TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG MÔN SINH HỌC HAY (PHẦN 1)

Có hai quan niệm sai lầm cần tránh là: - Chỉ khi nào có đủ trang thiết bị, hóa chất, mẫu vật như trong tài liệuthì mới có thể tiến hành thí nghiệm thực hành sinh học được.. Giáo viên và

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Môn Sinh học

(Tài liệu lưu hành nội bộ)

Hà Nội, tháng 9 năm 2011

Nhóm tác giả biên soạn tài liệu

Biên tập nội dung

TS Ngô Văn Hưng

Lời nói đầu

Nhằm triển khai Đề án phát triển hệ thống trường THPT chuyên giai đoạn

2010 - 2020, với mục tiêu nâng cao chất lượng dạy học trong các trường THPTchuyên và phát triển chuyên môn cho giáo viên chuyên sinh, Bộ Giáo dục vàĐào tạo tổ chức biên soạn tài liệu “Thí nghiệm thực hành trường THPT mônSinh học” Để đáp ứng yêu cầu đổi mới dạy học tăng cường dạy thí nghiệmthực hành và thi chọn học sinh giỏi sinh học THPT, Bộ Giáo dục và Đào tạo đãmời các cán bộ quản lý chỉ đạo dạy học, các giảng viên đại học và các nhàkhoa học, giáo viên trực tiếp giảng dạy chương trình chuyên sinh học có nhiềuthành tích trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi và nghiên cứu khoa học,tham gia viết tài liệu này Cấu trúc tài liệu gồm có:

Phần 1 Giới thiệu chung về thí nghiệm thực hành môn Sinh học

Phần 2 10 bài thí nghiệm thực hành môn Sinh học Mỗi bài được viếttheo cấu trúc:

- Mục tiêu

- Cơ sở khoa học

- Thiết bị, hóa chất, mẫu vật

- Tiến hành thí nghiệm

- Phân tích kết quả và lập báo cáo

- Câu hỏi đánh giá và mở rộng vấn đề

Phần 3 Phụ lục (giới thiệu một số bài thi thực hành của IBO)

Mặc dù tài liệu được viết rất công phu, Tiểu ban thẩm định môn Sinhhọc đọc góp ý và biên tập nội dung nhưng khó tránh khỏi còn có những sơsót nhất định Các tác giả mong nhận được góp ý của quý thầy cô giáo vàđộc giả khi sử dụng tài liệu

Trân trọng cám ơn Tiểu ban thẩm định và bạn đọc

Thay mặt các tác giả

TS Ngô Văn Hưng

Mục lục

Trang Lời nói đầu 3

Mục lục 4

Hướng dẫn sử dụng tài liệu 5

Phần 1 Giới thiệu chung về thí nghiệm thực hành môn Sinh học 7

Vai trò của dạy học thực hành đối với học sinh trường THPT chuyên 7

Thực trạng thí nghiệm thực hành môn Sinh học THPTvà các giải pháp cải tiến thực trạng 8

Những yêu cầu cần thiết dạy thực hành sinh học có hiệu quả 9

An toàn thí nghiệm thực hành sinh học 13

Yêu cầu về kỹ năng thực hành sinh học (theo IBO) 30

Phần 2 10 bài thí nghiệm thực hành môn Sinh học 34

Bài 1 Nhận biết một số thành phần hóa học của tế bào 34

Bài 2 Ảnh hưởng nhiệt độ, pH, các chất kìm hãm lên hoạt độ của enzym Xác định hoạt độ của một số enzyme 50

Bài 3 Quan sát tế bào dưới kính hiển vi 64

Thí nghiệm co và phản co nguyên sinh

Bài 4 Thực hành lên men etilic 69

Bài 5 Tìm hiểu hoạt động của tim ếch 73

Bài 6 Thí nghiệm về điện sinh học 80

Bài 7 Chiết rút sắc tố từ lá Xác định tính cảm quang của clorophin 85

Bài 8 Chứng minh quá trình hô hấp tỏa nhiệt mạnh 91

Bài 9 Quan sát các dạng đột biến NST trên tiêu bản cố định hay trên tiêu bản tạm thời 94

Bài 10 Tính độ phong phú của loài và kích thước quần thể 110

Phần 3 Phụ lục 123

Phụ lục 123

Tài liệu tham khảo 163

Thông tin về tác giả 165

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG TÀI LIỆUCuốn tài liệu này được sử dụng cùng với cuốn “Tài liệu bồi dưỡngphát triển chuyên môn cho giáo viên trường THPT chuyên năm 2011 mônSinh học” của Bộ GDĐT (tháng 7 năm 2011)

Có hai quan niệm sai lầm cần tránh là:

- Chỉ khi nào có đủ trang thiết bị, hóa chất, mẫu vật như trong tài liệuthì mới có thể tiến hành thí nghiệm thực hành sinh học được Năm đầu tiên

có thể chọn những thí nghiệm thực hành phù hợp với điều kiện của địaphương để thực hiện trước (ví dụ như bài nhận biết các chất hữu cơ trong

tế bào, bài quan sát tế bào, bài lên men, bài chiết rút sắc tố, quan sát tiêubản NST,…) đồng thời có kế hoạch khắc phục khó khăn, trở ngại để thựchiện hết các nội dung thực hành trong những năm sau

- Sẽ sai lầm nếu cho rằng chỉ cần thực hiện như nội dung các bài thựchành trong tài liệu là tốt rồi Những nơi có điều kiện về trang thiết bị vàgiáo viên có thể mở rộng nội dung bài thực hành Ví dụ bài 1 có thể 5ungnội dung nhận biết 5ung5ic và axit 5ung5ic; bài 3 có thể 5ung nội dungđếm số lượng tế bào; … Trong cuốn “Tài liệu bồi dưỡng phát triển chuyênmôn cho giáo viên trường THPT chuyên năm 2011 môn Sinh học” có giớithiệu rất nhiều bài thực hành khác nữa

Để sử dụng tài liệu hiệu quả nhất xin lưu ý mấy điểm sau:

- Đọc kĩ nội dung phần 1: “Giới thiệu chung về thí nghiệm thực hành

môn Sinh học” Giáo viên và học sinh phải tường minh những yêu cầu cần

thiết dạy thực hành sinh học có hiệu quả, quy trình một bài thực hành sinh học, quy tắc làm việc trong phòng thí nghiệm, và đặc biệt là “yêu cầu về kĩ năng thực hành sinh học”.

- Đọc kĩ nội dung từng bài thực hành ở phần 2, căn cứ vào thực tiễnđịa phương để quyết định mục tiêu cụ thể cho từng nội dung thực hành thínghiệm đã chọn cho dạy học hay thi tuyển học sinh giỏi Khi chọn nộidung thực hành cần tính đến thời gian hoàn thành cho mỗi nội dung đó để

bố trí dạy học hay thi cử cho hợp lý

- Nghiên cứu kĩ phần cơ sở khoa học của thí nghiệm thực hành Đâychính là căn cứ để giải thích các hiện tượng quan sát được trong thínghiệm Giáo viên có thể dành thời gian hướng dẫn (hoặc kiểm tra) họcsinh nội dung này.

- Giáo viên phải tìm hiểu và chuẩn bị đầy đủ thiết bị, hóa chất, mẫuvật yêu cầu trong mỗi thí nghiệm thực hành (chú ý: có thể thay thế thiết bị,hóa chất, mẫu vật sẵn có của địa phương mà không nhất thiết phải đúngnhư trong tài liệu đã viết; để kích thích tư duy của học sinh có thể thay đổi

số liệu khác với hướng dẫn trong tài liệu rồi yêu cầu học sinh giải thích vìsao kết quả thí nghiệm lại khác so với trong tài liệu) Trước khi thực hànhnhất định học sinh phải thành thạo các bước: kiểm tra dụng cụ thiết bị, hóachất, mẫu vật; trình tự các bước làm thí nghiệm thực hành

- Trong mỗi bài thí nghiệm thực hành, giáo viên cần nghiên cứu thật

kĩ nội dung “phân tích kết quả và báo cáo” để hướng dẫn học sinh ghi chépkết quả thực hành, xử lí các số liệu thu được, trình bày báo cáo

- Phần câu hỏi đánh giá và mở rộng vấn đề là những gợi ý bước đầu.Trong thực tiễn dạy học thực hành giáo viên có thể đưa 6ung nhiều tìnhhuống mới để kích thích tư duy cho học sinh, thậm chí lấy ngay tình huống

cụ thể trong buổi thực hành để học sinh phân tích, thảo luận Chú ý thamkhảo các bài thi thực hành của IBO được giới thiệu ở phần phụ lục

- Giáo viên và học sinh có thể vào trang WEB của bộ môn Sinhhọc: http://sites.google.com/site/diendanchuyensinh để tải về những tưliệu và bài thực hành đã được quay băng

Cuối cùng nếu trong quá trình thực hiện có gặp khó khăn gì thì liên hệvới chúng tôi theo địa chỉ trong mục “Thông tin về tác giả” ở cuối tài liệu

Phần 1 Giới thiệu chung về thí nghiệm thực hành môn Sinh học

I Vai trò của dạy học thực hành đối với học sinh trường THPT chuyên

“… Không thể hình dung được việc giảng dạy sinh vật học trong nhà

trường mà lại không có quan sát, không có thí nghiệm học tập.” B.P.

Exipốp (trong cuốn những cơ sở của LLDH) Quan sát và thí nghiệm là các

phương pháp nghiên cứu cơ bản của khoa học tự nhiên, của các môn khoahọc thực nghiệm, trong đó có sinh học Sinh học là một khoa học đã và sẽkhông thể phát triển được nếu không có quan sát, thí nghiệm

Quan sát và thí nghiệm đã tạo khả năng cho các nhà khoa học pháthiện và khai thác các sự kiện, hiện tượng mới, xác định những quy luậtmới, rút ra những kết luận khoa học và tìm cách vận dụng vào thực tiễn.Đối với quá trình dạy học các môn khoa học tự nhiên, khoa học thựcnghiệm, quan sát và thí nghiệm cũng là phương pháp làm việc của học sinh(HS), nhưng với HS những bài tập quan sát hoặc các thí nghiệm được giáoviên (GV) trình bày hay do chính các em tiến hành một cách độc lập (thựchành quan sát, thí nghiệm của HS) dưới sự tổ chức, hướng dẫn của GVthường để giải quyết những vấn đề đã biết trong khoa học, rút ra những kếtluận cũng đã biết tuy vậy đối với các em HS vẫn là mới

Thông qua quan sát, thí nghiệm, bằng các thao tác tư duy phân tích,tổng hợp, trừu tượng hóa và khái quát hóa giúp các em xây dựng các kháiniệm Bằng cách đó các em nắm kiến thức một cách vững chắc và giúp cho

tư duy phát triển

Quan sát và thí nghiệm đòi hỏi phải có những thiết bị dạy học nhưtranh ảnh, mô hình, các mẫu vật tự nhiên và các phương tiện thiết bị phục

vụ cho việc tiến hành các thí nghiệm

Quan sát và thí nghiệm không chỉ cho phép HS lĩnh hội tri thức mộtcách sâu sắc, vững chắc mà còn tạo cho các em một động lực bên trong,thúc đẩy các em thêm hăng say học tập

Tục ngữ có câu “Trăm nghe không bằng một thấy”, đủ nói lên vai trò

của quan sát thí nghiệm Người Ấn Độ và người Trung Hoa cũng đã nói:

“Nghe thì quen, nhìn thì nhớ, làm thì hiểu”

Những phân tích trên đây không chỉ cho chúng ta thấy rõ tầm quantrọng của thí nghiệm thực hành mà còn nhấn mạnh đến phương pháp sửdụng các thí nghiệm thực hành đó để có thể đạt được hiệu quả cao đáp ứngmục tiêu dạy học hiện nay của sự nghiệp giáo dục

II Thực trạng thí nghiệm thực hành môn Sinh học THPTvà các giải pháp cải tiến thực trạng

Hiện nay số lượng và chất lượng thí nghiệm thực hành sinh học chưađáp ứng được yêu cầu của việc dạy học nói chung và đặc biệt là yêu cầuviệc đổi mới dạy học nói riêng Tình trạng đó có thể có nhiều nguyên nhân,phần vì kinh phí cho khu vực này còn hạn hẹp tuy đã có nhiều cố gắng,phần vì trách nhiệm của nhà sản xuất (còn mà không dùng được, dùngđược thì cũng chóng hỏng), phần vì thiếu một sự quản lí chỉ đạo, động viênnhững người tốt, việc tốt trong sử dụng và cải tiến sáng tạo thí nghiệmthực hành sinh học hiện có Như đã phân tích, hiệu quả dạy học còn tùythuộc vào phương pháp sử dụng các thí nghiệm thực hành Nếu một bứctranh, một thí nghiệm chỉ được sử dụng để minh họa và củng cố nhữngđiều GV đã trình bày đầy đủ về phương diện lý thuyết sẽ hạn chế tư duysáng tạo của HS, HS hầu như không thu lượm được thêm gì về kiến thức,nếu không phải chỉ để rèn luyện kĩ năng quan sát, thí nghiệm

Nhưng nếu được sử dụng theo con đường tìm tòi nghiên cứu (khámphá) để đi đến kiến thức cần lĩnh hội (kiến thức mới) sẽ có ý nghĩa khácbiệt cơ bản so với loại hình thí nghiệm nêu trên, nó giúp HS có điều kiện,

cơ hội phát triển tư duy sáng tạo – một phẩm chất và năng lực cần có ở conngười mới mà nhà trường có trách nhiệm đào tạo

Đi theo con đường này, sau khi đã hiểu được nhiệm vụ cần làm sáng

tỏ (mục đích của thí nghiệm) bằng tư duy tích cực, HS sẽ hình thành đượccác giả định (trong nghiên cứu khoa học đây chính là bước xây dựng giảthuyết về vấn đề nghiên cứu từ sự nảy sinh câu hỏi: “Điều gì sẽ xảy ranếu…?”) Câu hỏi được hình thành từ những liên tưởng dựa trên vốn kiếnthức và kinh nghiệm đã có của HS

Khi giả định được hình thành, trong đó hàm chứa con đường phải giảiquyết, HS xây dựng kế hoạch giải quyết để chứng minh cho giả định đã

nêu Hai bước nêu giả định và xây dựng kế hoạch giải quyết chứng minhcho giả định là hai bước đòi hỏi tư duy tích cực và sáng tạo Đây là những

cơ hội rèn luyện tu duy sáng tạo cho HS rất tốt, là giai đoạn tiến hành thínghiệm tưởng tượng (“thí nghiệm trong tư duy”) định hướng cho hànhđộng thí nghiệm tiếp theo dựa trên kế hoạch đã được HS thiết kế (kế hoạch

dự kiến) Cuối cùng, căn cứ vào kết quả của thí nghiệm, HS rút ra kết luận,nghĩa là HS lĩnh hội được kiến thức từ thí nghiệm một cách chủ động (màkhông phải do thày truyền đạt và HS tiếp thu một cách thụ động)

Hiện nay hầu hết các bài thực hành thí nghiệm sinh học ở THPT trongchương trình và SGK được bố trí ở cuối mỗi chương chỉ mang tính chấtcủng cố minh họa cho các kiến thức lý thuyết đã được trình bày trong cácbài học của chương trình dưới hình thức phần lớn là “bày sẵn” từng bướccho HS Hơn nữa số tiết thực hành quy định trong chương trình và SGKcũng còn rất hạn chế Rồi đây, chắc chắn số tiết này có thể sẽ được nânglên cho phù hợp với xu thế chung của giáo dục thế giới và tương ứng vớitính chất của các môn khoa học thực nghiệm

Trước mắt trong khi chờ đợi, đòi hỏi lòng nhiệt tâm vì sự nghiệp giáodục của các thầy cô đang tiến hành các bài thực hành hiện có theo phươngthức mới ở những nội dung phù hợp và cũng có thể bổ sung thêm các thínghiệm thực hành sinh học vào các tiết dạy khi có thể và có điều kiện thíchhợp

Trong tài liệu này, ngoài một số thí nghiệm thực hành đã quen làm,chúng tôi sẽ giới thiệu một số bài thí nghiệm thực hành có tính gợi ý đểcác đơn vị tham khảo và vận dụng trong điều kiện có thể, cũng có thể tiếnhành hình thức ngoại khóa hoặc đi đến các cơ sở có điều kiện về trang thiết

bị thí nghiệm thực hành sinh học để học tập

III Những yêu cầu cần thiết dạy thực hành sinh học có hiệu quả

Dạy thực hành, mục đích chính lx à rèn các kỹ năng thao tác chân

tay, các đức tính kiên nhẫn, biết chấp nhận thử thách và tự tìm cách vượt qua các thách thức để đạt được mục tiêu của mình Vì vậy học sinh phải tự

mình làm thí nghiệm cho dù các thao tác ban đầu còn vụng về và có thể

học sinh xem thì việc tổ chức cho cả lớp học sinh vào một phòng thínghiệm làm cùng lúc là được nhưng học sinh không thể hình thành được

kỹ năng cũng như rèn luyện được những đức tính cần thiết của người làmkhoa học Còn nếu để học sinh tự làm thì lại phải chia lớp thành nhiềunhóm nhỏ (tối đa khoảng 10 em) thì các em mới có thể tự làm thí nghiệmđược và học sinh chỉ hình thành được kỹ năng khi được làm đi làm lạinhiều lần một kỹ năng nhất định

Một quan niệm không đúng về dạy thực hành là giáo viên thường

không đưa ra các tình huống khác thường để dạy học sinh cách phân tích

rút ra các kết luận phù hợp cũng như không biết cách tìm ra nguyên nhân

khi thí nghiệm không ủng hộ giả thiết ban đầu Có thể lấy ví dụ cụ thể: Khilàm bài thực hành chứng minh ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến tốc

độ quang hợp ở cây thủy sinh là rong đuôi chó Cường độ quang hợp đượctính bằng lượng O2 thoát ra (đếm bằng số bọt khí/phút hoặc bằng khốilượng O2 thu được trong ống nghiệm) còn cường độ ánh sáng có thể đượcthay đổi bởi khoảng cách chiếu sáng hoặc bởi công suất của bóng đèn.Trong bài học này ngoài thí nghiệm trên, giáo viên có thể tạo ra tình huốngtrong đó cùng một cây rong đuôi chó ở thí nghiệm trước tạo ra rất nhiều O2thì trong thí nghiệm khác lại không nhả ra một bọt khí O2 nào cho dù cócho đèn vào gần hơn hoặc công suất bóng đèn tăng lên nhiều lần Học sinhđược yêu cầu phải tìm ra nguyên nhân (đưa ra giả thuyết) và làm thí

nghiệm ủng hộ giả thuyết của mình là đúng Như vậy mục đích cốt lõi của

dạy thực hành là rèn các kỹ năng khéo léo trong các thao tác tay chân, các kỹ năng bố trí thí nghiệm, thu thập kết quả, giải thích kết quả thực nghiệm, lý giải đưa ra các giả thuyết và tự tiến hành các thí nghiệm ủng

hộ hay bác bỏ giả thuyết của mình chứ không đơn thuần là minh họa cho

các bài lý thuyết Như vậy dạy thực hành phát triển các kỹ năng tổng hợp

và do vậy tất cả các học sinh cần được dạy thực hành Lưu ý là ngay cảtrong các kỳ thi Olympic Sinh học Quốc tế có sử dụng các trang thiết bịhiện đại như điện di sắc ký, quang phổ vv… thì điểm của học sinh cao haythấp không phụ thuộc nhiều vào thiết bị (trừ phi học sinh chưa được làmquen với thiết bị đó) Vì sử dụng thiết bị hiện đại cũng chỉ để thu thập số

liệu, trong khi đó các kỹ năng đơn giản như pha loãng hóa chất, xử lý số

liệu thu được như vẽ đồ thị, rút ra các kết luận phù hợp, biết cách sắp xếp thời gian hợp lý vv… lại quyết định kết quả cuối cùng.

Qui trình cho một bài thí nghiệm có thể gồm các bước như sau:

- Chuẩn bị thí nghiệm: GV phải có kế hoạch đảm bảo chuẩn bị đầy đủ

dụng cụ, hóa chất, mẫu vật và các điều kiện cần thiết khác để thí nghiệmthành công Có thể giao cho HS chuẩn bị nhưng phải kiểm tra

- Phổ biến nội qui an toàn phòng thí nghiệm: Ngay khi bắt đầu một

bài thực hành, giáo viên cần phải hướng dẫn cho học sinh về qui tắc antoàn trong phòng thí nghiệm Điều này là hết sức cần thiết và phải làmngay mỗi lần học sinh vào phòng thí nghiệm Bên cạnh đó cũng cần phổbiến cách cấp cứu trong những trường hợp cần thiết như bỏng hóa chất,băng bó khi bị thương vv…

- Bước 1: GV nêu mục tiêu thí nghiệm (hoặc hướng dẫn học sinhphát biểu mục tiêu thực hành), phải đảm bảo mỗi HS nhận thức rõ mụctiêu làm thí nghiệm để làm gì?

- Bước 2: GV hướng dẫn HS cách tiến hành thí nghiệm, phải đảmbảo mỗi HS nhận thức rõ làm thí nghiệm như thế nào? Bằng cách nào?

Giáo viên giới thiệu qui trình thí nghiệm: Học sinh có thể tự đọc qui

trình thí nghiệm (nếu có sẵn trong bài thực hành) hoặc giáo viên giới thiệucho học sinh Sau đó học sinh tự kiểm tra các loại hóa chất thiết bị, mẫuvật xem có đáp ứng được với yêu cầu bài thực hành hay không

Tiến hành thí nghiệm: Học sinh tự tiến hành thí nghiệm theo qui trình

đã cho để thu thập số liệu

- Bước 3: Mô tả kết quả thí nghiệm HS viết ra (hoặc nói ra) cáckết quả mà họ quan sát thấy trong quá trình làm thí nghiệm

Xử lý số liệu thực nghiệm: Học sinh xử lý số liệu và viết báo cáo thí

nghiệm nộp cho giáo viên Cuối buổi giáo viên có thể đưa ra các tìnhhuống khác với thí nghiệm để học sinh suy ngẫm và tìm cách lý giải Phầnnày GV có thể tham khảo sách Sinh học của Campbell & Reece ở mục

“Điều gì nếu?” sau mỗi thí nghiệm mà sách đưa ra.

- Giải thích các hiện tượng quan sát được: đây là giai đoạn cónhiều thuận lợi để tổ chức HS học theo phương pháp tích cực GV có thểdùng hệ thống câu hỏi dẫn dắt theo kiểu nêu vấn đề giúp HS tự giải thíchcác kết quả.

- Rút ra kết luận cần thiết: GV yêu cầu HS căn cứ vào mục tiêuban đầu trước khi làm thí nghiệm để đánh giá công việc đã làm

- Chú ý: Các thí nghiệm sinh học có thể là thí nghiệm định tínhhay định lượng Các thí nghiệm định tính thì không nên quá tiết kiệmnguyên liệu, sẽ khó quan sát kết quả Các thí nghiệm định lượng thì cầnchính xác hàm lượng các chất làm thí nghiệm mới có kết quả Ví dụ: khilàm thí nghiệm tách chiết ADN, nếu cho ít dịch lọc hay ít chất tẩy rửa hoặcquá ít nước cốt dứa thì sẽ rất khó có kết quả khả quan

Tóm tắt quy trình một bài thực hành

Bước 1 Xác định mục tiêu (cho GV và cho HS) Yêu cầu củabước này là HS phải nhận thức được và phát biểu rõ mục tiêu (trả lời câuhỏi: để làm gì?)

Bước 2 Kiểm tra kiến thức cơ sở và kiểm tra sự chuẩn bị thựchành (trả lời câu hỏi: có làm được không?)

Bước 3 Xác định nội dung thực hành (trả lời câu hỏi: làm nhưthế nào?)

Bước 4 Tiến hành các hoạt động thực hành (trả lời câu hỏi:quan sát thấy gì? Thu được kết quả ra sao?)

Bước 5 Giải thích và trình bày kết quả, rút ra kết luận (trả lờicâu hỏi: tại sao? Mục tiêu đã hoàn thành hay chưa?)

Viết báo cáo thực hành

IV An toàn thí nghiệm thực hành sinh học

1 Nguyên lý an toàn sinh học

Nguyên lý cơ bản của an toàn sinh học là phòng ngừa, là làm giảmthiểu hoặc hạn chế nguy cơ gây hại cho con người và môi trường khi tiếpxúc với sinh vật và các vật liệu lây nhiễm lưu giữ trong phòng thí nghiệm.Nguyên lý an toàn sinh học được xác định là sự kết hợp của ba nhân

tố phòng ngừa trong thực hành và kĩ thuật phòng thí nghiệm, thiết bị antoàn và thiết kế điều kiện làm việc tốt Người ta chia biện pháp phòng ngừathành hai loại, phòng ngừa sơ cấp và phòng ngừa thứ cấp

Phòng ngừa sơ cấp : là bảo vệ người và môi trường thí nghiệm khỏi

tác hại của các tác nhân gây ô nhiễm Phòng ngừa sơ cấp bao gồm chủ yếucác kĩ thuật an toàn trong phòng thí nghiệm và khi tiếp xúc với sinh vật

Phòng ngừa thứ cấp : là bảo vệ môi trường bên ngoài phòng thí

nghiệm khỏi sự phát tán của các vật liệu lây nhiễm, bao gồm cả việc thiết

kế phòng thí nghiệm, lớp học, sao cho an toàn và đảm bảo vệ sinh laođộng

- Phòng ngừa trong thực hành và kĩ thuật phòng thí nghiệm:

Phòng thí nghiệm cần phải được xây dựng đảm bảo quy định về antoàn sinh học, trong đó cần xác định rõ các tác nhân và chất nguy hại cóthể có trong phòng thí nghiệm Xác định rõ các kĩ thuật làm việc đặc biệt

và đưa ra các các quy định rõ ràng nhằm giảm thiểu hoặc hạn chế sự bùngphát của các tác nhân gây hại

Nhân viên mới được tuyển dụng vào làm việc trong phòng thí nghiệm,học sinh và sinh viên tới học trong phòng thí nghiệm cần phải được chỉdẫn chu đáo về các tác nhân gây hại đặc hiệu, được học về kiến thức và kĩthuật phòng thí nghiệm, được phổ biến các quy định an toàn trong phòngthí nghiệm sinh học

- Thiết bị an toàn:

Thiết bị an toàn trước hết nhằm bảo vệ trực tiếp nhữnh người tiếp xúcvới sinh vật và các tác nhân hây hại Các thiết bị an toàn phổ biến củaphòng thí nghiệm sinh học bao gồm tủ cấy an toàn sinh học, thiết bị li tâm

an toàn, các dụng cụ an toàn đựng mẫu vật (dụng cụ thủy tinh, ốngnghiệm, ), dụng cụ đảm bảo an toàn cá nhân như găng tay, quần áo bảo

hộ lao động, áo choàng, khẩu trang, mũ bảo vệ,

Tủ cấy an toàn là phương tiện bắt buộc sử dụng để ngăn ngừa sự lâynhiễm do đổ vỡ hoặc bụi, nhất là khi thực hành vi sinh vật Có ba loại tủcấy an toàn sinh học, tủ cấy loại I và II đảm bảo an toàn sơ cấp cho cán bộ,học sinh và sinh viên khi làm thí nghiệm, đồng thời bảo vệ mẫu vật thínghiệm (vi sinh vật, tế bào, ) tránh bị nhiễm khuẩn từ bên ngoài Tủ cấy

an toàn sinh học III có cấu tạo đặc biệt đảm bảo mức độ an toàn cao nhấtcho cán bộ và sinh viên trong phòng thí nghiệm

Thiết bị li tâm an toàn sử dụng ống li tâm có nắp đậy, tránh bụi nướcthoát ra ngoài khi li tâm gây hại cho con người và môi trường phòng thínghiệm

Trong nhiều trường hợp không thể thực hiện thí nghiệm trong tủ cấy

an toàn sinh học thì thiết bị an toàn cá nhân là vật dụng tối cần thiết, hạnchế rủi ro cho con người Ví dụ, khi tiến hành mổ động vật, khi rửa và bảodưỡng các thiết bị thí nghiệm cần sử dụng đầy đủ dụng cụ bảo vệ cánnhân

- Phòng ngừa trong thiết kế và xây dựng các cơ sở làm việc đảm bảo

an toàn và vệ sinh lao động:

Phòng thí nghiệm được thiết kế đúng quy cách, có trang thiết bị tươngứng với chức năng và cấp độ an toàn sinh học của phòng, đảm bảo an toàn

và vệ sinh lao động Các phòng thí nghiệm có cấp độ an toàn sinh học I và

II cần được thiết kế tách riêng với lối đi công cộng, nơi tiêu độc và khu vệsinh

2 Nguyên tắc phân loại tác nhân sinh học theo nhóm rủi ro và cấp độ

an toàn sinh học

Các tác nhân sinh học được phân loại theo nhóm và phân thành bốncấp độ khác nhau Nguyên tắc phân loại tùy thuộc vào từng quốc gia cáccác tổ chức quốc tế khác nhau như cấp độ an toàn sinh học của Liên minhChâu Âu, cấp độ an toàn sinh học của viện Y học Quốc gia Mỹ, Sau đây

là ví dụ về phân loại nhóm rủi ro và cấp độ an toàn sinh học theo quy định

an toàn sinh học phòng thí nghiệm của WHO:

- Nhóm rủi ro loại 1 (RG1): gồm những sinh vật dường như khônggây rủi ro hoặc gây rủi ro thấp cho con người và động vật

- Nhóm rủi ro loại 2 (RG2): gồm các sinh vật có khả năng gây bệnhcho con người nhưng ở mức độ không nghiêm trọng Có thể có khả nănglây nhiễm bệnh từ phòng thí nghiệm nhưng đã có biện pháp phòng ngừa vàchữa trị, hạn chế được sự lan truyền bệnh

- Nhóm rủi ro loại 3 (RG3): gồm các sinh vật có khả năng gây bệnhcao cho con người, nhưng thông thường không lan truyền từ người nàysang người khác và đã có biện pháp phòng và chữa chạy hiệu quả

- Nhóm rủi ro loại 4 (RG4): gồm các tác nhân gây rủi ro cao cho conngười và động vật, bệnh có thể lây truyền từ người này sang người khác vàchưa có biện pháp phòng và chữa trị

Từ việc phân loại các nhóm rủi ro, người ta có thể xây dựng các tiêuchuẩn cụ thể cho mỗi cấp độ an toàn sinh học

3 Phòng bệnh nghề nghiệp và đề phòng tai nạn

Theo Tổ chức lao động Quốc tế (ILO), ước tính hằng năm có tới 120triệu tổn thương trên thế giới do tai nạn lao động, 67-157 triệu trường hợpmắc bệnh nghề nghiệp và khoảng 200.000 người tử vong khi làm việc ỞViệt Nam, ước tính năm 2000, có tới 4.081 người lao động phát hiện bệnhnghề nghiệp, 3334 người bị tại nạn lao động, 941 người bị thương nặng,

331 người tử vong

Trong môi trường lao động nói chung, môi trường học tập và nghiêncứu sinh học trong phòng thí nghiệm sinh học nói riêng luôn tiềm ẩn khảnăng mắc phải nhiều bệnh tật Khi môi trường bị ô nhiễm bởi các sinh vậtgây hại thì dễ dàng truyền bệnh cho con người Nguyên tắc chung củaphòng bệnh lây truyền từ sinh vật là :

- Cách ly người có biểu hiện bệnh, theo dõi, báo cáo và xử lý bệnh

- Ngăn cản sự phát tán mầm bệnh bằng các phương pháp tiệt trùng,tiêu đốt, thực hiện vệ sinh phòng thí nghiệm

- Sử dụng vắc xin và các thuốc cần thiết để phòng trừ

- Những người có nguy cơ mắc bệnh do làm việc trong phòng thínghiệm sinh học cần được khám bệnh 6 tháng/ lần nhằm phát hiện cácbệnh phổ biến như : bệnh phổi (lao, bụi phổi, ), bệnh viêm gan, viêm loét

da, bệnh nấm, viêm phế quản nạm tính, hen phế quản ; Các chỉ tiêu xétnghiệm cơ bản như : xét nghiệm máu với các chỉ số HbASg, SGOT,SGPT, ; xét nghiệm nước tiểu với các chỉ số Albumin, sắc tố mật, muốimật; siêu âm gan; chụp X quang phổi; tìm Bk trong đờm; phản ứngMantoux; tốc độ máu lắng,

Hiện nay những nghiên cứu về bệnh nghề nghiệp trong dạy học cònchưa nhiều, tuy vậy trong mỗi điều kiện cụ thể, chúng ta cần tìm ra cácphương pháp phòng trừ nhằm ngăn cản bệnh Ví dụ như xây dựng tiêuchuẩn về bàn và ghế trong phòng học phù hợp :

- Chiều cao ghế ngồi phải đảm bảo cho 2 bàn chân chạm đất, 2 ốngchân vuông góp với mặt đất 2 đùi vuông góc với ống chân Như vậy,chiều cao ghế phải xấp xỉ với ống chân

- Chiều rộng của mặt ghế không quá rộng hoặc quá hẹp, bằng 2/3 đến

¾ chiều dài đùi

- Chiều cao của bàn thích hợp cho người ngồi viết được xác định làbằng chiều cao ghế đến khuỷu tay khi ta ngồi ngay ngắn trên ghế, cánh tay

áp sát nách, ngón tay cái nằm theo trục dọc với cẳng tay, đầu ngón đặt vàođuôi mắt cùng bên

- Chiều rộng của bàn tối thiểu bằng chiều dài của tay

Để ngăn ngừa bệnh về mắt cần phải tuân thủ:

- Khám mắt định kì để khi cần thiết sử dụng kính đeo mắt phù hợp

4 Khái niệm về an toàn sinh học

An toàn sinh học (Biosafety) là việc thực hiện các chính sách, cơ chếquản lí về quy trình làm việc, thiết kế tiện nghi,… quy định sử dụngnhững trang thiết bị an toàn để ngăn ngừa sự lan truyền các tác nhân sinhhọc gây hại tới những người làm việc và học tập trong phòng thí nghiệmsinh học, những người xung quanh và môi trường An toàn sinh học baogồm :

- Các biện pháp quản lí an toàn trong các hoạt động nghiên cứu khoahọc, phát triển công nghệ và khảo nghiệm; sản xuất, kinh doanh và sửdụng; nhập khẩu, xuất khẩu, lưu giữ và vận chuyển các sinh vật biến đổigen; sản phẩm, hàng hóa có nguồn gốc từ sinh vật biến đổi gen

Hình 1 Kí hiệu cảnh báo nguy hiểm sinh học

- An toàn sinh học còn bao gồm các giải pháp thiết kế phòng thínghiệm, phòng học an toàn khi làm việc và tiếp xúc với sinh vật; quy địnhviệc cung cấp các thiết bị an toàn sinh học

- Ngày nay an toàn sinh học còn bao gồm cả phạm trù an ninh sinhhọc phòng thí nghiệm

Tính cấp thiết của an toàn sinh học

Các phòng thí nghiệm sinh học, đặc biệt là phòng thí nghiệm vi sinhvật học là môi trường đặc biệt luôn tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm bệnh chocon người làm việc và học tập trong phòng thí nghiệm và cộng đồng dân

cư xung quanh Trong những năm gần đây có nhiều trường hợp lây truyềndịch bệnh từ phòng thí nghiệm sinh học và y sinh, như dịch bệnh thươnghàn, bệnh tả, bệnh uốn ván, ở người, bệnh lở mồm long móng ở trâu bò Nguyên nhân của việc lan truyền bệnh có thể là do việc dùng thiết bịthí nghiệm không phù hợp (như dùng mồm để hút pitet hoặc sử dụng kim

tiêm không đúng cách gây lan truyền bệnh AIDS, ), hoặc do thiết bị thínghiệm không đủ tiêu chuẩn, không đảm bảo tiêu chuẩn an toàn sinh học Công nghệ sinh học ngày càng phát triển có khả năng tạo ra nhiềusinh vật biến đổi gen Do vậy, nghiên cứu và sử dụng các sinh vật biến đổigen một cách an toàn cho con người, môi trường và đa dạng sinh học là hếtsức cần thiết

5 Kỹ thuật phòng thí nghiệm và thiết bị an toàn

Mỗi phòng thí nghiệm cần được xây dựng đáp ứng các tiêu chuẩn về

an toàn sinh học Nguyên tắc phòng ngừa cần được thể hiện trong nhữngcông việc hằng ngày, trong các nội quy phòng thí nghiệm Khi thực hànhtrong phòng thí nghiệm không có khả năng kiểm soát triệt để các tác nhânsinh học nguy hại, thì phải tìm các biện pháp bổ sung cần thiết khác, nhằmhạn chế rủi ro của các tác nhân gây hại

Thiết bị an toàn ngoài tủ cấy an toàn sinh học (BSC), dụng cụ an toànđựng các mẫu vật, vật dụng bảo vệ cá nhân (như đã đề cập trong bài 1),còn có nhiều thiết bị khác, ví dụ như :

- Các thiết bị cách li bao film mềm áp suất âm, là thiết bị bảo vệ banđầu để ngăn chặn các vật liệu sinh học độc hại Khí đi vào bên trong thiết

bị cách li này qua một bộ lọc HEPA và khí đi ra ngoài qua 2 bộ lọc HEPA,

vì vậy ngăn cản được sinh vật gây hại phát tán ra bên ngoài

- Các thiết bị hỗ trợ dùng pipet góp phần hút dung dịch an toàn

- Các thiết bị nghiền đồng thể, máy lắc, máy trộn và thiết bị dùng sóngsiêu âm được thiết kế trong các BSC hay được phủ kín trong quá trình sửdụng, góp phần ngăn cản quá trình gây ra các sol khí độc hại

- Que cấy đầu tròn dùng một lần, không cần khử trùng, dùng đượctrong BSC và sử lí như rác thải nhiễm bẩn khi sau khi dùng

- Que cấy vi sinh vật khử trùng bằng nhiệt có vỏ bọc bằng thủy tinhBrosilicat hay sứ giúp khử trùng tiện lợi và hiệu quả

- Các biện pháp bảo vệ thiết bị như bảo vệ ống tiêm, làm sạch cácthiết bị đựng mẫu vật; các biện pháp bảo quản mẫu máu, dịch cơ thể, mô

và các chất bài tiết Các biện pháp phổ biến như:

+ Biện pháp thu thập, dán nhãn và vận chuyển mẫu vật Các mẫu vậtnên được đặt trong dụng cụ đúng quy cách, ghi nhãn và quy định sử dụng

rõ ràng

+ Cách mở ống đựng mẫu hoặc vật đựng lấy mẫu đứng quy cách, tốtnhất nên mở trong BSC, cần đi găng tay, mặc tạp dề Nút đậy dụng cụ cần

có miếng lót giấy hoặc gạc để tránh chất lỏng bắn ra

+ Với các thiết bị thủy tinh cần cẩn thận tránh đổ vỡ, nếu có thể nênthay bằng dụng cụ chất dẻo an toàn hơn

+ Sử dụng các thiết bị tự động khi cần thiết nhằm tránh gây tràn dungdịch hay gây sol khí Các chất bị vung vãi cần được thu thập, đựng trongdụng cụ có nắp, sau đó đem hấp áp lực hoặc xử lí như xử lí rác ô nhiễm.+ Sử dụng các chất sát khuẩn cấp độ cao để làm sạch các dụng cụ thínghiệm Ví dụ, các dụng dịch hyproclorit có lượng clo 1g/lL và 5g/l được

sử dụng làm sạch các thiết bị đựng máu, glutaraldehyt có thể sử dụng làmsạch bề mặt dụng cụ

6 Vi sinh vật và an toàn sinh học

Vi sinh vật nhỏ bé, trong đó đặc biệt là virut thường có tốc độ sinhtrưởng nhanh, khả năng hấp thu và chuyển hóa vật chất cao, thích ứngnhanh với điều kiện môi trường và dễ phát sinh đột biến

Nhiều vi sinh vật là tác nhân gây bệnh truyền nhiễm, chúng xâm nhậpvào cơ thể chủ yếu thông qua các con đường hô hấp (như bệnh lao, bạchcầu, cúm), tiêu hóa (như các bệnh thương hàn, tả, lỵ, ), tiếp xúc qua dahoặc niêm mạc (như bệnh giang mai, lậu, HIV, ) Nhìn chung, bệnh do visinh vật lan truyền rất nhanh, khi xâm nhập vào cơ thể chúng gây rối loạicác quá trình trao đổi chất, phá hủy chức năng của tế bào, khi phát bệnh cóthể gây tử vong

Vi sinh vật gây bệnh tùy theo đặc điểm sinh học và vị trí phân loạiđược chia ra thành nhiều nhóm như nhóm vi khuẩn, virus, vi nấm Ngoài

ra, tùy theo mức độ gây hại, vi sinh vật được phân chia theo nhóm rủi ro,

và cũng tùy cấp độ rủi ro mà yêu cầu xây dựng phòng thí nghiệm theo cấp

độ an toàn phù hợp:

- Vi sinh vật thuộc nhóm rủi ro 1 gồm các vi sinh vật gây rủi ro thấp,không chắc gây bệnh cho người hoặc động vật khỏe mạnh Ví dụ, các vi

khuẩn Escherichia coli, nấm men, nấm mốc sử dụng làm vật liệu nghiên

cứu trong phòng thí nghiệm

- Vi sinh vật thuộc nhóm rủi ro 2 gồm các vi sinh vật gây rủi ro trungbình cho người làm việc và học tập trong phòng thí nghiệm Các vi sinhvật thuộc nhóm rủi ro 2 ít khi gây nguy hiểm cho người khỏe mạnh, ít khigây bùng phát lây nhiễm nghiêm trọng khi đã có biện pháp phòng ngừa Ví

dụ như vi khuẩn thương hàn (Salmonella enterica), virus gây viên gan A,virus gây viêm gan B, virus cúm thường, virus sởi, virus quai bị,

- Vi sinh vật thuộc nhóm rủi ro 3 gồm các vi sinh vật gây rủi ro caocho con người và động vật Tuy nhiên bệnh không lan truyền từ người nàysang người khác hoặc có thể có thuốc điều trị Ví dụ như vi khuẩn gây

bệnh than (Bacillus anthracis), vi khuẩn lao (Mycobacterium tuberculosis),

các vi rút sốt vàng, vius HIV,

- Vi sinh vật thuộc nhóm rủi ro 4 gồm vi sinh vật gây rủi ro cao chocon người và động vật Các vi sinh vật gây bệnh truyền nhiễm nghiêmtrọng, bệnh có khả năng lây truyền từ người này sang người khác hoặckhông có khả năng chữa trị Ví dụ như virus Lassa, virus Ebola, virus cum

A ở gia cầm Theo quy định quốc tế, các vi sinh vật thuộc nhóm rủi ro 4không được phép nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của các trường đại học

7 Công nghệ ADN và an toàn sinh học

- Công nghệ ADN (hay còn gọi là công nghệ gen, công nghệ sinh họcphân tử, kĩ thuật gen, ) là các kĩ thuật di truyền tạo nên các phân tử ADNtái tổ hợp, nhằm tạo nên các gen mới mang thông tin di truyền mã hóa cácđặc điểm tốt mong muốn ở các tế bào hoặc cơ thể sống

Những thành công của công nghệ ADN trong những năm gần đây làtạo ra nhiều sinh vật biến đổi gen mang nhiều đặc điểm sinh học ưu thế Ví

dụ như cà chua biến đổi gen không có hạt, thuốc lá và ngô năng suất cao,lúa và ngô mang gen chịu được thuốc diệt cỏ, ; một số động vật biến đổigen như cừu, lợn, bò, dê, mang nhiều đặc điểm có lợi giúp con người

thu được các sản phẩm điều trị bệnh máu khó đông, điều trị vết thương,chống nhiễm trùng, điều trị bệnh tắc nghẽn mạch máu, Sinh vật biến đổigen có nhiều ưu điểm rõ rệt nhằm tăng năng suất nông nghiệp và góp phầnxóa đói giảm nghèo trên toàn cầu

Tuy nhiên, bên cạnh các lợi ích, sinh vật biến đổi gen có thể tiềm ẩnmột số rủi ro có hại cho sức khỏe con người và môi trường, nên an toànsinh học của sinh vật biến đổi gen đang được tranh luận ở nhiều quốc gia,nhiều tổ chức trên thế giới Việc sử dụng sinh vật biến đổi gen cần đượcnghiên cứu kĩ lưỡng, chỉ sử dụng khi biết chắc an toàn và cần được cảnhbáo để người sử dụng cẩn thận hơn

Một số rủi ro cần theo dõi đối với sinh vật biến đổi gen là:

- Khả năng sinh vật biến đổi gen và sản phẩm của chúng chứa cácprotein mới, có thể gây độc hoặc dị ứng cho con người, ảnh hưởng tới sứckhỏe

- Các sinh vật biến đổi gen thường chứa gen kháng chất khángsinh nên khi sử dụng có thể làm cho vi sinh vật kháng lại nhiều loại khángsinh, làm giảm khả năng ngăn cản một số bệnh ở người và sinh vật

- Các sinh vật biến đổi gen có thể cạnh tranh và chiếm ưu thế đốivới nhiều loài trong tự nhiên, gây tác động xấu về mặt sinh thái học

8 Quản lý an toàn sinh học ở Việt Nam

Hiện nay, nghiên cứu về công nghệ gen đang được quan tâm thựchiện tại nhiều phòng thí nghiệm sinh học tại các viện nghiên cứu, cáctrường đại học, đáp ứng yêu cầu cấp bách của phát triển công nghệ sinhhọc phục vụ đời sống và khoa học

Nhận thức được tầm quan trọng của an toàn sinh học trong đời sống,Nhà nước ta đã rất quan tâm tới vấn đề an toàn sinh học Ngay từ khi trởthành thành viên tham gia Công ước Đa dạng sinh học và Nghị định thưCartagena, Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều quyết định, quy chế,chỉ thị, và hướng dẫn về an toàn sinh học Ví dụ,

- Năm 1993, ban hành Pháp lệnh Bảo vệ và Kiểm dịch thực vật

- Năm 1993, ban hành Pháp lệnh Thú y

- Năm 1996, ban hành Nghị định về Quản lí giống cây trồng vậtnuôi.

- Năm 2004, nhà nước Việt Nam chính thức tham gia Nghị địnhthư Cartagena về an toàn sinh học

- Năm 2005, Chính phủ Việt Nam ban hành Quy chế Quản lý antoàn sinh học đối với sinh vật biến đổi gen; sản phẩm, hàng hóa có nguồngốc từ sinh vật biến đổi gen

- Năm 2008, Nhà nước Việt Nam đã ban hành luật Đa dạng sinhhọc

Chương 4 và các điều từ 57 tới điều 69 của luật Đa dạng sinh học củaViệt Nam đã đề cập tới các vấn đề về báo cáo đánh giá rủi ro về sinh vậtbiến đổi gen; thẩm định báo cáo đánh giá rủi ro về sinh vật biến đổi gen;quy định cấp giấy chứng nhận mức an toàn sinh học; quy định cung cấpthông tin về an toàn sinh học của hàng hóa có chứa sinh vật biến đổi gen;cung cấp, công khai thông tin về sinh vật biến đổi gen; nghiên cứu tạo rasinh vật biến đổi gen; khảo nghiệm sinh vật biến đổi gen; nhập khẩu, quácảnh sinh vật biến đổi gen; chế biến sản phẩm từ sinh vật biến đổi gen; tiếpthị, quảng cáo, mua, bán, cho, tặng sinh vật biến đổi gen; vận chuyển, lưugiữ, thải bỏ sinh vật biến đổi gen; và giải phóng sinh vật biến đổi gen ramôi trường,

V AN TOÀN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM SINH HỌC

1.An toàn khi tiếp xúc với sinh vật trong phòng thí nghiệm

Khi làm việc trong phòng thí nghiệm sinh học có thể bị lây nhiễm bệnh do tiếp xúc với sinh vật Con đường lây truyền có thể qua da, qua không khí hoặc do ăn uống của các tác nhân mới chưa được xác định an toàn

Tác nhân gây bệnh có thể là từ các mô, máu của sinh vật nghiên cứu;

từ đờm dãi của người bệnh; từ virus phát tán trong không khí,

Gặp những trường hợp như vậy thì cần xác định rõ con đường lâytruyền, nguyên nhân và mức độ lây nhiễm Bệnh có khả năng mắc phảicàng cao thì càng cần phải đánh giá nhanh chóng và thân trọng

2 An toàn khi tiếp xúc với hoá chất trong các thí nghiệm sinh học

Giống như với an toàn sinh học, an toàn khi tiếp xúc với hóa chất đặtnguyên tắc cơ bản là phòng ngừa lên trên hết Bốn nguyên tắc cơ bản củahoạt động kiểm soát hóa chất là :

- Quy định thay thế: Loại bỏ các chất hoặc các quá trình độc hại,

nguy hiểm hoặc thay thế chúng bằng thứ khác ít nguy hiểm hơn hoặckhông còn nguy hiểm nữa Khi tiến hành các thí nghiệm trong quá trìnhdạy học cố gắng lựa chọn các chất ít độc hại , ít gây nguy hiểm ví dụ thínghiệm brom tác dụng với nhôm có thể thay thế bằng thí nghiệm ít độchơn như iot tác dụng với nhôm Hoặc loại bỏ các chất gây nguy hiểm thí

dụ thí nghiệm với thuỷ ngân hoặc asen

- Quy định khoảng cách: hoặc che chắn giữa người lao động và

hóa chất nhằm ngăn cách mọi nguy cơ liên quan tới hóa chất đối với ngườilao động Trong dạy học các thí nghiệm độc hại hoặc dễ nổ gây nguy hiểmphải được tiến hành trong tủ hốt hoặc có tấm kính mica che phía HS,khoảng cách tiến hành các thí nghiệm không quá gần với HS

- Quy định thông gió: sử dụng hệ thống thông gió thích hợp để di chuyển

hoặc làm giảm nồng độ độc hại trong không khí chẳng hạn như khói, khí,bụi, mù Phòng thí nghiệm, phòng kho hoá chất…cần phải thoáng, có hệthông hút gió, có nhiều cửa ra vào

- Quy định về trang bị phương tiện bảo vệ cá nhân: cho người lao

động ( HS) nhằm ngăn ngừa việc hoá chất dây vào người như : áo blu,kính bảo vệ mắt, găng tay, khẩu trang, ủng …

Tùy theo việc sử dụng từng hóa chất mà có các quy định cụ thể Ví

dụ:

- Hóa chất dễ cháy nổ :

Trong phòng thí nghiệm có hóa chất dễ cháy nổ phải quy định chặtchẽ chế độ dùng lửa, khu vực dùng lửa, có bảng chỉ dẫn bằng chữ và kýhiệu cấm lửa để ở nơi dễ nhận thấy Khi cần thiết phải sửa chữa cơ khí,hàn điện hay hàn hơi phải có biện pháp làm việc an toàn Tất cả các dụng

cụ điện và thiết bị điện đều phải là loại phòng chống cháy nổ Việc dùng

điện chạy máy và điện thắp sáng ở những nơi có hóa chất dễ cháy nổ phảiđảm bảo các yêu cầu sau:

+ Không được đặt dây cáp điện trong cùng một đường rãnh có ốngdẫn khí hoặc hơi chất lỏng dễ cháy nổ, không được lợi dụng đường ốngnày làm vật nối đất

+ Khi sửa chữa, thay thế các thiết bị điện thuộc nhánh nào thì phải cắtđiện vào nhánh đó

+ Thiết bị điện nếu không được bọc kín, an toàn về cháy nổ thì khôngđược đặt ở nơi có hóa chất dễ cháy nổ

+ Cầu dao, cầu chì, ổ cắm điện phải đặt ngoài khu vực dễ cháy nổ Bất

kỳ nhánh dây điện nào cũng phải có cầu chì hay thiết bị bảo vệ tươngđương

Tất cả các chi tiết máy động hoặc dụng cụ làm việc đều phải làm bằngvật liệu không được phát sinh tia lửa do ma sát hay va đập Tất cả các trang

bị bằng kim loại đều phải tiếp đất., các bộ phận hay thiết bị cách điện đềuphải có cầu nối tiếp dẫn Trước khi đưa vào đường ống hay thiết bị mộtchất có khả năng gây cháy nổ, hoặc trước và sau khi sửa chữa đều phảithực hiện nghiêm ngặt các quy định phòng chống cháy nổ

Không dùng thiết bị, thùng chứa, chai, lọ hoặc đường ống bằng nhựakhông chịu được nhiệt chứa hóa chất dễ cháy nổ Không để các hóa chất dễcháy nổ cùng chỗ với các hóa chất duy trì sự cháy Khi đun nóng các chấtlỏng dễ cháy không dùng ngọn lửa trực tiếp, mức chất lỏng trong nồi phảicao hơn mức hơi đốt bên ngoài

Trong quá trình sản xuất, sử dụng hóa chất dễ cháy nổ phải bảo đảmyêu cầu vệ sinh an toàn lao động Phải có ống dẫn nước, hệ thống thoátnước, tránh sự ứ đọng các loại hóa chất dễ cháy nổ

- Hóa chất ăn mòn

Các thiết bị, đường ống chứa hóa chất dễ ăn mòn phải được làm bằngvật liệu thích hợp, phải đảm bảo kín Tại nơi làm việc có hóa chất ăn mònphải có vòi nước, bể chứa dung dịch natri bicacbonat (NaHCO3) nồng độ0,3%, dung dịch axit axetic nồng độ 0,3% hoặc các chất khác có tác dụng

cấp cứu kịp thời tại chỗ khi xảy ra tai nạn Tất cả các chất thải đều phảiđược xử lý không còn tác dụng ăn mòn trước khi đưa ra ngoài v.v

- Hóa chất độc

Khi tiếp xúc với hóa chất độc, phải có mặt nạ phòng độc tuân theonhững quy định sau: Phải chứa chất khử độc tương xứng; Chỉ được dùngloại mặt nạ lọc khí độc khi nồng độ hơi khí không vượt quá 2% và nồng độôxy không dưới 15%; Đối với cacbua oxit (CO) và những hỗn hợp có nồng

độ CO cao phải dùng loại mặt nạ lọc khí đặc biệt

Tiếp xúc bụi độc phải mặc quần áo kín may bằng vải bông dày cókhẩu trang chống bụi, quần áo bảo vệ chống hơi, bụi chất lỏng độc cầnphải che kín cổ tay, chân, ngực Khi làm việc với dung môi hữu cơ hòa tanthì phải mang quần áo bảo vệ không thấm và mặt nạ cách ly

Cấm hút dung dịch hóa chất độc bằng miệng Không được cầm nắmtrực tiếp hóa chất độc Các thiết bị chứa hóa chất độc dễ bay hơi, phải thậtkín và nếu không do quy trình sản xuất bắt buộc thì không được đặt cùngchỗ với bộ phận khác không có hóa chất độc v.v

3 Phòng chống cháy nổ

Phòng chống cháy nổ là yêu cầu của tất cả các phòng thí nghiệm.Phòng thí nghiệm sinh học cần đáp ứng các điều kiện cụ thể sau :

- Có hệ thống báo động cháy, nổ và có thể tiếp cận hệ thống đó dễ dàng

- Có cửa thoát hiểm được thiết kế đúng yêu cầu, có dấu báo hiệu đườngdẫn đến cửa thoát hiểm

- Có hệ thống tự động báo cháy và hệ thống đó được kiểm tra khả nănghoạt động thường xuyên

- Có sẵn các thiết bị chống cháy nổ tại chỗ và các thiết bị đó được kiểmtra thường xuyên và có thể tiếp cận dễ dàng

- Đồ đạc được sắp xếp gọn gàng, không cản trở lối thoát hiểm và chặnđường tiếp cận các thiết bị chữa cháy

- Các hóa chất và thiết bị dễ cháy cần để nơi an toàn, riêng ở một nơi và

xa nơi có thể phát nổ như nguồn điện, lửa, Hóa chất cần được dán

nhãn cảnh báo đầy đủ Phòng thí nghiệm có hóa chất dễ phát nổ cầnthoáng khí và không quá chật chội

- Những bình khí nén và khí hóa lỏng được đánh dấu rõ ràng, các vangiảm áp được kiểm tra thường xuyên đảm bảo độ kín tuyệt đối Cácbình đựng khí hóa lỏng được đặt cách xa nguồn điện, lửa,

- Tất cả các thiết bị điện được bảo dưỡng thường xuyên, hệ thống điện

ba pha cần có dây tiếp đất Các thiết bị ngắt điện luôn trong trạng tháihoạt động tốt, đảm bảo ngắt điện ngay khi cần thiết Mỗi ổ cắm chỉ nên

sử dụng cho một thiết bị điện, không nên dùng thiết bị nối

Giáo viên và học sinh làm việc trong phòng thí nghiệm được thôngbáo nguy cơ cháy nổ, và được thực tập phương án phản ứng đúng khi cháy

nổ xảy ra

QUY TẮC LÀM VIỆC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM HÓA SINH

I An toàn khi làm việc với axit và kiềm

1 An toàn khi làm việc với axit:

- Phải làm việc trong tủ hút bất cứ khi nào đun nóng axit hoặcthực hiện phản ứng với các hơi axit tự do

- Khi pha loãng, luôn phải cho axit vào nước trừ phi được dùngtrực tiếp

- Giữ để axit không bắn vào da hoặc mắt bằng cách đeo khẩutrang, găng tay và kính bảo vệ mắt Nếu làm văng lên da, lập tức rửa ngaybằng một lượng nước lớn

- Luôn phải đọc kỹ nhãn của chai đựng và tính chất của chúng

- H2SO4 : Luôn cho axit vào nước khi pha loãng, sử dụng khẩutrang và găng tay để tránh phòng khi văng axit

- Các axit dạng hơi (HCl) thao tác trong tủ hút và mang găng tay,kính bảo hộ

2 An toàn khi làm việc với kiềm

- Kiềm có thể làm cháy da, mắt gây hại nghiêm trọng cho hệ hôhấp

- Mang găng tay cao su, khẩu trang khi làm việc với dung dịchkiềm đậm đặc

- Thao tác trong tủ hút, mang mặt nạ chống độc để phòng ngừabụi và hơi kiềm

- Amoniac: là một chất lỏng và khí rất ăn da, mang găng tay cao

su, khẩu trang, thiết bị bảo vệ hệ thống hô hấp Hơi amoniac dễ cháy, phảnứng mạnh với chất oxy hoá, halogen, axit mạnh

- Amoni hydroxyt: chất lỏng ăn da, tạo hỗn hợp nỏ với nhiều kimloại nặng: Ag, Pb, Zn và muối của chúng

- Kim loại Na, K, Li, Ca: phản ứng cực mạnh với nước, ẩm, CO2,halogen, axit mạnh, dẫn xuất clo của hydrocacbon Tạo hơi ăn mòn khicháy Cần mang dụng cụ bảo vệ da mắt Chỉ sử dụng cồn khô khi tạo dungdịch natri alcoholate, cho vào từ từ

- Tránh tạo tinh thể cứng khi hoà tan Tương tự khi hoà tan vớinước, đồng thời phải làm lạnh nhanh

- Oxit canxi rất ăn da, phản ứng cực mạnh với nước, cần bảo vệ

da mắt, đường hô hấp do dễ nhiểm bụi oxit

- Natri và kali hydroxyt: rất ăn da, phản ứng cực mạnh với nước.Các biện pháp an toàn như trên, cho từng viên hoặc ít bột vào nước chứkhông được làm ngược lại

II Quy tắc làm việc với hóa chất thí nghiệm

1 Hoá chất thí nghiệm

Các hoá chất dùng để phân tích, làm tiêu bản, tiến hành phản ứng, trong phòng thí nghiệm được gọi là hóa chất thí nghiệm Hoá chất có thể ởdạng rắn (Na, MgO, NaOH, KCl, (CH COO) ; lỏng (H2SO4, aceton,ethanon, chloroform, ) hoặc khí (Cl2 , NH3 , N2 , C2H2 ) và mức độ tinhkhiết khác nhau:

- Sạch kỹ thuật (P): độ sạch > 90%

- Sạch phân tích (PA): độ sạch < 99%

- Sạch hóa học (PC): độ sạch > 99%

Hóa chất có độ tinh khiết khác nhau được sử dụng phù hợp theo những yêu cầu khác nhau và chỉ nên sử dụng hóa chất còn nhãn hiệu

2 Nhãn hiệu hoá chất:

Hóa chất được bảo quản trong chai lọ thủy tinh hoặc nhựa đóng kín cónhãn ghi tên hoá chất, công thức hóa học, mức độ sạch, tạp chất, khốilượng tịnh, khối lượng phân tử, nơi sản xuất, điều kiện bảo quản

3 Cách sử dụng và bảo quản hoá chất:

Khi làm việc với hóa chất, nhân viên phòng thí nghiệm cũng như sinhviên cần hết sức cẩn thận, tránh gây những tai nạn đáng tiếc cho mình vàcho mọi người Những điều cần nhớ khi sử dụng và bảo quản hóa chấtđược tóm tắt như sau:

- Hóa chất phải được sắp xếp trong kho hay tủ theo từng loại (hữu

ơ, vô cơ, muối, acid, bazơ, kim loại, ) hay theo một thứ tự a, b, c để khicần dễ tìm

- Tất cả các chai lọ đều phải có nhãn ghi, phải đọc kỹ nhãn hiệuhóa chất trước khi dùng, dùng xong phải trả đúng vị trí ban đầu

- Chai lọ hóa chất phải có nắp Trước khi mở chai hóa chất phảilau sạch nắp, cổ chai, tránh bụi bẩn lọt vào làm hỏng hóa chất đựng trongchai

- Các loại hóa chất dễ bị thay đổi ngoài ánh sáng cần phải đượcgiữ trong chai lọ màu vàng hoặc nâu và bảo quản vào chổ tối

- Dụng cụ dùng để lấy hóa chất phải thật sạch và dùng xong phảirửa ngay, không dùng lẫn nắp đậy và dụng cụ lấy hóa chất

- Khi làm việc với chất dễ nổ, dễ cháy không được để gần nơi dễbắt lửa Khi cần sử dụng các hóa chất dễ bốc hơi, có mùi, phải đưa vào tủhút, chú ý đậy kín nắp sau khi lấy hóa chất xong

- Không hút bằng pipette khi chỉ còn ít hóa chất trong lọ, khôngngửi hay nếm thử hóa chất

- Khi làm việc với axit hay bazơ mạnh: Bao giờ cũng đổ axit haybazơ vào nước khi pha loãng (không được đổ nước vào acid hay base);Không hút axit hay bazơ bằng miệng mà phải dùng các dụng cụ riêng như

ống bóp cao su Trường hợp bị bỏng với axit hay bazơ rửa ngay với nướclạnh rồi bôi lên vết bỏng NaHCO3 1% (trường hợp bỏng acid) hoặc

CH3COOH 1% (nếu bỏng base) Nếu bị bắn vào mắt, dội mạnh với nướclạnh hoặc NaCl 1%

Trường hợp bị hóa chất vào miệng hay dạ dày, nếu là axit phải súcmiệng và uống nước lạnh có MgO, nếu là bazơ phải súc miệng và uốngnước lạnh có CH 3COOH 1%

Lưu ý các kí hiệu cảnh báo nguy hiểm:

Chất dễ bắt lửa

(X i )

và độc (X n )

Chất ăn mòn (C)

Chất gây nguy hiểm với môi trường (N)

YÊU CẦU VỀ KĨ NĂNG THỰC HÀNH SINH HỌC

(Trích từ yêu cầu về kĩ năng thực hành của IBO năm 2010)

Phần thực hành tập trung vào việc đánh giá năng lực giải quyết cácvấn đề sinh học của các học sinh Để có được năng lực này các học sinhcần được trang bị các kĩ năng sau:

I Các kĩ năng khoa học (science process skills)

1 Quan sát (Observation)

2 Đo đạc (Measurement)

3 Phân loại hay phân nhóm (Grouping or classification)

4 Tìm kiếm mối quan hệ (Relationship finding)

5 Tính toán (Calculation)

6 Xử lí và trình bày các số liệu bao gồm vẽ đồ thị, lập các bảngbiểu, biểu đồ cột, sơ đồ, ảnh chụp

7 Đưa ra các tiên đoán (Prediction/projection)

8 Hình thành giả thuyết khoa học (Hypothesis formulation)

9 Xây dựng khái niệm (Operational definition: scope, condition,assumption)

10 Xác định các biến và đối chứng (Variable identification andcontrol)

11 Thực hiện thí nghiệm: thiết kế thí nghiệm, làm thực nghiệm, thuthập số liệu và kết quả thí nghiệm, giải thích kết quả thí nghiệm và rút racác kết luận

12 Biểu diễn kết quả thí nghiệm dưới dạng đồ thị ở mức chính xácphù hợp (số thập phân)

II Các kĩ năng sinh học cơ bản (Basic biological skills)

1 Quan sát các đối tương sinh học bằng kính lúp

2 Biết sử dụng kính hiển vi (vật kính tối đa 45 X)

3 Biết sử dụng kính hiển vi soi nổi (stereo microscope)

4 Biết vẽ các ảnh quan sát được trên tiêu bản hiển vi (vẽ hình ảnh

từ kính hiển vi)

5 Biết mô tả chính xác các hình vẽ sinh học bằng cách sử dụngbảng các thuật ngữ sinh học được đánh dấu bằng các mã số

III Các phương pháp sinh học (Biological methods)

A Các phương pháp tế bào học (Cytological methods)

1 Các kĩ thuật ngâm và ép tiêu bản

2 Phương pháp làm tiêu bản vết bôi

3 Phương pháp nhuộm tế bào và tiêu bản hiển vi

B Các phương pháp nghiên cứu giải phẫu và sinh lý thực vật

1 Làm tiêu bản cắt ngang hoa và xác định công thức hoa

2 Làm tiêu bản cắt ngang các bộ phận khác nhau của cây: rễ, thân,

lá và quả

3 Dùng tay tách các phần của thân, rễ, lá

4 Thuốc nhuộm (ví dụ thuốc nhuộm lignin) và nhuộm các tiêu bản

mô thực vật

5 Đo các thông số cơ bản về quang hợp

6 Đo các thông số cơ bản về hô hấp

C Các phương pháp nghiên cứu giải phẫu và sinh lý động vật

1 Mổ các động vật không xương sống; Mổ các phần hoặc các cơquan của động vật có xương sống được nuôi cho tiêu dùng

2 Làm tiêu bản cả con các động vật không xương sống loại nhỏ(Whole - mount slide preparation of small invertebrates)

3 Đo các thông số cơ bản về hô hấp

D Các phương pháp nghiên cứu tập tính học

Nhận biết và giải thích các hành vi của động vật

E Các phương pháp nghiên cứu môi trường và sinh thái học

1 Ước tính mật độ quần thể (Estimation of population density)

2 Ước tính sinh khối quần thể (Estimation of biomass )

3 Ước tính các thông số cơ bản của chất lượng nước (Elementaryestimation of water quality)

4 Ước tính các thông số cơ bản của chất lượng không khí(Elementary estimation of air quality)

F Các phương pháp phân loại (Taxonomic methods)

1 Sử dụng khoá lưỡng phân (Use of dichotomous keys )

2 Xây dựng khoá lưỡng phân đơn giản (Construction of simpledichotomous keys)

3 Nhận biết được các họ thực vật có hoa phổ biến nhất(Identification of the most common flowering-plant families)

4 Nhận biết được các bộ côn trùng (Identification of insect orders)

5 Nhận diện đến ngành và lớp các sinh vật khác (Identification ofphyla and classes of other organisms)

IV Các phương pháp vật lý và hoá học (Physical and chemical methods)

1 Các kĩ thuật tách chiết xuất: lọc và li tâm, sắc kí

2 Các phép thử chuẩn nhận biết đường đơn, đường đa, lipit,protein (Fehling, I2 in KI(aq), biuret )

3 Chuẩn độ (Titration)

4 Đo lường số lượng bằng phương pháp nhỏ giọt và dải(Measuring quantities by drip and strip methods)

5 Các phương pháp pha loãng dung dịch

6 Kỹ thuật sử dụng pipet, bao gồm cả sử dụng các micropipet

7 Kính hiển vi, bao gồm cả sử dụng buồng đếm tế bào

8 Đo mức độ hấp thụ ánh sáng

9 Điện di trên gel (Gel electrophoresis )

V Các phương pháp vi sinh vật (Microbiological Methods)

1 Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng

2 Các kĩ thuật vô trùng (vật liệu thủy tinh chịu nhiệt và chịu lửa)

3 Các kĩ thuật nuôi cấy vi sinh vật

VI Các phương pháp thống kê (Statistical methods)

1 Xác suất và phân bố xác suất

2 Biết cách tính và sử dụng các giá trị trung bình, trung vị, tỉ lệ %,phương sai, độ lệch chuẩn, sai số chuẩn, T-test và phép thử Khi bìnhphương

VII Sử dụng thiết bị (Handling equipment)

Do các đơn vị có thể có các thiết bị khác nhau nên các kĩ năng này chỉđược đánh giá nếu các thí sinh đã được thông báo trước về thuật toán(algorithm), cách sử dụng thiết bị, cách tiến hành thí nghiệm đặc biệt nào

đó ra sao vv

Phần 2 10 bài thí nghiệm thực hành môn Sinh học Bài 1 Nhận biết một số thành phần hóa học của tế bào

3 Nhận biết tinh bột, saccharide, phân biệt đường no và đường không

- Kỹ năng quan sát, ghi chép kết quả thí nghiệm

- Kỹ năng thao tác thí nghiệm, bố trí thí nghiệm

- Kỹ năng phân tích kết quả thí nghiệm

- Kỹ năng báo cáo kết quả thực hành

II CƠ SỞ KHOA HỌC

A Nhận biết protein

Kết tủa protein bằng muối trung tính (kết tuả thuận nghịch)

+ (NH4)2SO4 là muối trung tính, vừa có tác dụng trung hòa điện (cácion tác dụng tương hỗ với các nhóm tích điện trái dấu), vừa loại bỏ lớp vỏhydrat của phần tử keo protein, do đó làm kết tủa protein Phản ứng kết tủanày là kết tủa thuận nghịch, các protein khác nhau bị kết tủa ở các nồng độmuối khác nhau

+ So với albumin, globulin có độ tan kém hơn nên kết tủa trước, khihòa tan sẽ tan chậm hơn

Kết tủa protein bằng axit hữu cơ (Kết tủa không thuận nghịch)

+ TCA (tricloacetic acid) là một muối hữu cơ có tác dụng làm biếntính protein (thay đổi tính tan, hoạt tính sinh học, cấu trúc, ), khi đóprotein bị đông tụ lại thành dạng keo không hòa tan (kết tủa không thuậnnghịch) Các nhân tố khác cũng có thể gây biến tính protein như nhiệt độcao, axit vô cơ đặc, một số axit hữu cơ, kiềm đặc, muối kim loại nặng nồng

độ cao,

+ Phản ứng này được sử dụng rộng rãi trong thực tế để phát hiện hoặcloại bỏ protein khỏi dung dịch, phát hiện protein trong nước tiểu (độ nhạylên tới 0,0015%)

B Nhận biết tinh bột, saccharid

Phản ứng màu của tinh bột với iod

+ Amilose trong tinh bột có khả năng tương tác tạo phức với tinh bột,hình thành cấu trúc xoắn giữ các phân tử iod ở giữa (phức này có màuxanh đặc trưng) Sự tương tác này dễ dàng bị phá vỡ khi đun nóng

Phân biệt đường đơn (glucozơ) và đường đôi (sacarozơ )

+ Phản ứng với thuốc thử Fehling, Benedict hay tráng gương đều lànhững phản ứng chứng minh glucose có tính khử, phân biệt glucose vớisucrose Phản ứng Benedict và tráng gương có thể thực hiện dễ dàng, hóachất dễ chuẩn bị (chú ý tránh để AgNO3 dây ra tay) Thuốc thử Fehlingkhó chuẩn bị (muối segnette) Khi thực hiện phản ứng tráng gương có thểthực hiện thêm với sucrose

Phản ứng với thuốc thử Fehling

+ Trong thuốc thử Fehling, muối tactrat có vai trò tạo phức với Cu2+tạo ion phức [Cu(C4H4O6)2]2– (khiến Fehling có màu xanh lơ) nhằm ngăncản sự tạo thành kết tủa Cu(OH)2 trong thuốc thử

+ Ống nghiệm I: khi tác dụng với glucose (HO–CH2–(CHOH)4–CH=O, có chứa gốc andehyte) hoặc các chất chứa gốc andehyte, thuốc thửnày tạo kết tủa Cu2O đỏ Phản ứng xảy ra khi đun nóng:

2Na2[Cu(C4H4O6)2] + NaOH + R–CHO + H2O

→ Cu2O + R–COONa + 2H2C4H4O6 + 2Na2C4H4O6

+ Ống nghiệm II: không tạo kết tủa vì sucrose (đường đôi) không có