基于混合架构的安全准入考试系统实现与实践

李奕雅，陈 凡，张国广

（闽南师范大学生物科学与技术学院，福建漳州363000）

自21世纪以来，随着高等教育的普及和实验技术的迅速发展，高校面临的实验教学及科学研究任务不断加重.在人员方面：进入实验室工作的人数逐年增加，且普遍存在数量大、结构复杂、流动性强等特点[1].在设备方面：随着各高校对实验室建设的投入力度不断加大，实验室中各种设备、试剂及实验操作也越来越多，实验室结构与功能愈发复杂[2-3].为培养学生的创新创造能力，实验室的开放管理模式也是大势所趋[4].因此，现代高校实验教学的发展和特点，无疑对相应的安全工作提出了新的挑战.而强化实验参与人员的安全教育，增强其安全意识和安全技能，便成为安全管理工作的重要一环[5-6].在安全教育的基础上，制定完善的实验室安全准入和考核制度也成为高校发展的客观要求，并且是高校社会服务功能提升、科学研究功能日益扩展和深化的必然结果[7].

1 高校实验室安全教育与准入考试现状

目前，国内各高校的实验室安全教育方式，往往因具体条件而异，但大体可归结为如下3类：1）建立网络互动教学平台，鼓励学生自学案例和各项制度；2）在实验课程中划分部分课时详细讲解安全知识；3）开设专门的安全教育课程并计入学分体系.三种方式，在强化安全理念方面，都取得了较好的效果[8-13].但不论何种教学形式，都不可避免地需要针对学习效果进行考察，以检验学生对相关知识的掌握情况.而网络无纸化考试由于其简便易行的特点，逐渐成为准入考试的主流方式，国内外不少高校都采用了类似的考试系统以支撑和推动实验室准入体制的建设和运行[14-17].

2 网络化准入考试系统存在的问题

虽然各高校部署的安全教育准入考试系统风格多样、开发平台各异，但多以B/S 架构为基础[17].在此类系统中，学员的考试不受时间地点限制，也无需特定监考人员，节省了大量人力物力.但B/S系统往往存在以下不足之处：首先，B/S 架构一般仅使用账号和密码作为用户身份的判定依据，无法对受试者的真实身份做出判断，给了替考行为可乘之机.其次，基于B/S 架构的考试系统，其试题最终以Html 源码方式通过浏览器呈现给受试者，具有特定的规律和格式，容易被针对性编写外挂程序，实现自动答题，获取高分.最后，B/S架构系统虽支持各类上网终端，但其实际运作时仪式感不强，难以给学生留下深刻印象，在一定程度上削减了准入考试应有的效果.以上不足之处，不但有碍考试的公平性，更可能滋生受试者对于安全知识的轻视和随之而来安全意识的淡薄，若不采取有效抑制手段，则存在较大隐患.

3 问题的解决思路与实践

针对传统网络考试平台的缺陷，我院在不断尝试与总结的过程中摸索出了以下行之有效的改进方法，并在实践中取得了令人满意的成效.

3.1 改进考试系统功能，新架构多层面维护考纪

针对传统B/S 架构考试方式的缺陷，重新构建了基于B/S、C/S 混合架构的网络考试系统.在C/S 架构中，客户端程序不受浏览器权限的制约，容易实现更多的底层监管功能.而B/S 架构体系则为后台管理与审核批改等操作提供了便利，两类架构在功能上相辅相成，极大提高了网络考试的严肃性及仪式感，其系统框架及功能示意如图1所示.

图1 混合架构考试系统框架与功能示意图Fig.1 Framework and function diagram of hybrid architecture based examination system

3.1.1 系统C/S架构功能及特点

读取电子准考证信息：考试前，考生通过在线申请的方式，获得含有准考信息及动态二维码的电子邮件（图2）.考试客户端启动后，调用电脑摄像头读取二维码内容，引导考生登录系统并开始考试，期间考生不必输入个人账号、密码等信息.该流程的设计一方面可验证考生账户信息中所登记的电子邮箱（用于接收并保存审核信息）是否准确；二则让考生在接收准考证后确认个人信息并及时查看考试注意事项；最后通过当下流行的扫码登录方式，增加考试仪式感，容易给考生留下深刻印象.

图2 系统生成的电子准考证Fig.2 Electronic admission ticket generated by safety education system

过程照片采集：考生答题过程中，由客户端软件随机选取不同的时间点进行拍照，并将照片上传服务器备份，以核实考生身份，其整体过程与我国驾考科目一考试场景（图3）相似.服务器端接收的照片可长期保存，一旦需要，可随时随地调取.考试结束后，各过程照片及其他考试相关信息则由系统打包形成区块链提交第三方对象存储系统存档[18]，可形成考生已经参与考试的完整证据链，有效保障了准入考试成绩的公信力，也能够作为校方组织考核的直接证明.

远程协助检测：为避免基于网络远程协助的替考行为，客户端软件启动后，立即向服务器调取远程协助软件黑名单列表.在考试全过程中，由客户端定期检测电脑后台进程，一旦发现正在运行的远程协助软件，则立即给出提示，要求用户予以关闭，并随即退出考试系统，终止考试，以规范考试纪律.

题目呈现与答案提交：考试开始后，系统服务端将试题逐一传递给客户端软件，并以内容不可复制的方式呈现，防止外挂程序攻击.考生的作答也由客户端传递至服务器批改或保存.答题完毕后，考生可立即查看试卷客观题部分得分（主观题需要教师人工批改）.

图3 考试客户端工作界面Fig.3 User interface of examination client software

3.1.2 系统B/S架构功能及特点

信息推送与交流：系统结合以私有云及实名制为基础的阿里钉钉平台，为师生之间创造了良好的互动空间.在学生的学习过程中，系统B/S架构部分以H5微应用形式与学院阿里钉钉平台对接，由管理员统一控制，为学生主动推送学习资料.而在师生相互交流过程中，钉钉软件支持非好友直接交流的特性，则给组织内用户带来了极大便利，为广大师生创建了便利的交流方式和良好的交流氛围.

账号管理：新生入学时由管理员通过批量导入方式在系统内为每个学生建立账号，并通知学生自行登录系统完善个人信息，待进行安全知识测试时，则由导师自行登录系统绑定其指导的学生，以进行专业知识考试成绩审核.

题库管理与试卷生成：系统支持判断、单项选择、多项选择、填空及问答等五种题型，题库管理员可对题目进行单独增减、修改或批量导入.考试前，由题库管理员基于考试的种类与要求，向系统写入试卷选题脚本（题目抽取范围，必出题、非必出题数量，题目分值、考试时间及允许的重考次数等）后，通过信息推送模块向考生发布考试信息.考试开始时，系统后台按照考生身份及试卷组题要求，随机产生试卷一份（随机组卷时每道题是否出现，出现的位置，客观题答案的排布可能均不相同），供其作答.

主观题批改：针对考生提交的主观题（填空、问答）答案，由对应指导教师利用其个人账号登录系统后逐一批改，在参考标准答案的情况下对学生得分情况做出判定.由于主观题批改需要教师参与，故避免了准入系统中教师角色缺位的现象.教师在批改试卷及浏览学生错题的过程中，既巩固了自身的安全知识，也能够了解学生对相关知识的掌握情况，有利于在后续教学中有的放矢，针对重点进行指导.

成绩审核：考生试卷获得客观、主观题两部分成绩后，若达到及格线，则由关联教师登录系统进行成绩审核，此流程主要审查考生证件照与考试过程照是否可做同一人认定（图4），若审查无误，则予以标记通过.此外，成绩审核界面也提供考生错题浏览功能，对于多次考试仍未通过的考生，需由关联教师针对考生错题集进行强化教育.

图4 成绩审核页面Fig.4 HTML page for exam score reviewing

3.2 完善人员约束机制，按角色分目的明确责任

为加强安全教育工作的效果，促进学生认真学习安全知识，引导教师真正重视安全生产，在强化考试流程的基础上，学院也针对学生和教师角色分别制定了不同的考核与约束机制.

3.2.1 学生的学习要求

本科生入学后，需首先通过安全教育课程培训，取得安全教育学分.从大学二年级开始，由于各类专业实验的需要，系统接纳已通过安全教育培训学生的本人申请，开始进行实验室安全准入考试（考试内容含通用安全知识和专业安全知识两部分）.该考试由学生视个人情况自行申请参加，考试成绩达到及格标准（90分以上）并通过指导教师审核后，方可申请领取实验室“一卡通”，获得授权开展科研工作.

研究生入学后，可立即参与实验室安全准入考试，考试要求与本科生一致，未通过前不得申请实验室“一卡通”，也不得开展任何科研工作.

3.2.2 教师团队的义务

对于担任学生科研导师的教师，需批改其所指导学生安全教育考试的主观题部分，并负责对系统采集的学生考试过程信息进行审核比对，对成绩不理想的学生进行沟通教育，帮助其通过.

3.3 创新题库案例来源，接地气重预防警钟长鸣

在题库方面，系统使用学校或学院安全检查过程中在各实验室所拍摄的安全隐患照片作为主观题部分的考试内容.一方面学生在答题过程中能够学习、识别身边可能存在的安全隐患，做好预防工作；另一方面，教师在批改过程中也能认识到自身工作的不足，无形之中增强了对教师团队的约束力，引发其对安全的重视.

4 系统建设与实施的成效

本文所述实验室安全准入考试系统，针对传统B/S架构平台的不足，通过电子准考证的使用以及对驾考科目一考试方式的模拟，着重强化了考试过程的仪式感和严肃性，解决了传统B/S架构难以应对替考行为的短板，维护了网络准入考试的公平性，倒逼受试者努力学习、认真备考.考试数据通过区块链方式保存，赋予其不可修改的特性，保证了考试数据的公信力.考生通过考试后两个月，由学院组织随机抽取部分人员重新参加考试，经多次测验结果表明：重新考试合格率在85%以上，且重考平均成绩均大于90分，说明考生对相关知识的掌握情况较好，能够真正重视安全知识和理念.

另一方面，多数教师在经历几轮试卷批改后，其所在实验室的安全隐患大大减少，对学生实验安全的关注度也明显提高，逐渐成为强化实验室安全意识的中坚力量.有效避免了部分教师在应对科研或教学压力时放松实验安全要求的行为，改变了安全工作“说起来确实重要，忙起来可以不要，干起来要往后靠，出事才知真重要”的被动观念[19].使安全真正成为了教师与学生都上心、都重视的大事，“科学实验，安全先行”的氛围已经逐步形成.

5 结语

安全准入制度是高校开展教学和科研的基本保障，是培养高素质人才的必然要求.基于网络平台的准入考试系统减轻了教师工作量，减少了教室使用，节约了学校的教学资源[20].伴随着信息化建设的进一步深入，如何通过网上教学与考试系统真正促成高校内不同角色人员对安全生产的认同，是亟待解决的问题.在这方面，各高校可根据自身实际情况，在考试内容与考试形式上多下功夫：一方面学校应建立与安全知识考核相挂钩的实验室准入制度及信息化管理软硬件；另一方面也应建立起完善的考核制度，将安全工作作为教师/教辅岗位考核以及学生的实践学习效果评价指标之一，力求使安全工作深入人心，确保各实验室能够健康、协调的持续运行.