纺织服装高校自动化专业课外实践教学模式的研究

1、纺织服装高校自动化专业课外实践教学模式的研究项目主报告北京服装学院自动化教研室李 凯一、项目的背景与目标课外教学能够提高学生的创新能力，培养学生的专业技能 增加就业竞争力。自上个世纪90年代起自动化教研室坚持开展课外教学工作，并取得了不少教学成果。实践表明深入研究课外教学模式有助于深入、有效地组织课外教学，有助于扭转学生重考试轻实践的局面。本项目的研究目标是比较研究国内外同类专业的课外实践教学案例，通过课外教学活动，逐步构建应用型自动化专业的课外教学体系，侧重在实践教学模式、艺工结合等方面的研究。设计适合不同年级学生的科艺结合的课外活动项目，项目主要集中在电子服装、智能服装方向。通过课外教学项

2、目逐步提高学生的创意设计和专业技能。二、项目执行情况按照预定的研究计划，主要研究内容包括：国内外自动化类专业的课外教学案例和教学方法的比较研究课外教学项目的设计课外教学文档的整理撰写教研论文的撰写下面逐一汇报各个方面取得阶段性进展和成果国内外自动化类专业的课外教学案例和教学方法的比较研究 比较研究的最终目的不是简单的收集资料，而是为开展第（2）、（3）、（4）方面的工作提供必要的前期准备，避免简单重复他人的工作。在比较研究的过程中我们不仅从专业内容进行比较分析，也从教育学、教学设计的角度进行了必要的梳理。比较研究工作分成下列三步完成，即：资料的收集，筛选和比较研究。 在本地开展了考察其它高校或

3、培训机构的课内实践性或课外教学工作。利用互联网和公共图书馆的丰富教研资源，收集了与本课题有关的课外教学案例和方法的文献资料。在校内数字图书馆下进入中国知识总库可以全面检索到国内大学各个专业课外教学研究情况，便于从不同的视角了解相关专业的课外教学情况。通过阅读资料初筛出与本课题密切相关的资料，按照主题编目为比较研究提供资料的准备。依据筛选的资料，在教学案例、教学方法、教学效果评价和课外教学所需的资源等多方面开展比较研究。 完整的教学案例资料应包括：课题名称、课题申请、课题总结报告和技术文档等。事实上不可能在互联网上收集到完整的案例资料。许多时候只能得到不完整的教学案例资料，甚至仅仅得到课题的名称

4、。有些类型的课外教学实例较容易得到，例如：全国大学生电子竞赛的培训资料。本院开展的URTP和开放实验室项目是较为完整的教学案例，因为学生就是本院的学生，因而最具有教学研究价值。国内课外教学的经费多来自教务行政部门。国外校方组织的课外教学的规模没有国内高校大，多数课外教学是自发的。相对说来，国外高校的自动化专业的课内实践性教学比较务实，时间比例较大，课内项目的内容常比国内平行的课程还深入得多。从前述的课外教学案例和相关的课外教学研究论文，我们了解到自动化类专业的课外教学常用的教学方法主要有：项目推动教学、体验式教学，CDIO等。从收集到教学案例可看到目前多数自动化专业的课外教学项目集中在专业技能

5、培训、应用软件设计、电子装置的设计与制作，无线通信等方面。 在自动化专业课外教学案例中没有找到关于科学艺术相结合的课外教学案例。 王艳华介绍了组织工科学生参加艺术类课外活动的教学经验，她的文章对于本项目研究有一定帮助。 通过比较研究，不难看到不同类型的课外教学项目显然需要不同的教学资源。本项目相关的教学资源主要有：服装结构或装饰设计和电子制作方面的书籍，设计案例。为说明课外教学项目同教学资源之间的相关关系，部分课外教学项目所需的教学资源总结在表1。表1 课外教学项目所需的教学资源课题类型文献资料工具材料软件设计软件工程方面的论文、源程序实例，视频培训课程编程软件，例如：VC+，gcc,ADS等

6、电子服装设计与制作服装结构或装饰设计和电子制作的书籍，设计案例焊接工具、缝纫工具，电工工具电子元件、手工材料，服装辅料数字系统设计数字电子技术方面的书籍，源程序实例,相关芯片使用手册电工工具、EDA软件、开发平台电子元件 围绕课外教学案例和教学方法的主题开展的比较研究使我们了解到课外教学方法的多样性，认识到课外教学同课内教学的共生关系。同时能够清楚把握和评价我校自动化专业课外教学的概况，启发我们进一步开展突出我校学科特色的课外教学方法的研究。 从中国知识总库中收集纺织服装自动化方面的多篇文章。仔细阅读后，总结归纳得到纺织服装自动化的技术发展特点是：在许多纺织或服装机械上采用以功率电子器件为基础

7、的新型驱动技术；2. 以现场总线为代表的网络与通信技术逐步应用到纺织服装产业；3. 现代信息技术在纺织服装产品的设计、生产、管理、物流和营销环节得到广泛的应用，并不断提出新的挑战性的问题。 在此基础上，电话咨询毕业生工作情况和了解近年自动化专业毕业生去向，使我们对什么才是应用型自动化专业毕业生的应具备业务素质的问题有了较为明确的理解。通过文献调研和科研实践活动，我们归纳得到电子服装和智能服装设计过程中涉及到的自动化专业基础课主要有：检测与传感技术，模拟电子技术基础和数字电子技术，自动控制原理，功率电子学和嵌入式系统设计。 根据教学实践，我们认为电子服装和智能服装设计方向的课外教学同专业主干课程

8、的联系主要体现在：.在二年级本科学生中开展的发光服装创意设计的项目同检测技术，电路，电子技术和嵌入式系统设计等课程都有一定关系。该项目有助于培养学生基本电子制作能力，体验职业工作流程和相关的知识。.在三年级本科学生中开展的电子服装的功能创意设计的项目同检测技术，数字电子技术、自动控制原理和嵌入式系统设计等课程均有紧密的关系。 该项目有助于强化学生电子装置的设计与制作能力。 关于电子服装的设计与制作专题，在中国知识总库没有查阅到相关的课外教学研究文章。但是，国外有些高校开设了与电子服装的设计与制作相关的课内教学课程。例如，Leah Buechley教授在麻省理工学院开设了新型纺织品（New Te

9、xtiles）的课程，电子服装是该课程的重要组成部分，项目推动教学也是该课程的突出特点，学生需独立完成电子服装的设计与制作。该课程的学时多于我校的实验室开放项目规定的学时。这说明在这方面国外高校已经开始将电子服装设计与制作逐渐融入课内教学。除此之外，在短期培训以及高中都开始若干与电子服装设计与制作有一定关系的课程或项目。 在若干网站也有相应的博客群或兴趣小组。 课外教学项目的设计 目前许多教师仅仅从自身的职业专长或熟悉的领域设计课外教学项目，而忽视了学生的实际情况。采用这种方式设计课外教学项目有一定合理性，也有一定局限。 在开展课外教学的过程中，我们注意到教学设计（instructional

10、design）逐步成为分析与解决教学研究方面的问题的有效方法。教学设计也称为教学系统设计。具体到某个教学任务，按照教学设计的理念，教学研究工作包括：前期分析、教学方案设计、课程资料的开发、教学方案的实施和教学的综合评价。教学设计多用于课内教学或培训类课程，在本期教学研究中我们尝试以教学设计倡导的原理和方法指导课外教学研究工作。 在课外教学课题设计的开始阶段，需对不同年级的学生进行必要的调查，调查可采用：问询法或问卷调查。我们采取了问询法开展了调查，问询的主题包括：学生的专业知识、技能、职业经历和兴趣。同时需要研究自动化专业教学计划，因为课内和课外教学常是互补的和互相推动的。学生一般会在考试课程

11、上花费较多的时间，因此需要了解学生的课内学习时段和实际花费的时间。 在此基础上，兼顾教师的自身爱好或特长设计课外教学课题，侧重从多方面把握课外教学项目的定位，细致考察课外教学项目可能留给学生的自主活动、创新活动以及设计空间。 课外教学项目的教学实践是十分必要的。在教学过程中，可以检验、充实或修正课外教学项目，从多方面评估项目的教学成果。我们根据本校自动化专业学生的特点，结合教学计划完成 5个课外教学项目的设计，这些项目是： 1. 交互式媒体播放装置制作 2. 无线群控系统架构及多点发光动态效果设计3. 电致发光服装的创意设计4. 电子功能服装设计5. LED智能灯具设计 部分项目已经开展了教学

12、实践，取得了较好的教学效果。第3项项目“电致发光服装的创意设计”引起学生的学习兴趣，较好地完成项目的任务。 部分学生设计的发光服装在我校科学艺术时尚节和信息工程学院的风采周上展示，取得了好评。有些学生又在马小铁老师的帮助和指导下，为我校学生街舞社设计制作发光演出服，在校玫瑰杯舞蹈大赛和后续的多次巡演活动中投入实际使用，取得较好的演出效果，并得到领导和观众的好评。第1项项目“交互式媒体播放装置制作”也引起学生的兴趣，该课题在linux操作系统下实现了观众与视频演播的互动，设计的软件这种互动有一定随机性，增加该装置的神秘色彩和趣味性。 事实上科学艺术结合的课题的生命力在于与时俱进，尽管关键技术相似

13、，针对不同的设计主题可以逐年丰富课题的设计内容，长久地引起学生的兴趣。 课内教学与课外教学在一定条件下可以相互转化的，第2、5项项目在研究内容加以适当的扩展作为毕业设计课题，既能引起学生的兴趣，也会取得较好的教学效果。同样，毕业设计项目也为课外教学项目的设计提供必要的技术支持。例如：刘雨萌同学的毕业论文讨论了EL线的驱动电路设计，开展了实验研究，为开放实验室项目中设计基于EL线的发光服装提供了先期准备。刘倩茹同学的毕业论文讨论了互动的LED趣味灯具设计，开展了实验研究，为课外教学课题“LED智能灯具设计”提供了先期准备。（3）课外教学文档的整理撰写课外教学文档是有效实施课外教学的一类重要教学资

14、源。课外教学的文档很大程度上依赖于课外教学的内容和教学方法。文档的格式也是多样的。教学实践表明，没有经过教学实践的教学文档经常是尚待进一步完善的教学文档。在撰写课外教学文档之前，需要完成相关资料的收集和课题的设计。同样需要教师开展课题试做或预先研究的工作，以保证课题的指导的技术路线是合理的。教学文档不是把教师取得的技术成果直接传输给学生，而是营造创新的氛围，在必要时指导学生克服遇到的问题的技术指南。 按照本期项目计划，已经完成了电致发光服装的创意设计的教学文档。该教学文档采用实验的格式，将课题的有关内容分成电致发光器件基础知识、发光服装案例与创意设计和发光服装的技术设计与制作三个实验单元。同时

15、也包括若干发光服装的设计要求和相应的各类技术资料，例如：常用发光二极管的使用说明书、常用EL线的使用说明书,EL线的焊接步骤。 按照本期项目计划，已经完成了电子服装的功能创意设计的教学文档。在2013年春季学期开展课外教学实践，取得了较好的教学效果。该教学文档简要介绍与课题的有关内容，主要包括下列4个部分：传感器件、功能器件基础知识、嵌入式系统简介和电子功能服装创意设计案例。同时也为开展教学搜集和整理各类技术资料，例如：常用传感器芯片的使用说明书、常用微处理器的使用说明书,以及电子服装制作步骤。 前面介绍的课外教学文档主要用于开展科学艺术结合的课外教学改革。同全国大学生电子竞赛或纯粹工科的实验

16、室开放项目相比，降低了学生开展项目工作的技术门槛，增加了创意设计的内容。这部分内容来自创意草图、服装装饰设计等课程，一般要求学生适度了解这方面的知识，侧重在项目执行过程中提升学生创意设计意识，体会和了解创意设计的步骤。 （4） 撰写教研论文 按照本期项目计划，韩润萍、马小铁、李凯老师分别完成和发表了一篇与本项目相关的教研论文。 韩润萍老师就自动化专业实践性教学体系的建设问题做了深入的讨论。马小铁老师针对团体操的无线群控问题做了深入的研究。李凯老师论文的名称是“自动化专业的课外教学研究”，论文的主要讨论了应用型高校的自动化专业的课外教学问题，归纳了常见的课外教学类型。根据自身的体会说明影响课外教

17、学的影响因素。论文总结若干可开展的项目，并说明制作类、调试类和科艺结合类项目都适合自动化专业的课外教学。三、科学艺术结合的课外教学方法的研究近年，我们一直开展科艺结合的课外教学方法的研究。主要是在指导课外教学项目“ 电致发光服装的创意设计”中开展了三次的教学实验，并取得较好的教学效果。通过教学实验，逐步形成一种新的科艺结合的课外教学模式。在整个教学活动中，第一步先花费必要的时间补习相关的知识或培训相关的电子元器件焊接、测试技能以及相关的缝纫技能， 然后介绍相关的设计资料、实例、样品和工艺。第二步下达设计任务，要求每名学生独立完成创意设计，必要时组织去图书馆或网上查阅资料，学生完成设计后组织讲评

18、。第三步，按两人一组，整合创意设计，完成产品设计，包括装配草图、说明和元器件清单。最后，同教师讨论后定稿，分组制作调试。2013年， 我们在高年级的大学生科学训练项目中开展了科艺结合的课外教学方法的研究。在项目最初阶段， 类似于服装的概念设计，先搜集与重组资料，开展主题企划。 然后进行电子服装的控制单元硬件、软件设计，制作与调试。最后，开展电子服装集成、装配和联调。 实践表明， 在高年级开展科艺结合的课外教学是可能的。建议采用的教学模式是师生共同探究，同时应注意选拔优秀的学生作为课题负责人。后者是十分重要的教学措施。 四、电子服装的控制单元本教学改革项目需要自行研制电子服装的控制单元，为学生在

19、不同的课外教学项目提供必要的工作基础。为此我们自行研制了电子服装的控制单元用于支持课外教学。 该单元采用的微处理器芯片是ATMEL89C2051，学生在本校的相关课程（微型计算机原理与接口技术）学习过该芯片的相关知识，这将减少学生学习负担，可保证课外教学同课内教学形成良性的互动。 该单元可驱动多路功率较大的发光器件，适当扩展可实现电子服装的无线遥控。 自行研制的控制单元同Leah Buechley教授研制的电子服装套件功能相似。Leah Buechley教授为电子服装研制精巧的套件，其中电子器件装配到服装的方法是采用导电纱作为电气连接导线。 这个方案有一定合理性，即在一定程度免除焊接，只需要把

20、电子器件缝制在服装，导电纱十分柔软可以减少常规导线造成不舒适感。 但是导电纱价格较贵，在国内不易获得，而且不能传输较大的电流，不适合发光面积较大的发光演出服装。 五、项目主要成果简介 按照项目申请书，取得下列四个方面的教学研究成果： 1.发光服装与智能服装创意设计的教学文档；2.自动化专业的课外教学研究论文；3.电子服装的创意设计样品；4.电子服装设计的教学资源。下面分别简要介绍每项成果的主要内容如下：电子服装与智能服装创意设计的教学文档： 在指导开放实验室项目过程，逐步完善制定的发光服装创意设计的教学文档，主要内容包括：发光服装的基本知识与制作技法，服装创意设计的基本流程、相关的发光器件、电子线路方面的知识。在指导大学生科学训练项目和毕业设计过程中逐步制定的电子功能服装设计的教学文档，主要内容包括：电子功能服装的基本知识与制作技法，功能服装设计的基本流程、相关的传感器件、单片机硬软件方面的知识。 教学研究论文：本期教学项目共发表3篇论文，论文主要讨论自动化专业课外教学模式和应注意的教学要点。电子服装的创意设计样品：在指导学生开展课外教学