文/陳翼 高珺 翟佳 胡艷秋 文捷 魯寅輝

復(fù)旦大學(xué)：信息化支撐教學(xué)與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新

文/陳翼 高珺 翟佳 胡艷秋 文捷 魯寅輝

復(fù)旦大學(xué)一直以來都把人才培養(yǎng)（特別是本科生培養(yǎng)）作為學(xué)校工作的核心任務(wù)，在教學(xué)管理、課程建設(shè)、優(yōu)秀人才選拔、國際學(xué)術(shù)交流等方面不斷改革創(chuàng)新。在復(fù)旦大學(xué)教育教學(xué)與人才培養(yǎng)的改革過程中，面臨著一系列的困難和挑戰(zhàn)，一些新的問題亟待解決：

1.如何優(yōu)化全校教學(xué)資源，推進(jìn)本科通識教育、完全學(xué)分制改革、小班化教學(xué)、研討型課程？

2.如何通過本科自主招生試驗(yàn)改革選拔優(yōu)秀學(xué)生？

3.如何通過研究生招生改革選拔優(yōu)秀本科學(xué)生？

4.如何選拔優(yōu)秀本科生參與國際交流，到國（境）外一流大學(xué)接受教育？

5.如何通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段進(jìn)一步輔助課堂教學(xué)，加強(qiáng)師生之間互動交流？

6.如何通過網(wǎng)絡(luò)平臺展示優(yōu)秀教師的優(yōu)質(zhì)課程資源？

7.如何豐富數(shù)字化教學(xué)資源，推進(jìn)多種類型的在線課程，加強(qiáng)學(xué)生泛在學(xué)習(xí)能力？

近年來，信息技術(shù)快速發(fā)展，高等教育領(lǐng)域開始嘗試應(yīng)用最新技術(shù)，給上述問題的解決帶來了契機(jī)。隨著復(fù)旦大學(xué)校園信息化基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，從2004年開始探索教育教學(xué)信息化的道路，重點(diǎn)建設(shè)相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，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(wù)平臺”，為學(xué)校教育教學(xué)與人才培養(yǎng)的各項(xiàng)改革舉措提供技術(shù)支持。

圖1 復(fù)旦大學(xué)教育教學(xué)與人才培養(yǎng)應(yīng)用與服務(wù)信息化體系整體架構(gòu)

建設(shè)目標(biāo)

為了滿足學(xué)校在教學(xué)管理、優(yōu)秀學(xué)生選拔、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、精品課程、視頻課程等方面的需求，需要通過重組現(xiàn)有業(yè)務(wù)和系統(tǒng)，逐步形成一套支撐教育教學(xué)與人才培養(yǎng)的應(yīng)用與服務(wù)體系。根據(jù)復(fù)旦大學(xué)校園信息化建設(shè)的統(tǒng)一規(guī)劃，整合現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，逐步組織和整合形成功能完善、覆蓋全業(yè)務(wù)的“教育管理信息化平臺”和“教育資源公共服務(wù)平臺”，形成對教育教學(xué)與人才培養(yǎng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的全面支撐?！敖逃芾硇畔⒒脚_”包括教務(wù)、研究生、選課、招生、外事、留學(xué)生、學(xué)工、就業(yè)、迎新、離校等核心管理系統(tǒng)，“教育資源公共服務(wù)平臺”包括教學(xué)平臺、精品課程、視頻課程、在線直播、電子文獻(xiàn)、科研儀器、調(diào)查問卷、云存儲等以教學(xué)、學(xué)習(xí)資源為核心的基礎(chǔ)支撐平臺。

建設(shè)成果

復(fù)旦大學(xué)教育教學(xué)的信息化體系采取了統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施的建設(shè)思路。因此，在實(shí)際建設(shè)過程中，教學(xué)管理、優(yōu)秀學(xué)生選拔、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、精品課程、視頻課程等幾方面是在統(tǒng)一的建設(shè)思路下分期建設(shè)。

教務(wù)管理系統(tǒng)

圖2 教務(wù)管理系統(tǒng)總體框架

教務(wù)管理系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)成由下而上的三層架構(gòu)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和用戶交互層，系統(tǒng)總體框架如圖2所示。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層由系統(tǒng)參數(shù)、各類用戶和角色信息、業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)生成數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)日志等組成。系統(tǒng)參數(shù)控制教學(xué)業(yè)務(wù)的一些重要參照信息，例如排課、選課、評教、登分等業(yè)務(wù)的當(dāng)前學(xué)期和在線人數(shù)限制；還有控制各個階段性業(yè)務(wù)的開關(guān)與運(yùn)行模式，例如選課輪次、專業(yè)保護(hù)及允許退課，開放評教及評教結(jié)果公開，轉(zhuǎn)專業(yè)、第二專業(yè)、專業(yè)分流的學(xué)生報(bào)名，院系和教務(wù)處審核以及結(jié)果公示等，這類業(yè)務(wù)的具體功能和開放對象隨著時間而變化，程序根據(jù)管理人員設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行控制。用戶信息存儲教務(wù)服務(wù)對象——教師和學(xué)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(quán)限數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含教務(wù)功能憑依的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，例如國家、地區(qū)、民族等各類國標(biāo)碼，部門、專業(yè)、職稱等各類校標(biāo)碼，以及系統(tǒng)自身使用的學(xué)期、成績、學(xué)生性質(zhì)等代碼。學(xué)校建立共享數(shù)據(jù)庫后，教務(wù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層還與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和同步，教師、部門、職稱代碼等信息從人事等系統(tǒng)獲取，學(xué)生、專業(yè)、選課和成績信息等則作為數(shù)據(jù)源提供給其他系統(tǒng)。業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)教務(wù)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求，包括學(xué)籍管理、培養(yǎng)方案、排課選課、教學(xué)評估、成績管理、轉(zhuǎn)專業(yè)和二專、畢業(yè)審核、教學(xué)服務(wù)，基本涵蓋了本科全部的教學(xué)管理業(yè)務(wù)。用戶交互層提供用戶使用各項(xiàng)系統(tǒng)功能的界面，同一項(xiàng)業(yè)務(wù)根據(jù)使用角色不同，會分為多個展示頁面，例如成績模塊分為學(xué)生查詢、教師點(diǎn)名、教務(wù)員登分、教務(wù)處管理人員統(tǒng)計(jì)和最終維護(hù)等。展示的頁面由邏輯層根據(jù)當(dāng)前用戶的角色和權(quán)限來選擇。

本科招生系統(tǒng)

本科招生系統(tǒng)的建設(shè)重點(diǎn)放在流程可配置上，設(shè)計(jì)了由項(xiàng)目、流程環(huán)節(jié)、考生狀態(tài)、功能四種元素組成的招生業(yè)務(wù)，各元素分離構(gòu)造，通過業(yè)務(wù)邏輯流程圖建立關(guān)聯(lián)和觸發(fā)條件，再自由組合成不同的業(yè)務(wù)?！傲鞒汰h(huán)節(jié)”主要有填寫個人基本信息、報(bào)考本項(xiàng)目、選擇志愿、筆試、面試、最終錄取等?！翱忌鸂顟B(tài)”與流程環(huán)節(jié)大致對應(yīng)，有確認(rèn)個人基本信息、已報(bào)名本項(xiàng)目、已選擇專業(yè)、通過/未通過筆試（面試）、選拔錄取/未錄取等?！肮δ堋眲t是流程環(huán)節(jié)中可進(jìn)行的操作，如下載材料、考試付費(fèi)、打印準(zhǔn)考證等。這三者屬于各自的集合中，相互之間獨(dú)立。對每一個項(xiàng)目，可以自由選取環(huán)節(jié)和順序配置一套自己的流程，每個環(huán)節(jié)指定準(zhǔn)入的考生狀態(tài)和結(jié)束時修改的考生狀態(tài)，如有審核部分還可分流產(chǎn)生兩種狀態(tài)，環(huán)節(jié)中可加入需要提供的功能。業(yè)務(wù)流程和功能靈活配置的效果如圖3所示。

在此基礎(chǔ)上，所有報(bào)名項(xiàng)目即可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的考生狀態(tài)查詢、管理和統(tǒng)計(jì)功能，邏輯程序則根據(jù)項(xiàng)目的配置信息自動分析；考生端實(shí)現(xiàn)了顯示流程功能，各個項(xiàng)目的報(bào)考進(jìn)展一目了然。通過各種組合，各項(xiàng)目能配置出迥然不同的流程，滿足了招生項(xiàng)目類型多、變化頻繁的要求。在下一年使用時，系統(tǒng)還能繼承各項(xiàng)目的流程配置，系統(tǒng)管理員只需根據(jù)政策變化做些微調(diào)，大大減少了工作量，同時也順利通過了招生工作的考驗(yàn)。2012年又對系統(tǒng)的流程配置模塊做了升級，使通用功能的觸發(fā)條件可針對每個項(xiàng)目分別設(shè)定，很好地解決了流程多樣化的問題。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

圖3 本科招生系統(tǒng)流程配置示意

圖4 eLearning系統(tǒng)架構(gòu)

復(fù)旦大學(xué)以開源網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺Sakai為基礎(chǔ)，建設(shè)自己的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。為了在保持二次開發(fā)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(jìn)行細(xì)致的考量。只有在良好的版本控制下，才能保證開發(fā)是可回溯的、可控的。傳統(tǒng)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(wù)器上，客戶端只保留當(dāng)前版本的信息。如果只采用正式版本的Sakai，而不進(jìn)行任何定制化開發(fā)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(jìn)行代碼更新即可，實(shí)踐中也確實(shí)有部分歐美高校采用了這樣的方式。而對于需要定制開發(fā)，或者可能會在Sakai正式版發(fā)布之前先行修正bug的復(fù)旦大學(xué)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(fā)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(dú)立使用版本控制進(jìn)行開發(fā)，則又不能及時為系統(tǒng)增加正式版本中的功能與補(bǔ)丁。

為此，復(fù)旦大學(xué)信息辦采用開源的分布式版本控制軟件Mercurial進(jìn)行代碼管理。傳統(tǒng)的版本控制系統(tǒng)使用集中式的Repository，一些和Repository相關(guān)的管理就只能由系統(tǒng)管理員一個人進(jìn)行。相對于傳統(tǒng)的版本控制軟件，Mercurial充分利用了分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)，代碼的歷史記錄保存在所有的節(jié)點(diǎn)中。它可以將 Sakai 正式庫中的代碼作為一個普通開發(fā)者進(jìn)行管理，而自主開發(fā)的代碼作為另一個開發(fā)者進(jìn)行管理，這兩者的權(quán)重是一致的，可以方便地整合雙方的代碼。分布式系統(tǒng)比集中式的單服務(wù)器系統(tǒng)更健壯，單服務(wù)器系統(tǒng)一旦服務(wù)器出現(xiàn)問題整個系統(tǒng)就不能運(yùn)行了，分布式系統(tǒng)通常不會因?yàn)橐粌蓚€節(jié)點(diǎn)而受到影響，對網(wǎng)絡(luò)的依賴性更低。由于同步可以放在任意時刻進(jìn)行，Mercurial甚至可以離線進(jìn)行管理，只需在有網(wǎng)絡(luò)連接時同步。此外，Sakai復(fù)旦版代碼在GitHub上也有托管，便于同行采用。

復(fù)旦大學(xué)基于Sakai進(jìn)行二次開發(fā)的系統(tǒng)被稱為eLearning系統(tǒng)。eLearning系統(tǒng)的硬件部署結(jié)構(gòu)如圖4所示，使用5臺虛擬機(jī)，將系統(tǒng)按功能分開部署，完成了一個易于拓展的邏輯結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)由1臺負(fù)載均衡服務(wù)器、2臺應(yīng)用服務(wù)器、1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和1臺文件系統(tǒng)服務(wù)器組成。若今后遇到使用需求上升時，可以根據(jù)性能瓶頸的位置，通過增加虛擬機(jī)的方式加強(qiáng)服務(wù)效果。

精品網(wǎng)絡(luò)課程平臺

通過調(diào)研分析，復(fù)旦大學(xué)采用了企業(yè)研發(fā)的Webplus網(wǎng)站群平臺進(jìn)行精品課程網(wǎng)站的建設(shè)。Webplus平臺屬于內(nèi)容管理系統(tǒng)的一種，但是Webplus在用戶友好性和操作便利性方面進(jìn)行了很好的開發(fā)，這使得普通用戶能夠通過簡單的培訓(xùn)后就能夠快速地創(chuàng)建出課程的站點(diǎn)。目前，每年學(xué)校都會對參與精品課程申報(bào)的教師進(jìn)行培訓(xùn)。通過大約1小時左右的培訓(xùn)，絕大多數(shù)的教師都能夠掌握相關(guān)操作，進(jìn)行精品課程網(wǎng)站的建設(shè)。對于那些計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力較強(qiáng)的教師，系統(tǒng)也支持自定義模板，進(jìn)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(xiàng)內(nèi)容，我們經(jīng)過多次測試，給教師提供了關(guān)于課程視頻的碼率建議和相關(guān)教程，以保障評審時瀏覽的質(zhì)量。2013年春，精品課程服務(wù)器進(jìn)行升級，系統(tǒng)由實(shí)體機(jī)遷到虛擬機(jī)，提供了快速擴(kuò)展性能的可能。目前精品課程部署在2臺虛擬機(jī)上，分別作為制作服務(wù)器和發(fā)布服務(wù)器。制作服務(wù)器為了保證安全性，僅允許校內(nèi)訪問；發(fā)布服務(wù)器在校內(nèi)外均可正常訪問。

視頻課程平臺

多媒體視頻技術(shù)發(fā)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(diǎn)播平臺的建設(shè)過程中，我們采用C/S的架構(gòu)來適應(yīng)各種不同的客戶端要求以及復(fù)雜多樣的校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)。視頻直播以及點(diǎn)播的部署、調(diào)整、分流都在服務(wù)器端實(shí)施，而不需要去影響各種多樣的客戶端形態(tài)。針對視頻直播和點(diǎn)播的高并發(fā)量的特性，需要分布式的服務(wù)器端，我們采用了虛擬機(jī)集群的技術(shù)手段，方便快捷地部署新的分流服務(wù)器，以及對集群進(jìn)行統(tǒng)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(xiàng)目作為視頻教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)施手段：采用跨平臺的流媒體播放器VLC來做后臺服務(wù)器端視頻直播的編碼壓制以及轉(zhuǎn)播分流；采用VLC播放器插件的形式，動態(tài)從服務(wù)器端獲取直播的播放列表；采用Apache2作為服務(wù)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(wǎng)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(diǎn)播平臺的網(wǎng)頁前端，展示教學(xué)視頻的點(diǎn)播以及直播的界面，并配合其PHP插件進(jìn)行管理功能的快速配置開發(fā)。

圖5 視頻課程平臺系統(tǒng)架構(gòu)

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(wù)器上，客戶端只保留當(dāng)前版本的信息。

視頻直播以及點(diǎn)播平臺的服務(wù)器配有校園網(wǎng)、教育網(wǎng)、電信網(wǎng)3個VLAN，從而針對不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的分流。校園網(wǎng)用戶直接訪問所在區(qū)域的視頻服務(wù)器，教育網(wǎng)和電信網(wǎng)用戶根據(jù)DNS動態(tài)解析訪問所在鏈路的服務(wù)，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)訪問結(jié)構(gòu)。我們在服務(wù)器上部署了虛擬機(jī)的集群，圖5是視頻課程平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖，其中有一臺基于WordPress搭建的網(wǎng)頁服務(wù)器用于整個平臺的網(wǎng)頁前端，負(fù)責(zé)VLC插件的播放列表獲取、網(wǎng)頁版播放器客戶端、網(wǎng)頁教學(xué)視頻點(diǎn)播的展示、以及直播轉(zhuǎn)播以及錄制的配置和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的管理模塊?？缙脚_的VLC播放器的插件使用lua語言編寫，用于從服務(wù)器端動態(tài)獲取XML格式的播放列表，并支持服務(wù)端的負(fù)載均衡。

網(wǎng)頁版直播前端使用WordPress作為頁面展示的框架。網(wǎng)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(wù)器的后端，通過VLC進(jìn)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(jìn)行視頻的播放；對于Android移動終端，安裝Flash應(yīng)用作為網(wǎng)頁客戶端；對于iOS系統(tǒng)，使用VLC通過index索引文件來播放若干秒延遲的視頻片段。網(wǎng)頁的教學(xué)視頻點(diǎn)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(wù)器。在網(wǎng)頁上使用開源Flash播放器JWplayer進(jìn)行視頻點(diǎn)播的播放。在服務(wù)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(jìn)度條的拖動以及視頻的緩沖。通過將視頻統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼成H264 MAIN 3.1以上的MP4格式，并且通過Javascript對于iOS設(shè)備自動切換支持的播放界面。另外，服務(wù)器端可以做負(fù)載均衡，通過多臺文件服務(wù)器的分流，來應(yīng)對視頻點(diǎn)播的高并發(fā)的情形。

應(yīng)用效果

經(jīng)過多年的系統(tǒng)建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行，復(fù)旦大學(xué)在教學(xué)管理、優(yōu)秀生選拔、教學(xué)平臺、精品課程、視頻課程等方面的信息化應(yīng)用取得了良好的效果，以下運(yùn)行數(shù)據(jù)充分說明了各應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

截至2013年6月，教務(wù)管理系統(tǒng)已保存成績數(shù)據(jù)195萬余條，畢業(yè)審核記錄6萬余條，學(xué)籍變動記錄3萬余條，評教記錄367萬余條，評教分?jǐn)?shù)結(jié)果73萬余條，文字評教信息33萬余條；每學(xué)期產(chǎn)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(xué)培養(yǎng)計(jì)劃記錄1.9萬多條；每學(xué)年產(chǎn)生成績記錄約24萬條，畢業(yè)審核日志記錄5萬多條。

經(jīng)過2010至2012三個年度，已有8萬余名應(yīng)屆高中生通過招生系統(tǒng)報(bào)名參加復(fù)旦大學(xué)自主招生活動，報(bào)考項(xiàng)目從最初的8項(xiàng)增長到了現(xiàn)在的20項(xiàng)。招生系統(tǒng)的成功運(yùn)作有效地推動了學(xué)校自主招生的發(fā)展，自主選拔試點(diǎn)生在全校招生的人數(shù)比例由49.8%上升到了56.2%，通過自主選拔入學(xué)的新生在選擇專業(yè)和學(xué)習(xí)方向上更加明確。

eLearning系統(tǒng)已經(jīng)成為校內(nèi)使用課程最多、使用師生最多的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。經(jīng)過調(diào)研反饋，絕大多數(shù)的學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)簡單易用，對輔助學(xué)習(xí)有很大幫助，并對系統(tǒng)表示滿意。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供了課程通知、課件共享、課程大綱、在線作業(yè)、在線考試、討論區(qū)、聊天室、協(xié)作Wiki、調(diào)查統(tǒng)計(jì)等多個教學(xué)輔助功能。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

復(fù)旦大學(xué)在教育教學(xué)與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)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(fù)旦大學(xué)“教育管理信息化平臺”和“教育資源公共服務(wù)平臺”建設(shè)的過程中，也積累了豐富的信息化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在高校信息化建設(shè)進(jìn)程中，遵守“整體規(guī)劃、分步實(shí)施”的總體思路，注重應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的有序性，切實(shí)解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。在應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)過程中，對管理和服務(wù)功能適當(dāng)分離，采用更加合理的技術(shù)架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)服務(wù)系統(tǒng)的界面友好性和系統(tǒng)健壯性。注重業(yè)務(wù)流程梳理和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)合理的網(wǎng)上服務(wù)流程；針對部分復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)靈活的流程動態(tài)配置功能。針對部分特定業(yè)務(wù)或服務(wù)功能，合理使用成熟開源軟件，降低信息化實(shí)施成本，有效提高應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量和建設(shè)效率。

（作者單位為復(fù)旦大學(xué)信息化辦公室）