在醫學本科生中開展“實驗室安全與防護”課程教學的探究與思考

摘" 要：日益嚴峻的生物威脅需要人類做好充足的相關人才儲備，實驗室生物安全防護能力是未來生物安全人才的必備素質之一。高等院校及科研院所實驗室是推動科學研究發展、培養創新人才的主要陣地，必須高度重視實驗室生物安全問題。陸軍軍醫大學面向基礎醫學八年制本科學員開設了“實驗室安全與防護”課程。文章對課程開展的背景、必要性、教學目標和內容設定進行了討論，對課程教學過程中發現的主要難點問題進行了歸納總結，針對這些難點問題探索出可通過改變教學模式、借助教學技術、豐富教學途徑等方面提升教學效果。本課題組的教學研究和實踐，可為我國高校今后全面開展實驗室生物安全教育提供經驗借鑒和理論思考。

關鍵詞：實驗室生物安全；生物防護；醫學本科生；生物威脅

中圖分類號：G642.3" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2023）02-0144-05

隨著現代生物技術的興起和迅速發展，生物安全問題逐漸成為全球社會普遍關注的熱點問題。當前國際生物安全形勢日趨復雜多變，我國戰略性新興產業蓬勃發展，高等級生物安全實驗室的需求日益增加，相關專業人才需求也隨之激增。科技的發展與進步離不開實驗與研究，實驗室就是進行科學研究的基地。生物安全實驗室（biosafety laboratory）是通過實驗室設計建造、實驗設備的配置、個人防護裝備的使用，通過嚴格遵守預先制定的標準操作程序和管理規范等綜合措施，確保操作生物危險因子的工作人員不受實驗對象的傷害，確保周圍環境不受其污染的生物實驗室。生物安全實驗室尤其是高等級生物安全實驗室是高校開展科學研究和教學的重要平臺，也是國家生物安全體系的重要組成部分，具備專業的高等級生物安全防護能力是醫科院校高級人才培養的更高要求。然而，我國高等教育院校鮮有系統地針對高等級生物安全實驗室開展實驗室生物安全相關課程。陸軍軍醫大學針對這一熱點領域，面向基礎醫學八年制本科學員前瞻性地開設了“實驗室安全與防護”這門課程，旨在幫助學員樹立國家生物安全觀，掌握生物防護基本概念、基礎理論和基本操作技能。本文對該課程教學過程中的理論探索和實踐經驗進行了思考總結。

一、醫學本科生開展實驗室生物安全教育的必要性

（一） 當前日益嚴峻的生物安全形勢需要

近年來，我國經歷了非典、甲型H1N1流感、禽流感、非洲豬瘟以及新冠肺炎等數次重大新發突發傳染病疫情［1］。同時，中東呼吸綜合征冠狀病毒、埃博拉病毒、猴痘病毒等烈性病原體跨境輸入的風險逐步增加［2］，來自未知病原體感染的威脅更是難以預測。此外，當前世界面臨復雜嚴峻的生物安全問題，例如生物技術誤用謬用隱患突出、實驗室生物安全事故頻發、生物恐怖活動時有抬頭以及生物武器禁而難止等。2020年初，習近平總書記在中央全面深化改革委員會第十二次會議上提出，把生物安全納入國家安全體系［3］，這就需要我們在醫療衛生、生物制藥、科技研發等各個領域做好戰略儲備。醫學生作為未來醫藥衛生事業的重要后備力量，需要在接受高等教育的過程中樹立正確的國家生物安全觀、培養實驗室生物安全防護意識、掌握必備的實驗室生物防護技能。

（二）加強實驗室生物安全能力建設的現實需要

中共中央政治局2021年9月29日下午就加強我國生物安全建設進行第三十三次集體學習。習近平總書記在主持學習時強調，生物安全關乎人民生命健康，關乎國家長治久安，關乎中華民族永續發展，是國家總體安全的重要組成部分，也是影響乃至重塑世界格局的重要力量。習近平總書記強調，要加快推進生物科技創新和產業化應用，推進生物安全領域科技自立自強，打造國家生物安全戰略科技力量，健全生物安全科研攻關機制，嚴格生物技術研發應用監管，加強生物實驗室管理，嚴格科研項目倫理審查和科學家道德教育。高等院校及科研院所實驗室是開展科研攻關、推動科技發展和培養創新人才的主要陣地，必須高度重視實驗室生物安全。軍隊院校八年制醫學生將面向部隊、服務部隊，是教學、醫療、科研、公共衛生等領域的科技創新后備人才，有必要在高等教育階段進行生物安全相關知識的系統、規范學習，接受生物安全防護技能的訓練和生物安全事故應急處置演訓，避免在未來教學、科研和醫療等工作活動中發生生物安全事故，系統學會正確處理和應對生物安全事故。

（三）加強我國醫學本科生實驗室生物安全教育的需要

自2001年“9·11”恐怖襲擊和“炭疽郵件”事件發生后，美國就開始全面實施生物國防計劃，擁有數十年的實驗室發展運行經驗，并且形成了完善的人員教育培訓體系［4］。歐美國家絕大部分大學針對醫學、生命科學領域的學生都設立了實驗室生物安全相關課程，將生物安全的理念引進大學課堂［5］。美國微生物學會（American Society for Microbiology， ASM）在2012年制定了《教學實驗室生物安全指南》（Guidelines for Biosafety in Teaching Laboratories），為相關院校和研究單位實驗室生物安全教學提供指導。我國高等級生物安全實驗室的建設起步較晚，運行時間不長，缺乏成熟的教學模式。雖然我國早在2004年11月5日國務院第69次常務會議就通過了《病原微生物實驗室生物安全管理條例》，但該條例主要用于加強高等級實驗室生物安全管理，并未列入高校教學內容。我國《高級別生物安全實驗室體系建設規劃（2016-2025年）》設立了在2025年建成5—7個生物安全四級實驗室，每個省至少設有1個生物安全三級實驗室的目標［6］。在當前形勢下，有必要面向醫學生開展實驗室生物安全教育。習近平總書記強調，現在，傳統生物安全問題和新型生物安全風險相互疊加，境外生物威脅和內部生物風險交織并存，生物安全風險呈現出許多新特點，我國生物安全風險防控和治理體系還存在短板弱項。高等院校及科研院所實驗室作為推動科學研究發展、培養創新人才的主要陣地，應該且必須高度重視實驗室生物安全的問題，加強高等院校醫學生實驗室生物安全教育刻不容緩。

二、課程設計初探

（一）課程對象和內容

陸軍軍醫大學基礎醫學八年制學員是未來軍隊醫學高等院校、科研院所和臨床醫院實驗室的教學、科研、管理等崗位重要的后備人才力量，因此面向基礎醫學八年制學員開設了“實驗室安全與防護”作為專業核心課程。本課程分為理論教學和實踐教學兩大部分，理論部分包括實驗室安全概述、實驗室生物安全導論、生物安全實驗室分級與主要設施設備和各級別生物安全實驗室防護四方面的內容。通過理論學習，幫助學員認識實驗室安全的重要性、掌握生物安全實驗室分級的具體標準和要求等理論知識，為實踐課程打下堅實的理論基礎。實踐教學主要包括一級、二級生物安全實驗室的操作規則和應急處理，高等級生物安全實驗室的模擬操作，幫助學員加深對各級別生物安全實驗室的理解，初步具備在各級別生物安全實驗室進行規范操作的能力。

（二）課程目標

生物安全是國家安全的重要組成部分，在當前完善我國生防體系的緊迫需求下，高等級生物安全實驗室建設規劃已納入國家生物安全的相關戰略和政策，未來需要具備實驗室生物安全防護能力的人才作為力量支撐。軍隊生防力量是國家生物安全體系的關鍵部分，但軍隊生物安全專業人才培養量還不能滿足我軍生防體系建設的要求。當前，無論從國家還是軍隊的角度，都對生物安全人才提出了緊迫需求。因此，本課程的建設目標是幫助學員樹立國家生物安全觀、軍隊生物安全觀，掌握生物防護意識基本概念、基礎理論和基本操作技能，在學員開展后續課程學習和進入實驗室開始科學研究前構建相對完善、系統的實驗室安全知識體系，為培養具備實驗室生物安全防護能力、醫學專業能力、科學研究能力的復合型人才打下堅實基礎，為國家和軍隊輸送更多具備生物安全專業能力的人才。

（三）課程設計

本課程適應了社會和軍隊國防建設發展需求，貫徹“學為主體，教為主導，突出學員主體”的教學理念，按照“理論精講、案例分析和綜合實踐”的方式組織實施。總體課程設計理念可概括為三點：首先是聯系實際，力求做到學以致用。教學活動中，以“學以致用”的標準，在教師的啟發、引導下，能夠逐步形成實驗室安全與防護的知識體系，學員系統地了解實驗室生物安全的相關知識，夯實實驗室安全基本功，培養學員實際分析問題、解決問題的能力和應急應變能力。其次是以人為本，注重學員的主體地位。教學過程中教師作為引導者，運用點撥、啟發、提問、引導、導演、總結等方式，通過學員自學、小組討論、總結發言等活動，充分調動學員的學習積極性、挖掘學員的學習潛能，充分體現學員的學習主體地位，并注重培養學生的批判性思維以及對知識的獲取能力、選擇能力和創造能力。最后是結合傳統教學，走信息化教學的道路。充分發揮信息化教學手段和多媒體技術的特點和優勢，充分激發學員的學習興趣。視頻和錄像等媒體的應用，可以使學員形象地了解一些實驗中的步驟，學員接受快，易于加強自身實際操作能力培養。

三、課程教學中的難點問題

（一）課程涉及的概念抽象

實驗室生物安全的核心就是通過建立防護屏障、制定安全管理辦法、規范實驗操作流程等方式來防止操作人員在實驗活動中被致病病原體感染，同時保護外界環境不被污染。對實驗室規章制度的深入理解將有助于學員建立生物安全觀念、養成標準的行為習慣，對規范實驗活動具有重要意義。因此，在授課過程中需要對法律法規、標準規范、管理制度等抽象概念進行深入的講解。然而，這部分內容相對枯燥，在學員沒有對高等級生物安全實驗室形成感性認識的情況下，采用講授和示教為主的傳統教學模式進行講解將無法達到預期的教學效果。如何激發學員對實驗室規章制度這部分重要內容的學習興趣，是教學實施過程中需要思考的問題。

（二）課程內容的實踐性要求較高

“實驗室安全與防護”課程要求學員對實驗室的內部結構、個人防護原則、實驗室突發情況處置等重點內容進行掌握，是一門操作性較強的課程。然而，高等級生物安全實驗室的準入條件較高，需要經過教育培訓、通過相關考核和管理部門審批等規范程序［7］，無法通過現場教學的方式幫助學員對高等級生物安全實驗室形成直觀認識。并且從實驗室安全的角度出發，實驗室突發情況也無法通過逼真的場景進行模擬。因此，課程還是多采用傳統課堂理論傳授模式進行教學。如何提升教學內容的實踐性也是本課程需要解決的一個重要問題。

（三）課程涉及相關技術的前沿性較強

當前世界面臨的生物安全威脅是生物技術飛速發展而導致其誤用謬用可能的問題。例如，基因編輯技術可實現病原體的定向改造，使其獲得更強的致病性；合成生物學技術已經可以幫助人類合成致病病原微生物；高通量測序技術能夠掌握更多的人類基因組特征信息，從而制造對特定人群的生物威脅。對這些前沿技術的理解，有助于學員深入認知當前及未來面臨的嚴峻生物安全問題，牢固樹立國家生物安全觀。對實驗室生物安全防護相關知識的學習需要對實驗室的防護原理、內部結構設計、防護裝備使用方法等進行掌握，而這些知識涉及建筑技術、材料技術、防護裝備技術等各個領域。學員在大學階段教育中接受的前沿知識相對較少，因此在進行生物安全相關問題的教學過程中可能存在對前沿知識掌握較少而導致對相關知識點理解不透徹的問題，這就需要教員通過多種途徑幫助學員學習課本以外的知識。

四、提升課程教學效果的思考

（一） CBCL教學模式在課程中的應用

以案例為基礎的整合式教學（Case-based collaborative learning， CBCL）整合了基于案例的學習Case-based learning，CBL）、基于問題的學習（Problem-based learning，PBL）和基于團隊的學習（Team-based learning， TBL），強調學生自主學習［8］。針對學習法律法規、標準規范、管理制度等抽象概念相對枯燥乏味的問題，我們采用了CBCL的教學模式，編寫了實驗室生物安全相關的“典型案例庫”，包括德特里克堡實驗室疑似泄露、俄羅斯生物安全四級實驗室天花病毒泄露事件、寧夏某護校學生援助核酸檢測感染事件和臺灣生物安全三級實驗室新冠病毒感染事件等熱點問題，以及根據科研工作經驗設置的實驗室生物安全典型事故場景。以實際案例為實驗場景，圍繞本次課主要內容設定系列問題，以問題為導向引導學員思考、自主學習、分小組討論和教員公布參考答案的形式解決實驗室安全中的關鍵問題，通過團隊協作的方式對抽象概念進行內化、類比和思維拓展，最后以小組匯報的方式進行討論交流，能夠幫助學員結合實際應用場景對抽象概念形成深刻理解，學員往往參與度高、學習積極性強、展現出強烈的競爭意識，課堂互動氛圍活躍，從而取得良好的教學效果。

（二）基于仿真模擬技術的教學探索

由于實驗室生物安全事故較高的危險性不能通過現實場景進行模擬，只能通過講授、圖片、視頻等傳統的教學方式給學員呈現相關的知識點，學員在這種教學模式下對知識只能停留在理解層面，并不能通過實踐操作真正掌握事故處理流程。仿真模擬技術可以將真實場景進行模擬，還原實踐相關操作，該技術目前已經在各行各業得到廣泛應用，特別是在實用型醫學人才的培養中發揮了重要作用［9］。針對高等級生物安全實驗室準入條件高、生物安全事故情景模擬難等問題，可以借助仿真模擬技術，構建貼近實際的實驗室內部場景、設置不同的生物安全事故情景，幫助學員進行實驗室場景的沉浸式漫游、實現高危病原物實驗模擬操作以及更貼合實際地完成各類實驗室生物安全事故的處理。基于仿真模擬技術的教學模式可以解決課程內容實踐性強但教學實踐場地受限的難點問題，為學員提供更多的實踐操作機會，激發學員的學習興趣和自主學習的積極性，不僅能夠節省教學成本，還可提升該門課程的生動性和實踐性，值得在今后的教學中探索嘗試。

（三）積極探索理論與實踐相結合的教學模式

陸軍軍醫大學具備生物安全三級實驗室（Biosafety

Level-3 Laboratory， BSL-3），負壓生物安全二級實驗室（Biosafety Level-2 Laboratory， BSL-2），建立了完善的生物安全實驗室培訓制度。首先，學員可完成“實驗室安全與防護”課程中理論知識的學習。其次，利用虛擬仿真高等級生物安全實驗室學習系統，對實驗室的進出流程以及相關實驗操作進行模擬訓練。最后，依托陸軍軍醫大學高等級生物安全實驗室培訓體系，進行相關實驗操作的實踐培訓，使用模擬病原體樣本在高等級生物安全實驗室內開展相關實驗操作的實踐活動。該培訓模式可循序漸進地幫助學員掌握高等級生物安全實驗室相關理論知識，在確保生物安全的前提下逐步開展實踐教學活動。通過理論與實踐相結合的教學模式，可有效解決學員對抽象概念理解不透徹、實踐技能掌握不徹底等難點問題，幫助學員迅速掌握必備的生物防護技能，在實踐活動中加深對生物安全重要性的理解，進一步全面提升生物安全防護意識，最終實現為國家和軍隊輸送更多具備生物安全專業能力實踐型人才的教學目標。

（四）通過多種途徑幫助學員學習實驗室生物安全前沿知識

實驗室生物安全涉及學科領域廣泛，包括微生物學、免疫學、傳染病學、醫學檢驗、病原學、材料學等眾多學科，相關技術發展迅速，要求學員具備基本知識。如何在有限的教學時間內讓學員跟上教員節奏是必須面對和解決的教學難題。針對學員對實驗室生物安全前沿知識掌握不足的問題，教師可通過課前聯系會，了解學員的基本知識儲備。這門課程開設在臨床醫學八年制學員的大五春季學期，此時學員已完成基礎醫學的理論課學習，已形成了較為完善的知識體系，有助于對生物學前沿知識的學習和理解。在課程教學環節增加相關領域前沿進展，通過課堂翻轉引導學員自主查閱文獻，通過視頻和科幻影像對未來生物安全實驗室進行設想等手段擴展學員對前沿知識的學習。此外，還開展了本科生“導師制”以輔導學員參加科研活動，開展了本科生第二課堂活動以鼓勵學員進入實驗室，學員可通過多種方式學習生物學前沿知識，思考生物安全相關問題。最后，學校在進行人才培養方案設計時進行統籌規劃，面向大一新生開設了新生研討課，通過小班專題討論的形式引導學員就生物安全問題進行深入研究和討論，在新生入學時就幫助學員樹立生物安全觀念，并通過“六力訓練”的方式鼓勵學員對生物學前沿知識進行自主學習［10］。

五、結語

高等院校和科研院所是進行生物病原操作和研究的主要陣地，也是生物安全事故發生的主要風險區。實驗室生物安全事件頻繁發生，如何規范、安全地做好個人防護、進行生物危險因子操作是醫學高校教育、醫科人才培養的重要責任。生物安全作為一門新興學科，目前尚未被列入我國普通高等學科本科專業目錄，僅被少數院校、研究機構自主設置為研究生二級學科；實驗室生物安全作為一門課程，在我國高等教育領域的覆蓋率也不容樂觀。基于目前國家和軍隊生物安全能力建設需求的緊迫性，加強生物安全人才戰略儲備的任務迫在眉睫。筆者所在的教學組對軍校醫學生群體開展實驗室生物安全教育的可行性進行了初步探索，教學實踐證明課程的設置對于提升醫學本科生的生物安全意識有極大的促進作用，也能幫助學員掌握必備的實驗室生物防護技能。但是，在教學過程中也發現了一些教學難點問題，針對這些問題，教學組提出了改變教學模式、借助虛擬仿真先進技術、輔助配套系列課外活動等解決方案。每位教員還需要在未來的授課過程中，不斷探索、更新教學手段和技術，為提升實驗室生物安全教育質量而努力。

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（責任編輯：鄒宇銘）