论文高校实验室安全和环保知识教育考试系统的开发和应用，该文是高校实验室方面毕业论文开题报告范文跟环保知识和高校实验室和教育类毕业论文开题报告范文.
摘 要：为了加强实验室安全与环保教育,推动师生共同做好实验室安全与环保工作,本文提出利用JaEE等现代网络信息技术构建面向高校实验室安全与环保知识教育的考试系统.本文介绍了系统的设计理念与目标,详细阐述了系统的设计架构和功能,系统在华南农业大学实验室安全与环保教育和首届广东省大学生实验室安全与环保知识竞赛中取得了良好的应用效果.
关键词：实验室安全与环保；考试系统；安全教育；安全与环保
中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）38-0142-06
一、引言
实验室是教学实践和科学研究的重要基地,是学校全面实施综合素质教育、培养学生实验技能、知识创新和科技创新能力的必要场所.近年来,高校实验室安全事故时有发生,严重影响了正常的教学、科研秩序,危害了国家和广大师生员工的生命财产安全,不利于高校教学科研的可持续发展.加强实验室安全与环保教育,提高师生的安全环保知识水平和增强师生的安全意识是减少实验室事故的有效途径.传统的安全教育方法主要包括组织安全知识讲座、印发学习材料、召开事故现场会、开设实验室安全课的课堂教学等方式.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[1],但是传统的安全教育方式存在着覆盖面有限、教育内容不够系统全面、缺乏个性化教育、学生主动学习不够等缺点[2].纵观国内外,国际上发达国家和地区的高校非常重视安全、环保的建设,如美国麻省理工大学、澳洲阿德莱德大学、香港科技大学为代表的很多知名高校在实验室安全与环保的教育方面都建立起相应的培训与考核系统[3-7].近年国内也有少数高校开始建立实验室安全教育与考核系统,如清华大学、江南大学、四川大学、杭州电子科技大学、首都医科大学等,这些高校所建系统因学校实际不同而各具特点[8-14].利用现代网络信息技术以及丰富的网络信息资源建立“互联网+实验室安全与环保教育”的考试系统,让学生通过网络自学并通过网上考试考核,是开展实验室安全与环保教育的有效途径.华南农业大学是广东地区乃至全国最早利用信息技术手段开展实验室安全与环保教育的高校之一,早在2009年起就开发了实验室安全与环保知识教育的考试系统并投入使用,成功举办过两届校级实验室安全与环保知识竞赛和首届广东省大学生实验室安全与环保知识竞赛,此后每年均开放给师生使用,至今累计教育人数近10万人,并取得了显著的效果.本文将详细阐述华南农业大学实验室安全与环保教育考试系统的开发技术、设计思路、系统功能和应用效果.
二、相关技术
系统采用B/S结构、Ja EE技术平台、MVC设计模式和MySQL数据库,并综合使用Struts和Hibernate等技术进行开发.
1.B/S结构.B/S（Browser/Server）结构即是浏览器/服务器结构模式,它以HTTP为传输协议,用户通过浏览器访问Web服务器和与其相连接的后台数据库,服务器接收到浏览器的请求后,从数据库中获取数据并在Web服务器上按业务逻辑运行处理后将处理结果传回给浏览器的运行模式[15-17].相对于C/S（Client/Server）结构,它最显著的优点是系统软件运行于Web服务器而与客户端无关,免去用户安装客户端软件的烦琐,因而具有较好的易用性,同时易于维护与扩展升级.2.Ja EE技术平台.Ja EE（Ja Platform EnterpriseEdition）是Ja平台企业版,在Ja的基础上整合了JSP、Ja Applet、Ja Beans、Servlet、EJB等关键技术而形成的一套面向企业应用的体系结构,它已不仅是一门编程语言,更是一个企业级的分布式应用规范.软件开发人员可以直接在Ja EE平台上进行软件的开发,同时开发出的程序可以轻易地在不同的两台机器上进行移植,即Ja可以独立于操作系统而存在.
Ja EE应用程序中主要包括客户端组件、Web层组件、业务层组件三大类型组件[16].
3.MVC设计模式.MVC（Model View Controller,即模型—视图—控制器）是设计开发Web应用程序的流行模式.它将整个任务中的对象分成了Model、View和Controller三部分.其中Model就是模型,它是应用程序的核心,用于处理程序的数据逻辑,比如负责对数据库中资源的访问；View即视图,它是应用程序中实现为用户显示数据的功能,而视图的建立往往依赖于模型；Controller即控制器,程序与用户的交互则由它来完成,负责接收用户输入、从视图读取数据、向模型发送数据等工作[18,19].
4.Struts.Struts框架是基于MVC的开源框架,是当前Web开发中最为流行的设计和开发框架.在Struts框架中,模型由实现业务逻辑的Ja Bean或EJB组件构成,控制器由Action Servlet和Action来实现,视图由一组JSP页面构成[19,20].Struts包含模型（Model）、视图（Viewer）、控制器（Controller）和XML配置文件四部分,其主要的设计理念是通过控制器将表现逻辑和业务逻辑解耦,以提高系统的可维护性、可扩展性和可重用性.Struts框架的体系结构,具体如图1所示.
图1 Struts框架体系结构
5.Hibernate.Hibernate是目前最流行的开放源代码的ORM（Object Relational Mapping）框架,是连接Ja对象模型和关系数据模型的桥梁,负责Ja对象和关系数据之间的映射.它对JDBC进行了轻量级的封装,不仅提供ORM映射服务,还提供了数据操作和数据缓存功能.Hibernate将SQL操作完全封装成对象化的操作,Ja开发人员可以方便地通过Hibernate API来访问数据库[15,19].
6.MySQL.MySQL是一个开放源码的关系型数据库,它使用C和C++编写,并使用了多种编译器进行测试,保证源代码的可移植性,支持Windows、Linux、MacOS、Solaris等多种操作系统.相比较其他系统而言,数据库可以称得上是目前运行速度最快的SQL语言数据库之一.更重要的是该数据库是一种完全免费的产品[17,21].由于MySQL具有诸多优点,因此选用它作为系统数据库进行开发.
三、系统开发
1.设计目标.为了加强实验室安全与环保教育工作,提出利用现代网络信息技术建立“互联网+实验室安全与环保教育”的考试系统,让学生通过网络自学并通过网上考试考核提高教育水平.网上考试系统的具体设计目标是能够实现计算机网络环境下的命题、组卷、答题和自动评分.教师和管理人员可以通过系统后台管理题库、组织出题、管理考试、批改试卷、查阅考试相关统计信息、发布考试公告等.考生可以通过浏览器登录考试系统参加考试和查看成绩等.考试结束时系统会自动收取试卷结束考试,并且能够自动判卷得出成绩,同时要求系统具有良好的性能,能支持5—10万人同时在线答题.
2.设计框架.
（1）系统的设计路线.题目按照所属类别分类汇聚到题库,从题库中按照特定的方式抽取题目从而形成考卷,而考试即由考生信息库中选取参考人员和选择生成考卷的方式共同形成.换言之,考试就是为考生分配考卷,同时为了便于管理,对正在或即将进行的考试定义为考场,考场可以实时监控考试状态并对实时发生的情况提供相应的处理方法.图2为系统的设计路线图.
（2）系统的技术框架.系统采用基于Ja EE架构的五层Web开发模型[22],即客户层、Web层、业务层、数据访问层和数据存储层,如图3所示.①客户层：用户在使用应用程序过程中的操作界面和数据请求结果的显示由客户端及其运行的客户层组件构成.B/S模式下客户层的应用变得简单,可以用浏览器进行交互.②Web层：运行在Ja EE服务器上,主要是将客户端发送的请求进行处理,将处理后反馈给客户端的信息进行描述,主要以HTML文件的格式发送.
该层采用Struts技术框架,其功能组件主要包括Servlet和JSP组件.③业务层：运行在Ja EE服务器上,它不关心系统的实现细节问题,主要实现与应用系统程序相关的业务逻辑功能,只关注具体的业务逻辑事务分析.业务层组件主要有三种,即Sessionbean、Entity bean和Message-Driver bean.④数据访问层：该层提供所有与数据库操作相关的接口,为业务层提供数据服务,对数据存储层进行抽象封装,保证数据存储层从业务逻辑层看是完全透明的.可以利用Hibernate框架,通过Hibernate API来访问数据库.
⑤数据存储层：运行在数据库服务器上,主要将数据访问层的数据处理功能转换为具体的数据库或文件操作[23,24].
3.系统功能.实验室安全与环保知识教育考试系统是遵循MVC设计模式,采用Ja EE技术平台和基于五层体系架构开发的B/S模式的系统.系统主要分为三个功能模块：学生模块、教师模块和管理员模块,分别对应三种角色,具有不同的权限和功能.每个大模块下面又有若干个小功能模块,实现不同的功能.系统的功能结构如图4所示.
（1）学生模块.学生可以通过浏览器直接访问系图4 考试系统功能结构图
统,包括修改信息、参加在线考试和查询成绩等.①修改信息：考生在首次使用该系统需要注册信息,通过教师用户审核后,注册的信息开始生效,考生就可以使用注册*和登录系统,登录后如果发现信息有误,还可以修改自己的.②在线考试：考生成功登录系统后可以选择参加在线考试,根据考生选择的考试,系统会自动从题库中抽取相应的试题进行组卷,为考生分配相应的考卷并返回到考试界面,由此在线考试开始并进行计时.③成绩查询：考生登录系统后,可以查询本次考试和以往考试的成绩.
（2）教师模块.教师用户的权限由管理员用户分配.教师用户经管理员授权后,可以登录考试系统的后台管理系统进行考试管理.具体的管理功能包括题库管理、考生管理、考卷管理、考试管理、考场管理、试卷评分和发布公告等.①题库管理：题库是题目按照一定的方式组织起来的题目集合.题目的组织按照多级分类编排入库,每门考试分为若干知识点,而知识点划分为一级知识点、二级知识点、知识点和四级知识点.为了更加精细地管理题目,根据题目的难度不同,为每道题目标注不同的难度系数.目前,我校的实验室安全与环保知识题库已建立起涵盖“防火防爆”、“电气安全”、“危险化学品”、“生物安全”、“放射性安全”、“信息安全”、“实验室事故紧急处理与救援”等十大类知识约2000道题,知识点齐全,难度系数均有标注.题库的题目分布情况见表1.②考生管理：对学生的基本信息包括学校、学号、姓名、年级、学院、专业名称等进行管理,除了必备的增删查改等功能外,还具有数据的批量导入和导出功能以及重置考生的功能.③考卷管理：系统在题库中按一定方式抽取题目从而形成考卷.在上机考试中有两种比较常用的考卷模式：普通考卷与随机考卷,这两种考卷模式在生成考卷的时候均可选择.a.普通试卷：同一套题,打乱题目顺序（包括题目顺序和选项顺序）；题目均从题库中抽取,添加题目是可以自动从不同类别的题目中选取若干道或者手工选择题目.b.随机试卷：题目从题库中按一定比例从不同类别的题目中抽取.每份考卷都是自动随机生成.④考试管理：根据考试时限要求,考试可以分表1 实验室安全与环保知识题库
为批次考试和滚动考试.a.批次考试是严格的定时考试,开考时间一到就开始启动考试,晚登录的考生无法获得补时,结束时间一到就结束考试.b.滚动考试是考生在允许登录的时间范围内的任何时间都可登录考试,并且保证考试的时间长度不会削减.在设置考试中,可以根据需要选择不同的考试方式,并设置好考试的开始时间和结束时间以及添加考试人员.
考试管理功能除了设置功能外,还可以查看考试的相关信息,包括查看考试人员、考卷、考试成绩、题目的使用频率和答题正确率等.⑤考场管理：从时间的完成情况划分,考试分为两种：一种是已经完成的考试,另一种是尚未完成的考试,即正在进行或将要发生的考试.为了便于管理,我们把尚未完成的考试定义为考场.对于考场的管理,管理功能包括发布考场公告、重置考生、考场延时、查看当前考试状态（如考生的答题时间和完成考试的人数）、实时统计考生成绩和排名等.⑥试卷评分：试卷评分有两种情况：一是未到考试结束时间考生提前交卷,此时系统就会对考卷自动进行评分并得出考试成绩；二是由于考试时间到了而强制结束考试,系统也会自动把考生的答卷提交上来.批改试卷就意味着考试的完全终结,不管考生有没有来参加考试,也不管考生是否提交考卷,系统都会对考场的所有考卷进行强行批改,生成成绩表,把相关数据记入数据库.对于个别考生由于网络等原因造成的断线异常,系统也提供手动评分功能作为补充.⑦公告发布：主要方便教师用户把考试相关的信息能批量及时地推送到学生考试终端,让学生及时掌握考试的相关信息.
（3）管理员模块.管理员用户拥有系统的最高管理权,具有用户管理、权限分配、科目维护和系统参数设置的功能.①用户管理：管理员用户可以创建教师用户、修改教师用户信息和重置用户、删除教师用户等.②权限分配：为了增强系统安全性和便于管理,设置了多级权限管理功能.系统设置了管理员、教师管理员、考生用户等不同用户的管理权限.管理员具有一切权限,可以创建教师用户和管理员用户.教师用户经管理员授权后具有某门科目考试的管理权限,而考生用户只具有参加考试、查看考试成绩、查看考试公告、修改用户等权限.③科目维护：管理员可以创建和管理不同的考试科目,对教师用户的授权也是按照科目授权,教师用户只是具有经授权科目的相关管理功能.④参数设置：对考试系统相关参数进行设置,如是否开启教师端登录、是否关闭学生端登录、是否开通学生的注册功能等.
四、系统应用
华南农业大学实验室安全与环保知识教育的考试系统（如图5—6所示）早在2009年起就开始了研发并投入使用,后来经过不断锤炼和完善,具有了良好的稳定性.我校利用该系统负责全校学生的实验室安全与环保知识教育,每年均有1万多学生参加考试与考核,至今累计教育人数达近10万人.此外,我校利用该系统已成功举办了两届校级实验室安全与环保知识竞赛,共吸引了近4000学生参加.随后,我校在广东省教育厅的领导下又承办了首届广东省大学生实验室安全与环保知识竞赛,共有来自53所本科院校合计44157人报名参赛,产生了积极广泛的影响效果.我校先后在全国动植物学科组国家级实验教学示范中心建设会、广东省高校实验室工作年会、广东省高校实验室安全管理培训班及全国农林高校实验室工作研讨会上做了有关“实验室安全与环保”的专题示范,对广东省高校和全国农林类高校的实验室安全与环保教育工作起到了良好的示范作用和辐射效果.
利用该系统通过网络化方式进行实验室安全环保教育和考试,突破了时间与空间的限制,学生可以随时随地地参加学习与接受网络考核,省去了教师的许多工作,减少了大量的人力、物力.网络考试方式不需要人工阅卷,学生通过计算机来答题,待答题结束后计算机立即给出考试结果,大大提高了实验室安全与环保教育的效率.
五、结语
基于实验室安全与环保知识教育的考试系统的建设,切合了“互联网+教育”的时代潮流.在技术层面上,考试系统采取B/S模式和五层架构方式,有利于提高系统的开放性和稳定性；系统运用的“题目—题库—考卷—考试—考场”功能逻辑结构设计,使得结构清晰,有效降低了软件的耦合度,提高了内聚性,便于维护和扩展.在应用层面上,系统在我校经过多年的应用和完善,并且历经了省级大型赛事的检验,具有良好的示范作用和应用效果,对于开展实验室安全与环保工作起到了很好的推动作用,富有推广价值.
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参考文献：
1、 高校实验室安全问题与管理措施 高玉坤,张敏,黄志安,张英华（1 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083；2 北京科技大学矿山避险技术研究中心,北京100083）摘要高校实验室安全问题历来被社会高度关注.
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