生物學(xué)實驗安全知識教學(xué)模式探究

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［摘要］為了進(jìn)一步規(guī)范本科生分子生物學(xué)實驗操作，扎實掌握相關(guān)實驗安全知識，切實提高學(xué)生對實驗室安全突發(fā)事件的應(yīng)對能力，嘗試在實驗教學(xué)中增加分子生物學(xué)專業(yè)碩士研究生助理輔助教學(xué)，采用類似于翻轉(zhuǎn)課堂的線下討論，并結(jié)合幻燈、錄像、雨課堂等多媒體開展分子生物學(xué)實驗安全知識與技能的教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，從而加強學(xué)生對實驗室安全知識的掌握程度，大大提高了本科生分子生物學(xué)實驗的安全意識和自我防護(hù)能力。

［關(guān)鍵詞］分子生物學(xué)；實驗室安全；教學(xué)模式；本科生

一、引言

分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的學(xué)科，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科[1]。目前分子生物學(xué)已迅速成為現(xiàn)代生物學(xué)領(lǐng)域里最具活力的科學(xué)。分子生物學(xué)實驗是醫(yī)學(xué)類和生物類專業(yè)學(xué)生的必修課，通過實驗教學(xué)，加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，鍛煉學(xué)生的操作實踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力并提升綜合素質(zhì)。但由于分子生物學(xué)實驗相比其他學(xué)科實驗經(jīng)常使用危險化學(xué)試劑和玻璃儀器，且易產(chǎn)生較多實驗廢液、廢棄耗材試劑等廢棄物，這些都是對環(huán)境和實驗者可能造成危險的潛在因素，因此我們除了要讓本科生掌握分子生物學(xué)基本理論知識和實驗技能，更重要的是要讓學(xué)生認(rèn)識到實驗安全的重要性，加強學(xué)生的實驗規(guī)范操作和安全意識，并堅持以預(yù)防為主，提高本科生的實驗安全緊急處理能力，培養(yǎng)學(xué)生生命至上、尊重生命的安全道德觀念。結(jié)合學(xué)校實際情況，我們對我校生物技術(shù)專業(yè)本科生的分子生物學(xué)實驗進(jìn)行了教學(xué)形式和內(nèi)容的改革和實踐，在開始正式實驗教學(xué)前首先進(jìn)行分子生物學(xué)實驗安全知識教育，樹立本科生良好的安全意識，踐行安全操作行為，全面提升本科生的綜合素質(zhì)。

二、本科生分子生物學(xué)實驗安全知識教學(xué)現(xiàn)狀

（一）對實驗安全知識教學(xué)的重視度不夠

清華大學(xué)、浙江大學(xué)等已出版了《實驗室安全基礎(chǔ)》《高等學(xué)校實驗室安全概論》等實驗室安全教材，并開發(fā)了實驗室安全培訓(xùn)和考試系統(tǒng)[2]；北京大學(xué)也研發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的E-learning實驗室安全培訓(xùn)系統(tǒng)，由院系教師根據(jù)課程需要自主編寫教學(xué)課件，不受實驗室安全教育資源等因素的影響，學(xué)生可從自身需求出發(fā)，自行安排學(xué)習(xí)時間和內(nèi)容[3]；安徽師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院專門設(shè)立安全知識學(xué)習(xí)網(wǎng)，包含各類安全知識、安全守則以及處理措施等，學(xué)生在進(jìn)入實驗室前必須通過實驗室安全知識的在線考試。盡管如此，仍有較大數(shù)量的高校目前尚未為本科生開設(shè)專門的實驗室安全課程，未系統(tǒng)地對學(xué)生開展實驗室安全知識教育培訓(xùn)。雖然各大高校的分子生物學(xué)實驗室都制定了相關(guān)安全守則和管理制度，并且制作成展示牌掛在實驗室墻上供學(xué)生學(xué)習(xí)，但本科生主觀能動性差，加上該部分知識沒有列入考試范疇，導(dǎo)致學(xué)生對實驗室安全知識知之甚少，重視度嚴(yán)重不足，安全意識十分淺薄。在醫(yī)學(xué)院校分子生物學(xué)實驗室課程大多安排在大學(xué)二年級，在此之前學(xué)生已完成了如有機化學(xué)和生物化學(xué)等其他實驗課程，理論上應(yīng)具備一定的實驗安全意識，但我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對危險化學(xué)品的認(rèn)知不足、使用不規(guī)范，實驗室設(shè)備和物品的使用放置不當(dāng)以及實驗后的廢棄物處理不當(dāng)?shù)戎T多不遵守實驗室安全規(guī)則的行為也經(jīng)常出現(xiàn)。

（二）專業(yè)性安全知識教學(xué)素材匱乏，講授模式單一

由于分子生物學(xué)實驗中涉及較多危險化學(xué)試劑，比如在提取核酸時需要分離去除多糖、蛋白等分離用的試劑，如氯仿、苯酚、異丙醇等，其揮發(fā)性對呼吸道有刺激性、對皮膚有腐蝕性。此外，電泳時常用的核酸染料溴化乙錠可嵌合DNA，具有致突變性。另外，結(jié)合教學(xué)目的，部分實驗會采用血清或細(xì)菌樣本等，可能存在生物安全隱患。因此，為保證師生安全，要對學(xué)生進(jìn)行具有針對性的與分子生物學(xué)專業(yè)相關(guān)的安全培訓(xùn)。目前套用的最基礎(chǔ)的安全條例所包含的分子生物學(xué)專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容并不全面，加上實驗室安全教育資源多是文本加圖片的形式，相對枯燥且缺乏吸引力，對于有視頻或動畫等較為生動的多媒體資源比較匱乏。目前對于分子生物學(xué)實驗安全知識的教學(xué)模式大多還是以教師講授、強行灌輸為主，從而引導(dǎo)學(xué)生理解分子生物學(xué)實驗室安全管理規(guī)章制度，掌握實驗安全理論和實踐方法以及預(yù)防和處理實驗中各種危險的手段和方法。這種教學(xué)模式的系統(tǒng)性和理論性較強，但學(xué)生通常會感到過分抽象或枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果欠佳[4]。因此，還需努力摸索分子生物學(xué)實驗安全教育的教學(xué)模式，從本科學(xué)習(xí)初期開始打好安全知識基礎(chǔ)，樹立良好安全意識，做到注意保護(hù)自己和身邊的人，進(jìn)而影響一個團體，達(dá)到“教育一個、影響一片”的良好輻射效果[5]。

三、本科生分子生物學(xué)實驗安全知識的教學(xué)模式探索

（一）設(shè)置分子生物學(xué)專業(yè)碩士研究生教學(xué)助理

我們于2018年開始在分子生物學(xué)實驗教學(xué)中設(shè)置研究生教學(xué)助理，均為生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)的在讀碩士研究生，他們已進(jìn)入各課題組開展項目研究，熟知實驗室規(guī)則，教學(xué)實驗內(nèi)容以及實驗儀器的使用。研究生助理在正式開始輔助教學(xué)前，需進(jìn)行相應(yīng)實驗教學(xué)的準(zhǔn)備以及預(yù)實驗，必須熟練掌握實驗原理及操作步驟，這樣才能對教學(xué)中各種化學(xué)試劑、器皿儀器的使用以及突發(fā)事件的應(yīng)對方法有更深刻的了解和認(rèn)識，并且在正式開始輔助教學(xué)前需進(jìn)行教學(xué)試講，由高年資教師給予考評和指導(dǎo)，以保證本科生教學(xué)質(zhì)量。另外，需明確研究生助理的教學(xué)職責(zé)，主要是協(xié)助教師準(zhǔn)備上課材料、參與課堂教學(xué)、整理課程記錄、與主講老師討論課程和教學(xué)進(jìn)度及反饋解決學(xué)生問題、批改平時作業(yè)或報告、答疑與改進(jìn)工作等。研究生教學(xué)助理不僅要做好本科生教學(xué)助理工作，還應(yīng)充分發(fā)揮聯(lián)系學(xué)生和教師的橋梁紐帶作用，不定期與他們進(jìn)行討論、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，以期能產(chǎn)生教與學(xué)的良性互動，同時也可以在生活、學(xué)習(xí)、未來職業(yè)規(guī)劃方面加以引導(dǎo)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）課中增加類似于翻轉(zhuǎn)課堂的線下討論

以往教學(xué)學(xué)生基本是坐等老師講授安全知識，該內(nèi)容條條框框較多，易于變成簡單的說教，不能激發(fā)學(xué)生的興趣。因此，我們?yōu)榱顺浞终{(diào)動學(xué)生的積極性，在教師講授完基本實驗安全知識后，進(jìn)行學(xué)生分組討論，每組學(xué)生自行搜集相關(guān)分子生物學(xué)實驗室危險案例，對該案例進(jìn)行深入分析后，找出危險發(fā)生的原因以及正確解決辦法，小組內(nèi)展開討論，總結(jié)發(fā)表意見，小組間可互相補充，最后老師進(jìn)行總結(jié)和歸納，以小組為單位形成學(xué)習(xí)報告，提出解決方案，鞏固學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生從慘痛事故中吸取教訓(xùn)，激發(fā)學(xué)生思考，加深印象。本環(huán)節(jié)的課堂教學(xué)時間減少了主講教師的理論授課時間，增加了學(xué)生的討論時間，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生的安全知識得到強化，從而有效避免了學(xué)生在隨后的實驗中出現(xiàn)違規(guī)操作，并提高了學(xué)生應(yīng)對危險的處理能力，使學(xué)生養(yǎng)成了良好的實驗習(xí)慣。

（三）理論與典型案例相結(jié)合，多媒體教學(xué)并用

在課堂上采用播放視頻的方式展開警示教育，通過實驗室安全事故的經(jīng)典案例，展示安全問題所造成的致殘、生命及財產(chǎn)的損失，強調(diào)實驗室安全的重要性。然后系統(tǒng)地向?qū)W生列出進(jìn)入實驗室前、在實驗中以及離開實驗室時必須注意的每一條規(guī)定并詳細(xì)說明細(xì)節(jié)。例如進(jìn)入實驗室前必須穿實驗服，戴防護(hù)手套，不能穿拖鞋、涼鞋等露腳趾的鞋，女生不能化妝，不得留過長的指甲等，并舉例說明這些問題存在會出現(xiàn)哪些具體危險。同時，我們以實驗教學(xué)要求和實驗技術(shù)實用性為出發(fā)點，由主講教師團隊策劃和研究生教學(xué)助理參與，錄制如何規(guī)范進(jìn)入普通實驗室和細(xì)胞培養(yǎng)室進(jìn)行常規(guī)實驗（如pcr、瓊脂糖凝膠電泳和細(xì)胞培養(yǎng)）的視頻，通過視頻演示在實驗時容易出現(xiàn)的安全問題，使實驗室安全知識更加直觀化、具體化。這種運用幻燈、錄像等多媒體，直觀展示安全事故的典型案例和實驗室安全知識的教學(xué)模式，讓學(xué)生觀看時，既學(xué)到了實驗安全知識，又看到了安全事故造成的嚴(yán)重后果，汲取事故教訓(xùn)，可獲得事半功倍的效果。

（四）雨課堂安全知識小測驗

作為分子生物學(xué)實驗的第一課，實驗室安全知識的成績考核主要是從學(xué)生的出勤、分組討論報告以及雨課堂安全知識試題線上完成情況來評價。教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生在課堂上在線參加雨課堂測驗，試題內(nèi)容緊密圍繞分子生物學(xué)實驗基本的安全知識和技能以及常見意外事故應(yīng)急處理辦法，比如含強酸或強堿的廢液應(yīng)如何處理，分子生物學(xué)實驗常用試劑乙醇、乙醚、丙酮等易燃試劑的放置有何要求以及實驗臺上酒精燈傾倒引起火災(zāi)時的正確處理方式等，現(xiàn)場進(jìn)行知識鞏固、練習(xí)和測試。試題類型包括單選、多選和簡答題。測試時間為30分鐘，否則PPT頁碼會翻轉(zhuǎn)至下一題，高效且可防止學(xué)生作弊。然后通過雨課堂即時統(tǒng)計學(xué)生答案，老師根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果充分了解學(xué)生對于實驗室安全知識掌握的薄弱環(huán)節(jié)，可作為今后教學(xué)改進(jìn)的依據(jù)和參考。這種即時的課堂小測驗，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更具壓力和挑戰(zhàn)性，可大大改善學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效果。

四、結(jié)語

通過以上教學(xué)實踐，使本科生更好地掌握分子生物學(xué)實驗安全基本知識和實驗室操作規(guī)程，了解實驗室突發(fā)事件的應(yīng)對措施，提高了本科生分子生物學(xué)實驗安全意識和自我防護(hù)能力。由于分子生物學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域普遍應(yīng)用的技術(shù)手段，尤其是在生命科學(xué)和生物工程領(lǐng)域?qū)τ诜肿由飳W(xué)專業(yè)高質(zhì)量研究人才的需求很大，因此我們還計劃優(yōu)化整合像暨南大學(xué)“生物醫(yī)藥實驗室安全知識”和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“實驗室安全知識”等國家精品MOOC教學(xué)資源，建立針對分子生物學(xué)實驗安全的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，采用線上線下混合式教學(xué)和考試模式，對大一新生開設(shè)“分子生物學(xué)實驗安全知識”在線課程，構(gòu)建較為系統(tǒng)的實驗安全教育課程體系，切實提升實驗室安全環(huán)境，為高校實驗室的安全教育及教學(xué)科研工作安全、高效地開展打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱玉賢，李毅，鄭曉峰，等.現(xiàn)代分子生物學(xué)（第5版）［M］.北京：高等教育出版社，2019.

［2］馬麗云，何蘭英，殷宏斌.高校研究生實驗室安全課程的探索與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2012，29（10）：179-181.

［3］張志強，林衛(wèi)峰.基于Web基礎(chǔ)的E-Learning實驗室安全學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.實驗室科學(xué)，2011，14（1）：103-106.

［4］秦川麗，范乃英，吳華洋，等.化學(xué)實驗安全知識教學(xué)模式初探［J］.實驗室研究與探索，2020，39（10）：291-295.

［5］光翠娥，王世強，趙建新，等.食品學(xué)科本科生實驗室安全教育教學(xué)研究［J］.實驗室科學(xué)，2015，15（5）：225-227.

作者:鄧婕 張婷 王琴容 謝淵 齊曉嵐 單位:貴州醫(yī)科大學(xué)分子生物學(xué)重點實驗室