“发酵工程原理与技术”混合式教学研究与实践：以“抗生素发酵生产工艺与工程实践”内容为例

“发酵工程原理与技术”是理工科高校生物专业的核心课程之一,具有较强的应用性和实践性。然而目前以线下教学为主的传统教学方式不利于学生对知识的理解和掌握。同时,该课程实验教学环节存在发酵设备更新不及时、缺乏大型工艺设备、易受场地限制等问题,严重影响实践教学效果。线上线下相结合的混合式教学模式是丰富教学资源和提升教学质量的重要手段。我们以“抗生素发酵生产工艺与工程实践”内容为例,基于虚拟仿真平台设计并构建虚拟仿真实验项目,同时结合课堂教学和实验室教学等线下教学方式,形成线上线下高度融合的混合式教学新模式。混合式教学强化了课堂教学与在线教学、虚拟实验与实体实验的有机结合,促进了学生扎实掌握理论知识和实验技能,培养了学生的创新精神和实践能力,提高了学生的综合素质。     

城市群生态网络协同构建场景要素与路径分析——以粤港澳大湾区为例

城市群生态网络构建是城市与区域协同发展面临的重要场景之一,合理的生态网络能加强生态源地间的连通性,提高生态系统的生态功能,有效缓解生态环境问题,对保障城市与区域生态安全,提升人类福祉具有重要意义。以粤港澳大湾区城市群为例,以场景为依托开展生态网络协同构建场景要素与协同路径分析,结合景观连通性和形态学空间格局分析方法（MSPA）获得生态源地,并基于最小累积阻力模型识别生态廊道与生态节点,构建大湾区生态网络总体格局,最后从跨区域协作角度探讨城市群生态网络协同构建的潜在路径。研究结果表明：（1）研究区生态网络由40个生态源地、780条潜在生态廊道与892个生态节点构成,生态源地面积1.88万km²,占湾区总面积比例为33%,所识别的生态源地及生态廊道与自然保护区、广东省万里碧道、珠江三角洲绿道网重合程度较高;（2）识别跨区域生态廊道552条,其中,跨越佛山与广州市的生态廊道较多,一半以上的廊道跨越三个及以上城市,跨陆海区域的生态廊道连接了湾区南部主要沿海城市,构成陆海生态网络的关键组成部分;（3）提出城市群生态网络协同构建的潜在模式,应结合生态源地、生态廊道、生态节点等构建主体,分析城市内、城市间生态网络构建过程涉及的协同需求、协同对象,探索差异化的协同路径;（4）以场景为依托识别城市群生态网络构建场景的主题、时空特征、对象、路径和价值,可为进一步开展生态网络协同构建与应用示范过程提供指导。本研究是对城市群生态网络协同建设的有益探索,基于跨区域生态廊道协同构建场景模式的探讨能够为今后进一步探索区域统筹协同机制、实现景观格局协同构建和优化、促进区域生态共建共享提供理论依据。     

基于投入产出分析的北京市虚拟水核算

城市化进程的加快与工农业的迅速发展使城市水消耗量日趋增加。水资源短缺不仅会造成居民生活质量下降,还会制约社会经济的可持续发展。从贸易和消费的角度核算虚拟水可为研究城市水资源管理提供新的视角。通过投入产出分析了构建了城市系统虚拟水核算模型,利用虚拟水直接和完全用水系数、虚拟水消费量等指标分析城市虚拟水消耗和虚拟水进出口特征。以北京市为例,利用2012年北京市投入产出表和部门的水资源消耗数据核算不同部门的用水系数、最终消费虚拟水量、虚拟水进出口贸易量及部门间虚拟水流转量。结果表明:北京市为虚拟水净进口城市,净进口虚拟水量6.77×10~9m~3,相当于北京市虚拟水用水总量(8.25×10~9m~3)的82%,农业和制造业为主要虚拟水进口部门;北京市虚拟水出口结构存在不合理之处,经济投入产出表中各部门出口总额占最终消费的79.9%,但出口产品消耗的虚拟水占了最终消费隐含虚拟水的85.04%,其中农产品消耗6.7%虚拟水但经济收益仅占1%,说明北京市出口以较大的虚拟水消耗量换取了较少的经济收益,需要减少虚拟水含量较大但经济价值不高的产品出口(如农产品);识别出的主要虚拟水流出-流入关系部门包括农业-制造业,农业-服务业和制造业-建筑业等部门的关联关系,可成为减少间接水消耗的关键路径。     

南京市不同纯林群落结构参数与夏季降温增湿效应关系研究

以往关于植物降温增湿效应主要基于绿带等大尺度测量和利用光合仪对叶片进行微观测量分析研究,模糊了植物群落结构差异的影响。该研究基于纯林群落的小尺度实测,采用stata虚拟变量回归分析法,探讨了降温增湿作用与群落疏透度、郁闭度的影响关系,并提出群落参数的最优阈值。结果表明:郁闭度和降温、增湿作用均呈显著的正相关,而疏透度和降温、增湿作用分别呈正相关和负相关,但影响都不显著。郁闭度在0.81~0.85,疏透度在0.31~0.35时,植物群落降温作用和增湿作用最优。同时,该文将树种类型作为一个相关因素,得出在降温作用上,枫香林和紫荆林的降温效果和广玉兰林相比无显著差异,而樱花林、鸡爪槭林、香樟林、红枫林的降温效果呈极显著性差异;在增湿作用上,桂花林、香樟林和红枫林的增湿效果和广玉兰林相比无显著差异,而乌桕、紫荆林的增湿效果差异显著。该研究结果为通过城市绿化建设缓解热岛效应的植物配置选择提供了科学依据,同时为城市绿地缓解热岛效应评价体系提供了量化的参考模式。     

三维虚拟互动技术在生物学教学中的应用——以北京自然博物馆为例

依据生物学课程标准,尝试利用三维虚拟互动技术进行教学设计及引入社会教育资源辅助学校开展课程,并适度扩展教材内容,有效落实教育教学目标。     

仿真手术刀在虚拟外科手术系统中的应用与研究

目的 设计了一种基于手术刀的虚拟外科手术系统,培训外科实习医生熟悉并体验外科手术的过程.方法 符合外科医生实际操作习惯设计仿真外科手术系统专用的手术刀,完成各种结构设计、三维定位跟踪、力反馈选型,设计配套软件系统,使其提供逼真的三维虚拟场景.结果 在所建立的虚拟手术台上所做的虚拟切割实验表明,该虚拟外科手术系统使操作者体验到真实做手术的感觉,完全可用于外科医生的培训当中,使得受训者获得逼真的手术教学效果.结论 利用这种仿真手术刀进行虚拟外科手术系统的解决方案,并构建了一个虚拟手术台,为训练外科实习医生熟练使用手术刀提供了一个方便快捷的途径.     

虚拟制药机构

2007年,负责药物遗传学的资深副总裁AllenRoses从葛兰素史克离职,重返杜克大学医学中心,成为杜克药物发现中心的主任。在私人基金和杜克的帮助下,Roses集中专注于药物发现和研发。紧随Roses之后的,是为2006年生物技术世界博览做主题发言,综述在全基因组筛选制药方法的Ricki Lewis先生,他也重新回归学术界,专注于药物基因组学和阿兹海默氏症的研究。     

虚拟森林景观中林火蔓延模型及三维可视化表达

传统上的林火模拟通常只选用一种林火模型,用一个简单的椭圆预测林火蔓延时火场各个位置的情况,与现实中火灾蔓延状况相差甚远,而且以往的林火蔓延是基于二维可视化表达,表达信息有限.本系统采用现今运用最广泛的Rothermel模型,利用Huygen原理,并以改进的粒子系统方法三维模拟在不同的风速、坡度下林火在火场不同位置的扩散行为.采用该方法模拟林火扩散行为,不仅能实时显示受灾面积、火势蔓延的方向、火势大小,且能给人以真实感.并将该方法成功地应用于福建漳浦林区.     

虚拟细胞

虚拟细胞是20世纪末在国外刚刚兴起的一种细胞生物学研究方法,主要是通过计算机建立人工细胞模型,模拟细胞内外环境,从而进行生物学的研究和探索。虚拟细胞包含了多门学科前沿的研究成果,具有十分重要的意义。现从其发展历程、应用及其对生物学工作者的关系等方面进行综述。     

通过触觉编码和声音为视力障碍者提供远程虚拟陪伴

目的 现有的人工视觉装置分为植入式装置和体外辅助装置两种,但它们都有一些不足之处。植入式装置需要手术植入、会造成不可恢复创伤;体外辅助装置指令相对简单、应用场景较为单一、过于依赖人工智能（AI）的判断不能提供足够的安全性。本文提出了一种将周边环境信息转化成头颈部触觉指令、并辅助以语音交互的系统,其有效性、安全性、信息量等均优于现有体外辅助技术,同时也具有低成本、低风险、适合多种生活和工作场景等优势。方法 该系统借助最新的远程无线网络通讯技术、芯片技术,利用前方人员随身佩戴的微小型电子设备、摄像头和感应器,以及云端庞大的数据库和计算能力,后台人员可以实时、充分地远程（比如跨越城市）了解前方的现场景象、环境参数和人员状态等信息,通过对比云端数据库和内存数据库、AI辅助识别和人工综合分析,快速获得最合理的行动方案,并将行动指令及时传给前方人员,实现盲人导航功能。同时,也用语音互动对话提供人文关怀、情感寄托。结果 本文首次提出了“远程虚拟陪伴概念”,并演示了相应的硬件和软件以及多种生活场景下的测试效果。除了可以实现基础的导航功能,比如帮助视觉障碍人群完成在超市购物、咖啡厅寻座、街道行走,以及完成更加复杂的拼图、日常娱乐打牌功能,还可以满足骑行等速度相对快的移动指令要求。结论 实验结果表明,这种“远程虚拟陪伴”装置适用大量场景和需求,不仅可以用于视觉障碍人群出行、购物、娱乐,也可用于陪伴老人出行、辅助野外探险或旅行等,具有广泛的发展和应用前景。