实验室安全知识学习与考试系统的设计与实现

崔贯勋, 郜继红

(1. 重庆理工大学 计算机科学与工程学院, 重庆 400054；2. 淮安信息职业技术学院 计算机与通信工程学院, 江苏 淮安 223003)

近年来,国家显著增加了对高校实验室建设资金的投入,使得高校实验教学条件得到明显改善。然而,对实验教学硬件投入显著增长的同时,实验队伍的人员数量和质量并没有得到明显的变化,尤其在管理机制上还跟不上高等教育事业发展的步伐,一些实验室依然存在较严重的安全隐患[1],甚至事故时有发生。然而，实验室事故的发生并未引起对实验室安全工作的高度重视，仍旧有80%的学生着装不符合规定、有85%的学生不知道要用的药品试剂如何保存与注意事项、40%的人不知道灭火器如何使用、还有88%表示不熟悉消防设施及安全通道。针对这一现象,教育部发布了一系列政策文件,督促各高校建立及完善实验室安全管理制度,以便有效保障在校师生员工的生命、财产安全。其中教育部办公厅《关于加强高校教学实验室安全工作的通知》(教高厅[2017]2号)明确指出，“高校要建立教学实验室的安全准入制度,对进入实验室的师生必须进行安全技能和操作规范培训,未经相关安全教育并取得合格成绩者不得进入教学实验室。”

1 高校实验室安全工作的现状

1.1 缺乏实验室安全知识,安全意识比较淡薄

近年来,实验室安全越来越受到高校的重视,但仍然有待改进。如教师的晋升及考核主要依据论文的级别和数量、项目经费、课时多少及学生评教分数等容易量化的内容,而安全方面只要不出事故考核就不受影响[2]。大学生在进入高校前,大多缺少安全知识方面的学习,甚至没有掌握基本的安全常识。一些学生在实验前没有能够认真学习相关的注意事项,有的不能严格按照规程进行操作、安全意识比较淡薄,存在比较严重的安全隐患,给师生人身和财产造成较严重威胁。

1.2 安全制度不严,检查不力

近年来,尽管高校管理部门不断加大实验室的安全检查工作的力度,但安全检查有时是走过场，对于发现的问题不能立即采取措施加以解决，检查工作在形式上过于繁琐，安全检查不能长期坚持，师生思想上安全意识的麻痹大意等现象较为普遍[3]。而对于一线的实验室管理人员来说,似乎花再多的精力用于实验室安全上也不能为自己晋升或考核加分,所以在一些实验室存在有制度不依、有隐患不能及时加以排除的现象,实验室人员也存有不会出事的侥幸心理。

1.3 缺乏应急预案或者有预案成为摆设

有的学校,特别是一些民办高校出于成本的考虑,对实验室的安全投入严重不足,特别是消防器材、急救器材等,有的实验室没有足额配备这些器材,而有些实验室配备了相应的器材,但平时是锁起来的,而钥匙在保卫处,一旦发生事故不能马上投入使用[4]。甚至有少数高校未对实验室人员采取有效的培训,也没有应急预案,有些相关人员不会使用这些应急器材,发生安全事故后,显得束手无策而陷于被动局面。

1.4 缺乏专业化的管理人员

长期以来,高校重视引进学科带头人、教学名师或有国家级称号的人才,而实验室则成为解决这些引进人才家属的去处,有些实验室也成为安置转业军人、教职工家属的场所[5]。在师资培训上,很多高校倾向于将资金投在专业教师梯队建设上,对于安排实验室教师队伍安全培训学习的机会则很少,此外临时工或学生到实验室工作和值班的现象较为普遍,而这些人员良莠不齐,缺少规范的管理体系和必要的安全技能训练,应急处理能力普遍较低,所以一些实验室的安全管理水平不高。

1.5 危险品的购置与处理的多元化现象突出

实验人员在购置危险品时关注更多的是价格,需要时给商家打一个电话就送到学校,由于供货商多,也难以做到统一的规范化处理。危险品送到学校后,谁领用了多少、什么时候领用的、产生了多少废弃物,没有严格登记,有些学校由于经费紧张,对于产生的废弃物未能进行严格的环保处理,而是为了应付检查适当处理一部分,大部分直接倾倒,严重污染了环境[6]。

2 系统的设计与实施

2.1 系统的技术架构

实验室安全知识学习与考试系统在设计时使用如图1所示的多层架构开发模式,包括持久层、业务层、表示层和数据层[8]。持久层使用Hibernate框架实现；表示层使用MVC model2模式；视图(V)采用Free marker；控制器(C)采用Spring MVC来实现MVC model2模式,可以让系统程序数据的显示与业务逻辑分离,并使得各模块更加易于测试。

图1 实验室安全考试系统架构

实验室安全知识学习与考试系统结构采用基于J2EE的B/S架构,这种技术可以从代码简单重复中脱离出来,把主要精力投入到业务逻辑中,提高开发效率,它的预编译和跨平台兼容性也优于PHP和ASP[7]。服务器采用多层结构方式开发,使用Hibernate + Spring MVC + Free marker构建各子系统,采用面向切面编程(aspect oriented programming,AOP)思想,可以使系统结构清晰,系统更易维护和扩展,降低系统耦合度并且提高了软件可维护性。

2.2 系统的业务流程

为了便于不同用户的使用需要,系统分为学生、教师和管理员3个角色,每个角色有独立的功能菜单和相应的权限,角色间相互隔离[9]。用户在登录时系统会自动识别所属的角色,然后跳转到相应的页面呈现相应的功能菜单,其业务流程如图2所示。系统采用URL请求验证机制,用户只能访问Action,不能直接访问页面。

图2 实验室安全学习与考试系统业务流程

2.3 系统的主要功能

实验室安全知识学习与考试系统面向高校实验室使用人员,采用基于J2EE的B/S架构设计,系统用户角色包括学生、教师、管理员等[10],其主要功能包括资源维护、试题录入导入、培训计划制定、考试安排、考试监控、自动评分和人工评分等功能。

(1) 资料建设与管理。指对培训、考试的基础资源的管理,包括了学习资源、课程、试题、试卷、测验的管理,其中学习资源类型包括文档、图片、动画、视频、虚拟仿真,试题格式均采用国际标准。

(2) 培训计划。教师可以将已经创建好的课程、测验以培训计划的形式安排给需要参加安全培训的学生或教师,培训计划支持有效期设置,即开始时间、结束时间设置,可对计划内课程、测验设置先后学习顺序,为培训对象设置循序渐进的学习过程,使其更好地接受学习内容[11]。

(3) 考试管理。教师在考试管理可以维护考试信息,安排参加考试人员,考试支持有效时间、考试时长、及格线设置[12],考试完毕计算机自动阅卷,教师发布成绩,学员可以查看成绩、打印合格证书。

(4) 学习中心。学生可以参加教师安排的培训计划,完成课程学习及测验。

(5) 考试管理。管理员或教师可以设置安全考试,学生参加教师或管理员已经安排的考试,考试合格后,可以下载或打印合格证书[13]。

(6) 统计分析。多维度统计数据,包括学习资源统计、试题统计、培训统计、考试统计以及大数据统计等,同时支持统计数据导出。

(7) 问卷调查。支持实名或匿名2种问卷形式,方便教师、学校及时搜集学生对培训的反馈情况。

(8) 系统管理。系统管理可以设置角色的权限、批量导入导出用户、成绩、题库等数据。

(9) 用户管理。个人中心主要功能是维护个人资料,收发消息。

2.4 题库建设

不同专业的学生开设的实验课程有较大的差异,需要的安全知识也就不尽相同,经过查阅相关文献,设计了如表1所示的实验室安全考试系统的题库。

表1 实验室安全考试系统题库组成

2.5 系统运行所需的环境

为了确保系统稳定、流畅地运行,无论是服务器，还是客户机需要一定的技术参数,具体如表2所示。对于规模大的高校,从可靠性和安全性的角度考虑,可以采取双机并行运行的方式，并提高服务器的技术参数。

表2 实验室安全考试系统硬件环境需求

3 系统特色

(1) 内容生动。引入微仿真资源,将抽象学习内容具体化,方便学生更好理解与掌握,并运用最先进的三维仿真技术,支持多媒体编辑提高培训效果。

(2) 符合国家政策。涵盖《关于开展高校科研实验室安全管理现场检查通知》(教技发中心函[2015]149号)对高校实验室安全教育检查项的要求。

(3) 覆盖范围广。系统可供全校师生使用,并可集成到学校一卡通、教学教务等系统中。

(4) 资源共享。系统针对实验室安全管理和知识培训整体需求设计,更加注重实际培训效果,可实现实验室内外、本学校更广范围内的教学资源共享。

(5) 无时间与空间限制,节约环保。只要能够链入互联网,随时随地可以接受培训,充分利用碎片时间,无抢座占座困扰,并且线上考试,避免纸质化考试因印刷、考场准备、监考、阅卷而造成的人力、财力资源的浪费[14]。

(6) 所见即所得。试题、试卷录入采用所见即所得方式,教师编辑试题、试卷时的样式与考生考试所见样式一致。

(7) 采用国际通用标准。提供多种数据导入、导出功能,方便数据收集、分析和统计,并能及时了解全校师生实验室安全知识掌握情况。

4 系统实施的效果

实验室安全知识学习与考试系统已经在我校相关院系的近3 000名本科生及研究生中正式使用,取得了良好效果,师生实验室安全意识得到有效提升、师生实验安全素养得到较大提高、实验操作规范化程度得到极大改善、应急处理能力得到显著增强。

(1) 实验室安全知识学习的效果显著提升。学生通过反复强化练习通过考试,掌握了安全知识,提高了安全技能,相比传统的只是在实验室宣读安全规则的方式,安全知识学习的效果显著提高。

(2) 实验室安全知识学习的效率和可操作性显著提高。互联网+教育的模式便于对大批量学生同时开展安全知识学习,不需要专门的场地,计算机自动评阅试卷,省去了教师的批改工作,提高了实验室安全知识学习的效率。

(3) 安全知识学习的方式得到优化。无论校内校外,也无论是计算机、平板机还是手机,学生只要链网都可随时进行学习。学生通过文字阅读、视频浏览、事故案例呈现以及模拟考试等形式完成安全知识学习[15]。另外,学生系统提供的模拟考试能够反复练习，强化学习效果,同时通过随机组卷策略避免作弊行为。

(4) 对学生管理的精度得到了加强。通过安全知识学习管理系统,可以为不同专业的学生制定相应的题库、考核方式和考核时间,还可随时查阅每个人的学习进度、考核结果等,这样可以精确管理到个人。

(5) 校园安全文化建设得到推动。实验室安全文化是校园安全文化的重要组成部分,系统为进一步深化和推进学校安全稳定工作的整体水平,使安全知识学习工作更加系统、规范和制度化。

5 结语

实验室安全知识学习与考试系统作为开展实验室安全教育的重要载体,教育方式得到了创新、教育效果得到提升。我校师生自从通过该系统强化实验安全知识学习以来,丰富了安全知识、掌握了必备的实验室安全技能、提高了实验操作能力和风险防范能力,未发生实验安全事故,保障了师生的人身和财产安全。

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