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摘要：为解决传统理论教学与学生工程化培养之间的矛盾，本文研究基于云平台的纺织机械类虚拟仿真实验教学改革，重点设计纺织机械类虚拟仿真实验教学体系，开发多个纺机类虚拟实验项目用于实验教学，其次，构建基于云平台的纺织机械类虚拟仿真实验教学平台，开展具有高度真实感、直观性和精确性的虚拟仿真实验教学。教学实践证明，这样能够拓展实验教学的深度和广度、提高实验教学实效，实现理论与实践教学的密切结合。
关键词：云平台；纺织机械；虚拟实验
本文引用格式：吴新丽，等.基于云平台的纺织机械类虚拟实验教学改革研究[J].教育现代化,2020,7(41):1-5.
Research on Virtual Experiment Teaching Reform of Textile Machinery Based on Cloud Platform
Wu Xin-li,YAng Jin-lin,XIA Xu-dong,MA Shan-hong,Yu gao-hong
(national Machinery Basic Experimental Teaching Center of Zhejiang Sci-Tech university,Hangzhou Zhejiang)
Abstract:In order to solve the contradiction between traditional theoretical teaching and student engineering training.Firstly,this paper studies the virtual experiment teaching reform of textile machinery based on cloud platform,focuses on designing the virtual simulation experiment teaching system of textile machinery,and develops multiple virtual experimental projects of textile machinery for experimental teaching,secondly,construct a virtual simulation experiment teaching platform for textile machinery based on cloud platform,and carry out virtual simulation experiment teaching with high realism,intuition and precision.The teaching practice proves that it can expand the depth and breadth of experimental teaching，and improve the effectiveness of experimental teaching,achieve a close combination of theoretical and practical teaching.
Key words:Cloud platform；Textile machinery；virtual experiment
一引言
纺织产业是我国的主要产业，是浙江省的支柱产业。纺织机械是纺织产业的发展基础和支撑，我校于1977年开始设置纺织机械专业，在纺织机械的教学上，开设了纺织机械设计、控制、测试等方面的多门课程和实验，实验配置全面，涉及面广[1]。
然而，在纺织机械的理论教学过程中，存在一些普遍性问题：1.纺织机械的理论知识高度概括、抽象知识点多、关系脉络复杂，学生缺乏对知识体系整体的构建能力，学生学习容易陷入“知识海洋”的困境，需要进行实验以提供实际的感性认识[2]；2.某些理论知识所涉及的领域属于宏观和微观，现实世界难以找到具体的案例进行演示或者演示效果不好[3,4]，比如，气流引纬、经纱横向振动、筒纱卷绕成型等，需要以计算机仿真方式进行直观教育；3.某些高速高压环境的物理现象，用传统实物实验存在危险隐患，需要通过虚拟和仿真达到认识和实验目的[5]；4.传统实验需要构建物理演示系统，成本高、操作困难，缺乏让学生动手实践的条件，比如，高速织机的引纬和打纬、纺机大功率直流电机调速核心电路等[6,7]。
为解决传统理论教学与学生工程化培养之间的矛盾，拓展纺织机械类实验教学的深度和广度、提高实验教学实效，实现理论与实践教学的密切结合，本文提出基于云平台的纺织机械类虚拟仿真实验教学改革研究，利用专业的仿真软件，采用多媒体技术以及网络通信平台，开展具有高度真实感、直观性和精确性虚拟仿真实验教学，不仅减少了实验成本，而且避免了纺织机械高速运转带来的人身安全等危害，对专业实验教学进行有益补充和创新。
二 纺织机械类虚拟仿真实验教学体系设计
（一）纺织机械类虚拟仿真实验教学总体设计
根据纺织类人才培养所需要的完整知识链及我校的特点，资源按课堂教学、实体实验教学、虚拟仿真实验教学3个模块，如图1所示。其中虚拟仿真实验按照“机械机构——控制分析——性能测试”进行建设，形成了“开放式教学、专业实体实验和虚拟仿真实验”的层次实验教学内容，分别培养学生的学科专业基本素质、工程实践能力和科研创新能力，形成了自主式、启发式和研究式的教学模式，实现了校企培训、合作、服务社会和国际合作交流。在虚拟仿真实验教学资源的整合和实验项目的设计上，主要依照以下具体的原则。
（1）根据现代纺织装备产业对纺织装备专业人才的需求，以纺织装备的“机械机构—分析控制—性能测试”为轴线，针对纺织装备人才培养需求，分模块整合优质教学资源。
（2）“虚”“实”结合,能“实”不“虚”，解决传统理论教学和实验教学中的重点、难点问题，提倡绿色教学，减少浪费，提高教学时效。
经过整合与提炼，目前已经完成以下3类纺机虚拟实验教学资源的建设，共计12个实验项目，如图2所示。
1.机械结构类教学资源
纺织机械具有运动机构复杂的特点，机械机构设计是纺织机械的关键。纺织机械结构类虚拟仿真实验教学资源可以帮助学生形象了解纺织机械的工作原理，掌握典型机构的设计方法，培养学生创新设计能力。
2.分析控制类教学资源
纺织机械的自动化程度越来越高，纺织机械的分析控制教学内容包括现代高速织机的五大运动装置的电子送经装置和卷取装置的控制、高速毛巾织机起毛装置的控制等诸多内容，传统的实验教学方法需要真实织机的运行，投入大量的设备、场地，耗工耗料，且时间周期很长。纺织机械的分析控制类虚拟仿真实验有助于帮助学生拓展纺织装备机电控制的相关知识，掌握新颖、高效的控制方法。
3.性能测试类教学资源
为了更好地设计、控制和使用纺织装备，必须对纺织机械的性能进行测试、分析和改进。纺织装备的性能测试实验教学显得非常重要，通过纺织装备的分析控制类虚拟仿真实验有助于学生了解和掌握纺织装备性能测试的关键技术、理解纺织装备的性能，可以缩短学习周期，减少实验教学成本，培养学生创新思维。
（二）典型实验项目介绍
1.纺织设备认知虚拟实验
纺织设备认知虚拟实验包括剑杆织机、毛巾喷气织机、络筒机和双面大圆机等几款纺织设备，学生在纺机设备与工艺虚拟仿真实验中，可将在实际教学中不可能经常反复重新拆卸与安装的设备进行反复拆装，如图3所示。
2.基于虚拟仪器的织机动态参数检测实验
基于虚拟仪器的织机动态参数检测实验项目包括：织机的结构认知、织机动态参数的测量、织机运行的动态参数变化、织机机械生产过程模拟等内容，如图4所示。
3.纺织品光学性能测试与评价虚拟仿真实验
纺织品光学性能测试与评价虚拟仿真实验包括：光路结构虚拟设计、数字图像处理、构建光学性能指标数据库，如图5所示。
4.染色机落布端温湿度检测虚拟仿真实验
连续染色机落布端温湿度检测虚拟仿真实验案例包括：SHT7x温湿度传感器结构介绍、MAX7219驱动器接口介绍、连续染色剂落布端的温湿度检测，如图6所示。
三 基于云平台的虚拟仿真实验教学建设
目前我校已建立基于云平台的虚拟仿真实验教学平台，该平台是基于互联网移动云端的新一代在线教学平台。上述纺织类虚拟实验教学资源均可在云平台上发布。同时，云平台还具有“教”、“学”、“练”、“考”、“管”、“评”等功能，学生可通过云平台进行虚拟仿真实验的预约、练习及考核、提交实验报告等操作，如图7所示。
在纺织装备虚拟仿真课程中已经添加了12款软件，每款软件中都可以放理论资源、视频资源以及考试资源等内容。云平台起到两个作用：身份认证的作用（班里合法用户，即可以任何时间、任何地点都能使用虚拟仿真软件）、虚拟实训痕迹（学生无论什么时候用，什么地方用，虚拟实训的成绩与过程数据都会有相应的记录），具体如图8所示。
四基于云平台的纺织机械类虚拟实验教学改革成效
（一）提升学生课程质量
传统教学重智力培养而轻能力培养，学生知识结构不平衡，学校培养的学生理论知识相对比较扎实，但是理论知识过于单一化，学生不具备完整的知识体系，不足以适应新时代科学的迅猛发展。纺织类虚拟仿真实验教学采用完全虚拟设计的模式，完成机构设计和分析、零件实体造型、装配、运动仿真、运动控制、实现虚拟织造和测试等教学任务，帮助学生拓宽纺织装备知识结构、形象了解织造设备及工艺原理、掌握新颖高效的纺织装备设计方法以及科学、便捷的检测手段，极大提升学生在纺织装备的综合应用能力和创新能力，能够把握科学前沿，具备完整的知识体系，拥有从一个领域到另一个领域的意识能力。虚拟实验平台培养了学生学习实验的积极性、独立性和创新性，取得了预期的教学效果。
以机电专业《纺织机械原理与装备技术》课程为例，分别从课程感兴趣程度、操作便捷性、操作创新性和知识理解程度这四个方面进行评分评价，四项评价分值标准均采用百分制。以2017-2018-2学期的28名学生为样本，统计传统实验教学模式下课程教学评价的评价结果，对四项教学评价的分值分别做平均值处理;然后以选修该课程后一级学生30人为样本，在传统实验教学基础上增加了虚拟实验教学方法，统计教学评价结果。图9为传统实验教学和增加虚拟实验教学后的教学评价对比。很明显，增加了虚拟实验教学方法，在各个方面学生对课程的评价都有所提高。
（二）提高学生创新创业和科研活动的能力
创新型人才培养的关键是要强化知识创新与实践创新能力，培养创新创业精神[8]。基于云平台的纺机类虚拟实验教学平台中诸多实验项目，其中使用的设备仪器是由企业实际使用的设备仪器转化而来，连接了学校、研究院和一些企业单位的沟通与协作，加强了学生与研究院、企业之间的联接，有助于学生毕业后更快地融入社会。与此同时，学生通过虚拟实验教学平台，能够深入接触纺织行业，了解当下纺织行业的最新科研进展情况，提高学生的科研能力。
（三）实现资源共享
基于云平台的纺织机械类虚拟实验教学平台为校内学生，校外人员提供了更加优质的实验教学资源，实现了在“时间、空间、内容”上的开放，在时间上，可以不受限制，24小时均可开放；在空间上，学生可以不进入相关实验室，自行在宿舍或者其他有校园网络服务的地方进行虚拟实验，完成实验操作；在内容上，学生不仅可以根据教师提供的实验指导书进行操作，也可以自行设计实验项目、实验流程，完成自己感兴趣的实验内容。
五 总结
基于云平台的纺织机械类虚拟仿真实验教学平台，可以全年为学生服务，可以对全校以及周边学校开放，采用虚拟设计模式，完成机构设计和分析、零件实体造型、装配、运动仿真、运动控制、实现虚拟织造和测试等教学任务，帮助学生拓宽纺织装备知识结构、形象了解织造设备及工艺原理、掌握新颖高效纺织装备设计方法以及科学、便捷的检测手段，极大提升学生在纺织装备的综合应用能力和创新能力，并可为教师提供科研条件。
参考文献
[1]杨建成,杨涛,赵永立,等.机械基础及纺织装备设计虚拟仿真实验中心建设[J].实验室科学,2017,20(04):183-186.
[2]胡林岚，包峥嵘．基于Cult 3D的机械创新虚拟实验项目研究[J].实验室研究与探索，2013，32(5):250-254.
[3]蔡卫国．虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2011，28(8):76-78.
[4]教育部高教司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].[2013-08-13].http://old．moe．gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7946/201308/156121.html.
[5]罗海波．基于PacketTracer和VMware的虚拟网络实验平台构建[J].科技广场，2011(3):37-39.
[6]胡今鸿，李鸿飞，黄涛．高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究[J].实验室研究与探索，2015，34(2):140-144，201.
[7]朱高中．基于Multisim仿真软件在高频实验教学中的应用研究[J].实验技术与管理，2012，29(11):106-108，140.
[8]高晓平，王子鹤．运用多媒体技术搞好“纺织机械”课程实验教学[J].纺织服装教育，2012，27(3):273-275.
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