生物技術專業綠色實驗教學模式的探索與實踐

郭東會， 張顯忠， 史仁玖， 范明杰　(泰山醫學院生命科學學院，山東泰安 271016)

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生物技術專業綠色實驗教學模式的探索與實踐

郭東會， 張顯忠*， 史仁玖， 范明杰(泰山醫學院生命科學學院，山東泰安 271016)

摘要筆者針對生物技術專業實驗教學中存在的環保問題，從樹立師生的綠色理念，探索綠色實驗教學模式和改革實驗室管理制度3個方面，進行了實驗教學綠色化的探索和實踐，從而達到實現綠色實驗教學的目標，以期為高校實驗教學綠色化改革提供研究范例。

關鍵詞生物技術專業； 綠色實驗教學模式；探索

實驗教學是高校教學中必不可少的一部分，對學生的動手能力、觀察能力、科學思維和創新意識的培養起著重要的作用[1-2]。尤其對于以實驗為基礎的生物學而言，實驗教學在整個教學中占有極其重要的地位，但是實驗教學也給環境帶來了壓力。高校實驗室是教師進行科研和學生進行大量實驗活動的重要場所，每天都有大批學生在操作各種各樣的實驗，所使用的化學藥品種類繁復，消耗也大。實驗中使用的試劑及實驗廢棄物不僅含有大量強腐蝕性的酸堿和重金屬，而且還有一些毒性強、揮發性強的有機溶劑以及有害性氣體。實驗室每天都有大量的廢氣、廢水、廢渣未經處理直接排入環境中[3]。隨著高校教育規模的擴大與教學內容的增加，實驗室污染物的產生量與日俱增，如果這些污染物處理不當，將會嚴重污染江河湖泊和地下水，對生態環境造成嚴重破壞，最終影響人類的身體健康。由此可見，建設高校綠色實驗室是當前世界各國刻不容緩的重大項目。建設綠色化實驗室是人類可持續發展的必然要求，對維護生態環境和人類健康具有深遠意義。

該課題以生物技術專業的實驗教學情況為基礎，探討生物實驗教學中存在的環保問題，深入探索綠色實驗教學。在新課程背景下，在綠色化學理念指導下，該研究依據高校課程標準實驗教科書，從師生綠色實驗理念的樹立、綠色實驗教學模式的探索和實驗室管理制度的改革3個方面，分析構成綠色實驗教學系統的基本要素，進行實驗綠色化教學研究，嘗試為高校實驗教學的綠色化改革提供一個研究范例。1生物技術專業的實驗教學概況

生物技術專業是生物類中的傳統專業，也是一個實踐性很強的專業。實驗教學是培養學生的動手能力、科研能力和創新能力的平臺。泰山醫學院生物技術專業是山東省省級特色專業，現有實驗室面積1 600 m2, 實驗儀器設備總值約700萬元，儀器設備720余臺(件)。另配有細胞培養室、基因工程實驗平臺、下游技術實驗平臺、分離純化技術平臺、植物組織培養室、微生物實驗技術平臺和生物分子分析技術平臺7個模塊化實驗教學平臺，建成了本專業特有的教學實驗室。生物技術專業培養計劃中開設的實驗課程或實驗教學環節的課程達29門之多，隨著實驗教學和開放性實驗活動規模的擴大，實驗室污染問題和環境保護問題亟待解決。2實驗教學中存在的污染問題

生物實驗是實驗教學和科研的重要組成部分。它給人們的生活、生產和科研帶來許多驚人的科技成果，同時也給環境帶來了許多危及人類健康的污染問題。例如，隨著分子生物學技術的發展，它成為生物學各個領域研究中最常用到的技術和方法。然而分子生物學實驗中使用的試劑往往具有毒性、致癌性等，如溴化乙錠(EB)這樣的致癌物排入環境，極易在環境中形成二次污染[4]。因此微量的污染物就有可能對環境和人類健康產生嚴重損害[5]。有時在實驗室中發現實驗結束后有些學生將含致病微生物的培養液、培養基直接外排而未進行滅菌處理，有些強堿、強酸性、有機溶劑、重金屬廢棄物在實驗中直接排入環境，這都極易對環境和人的身體健康造成傷害。這種現象在許多高校和科研院所中大量存在。當前許多高校只強調培養學生的觀察能力、動手能力、發現分析并解決問題的能力和創新能力，而忽視了實驗室每天所排放的廢物處理問題。由于環保意識薄弱、資金投入不足、實驗設計不合理等因素，很多高校實驗室的廢棄物都沒有經過處理而直接排放。

盡管實驗室每天排放污染物的量不大，但實驗所用的化學試劑種類繁多，污染成分復雜，日積月累，實驗室污染物對生態環境和人類健康的影響不容忽視。因此，進行綠色化生物實驗教學改革具有十分重要的意義。

3生物技術專業綠色實驗教學模式的探索與實踐

3.1轉變教育者、受教育者的觀念，樹立綠色實驗教學理念實驗教學與綠色化學聯系最為緊密，也最為直接。因此在實驗教學中貫徹綠色化學思想最為重要[6]。首先，結合大學生實驗教學的實驗內容，針對性地探討生物學實驗中涉及的綠色化的理念、原則及策略，滲透綠色化理念，使學生學會用綠色化的原則和方法預防和處理實驗污染，逐步形成實驗綠色化觀念。其次，通過問卷調查，選取生物技術專業教師、實驗技術人員、本科生、研究生為對象，發放學生問卷、教師問卷。教師的問卷調查主要包括對綠色實驗的認識、實驗綠色化實施情況、對在實驗教學中實施實驗綠色化的態度3個方面。學生的問卷調查主要包括對綠色實驗的認識、生活中的綠色意識、實驗的態度和實驗習慣3個方面。針對問卷的調查結果，對教師和學生進行綠色教育，從而促進教師、學生積累綠色實驗知識，并樹立相應的實驗理念。對教師和學生進行了綠色化教育的跟蹤行動研究調查發現，通過進行綠色教育的前后對比，師生在生物學實驗中養成了互相監督的好習慣，大大減少了廢棄物亂倒的現象。

3.2綠色化實驗教學模式的探索將實驗綠色化融入實驗課程教材改革和課堂教學改革中，使實驗綠色化成為實驗教學的一個重要組成部分，這也是當前綠色化教育的一個重要課題[6]。

3.2.1加快實驗室綠色化建設進程。購買先進的儀器、設備與相應的實驗室配套設施，改善實驗環境與條件，減少實驗過程中廢物的產生。雖然高校實驗教學資金投入不足，影響了對先進儀器、設備以及污染物處理設備的購買能力[7]，但“以人為本”，推近綠色化建設進程，為科研人員、教師、學生提供良好的健康保障系統；提高實驗室對“三廢”的處理能力，從而減少污染物的排放。例如，對實驗室通風櫥、下水道安裝氣體處理裝置或廢液收集系統，從而減少高校實驗室內產生的廢氣、廢液對環境的影響。

3.2.2精選實驗課程。精選出一部分優秀的實驗項目，刪除或替代有毒或者劇毒物質或相關實驗。對本科生各門學科進行統計和分析，刪除重復進行的實驗內容，保留經典的低毒或者無毒的實驗教學內容[8]，或將相關實驗用的試劑用品用無毒相似物替代。

3.2.3實驗綠色化設計。利用先進設備儀器，將實驗設計為微量實驗，減少有毒試劑甚至常規試劑的使用量[9]。例如以前學生測定光的最大吸收峰，用分光光度計需要2 mL的體系，現在由酶標儀代替，僅需要200 μL的體系。科學利用各種產物的性質和特征，設計處理回收等實驗方案，從而減少直接排放廢液量，并回收部分物質進行利用。調整實驗流程和過程，串聯不同學科實驗，使實驗產物能繼續用于下一次綠色科研實驗[10]。例如將生物制藥工藝學和酶工程合并為一門實驗課程，改為生物工程下游實驗技術。

3.2.4結合網絡、計算機多媒體進行實驗教學。充分利用現代科技展現實驗中含有的難以控制的有毒物質，利用實驗輔助教育(CAI)來進行專業學習[11-12]。讓學生從CAI課件中觀察實驗現象，并分析實驗，從而避免在實驗中產生有毒物品。隨著網絡技術的發展，簡單的知型網絡系統無法滿足教學的需要，網絡化實驗向著仿真型實驗發展[13]。2014年全國共有100個國家級虛擬仿真實驗教學中心獲批。對學生來說，虛擬仿真實驗室的操作環境和實驗對象雖然是虛擬的，但都很逼真，在開放、自主、交互的虛擬環境中可以開展更高效、安全且經濟的實驗，尤其是對于那些涉及高危或極端環境，不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或綜合性實驗項目。將實驗教學網絡化，通過多媒體輔助教學提升教學效果和教學質量是未來教學實踐的努力方向[14]。

3.2.5開放式實驗教學。實行開放式實驗教學，鼓勵學生自主設計綠色實驗流程，并通過實驗方案綠色化程度的水平和效果進行評估考核。通過這樣的一些方法，使學院的學生逐步培養綠色實驗的理念，增加自主設計的綜合性實驗教學課程。通過對常規實驗課程使用的試劑、產生的廢物種類進行統計，讓學生在教師指導下自主設計并實施可以利用和處理其他廢物資源的生物學或化學相關實驗；并在實驗結束后檢驗污染物處理水平。符合國家污水排放標準的污水可順利排放，不符合的則通過另外的處理途徑進行處理或回收。通過這樣針對性的學習和操作過程，讓學生能充分利用學校的資源，同時處理了科研實驗產生的廢物資源，減少了對環境的污染[15]。

3.3實驗室管理制度的改革由于高校教育投資基金的限制，獨立實驗室購買大型先進儀器的能力有限。同時，高校本科生、研究生及科學研究工作者工作實驗室內的整體建設投資水平較低。

首先通過對目前實驗室開展的實驗項目內容進行分析，整合實驗資源，將類似的實驗內容放到一個時間段開設，使實驗資源得到最大的利用，最大化地節約了資源，減少了浪費。挖掘其中綠色實驗項目相結合的課程資源，對其中實驗涉及的污染物進行統計和歸類，總結已開展的實驗在綠色化方面的優點和不足；最后，結合實驗綠色化、大學生實驗教學等相關文獻資料，探討高校實驗教學中實驗綠色化的原則和策略。

其次，打破不同院系、科室實驗室之間的各自管理的制度，建立了實驗室的紐帶連接關系。減輕不同實驗室儀器、設備、藥品管理方面的冗余[10]。

第三，建立藥品、儀器登記制度。將不常用儀器設備、藥品統一登記,變為共用用品。減少各種原始化學品的冗余積累，從而避免浪費試劑。

第四，加強實驗室之間“三廢”的綠色化處理聯系，通過共用和維護儀器設備，減少污染物處理成本，從而提高各個實驗室綠色化實驗設計的可能性。

第五，建立健全實驗室管理制度。加強人員的管理，健全實驗室污染物處理等相關規定；加強污染物的分類與管理。

4總結

研究通過對生物技術專業實驗教學綠色化的探索與實踐，形成了較為完善的綠色實驗教學模式與理念，既構建了綠色實驗教學內容，改善了實驗教學條件，又防止了環境污染，且節約了大量實驗資源和資金，為進一步促進實驗教學體系的綠色化建設奠定了堅實的基礎。在傳統生物學實驗教學向綠色生物學實驗教學轉變的過程中，提高了教師和學生踐行綠色實驗理論的能力，為可持續發展做出貢獻。同時構建綠色化的實驗教學模式對于深化實驗教學改革與培養具有可持續發展思想的生物技術專業高素質復合型人才具有重要意義。

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Exploration and Practice of Green Experimental Teaching Mode in Biotechnology Major

GUO Dong-hui, ZHANG Xian-zhong*, SHI Ren-jiu et al

(College of Life Science, Taishan Medical University, Taian, Shandong 271016)

Key wordsBiotechnology major; Green experimental teaching model; Exploration

AbstractAiming at environmental protection issues in experimental teaching process of biotechnology major, from three aspects of building green concept of teachers and students, exploring green experimental teaching mode and reforming laboratory management system, experimental teaching greening was explored and practiced to achieve the goal of green experiment teaching, and provide an example for reform of university green experimental teaching.

基金項目山東省高等醫學教育課題(YJKT201124)。

作者簡介郭東會(1988- )，女，河北邢臺人，講師，碩士，從事微生物研究。*通訊作者，高級實驗師，從事分子生物學研究。

收稿日期2016-02-14

中圖分類號S-01

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)07-308-02