Biotransport: Principles and Applications

Biotransport: Principles and Applications عمدتاً برای دانشجویان مهندسی زیست پزشکی و مهندسی زیستی در سطح مقدماتی نوشته شده است، اما باید برای هر کسی که علاقه مند به تجزیه و تحلیل کمی حمل و نقل در سیستم های زنده است مفید باشد. مهم است که دانشجویان مهندسی زیستی با اصول و ظرافت های پدیده های حمل و نقل در چارچوب مشکلاتی که در سیستم های زنده به وجود می آیند، آشنا شوند. اینها دارای ویژگی‌های سازنده، ترکیبات و هندسه‌هایی هستند که کاملاً متمایز از سیستم‌های معمولی بی‌جان هستند.

این کتاب پیدایش خود را از یک مرکز تحقیقات مهندسی جدید (ERC) در فناوری‌های آموزشی مهندسی زیستی که توسط بنیاد ملی علوم حمایت می‌شود، گرفته شده است. این ERC یک کنسرسیوم چند نهادی بین دانشگاه‌های Vanderbilt، Northwestern، Texas و Harvard/MIT (VaNTH) بود که بر اساس همکاری بین مهندسین زیستی، دانشمندان یادگیری و فن‌شناسان یادگیری بود. هدف توسعه مواد آموزشی پیشرفته برای دانش آموزان در مهندسی زیستی بود. این متن برآیند VaNTH ERC است و با اهداف دوگانه طراحی شده است: ارائه یک توضیح آموزشی منسجم و مختصر از حمل و نقل زیستی که شامل حوزه های سیال، گرما و جریان های جرمی است، و ارائه راهنمای آموزش و مطالعه در چارچوب «چگونه مردم یاد می‌گیرند» (HPL)، با مواد پشتیبانی مناسب برای دانش‌آموزان و معلمان. هیچ متن دیگری وجود ندارد که هدف اخیر را برآورده کند.

متن برای استفاده در یک دوره آموزشی سنتی یا در یک محیط یادگیری فعال طراحی شده است که در آن یک دوره حول یک سری مسائل چالشی باز سازماندهی شده است. بخش اصلی متن مفاهیم و قیاس های ماندگاری را ارائه می دهد که پایه های حمل و نقل زیستی را تشکیل می دهند. بخش‌های مربوط به انتقال سیالات زیستی، گرمای زیستی و زیست توده به فصل‌هایی تقسیم می‌شوند که به تدریج اصول و کاربردهای مبانی حمل و نقل زیستی، حمل‌ونقل زیستی ماکروسکوپی، حمل‌ونقل حالت پایدار و ناپایدار 1-D، و حمل و نقل میکروسکوپی چند بعدی کلی را پوشش می‌دهند.

بیوترانسپورت: اصول و کاربردها باید به عنوان منبعی روشن و مؤثر برای دانش آموزان برای یادگیری اجزای اساسی حمل و نقل زیستی عمل کند، به طوری که زمان کلاس آزاد شود و امکان تعامل دانش آموز و استاد فراهم شود. که بر توسعه مهارت‌های تفکر انطباقی و حل مشکلات پایان باز تمرکز دارند. متن مثال‌های متعددی را با راه‌حل‌های عددی دقیق ارائه می‌کند تا به دانش‌آموزان در یادگیری مؤثر در حین مطالعه خود کمک کند. مراحل میانی در مشتقات گنجانده شده است تا پیگیری را برای دانش آموزان آسانتر کند. این متن شامل نمونه‌های گسترده‌ای از چالش‌های یادگیری مختلف است که توسط نویسندگان برای استفاده در دوره‌های حمل و نقل زیستی خودشان نوشته شده‌اند. خلاصه فصل، سؤالات مروری و بیش از 230 مسئله در پایان فصل گنجانده شده است.

Biotransport: Principles and Applications is written primarily for biomedical engineering and bioengineering students at the introductory level, but should prove useful for anyone interested in quantitative analysis of transport in living systems. It is important that bioengineering students be exposed to the principles and subtleties of transport phenomena within the context of problems that arise in living systems. These tend to have constitutive properties, compositions, and geometries that are quite distinct from those of typical inanimate systems.

The book derives its genesis from a novel Engineering Research Center (ERC) in Bioengineering Educational Technologies sponsored by the National Science Foundation. This ERC was a multi-institutional consortium among Vanderbilt, Northwestern, Texas and Harvard/MIT Universities (VaNTH) based on collaboration among bioengineers, learning scientists and learning technologists. An objective was to develop state-of-the-art learning materials for students in bioengineering. This text is an outgrowth of the VaNTH ERC and was designed with dual objectives: to provide a coherent and concise pedagogical exposition of biotransport that includes the domains of fluid, heat and mass flows, and to present a guide for teaching and studying in the "How People Learn" (HPL) framework, with appropriate supporting materials for students and teachers. There is no other text that meets the latter objective.

The text is designed for use in either a traditional didactic course or in an active learning environment in which a course is organized around a series of open ended challenge problems. The main portion of the text presents enduring concepts and analogies that form the foundations of biotransport. Sections on biofluid, bioheat and biomass transport are further subdivided into chapters that progressively cover principles and applications of biotransport fundamentals, macroscopic biotransport, 1-D steady and unsteady state transport, and general multidimensional microscopic transport.

Biotransport: Principles and Applications should serve as a clear and effective resource for students to learn the basic components of biotransport, so that class time can be freed to allow student-faculty interactions which focus on development of skills in adaptive thinking and solving open ended problems. The text provides numerous example problems with detailed numerical solutions to help students learn effectively during self study. Intermediate steps in derivations are included to make it easier for students to follow. The text includes extensive examples of various learning challenges that have been written by the authors for use in their own biotransport courses. Chapter summaries, review questions and over 230 problems are included at the end of chapters.