应用于实验室安全的微信小程序的设计与开发研究

刘会兰，丁 可，关浩玉（华北电力大学 电气与电子工程学院，河北 保定 071003）

0 引 言

高校实验室是师生进行实验教学和科研的重要场所，是为创新人才的培养、科学研究服务的，是学校教学科研水平的直观体现[1-3]。在互联网科技日益发展的今天，手机等移动智能终端已经逐渐走进人们的日常生活。在众多移动终端中，作为国内最大的聊天系统——微信，逐渐普及到各年龄段的人群[4-5]。近年来，微信逐渐开发了小程序，趋向于多功能一体化的发展方向，为人们的日常生活带来了更多便利。微信小程序不仅集游戏、外卖等多功能于一体，同时节省了相关软件的下载和内存消耗，受到了越来越多的用户欢迎，并被大量使用。

基于此，基于微信小程序设计并开发了一套实验室安全小程序，并将其作为实验课程外的安全技能教学和考评工具，具有便捷、新颖等特点，给学生用户和教师用户带来了良好体验。此设计中包括安全演示、安全知识的自我学习和在线实验室安全知识测试等功能，以提高学生的安全意识，减少学生实验中的安全事故，更有效地保障实验安全性。

1 系统设计

1.1 需求分析

大学实验室是师生开展实验教学和科研的重要基地。实验室的安全运行是所有教学和研究活动的前提，而学生是实验室一系列活动的主体。因此，如何提高学生的安全意识和安全技能成为亟待解决的问题。

在传统的实验室安全知识教学中，采取以教师、书本以及课堂为中心的教学模式，形成了教师单向灌输、学生被动接受的局面。这种方式下，教学显得枯燥乏味，学生的积极主动性不高，对知识的接受度低，收效甚微，且不可能随时随地学习实验室安全知识。此外，教师对学生的知识掌握程度知之甚少，不能保证学生的实验室安全。显然，这种传统的学习模型有很多缺点，并且迫切需要改进。

微信是学生群体普遍使用的新媒体平台，其中的小程序功能备受欢迎。将微信小程序应用在实验室安全知识的宣传和教育上，是本项目的一大创新点与特色。本实验室安全小程序可包括安全警示动画、仪器安全操作要点演示、消防设施操作演示以及在线实验室安全知识准入考试等模块。学生可以在任何时间、地点使用微信上的实验室安全小程序，完成安全知识自主学习和在线考核。只有通过安全准入考核，才能获得实验室的准入授权。这样极大提高了学生的积极性和接受度，摆脱了传统学习的时空限制。学生和教师可以清楚及时地了解安全知识及其对安全知识的掌握程度，有利于提高学生的基本实验室素养，更好地保护学生的实验室安全。

1.2 功能设计

考虑到当下大学实验室安全知识传授模式的缺点，在实验室安全知识小程序的功能设计上主要囊括了3种功能。

1.2.1 安全知识教学

安全知识主要包括安全警示、仪器安全操作要点以及消防设施操作等实验室基本注意事项，还包括进一步的相应专业实验的相关分类，如电力安全知识、待扩展的化学安全知识等。内容以视频、图片和文字全面显示。一些实验器材通过3D模型方式，可以更好地向同学们展示其构造与操作要点。图1是实验室安全小程序首页。

图1 实验室安全小程序首页

微信小程序使在传统中存在单项灌输、枯燥乏味以及时空受限问题的过程，在移动时代变得更加便捷与有趣。

1.2.2 在线实验室安全知识准入考试

这个功能在很大程度上提高了学生进入实验室进行实验的门槛，降低了发生实验室安全事故的概率。此功能主要包括安全知识题库模块、组卷系统以及评分系统。

1.2.3 实验室公告通知

现在学校实验室的相关通知一般通过导员向各院系发通知，或是教师在上课时告诉学生，缺少了实验室直接向学生通知公告的渠道，失去了信息及时性。学生想做实验必须通过小程序学习实验室安全知识并通过相应考试，这就建立了小程序与每一位同学的联系。

2 系统实现

2.1 开发模式

在系统的开发模式上，主要包括小程序逻辑开发、小程序客户端、小程序服务器以及云端服务器4个部分[6]。在小程序的逻辑开发上，主要应用JavaScript语言实现；小程序服务器和云服务器使用go语言完成；小程序客户端的设计则使用WXSS与WXML完成。在小程序运行过程中，4种语言各司其职，以确保在大量数据的交互中确保小程序的正常化与流畅化，如图2所示。

图2 开发模式概念图

2.2 程序实现

2.2.1 注册模块实现

为使每个学生的身份与他的成绩相绑定，系统在设计过程中通过获取同学微信权限后，与小程序数据库进行匹配，为其创建一个用户数据档案，并与学生的OpenID绑定[7]，以确保同学们点进页面能够自动登录。注册界面，如图3所示。

图3 注册界面

注册时，同学需要填写本人的学号和密码，教师需要填写教师工号和密码，从而将用户的数据库与学校的学生档案进行绑定，便于学校与教师的工作。用户登录模块部分代码如下：

2.2.2 安全知识题库实现

在MySQL数据库中分出安全警示、仪器安全操作要点以及消防设施操作等安全知识的储存区域，教师将题目发给服务器，服务器会将题目转化为数组格式输入到MySQL数据库中相应的储存区域内。

格式如下：

2.2.3 组卷系统

为增加安全知识考试题目的随机性，特意将题目打乱进行随机组卷。考试界面如图4所示，这样不仅使考试更加多样化，而且一定程度上可防止同学互相间的作弊行为。

图4 考试界面

部分算法如下：

2.2.4 评分系统

评分系统主要通过小程序的JavaScript部分进行逻辑判断，将数据传输给数据库。同学们可以在小程序中查看自己的成绩，教师可以从数据库获取信息来了解同学的情况。评分界面，如图5所示。

图5 评分界面

JavaScript判断逻辑部分：

3 结 论

本研究设计了具有安全知识教学、安全知识考试以及实验室公告通知功能的微信小程序。小程序基于微信平台运行，使用方便、简捷，维护和升级容易，旨在提高学生的安全意识和安全技能，帮助解决高校实验室安全问题，同时减轻教师负担，提高学生学习的效率与便捷性。经过对小程序反复的测试和应用可知，小程序可靠、稳定，达到了预期的功能需求。