高校实验室安全教育及实训管理系统构建

2017-12-15骆晶晶叶义成胡南燕

实验室研究与探索 2017年11期

关键词：实验室考试实训

骆晶晶，叶义成，曹楷，胡南燕，刘苹

(武汉科技大学 a.资源与环境学院，b. 管理学院，武汉 430081)

高校实验室安全教育及实训管理系统构建

骆晶晶a，叶义成a，曹楷a，胡南燕a，刘苹b

(武汉科技大学 a.资源与环境学院，b. 管理学院，武汉 430081)

进入实验室之前对学生进行实验安全知识教育，提高学生的安全意识，是预防实验室事故的有效手段之一。采用B/S模式系统架构，构建集学习、考试、实训三位一体的高校实验室安全教育及实训管理系统结构。在线学习子系统包括学习内容管理、学时管理等，实现学习自主管理与目标管理的统一协调；构建具有考试管理、试卷管理等功能的在线考试子系统，实现模拟考试、在线答疑的分级分类管理；设计具有考核申请、考核安排等功能的实训考核子系统，实现完整的实训考核过程信息化管理。三位一体的实验室安全教育及实训管理系统的实际应用结果能较真实、全面地考查学生的实验室安全知识和实际操作技能掌握情况，促进学生实验综合能力的提高，达到提升实验室安全管理水平的目的。

高校实验室；安全教育；三位一体；系统构建

0 引言

高校实验室是实施创新人才培养、科学研究和社会服务的重要场所，是体现学校教学科研水平、展示学校办学实力的重要标志[1]。随着我国科教兴国战略的大力实施，高校的招生规模不断扩大，实验室的建设也得到了不断发展。然而,实验室的不断扩大,科研项目的增多,人员流动性的增强,也增大了实验室各类事故的风险[2]。近年来，国内高校实验室安全事故频发，并造成多人伤亡，严重的事故后果再一次次敲响了实验室安全管理的警钟。

以理工科为主的综合型大学，学科涉及理、工、文、管、医，专业实验室安全涉及面广，除消防及用电安全外，还涉及对危化品、易燃易爆物品、放射性物品及生物实验品使用的安全，部分实验室需要高压、高温、超低温、真空、强磁、微波辐射、高电压等特殊环境及条件。实验人员在实验操作中稍微不注意，就可能导致严重的安全事故。通过统计分析2001年以来100起典型实验室事故的发生原因，指出违反操作规程或误操作是导致事故发生的主要原因，同时也是造成人员伤亡最多的原因[3]。因此，加强实验室安全教育培训管理是预防实验室安全事故发生的有效途径。虽然近年来的高校实验室安全事故的频发使高校开始重视学校实验室的安全教育工作，但是实验室安全知识教育往往采用集中讲座、安全宣传、选修自修等形式，往往安全教育效果不理想，师生安全意识提高不够[4]。随着计算机和信息技术发展，许多高校开始采取网上学习及考试的方式对学生进行实验室安全教育。

1 国内高校实验室安全教育及考试系统研究现状

基于现代信息技术的发展，利用校园网络资源，国内很多高校已经开始推行实验室安全教育及考试系统，学生通过系统进行网上学习、自测，考试合格后获得实验室安全准入资格[5]。清华大学、北京大学、江南大学等开发了符合本校实际的实验室知识教育考试系统，在一定程度上使学生可以迅速系统掌握实验室安全知识、提高防护自救和实验室危机处理能力[6]。但由于实验室安全教育及考试系统是基于学生的网上自学和自测，也具有其自身的不足。

(1) 缺少对学习及考试过程的监管。目前高校实验室安全教育及考试系统为方便学生在任何时间、地点进行学习、自测，对于学习和考试过程就无法进行监管。用户名密码轮换替考，出现1人学习考试多人通过的情况；网上挂机达到系统规定学习时间，考试期间上网查找答案，这些现象导致最终的考试成绩无法真实反映学生对于实验室安全知识的学习情况。

(2) 缺少主观性考查。考试题库的题目均是客观试题，学生从多个选项中进行选择或直接进行判断，答题过程随意，一些学生存在侥幸心理，消极对待网上自主学习阶段，仅通过网上考试成绩很难客观准确评价学生学习情况，导致实验室安全教育效果不明显。

(3) 缺少对实际操作技能的考查。网上考试只是对学生所掌握的理论知识的测试，无法反映学生的实际操作技能，就无法对学生所学知识的综合应用能力进行评价。

通过构建集学习、考实训三位一体的实验室安全教育及实训管理系统，可以全方面考查学生对实验室安全知识和技能的掌握情况。通过实训考核，激发学生在网上学习和考试的自觉性，增加对学生主观性和实际操作技能考查，真实、全面反映学生对安全知识和技能的掌握情况，提高学生的实验综合能力。

2 三位一体实验室安全教育及实训管理系统结构

2.1 系统构建

将实验室网上学习、考试与实训考核相结合，学生在网上学习、自测，考试通过后可申请实训考核。实训考核由实验教师对学生在实验过程中的基本操作规范进行考核打分，针对不同院系、专业学生，考核内容不同。在考核之前，学生可通过参加学校定期组织的实验教学或观看、协助他人的实验预习熟悉操作规范要点，网上考试和实训考核均通过者即可进入实验室。实验室安全教育及实训管理系统基本流程见图1。

图1 实验室安全教育及实训系统基本流程

2.2 B/S模式(三层体系结构)

B/S模式，即Browser/Server(浏览器/服务器)结构，是基于Internet的需求而出现并发展的一种从传统的2层C/S模式(Client/Server，客户机/服务器)发展起来的新的网络结构模式，其本质是3层结构C/S模式。B/S模式在逻辑上将应用功能分为表示层、应用层、数据层3个层次，在此结构下，用户通过电脑或手机浏览器访问服务器，浏览器通过发送HTTP请求向服务器发送各种用户操作，服务器的应用服务程序根据用户操作问数据库服务器，如向数据库获取用户需要查询的业务数据等，操作完成后服务器上将结果反馈给用户[7]。其结构框图见图2。

图2 B/S模式结构框图

实验室安全教育及实训管理系统是由学校统一管理，具有用户分布广泛、数据处理集中的特点。与传统的C/S结构相比，3层体系结构的应用程序具有扩展灵活、快速响应、易于维护、安全性较好等优点，且不用安装任何专门的软件就可以在任何地方进行操作[8]。因此在充分考虑各种体系结构的优缺点的基础上，系统设计选择3层模式进行设计。

3 系统功能分析与构建

目前应用范围较广泛的关系数据库管理系统是Microsoft 公司推出的SQL Server。SQL (Structured Query Language)，即结构化查询语言，SQL语言的主要功能就是同各种数据库建立联系，进行沟通。Microsoft SQL Server 2008是微软公司的一个产品版本，比以往版本功能更加强大，性能更加稳定，可以组织管理任何数据。利用SQL 2008技术，开发一套符合法规要求和高校实际的实验室网上学习、考试系统，根据实验室安全教育及考试的要求[9-11]，将实验室安全教育及实训管理系统的主要功能分为在线学习管理和在线考试管理、在线答疑管理、实训考核申请管理四大模块。由于系统用户除了学生，还有实验教师和系统管理人员等，为方便统一管理，以本校为例，设计系统主界面如图3所示。

图3 实验室安全教育及实训系统主界面

3.1 在线学习管理模块分析

根据用户注册时填写的专业、班级等信息资料以及所登记申请的实验室划分学习小组，同个专业或申请同一个实验室的学生划分为同一个学习小组。对于不同专业的学生，系统定制的学习计划不同。管理人员在后台预先设置不同院系、不同专业学生以及学生所申请的实验室中必学的实验安全课程，上传相关资源，学生可在线浏览也可下载资源学习。

学习内容包括国家及时更新的安全法律法规，实验中涉及的危化品安全知识和实验过程中的操作规范，以及实验室的用电安全、消防安全和实验室安全事故案例分析等，管理人员可在后台更新学习内容。

学习内容形式可以采用观看专家PPT讲稿、电子文档、视频演示和FLASH动画等方式，让学生更直观地看到平时看不到或忽略的细节，系统、科学、全面地学习实验过程中的安全知识与技能。

管理人员在后台预先设定课时，系统记录学生的学习过程和学习情况日志，通过学习情况日志可以查看学生的学习进度，并生成学习报表统计学生学习课时以及完成情况，加强对学生学习过程的监管。

学生在线学习达到预设学时后，可进入在线考试系统进行自我测试。在线学习框架结构图如图4所示。

图4 在线学习框架结构

3.2 在线考试管理模块分析

预先设定考试时间，用户需在规定时间内成功提交试卷才可查询成绩。试卷提交成功后自动生成成绩，设立合格标准分数，作为进入实训考核的基本要求。一旦考试成绩不合格，学生需重新考试，每位学生都有3次考试机会，系统自动记录考试成绩和次数。若3次均不合格，系统将删除学时记录，学生需重新进行课程学习。

考试试题可设置为以案例、图片、动画等形式为主的单选题、多选题、判断题。用户在线考试时，系统根据用户院系、班级以及申请使用的实验室分组随机抽选试题。

管理人员在后台及时更新试题，可以Word文档格式批量导入试题，也可逐条添加、修改或删除试题。

网上考试试题分值由管理人员通过后台进行统一设置，例如将试卷总分设置为100分，40道单选题、40道多选题和20道判断题均为客观题，每道题均为1分。

管理人员可在后台查看所有参与考试学生的成绩，统计通过或未通过考试的考生姓名、学院、班级和分数，即可分析学生在实验室安全知识方面的薄弱点，以便管理人员在后续管理中加强这些方面的教育培训。在线考试框架结构图如图5。

图5 在线考试框架结构

3.3 在线答疑管理模块分析

在此模块中主要实现在线交流及学生提出疑问，通过文件共享，管理人员和学生可以上传、下载一些对学习有价值的文件，同时管理人员可删除非法文件，并给予发布者警告，维护良好的网络环境。点击实时交流，在线用户之间可发起对话，以便能及时解决实验中一些问题。学生在此平台上提出疑问，系统中能解决疑问的用户均可给出答案。在线答疑框架见图6。

3.4 实训考核

实训考核是对学生的实际操作技能的考核[12]，学生在通过系统的网上考试后，可在系统中申请实训考核。考核采取分批考核的方式，系统统计人数达到一定人数后，实验教师安排实验考核时间、地点，准备并进行实验考核、领用耗材，学生通过系统查询考核安排表。实训考核流程图如图7。

图6 在线答疑框架结构图7 实训考核流程

在申请考核之前或在等待考核安排期间，学生可通过参加学校定期组织的实验教学或者观看、协助他人的实验预习熟悉操作规范要点，学习分辨药品试剂、危险药品、有毒有害气体的放置和保存等专业性较强的实验过程[13-14]。针对不同院系、专业人员，以及所申请的实验室不同，制定符合各专业实际特点的考核内容，如使用易挥发、腐蚀性强、有毒物质时是否佩戴带防护手套、口罩等、实验后是否清洗器皿并对仪器归位、对大型仪器设备的操作是否规范等。根据制定的考核内容对照学生的实际操作记录打分，每项操作的分数可根据可能导致的事故后果严重程度设定，违反重要操作规程或操作错误需重新再考一次，例如在涉及毒物的实验考核中，佩戴防护手套、面罩等设定为20分，总分为100分，考核合格分数为90分，未佩戴防护用具即被判定考核不合格，需重新再考一次。每个学生每次考核有2次操作机会，若2次操作均未通过，需重新申请等待下一轮实训考核。通过实训考核，可以了解每个学生对实验室安全知识、技能的掌握情况，更加客观的评价学生的安全教育效果，激励学生学习的主动性[15]。

实训考核合格后，为保证学生能够深入了解和充分预防研究课题可能面临的危险，学生需提交由导师签名的安全教育报告[16]。安全教育报告内容包括实验仪器设备、实验中涉及化学物质的基本性能参数、个人防护措施、应急处理措施等。

系统已在武汉科技大学资源与环境工程学院2016级学生中试用，取得了一定的效果，通过系统应用培训，减少了学生的操作失误。在初次实际操作过程中出现失误的学生占学生总数的75%，经考核后降至30%，提高了学生的操作能力。

4 结语

(1) 构建了集学习、考试、实训三位一体的实验室安全考试及实训管理系统，在网上学习及考试后增加一个实训考核过程，通过网上学习及考试过程，使学生迅速的掌握实验室安全知识；通过实训考核过程，增加对学生的主观性考查和实际操作技能考查，三位一体的实验室安全考试及实训管理系统克服了高校实验室安全教育系统存在的不足：缺少对学习及考试过程的监管、对学生的主观性考查不够、没有考查学生的实际操作能力。

(2) 开发了学习、考试、实训三位一体的实验室安全教育管理信息系统，为能够真实、全面地考查学生对实验室安全知识和技能的掌握情况提供了技术手段，提高学生的实验综合能力，预防实验室事故的发生。

[1] 李丁,曹沛,王萍,等.高校实验室安全管理体系构建的探索与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(3):274-277.

[2] 武晓峰,闻星火.高校实验室安全工作的分析与思考[J].实验室研究与探索,2012,31(8):81-84.

[3] 李志红.100起实验室安全事故统计分析及对策研究[J].实验技术与管理,2014,31(4):210-213.

[4] 顾昊,曹群，孙智杰,等.实验室安全教育体系的构建及实践[J].实验室研究与探索,2016,35(4):281-283.

[5] 张琳,郭英姿,许栋明,等.实验室安全准入制度的实践与探索[J].实验技术与管理,2016,33(5):227-229.

[6] 王世强,光翠娥,赵建新,等.高校实验室安全培训和考试系统开发和应用模式研究[J].实验室科学,2012,15(1):198-201.

[7] 陈雨花.基于B/S的实验室管理信息系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2013.

[8] 方思懿.上海财经大学浙江学院实验室管理信息系统设计与实现[D].成都:电子科技大学,2013.

[9] 段国华.教育培训管理系统的设计与实现[D].济南:山东大学,2011.

[10] 伍光喜.培训管理信息系统的设计与实现[D].广州:华南理工大学,2012.

[11] 郭宁.石油化工企业安全管理信息系统的设计与实现研究[D].长沙:中南大学,2009.

[12] 宋志军,王天舒,蔡美强,等.高校实验室安全教育现状及对策分析[J].实验室研究与探索,2015,34(8):280-283.

[13] 常生华,翁秀秀,侯扶江.高校实验室安全管理现状分析与研究[J].实验技术与管理,2016,33(1):229-231.

[14] 郭敏杰，胡新,王殉.高等药学院校实验室安全管理探究[J].实验技术与管理,2012，29(2):177-179.

[15] 张莉聪,汪永高,李华炜.安全教育培训工作者的过程管理研究[J].中国安全生产科学技术,2011,7(1):153-156.

[16] 毛磊,童仕唐,龚佩,等.高校实验室安全教育培训体系研究[J].实验技术与管理,2014,31(10):223-225.

ConstructionofSafetyEducationandPracticeTrainingManagementSystemforUniversityLaboratories

LUOJingjinga，YEYichenga，CAOKaia，HUNanyana，LIUPingb

(a.College of Resource and Environmental Engineering, b. College of Management，Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)

It is one of the effective methods to prevent laboratory accidents to carry out experimental safety education for students and improve students’ safety awareness before they enter into the laboratory. Based on the framework of B/S, an MIS of laboratory safety education and training, including learning, examination and training in trinity, is built. The online learning subsystem includes learning content management and class management, achieving unified coordination between learning self-management and goal management. The online examination subsystem, including examination management and paper management, is constructed, it achieves classified management of mock exam and on-line answer. Training assessment subsystem with assessment application and assessment arrangement is designed, it achieves complete information management of training assessment. The practical application results of the MIS of safety education and training with trinity is more realistic and comprehensive to examine the student’s safety knowledge and practical skills of laboratories, it improves students’ comprehensive experimental ability and safety management of laboratories.

university laboratories; safety education; trinity; system construction