使用虚拟实验室教学反应工程

反应工程介绍化学工程三年级学生隆德大学反应堆分析的原则,分级,和设计。像其他类似的课程,这是传统教学着重突出理论和数学公式的推导。学生完成大量的练习但很少开发了一个直观的理解联合效应的物理过程和化学反应发生在一个工业反应器。

意识到这个缺点,我们重点从纯粹的理论转向数字实验。我创建了一个组MATLAB^®应用程序使学生交互修改关键反应参数,看看他们的变化影响结果(图1)。我也开始使用MATLAB年级™。我的教学助理(助教)现在明显更少的时间花在简单的代码调整和更多的时间帮助学生理解模型结构,一个特定的优势,当课程COVID-19大流行期间搬到网上。应用软件和MATLAB年级融入大学的学习管理系统(LMS)。

MATLAB应用程序创建和托管

的反应工程应用程序是为了让学生批判性地思考对反应性能的影响过程,发生在批处理反应堆和连续搅拌釜反应器(装运箱)。在一个类中,我让学生想象将会发生什么如果装运箱冷却系统故障。学生们认识到,如果不采取行动,将上升的温度和压力,直到反应堆爆炸。然后我问,如果他们能控制反应堆的体积流量,会增加或减少流量节省反应器?

这个问题的答案不是直观;大多数学生不正确的建议减少流。向他们展示增加流动会降低整体的能源系统中,我让他们实验用MATLAB应用程序,让他们控制流量和跟踪反应堆内的温度随时间变化(图2)。这个程序给他们一个更好的理解的反应堆的能量平衡比他们可以通过完成机械数值计算。

因为隆德大学校园范围内的许可,学生可以下载我的应用程序开发和运行他们自己的电脑。然而,我决定让应用程序可以通过MATLAB交互式web应用程序的web应用程序服务器™。那时我能够提供屏幕上指示作业与应用。MATLAB Web应用服务器还能集成应用程序和画布,我们的LMS,使他们更容易获得(图3)。

结合MATLAB平地机

当大流行迫使我们开始在线教学,我和我的同事必须找出如何管理和大约100名学生参与。大约两个星期在课程开始之前,我决定使用MATLAB平地机虚拟实验作业。从模板在MATLAB求解微分和非线性方程,我以前创建的课程,我花了不超过几天来创建和测试与MATLAB交互实验室演习平地机(图4)。

MATLAB年级被证明是一个重要的补充,因为它给学生提供了即时反馈工作。例如,在第二个实验室,学生模拟化学反应,要求他们在MATLAB解决八个微分方程。在正常情况下,25到30的学生将在实验室有两个助教工作。即使学生人数,助教要花很多时间来回答问题,主要关注简单的编码错误,检查每个学生的工作。通过MATLAB平地机,我们可以自动检查所有100名学生的工作,并提供实时反馈。助教可以给他们的注意力的学生与他们的代码需要额外的帮助。

学生的反馈和明年的计划

虽然我们没有进行正式的课程调查使用MATLAB平地机和应用,学生评论非正式地帮助他们学习新概念的应用。他们还说他们喜欢MATLAB平地机提供的即时反馈。

我们做出的改变反应工程吸引了注意力外隆德大学:我已经联系了另一个感兴趣的大学在瑞典使用MATLAB平地机和MATLAB Web应用程序服务器来实现类似的增强自己的课程。