郭東會(huì)， 張顯忠， 史仁玖， 范明杰　(泰山醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東泰安 271016)

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生物技術(shù)專業(yè)綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

郭東會(huì)， 張顯忠*， 史仁玖， 范明杰(泰山醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東泰安 271016)

摘要筆者針對(duì)生物技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的環(huán)保問(wèn)題，從樹(shù)立師生的綠色理念，探索綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和改革實(shí)驗(yàn)室管理制度3個(gè)方面，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化的探索和實(shí)踐，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，以期為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化改革提供研究范例。

關(guān)鍵詞生物技術(shù)專業(yè)； 綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；探索

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)中必不可少的一部分，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)起著重要的作用[1-2]。尤其對(duì)于以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的生物學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)中占有極其重要的地位，但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)也給環(huán)境帶來(lái)了壓力。高校實(shí)驗(yàn)室是教師進(jìn)行科研和學(xué)生進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的重要場(chǎng)所，每天都有大批學(xué)生在操作各種各樣的實(shí)驗(yàn)，所使用的化學(xué)藥品種類繁復(fù)，消耗也大。實(shí)驗(yàn)中使用的試劑及實(shí)驗(yàn)廢棄物不僅含有大量強(qiáng)腐蝕性的酸堿和重金屬，而且還有一些毒性強(qiáng)、揮發(fā)性強(qiáng)的有機(jī)溶劑以及有害性氣體。實(shí)驗(yàn)室每天都有大量的廢氣、廢水、廢渣未經(jīng)處理直接排入環(huán)境中[3]。隨著高校教育規(guī)模的擴(kuò)大與教學(xué)內(nèi)容的增加，實(shí)驗(yàn)室污染物的產(chǎn)生量與日俱增，如果這些污染物處理不當(dāng)，將會(huì)嚴(yán)重污染江河湖泊和地下水，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，最終影響人類的身體健康。由此可見(jiàn)，建設(shè)高校綠色實(shí)驗(yàn)室是當(dāng)前世界各國(guó)刻不容緩的重大項(xiàng)目。建設(shè)綠色化實(shí)驗(yàn)室是人類可持續(xù)發(fā)展的必然要求，對(duì)維護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類健康具有深遠(yuǎn)意義。

該課題以生物技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況為基礎(chǔ)，探討生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的環(huán)保問(wèn)題，深入探索綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在新課程背景下，在綠色化學(xué)理念指導(dǎo)下，該研究依據(jù)高校課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)，從師生綠色實(shí)驗(yàn)理念的樹(shù)立、綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索和實(shí)驗(yàn)室管理制度的改革3個(gè)方面，分析構(gòu)成綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的基本要素，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)研究，嘗試為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化改革提供一個(gè)研究范例。1生物技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)概況

生物技術(shù)專業(yè)是生物類中的傳統(tǒng)專業(yè)，也是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、科研能力和創(chuàng)新能力的平臺(tái)。泰山醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)是山東省省級(jí)特色專業(yè)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室面積1 600 m2, 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備總值約700萬(wàn)元，儀器設(shè)備720余臺(tái)(件)。另配有細(xì)胞培養(yǎng)室、基因工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、分離純化技術(shù)平臺(tái)、植物組織培養(yǎng)室、微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)和生物分子分析技術(shù)平臺(tái)7個(gè)模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，建成了本專業(yè)特有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。生物技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程或?qū)嶒?yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的課程達(dá)29門之多，隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)規(guī)模的擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室污染問(wèn)題和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題亟待解決。2實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的污染問(wèn)題

生物實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的重要組成部分。它給人們的生活、生產(chǎn)和科研帶來(lái)許多驚人的科技成果，同時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了許多危及人類健康的污染問(wèn)題。例如，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它成為生物學(xué)各個(gè)領(lǐng)域研究中最常用到的技術(shù)和方法。然而分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(huán)境，極易在環(huán)境中形成二次污染[4]。因此微量的污染物就有可能對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害[5]。有時(shí)在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后有些學(xué)生將含致病微生物的培養(yǎng)液、培養(yǎng)基直接外排而未進(jìn)行滅菌處理，有些強(qiáng)堿、強(qiáng)酸性、有機(jī)溶劑、重金屬?gòu)U棄物在實(shí)驗(yàn)中直接排入環(huán)境，這都極易對(duì)環(huán)境和人的身體健康造成傷害。這種現(xiàn)象在許多高校和科研院所中大量存在。當(dāng)前許多高校只強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)分析并解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，而忽視了實(shí)驗(yàn)室每天所排放的廢物處理問(wèn)題。由于環(huán)保意識(shí)薄弱、資金投入不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理等因素，很多高校實(shí)驗(yàn)室的廢棄物都沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理而直接排放。

盡管實(shí)驗(yàn)室每天排放污染物的量不大，但實(shí)驗(yàn)所用的化學(xué)試劑種類繁多，污染成分復(fù)雜，日積月累，實(shí)驗(yàn)室污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響不容忽視。因此，進(jìn)行綠色化生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有十分重要的意義。

3生物技術(shù)專業(yè)綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

3.1轉(zhuǎn)變教育者、受教育者的觀念，樹(shù)立綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念實(shí)驗(yàn)教學(xué)與綠色化學(xué)聯(lián)系最為緊密，也最為直接。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中貫徹綠色化學(xué)思想最為重要[6]。首先，結(jié)合大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，針對(duì)性地探討生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及的綠色化的理念、原則及策略，滲透綠色化理念，使學(xué)生學(xué)會(huì)用綠色化的原則和方法預(yù)防和處理實(shí)驗(yàn)污染，逐步形成實(shí)驗(yàn)綠色化觀念。其次，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，選取生物技術(shù)專業(yè)教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、本科生、研究生為對(duì)象，發(fā)放學(xué)生問(wèn)卷、教師問(wèn)卷。教師的問(wèn)卷調(diào)查主要包括對(duì)綠色實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)、實(shí)驗(yàn)綠色化實(shí)施情況、對(duì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施實(shí)驗(yàn)綠色化的態(tài)度3個(gè)方面。學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查主要包括對(duì)綠色實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)、生活中的綠色意識(shí)、實(shí)驗(yàn)的態(tài)度和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣3個(gè)方面。針對(duì)問(wèn)卷的調(diào)查結(jié)果，對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行綠色教育，從而促進(jìn)教師、學(xué)生積累綠色實(shí)驗(yàn)知識(shí)，并樹(shù)立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)理念。對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行了綠色化教育的跟蹤行動(dòng)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通過(guò)進(jìn)行綠色教育的前后對(duì)比，師生在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成了互相監(jiān)督的好習(xí)慣，大大減少了廢棄物亂倒的現(xiàn)象。

3.2綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索將實(shí)驗(yàn)綠色化融入實(shí)驗(yàn)課程教材改革和課堂教學(xué)改革中，使實(shí)驗(yàn)綠色化成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，這也是當(dāng)前綠色化教育的一個(gè)重要課題[6]。

3.2.1加快實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)進(jìn)程。購(gòu)買先進(jìn)的儀器、設(shè)備與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室配套設(shè)施，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境與條件，減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中廢物的產(chǎn)生。雖然高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資金投入不足，影響了對(duì)先進(jìn)儀器、設(shè)備以及污染物處理設(shè)備的購(gòu)買能力[7]，但“以人為本”，推近綠色化建設(shè)進(jìn)程，為科研人員、教師、學(xué)生提供良好的健康保障系統(tǒng)；提高實(shí)驗(yàn)室對(duì)“三廢”的處理能力，從而減少污染物的排放。例如，對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)櫥、下水道安裝氣體處理裝置或廢液收集系統(tǒng)，從而減少高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣、廢液對(duì)環(huán)境的影響。

3.2.2精選實(shí)驗(yàn)課程。精選出一部分優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，刪除或替代有毒或者劇毒物質(zhì)或相關(guān)實(shí)驗(yàn)。對(duì)本科生各門學(xué)科進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，刪除重復(fù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，保留經(jīng)典的低毒或者無(wú)毒的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[8]，或?qū)⑾嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)用的試劑用品用無(wú)毒相似物替代。

3.2.3實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)。利用先進(jìn)設(shè)備儀器，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為微量實(shí)驗(yàn)，減少有毒試劑甚至常規(guī)試劑的使用量[9]。例如以前學(xué)生測(cè)定光的最大吸收峰，用分光光度計(jì)需要2 mL的體系，現(xiàn)在由酶標(biāo)儀代替，僅需要200 μL的體系?？茖W(xué)利用各種產(chǎn)物的性質(zhì)和特征，設(shè)計(jì)處理回收等實(shí)驗(yàn)方案，從而減少直接排放廢液量，并回收部分物質(zhì)進(jìn)行利用。調(diào)整實(shí)驗(yàn)流程和過(guò)程，串聯(lián)不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物能繼續(xù)用于下一次綠色科研實(shí)驗(yàn)[10]。例如將生物制藥工藝學(xué)和酶工程合并為一門實(shí)驗(yàn)課程，改為生物工程下游實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

3.2.4結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。充分利用現(xiàn)代科技展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中含有的難以控制的有毒物質(zhì)，利用實(shí)驗(yàn)輔助教育(CAI)來(lái)進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)[11-12]。讓學(xué)生從CAI課件中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并分析實(shí)驗(yàn)，從而避免在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生有毒物品。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，簡(jiǎn)單的知型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法滿足教學(xué)的需要，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)向著仿真型實(shí)驗(yàn)發(fā)展[13]。2014年全國(guó)共有100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象雖然是虛擬的，但都很逼真，在開(kāi)放、自主、交互的虛擬環(huán)境中可以開(kāi)展更高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)，尤其是對(duì)于那些涉及高危或極端環(huán)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化，通過(guò)多媒體輔助教學(xué)提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量是未來(lái)教學(xué)實(shí)踐的努力方向[14]。

3.2.5開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)綠色實(shí)驗(yàn)流程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案綠色化程度的水平和效果進(jìn)行評(píng)估考核。通過(guò)這樣的一些方法，使學(xué)院的學(xué)生逐步培養(yǎng)綠色實(shí)驗(yàn)的理念，增加自主設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程。通過(guò)對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)課程使用的試劑、產(chǎn)生的廢物種類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下自主設(shè)計(jì)并實(shí)施可以利用和處理其他廢物資源的生物學(xué)或化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)；并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后檢驗(yàn)污染物處理水平。符合國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)的污水可順利排放，不符合的則通過(guò)另外的處理途徑進(jìn)行處理或回收。通過(guò)這樣針對(duì)性的學(xué)習(xí)和操作過(guò)程，讓學(xué)生能充分利用學(xué)校的資源，同時(shí)處理了科研實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢物資源，減少了對(duì)環(huán)境的污染[15]。

3.3實(shí)驗(yàn)室管理制度的改革由于高校教育投資基金的限制，獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買大型先進(jìn)儀器的能力有限。同時(shí)，高校本科生、研究生及科學(xué)研究工作者工作實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的整體建設(shè)投資水平較低。

首先通過(guò)對(duì)目前實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行分析，整合實(shí)驗(yàn)資源，將類似的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容放到一個(gè)時(shí)間段開(kāi)設(shè)，使實(shí)驗(yàn)資源得到最大的利用，最大化地節(jié)約了資源，減少了浪費(fèi)。挖掘其中綠色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相結(jié)合的課程資源，對(duì)其中實(shí)驗(yàn)涉及的污染物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸類，總結(jié)已開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)在綠色化方面的優(yōu)點(diǎn)和不足；最后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)綠色化、大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)等相關(guān)文獻(xiàn)資料，探討高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)綠色化的原則和策略。

其次，打破不同院系、科室實(shí)驗(yàn)室之間的各自管理的制度，建立了實(shí)驗(yàn)室的紐帶連接關(guān)系。減輕不同實(shí)驗(yàn)室儀器、設(shè)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(shè)備、藥品統(tǒng)一登記,變?yōu)楣灿糜闷?。減少各種原始化學(xué)品的冗余積累，從而避免浪費(fèi)試劑。

第四，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室之間“三廢”的綠色化處理聯(lián)系，通過(guò)共用和維護(hù)儀器設(shè)備，減少污染物處理成本，從而提高各個(gè)實(shí)驗(yàn)室綠色化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可能性。

第五，建立健全實(shí)驗(yàn)室管理制度。加強(qiáng)人員的管理，健全實(shí)驗(yàn)室污染物處理等相關(guān)規(guī)定；加強(qiáng)污染物的分類與管理。

4總結(jié)

研究通過(guò)對(duì)生物技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化的探索與實(shí)踐，形成了較為完善的綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與理念，既構(gòu)建了綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，又防止了環(huán)境污染，且節(jié)約了大量實(shí)驗(yàn)資源和資金，為進(jìn)一步促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的綠色化建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)向綠色生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，提高了教師和學(xué)生踐行綠色實(shí)驗(yàn)理論的能力，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時(shí)構(gòu)建綠色化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)于深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與培養(yǎng)具有可持續(xù)發(fā)展思想的生物技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)復(fù)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(xiàng)目山東省高等醫(yī)學(xué)教育課題(YJKT201124)。

作者簡(jiǎn)介郭東會(huì)(1988- )，女，河北邢臺(tái)人，講師，碩士，從事微生物研究。*通訊作者，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事分子生物學(xué)研究。

收稿日期2016-02-14

中圖分類號(hào)S-01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)07-308-02