高校生物化学实验教学实施绿色化学理念的探索

刘少华，孙洪亮，陈 帅，王慧竹，祝 波

(1.吉林化工学院 化学与制药工程学院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022)

2017年，习近平总书记在十九大报告中指出“坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策”[1]。2020年党的十九届五中全会指出“要加快推动绿色低碳发展，持续改善环境质量，提升生态系统质量和稳定性，全面提高资源利用效率”[2]。随着绿色、生态、环保理念逐步深入，人们环保意识越来越强，实验教学绿色化已经成为高校实验教师共同的责任，这就需要实验教师对实验教学模式进行改革，积极提倡绿色实验教学。在实验教学过程中充分融入绿色理念，探索绿色实验方法，从源头上减少污染，在实验过程中加强整治。

一、生物化学实验教学实施绿色化学的必要性

生物化学实验教学是我院生物制药专业的一门重要的基础实验课，实践性较强。通过生物化学实验教学，学生能够巩固和深入理解所学的基本理论知识，对培养学生观察能力、分析解决问题能力、实际动手操作能力、创新思维能力、严谨科研能力等方面均有重要意义[3-4]。相比其他化学实验，生物化学实验一次产生污染物的排放量低，所以人们对生物化学实验绿色化改革关注力度不够。但是生物化学实验过程中用到的化学试剂种类较多，虽然每次实验过程产生污染物的排放量不多，若不及时采取有效措施防治，这些污染物长时间累积就会对人们身体健康造成危害，同时也会污染周边环境。因此，如何降低生物化学实验过程中产生的污染物和排放量，减少环境污染是首要问题。在生物化学实验教学中开展绿色化学理念教育、树立绿色化学意识、弘扬绿色化学精神就显得尤为必要。

二、生物化学实验课前渗透绿色化学理念

(一) 树立绿色化学理念

实验教师首先要树立绿色化学理念和意识，然后将绿色化学理念贯穿在整个生物化学实验教学过程中，培养学生节约、环保思维，更重要的是培养学生用绿色化学思维方式来解决生物化学实验过程中出现的污染问题。在实验教学中，实验教师需要根据具体实验内容、实验步骤和实验环节等方面，强化学生绿色化实验意识，使学生养成绿色化的实验习惯。大多数学生在实验课前没有接受过实验训练，基本操作技能相对薄弱，实验教师需要要求学生课前进行线上和线下预习，提前了解常用试剂的性质，熟悉基本操作流程，尽量减少因操作不当而出现重复实验、浪费试剂的现象，引导学生积极思考实验过程中产生的污染问题以及如何进行防治。

(二) 试剂绿色化

节约试剂、减少污染物的排放是贯彻绿色化学理念的重要手段。通过查阅相关文献资料，在完成实验教学目标、保证实验现象相同的情况下，优先选用危险性小、污染性低的试剂。配置试剂前根据参加实验的具体人数和分组情况，准确计算实验试剂的用量。像血清、蛋白分子量、标准品等用量小的试剂，采用1～2 mL塑料试管分装；像SDS、缓冲液、饱和硫酸铵等一次性用量较大的试剂，先配置母液，使用时再稀释。在完成实验的前提下，尽量节约试剂，注意试剂的回收和再利用，增强学生保护环境的责任感和使命感，践行“绿水青山就是金山银山”的理念。

(三) 设备绿色化

随着社会进步与科技发展，实验设备也需要更新换代，一些使用时间长、老化的设备，不但工作效率低，还存在一定的安全隐患与环境污染问题。因此，为了给学生提供一个符合时代发展的、绿色的、健康的实验环境，确保实验安全，提高实验质量，需要对实验经费进行合理预算，做好设备的更新换代。对一些精密仪器做适当的密封处理，避免在实验中间环节出现污染问题，保证实验设备绿色化。例如，磁力搅拌器配合电热套，替代明火加热；旋转蒸发仪和冷却水循环泵不但能满足学生完成基本实验，还能对有机溶剂进行回收。

(四) 实验方案设计绿色化

根据生物化学实验教学大纲的要求，充分考虑所用试剂和实验产物对环境的污染情况，进行绿色化实验设计，尽量选择低污染、低毒性、价格合理的实验，生物化学实验绿色化教学设计如图1所示。“考马斯亮蓝染料法测定蛋白质浓度”是生物化学的基本实验之一，从绿色化学理念的角度出发，减少考马斯亮蓝G-250的用量，取得了较好的实验效果。另外，还可以改用不需要显色剂及其他试剂的紫外吸收法测定蛋白质含量，此种方法不但节约试剂，还减少了污染物的产生，完全符合绿色化学的宗旨。另外，增加自主性、综合性、创新性实验，提高实验质量。针对实验过程中产生的不同废液残渣，可以让学生自行查阅相关的文献资料，设计处理实验废液残渣的方法，经教师审查并确认其设计方案的可行性和合理性后，学生可以进行试剂回收和无毒化处理。这样不但能够充分调动学生的积极性，提高学生解决实际问题的能力，还有助于培养学生基本的科研创新能力。

图1 生物化学实验绿色化教学设计图

三、生物化学实验课中渗透绿色化理念

(一) 实验操作绿色化

学生在实验过程中必须做到基本操作正确、规范，减少实验试剂的用量，降低各种实验器材的损耗率。在生物化学实验过程中，实验教师必须认真对学生的每个实验环节进行适时指导，保证绝大多数学生实验一次性成功，减少重复实验的次数，提高生物化学实验课的质量和效率。从量取试剂，到使用仪器设备，再到测定样品含量，每一个过程都要严格按照要求进行操作，杜绝一些违反操作的现象发生，避免污染物的外泄造成二次污染。

(二) 利用多媒体虚拟仿真教学提升实验绿色化

当今社会，信息化飞速发展，多媒体虚拟仿真教学是高校开展生物化学实验绿色化教学模式的重要途径。多媒体虚拟仿真教学可作为常规实验教学的重要补充，学生可以通过多媒体虚拟仿真实验对实验原理、仪器装置、实验操作流程等进行仿真模拟，学生可以充分把握实验过程中的注意事项及关键技术，拓宽学生的知识面，提高学生的积极性和主动性[5-6]。例如：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定蛋白质的相对分子量是生物化学实验中开设的基础实验，实验过程中用到的丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、TEMED、过硫酸铵、十二烷基硫酸钠(SDS)、巯基乙醇等均属于有毒有害试剂，可以通过仿真系统进行模拟演练。多媒体虚拟仿真教学既能够达到生物化学实验教学的目的，又能够节约资源，避免有毒有害物质的产生，进而提升生物化学实验教学绿色化效果。

(三) 推行减量、微量、半微量实验

从节约成本、减少环境污染、不影响实验效果的角度出发，确保学生操作技能得以训练的前提下，积极推广减量、半微量或微量实验[7-8]。制备实验中，在确保得到真实结果的前提下，控制生物化学实验过程中化学试剂的使用量，既可节省实验成本，还可以降低最终的化学残渣和有害气体的生成量，减少废液处理费用，降低废弃物对环境的污染。在达到教学目标的同时，还构建了学生的节约、环保、创新思维，满足绿色实验的要求。

四、生物化学实验课后渗透绿色化理念

(一) 生物化学实验废弃物处理绿色化

化学实验不可避免的会产生一些有毒有害的物质，如果不及时采取有效措施，长期累积就会危害人们的身体健康，造成环境污染。相比有机、无机化学实验，生物化学实验过程中产生的废弃物相对较少，作为一名实验教师，有责任和义务监督学生妥善处理实验过程中产生的废弃物，清理实验场地，培养学生“善始善终，绿色实验”的科研态度。

1.固体废弃物

实验中产生的固体废弃物要分类存放到指定容器中。破损玻璃制品不能随意丢进垃圾桶，应统一置于专门集装箱中；用过的滤纸、试纸不能丢进水槽内；试管、枪头、离心管等使用后最好存放到指定的垃圾袋内；实验后的废渣要分类贴签保存，按照学校要求集中处理[9]。

2.液体废弃物

实验中产生的有毒、有害废液，不能随便倒入水池，对于一些酸碱溶液可以采取酸碱中和的方式，将pH值调到中性之后，再排入下水道；对于一些有机溶剂，要贴上标签，注明废液的名称、浓度，统一分级、分门别类收集，存放在专用的废液缸内[10]。

3.气体废弃物

生物化学实验过程中产生的废气一般比较少，这些废气可以通过实验室安装的通风橱和通风管道排出，在实验操作过程中要做好必要的防护措施，打开通风系统。另外，实验室内摆放的一些植物花卉也能够对其有效地吸收，从而有效地降低对环境的污染。

(二) 生物化学实验考核方法绿色化

为了让绿色化理念深入学生的内心，实验教师要建立绿色化生物化学实验考核方法，把绿色化理念渗透于生物化学实验考核评价的标准体系中。本文建立的绿色化生物化学实验考核方法综合考虑实验前、实验中和实验后的各个环节，培养学生牢固树立绿色化实验意识和绿色化实验习惯。此外，实验教师在生物化学实验授课过程中也需要注重贯彻落实绿色化理念，同样可以将此项内容列入教师的绩效考核中[11]。只有师生共同努力才能够使环保意识逐渐养成，从而减少对环境的污染。具体的生物化学实验绿色化考核评价体系如表1所示。

表1 生物化学实验绿色化考核评价体系表

五、结 语

实验教学是培养学生创新精神和实际动手能力的重要环节，是对理论知识的补充和延伸，具有较强的实践性。实验过程中难免会产生一些有毒有害的物质，如果不妥善处理这些有毒有害的物质，就会造成环境污染，甚至危害人类的身心健康。因此，在实验教学过程中实施绿色化学理念是培养学生树立环保意识、践行绿色化学精神的重要途径。实验课前，树立绿色化学理念，确保实验试剂、设备、方案设计绿色化；实验课中，确保实验操作绿色化，利用多媒体虚拟仿真教学提升实验绿色化，推行减量、微量、半微量实验节约试剂，控制环境污染；实验课后，对废弃物进行绿色化处理，建立绿色化考核方法。作为高校生物化学实验老师，应该将绿色化学教学理念、指导思想渗透到生物化学实验的各个环节，培养学生绿色化学意识，养成学生绿色化实验习惯，激发学生的创新思维，提高学生的环保责任感，使生物化学实验教学绿色化真正得以实现。