左 煬,余 徽，吳 潘

(四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，四川 成都 610065)

作為高等院校培養(yǎng)人才的重要場所，實驗室是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、實驗技能、實踐能力和創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)場所，幾乎所有的理工科學(xué)生及越來越多的文科生都要在實驗室中接受學(xué)習和訓(xùn)練[1]，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)不可替代的重要途徑。隨著各高校越來越重視學(xué)生的全面發(fā)展，開始鼓勵學(xué)生選擇在課余時間進入實驗室開展各類科技創(chuàng)新活動，因此，到實驗室的學(xué)生人數(shù)和時間都在逐漸增多。面對龐大的學(xué)生群體，作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要陣地，實驗室安全教育對實驗室安全運行乃至全校的安全和穩(wěn)定都顯得至關(guān)重要[2]。由于化工類實驗室的特殊性，其具有專業(yè)性強、危險品多，有特種設(shè)備和實驗操作要求嚴格等特點。所以即使化工學(xué)院對實驗室安全設(shè)施和防護用具建設(shè)方面進行了大量的投入和改進；但如果實驗室沒有嚴格的安全管理規(guī)范，學(xué)生缺乏安全知識及意識，仍不可能從根本上消除安全隱患[3]。因此，建設(shè)化工類實驗室的安全管理規(guī)范和有效的實驗室安全教育及考試機制是防患于未然的必要措施。作為近年來最熱門的IT新興計算服務(wù)模式，云計算技術(shù)集成了虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能計算技術(shù)，為高校實驗教學(xué)工作的改革提供了機會和技術(shù)實現(xiàn)，是解決實驗教學(xué)中遇到的痛點和難點的一種新途徑[4]。

1 實驗室安全教育的難點

近年來，雖然許多高校都逐漸加大了對安全教育的投入力度，然而高校實驗室安全事故卻時有發(fā)生，造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失給廣大師生和教育管理者敲響了警鐘。與世界一流大學(xué)相比，國內(nèi)高校實驗室安全教育的發(fā)展仍普遍落后于高等教育整體發(fā)展水平[5-6]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)教師和學(xué)生對實驗室安全教育的重視程度相比教學(xué)和科研來說不足；

2)實驗室設(shè)計在安全因素方面考慮不充分，可能存在安全隱患；

3)實驗室安全教育師資力量和教材不足；

4)傳統(tǒng)實驗室安全教育形式難以保證學(xué)生在進入實驗室前及時接受安全教育。

鑒于此，如何在現(xiàn)有條件下逐步完善實驗室安全教育體系，開展有效的安全教育，轉(zhuǎn)變教育方式，讓學(xué)生樹立安全責任意識，注重安全防護，掌握事故處理的能力，已成為高校人才培養(yǎng)和管理運行過程中亟須解決的課題。

2 云計算

2.1 云計算的概念

根據(jù)美國國家標準與技術(shù)研究院的定義：云計算(cloud computing)是一種按使用量付費的模式，其提供可用便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池。這些資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件及服務(wù)，能夠被迅速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互[7]。

由于硬件和軟件資源都不在本地，用戶不需要購買高端配置的電腦，亦不需要安裝大量軟件[8-9]。只需接入網(wǎng)絡(luò)，就可以在任何時間、地點通過各種設(shè)備享受計算資源共享池里提供的服務(wù)。對于一名用戶而言，所受服務(wù)代表的網(wǎng)絡(luò)元素皆為看不見的，仿佛被云掩蓋一般。因此，再也不用擔心硬盤損壞而數(shù)據(jù)盡失，也不用花時間去維護計算機和安裝更新軟件，更不用花金錢去升級硬件配置和購買更多的數(shù)據(jù)儲存設(shè)備。

2.2 云計算平臺的搭建

Intel和IBM等公司已經(jīng)可以提供成熟的商業(yè)化云計算解決方案。但基于數(shù)據(jù)安全、運行成本方面的考慮，四川大學(xué)化工學(xué)院決定整合現(xiàn)有資源，自建一個基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)[10]。即在本單位內(nèi)分享的資源池并自行內(nèi)部管理。在前期建設(shè)中學(xué)院已經(jīng)擁有了一個高性能計算集群和門禁管理系統(tǒng)，加之學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)管理中心可以購買一部分資源，因此在購置服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)儲存設(shè)備后，學(xué)院搭建了自己的私有云。因平時使用的需求學(xué)院自有設(shè)備可以容納，所以每年僅需按使用量向校網(wǎng)絡(luò)管理中心支付少量費用即可維持云計算平臺的運行。

學(xué)院云計算平臺向?qū)W院免費提供創(chuàng)建和管理網(wǎng)站需要的工具、協(xié)議，操作系統(tǒng)平臺，儲存空間，云數(shù)據(jù)庫，并行計算和通過網(wǎng)絡(luò)獲得學(xué)院已購買的軟件使用權(quán)。

3 云計算應(yīng)用到實驗室安全教育中的探索與實踐

云計算輔助教學(xué)(cloud computing assisted instruction，CCAI)是指將云技術(shù)和方法應(yīng)用在教育領(lǐng)域，將其與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，整合現(xiàn)有教學(xué)資源，以達到教育資源利用的最大化[11-12]。針對當前化工實驗室安全教育中面臨的難點，結(jié)合化工類實驗特點和培養(yǎng)目標，根據(jù)多年來化工學(xué)院工程實驗教學(xué)中心的探索和實踐，實驗中心與學(xué)院各部門通力配合，基于云計算服務(wù)和云數(shù)據(jù)庫，建設(shè)了擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的化工實驗室安全教育管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對實驗室安全教育中學(xué)生人數(shù)多、內(nèi)容信息量大、教育質(zhì)量要求高等難點重點進行了突破，其主要架構(gòu)如圖1所示。

基于云計算技術(shù)的安全教育和實驗室管理，是將教學(xué)服務(wù)和管理工作(如服務(wù)器、寬帶、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源乃至技術(shù)資源等)遷移到云端服務(wù)器，學(xué)習者可以隨時隨地登陸獲取學(xué)習資源，根據(jù)自身需求制定學(xué)習計劃，保存?zhèn)€人資料等。僅需一個瀏覽器即可進行個性化的自主移動學(xué)習。由于師生原先儲存在本地的數(shù)據(jù)被遷移到云端，因此，通過云計算服務(wù)，對數(shù)據(jù)進行自動實時備份。當設(shè)備故障時可以進行及時的災(zāi)難拯救，保障數(shù)據(jù)永不丟失。

四川大學(xué)化工學(xué)院云計算平臺針對實驗室安全教育和管理主要包括以下4個方面內(nèi)容。

1)根據(jù)化工實驗室教學(xué)實際情況和需求，每學(xué)期邀請教師對即將進入實驗室做實驗的學(xué)生進行安全教育和實驗室儀器規(guī)范操作培訓(xùn)，將錄制的視頻上傳至云端儲存，并利用云端高性能計算資源進行渲染、發(fā)布，作為網(wǎng)絡(luò)公開課供學(xué)生隨時學(xué)習。

圖1 化工學(xué)院云計算平臺功能模塊

2)編制實驗室安全考試題庫，通過云計算平臺信息服務(wù)，推送給每位師生一份隨機試卷，真正測試師生對實驗室安全知識的掌握程度。

3)編制實驗室各公用儀器操作使用規(guī)范試題庫，通過云計算平臺關(guān)聯(lián)儀器，為學(xué)院公用儀器平臺高效、安全的運行提供了有力保障。

4)將學(xué)生安全培訓(xùn)參與情況和安全考試成績等數(shù)據(jù)納入云端儲存，在云端關(guān)聯(lián)門禁控制系統(tǒng)，建立了通過云端控制的智能門禁權(quán)限分配與判別系統(tǒng)。

化工學(xué)院實驗室云服務(wù)系統(tǒng)融合了工程實驗教學(xué)中心創(chuàng)建國內(nèi)一流實驗中心的目標和人才培養(yǎng)理念，通過有效地執(zhí)行既定規(guī)章制度，配合與時俱進的網(wǎng)絡(luò)管理和教育方法，大大提高了實驗中心安全教育和管理水平，保障了實驗室高效、平穩(wěn)、安全的運行，取得了顯著的成效。

3.1 實驗室安全教育和儀器規(guī)范使用培訓(xùn)網(wǎng)上公開課

四川大學(xué)化工學(xué)院倡導(dǎo)實驗室安全教育的全過程化、立體化，希望將課堂教學(xué)和操作實踐有機地結(jié)合起來，完全覆蓋到化工實驗室的所有參與者。全過程化是指學(xué)生從入校起即對他們進行安全常識普及，做專業(yè)實驗前根據(jù)實驗專業(yè)的特點針對性地進行安全教育，進入實驗室從事科研活動前針對學(xué)生會使用的儀器再做安全規(guī)范使用儀器的培訓(xùn)。新形勢下，利用網(wǎng)絡(luò)的靈活性和開放性來開展實驗室安全教育可以起到事半功倍的效果。

在組織學(xué)生參與教師教授的安全培訓(xùn)、儀器使用規(guī)范課和現(xiàn)場指導(dǎo)的同時，對全過程進行了視頻拍攝，結(jié)合教師使用的教學(xué)資料，上傳至云端儲存，利用云服務(wù)器的高性能計算資源對視頻進行加工，編輯和渲染，再通學(xué)院網(wǎng)站調(diào)用這些資源，使之成為安全教育網(wǎng)絡(luò)公開課，提供給全校的學(xué)生隨時隨地的學(xué)習，實現(xiàn)了安全教育的365天全覆蓋。與此同時，隨著儀器安全規(guī)范操作培訓(xùn)和現(xiàn)場演示的不斷完善，最終網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的指導(dǎo)視頻涵蓋了工程實驗教學(xué)中心公用儀器開放平臺中的所有儀器，實現(xiàn)了教育方式的立體化。一方面，對于安全常識、安全隱患和事故案例，云端內(nèi)容得到不斷更新和完善；另一方面，對于相對不變的儀器操作規(guī)范，云端內(nèi)容又獲得不斷的積累。因此，節(jié)約了學(xué)校的教學(xué)資源，避免教師一定量的重復(fù)工作，也讓學(xué)生能游刃有余的選擇自己合適的時間、感興趣的內(nèi)容自主地進行安全學(xué)習。這使得實驗室安全教育超越了時間和空間限制，服務(wù)于不同層次的學(xué)生，貫穿了學(xué)生在校學(xué)習的各階段。

3.2 化工實驗室安全網(wǎng)上考試關(guān)聯(lián)實驗室準入系統(tǒng)

為了保障實驗室安全教育的及時性，引導(dǎo)學(xué)生積極參加安全培訓(xùn)課程，自主學(xué)習安全知識，培養(yǎng)良好的安全責任意識，工程實驗教學(xué)中心組織開發(fā)了化工實驗室安全網(wǎng)上考試系統(tǒng)模塊。其作為化工實驗室云服務(wù)的一個核心功能，與門禁系統(tǒng)模塊、實驗室材料領(lǐng)用系統(tǒng)模塊、公用儀器申請模塊和信息服務(wù)等融合到一起，提供給實驗室管理者。編制的安全考試題庫并不斷添加更新至云端，保證了安全考試題庫的全面、專業(yè)和與時俱進。云端隨機生成無紙化、以客觀題為主的試題，通過信息服務(wù)推送給學(xué)院每一位師生。學(xué)院現(xiàn)行規(guī)定安全考試滿分100分，合格分數(shù)為90分，教師需每年參加一次實驗室安全考試，學(xué)生需每半年參加一次。安全考試為使用云服務(wù)的必要條件，即通過安全考試才能使云服務(wù)進入有使用權(quán)的實驗室，申領(lǐng)實驗材料和申請公用儀器。

圖2 門禁驗證流程圖

實驗室準入制度是保證高校實驗室安全的重要舉措。美國、日本等國早已全面實施安全準入制度，要求所有人員在進入實驗室之前都必須詳細了解實驗室操作等安全內(nèi)容，經(jīng)考核后方能進入實驗室[2]。實驗室通過化工實驗室云服務(wù)平臺建立了實驗室安全準入制度。當學(xué)生或老師需要進入實驗室時，可使用自己的校園一卡通刷卡驗證，驗證數(shù)據(jù)隨網(wǎng)絡(luò)上傳至云端，云端對身份和權(quán)限進行判別，對可以進入的人員下放進入權(quán)限并在云服務(wù)器進行記錄和統(tǒng)計。如果其沒有參加安全考試或者考試合格有效期已過，不管是否有該實驗室的使用權(quán)限，云端均會拒絕進入請求。實驗室準入機制如圖2所示。目前，近32 000人次參加了實驗室安全考試，已培養(yǎng)出學(xué)生自覺學(xué)習安全知識，定期參加安全考試的意識。

3.3 化工實驗室儀器使用系統(tǒng)

化工學(xué)院近三年來重點建設(shè)了公用儀器開放平臺，以期實現(xiàn)大型儀器的公開使用，避免重復(fù)建設(shè)并提高使用效率的目的。為了保障開放平臺高極高使用頻率下的安全平穩(wěn)運行，編制了每個公用儀器的操作考試題模塊提供給管理者。管理者通過模塊可以對題庫進行更新和關(guān)聯(lián)相關(guān)的公用儀器申請模塊。當前學(xué)院規(guī)定儀器使用者必須在化工學(xué)院云服務(wù)平臺中學(xué)習儀器操作和安全知識，然后參加儀器操作考試。滿分100分，合格分數(shù)為100分。通過考試后方能進行儀器使用的申請，申請過程中申請人和審批人可通過信息服務(wù)進行溝通，在審批人反饋申請結(jié)果后，云平臺會自動通知申請人，公用儀器開放平臺準入機制如圖3所示。與此同時，云端會記錄使用過程并計費，使用者也可以將使用儀器的成果上傳至云端做記錄和統(tǒng)計，云服務(wù)器會根據(jù)管理者設(shè)置的獎勵規(guī)則給予申請者設(shè)定申請優(yōu)先權(quán)。利用云服務(wù)平臺的技術(shù)優(yōu)勢，實驗室實現(xiàn)了規(guī)范化、科學(xué)化、高效化的管理，在促進學(xué)院學(xué)校內(nèi)部的儀器資源共享的同時，又確保了實驗室安全平穩(wěn)的運行。

圖3 公用儀器開放平臺準入機制

4 結(jié)束語

當前實驗室建設(shè)正迎來一個高速發(fā)展期，與此同時，實驗室安全事故也伴隨發(fā)生，各高校逐漸重視實驗室的安全教育問題。通過近兩年來的著力建設(shè)，四川大學(xué)化工學(xué)院建立實驗室云服務(wù)平臺，并將其應(yīng)用到實驗室安全教育和管理中，顯著增強了師生的安全責任意識，全面提升了學(xué)生的安全技能，有效地防止了實驗室安全事故的發(fā)生?；嶒炇业陌踩逃且豁楅L期的、與

時俱進的工作，需要教學(xué)者持久、深入地進行實驗室安全教育，利用新興技術(shù)不斷更新教學(xué)與管理手段，提高教學(xué)和管理水平，為培養(yǎng)全面的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才營造了一個和諧的實驗教學(xué)和科研環(huán)境。

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