弗吉尼亚理工大学生物系统工程系(BSE)在2004年获得了国家科学基金会的拨款，用于围绕螺旋主题学习开发课程。在螺旋式课程中，学生在解决日益复杂的问题时，会反复回到相同的基本概念。我们使用这种方法不仅教授生物系统工程概念，也教授现代工程工具，包括MATLAB®．
MATLAB是弗吉尼亚理工大学螺旋课程的关键，因为它支持第一年项目所需的基本数据分析，以及随后几年所需的数据采集和更复杂的统计分析。当金宝app学生完成螺旋课程的第四年时，他们已经使用MATLAB分析了d逐步了解更复杂的生物过程，首先在试管中，然后在烧杯中，在实验室中的中试反应器中，最后在工业处理设施中（图1）。
用MATLAB实现螺旋课程
螺旋课程的目标之一是让学生在毕业后立即开始实践他们的专业。为了达到这个目标，我们知道我们必须让学生从第一天起就参与解决实际的、真实的生物系统工程问题。
在他们的第一年，BSE学生普通化学和工程导论。在初级阶段，他们研究一个简单的生物过程，在这个过程中，他们将一种酶添加到一个含有底物的试管中。这种酶催化水解反应，使底物的颜色从蓝色变成黄色。学生们使用分光光度计监测和测量这一变化，并在MATLAB中对测量数据进行线性回归，估计Micheles-Menton方程的系数。在亲眼目睹酶的工作原理后，他们了解了酶是如何在化学工程、生物修复和真实世界的生物反应器过程中使用的。
在第二年的课程中生物系统工程导论，作业更高级。例如，学生们使用产生酶的微生物，而不是简单地向烧杯中的基质中添加酶；他们从生物过程中提取材料，对其进行分类，并使用MATLAB分析材料平衡和能量平衡，而不是简单地测量颜色变化过程。
在第三年的课程中BSE的单元操作，学生完成规模和范围与实习生物系统工程师进行的实验室实验相当的项目。使用中试规模连续蒸馏反应器，学生设计并进行单元操作实验，控制反应器的溶解氧和pH值，并使用MATLAB分析和解释tes三年级学生还参加了数值分析课程，在该课程中，他们进一步发展了在MATLAB中求解微分方程的技能。
在最后一年，学生们完成了生物工艺工程、工业生物工艺和生物工艺装置设计的课程。重点是学习如何设计一个完整的反应器。作为学习的一部分，学生们参观了一个反应器有几层楼高的工作处理设施。
用MATLAB教授生物过程仪表
在解决他们的生物反应器设计项目之前，四年级学生使用MATLAB学习仪器和控制，数据采集工具箱™，和仪器控制工具箱™。生物系统中的仪器、测量和控制曾由工程科学系和机械系教授。因为这门课包括了其他系的工程学学生，所以实验作业通常与生物过程工程无关。另一个缺点是，学生必须为这门课程学习新的图形化编程环境，并且必须留出课堂时间来教他们如何使用它。我和我的同事们决定重新设计课程，自己教。我们开发了针对生物工程的实验作业，并将所需的软件改为MATLAB、Data Acquisition Toolbox和Instrument Control Toolbox。
在本课程中，我们将螺旋概念应用到实验中，从学生简单地将测量数据导入MATLAB的作业，到需要更高级的数据采集技术的作业。在第一个实验中，学生们用万用表测量电压和电阻，并将数据记录在电子表格中。他们将数据导入MATLAB，生成散点图，并执行线性回归。在接下来的两个实验中，学生使用热电偶、热敏电阻和光学传感器测量电压(图2)。
他们使用USB连接将万用表数据直接导入MATLAB进行分析。在完成使用MATLAB执行离散快速傅里叶变换的任务后，他们继续进行一个实验室，在该实验室中，他们使用数据采集工具箱中的RS232C和GPIB来获取色度计和示波器数据。随后的实验室包括色谱，p压力测量、流量测量、使用应变计的力测量以及使用压力计的沼气压力监测。对于测量压力、流量和力，学生使用数据采集板和来自MATLAB的仪器控制工具箱连接传感器。
对于最后一个项目，每个学生提交一个实验设计，班级选择其中一个设计一起完成。最近的一个项目涉及从粪便中产生沼气，并在MATLAB中分析热电偶和压力传感器数据，以监控过程并最大限度地提高产量。另一个项目涉及使用生物聚合物作为包装，以在这个项目中，学生们测量了香蕉的颜色、质地、pH值和穿刺力，使用MATLAB中的统计工具处理数据，并使用结果来衡量香蕉的成熟度。
课程前后的学生调查不仅强调了这个项目的价值，也强调了整个课程的价值。强烈同意他们理解控制生物系统以获得最佳结果的重要性的学生人数从3人增加到17人。学生们还报告说，他们对传感器和控制的理解也有了显著的提高，并增强了他们使用MATLAB连接硬件进行数据收集的能力，然后导入、绘制和拟合收集的数据。同意他们所学到的MATLAB技能在未来的课程和职业中有更广泛用途的学生人数几乎增加了两倍。
