弗吉尼亚科技的生物系统工程（BSE）在2004年获得了国家科学基金会授予，以制定围绕螺旋主题的学习课程。在螺旋课程中，学生反复返回相同的基本概念，因为它们解决了增加复杂性的问题。我们使用这种方法不仅教授生物系统工程概念，而且还教授现代工程工具，包括Matlab®。
Matlab是弗吉尼亚理工学院螺旋课程的关键，因为它支持一年项目的基本数据分析以及后来需要的数据采集和更复杂的统计分析。金宝app当学生完成了螺旋课程的第四年时，他们使用MATLAB进行逐步分析和解更复杂的生物处理，首先在试管中，然后在烧杯中，在实验室的试验尺度反应器中，最后，在工业加工设施中（图1）。
用MATLAB实施螺旋课程
螺旋课程的一个目标是准备学生在毕业后立即开始练习他们的职业。为了达到这一目标，我们知道我们必须从一天开始使用学生解决实用，真实的生物系统工程问题。
在他们的第一年，BSE学生们一般化学和工程简介。在该介绍性水平，他们研究了一种简单的生物过程，其中它们将酶添加到含有基材的试管中。酶催化水解反应，其将基材的颜色从蓝色变为黄色。学生使用分光光度计监测和测量该变化，并在Matlab中执行测量数据的线性回归，并估计Micheles-Menton方程中的系数。在Seighand后看到酶的作用后，他们了解如何在化学工程，生物修复和现实世界生物反应器流程中使用酶。
在第二年的课程中生物系统工程简介，作业更先进。例如，代替仅仅将酶添加到烧杯中的基板中，而学生使用产生酶的微生物;而不是简单地测量颜色变化，它们从生物过程中提取材料，对其进行分类，并使用MATLAB分析该过程的材料平衡和能量平衡。
在第三年的课程中BSE的单位操作，学生完成项目的规模和范围与实践生物系统工程师进行的实验室实验相当。使用试验尺度的连续蒸馏器反应器，学生设计和进行单元操作实验，其中它们控制反应器的溶解氧和pH并使用MATLAB分析和解释测试结果。第三年的学生还采用了一个数字分析课程，其中他们进一步发展了解决Matlab中的微分方程的技能。
在最后一年，学生在生物过程工程，工业生物切割和生物处理厂设计方面完整课程。重点是学习如何设计完整的反应堆。作为他们的研究的一部分，学生们访问了一个工作处理设施，其中反应堆是几个故事。
用matlab教学生物过程仪器
在处理他们的生物反应器设计项目之前，第四年学生使用MATLAB，数据采集工具箱™和仪器控制工具箱™学习仪器控制和控制。生物系统中的仪表，测量和控制曾经由工程科学和力学部门的教师教授。由于该课程包括来自其他部门的工程学生，因此实验室分配通常与生物过程工程无关。另一个缺点是，学生必须为该课程学习一个新的图形编程环境，并且必须留出课程时间来教导他们如何使用它。我的同事和我决定重新设计课程并自己教它。我们开发了特定于生物工程的实验室分配，并将所需的软件更改为MATLAB，数据采集工具箱和仪器控制工具箱。
我们将螺旋概念应用于课程中的实验室，从学生将测量数据导入Matlab到需要更高级数据采集技术的分配。在第一个实验室中，学生使用万用表测量电压和电阻，记录电子表格中的数据。它们将数据导入MATLAB，生成散点图，并执行线性回归。对于接下来的两个实验室，学生使用热电偶，热敏电阻和光学传感器进行电压测量（图2）。
他们使用USB连接将万用表数据直接导入MATLAB以进行分析。在使用MATLAB执行离散快速傅里叶变换的分配后，它们继续使用数据采集工具箱中使用RS232C和GPIB的实验室来获取比色计和示波器数据。随后的实验室覆盖色谱，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。为了测量压力，流量和力，学生使用Matlab的数据采集板和仪器控制工具箱连接传感器。
对于最终项目，每个学生提交实验设计，而且该类选择其中一个设计完成。最近的一个项目涉及从MARURE和分析MATLAB中的热电偶和压力传感器数据产生沼气，以监测该过程并最大化输出。另一个参与使用生物聚合物作为包装来延长香蕉的保质期。对于这个项目，学生测量颜色，纹理，pH和穿刺力，使用Matlab中的统计工具处理数据，并使用结果衡量香蕉的成熟。
在课程之前和之后给出的学生调查强调了这个项目的价值，而是整体的课程。强烈地同意他们理解控制生物系统以最大化结果的重要性从3到17起增加的重要性。学生们还报告了对传感器和控制的理解的重大改善，以及对他们使用MATLAB的能力增加了令人信心连接到数据收集的硬件，然后导入，绘图和曲线适合收集的数据。同意他们学识到的Matlab技能的学生人数将在未来的课程和职业中更广泛地使用。
