復旦大學：信息化支撐教學與人才培養模式創新

文/陳翼 高珺 翟佳 胡艷秋 文捷 魯寅輝

復旦大學：信息化支撐教學與人才培養模式創新

文/陳翼 高珺 翟佳 胡艷秋 文捷 魯寅輝

復旦大學一直以來都把人才培養（特別是本科生培養）作為學校工作的核心任務，在教學管理、課程建設、優秀人才選拔、國際學術交流等方面不斷改革創新。在復旦大學教育教學與人才培養的改革過程中，面臨著一系列的困難和挑戰，一些新的問題亟待解決：

1.如何優化全校教學資源，推進本科通識教育、完全學分制改革、小班化教學、研討型課程？

2.如何通過本科自主招生試驗改革選拔優秀學生？

3.如何通過研究生招生改革選拔優秀本科學生？

4.如何選拔優秀本科生參與國際交流，到國（境）外一流大學接受教育？

5.如何通過現代信息技術手段進一步輔助課堂教學，加強師生之間互動交流？

6.如何通過網絡平臺展示優秀教師的優質課程資源？

7.如何豐富數字化教學資源，推進多種類型的在線課程，加強學生泛在學習能力？

近年來，信息技術快速發展，高等教育領域開始嘗試應用最新技術，給上述問題的解決帶來了契機。隨著復旦大學校園信息化基礎設施的逐步完善，從2004年開始探索教育教學信息化的道路，重點建設相關的應用系統，逐步整合、形成了“教育管理信息化平臺”和“教育資源公共服務平臺”，為學校教育教學與人才培養的各項改革舉措提供技術支持。

圖1 復旦大學教育教學與人才培養應用與服務信息化體系整體架構

建設目標

為了滿足學校在教學管理、優秀學生選拔、網絡教學、精品課程、視頻課程等方面的需求，需要通過重組現有業務和系統，逐步形成一套支撐教育教學與人才培養的應用與服務體系。根據復旦大學校園信息化建設的統一規劃，整合現有的業務系統，逐步組織和整合形成功能完善、覆蓋全業務的“教育管理信息化平臺”和“教育資源公共服務平臺”，形成對教育教學與人才培養各項業務的全面支撐。“教育管理信息化平臺”包括教務、研究生、選課、招生、外事、留學生、學工、就業、迎新、離校等核心管理系統，“教育資源公共服務平臺”包括教學平臺、精品課程、視頻課程、在線直播、電子文獻、科研儀器、調查問卷、云存儲等以教學、學習資源為核心的基礎支撐平臺。

建設成果

復旦大學教育教學的信息化體系采取了統一規劃、分步實施的建設思路。因此，在實際建設過程中，教學管理、優秀學生選拔、網絡教學、精品課程、視頻課程等幾方面是在統一的建設思路下分期建設。

教務管理系統

圖2 教務管理系統總體框架

教務管理系統的總體框架設計成由下而上的三層架構：基礎數據層、業務邏輯層和用戶交互層，系統總體框架如圖2所示。基礎數據層由系統參數、各類用戶和角色信息、業務基礎數據、業務生成數據以及系統日志等組成。系統參數控制教學業務的一些重要參照信息，例如排課、選課、評教、登分等業務的當前學期和在線人數限制；還有控制各個階段性業務的開關與運行模式，例如選課輪次、專業保護及允許退課，開放評教及評教結果公開，轉專業、第二專業、專業分流的學生報名，院系和教務處審核以及結果公示等，這類業務的具體功能和開放對象隨著時間而變化，程序根據管理人員設定的參數進行控制。用戶信息存儲教務服務對象——教師和學生的個人信息，角色信息則存儲特殊用戶——各類管理人員的權限數據。業務基礎數據包含教務功能憑依的基礎數據表，例如國家、地區、民族等各類國標碼，部門、專業、職稱等各類校標碼，以及系統自身使用的學期、成績、學生性質等代碼。學校建立共享數據庫后，教務管理系統的數據層還與其他系統實現了數據共享和同步，教師、部門、職稱代碼等信息從人事等系統獲取，學生、專業、選課和成績信息等則作為數據源提供給其他系統。業務邏輯層實現教務的各項業務需求，包括學籍管理、培養方案、排課選課、教學評估、成績管理、轉專業和二專、畢業審核、教學服務，基本涵蓋了本科全部的教學管理業務。用戶交互層提供用戶使用各項系統功能的界面，同一項業務根據使用角色不同，會分為多個展示頁面，例如成績模塊分為學生查詢、教師點名、教務員登分、教務處管理人員統計和最終維護等。展示的頁面由邏輯層根據當前用戶的角色和權限來選擇。

本科招生系統

本科招生系統的建設重點放在流程可配置上，設計了由項目、流程環節、考生狀態、功能四種元素組成的招生業務，各元素分離構造，通過業務邏輯流程圖建立關聯和觸發條件，再自由組合成不同的業務。“流程環節”主要有填寫個人基本信息、報考本項目、選擇志愿、筆試、面試、最終錄取等。“考生狀態”與流程環節大致對應，有確認個人基本信息、已報名本項目、已選擇專業、通過/未通過筆試（面試）、選拔錄取/未錄取等。“功能”則是流程環節中可進行的操作，如下載材料、考試付費、打印準考證等。這三者屬于各自的集合中，相互之間獨立。對每一個項目，可以自由選取環節和順序配置一套自己的流程，每個環節指定準入的考生狀態和結束時修改的考生狀態，如有審核部分還可分流產生兩種狀態，環節中可加入需要提供的功能。業務流程和功能靈活配置的效果如圖3所示。

在此基礎上，所有報名項目即可實現統一的考生狀態查詢、管理和統計功能，邏輯程序則根據項目的配置信息自動分析；考生端實現了顯示流程功能，各個項目的報考進展一目了然。通過各種組合，各項目能配置出迥然不同的流程，滿足了招生項目類型多、變化頻繁的要求。在下一年使用時，系統還能繼承各項目的流程配置，系統管理員只需根據政策變化做些微調，大大減少了工作量，同時也順利通過了招生工作的考驗。2012年又對系統的流程配置模塊做了升級，使通用功能的觸發條件可針對每個項目分別設定，很好地解決了流程多樣化的問題。

網絡教學平臺

圖3 本科招生系統流程配置示意

圖4 eLearning系統架構

復旦大學以開源網絡教學平臺Sakai為基礎，建設自己的網絡教學平臺。為了在保持二次開發效果的同時能夠獲得上游版本的更新，就需要在代碼管理方面進行細致的考量。只有在良好的版本控制下，才能保證開發是可回溯的、可控的。傳統的版本控制軟件是集中式的，以Sakai為例，采用了Subversion作為版本控制軟件，代碼的歷史記錄都保存在中央服務器上，客戶端只保留當前版本的信息。如果只采用正式版本的Sakai，而不進行任何定制化開發的話，那么最好的部署、更新方法，就是定期從Sakai的Subversion庫中遷出最新的版本，然后進行代碼更新即可，實踐中也確實有部分歐美高校采用了這樣的方式。而對于需要定制開發，或者可能會在Sakai正式版發布之前先行修正bug的復旦大學來說，這樣的方案并不理想，很難做到正式版本代碼與自主開發代碼的良好控制。另外，如果只是遷出特定正式版本的Sakai代碼，然后全部在本地獨立使用版本控制進行開發，則又不能及時為系統增加正式版本中的功能與補丁。

為此，復旦大學信息辦采用開源的分布式版本控制軟件Mercurial進行代碼管理。傳統的版本控制系統使用集中式的Repository，一些和Repository相關的管理就只能由系統管理員一個人進行。相對于傳統的版本控制軟件，Mercurial充分利用了分布式系統的特點，代碼的歷史記錄保存在所有的節點中。它可以將 Sakai 正式庫中的代碼作為一個普通開發者進行管理，而自主開發的代碼作為另一個開發者進行管理，這兩者的權重是一致的，可以方便地整合雙方的代碼。分布式系統比集中式的單服務器系統更健壯，單服務器系統一旦服務器出現問題整個系統就不能運行了，分布式系統通常不會因為一兩個節點而受到影響，對網絡的依賴性更低。由于同步可以放在任意時刻進行，Mercurial甚至可以離線進行管理，只需在有網絡連接時同步。此外，Sakai復旦版代碼在GitHub上也有托管，便于同行采用。

復旦大學基于Sakai進行二次開發的系統被稱為eLearning系統。eLearning系統的硬件部署結構如圖4所示，使用5臺虛擬機，將系統按功能分開部署，完成了一個易于拓展的邏輯結構。這個結構由1臺負載均衡服務器、2臺應用服務器、1臺數據庫服務器和1臺文件系統服務器組成。若今后遇到使用需求上升時，可以根據性能瓶頸的位置，通過增加虛擬機的方式加強服務效果。

精品網絡課程平臺

通過調研分析，復旦大學采用了企業研發的Webplus網站群平臺進行精品課程網站的建設。Webplus平臺屬于內容管理系統的一種，但是Webplus在用戶友好性和操作便利性方面進行了很好的開發，這使得普通用戶能夠通過簡單的培訓后就能夠快速地創建出課程的站點。目前，每年學校都會對參與精品課程申報的教師進行培訓。通過大約1小時左右的培訓，絕大多數的教師都能夠掌握相關操作，進行精品課程網站的建設。對于那些計算機應用能力較強的教師，系統也支持自定義模板，進行更深一層的定制。為了保證評審專家能夠正常訪問課程的各項內容，我們經過多次測試，給教師提供了關于課程視頻的碼率建議和相關教程，以保障評審時瀏覽的質量。2013年春，精品課程服務器進行升級，系統由實體機遷到虛擬機，提供了快速擴展性能的可能。目前精品課程部署在2臺虛擬機上，分別作為制作服務器和發布服務器。制作服務器為了保證安全性，僅允許校內訪問；發布服務器在校內外均可正常訪問。

視頻課程平臺

多媒體視頻技術發展很快，同時需要兼容多平臺、多終端的需要，因此在整個視頻直播和點播平臺的建設過程中，我們采用C/S的架構來適應各種不同的客戶端要求以及復雜多樣的校園網結構。視頻直播以及點播的部署、調整、分流都在服務器端實施，而不需要去影響各種多樣的客戶端形態。針對視頻直播和點播的高并發量的特性，需要分布式的服務器端，我們采用了虛擬機集群的技術手段，方便快捷地部署新的分流服務器，以及對集群進行統一管理。在綜合考量了多種開源視頻解決方案后，我們采用了以下開源項目作為視頻教學系統的技術實施手段：采用跨平臺的流媒體播放器VLC來做后臺服務器端視頻直播的編碼壓制以及轉播分流；采用VLC播放器插件的形式，動態從服務器端獲取直播的播放列表；采用Apache2作為服務端容器，并且使用支持流播放的視頻解碼模塊；采用Flowplayer以及JW Player這兩個Flash播放器來做網頁版直播播放的客戶端；采用WordPress以及其插件作為視頻直播點播平臺的網頁前端，展示教學視頻的點播以及直播的界面，并配合其PHP插件進行管理功能的快速配置開發。

圖5 視頻課程平臺系統架構

以Sakai為例，采用了Subversion作為版本控制軟件，代碼的歷史記錄都保存在中央服務器上，客戶端只保留當前版本的信息。

視頻直播以及點播平臺的服務器配有校園網、教育網、電信網3個VLAN，從而針對不同網絡結構進行針對性的分流。校園網用戶直接訪問所在區域的視頻服務器，教育網和電信網用戶根據DNS動態解析訪問所在鏈路的服務，從而優化網絡訪問結構。我們在服務器上部署了虛擬機的集群，圖5是視頻課程平臺系統架構圖，其中有一臺基于WordPress搭建的網頁服務器用于整個平臺的網頁前端，負責VLC插件的播放列表獲取、網頁版播放器客戶端、網頁教學視頻點播的展示、以及直播轉播以及錄制的配置和監控數據的管理模塊。跨平臺的VLC播放器的插件使用lua語言編寫，用于從服務器端動態獲取XML格式的播放列表，并支持服務端的負載均衡。

網頁版直播前端使用WordPress作為頁面展示的框架。網頁播放器使用開源Flash播放器Flowplayer，并且通過Javascript來切換頻道。在服務器的后端，通過VLC進行編碼，用FLV編碼器輸出Flash流。對于Windows/Linux/Mac的電腦終端，通過瀏覽器的Flash插件進行視頻的播放；對于Android移動終端，安裝Flash應用作為網頁客戶端；對于iOS系統，使用VLC通過index索引文件來播放若干秒延遲的視頻片段。網頁的教學視頻點播界面使用WordPress插件Cool-Video-Gallery來做課程視頻列表的展示，課程視頻文件通過FTP方式上傳到至服務器。在網頁上使用開源Flash播放器JWplayer進行視頻點播的播放。在服務器的后端，通過編譯Apache支持H264以及FLV流輸出的模塊，使得視頻支持流播放，支持播放器進度條的拖動以及視頻的緩沖。通過將視頻統一轉碼成H264 MAIN 3.1以上的MP4格式，并且通過Javascript對于iOS設備自動切換支持的播放界面。另外，服務器端可以做負載均衡，通過多臺文件服務器的分流，來應對視頻點播的高并發的情形。

應用效果

經過多年的系統建設和實際運行，復旦大學在教學管理、優秀生選拔、教學平臺、精品課程、視頻課程等方面的信息化應用取得了良好的效果，以下運行數據充分說明了各應用系統的應用效果。

截至2013年6月，教務管理系統已保存成績數據195萬余條，畢業審核記錄6萬余條，學籍變動記錄3萬余條，評教記錄367萬余條，評教分數結果73萬余條，文字評教信息33萬余條；每學期產生選課退課記錄約16萬條，在校生注冊記錄超過1.4萬條，教學培養計劃記錄1.9萬多條；每學年產生成績記錄約24萬條，畢業審核日志記錄5萬多條。

經過2010至2012三個年度，已有8萬余名應屆高中生通過招生系統報名參加復旦大學自主招生活動，報考項目從最初的8項增長到了現在的20項。招生系統的成功運作有效地推動了學校自主招生的發展，自主選拔試點生在全校招生的人數比例由49.8%上升到了56.2%，通過自主選拔入學的新生在選擇專業和學習方向上更加明確。

eLearning系統已經成為校內使用課程最多、使用師生最多的網絡教學平臺。經過調研反饋，絕大多數的學生認為該系統簡單易用，對輔助學習有很大幫助，并對系統表示滿意。現在網絡教學平臺提供了課程通知、課件共享、課程大綱、在線作業、在線考試、討論區、聊天室、協作Wiki、調查統計等多個教學輔助功能。

經驗總結

復旦大學在教育教學與人才培養模式創新方面能夠走出自身的特色，與信息化的支持密不可分。在復旦大學“教育管理信息化平臺”和“教育資源公共服務平臺”建設的過程中，也積累了豐富的信息化實踐經驗。在高校信息化建設進程中，遵守“整體規劃、分步實施”的總體思路，注重應用系統建設的有序性，切實解決業務系統之間的數據交互。在應用系統建設過程中，對管理和服務功能適當分離，采用更加合理的技術架構，強調服務系統的界面友好性和系統健壯性。注重業務流程梳理和優化，實現合理的網上服務流程；針對部分復雜多變的業務，實現靈活的流程動態配置功能。針對部分特定業務或服務功能，合理使用成熟開源軟件，降低信息化實施成本，有效提高應用系統開發質量和建設效率。

（作者單位為復旦大學信息化辦公室）