FermentALADIN – Fermentationssimulation
In der existierenden digitalen Lernumgebung ALADIN [siehe auch ALADIN goes OPAL – Bildungsportal Sachsen] wurde ein Modul „Fermentation“ implementiert.
Darin bekommen Studierende die Möglichkeit Fermentation zu simulieren, die Ergebnisse (zu analysieren und auf Basis der Erkenntnisse, den Fermentationsprozess iterativ zu optimieren. Die Möglichkeit die Ergebnisdaten zu exportieren, versetzt Studierende in die Lage Auswerte und Analysetechniken, asynchron mit repräsentativen Datensätzen, zu erlernen. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, bei denen Studierende nur einmal im Curriculum Fermentationsexperimente durchführen können und keine Möglichkeiten zur Optimierung oder spielerischen Erlernung haben, bietet FermentALADIN erhebliche Vorteile.
Mit FermentALADIN können beliebig viele Versuche durchgeführt werden, was den Lernenden ermöglicht, mehr praktische Erfahrung zu sammeln und ihre Fähigkeiten zu verfeinern. Das Projekt eröffnet vielfältige Optimierungsmöglichkeiten, sodass Studierende verschiedene Parameter ausprobieren und ihre Verfahren stetig verbessern können. Dies führt zu einem spielerischen und praxisnahen Lernen der Fermentationstechniken und verbessert ebenso die Vorbereitung realer Fermentationsexperimente.
Details
Projektträger
Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK)
Lessons Learned
Was lief gut im Projektverlauf?
Die Einbindung der Simulation über Python verlief schnell und reibungslos. Die Schnittstelle Python <> ALADIN bzw. Typescript hat sich bewährt. Python als Programmiersprache mit welcher auch Naturwissenschaftler häufig umgehen können eignet sich als Sprache zu Definition von Fermentations- oder Reaktionsmodellen.
Welche Herausforderungen ergaben sich bei der Projektdurchführung?
Die Umsetzung der Idee in eine grafische Benutzeroberfläche gestaltete sich langwieriger, da studentische Hilfskräfte die Umgebung ALADIN erst kennen lernen mussten.
Traten unerwartete Schwierigkeiten auf? Wenn ja, welche?
Die Implementierung von Aufgaben setzt voraus, dass auch die Lösung des Differentialgleichungssystems durch automatisierte Optimierung gefunden wird. Dies mach die Einbindung und Parametriseirung von Optimierungsalgorithmen, wie bspw. das Optuna Paket unter Python, nötig. Dies kostet Einarbeitungs- und Optimierungszeit.
Was würden Sie aus Ihren Erfahrungen heraus für ähnlich angelegte Projekte empfehlen?
Es empfiehlt sich Wissensträger für Lernumgebungen wie ALADIN an den Hochschulen und Universitäten zu halten. Es muss darauf geachtet werden, dass das erarbeitete Wissen / API / Code in einer Form dokumentiert wird, welche anderen den Einstieg in die Architektur, das API erleichtert und im besten Fall sogar im Selbststudium ermöglicht.
Nachnutzungsmöglichkeiten
Eine Nutzung der Projektergebnisse kann überall da erfolgen, wo Fermentation eine Rolle im Curriculum spielt. Dies ist keineswegs auf Hochschulen und Universitäten beschränkt, sondern erweitert sich auf Schulen mit Biotechnologiekursen in der Sekundarstufe 2 und auch Berufsschulen für Chemikanten, CTA und BTA. Durch die bereits in ALADIN integrierte LTI-Schnittstelle kann ALADIN und damit auch und insb. FermentALADIN nahtlos in beliebige Lernmanagementsysteme eingebettet werden. In der Folge wird angestrebt das Projekt auf die chemische Reaktionstechnik übertragen.
Studierendenzentrierung
Die Lernumgebung FermentALADIN ermöglicht Studierenden spielerisch Fermentationen und den Einfluss der Prozessparameter auf das Ergebnis auszuprobieren. Damit haben Sie ein Werkzeug in der Hand, mit welchem erworbenes Wissen selbstständig oder nach Anleitung durch Lehrende (Stellung von Aufgaben) überprüft und angewendet werden kann. Da das Tool webbasiert ist, gibt es keine wirkliche Einstiegshürde. FermentALADIN kann Plattformunabhängig genutzt werden. Studierenden kann über FermentALADIN auch mehr Verantwortung für Ihren Lernprozess gegeben werden indem Lehrende Aufgaben stellen (z. B. Verfahrensoptimierung, Praktikumsvorbereitung) welche Studierende asynchron und selbstständig bearbeiten müssen.
Weitere Informationen
Projektzeitraum: 01.09.2024 bis 30.06.2025
Produkt
FermentALADIN - Online Simulator und Aufgabengenerator
www.aladin.htw-dresden.de [mit Zugangsbeschränkung]
Kontakt
Prof. Dr. Torsten Munkelt
HTW Dresden
torsten.munkelt@htw-dresden.de
0351 462-2650
M.Sc. Paul Christ
HTW Dresden