发酵仿真,仿真技术在发酵工程教学中运用相关

1.包头轻工职业技术学院生物工程系内蒙古包头014035

2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院内蒙古呼和浩特010018

摘 要：发酵工程是一门内容丰富、涉及面广，并与生产实际紧密联系的一门课程，是工业生物技术的核心。通过仿真技术在发酵工程教学中的运用，阐述了仿真技术与发酵工程教学结合的基本思想，并通过实例阐明了仿真技术运用的优缺点，对仿真教学的方式进行了探讨。
关键词：仿真技术；发酵工程；教学实践；教育革新初中英语教学论文
Application of artificial technique in teaching of fermentation engineering
Liang Ruifang1, Xu Long1, Weng Hongzhen1, Yuan Qian2
1. Baotou light industry vocational technical college, Baotou, 014035, China
2. Inner Mongolia agricultural university, Hohhot, 010018, China
Abstract: Fermentation engineering with rich contents, covering a wide range and close connection with actual production, is the core of industrial biotechnology. With appllication of artificial technique in teaching of fermentation, this paper expound the basic idea of artificial technique combined with teaching of fermentation engineering, the advantages and disadvantages of application of artifical technique. Mode of simulation teaching was studied.
Key words: artificial technique; fermentation engineering; teaching practice; educational reform
以我国目前的教育进展目前状况及未来的进展需求来看，以信息化教育带动现代化教育已经成为教育革新初中英语教学论文的走势。与此同时，如何推进实验、实训和教学方式的革新初中英语教学论文和革新，提高学生的动手实践能力、浅析理由和解决理由的能力，已经成为提高教育质量的关键，对职业教育更是重中之重。发酵工程是微生物、生物制药、生物工程、生物技术、食品等专业的重要基础课，课程内容丰富、涉及面宽，并且与生产实际紧密联系。为培养学生对发酵工程科学原理的理解与掌握，提高实验操作、科学探讨及实际动手能力，需要在论述教学的基础上，向实验室小试、中试、生产性试验及工厂实践的方向进展，而且很多教学内容都应将单元操作与生产紧密结合。以教育革新初中英语教学论文的需要出发，立足于发酵工程教学的特点，我系在发酵工程教学中引入了仿真技术，传统的教育方式得到改善，使得教与学的方式发生了根本性变化。
1基本思想
仿真技术在航天、航空、军事领域的运用具有悠久的历史，是设计的基本策略教学论文。随着现代科学技术的进步，尤其是计算机虚拟技术的进展，使仿真技术的运用领域和范围得到了迅速扩大，涵盖了社会的各个方面。随着现代教育技术的进展，仿真技术被引入到了实验教学中，称为仿真实验。仿真技术综合集成了多个技术领域的知识，以相似原理、系统技术、信息技术及其运用领域有关的专业技术为基础，以各种物理效应设备和计算机为工具，利用系统模型对设想的或实际的系统进行实验探讨的一门综合性技术。
发酵工程在狭义上称为微生物工程，是在特定条件下通过人为制约小学语文教学论文，利用微生物或动植物细胞的生命活动而获得特定物质的技术过程，是现代生物技术的重要组成部分[3]。发酵工程主要包括上游工程，中游工程和下游工程三部分。其中优良菌株的选育，最适发酵条件的确定，营养物的准备等属于上游工程；最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞并生产代谢产物属于中游工程；以发酵液中分离和纯化产品属于下游工程。而下游工程技术又包括固液分离、细胞破壁、蛋白质纯化以及产品的包装处理等技术[4]。
若要利用电脑创造虚拟环境来模拟各种真实环境，并根据真实环境和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运转小学数学教学论文，把仿真技术和发酵工程教学完美结合起来，需要将发酵工程中各个探讨对象共性的规律提炼出来，归纳为各个单元操作，并将这些单元操作按照发酵工艺过程整合为菌种、培养基、种子扩培、发酵过程制约小学语文教学论文、提取、精制及包装一条主线，开发出基于企业的虚拟仿真场景的实践教学软件或技能训练平台。不仅可以节省学校的资金投入，快速而高效率地提高学生技能实践的进度；还可以实现技能训练中与仿真设备的交互，能够无限制地使用和复制，减少人为损坏的可能性；通过修改模型有效增加新设备的功能，优化资源库；充分利用网络实现发酵运用技能合作性训练、协同性训练以及远程训练等，达到资源共享[5]。以学生的角度，让学生根据所学的内容在相应仿真环境中，进行开车操作，可以自由转变初中数学教学论文各个工艺点的参数，自由制约小学语文教学论文各个节点的阀门，观察工艺反应现象，了解生产实践中每一部分对结果的影响，直到掌握工艺操作，模拟生产出合格产品为止。
2发酵工艺仿真软件的运用
仿真技术在教学中的运用，可以通过我系引进的青霉素发酵工艺仿真软件实例来说明。该软件主要用于制药工程相关专业的教学培训，使参加培训的学生能够充分地理解青霉素生产工艺流程，一对一亲自动手操作，观察工艺反应现象，进行开车操作，同时对于操作过程和结果进行客观的考核与评定。
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仿真软件以青霉素的生产工艺过程为主线，以各节点单元操作制约小学语文教学论文为重点来进行实践培训。如图1所示，在青霉素生产过程中，重点制约小学语文教学论文预处理、提取流程、精制流程、一次BA萃取、一次反萃取、二次BA萃取、脱色操作、结晶操作、抽滤干燥等制约小学语文教学论文点，使学生能够清晰地认识到关键制约小学语文教学论文点，并进行单元操作。
图1 青霉素生产工艺流程界面(图片均来自于教学软件)
在各单元中还细分出子模块。以预处理单元为例(如图2所示)，子模块包含菌种介绍、孢子制备、灭菌、培养基配制、发酵工艺操作、发酵罐操作等，进一步深入到单元里的精细流程，并给予各模块非常鲜活的模拟现场，使学生能够在纵观全局的基础上，对设备和参数进行制约小学语文教学论文。
图2 发酵流程界面
涉及具体的操作制约小学语文教学论文时，可进入操作界面(如图3所示)进行各项参数的制约小学语文教学论文及阀门的开关，如对发酵过程中的温度、pH值、时间、各种填料、出料等参数条件的制约小学语文教学论文。在各参数设定好的情况下还可以对发酵情况进行实时观察，通过发酵情况(如图4所示)来确定各参数设定及操作是否正确，如果操作失误会产生故障，在故障的产生和排除过程中，锻炼学生的应急能力，熟练操作技能。
图3 发酵罐操作界面
图4 菌种曲线界面
青霉素发酵是典型工艺，可见仿真软件具有界面直观、生动，操作方便，易学易用的特点；仿真手段符合实际工艺要求，设备齐全逼真，弥补了传统实习中学生无法亲自动手操作的不足。通过对青霉素发酵工厂实物设备的仿真模拟，使学生对青霉素发酵的工艺原理、操作环境、制约小学语文教学论文系统、故障处理有了更深的理解。
3仿真软件运用的弊端
虽然仿真软件在教学中具有高效率、高精度、安全、无消耗等特点，但是，仿真软件不应该也不可能取代实物实践。因为实物实践中会产生许多意想不到的理由并能发现思维盲点，而仿真过程是一个理想化的过程，在仿真软件中仪器、元器件的温度、料液浓度、黏度、颜色等物理特性无法感知；添加剂及化学药品的味道、气味也无法感知。同时，仿真操作时因为不用担心误操作带来的后果(例如：温度过高导致管道、罐体等设备的炸裂)，操作不当造成的泄露、爆炸或实践装置损坏等意外事故，容易使学生麻痹大意。长此以往不利于培养学生严谨科学的学风，并且会削弱学生浅析和解决实际理由的能力[6,7]。可见，仿真软件并不能完全取代现实教学中的实践操作。
4仿真教学方式的深思小学英语教学论文
仿真软件的运用虽然大大提高了学生实验的积极性和主动性，给教学注入了新的活力，但它毕竟是教学的辅助工具，为了让它融入教学中，对传统教学的方式策略教学论文和观念进行革新初中英语教学论文，提高教学质量，笔者结合教学经验以以下几方面进行探讨。
(1)优化教学内容。发酵工程不仅与微生物学、生物化学和化工原理等课程密切相关，而且不同院系和专业对该课程的侧重点不同。需要我们选用的教材在内容阐述符合教学规律的基础上，能够反映学科进展的动态性和现实性，并体现课程本身的专业性和系统性，注重知识性和运用性。教师则要有针对性地编写教学大纲和安排教学内容，要求重难点突出，学时分配得当，避开重复[8,9]。因为教材平面图及仿真软件具有感面的不足，因此随着发酵工程学探讨内容的不断丰富和进展，教学内容也必须不断充实更新，要充分利用资料图片或到工厂实地考察，使设备及部件变得更加生动直观。
(2)强化生物学和工程学两个基础。发酵工程是利用微生物特定机能在特定反应器中生产产品的技术过程，因而要坚持生物学基础和工程学基础并重，力求让学生在掌握生物学基本原理的基础上，利用工程学认识发酵过程的放大与制约小学语文教学论文的基本特点[3]。基于以上要求，我们加强了反应动力学方面的讲解。利用仿真软件把发酵过程放大，使发酵过程制约小学语文教学论文等内容与工程相关的论述基础与实践运用结合起来，并通过仿真软件展现发酵过程的多尺度理由，将生物学和工程学基础有机地结合起来。以而锻炼学生通过工程的视角和思维，运用工程的原理和策略教学论文解决实际理由的能力。
(3)建立良好的协作学习方式。在教学及仿真软件操作过程中，对学生进行组或工段的划分，建立岗位模拟的协作学习方式，使学生进行自由探讨和自主学习，并在学习中互相支持和配合。 注重各岗位或工段之间的配合及与环境的交互作用，一方面引导学生通过仿真软件，根据自己本身的情况，以不同的角度选择自己学习的切入点，建立起论述知识和实践的结合点，达到对新知识的掌握；另一方面，学生可以利用实际工程设备以及网络集成信息系统进行学习的自我考核，并在教师的组织和引导下一起讨论和交流，使学习者群体的智慧与思维被整个群体所共享，共同完成对所学知识的完善和更深刻的理解[10]。
(4)开放实验室。实验课是高等教育教学系统的组成部分。发酵工程实验是培养学生科研思维和实践能力的重要手段之一，在生物工程教学中占有十分重要的地位[11]。应打破实验室只在上课时间对学生开放的传统方式，采取在整个课程期间，对学生全天候开放实验室及其仪器设备，并提供相应的仿真软件的实验室管理方式。这样，学生就可以根据自己的需要随时进入实验室，进行课程知识的实验操作，方便其自主地预习或复习课程。实验室的开放，能够最大限度地发挥教学资源效益，扩展学生自主进展和实践锻炼的空间[12]。
(5)加强实践教学环节。发酵工程是来源于工厂实践，又运用于工厂生产的综合性和实践性都很强的课程。实践在这门课程中占有非常重要的地位，而仿真软件正是论述教学与实践之间的桥梁，仿真软件实现了论述与实践教学有机结合。为了让学生深刻理解论述讲解内容，仿真教学环节应让学生加强了解并初步掌握发酵设备。利用仿真操作对学生进行严格的基本功训练，并进行阶段性的基本技能考核，合格者方能进入工厂实践，以此来调动学生学习的积极性、主动性，培养学生刻苦钻研的精神。但仿真软件不能完全取代工厂实践。虽然仿真软件很直观，但和实际情景有很大的差别，实际仪器元件的使用有很多经验理由，仪器的摆放、设备的布局及连接操作等在电脑上也是不能实现的，这方面的经验必须以实际操作中获得。这就要求教学实训基地要和企业具有长期的合作联系，不仅能让学生进行参观学习，还要能够让学生进入车间进行生产实践。
5结束语
将仿真教学运用在发酵工程教学中，可以节约大量的教育成本，带来很多方便。对学生来讲，也摒弃了一些不好的学习习惯，有效地提高了学习效果和效率，是辅助教学、提高教学质量的有效手段和重要途径，是我们应该大力提倡和推广的。但是仿真教学还具有一些弊端，因此我们不能完全依靠仿真教学解决实践教学任务，不能用仿真教学完全替代实物教学和生产实习。综上所述，我们应该将仿真教学和实践教学有机结合起来，相辅相成，扬长避短，充分发挥各自的特点，推动我国教育的进展。
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