基于微信小程序的高校實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺構(gòu)建

倪紅軍， 李 霞， 周巧扣， 郭依正

（南京師范大學(xué)泰州學(xué)院信息工程學(xué)院，江蘇泰州225300）

0 引 言

高校實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著各種實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究的任務(wù)，它既是培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才的重要基地，也是高校安全管理和事故防控的重點(diǎn)場所。近年來，高校實(shí)驗(yàn)室安全事故引起社會廣泛關(guān)注，通過對事故原因的分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室的管理者和使用者缺乏安全防范意識和安全防控能力是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要因素，而高校實(shí)驗(yàn)室的管理和使用者主要是教師和學(xué)生，所以加強(qiáng)高校教師和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室安全教育，提升他們的實(shí)驗(yàn)室安全防范意識和防控能力尤為重要［1-2］。實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺是高校開展實(shí)驗(yàn)室安全教育、考查教師和學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)室安全知識的有效載體。

目前，絕大部分高校的實(shí)驗(yàn)室安全教育通常分安全知識培訓(xùn)和安全知識考核兩個(gè)階段實(shí)施。安全知識培訓(xùn)階段的培訓(xùn)方式主要包括定期邀請專家開設(shè)實(shí)驗(yàn)室安全專題講座、新生入學(xué)教育課、實(shí)驗(yàn)前的實(shí)踐指導(dǎo)和自主學(xué)習(xí)等方式。這些培訓(xùn)方式的培訓(xùn)內(nèi)容較為寬泛和宏觀、專業(yè)針對性不強(qiáng)，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，達(dá)不到理想的培訓(xùn)效果［3-5］。安全知識考核階段的考試方式主要包括紙質(zhì)試卷、基于PC 機(jī)的Web 網(wǎng)站或基于移動終端設(shè)備的專門APP 等方式。這些考試方式需要浪費(fèi)太多的人力、物力組織考試，或針對不同的平臺開發(fā)不同的Web 網(wǎng)站和專門的APP，開發(fā)難度高、維護(hù)成本大，上線運(yùn)行占用的系統(tǒng)資源多，容易出現(xiàn)卡頓、故障等問題［6］。

2017年1 月9 日微信小程序正式上線，它是一種開發(fā)成本較低、不需要下載安裝就可以在微信環(huán)境中跨平臺運(yùn)行的一種應(yīng)用程序。本文結(jié)合泰州學(xué)院的實(shí)際情況，充分發(fā)揮微信小程序的優(yōu)勢，基于微信小程序開發(fā)MINA框架和第三方云數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺，構(gòu)建一個(gè)針對性強(qiáng)、使用方便靈活、高效通用、集培訓(xùn)和考核于一體的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺。

1 微信小程序的基本架構(gòu)及特性

1.1 微信小程序的基本架構(gòu)

微信小程序的基本架構(gòu)主要包括視圖層（View）、邏輯層（App Service）。視圖層用來實(shí)現(xiàn)渲染頁面結(jié)構(gòu)，邏輯層用來實(shí)現(xiàn)邏輯處理、數(shù)據(jù)請求和接口調(diào)用，它們在兩個(gè)進(jìn)程里執(zhí)行。視圖層和邏輯層通過系統(tǒng)層的JSBridge進(jìn)行通信，邏輯層把數(shù)據(jù)變化通知視圖層并觸發(fā)視圖層進(jìn)行頁面更新，視圖層把觸發(fā)事件通知邏輯層進(jìn)行業(yè)務(wù)處理［7］。具體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 微信小程序基本架構(gòu)

1.2 微信小程序的特性

小程序是在微信平臺上開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的新技術(shù)，開發(fā)人員只需要熟悉JavaScript、CSS 等前端開發(fā)技術(shù)就可以完成應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。相對于原生APP、Web網(wǎng)站來說，借助于微信小程序開發(fā)框架提供的云開發(fā)技術(shù)或第三方云數(shù)據(jù)庫平臺，可以不需要購置任何硬件設(shè)備、不需要搭建后臺服務(wù)器、不需要注冊域名，就可以開發(fā)跨iOS、Android 等平臺的應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)門檻和開發(fā)成本都很低。在實(shí)際使用時(shí)，小程序也不需要下載安裝，掃碼即用，用完即走，并且不占用移動終端設(shè)備的系統(tǒng)資源，系統(tǒng)效率高［8］。

2 實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)需求分析

實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺需要將實(shí)驗(yàn)室安全知識宣傳、培訓(xùn)和考試等相關(guān)工作所涉及的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行整合，構(gòu)建一套能夠適應(yīng)不同學(xué)科和專業(yè)需要、培訓(xùn)學(xué)習(xí)時(shí)間靈活和考試方式便攜的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺。實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺建設(shè)的最終目的是讓實(shí)驗(yàn)者方便獲得與所做實(shí)驗(yàn)相關(guān)的安全信息，促進(jìn)他們安全防范意識和安全防范技能的提升［9-10］。移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺發(fā)布信息的形式和內(nèi)容也朝著多元化發(fā)展，為了提高實(shí)驗(yàn)室安全教育管理者發(fā)布信息的效率、方便實(shí)驗(yàn)者獲取信息的途徑，借助微信小程序的天然特性，結(jié)合實(shí)際情況，構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺用戶一般分為3 種：實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)室管理員、系統(tǒng)管理員。實(shí)驗(yàn)者是平臺上最主要的用戶，即需要到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的人員，負(fù)責(zé)完成實(shí)驗(yàn)室管理員分配的學(xué)習(xí)培訓(xùn)和考試任務(wù)；實(shí)驗(yàn)室管理員是由各實(shí)驗(yàn)中心指定，具體負(fù)責(zé)本中心實(shí)驗(yàn)者的學(xué)習(xí)培訓(xùn)和考試工作；系統(tǒng)管理員由校級實(shí)驗(yàn)室安全管理部門指定，具體負(fù)責(zé)平臺數(shù)據(jù)的管理［11-12］。

2.2 平臺技術(shù)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺的總體架構(gòu)主要分為微信小程序客戶端、微信服務(wù)器端和數(shù)據(jù)管理中心三大部分。其中微信小程序客戶端部分主要利用微信小程序的MINA框架（包括WXML、WXSS 和JavaScript）以及其提供的豐富組件，采用MVC的設(shè)計(jì)模式完成客戶端界面設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)，小程序客戶端與用戶（包括管理者和實(shí)驗(yàn)者）直接交互［13］。微信服務(wù)器端為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，主要負(fù)責(zé)將用戶請求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)管理中心選用廣州市比目網(wǎng)絡(luò)科技有限公司提供的Bmob后端云數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺，Bmob 后端云數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺將微信服務(wù)器端推送過來的用戶請求數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并根據(jù)數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容選擇相應(yīng)的邏輯處理模塊進(jìn)行處理，處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝與加密后經(jīng)微信服務(wù)器端轉(zhuǎn)發(fā)至微信客戶端。實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺的總體架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺技術(shù)架構(gòu)圖

3 實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺的功能實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺的功能設(shè)計(jì)

基于微信小程序的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺是基于跨平臺、便攜使用的理念研發(fā)的在線學(xué)習(xí)和考試系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮各功能模塊的用戶體驗(yàn)效果，在保證各個(gè)功能模塊能夠正常運(yùn)行的前提下，還要關(guān)注移動終端設(shè)備的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與移動終端設(shè)備相適應(yīng)的用戶交互界面。結(jié)合系統(tǒng)需求分析和邏輯業(yè)務(wù)要求，整個(gè)系統(tǒng)由3 個(gè)主要功能模塊和12 個(gè)子功能模塊組成，功能結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺功能結(jié)構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)管理員對院系、用戶、題庫、試卷和成績信息等進(jìn)行管理，以便校級實(shí)驗(yàn)室安全管理部門及時(shí)了解各院系的實(shí)驗(yàn)安全教育進(jìn)展?fàn)顩r。

（2）任務(wù)配置。實(shí)驗(yàn)室管理員在平臺上及時(shí)向需要到本中心參加實(shí)驗(yàn)的人員（實(shí)驗(yàn)者）發(fā)布與中心實(shí)驗(yàn)室安全教育相關(guān)的講座通知、活動公告及學(xué)習(xí)考試內(nèi)容等，以便實(shí)驗(yàn)者有針對性的掌握實(shí)驗(yàn)室的安全動態(tài)和安全知識，保證實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行符合學(xué)科和專業(yè)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室安全知識學(xué)習(xí)和考試。

（3）學(xué)習(xí)考試。實(shí)驗(yàn)者登錄平臺后，既能明確自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容和考試任務(wù)，也能隨時(shí)查詢包括學(xué)習(xí)時(shí)長、考試次數(shù)、題目及標(biāo)準(zhǔn)答案等信息的學(xué)習(xí)考試記錄，以便實(shí)驗(yàn)者隨時(shí)掌握自己的學(xué)習(xí)考試狀態(tài)和復(fù)習(xí)要點(diǎn)，保證學(xué)習(xí)效果。

3.2 后端云數(shù)據(jù)庫平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一般情況下，不同學(xué)科、不同專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室對實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行安全教育和考核內(nèi)容不同，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全知識數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮上級行政管理部門對實(shí)驗(yàn)室安全教育的要求，也要考慮學(xué)校的實(shí)際情況和相關(guān)規(guī)章制度。實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管理者設(shè)定的學(xué)習(xí)時(shí)長和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行安全知識學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完成后才能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管理者設(shè)定的開考時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、考試時(shí)長、考試次數(shù)及合格分?jǐn)?shù)等進(jìn)行考試。學(xué)習(xí)和考試內(nèi)容包括通識安全、消防安全、水電安全、化學(xué)品安全、生物安全、輻射安全、激光安全和設(shè)備安全等安全類知識及相關(guān)的法律法規(guī)、規(guī)章制度、實(shí)驗(yàn)室安全教育手冊等［14-15］。這些信息主要以數(shù)據(jù)庫形式存儲在第三方服務(wù)器Bmob 后端云數(shù)據(jù)庫平臺，具體包括院系信息表（院系編號、名稱、實(shí)驗(yàn)室管理員姓名、工號、登錄密碼）、試卷信息表（試卷、院系編號、開考時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、考試時(shí)長、選擇題數(shù)、題分值、判斷題數(shù)、題分值、合格分?jǐn)?shù)）、學(xué)生信息表（學(xué)號、密碼、姓名、院系編號、學(xué)習(xí)時(shí)長）、安全知識題庫表（題目編號、內(nèi)容、適用院系、題型、選項(xiàng)A、選項(xiàng)B、選項(xiàng)C、選項(xiàng)D、標(biāo)準(zhǔn)答案）、考試成績表（學(xué)號、考試時(shí)長、考試時(shí)間、考試得分、題目編號）和通知信息表（通知編號、通知標(biāo)題、發(fā)布者工號）。

Bmob是廣州市比目網(wǎng)絡(luò)科技有限公司推出的后端云服務(wù)平臺，它提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與文件存儲、“云與端”的數(shù)據(jù)連通等可靠的Serverless云服務(wù)。通過該平臺可以搭建應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，并提供可視化的云端數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)界面，能存儲String（字符串）、Number（數(shù)值，包括整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)）、Boolean（布爾值）、Date（日期）、File（文件）、Geopoint（地理位置）、Array（數(shù)組）、Object（對象）等多種不同類型的數(shù)據(jù)。在Bmob 后端云服務(wù)平臺上，微信小程序開發(fā)者成功注冊帳號后，就可以創(chuàng)建多個(gè)云端數(shù)據(jù)庫，下載對應(yīng)版本的SDK并將其引入到微信小程序項(xiàng)目的utils文件夾中，并使用如下代碼進(jìn)行初始化后，就可以通過微信服務(wù)器端對云端數(shù)據(jù)庫進(jìn)行類似于本地?cái)?shù)據(jù)庫的增、刪、改、查等操作，大大降低微信小程序開發(fā)者的開發(fā)難度和開發(fā)成本。

var Bmob ＝require（＇utils／bmob.js＇）；

Bmob.initialize（＂ Application ID＂，＂ REST API Key＂）；

其中，“Application ID”和“REST API Key”字符串的值在Bmob后端云服務(wù)平臺創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺應(yīng)用后自動生成。

3.3 微信小程序客戶端的具體實(shí)現(xiàn)

（1）創(chuàng)建微信小程序客戶端項(xiàng)目。登錄微信公眾平臺（https：／ ／mp.weixin.qq.com），單擊頁面上“立即注冊”按鈕，在“請選擇注冊的帳號類型”頁面上選擇“小程序”選項(xiàng)后，填入相關(guān)信息即完成注冊。注冊成功后，在“開發(fā)設(shè)置”選項(xiàng)中獲得小程序AppID。每一個(gè)小程序?qū)?yīng)一個(gè)唯一的AppID，打開微信Web 開發(fā)者工具，在“新建小程序項(xiàng)目”對話框中輸入項(xiàng)目名稱、目錄和AppID后就可創(chuàng)建一個(gè)微信Web開發(fā)者工具默認(rèn)的微信小程序。默認(rèn)創(chuàng)建的微信小程序包含小程序的啟動入口文件app.js 和全局配置文件app.json、小程序的公共樣式文件app.wxss 及用于存放頁面文件子目錄的page目錄、用于存放共用程序邏輯庫的utils目錄；每個(gè)頁面文件子目錄中包括用于構(gòu)建頁面界面的.wxml頁面結(jié)構(gòu)文件、用于美化頁面界面的.wxss樣式表文件、實(shí)現(xiàn)頁面業(yè)務(wù)邏輯的.js頁面腳本文件和配置當(dāng)前頁面效果的.json頁面配置文件。

實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺小程序主要由消息、學(xué)習(xí)、考試、登錄和我頁面組成。其中消息頁面、學(xué)習(xí)頁面、登錄頁面和我頁面屬于tabBar類頁面，所以在創(chuàng)建小程序項(xiàng)目時(shí)，需要將這4 個(gè)頁面的wxml 文件添加到app.json全局配置文件中的tabBar配置項(xiàng)中。

（2）考試登錄頁面。用戶在如圖4 所示“考試登錄”頁面的學(xué)號、密碼框中輸入登錄信息，單擊所在學(xué)院輸入框在頁面底部彈出學(xué)院滾動條選擇器，選擇所在學(xué)院后，單擊“登錄”按鈕，可以訪問Bmob后端云數(shù)據(jù)庫平臺的院系、學(xué)生和考試成績表，并由考試登錄頁面的業(yè)務(wù)邏輯判斷學(xué)號、密碼、院系信息的一致性及考試次數(shù)有沒有超過上限次數(shù)5，若信息一致并且沒有超過上限次數(shù)，用戶可以單擊頁面底部的“學(xué)習(xí)”或“考試”分別切換到“培訓(xùn)學(xué)習(xí)”頁面或“正式考試”頁面；否則調(diào)用wx.showModal（）函數(shù)彈出警告信息，并跳轉(zhuǎn)到“我”頁面。

圖4 登錄頁面

（3）培訓(xùn)學(xué)習(xí)頁面。進(jìn)入如圖5 所示的“培訓(xùn)學(xué)習(xí)”頁面，該頁面的業(yè)務(wù)邏輯根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管理員配置的學(xué)習(xí)任務(wù)生成培訓(xùn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，用戶單擊“向前學(xué)習(xí)”和“向后學(xué)習(xí)”可以在頁面的對應(yīng)位置顯示學(xué)習(xí)題目、題目選項(xiàng)和標(biāo)準(zhǔn)答案，并且累計(jì)用戶學(xué)習(xí)時(shí)長，在用戶單擊“返回”后將累計(jì)的學(xué)習(xí)時(shí)長更新到學(xué)生信息表。

（4）正式考試頁面。進(jìn)入如圖6 所示的“正式考試”頁面，該頁面的業(yè)務(wù)邏輯首先判斷登錄用戶的學(xué)習(xí)時(shí)長有沒有達(dá)到試卷信息表中規(guī)定的最少學(xué)習(xí)時(shí)長，若沒有達(dá)到，則自動跳轉(zhuǎn)到“培訓(xùn)學(xué)習(xí)”頁面，否則根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管理員配置的考試任務(wù)生成考試試卷，并分別將考試倒計(jì)時(shí)、題目內(nèi)容、答案選項(xiàng)分別展示在頁面的對應(yīng)位置，用戶可以根據(jù)題目選擇答案、單擊“前一題”向前翻看考試題目、單擊“后一題”向后翻看考試題目；在考試時(shí)間到或用戶單擊“交卷”就可以結(jié)束本次考試并給出最終考試得分，同時(shí)將本次考試相關(guān)信息添加到考試成績表。

圖5 培訓(xùn)學(xué)習(xí)頁面

圖6 考試頁面

（5）其他頁面。“消息公告”頁面的業(yè)務(wù)邏輯將實(shí)驗(yàn)室管理員發(fā)布的講座通知、活動公告及學(xué)習(xí)考試內(nèi)容等從通知信息表取出，并展示在頁面上，以便學(xué)習(xí)者及時(shí)了解與實(shí)驗(yàn)室的安全動態(tài)、安全知識及相關(guān)的通知公告等信息。“我”頁面用于顯示用戶累計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)長、已參加考試信息，該頁面的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)從學(xué)生信息表中取出累計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)長顯示在頁面上，從考試成績表中取出已參加考試的考試時(shí)間、考試時(shí)長、考試得分及試卷的題目編號等考試相關(guān)信息，其中考試時(shí)間、考試時(shí)長、考試分?jǐn)?shù)按flex行布局方式顯示在頁面上，單擊頁面跳轉(zhuǎn)至“培訓(xùn)學(xué)習(xí)”頁面，并將該試卷的內(nèi)容按圖6 所示樣式顯示在頁面上，以便用戶對做題的題目加強(qiáng)復(fù)習(xí)。

4 結(jié) 語

2019 年秋學(xué)期，基于微信小程序的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺在南京師范大學(xué)泰州學(xué)院投入使用，并面向2019級2700 多名新生開展了實(shí)驗(yàn)室安全環(huán)保知識教育培訓(xùn)與考試工作，取得一定的效果。平臺中最少學(xué)習(xí)時(shí)間限制讓實(shí)驗(yàn)者在參加正式考試之前，必須按照實(shí)驗(yàn)室管理員分配的學(xué)習(xí)任務(wù)，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握的實(shí)驗(yàn)室安全知識模塊，讓實(shí)驗(yàn)室安全教育不是流于形式，而是一種有針對性的常態(tài)化訓(xùn)練，保證了實(shí)驗(yàn)室安全教育培訓(xùn)效果。微信小程序本身即用即走和跨平臺的特點(diǎn)，讓實(shí)驗(yàn)者只要借助安裝有微信平臺的移動終端設(shè)備，就可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)和考試，把參加學(xué)習(xí)和考試的主動權(quán)交給實(shí)驗(yàn)者，學(xué)習(xí)方式更靈活，學(xué)習(xí)內(nèi)容更豐富，學(xué)習(xí)效果更明顯。從后臺監(jiān)測數(shù)據(jù)看，在平臺上參加培訓(xùn)練習(xí)的學(xué)生比率明顯提高，參加正式考試一次性通過率達(dá)到93.36%，比使用本平臺前提高了近10 個(gè)百分點(diǎn)，切實(shí)提升了實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)室安全防范意識和安全操作技能。

實(shí)驗(yàn)室安全是實(shí)驗(yàn)室工作的首要任務(wù)，針對目前高校實(shí)驗(yàn)室安全管理面臨的問題，開發(fā)一個(gè)使用安全、性能穩(wěn)定、操作簡單、靈活方便、功能齊全的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。本文提出的基于微信小程序開發(fā)框架與第三方云數(shù)據(jù)庫平臺相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室安全教育平臺構(gòu)建方案，將實(shí)驗(yàn)室安全知識的學(xué)習(xí)與考試融為一體，一方面大大強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)者對實(shí)驗(yàn)室安全的認(rèn)識，另一方面可以從根本上有效預(yù)防和減少實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生。