教师与学生方便快捷地完成纹板图的输入、审核、修改、下传等一系列操作，大大提高了实验教学管理效率。小样织机信息化教学管理系统的控制界面如图2所示。

图2 管理系统控制界面

(2) 教学管理系统应用。小样织机信息化教学管理系统可使实验指导教师与学生方便快速地完成实验数据的审核、修改等工作，提高了教学管理效率。学生实验时需要对所设计的织造小样面料工艺参数进行登记，纹板图可通过触摸屏输入或直接由图案设计软件导入到织机的可编程序控制器(PLC)中，可将织物组织、经纱密度、幅宽等工艺参数制成Excel工艺单。首先实验指导教师完成所有实验工艺单的读取与审核，确定工艺参数设置是否正确，然后通过通信模块依次读取纹板图并进行审核，确认无误后学生方可上机操作。

在多台小样织机同时织造过程中，实验指导教师可通过管理系统实时调取任意机台的纹板图、所织造纬纱数、织机运行参数等数据，如果发现问题可即时纠正，做到实时监控、集中管理。同时所读取的实验数据实时上传至数据库服务器中，实现实验数据的历史查询、修改、更新等功能，系统还可将纹板图生成JPEG、PNG等多种图片格式以用于其他场合。

3． 改革实验教学考核方式

传统的实验教学考核方式主要依据学生所提交的实验报告内容，再结合学生的出勤情况以及课堂表现等给出最终成绩，这种考核方式对实验指导教师的客观性要求较高。由于每次参加实验的学生较多，教师难以对每个学生的平时上课表现给出客观的评价，所以必须对现有的实验教学考核方式进行改进。

(1) 织物组织分析类实验的考核。根据实验性质将实验成绩分为预习成绩、课堂成绩、报告成绩三部分。预习成绩主要考核学生的预习报告，实验指导教师根据预习情况对每个学生有一个初步认识；课堂成绩主要考核学生上课回答问题及出勤情况，实验指导教师根据预习情况对学生进行课上提问与互动，并给出相应的课堂成绩；报告成绩除了考核实验内容外，还包括学生的实验分析及所做实验的自我评价，实验指导教师综合这两部分内容给出最终报告成绩，避免了实验报告抄袭敷衍等现象的出现。

(2) 织物组织设计类实验的考核。实验指导教师依托小样织机信息化教学管理系统对学生在实验过程中的各个环节进行评价打分，再结合实验报告内容以及所织造小样面料的分析报告给出最终实验成绩。由于织物组织设计类实验从工艺设计到最后完成小样面料成品的时间较长，实验的综合性强，单一的根据实验报告进行考核的方式无法对学生做出客观评价，因而实验指导教师对学生在工艺设计、整经穿经、上机织造等各个实验环节打分，同时要求学生对所织造的小样面料进行分析，并撰写织物面料分析报告，最后结合实验报告给出实验成绩。

三、 改革成效

从教学方法、教学管理、教学考核三个方面对“织物结构与设计实验”课程教学进行改革，充实了实验教学内容，提高了实验教学管理水平，完善了实验指导教学考核机制。这一实验教学改革模式在我校纺织工程专业2012、2013级学生中试行，实验教学效果显著提高，激发了学生对实验课的学习兴趣和热情，提高了学生运用纺织专业知识分析问题、解决问题的能力。学生自主设计加工的织物面料作品在第七届“中国高校纺织品设计大赛”中获得一等奖、二等奖各1项，优秀奖若干。学生的综合素质得到提高，达到了实验教学改革的预期目标。

[1] 周宝明，王建坤，刘建中，等. “纱线设计实验”教学改革的探索与实践[J].纺织服装教育,2014,29 (1): 67-69.

[2] 于勤，倪春锋，陈在铁. “织物结构与设计”课程的信息化教学设计[J]. 纺织服装教育, 2015, 30(4): 321-323.

[3] 荆妙蕾，王建坤，张毅. 高校纺织品设计专业方向建设的研究与实践[J]. 纺织服装教育, 2014,29 (2):109-111.

[4] 潘如如，王鸿博，高卫东.“织物结构设计”课程教学软件的设计与应用[J].纺织服装教育,2015,30(4):324-326.

天津工业大学高等教育教学改革研究项目(2014-3-03)

王庆涛(1988—)，男，辽宁本溪人，助教，硕士，研究方向为数字化纺织技术。E-mail:wqthc@126.com

G642.0

A

2095-3860(2016)05-0383-03