实验室安全课网上学习与考试系统的开发与应用

1实验室安全课网上学习与考试系统的开发与应用赵庆双1，闻星火1，王臻2，冯志林1，李明1（清华大学实验室与设备处1，北京，100084）（清华大学计算机与信息管理中心2，北京，100084）摘要：论述了开设学生实验室安全课及安全教育的目的和意义，介绍了学生实验室安全课网上学习与考试系统的设计理念与开发过程，阐述了该系统的应用效果及所产生的影响。关键词：实验室安全；安全教育;学习与考试系统TheDevelopmentandApplicationofStudyandExaminationSystemThroughInternetforLaboratorySafetyZhaoQingshuang,WenXinghuo，Wangzhen，FengZhilin,LiMing（OfficeofLaboratoryandEquipment,TsinghuaUniversity,Beijing,100084）（ComputerandInformationManagementCenter,TsinghuaUniversity,Beijing,100084）Abstract：Thepaperdiscussedthepurposeandsignificanceofestablishingstudentlaboratorysafetylessonandsafetyeducation.Thedesigningideaanddevelopmentprocessofstudentstudyandexaminationsystemthroughinternetwereintroduced.Theapplicationeffectandinfluenceofthissystemwereelaborated.Keywords:laboratorysafety；safetyeducation;studyandexaminationsystem1.设立实验室安全课的目的和意义安全是我们每个人共同的心愿，“安全第一，预防为主”是我国安全生产与管理的工作方针。如何才能有效地保证安全，作者认为安全意识和安全知识是诸多保障安全要素中的重要内容。一些实验室事故的追踪调查表明安全意识不够或者安全知识不足是造成事故发生的主要原因。比如：一起事故中研究生将自己认为已经完全氧化的金属锂块放在水池里冲，结果锂遇水发生燃烧并爆炸，将水池子炸得无影无踪；另一起事故中研究生在做探索性实验时，将包裹金属的材料放到微波炉中加热，造成微波炉爆炸，炸得实验室面目全非。科学实验必须讲究科学，来不得半点虚假。不能想当然，更不能违背科学从事实验工作。大量的事实证明，有安全意识和安全知识的人为了保障安全能积极、主动地做好预防工作，可以防患于未然；即使不幸恰逢事故现场，有安全知识的人也能利用知识自救和救人，从而幸免于难，为社会和家庭减少损失，消减灾难。而安全意识和安全知识是不会自然产生的，主要来源于安全教育，为此拟开设清华大学学生实验室安全课，2针对全校学生做好实验室安全教育。我校正在建设综合性、研究型、开放式的世界一流大学，不仅实验室类型繁多，而且数量大；对应的，在实验室工作的大学生和研究生的专业方向多，人员多；相当数量的学生在实验室长期使用各种危险化学品、操作各种各样的仪器设备和机床等，给统一进行安全教育带来一定的难度。我校以前采用的安全教育方式有：请主管安全的系领导举办安全知识讲座，学生学习有关安全知识后当场考试的方式；学生毕业设计进入实验室之前集中进行安全教育的方式；编写并发放安全学习材料——《清华大学实验室安全手册》，学生学习后签字的方式；召开事故现场会的方式；开设实验室安全课的课堂教学方式等。这些安全教育方法在过去发挥了很好的作用，取得了一定的效果。但是不足的地方是：1）对学生安全意识的建立影响不够深入；2）对学生安全知识的教育不够系统、不够全面；3）安全教育的受益面不够广。安全是影响每个人工作、生活甚至生命的重大事情，让每个学生都具有足够的安全意识、具备必要的安全知识，使其受益终生是学生培养的重要内容。没有了生命，一切都将无从谈起。因而开展针对每个学生的全校性的、系统的、全面的、深入的安全教育是必要的。但是由于学生整体课内学时的限制，不同类型、不同学科学生的差别，开展统一的课堂教学是不现实的，利用现代网络信息技术，让学生通过网络自学并通过网上考试是切实可行的途径。2.实验室安全课网上学习与考试系统的结构与功能全校学生实验室安全课网上学习与考试系统的基本情况可以概括如下：学校在专门的网站上提供安全学习教材与资料，学生通过网上学习系统或其他资源自学后，利用网上考试系统申请参加考试的时间和考试内容，经有关管理人员批准后，参加学校组织的统一考试。不同院系的学生对应不同的考试题目，考试结束，计算机网上考试系统当场提供考试成绩，成绩合格者即可获得学分。考试成绩及学分是学生进入实验室工作的必备条件。2.1系统功能组成实验室安全课网上学习与考试系统的结构的三个核心分为三个模块是：一是学生的学习系统；二是学生的考试系统；三是系统管理员维护系统。学习系统包括下列功能：讲义课件、政策规章、符号标识、模拟问答、模拟测试、题库检索等。考试系统包括如下功能：考试预约、参加考试、成绩查询等。系统管理员维护系统可实现如下功能：新闻通知、新闻维护、系统设置、考试通知、考试预约的审批、考试试卷的设计、数据库的批量或手工少量倒入等。学生可以使用的功能模块如下图所示：3图1学生可以使用的功能模块校/系两级管理员可以使用的功能模块包括：图2校/系两级系统管理员的功能模块2.2系统功能特点系统采用成熟先进的J2EE技术，技术框架如图3所示：Oracle10G数据库服务器应用服务器A应用服务器B负载均衡器防火墙Web服务器AWeb服务器B用户浏览器图3系统技术框架图该平台的技术指标及特点是:1）具有良好的扩展性和伸缩性系统基于J2EE技术，系统在应用设计和应用部署时均采用分层体系结构，具有良好的扩展性和伸缩性。2）使用应用负载均衡技术提高系统负载能力为了提高系统的负载能力，平台采用了负载均衡技术（如图3所示），可以自动进行失效转移和负载均衡，提高了系统稳定性和服务响应能力。3）严密的系统安全机制系统部署时采用了多层防火墙（如图3所示）措施来保证网络安全和数据库安全。在应用系统信息安全方面，系统采取了基于角色的权限管理方案（RBAC0模型），权限模型如图4所示：带格式的:两端对齐4图4基于角色授权方案RBAC0模型图用户权限分为学生、院系系统管理员、校级系统管理员三种角色。每个用户登录系统后只能进行指定权限内的操作，看到指定范围内的信息。2.3实验室安全课系统管理员维护系统的功能（1）考题设置由院系系统管理员完成。一张满分的考卷可以选自两部分，一部分为随机生成的考题，一部分为固定设置的考题。系统管理员首先选择随机生成考题的级别：科普级、专业基础级、专业级；再选择取自哪个知识点或者学科（见参看后面第4页的表1）；最后设置每道题的分值。设置好后随机考题部分在将来的多次考试中就会随机变化并自动生成。固定设置的考题需要首先设计判断题、单选题和多选题各自选定题目的数目，设置每道题的分值，再到对应的级别和学科中手动选取对应数目的题数，最后保存即可生成一份试卷模版。一份试卷模版可以对应几种不同的考试方式。（2）系统配置由学校系统管理员完成。学校系统管理员根据院系需要为院系设置考试类别，可以为院系安排自动报名、集体报名、个人报名或自测考试等不同报名或考试方式，为考试管理提供信息资源。（3）考试管理由学校或院系系统管理员完成。在新增考试栏目中标注考试名称，选择考试类别，设定报名和考试的开始和结束时间，选择已有的试卷模版，并发布考试通知。学生通过网络报名后，系统管理员查看并审核需要审定的用户列表，通过审核后的学生即可参加考试。2.4实验室安全课网上考试的组织实施实验室安全课网上考试有两种方式：自测考试和实际正式考试。自测考试在任何联网的计算机上都可以进行，学生只要输入用户名和密码登录后，选择自测的试卷就可以自行测验。为了保障学生实验室安全课考试成绩的真实、有效，实际正式考试必须集中管理，规定考试时间、地点并有老师监考。因此在进行系统软件设计时，对用于实际考试的计算机的IP地址已经加以限制。学生想参加考试，必须在网上预约申请，通过审核后参加在规定时间和地点的计算机网络考试，取得成绩才能获得学分。3.系统的建设3.1做好工作动员，介绍工作目的、做法与意义实验室安全课网上学习与考试系统的题库建设工作受到全校主要院系和相关部处的大力支持。召开全校主要院系和部处负责人会议，由实验室与设备处处5长亲自动员，介绍全校学生实验室安全课网上学习与考试系统建设的目的、做法与意义。请各院系安排合适的人选，根据本单位实验室的情况分别建设考试题库。软件系统的研发工作由我校计算中心负责承担，研发队伍成熟稳定，采用J2EE技术先进可靠。3.2按我校现有学科分类，分配任务，做好安排目前，我校有13个学院，54个系，一些院系在实验室工作性质方面有共同点，比如：化学系、化工系、环境系、微电子所四个院系在化学危险品使用方面有共同的地方，又略有差别，因此安排他们四个院系出化学危险品方面的题目。生物系、医学院出生物医学方面的题目；用电安全方面的题目由电子系和电机系负责；辐射防护方面的题目由辐射防护室和核研院负责；基础工业训练中心出机械工程方面的题目；防火安全、治安防范与保密安全的题目由校保卫处负责。——规定上交题库题目的类型、格式和上交时间。3.3统一格式，整理分类，初步审核设计的实验室安全课网上学习与考试系统在学生考试完毕后，计算机立即给出分数，因此对考题的类型是有要求的。各院系上交题库后，判断题、单项选择题和多项选择题三种类型的题目可以用作计算机考试，其余类型的题目只能被“改造成”需要的或另作他用。另外，各个院系出的题目可能有交叉，并须通过“整理分类”合并“同类项”，便于将来专家按专业审核。“初步审核”是改正所出题目的明显失误，并对有疑问的题目请相关人员核对。3.4召开专家会议，审核题目的准确性、严密性，按难易程度分级用作学生考试的题目必须严密、准确，不能模棱两可。因此经过初步审核的题库必须由相关专家审核、确认后才能装进软件，以保证考试的严肃性和科学性。从我校不同的院系挑选专家，分别对相应的学科方向的题库进行审核、确认，同时按难易程度分级。网上考试题库中题目的分级要求：K：科普级：适用于所有文科和管理类院系学生的安全考试用，同时这个级别的安全知识是全校所有学生必须掌握的。J：专业基础级：适用于某一学科方向的大学生的安全测试用。Z：专业级：适用于某一学科方向研究生的安全测试用。分类情况请见表1。经过专家审核并分级的题库装入软件就可以用作考试了。实验室安全课网上学习与考试的软件系统是由我校计算中心负责开发的。表1按学科分类的知识点及其分级序号知识点科普级（K）专业基础级（J）专业级（Z）1化学危险品K1J1Z12生物医学K2J2Z23防火安全K3J34治安防范K4J45保密安全K5J56辐射防护K6J6Z67机械工程K7J7Z78土木工程K8J89仪器设备使用安全K9J9Z910实验室安全管理K10J1064.系统的应用效果实验室安全课网上学习与考试系统经过我校基础工业训练中心的试运行，已经取得了很好的效果。该中心每年承担一千多名大学生机械加工方面的课程（金工实习），课程内容包括冷加工（车、铣、刨、钻、磨）、热加工（铸、压、焊等）。每个工种的学习和操作都具有一定的风险，稍一疏忽就会造成难以弥补的人身伤害，因此安全培训显得尤为重要。实验室安全课网上学习与考试信息系统开通后，极大地方便了训练中心的安全培训过程。对每阶段300多名学生同时进行安全教育，只要分2次到学校计算中心参加考试，很快就有效地完成了这项工作。归纳起来，实验室安全课网上学习与考试系统有如下特点：1）强化了实验室安全教育的效果学生在进入实验室之前必须进行安全教育，如果采用网络考试的方式，学生在考试之前，必须充分地学习化学危险