多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)在《測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色》教學(xué)中的應(yīng)用

汪南方，潘 璞，翦育林

（湖南工程學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湘潭411104）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求數(shù)量和質(zhì)量越來越高，用人單位日益強(qiáng)調(diào)人才的創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力.為了滿足新的需求，高等本科院校必須更新教育理念和模式，從注重專業(yè)對(duì)口教育轉(zhuǎn)向基本素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，從注重知識(shí)傳授轉(zhuǎn)向創(chuàng)新能力培養(yǎng)，工程實(shí)踐能力的訓(xùn)練是實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)變的有效途徑之一［1］.我國輕化工程專業(yè)涉及制漿造紙、精細(xì)化工、紡織染整、皮革等國民經(jīng)濟(jì)中地位重要的基礎(chǔ)工業(yè)和原材料工業(yè)領(lǐng)域.染整工業(yè)是原中國紡織總會(huì)擬定的紡織行業(yè)十年發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn).我校輕化工程專業(yè)是湖南省重點(diǎn)專業(yè)和特色專業(yè)，也是教育部第二批實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的試點(diǎn)專業(yè)，主要培養(yǎng)具有扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)、人文社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ)和印染科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)，具備較強(qiáng)的工程意識(shí)、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新素質(zhì)、社會(huì)交往能力、生產(chǎn)組織管理能力、可持續(xù)發(fā)展的輕化工程專業(yè)的高級(jí)應(yīng)用型人才.

1 虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性

《測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色》作為我校輕化工程的專業(yè)主干課，是一門有關(guān)光與色、顏色的表征與計(jì)算機(jī)配色的課程.通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生熟悉和掌握紡織品顏色的測(cè)量與仿色打樣中的計(jì)算機(jī)配色的基礎(chǔ)知識(shí)，了解顏色測(cè)量在紡織印染行業(yè)中的應(yīng)用.為在以后從事顏色質(zhì)量控制、染色印花對(duì)版、仿色打樣等工作打下必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ).為了強(qiáng)化理論授課的效果，增加了實(shí)驗(yàn)授課部分.但是，對(duì)于光的混合、顏色光的匹配實(shí)驗(yàn)，孟塞爾表色等重要實(shí)驗(yàn)無法在現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)室中開設(shè)，勢(shì)必給課程教學(xué)效果和學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用造成較大的影響.為了彌補(bǔ)目前教學(xué)上的不足，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，增強(qiáng)教師與學(xué)生的互動(dòng)性，提高學(xué)生的測(cè)色與配色知識(shí)的運(yùn)用能力，開發(fā)測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色課程的虛擬實(shí)驗(yàn)并應(yīng)用于教學(xué)，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的創(chuàng)新能力非常必要.

2 多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)

2.1 多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能幫助學(xué)生形成正確的概念，加深對(duì)規(guī)律的理解，而且與課堂理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)和提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、觀察能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力等方面有著不可替代的作用，是學(xué)生的研究能力、開拓能力、創(chuàng)新意識(shí)等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)的途徑.因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)科教學(xué)中具有不可替代的作用.

虛擬實(shí)驗(yàn)是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、虛擬儀器和設(shè)備的方法，提供一種仿真的實(shí)驗(yàn)“情境”，實(shí)驗(yàn)者可以通過計(jì)算機(jī)外部輸人進(jìn)行實(shí)時(shí)操作、觀測(cè)實(shí)驗(yàn)過程，直至得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果［2］.

與傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)相比，虛擬實(shí)驗(yàn)具有如下特點(diǎn)［3］：

（1）虛擬性.這是與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相區(qū)別的一個(gè)本質(zhì)特征，它使虛擬實(shí)驗(yàn)具備了一些優(yōu)勢(shì)，改善了實(shí)驗(yàn)條件，節(jié)約了資金，使某些難以在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn).

（2）實(shí)踐性.虛擬實(shí)驗(yàn)在人們獲取對(duì)事物的新認(rèn)識(shí)、完善已有知識(shí)結(jié)構(gòu)，以及在實(shí)踐中消除不確定因素、提高實(shí)踐能力方面具有重要作用.

（3）靈活性.實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)習(xí)者可以方便地改變實(shí)驗(yàn)條件來觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，可以對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析和研究.

（4）多樣性.有助于學(xué)習(xí)者發(fā)揮自身的能動(dòng)性，借助實(shí)驗(yàn)更好地理解已學(xué)知識(shí)，為探索未知領(lǐng)域做準(zhǔn)備.

（5）開放性.不僅要求虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在時(shí)間上、空間上開放，更重要的是在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和組織形式上的開放，從而滿足學(xué)習(xí)者的需求.

2.2 開發(fā)的多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K

計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展為開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)提供了有力的技術(shù)支持，我們?cè)诒容^目前幾種常用技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇了Flash軟件并結(jié)合Dreamweaver來開發(fā)多媒體虛擬實(shí)驗(yàn).采用Flash ActionScript編寫的多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K如表1所示.

下面以表1中的“顏色的混合”實(shí)驗(yàn)?zāi)K為例，簡要介紹它的開發(fā)過程.打開Macromdia Flash MX 2004，新建一個(gè)Flash文檔.由于圖1中的實(shí)驗(yàn)具有交互性，左邊的三個(gè)顏色調(diào)節(jié)滑塊是輸入控制，右邊是顏色混合效果顯示.可以設(shè)計(jì)成不同的元件來完成.對(duì)于加法和減法顏色混合的二個(gè)效果動(dòng)畫可以分成七個(gè)顏色影片剪輯，在場(chǎng)景中用ActionScript定義顏色影片剪輯的顏色顯示函數(shù)；對(duì)于顏色調(diào)節(jié)器可以分為標(biāo)尺和滑塊二個(gè)元件，并分別為它們寫上ActionScript，定義相應(yīng)的動(dòng)作，調(diào)用顏色顯示函數(shù)；然后保存，調(diào)試和發(fā)布影片，這樣，我們便完成了“顏色的混合”實(shí)驗(yàn)?zāi)K的制作了.

表1 測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色課程多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)情況

圖1 顏色的混合實(shí)驗(yàn)?zāi)K的界面

3 多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)在理論教學(xué)中的應(yīng)用

（1）有利于學(xué)生對(duì)于基本概念的理解和掌握

《測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色》的教學(xué)內(nèi)容中涉及到較多的原理和概念（比如，顏色的成因，顏色的混合，三刺激值等），它們抽象性強(qiáng)，學(xué)生理解和掌握較困難.盡管有經(jīng)驗(yàn)的教師在講授這些原理和概念時(shí)，采用舉例法和圖片演示法教學(xué)，也很難使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)較好地掌握.如果將這些原理和概念性東西以多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)的方式表現(xiàn)出來，學(xué)生可以通過這些虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行直觀地感受，獲取感性認(rèn)識(shí)，然后教師對(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)合原理和概念進(jìn)行側(cè)面的引導(dǎo)，學(xué)生便較快地將這種感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的階段，以達(dá)到較好地掌握這些顏色科學(xué)中一些抽象性的原理和概念.比如，給學(xué)生演示光的色散的實(shí)驗(yàn)?zāi)K（如圖1所示），學(xué)生可以很直觀地感受到一束白光經(jīng)過三棱鏡后發(fā)生了色散，在白屏上產(chǎn)生紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的連續(xù)顏色譜帶.教師在演示完后，可以向?qū)W生提問，什么是復(fù)色光，什么是單色光，它們之間有什么關(guān)系，提問完后，可以對(duì)學(xué)生的回答作一個(gè)全面而深入的概念性的總結(jié).通過這種方式，學(xué)生很快便將復(fù)色光和單色光的概念弄清便掌握.

圖2 光的色散的實(shí)驗(yàn)

（2）提高課堂教學(xué)的互動(dòng)性

在虛擬實(shí)驗(yàn)中，交互性是用戶體驗(yàn)臨場(chǎng)感的重要環(huán)節(jié)［4］.學(xué)生通過對(duì)表1中相關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)的交互性的操作，可以直觀地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果之間的關(guān)系.通過這種方式，學(xué)生和教師分別拋開了枯燥的色光理論學(xué)習(xí)和講授，從而雙方一起沉浸在實(shí)驗(yàn)所帶來看樂趣中.比如，對(duì)于顏色的混合的實(shí)驗(yàn)?zāi)K（見圖1），學(xué)生可以調(diào)節(jié)三原色中的紅、綠、藍(lán)的滑塊或者在它們的文本框中輸入相應(yīng)的RGB值，可以直接觀察到加法混色和減法混色的結(jié)果.此外，老師還可以要求學(xué)生利用三原色的調(diào)節(jié)配出指定的顏色.這種在做中學(xué)，學(xué)中做的互動(dòng)性學(xué)習(xí)，可以較好地掌握顏色的混合的格拉斯曼 （H.Grassmann）顏色混合定律和色料的減法混合規(guī)律.

（3）有利于學(xué)生鞏固已學(xué)的專業(yè)知識(shí)

《測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色》課程的開設(shè)安排在纖維化學(xué)與物理、染料化學(xué)、練漂工藝原理和染色工藝原理等專業(yè)課程之后，其原因是此課程是一門交叉性很強(qiáng)的課程，課程中的顏色科學(xué)理論涉及到物理學(xué)、生理學(xué)、生理心理學(xué)、化學(xué)、纖維化學(xué)與物理、染整工藝原理等知識(shí).虛擬實(shí)驗(yàn)可以利用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，將這些相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以對(duì)已學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行回顧，起到鞏固和加深理解的作用.如，物體的顏色的成因的虛擬實(shí)驗(yàn)（如圖3所示），學(xué)生通過點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)中的“吸收特性”、“有色物濃度”、“有色物狀態(tài)”、“比表面積”按鈕，一方面弄清了影響物體顏色的客觀因素，另一方面可以加深染料化學(xué)和纖維化學(xué)物理中的相關(guān)知識(shí)，達(dá)到觸類旁通的目的.

圖3 物體的顏色的成因

（4）可以上傳到網(wǎng)絡(luò)課程中，增強(qiáng)學(xué)生課外自學(xué)的能力

表1中所有的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K均用Flash開發(fā)而成，模塊的元素均采用矢量圖，文件占用的空間小，對(duì)服務(wù)器的磁盤容量壓力小，在IE中播放的速度快，成為網(wǎng)絡(luò)課程首選的教學(xué)元件，將它們上傳到相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)課程中，學(xué)生可以在遠(yuǎn)程上網(wǎng)進(jìn)入課程進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果.

4 多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（1）可以為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備［5］

本課程的教學(xué)內(nèi)容分理論授課和實(shí)驗(yàn)授課，實(shí)驗(yàn)授課主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用測(cè)色和配色理論對(duì)染色制品測(cè)色與配色的能力.為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)測(cè)色儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理的理解和運(yùn)用，首先讓學(xué)生做虛擬實(shí)驗(yàn)，如，表1中分光光度儀測(cè)量物體的反射率實(shí)驗(yàn)?zāi)K.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，學(xué)生可以很直觀地了解測(cè)試儀器主要部件（光源、積分球、單色器、檢測(cè)器），光路設(shè)計(jì)，反射率測(cè)試原理，儀器的操作步驟，這為學(xué)生上機(jī)操作真實(shí)的測(cè)色儀器的實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)，提高了學(xué)生操作儀器和測(cè)量織物顏色的正確率.

（2）可以替代目前開設(shè)不了的部分真實(shí)實(shí)驗(yàn)

目前，我專業(yè)實(shí)驗(yàn)室由于建設(shè)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備水平有限，測(cè)色配色中部分實(shí)驗(yàn)不能開設(shè).虛擬實(shí)驗(yàn)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)虛擬，投資費(fèi)用小，效率高，值得開發(fā)和應(yīng)用.比如，表1中光的色散和物體色的孟塞爾標(biāo)號(hào)二個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，由于實(shí)驗(yàn)室沒有光學(xué)測(cè)試室和孟塞爾圖冊(cè)，真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法開設(shè)，但是利用表1中的虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)光的色散實(shí)驗(yàn)和物體色的孟塞爾標(biāo)號(hào)方面的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能.

4 小 結(jié)

針對(duì)我校輕化工程專業(yè)的創(chuàng)新型工科人才培養(yǎng)的需求，結(jié)合本課程的特點(diǎn)，利用Flash ActionS－cript開發(fā)測(cè)色與配色的多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K.經(jīng)過虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，無論在理論課堂還是在實(shí)驗(yàn)課堂，虛擬實(shí)驗(yàn)都能促進(jìn)學(xué)生對(duì)測(cè)色與配的基本原理的掌握和運(yùn)用.

［1］ 王曉明，易 兵，徐粵宇.提高染整工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力［J］.廣東化工，2010（1）：160－161.

［2］ 湯躍明.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用［M］.科學(xué)出版社，2007.

［3］ 王玉瓊.虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究［D］.四川師范大學(xué)碩士論文，2008.

［4］ 杜一寧.虛擬實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀以及在教學(xué)中的意義［J］.浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（4）：390－393.

［5］ 單美賢.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用探析［D］.南京師范大學(xué)碩士論文，2002.