實驗室安全與環保信息化系統研究與實現

陳 潤，琚生根，周 剛，師 維

（四川大學 計算機學院，四川 成都 610065）

實驗室是高等學校教學科研的重要基地，只有做好實驗室的安全與環保工作才能保證教學和科學研究的順利開展，保障師生員工的人身安全，保護國家財產免受損失。有調查表明：在實驗室安全事故中，人為因素比例高達88%［1］。因此，“預防為主，教育先行”，實驗室安全環保知識的宣傳、教育和培訓工作應該成為職能部門的工作重點。但是，近年來隨著高校辦學規模和招生數量的不斷擴大，對實驗室資源的開放、共享性要求更高，進入高校各類實驗室的人員呈現數量多、流動性大、成分復雜、知識層次不齊的特點［2］。同時，傳統的安全教育培訓也存在著方式落后、教育資源單一等缺點［3－5］。因此，建立實驗室安全和環保宣傳、教育培訓、考評信息系統對改變傳統工作方式，提高工作效率，減少安全事故的發生，提升學校實驗室綜合實力有著極其重要的意義。

1 高校實驗室安全與環保宣傳、教育培訓、考評現狀

目前有些高校開設了實驗室安全環保選修課程［6］，不是必修課程。由于各專業需求不一致，課程開設重復，廣大研究生、實驗管理人員、實驗指導教師、科研人員和外單位人員并未納入教育培訓體系。其中，研究生作為校內科研性實驗室的使用主體，一直以來都缺乏相應的安全和環保知識的教育和培訓，而校內的科研實驗室分布散，使用人員復雜，管理體制相對松散，具有很大的安全隱患。所以對研究生的教育培訓，以及相應的準入機制的建立迫在眉睫。實驗室管理人員、實驗指導教師和相應的科研人員，作為實驗室的管理者和指導者，他們的安全環保意識，正確規范的管理和操作技能以及應急處理能力，都將直接影響學校的安全與環保的管理水平［7－11］。

本文研究和實現了一個實驗室安全和環保宣傳、教育培訓、考評信息化系統，將研究生和實驗室管理人員包括實驗指導教師和相關科研人員納入教育培訓體系。學生和其他相關人員通過該平臺能自主地進行安全與環保知識的學習和測試，能方便地獲得各種相關的資源，學校管理者也能通過該平臺對于學生和相關人員進行考評，并以此作為準入條件。

2 系統設計

2.1 系統框架

該系統的前端應用系統和后臺管理系統均采用B／S結構。與傳統的C／S結構相比，B／S結構具有較高的可維護性和靈活性。在B／S結構中，用戶界面完全通過WWW瀏覽器實現一部分邏輯在瀏覽器端實現，主要事務邏輯在服務器端。軟件架構上采用3層結構體系：用戶界面層、業務邏輯層和數據訪問層。其中用戶界面層負責用戶界面的顯示工作，完成界面與最終用戶交互的功能，它通過統一的接口向業務層發送請求，在應用程序中體現為擴展名是.aspx的頁面文件；中間層為業務邏輯層，負責封裝業務邏輯和規則，在應用程序中被封裝為.Net組件，它按自己的邏輯規則將用戶界面層的請求處理之后進行數據庫操作，然后將數據庫返回的數據封裝成類的形式返回給用戶界面層；數據訪問層負責對原始數據（數據庫、XML文件、文本文件、二進制文件等）的操作，這種體系結構可重用性好、性能可調整、易于管理和維護，能為實驗室安全和環保宣傳、教育培訓和考評信息化系統的實現提供良好的平臺。

2.2 功能模塊

系統的業務邏輯層按功能和業務流程進行了劃分，形成多個子模塊，這些子模塊之間的交互以及與客戶層和數據庫之間的交互應盡量保持相對獨立性。考慮到系統的安全性和適用性，模塊的處理采用RBAC模型，即基于角色的訪問控制機制。根據系統的功能和未來的使用的情況，將不同的用戶劃分為系統管理員、平臺資源管理員、平臺用戶管理員，準入考評管理員、學生、實驗室相關人員這6個角色，每個角色對應不同的權限，具有不同的功能模塊。

2.2.1 系統管理模塊

該模塊主要完成整個平臺的權限的設置和修改，以及一些系統后臺的維護功能。系統管理員可以創建各種角色，設置不同角色能夠訪問的功能模塊。可以創建用戶，并為用戶分配不同的角色。其功能模塊圖如圖1所示。

2.2.2 平臺資源管理模塊

該模塊主要完成平臺共享資源包括教育培訓素材、考評自測題庫的建立，管理和維護以及相關信息的發布，其功能模塊包括：相關信息發布、教育培訓素材管理和考評自測題庫管理模塊。

圖1 系統管理功能模塊圖

2.2.3 前臺用戶管理模塊

該模塊主要管理和維護平臺的前臺使用者的信息。可以批量地導入學生或者實驗人員的信息，配置登錄的賬號和初始密碼，分配相應的角色。

2.2.4 準入考評管理模塊

該模塊主要管理通過平臺進行網上準入考試的相關事務。包括創建和管理試卷、組織和管理考試、管理考試成績和確定準入資格。準入考評管理功能模塊包括：試卷參數設置，試卷設置和管理、考試設置和管理、考試成績管理和準入資格確定。

2.2.5 學生使用功能模塊

該模塊主要面向學生。學生通過平臺可以修改密碼、自主學習實驗室安全與環保的相關知識、自我測試，通過平臺參加準入資格的在線考試，并能即刻查詢出考試的成績。學生使用功能模塊包括：修改密碼、自學、自測、在線考試和成績查詢。

2.2.6 實驗室相關人員使用功能模塊

該功能模塊和學生使用功能模塊類似，這里不再贅述。

以上六大功能模塊中，前4個模塊屬于后臺管理，后2個模塊屬于前臺應用。

2.3 題庫設計

系統題庫設計的合理與否關系到整個系統運行的實用性和高效性，因此應在設計之初盡量考慮周全，應從題型的考試類型、專業方向、難易程度和使用學生年級和專業、相關人員的等級和所從事的專業方向等來加以考慮。本系統考慮到所涉及的實驗室安全與環保的知識點的構成情況，將題目的類型設置為單選、多選和判斷3種。難易程度上分為：科普級，適用與全校所有學生；專業基礎級，適用于某一專業方向的本科生；專業級，適用于某一專業高要求的本科生或某一學科方向的研究生。專業方向根據高校的實際應用情況分為防火安全、生物醫學、化學危險品等11個方向［12］。

題庫參數的細化使生成的試卷能滿足本系統各種受眾的不同要求，具有隨機性、科學性和合理性，提高了系統的適應性和可擴展性。因為系統采用了隨機出題的方式，所以在系統的運行之初需要先完善題庫，要保證題目的數量較大，而且各個不同難易度和專業方向的題目，3個不同題型的題目所占的比例要配置合理，這樣才能保證隨機組卷出的試卷的質量。

3 系統實現

系統采用基于.NET框架的開發平臺，前端開發工具選用VisualStudio.Net2008集成開發環境，結合ASP.NET和ADO.NET技術進行開發，在IIS6.0上進行發布，后臺數據庫選用SQL Server2005數據庫平臺。

主界面分為導航欄、選單（菜單）欄、工作欄三大功能區域。用戶登錄后在主界面上能看到系統發布的通知公告和待辦事項提醒。

為了提高系統的通用性，將試卷的難易度也分為3個級別，這3個級別的難易程度可以通過設置不同難易度題目所占的比例來進行調整。創建試卷時，管理員需要設置試卷的難易級別、考試范圍、不同題型的數目和分值等參數，設置完成后、在提交前，系統會自動檢查參數是否合理，若有問題，系統會自動提示。

管理員在試卷的基礎上組織考試，一份試卷可以組織多次考試，管理員設置考試名稱、及格條件、考試時間、是否允許模擬練習、模擬練習時間、參加考試人員范圍等參數（如圖2所示）。考試組織完成后，被設置參加考試的用戶在登錄后的主界面上就能看見考試提示。

圖2 考試設置界面

在線考試時，系統按照試卷中設置的參數從題庫中自動抽題生成試卷，每一個受試者都對應一份不同試卷，這樣可以有效地防止作弊行為。受試者要在規定時間內完成，超過時間系統將自動提交。閱卷由系統自動完成，生成成績并提交數據庫，受試者可以馬上查詢成績和是否通過考試。

如果管理員組織考試時允許開放練習，那么學生或者其他參考人員可以在正式考試前進行自測，自測的題目的設置參數和正式考試的完全一致，完成提交后系統自動閱卷，并立即給出成績和參考答案。這種方式提高了學生學習的主動性，使學生在反復練習中加深印象，達到教育培訓的目的。

4 結論

系統雖然在前期完善數字化實驗室安全和環保宣傳材料，數字化實驗室安全和環保教育、培訓材料和建立數字化題庫以及軟件開發方面有一定的投入，但是一旦數字化信息完善，軟件能正常運行，該系統適用于大批量學生進行安全教育、考核，適用于全校各個院系的本科生、研究生及實驗室管理人員、實驗教師和科研人員。

本系統的應用將優化學校的安全教育的組織和培訓形式，擴大安全教育的范圍，提高安全教育的效率，同時節約了學校資源，減少管理者和實施者的工作量，使日常的安全環保宣傳、教育和培訓管理工作更加規范化、科學化。

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