應用于實驗室安全的微信小程序的設計與開發研究

劉會蘭，丁 可，關浩玉（華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003）

0 引 言

高校實驗室是師生進行實驗教學和科研的重要場所，是為創新人才的培養、科學研究服務的，是學校教學科研水平的直觀體現[1-3]。在互聯網科技日益發展的今天，手機等移動智能終端已經逐漸走進人們的日常生活。在眾多移動終端中，作為國內最大的聊天系統——微信，逐漸普及到各年齡段的人群[4-5]。近年來，微信逐漸開發了小程序，趨向于多功能一體化的發展方向，為人們的日常生活帶來了更多便利。微信小程序不僅集游戲、外賣等多功能于一體，同時節省了相關軟件的下載和內存消耗，受到了越來越多的用戶歡迎，并被大量使用。

基于此，基于微信小程序設計并開發了一套實驗室安全小程序，并將其作為實驗課程外的安全技能教學和考評工具，具有便捷、新穎等特點，給學生用戶和教師用戶帶來了良好體驗。此設計中包括安全演示、安全知識的自我學習和在線實驗室安全知識測試等功能，以提高學生的安全意識，減少學生實驗中的安全事故，更有效地保障實驗安全性。

1 系統設計

1.1 需求分析

大學實驗室是師生開展實驗教學和科研的重要基地。實驗室的安全運行是所有教學和研究活動的前提，而學生是實驗室一系列活動的主體。因此，如何提高學生的安全意識和安全技能成為亟待解決的問題。

在傳統的實驗室安全知識教學中，采取以教師、書本以及課堂為中心的教學模式，形成了教師單向灌輸、學生被動接受的局面。這種方式下，教學顯得枯燥乏味，學生的積極主動性不高，對知識的接受度低，收效甚微，且不可能隨時隨地學習實驗室安全知識。此外，教師對學生的知識掌握程度知之甚少，不能保證學生的實驗室安全。顯然，這種傳統的學習模型有很多缺點，并且迫切需要改進。

微信是學生群體普遍使用的新媒體平臺，其中的小程序功能備受歡迎。將微信小程序應用在實驗室安全知識的宣傳和教育上，是本項目的一大創新點與特色。本實驗室安全小程序可包括安全警示動畫、儀器安全操作要點演示、消防設施操作演示以及在線實驗室安全知識準入考試等模塊。學生可以在任何時間、地點使用微信上的實驗室安全小程序，完成安全知識自主學習和在線考核。只有通過安全準入考核，才能獲得實驗室的準入授權。這樣極大提高了學生的積極性和接受度，擺脫了傳統學習的時空限制。學生和教師可以清楚及時地了解安全知識及其對安全知識的掌握程度，有利于提高學生的基本實驗室素養，更好地保護學生的實驗室安全。

1.2 功能設計

考慮到當下大學實驗室安全知識傳授模式的缺點，在實驗室安全知識小程序的功能設計上主要囊括了3種功能。

1.2.1 安全知識教學

安全知識主要包括安全警示、儀器安全操作要點以及消防設施操作等實驗室基本注意事項，還包括進一步的相應專業實驗的相關分類，如電力安全知識、待擴展的化學安全知識等。內容以視頻、圖片和文字全面顯示。一些實驗器材通過3D模型方式，可以更好地向同學們展示其構造與操作要點。圖1是實驗室安全小程序首頁。

圖1 實驗室安全小程序首頁

微信小程序使在傳統中存在單項灌輸、枯燥乏味以及時空受限問題的過程，在移動時代變得更加便捷與有趣。

1.2.2 在線實驗室安全知識準入考試

這個功能在很大程度上提高了學生進入實驗室進行實驗的門檻，降低了發生實驗室安全事故的概率。此功能主要包括安全知識題庫模塊、組卷系統以及評分系統。

1.2.3 實驗室公告通知

現在學校實驗室的相關通知一般通過導員向各院系發通知，或是教師在上課時告訴學生，缺少了實驗室直接向學生通知公告的渠道，失去了信息及時性。學生想做實驗必須通過小程序學習實驗室安全知識并通過相應考試，這就建立了小程序與每一位同學的聯系。

2 系統實現

2.1 開發模式

在系統的開發模式上，主要包括小程序邏輯開發、小程序客戶端、小程序服務器以及云端服務器4個部分[6]。在小程序的邏輯開發上，主要應用JavaScript語言實現；小程序服務器和云服務器使用go語言完成；小程序客戶端的設計則使用WXSS與WXML完成。在小程序運行過程中，4種語言各司其職，以確保在大量數據的交互中確保小程序的正常化與流暢化，如圖2所示。

圖2 開發模式概念圖

2.2 程序實現

2.2.1 注冊模塊實現

為使每個學生的身份與他的成績相綁定，系統在設計過程中通過獲取同學微信權限后，與小程序數據庫進行匹配，為其創建一個用戶數據檔案，并與學生的OpenID綁定[7]，以確保同學們點進頁面能夠自動登錄。注冊界面，如圖3所示。

圖3 注冊界面

注冊時，同學需要填寫本人的學號和密碼，教師需要填寫教師工號和密碼，從而將用戶的數據庫與學校的學生檔案進行綁定，便于學校與教師的工作。用戶登錄模塊部分代碼如下：

2.2.2 安全知識題庫實現

在MySQL數據庫中分出安全警示、儀器安全操作要點以及消防設施操作等安全知識的儲存區域，教師將題目發給服務器，服務器會將題目轉化為數組格式輸入到MySQL數據庫中相應的儲存區域內。

格式如下：

2.2.3 組卷系統

為增加安全知識考試題目的隨機性，特意將題目打亂進行隨機組卷。考試界面如圖4所示，這樣不僅使考試更加多樣化，而且一定程度上可防止同學互相間的作弊行為。

圖4 考試界面

部分算法如下：

2.2.4 評分系統

評分系統主要通過小程序的JavaScript部分進行邏輯判斷，將數據傳輸給數據庫。同學們可以在小程序中查看自己的成績，教師可以從數據庫獲取信息來了解同學的情況。評分界面，如圖5所示。

圖5 評分界面

JavaScript判斷邏輯部分：

3 結 論

本研究設計了具有安全知識教學、安全知識考試以及實驗室公告通知功能的微信小程序。小程序基于微信平臺運行，使用方便、簡捷，維護和升級容易，旨在提高學生的安全意識和安全技能，幫助解決高校實驗室安全問題，同時減輕教師負擔，提高學生學習的效率與便捷性。經過對小程序反復的測試和應用可知，小程序可靠、穩定，達到了預期的功能需求。