生物技术专业绿色实验教学模式的探索与实践

郭东会， 张显忠， 史仁玖， 范明杰　(泰山医学院生命科学学院，山东泰安 271016)



生物技术专业绿色实验教学模式的探索与实践

郭东会， 张显忠*， 史仁玖， 范明杰(泰山医学院生命科学学院，山东泰安 271016)

摘要笔者针对生物技术专业实验教学中存在的环保问题，从树立师生的绿色理念，探索绿色实验教学模式和改革实验室管理制度3个方面，进行了实验教学绿色化的探索和实践，从而达到实现绿色实验教学的目标，以期为高校实验教学绿色化改革提供研究范例。

关键词生物技术专业； 绿色实验教学模式；探索

实验教学是高校教学中必不可少的一部分，对学生的动手能力、观察能力、科学思维和创新意识的培养起着重要的作用[1-2]。尤其对于以实验为基础的生物学而言，实验教学在整个教学中占有极其重要的地位，但是实验教学也给环境带来了压力。高校实验室是教师进行科研和学生进行大量实验活动的重要场所，每天都有大批学生在操作各种各样的实验，所使用的化学药品种类繁复，消耗也大。实验中使用的试剂及实验废弃物不仅含有大量强腐蚀性的酸碱和重金属，而且还有一些毒性强、挥发性强的有机溶剂以及有害性气体。实验室每天都有大量的废气、废水、废渣未经处理直接排入环境中[3]。随着高校教育规模的扩大与教学内容的增加，实验室污染物的产生量与日俱增，如果这些污染物处理不当，将会严重污染江河湖泊和地下水，对生态环境造成严重破坏，最终影响人类的身体健康。由此可见，建设高校绿色实验室是当前世界各国刻不容缓的重大项目。建设绿色化实验室是人类可持续发展的必然要求，对维护生态环境和人类健康具有深远意义。

该课题以生物技术专业的实验教学情况为基础，探讨生物实验教学中存在的环保问题，深入探索绿色实验教学。在新课程背景下，在绿色化学理念指导下，该研究依据高校课程标准实验教科书，从师生绿色实验理念的树立、绿色实验教学模式的探索和实验室管理制度的改革3个方面，分析构成绿色实验教学系统的基本要素，进行实验绿色化教学研究，尝试为高校实验教学的绿色化改革提供一个研究范例。1生物技术专业的实验教学概况

生物技术专业是生物类中的传统专业，也是一个实践性很强的专业。实验教学是培养学生的动手能力、科研能力和创新能力的平台。泰山医学院生物技术专业是山东省省级特色专业，现有实验室面积1 600 m2, 实验仪器设备总值约700万元，仪器设备720余台(件)。另配有细胞培养室、基因工程实验平台、下游技术实验平台、分离纯化技术平台、植物组织培养室、微生物实验技术平台和生物分子分析技术平台7个模块化实验教学平台，建成了本专业特有的教学实验室。生物技术专业培养计划中开设的实验课程或实验教学环节的课程达29门之多，随着实验教学和开放性实验活动规模的扩大，实验室污染问题和环境保护问题亟待解决。2实验教学中存在的污染问题

生物实验是实验教学和科研的重要组成部分。它给人们的生活、生产和科研带来许多惊人的科技成果，同时也给环境带来了许多危及人类健康的污染问题。例如，随着分子生物学技术的发展，它成为生物学各个领域研究中最常用到的技术和方法。然而分子生物学实验中使用的试剂往往具有毒性、致癌性等，如溴化乙锭(EB)这样的致癌物排入环境，极易在环境中形成二次污染[4]。因此微量的污染物就有可能对环境和人类健康产生严重损害[5]。有时在实验室中发现实验结束后有些学生将含致病微生物的培养液、培养基直接外排而未进行灭菌处理，有些强碱、强酸性、有机溶剂、重金属废弃物在实验中直接排入环境，这都极易对环境和人的身体健康造成伤害。这种现象在许多高校和科研院所中大量存在。当前许多高校只强调培养学生的观察能力、动手能力、发现分析并解决问题的能力和创新能力，而忽视了实验室每天所排放的废物处理问题。由于环保意识薄弱、资金投入不足、实验设计不合理等因素，很多高校实验室的废弃物都没有经过处理而直接排放。

尽管实验室每天排放污染物的量不大，但实验所用的化学试剂种类繁多，污染成分复杂，日积月累，实验室污染物对生态环境和人类健康的影响不容忽视。因此，进行绿色化生物实验教学改革具有十分重要的意义。

3生物技术专业绿色实验教学模式的探索与实践

3.1转变教育者、受教育者的观念，树立绿色实验教学理念实验教学与绿色化学联系最为紧密，也最为直接。因此在实验教学中贯彻绿色化学思想最为重要[6]。首先，结合大学生实验教学的实验内容，针对性地探讨生物学实验中涉及的绿色化的理念、原则及策略，渗透绿色化理念，使学生学会用绿色化的原则和方法预防和处理实验污染，逐步形成实验绿色化观念。其次，通过问卷调查，选取生物技术专业教师、实验技术人员、本科生、研究生为对象，发放学生问卷、教师问卷。教师的问卷调查主要包括对绿色实验的认识、实验绿色化实施情况、对在实验教学中实施实验绿色化的态度3个方面。学生的问卷调查主要包括对绿色实验的认识、生活中的绿色意识、实验的态度和实验习惯3个方面。针对问卷的调查结果，对教师和学生进行绿色教育，从而促进教师、学生积累绿色实验知识，并树立相应的实验理念。对教师和学生进行了绿色化教育的跟踪行动研究调查发现，通过进行绿色教育的前后对比，师生在生物学实验中养成了互相监督的好习惯，大大减少了废弃物乱倒的现象。

3.2绿色化实验教学模式的探索将实验绿色化融入实验课程教材改革和课堂教学改革中，使实验绿色化成为实验教学的一个重要组成部分，这也是当前绿色化教育的一个重要课题[6]。

3.2.1加快实验室绿色化建设进程。购买先进的仪器、设备与相应的实验室配套设施，改善实验环境与条件，减少实验过程中废物的产生。虽然高校实验教学资金投入不足，影响了对先进仪器、设备以及污染物处理设备的购买能力[7]，但“以人为本”，推近绿色化建设进程，为科研人员、教师、学生提供良好的健康保障系统；提高实验室对“三废”的处理能力，从而减少污染物的排放。例如，对实验室通风橱、下水道安装气体处理装置或废液收集系统，从而减少高校实验室内产生的废气、废液对环境的影响。

3.2.2精选实验课程。精选出一部分优秀的实验项目，删除或替代有毒或者剧毒物质或相关实验。对本科生各门学科进行统计和分析，删除重复进行的实验内容，保留经典的低毒或者无毒的实验教学内容[8]，或将相关实验用的试剂用品用无毒相似物替代。

3.2.3实验绿色化设计。利用先进设备仪器，将实验设计为微量实验，减少有毒试剂甚至常规试剂的使用量[9]。例如以前学生测定光的最大吸收峰，用分光光度计需要2 mL的体系，现在由酶标仪代替，仅需要200 μL的体系。科学利用各种产物的性质和特征，设计处理回收等实验方案，从而减少直接排放废液量，并回收部分物质进行利用。调整实验流程和过程，串联不同学科实验，使实验产物能继续用于下一次绿色科研实验[10]。例如将生物制药工艺学和酶工程合并为一门实验课程，改为生物工程下游实验技术。

3.2.4结合网络、计算机多媒体进行实验教学。充分利用现代科技展现实验中含有的难以控制的有毒物质，利用实验辅助教育(CAI)来进行专业学习[11-12]。让学生从CAI课件中观察实验现象，并分析实验，从而避免在实验中产生有毒物品。随着网络技术的发展，简单的知型网络系统无法满足教学的需要，网络化实验向着仿真型实验发展[13]。2014年全国共有100个国家级虚拟仿真实验教学中心获批。对学生来说，虚拟仿真实验室的操作环境和实验对象虽然是虚拟的，但都很逼真，在开放、自主、交互的虚拟环境中可以开展更高效、安全且经济的实验，尤其是对于那些涉及高危或极端环境，不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目。将实验教学网络化，通过多媒体辅助教学提升教学效果和教学质量是未来教学实践的努力方向[14]。

3.2.5开放式实验教学。实行开放式实验教学，鼓励学生自主设计绿色实验流程，并通过实验方案绿色化程度的水平和效果进行评估考核。通过这样的一些方法，使学院的学生逐步培养绿色实验的理念，增加自主设计的综合性实验教学课程。通过对常规实验课程使用的试剂、产生的废物种类进行统计，让学生在教师指导下自主设计并实施可以利用和处理其他废物资源的生物学或化学相关实验；并在实验结束后检验污染物处理水平。符合国家污水排放标准的污水可顺利排放，不符合的则通过另外的处理途径进行处理或回收。通过这样针对性的学习和操作过程，让学生能充分利用学校的资源，同时处理了科研实验产生的废物资源，减少了对环境的污染[15]。

3.3实验室管理制度的改革由于高校教育投资基金的限制，独立实验室购买大型先进仪器的能力有限。同时，高校本科生、研究生及科学研究工作者工作实验室内的整体建设投资水平较低。

首先通过对目前实验室开展的实验项目内容进行分析，整合实验资源，将类似的实验内容放到一个时间段开设，使实验资源得到最大的利用，最大化地节约了资源，减少了浪费。挖掘其中绿色实验项目相结合的课程资源，对其中实验涉及的污染物进行统计和归类，总结已开展的实验在绿色化方面的优点和不足；最后，结合实验绿色化、大学生实验教学等相关文献资料，探讨高校实验教学中实验绿色化的原则和策略。

其次，打破不同院系、科室实验室之间的各自管理的制度，建立了实验室的纽带连接关系。减轻不同实验室仪器、设备、药品管理方面的冗余[10]。

第三，建立药品、仪器登记制度。将不常用仪器设备、药品统一登记,变为共用用品。减少各种原始化学品的冗余积累，从而避免浪费试剂。

第四，加强实验室之间“三废”的绿色化处理联系，通过共用和维护仪器设备，减少污染物处理成本，从而提高各个实验室绿色化实验设计的可能性。

第五，建立健全实验室管理制度。加强人员的管理，健全实验室污染物处理等相关规定；加强污染物的分类与管理。

4总结

研究通过对生物技术专业实验教学绿色化的探索与实践，形成了较为完善的绿色实验教学模式与理念，既构建了绿色实验教学内容，改善了实验教学条件，又防止了环境污染，且节约了大量实验资源和资金，为进一步促进实验教学体系的绿色化建设奠定了坚实的基础。在传统生物学实验教学向绿色生物学实验教学转变的过程中，提高了教师和学生践行绿色实验理论的能力，为可持续发展做出贡献。同时构建绿色化的实验教学模式对于深化实验教学改革与培养具有可持续发展思想的生物技术专业高素质复合型人才具有重要意义。

参考文献

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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.

基金项目山东省高等医学教育课题(YJKT201124)。

作者简介郭东会(1988- )，女，河北邢台人，讲师，硕士，从事微生物研究。*通讯作者，高级实验师，从事分子生物学研究。

收稿日期2016-02-14

中图分类号S-01

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-308-02