复旦大学：信息化支撑教学与人才培养模式创新

文/陈翼 高珺 翟佳 胡艳秋 文捷 鲁寅辉

复旦大学：信息化支撑教学与人才培养模式创新

文/陈翼 高珺 翟佳 胡艳秋 文捷 鲁寅辉

复旦大学一直以来都把人才培养（特别是本科生培养）作为学校工作的核心任务，在教学管理、课程建设、优秀人才选拔、国际学术交流等方面不断改革创新。在复旦大学教育教学与人才培养的改革过程中，面临着一系列的困难和挑战，一些新的问题亟待解决：

1.如何优化全校教学资源，推进本科通识教育、完全学分制改革、小班化教学、研讨型课程？

2.如何通过本科自主招生试验改革选拔优秀学生？

3.如何通过研究生招生改革选拔优秀本科学生？

4.如何选拔优秀本科生参与国际交流，到国（境）外一流大学接受教育？

5.如何通过现代信息技术手段进一步辅助课堂教学，加强师生之间互动交流？

6.如何通过网络平台展示优秀教师的优质课程资源？

7.如何丰富数字化教学资源，推进多种类型的在线课程，加强学生泛在学习能力？

近年来，信息技术快速发展，高等教育领域开始尝试应用最新技术，给上述问题的解决带来了契机。随着复旦大学校园信息化基础设施的逐步完善，从2004年开始探索教育教学信息化的道路，重点建设相关的应用系统，逐步整合、形成了“教育管理信息化平台”和“教育资源公共服务平台”，为学校教育教学与人才培养的各项改革举措提供技术支持。

图1 复旦大学教育教学与人才培养应用与服务信息化体系整体架构

建设目标

为了满足学校在教学管理、优秀学生选拔、网络教学、精品课程、视频课程等方面的需求，需要通过重组现有业务和系统，逐步形成一套支撑教育教学与人才培养的应用与服务体系。根据复旦大学校园信息化建设的统一规划，整合现有的业务系统，逐步组织和整合形成功能完善、覆盖全业务的“教育管理信息化平台”和“教育资源公共服务平台”，形成对教育教学与人才培养各项业务的全面支撑。“教育管理信息化平台”包括教务、研究生、选课、招生、外事、留学生、学工、就业、迎新、离校等核心管理系统，“教育资源公共服务平台”包括教学平台、精品课程、视频课程、在线直播、电子文献、科研仪器、调查问卷、云存储等以教学、学习资源为核心的基础支撑平台。

建设成果

复旦大学教育教学的信息化体系采取了统一规划、分步实施的建设思路。因此，在实际建设过程中，教学管理、优秀学生选拔、网络教学、精品课程、视频课程等几方面是在统一的建设思路下分期建设。

教务管理系统

图2 教务管理系统总体框架

教务管理系统的总体框架设计成由下而上的三层架构：基础数据层、业务逻辑层和用户交互层，系统总体框架如图2所示。基础数据层由系统参数、各类用户和角色信息、业务基础数据、业务生成数据以及系统日志等组成。系统参数控制教学业务的一些重要参照信息，例如排课、选课、评教、登分等业务的当前学期和在线人数限制；还有控制各个阶段性业务的开关与运行模式，例如选课轮次、专业保护及允许退课，开放评教及评教结果公开，转专业、第二专业、专业分流的学生报名，院系和教务处审核以及结果公示等，这类业务的具体功能和开放对象随着时间而变化，程序根据管理人员设定的参数进行控制。用户信息存储教务服务对象——教师和学生的个人信息，角色信息则存储特殊用户——各类管理人员的权限数据。业务基础数据包含教务功能凭依的基础数据表，例如国家、地区、民族等各类国标码，部门、专业、职称等各类校标码，以及系统自身使用的学期、成绩、学生性质等代码。学校建立共享数据库后，教务管理系统的数据层还与其他系统实现了数据共享和同步，教师、部门、职称代码等信息从人事等系统获取，学生、专业、选课和成绩信息等则作为数据源提供给其他系统。业务逻辑层实现教务的各项业务需求，包括学籍管理、培养方案、排课选课、教学评估、成绩管理、转专业和二专、毕业审核、教学服务，基本涵盖了本科全部的教学管理业务。用户交互层提供用户使用各项系统功能的界面，同一项业务根据使用角色不同，会分为多个展示页面，例如成绩模块分为学生查询、教师点名、教务员登分、教务处管理人员统计和最终维护等。展示的页面由逻辑层根据当前用户的角色和权限来选择。

本科招生系统

本科招生系统的建设重点放在流程可配置上，设计了由项目、流程环节、考生状态、功能四种元素组成的招生业务，各元素分离构造，通过业务逻辑流程图建立关联和触发条件，再自由组合成不同的业务。“流程环节”主要有填写个人基本信息、报考本项目、选择志愿、笔试、面试、最终录取等。“考生状态”与流程环节大致对应，有确认个人基本信息、已报名本项目、已选择专业、通过/未通过笔试（面试）、选拔录取/未录取等。“功能”则是流程环节中可进行的操作，如下载材料、考试付费、打印准考证等。这三者属于各自的集合中，相互之间独立。对每一个项目，可以自由选取环节和顺序配置一套自己的流程，每个环节指定准入的考生状态和结束时修改的考生状态，如有审核部分还可分流产生两种状态，环节中可加入需要提供的功能。业务流程和功能灵活配置的效果如图3所示。

在此基础上，所有报名项目即可实现统一的考生状态查询、管理和统计功能，逻辑程序则根据项目的配置信息自动分析；考生端实现了显示流程功能，各个项目的报考进展一目了然。通过各种组合，各项目能配置出迥然不同的流程，满足了招生项目类型多、变化频繁的要求。在下一年使用时，系统还能继承各项目的流程配置，系统管理员只需根据政策变化做些微调，大大减少了工作量，同时也顺利通过了招生工作的考验。2012年又对系统的流程配置模块做了升级，使通用功能的触发条件可针对每个项目分别设定，很好地解决了流程多样化的问题。

网络教学平台

图3 本科招生系统流程配置示意

图4 eLearning系统架构

复旦大学以开源网络教学平台Sakai为基础，建设自己的网络教学平台。为了在保持二次开发效果的同时能够获得上游版本的更新，就需要在代码管理方面进行细致的考量。只有在良好的版本控制下，才能保证开发是可回溯的、可控的。传统的版本控制软件是集中式的，以Sakai为例，采用了Subversion作为版本控制软件，代码的历史记录都保存在中央服务器上，客户端只保留当前版本的信息。如果只采用正式版本的Sakai，而不进行任何定制化开发的话，那么最好的部署、更新方法，就是定期从Sakai的Subversion库中迁出最新的版本，然后进行代码更新即可，实践中也确实有部分欧美高校采用了这样的方式。而对于需要定制开发，或者可能会在Sakai正式版发布之前先行修正bug的复旦大学来说，这样的方案并不理想，很难做到正式版本代码与自主开发代码的良好控制。另外，如果只是迁出特定正式版本的Sakai代码，然后全部在本地独立使用版本控制进行开发，则又不能及时为系统增加正式版本中的功能与补丁。

为此，复旦大学信息办采用开源的分布式版本控制软件Mercurial进行代码管理。传统的版本控制系统使用集中式的Repository，一些和Repository相关的管理就只能由系统管理员一个人进行。相对于传统的版本控制软件，Mercurial充分利用了分布式系统的特点，代码的历史记录保存在所有的节点中。它可以将 Sakai 正式库中的代码作为一个普通开发者进行管理，而自主开发的代码作为另一个开发者进行管理，这两者的权重是一致的，可以方便地整合双方的代码。分布式系统比集中式的单服务器系统更健壮，单服务器系统一旦服务器出现问题整个系统就不能运行了，分布式系统通常不会因为一两个节点而受到影响，对网络的依赖性更低。由于同步可以放在任意时刻进行，Mercurial甚至可以离线进行管理，只需在有网络连接时同步。此外，Sakai复旦版代码在GitHub上也有托管，便于同行采用。

复旦大学基于Sakai进行二次开发的系统被称为eLearning系统。eLearning系统的硬件部署结构如图4所示，使用5台虚拟机，将系统按功能分开部署，完成了一个易于拓展的逻辑结构。这个结构由1台负载均衡服务器、2台应用服务器、1台数据库服务器和1台文件系统服务器组成。若今后遇到使用需求上升时，可以根据性能瓶颈的位置，通过增加虚拟机的方式加强服务效果。

精品网络课程平台

通过调研分析，复旦大学采用了企业研发的Webplus网站群平台进行精品课程网站的建设。Webplus平台属于内容管理系统的一种，但是Webplus在用户友好性和操作便利性方面进行了很好的开发，这使得普通用户能够通过简单的培训后就能够快速地创建出课程的站点。目前，每年学校都会对参与精品课程申报的教师进行培训。通过大约1小时左右的培训，绝大多数的教师都能够掌握相关操作，进行精品课程网站的建设。对于那些计算机应用能力较强的教师，系统也支持自定义模板，进行更深一层的定制。为了保证评审专家能够正常访问课程的各项内容，我们经过多次测试，给教师提供了关于课程视频的码率建议和相关教程，以保障评审时浏览的质量。2013年春，精品课程服务器进行升级，系统由实体机迁到虚拟机，提供了快速扩展性能的可能。目前精品课程部署在2台虚拟机上，分别作为制作服务器和发布服务器。制作服务器为了保证安全性，仅允许校内访问；发布服务器在校内外均可正常访问。

视频课程平台

多媒体视频技术发展很快，同时需要兼容多平台、多终端的需要，因此在整个视频直播和点播平台的建设过程中，我们采用C/S的架构来适应各种不同的客户端要求以及复杂多样的校园网结构。视频直播以及点播的部署、调整、分流都在服务器端实施，而不需要去影响各种多样的客户端形态。针对视频直播和点播的高并发量的特性，需要分布式的服务器端，我们采用了虚拟机集群的技术手段，方便快捷地部署新的分流服务器，以及对集群进行统一管理。在综合考量了多种开源视频解决方案后，我们采用了以下开源项目作为视频教学系统的技术实施手段：采用跨平台的流媒体播放器VLC来做后台服务器端视频直播的编码压制以及转播分流；采用VLC播放器插件的形式，动态从服务器端获取直播的播放列表；采用Apache2作为服务端容器，并且使用支持流播放的视频解码模块；采用Flowplayer以及JW Player这两个Flash播放器来做网页版直播播放的客户端；采用WordPress以及其插件作为视频直播点播平台的网页前端，展示教学视频的点播以及直播的界面，并配合其PHP插件进行管理功能的快速配置开发。

图5 视频课程平台系统架构

以Sakai为例，采用了Subversion作为版本控制软件，代码的历史记录都保存在中央服务器上，客户端只保留当前版本的信息。

视频直播以及点播平台的服务器配有校园网、教育网、电信网3个VLAN，从而针对不同网络结构进行针对性的分流。校园网用户直接访问所在区域的视频服务器，教育网和电信网用户根据DNS动态解析访问所在链路的服务，从而优化网络访问结构。我们在服务器上部署了虚拟机的集群，图5是视频课程平台系统架构图，其中有一台基于WordPress搭建的网页服务器用于整个平台的网页前端，负责VLC插件的播放列表获取、网页版播放器客户端、网页教学视频点播的展示、以及直播转播以及录制的配置和监控数据的管理模块。跨平台的VLC播放器的插件使用lua语言编写，用于从服务器端动态获取XML格式的播放列表，并支持服务端的负载均衡。

网页版直播前端使用WordPress作为页面展示的框架。网页播放器使用开源Flash播放器Flowplayer，并且通过Javascript来切换频道。在服务器的后端，通过VLC进行编码，用FLV编码器输出Flash流。对于Windows/Linux/Mac的电脑终端，通过浏览器的Flash插件进行视频的播放；对于Android移动终端，安装Flash应用作为网页客户端；对于iOS系统，使用VLC通过index索引文件来播放若干秒延迟的视频片段。网页的教学视频点播界面使用WordPress插件Cool-Video-Gallery来做课程视频列表的展示，课程视频文件通过FTP方式上传到至服务器。在网页上使用开源Flash播放器JWplayer进行视频点播的播放。在服务器的后端，通过编译Apache支持H264以及FLV流输出的模块，使得视频支持流播放，支持播放器进度条的拖动以及视频的缓冲。通过将视频统一转码成H264 MAIN 3.1以上的MP4格式，并且通过Javascript对于iOS设备自动切换支持的播放界面。另外，服务器端可以做负载均衡，通过多台文件服务器的分流，来应对视频点播的高并发的情形。

应用效果

经过多年的系统建设和实际运行，复旦大学在教学管理、优秀生选拔、教学平台、精品课程、视频课程等方面的信息化应用取得了良好的效果，以下运行数据充分说明了各应用系统的应用效果。

截至2013年6月，教务管理系统已保存成绩数据195万余条，毕业审核记录6万余条，学籍变动记录3万余条，评教记录367万余条，评教分数结果73万余条，文字评教信息33万余条；每学期产生选课退课记录约16万条，在校生注册记录超过1.4万条，教学培养计划记录1.9万多条；每学年产生成绩记录约24万条，毕业审核日志记录5万多条。

经过2010至2012三个年度，已有8万余名应届高中生通过招生系统报名参加复旦大学自主招生活动，报考项目从最初的8项增长到了现在的20项。招生系统的成功运作有效地推动了学校自主招生的发展，自主选拔试点生在全校招生的人数比例由49.8%上升到了56.2%，通过自主选拔入学的新生在选择专业和学习方向上更加明确。

eLearning系统已经成为校内使用课程最多、使用师生最多的网络教学平台。经过调研反馈，绝大多数的学生认为该系统简单易用，对辅助学习有很大帮助，并对系统表示满意。现在网络教学平台提供了课程通知、课件共享、课程大纲、在线作业、在线考试、讨论区、聊天室、协作Wiki、调查统计等多个教学辅助功能。

经验总结

复旦大学在教育教学与人才培养模式创新方面能够走出自身的特色，与信息化的支持密不可分。在复旦大学“教育管理信息化平台”和“教育资源公共服务平台”建设的过程中，也积累了丰富的信息化实践经验。在高校信息化建设进程中，遵守“整体规划、分步实施”的总体思路，注重应用系统建设的有序性，切实解决业务系统之间的数据交互。在应用系统建设过程中，对管理和服务功能适当分离，采用更加合理的技术架构，强调服务系统的界面友好性和系统健壮性。注重业务流程梳理和优化，实现合理的网上服务流程；针对部分复杂多变的业务，实现灵活的流程动态配置功能。针对部分特定业务或服务功能，合理使用成熟开源软件，降低信息化实施成本，有效提高应用系统开发质量和建设效率。

（作者单位为复旦大学信息化办公室）