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复旦大学周末先修学堂系统应用实践

2024-04-01 中国教育网络

　　复旦大学积极探索信息时代教育数字化转型路径，并按照以下四大原则进行数字化转型：深度融合教学过程，驱动人才培养改革；整体优化治理效能，打造三全育人环境；转型升级建设模式，提升智慧赋能能力；积极助力教育协作，形成合作共建生态。在教育数字化转型关键时期，如何利用信息化技术手段创新，复旦大学以“周末先修学堂”为例展开探索，本文主要介绍复旦大学“周末先修学堂”的建设历程。

建设背景

　　复旦大学为了落实全国教育大会的精神，服务国家重大战略需求，丰富教育资源供给，推进大学与中学的合理衔接，计划在十四五开局之年，即2021年，开展周末学。

　　高校向基础教育阶段开放教育资源并非第一次尝试，但是以往网上开放课程的教学效果不够理想，复旦大学“周末先修学堂”项目作为高校线下面向高中生开放线下资源的先例，创新探索大学与中学衔接的培养模式，在开放深度及广度方面都有所创新：从原有的复旦教师走进中学校园形式，转变为高中生走进复旦大学的校园，有利于进一步加深高中生与复旦大学的交流互动。学校首批“周末先修学堂”试点活动在上海展开，面向上海市所有高一学生开放注册及选课等业务，学校在2021年初已经做了充分的预热宣传，复旦大学首次线下开放教育资源活动吸引了众多学生及家长的关注。

需求调研与分析

　　经过调研发现，国外在大学先修课程（即the Advanced Placement Courses，简称AP课程）方面的探索最早可以追溯到1951年，并且发展迅速，国外开展的大学先修课程主要基于大学课程内容，而且先修课程的成绩与大学招生相关联，其中美国目前有三分之一的高中生参与其中。而过去国内高校通常是通过夏令营、冬令营方式面向高二、高三学生开放教育资源，复旦大学“周末先修学堂”面向上海市高一学生开放无疑是一次新的探索。复旦大学“周末先修学堂”课程根据高中学生特点，从培养创新精神和基础学科学习兴趣出发进行了精心设计，课程的难度和深度适中，介于大学与高中教育之间，对高中学生的知识衔接和综合能力提升都有一定程度的帮助。

　　在信息化保障方面，校外学生如何纳入复旦大学“一网通办”统筹管理及服务，也是一次全新的挑战。根据学校对周末先修学堂相关信息的采集和管理需求，有以下几点亟待解决：

　　要为学生提供参与项目活动的线上渠道，上海市2021年度共有5万多名高一学生，学生及家长对该项目的高度重视，系统一旦开放注册，势必会引发高并发问题。

　　校外人员管理保障方面，为加强在校期间“周末先修学堂学生”（简称“先修生”）的管理工作，学校应该严格把控先修生进出校，先修生数量巨大，如果发放实体一卡通，制卡成本高，短时间内制卡困难，且容易发生实体卡遗失情况，相比之下，虚拟校园卡更加方便快捷。

　　如何利用信息化技术丰富学生在校体验，增加复旦大学与高中生之间的互动交流需要进一步探索。

系统设计

　　功能设计

　　周末先修学堂的功能模块主要由用户端和管理端两大部分组成，系统功能模块见图1。首先在界面上，系统采用基于模块化、组件化的设计思想，来实现向导式操作、流程化界面和个性化风格，方便学生通过移动端前台小程序，即用户端轻松掌握相应系统功能，管理人员通过网页端或移动端访问管理端也能快速完成相应管理工作。其中前台小程序端基于微信小程序，依托于“复旦eHall”小程序，使用方便快捷，并通过对接微信认证来获取用户信息；在管理端，管理人员通过统一身份认证进行登录。

图1 系统功能模块

　　用户端功能设计。注册模块包括高中生个人信息的维护，手机号、身份证件信息、学籍信息的验证等；选课模块包括课程信息详情页、选课规则的设置、选课的结果公布等；校园参观模块包括参观活动详情页、规则设置，报名方式同选课模式一致；学科讲座模块包括学科讲座详情页、规则设置，报名方式同选课模式一致；课题研究模块包括课题研究立项申请信息、课题进度审核、课题的结项报告上传等；应用大厅，即前台小程序，集成注册、信息维护、选课、校园参观、学科讲座、课题研究等模块，可获取到微信授权用户的信息和手机号，检测个人信息完整度及各模块开放时段等。

　　为加强先修生进出校权限管理，设计“先修生虚拟校园卡”，并设置在线充值、在线点餐、流水查询、卡片即时挂失、卡片密码修改、消费限额修改等服务，师生手持“复活码”即可扫遍校园，无需被实体卡支配。

　　管理端功能设计。用户信息管理模块包括系统注册用户信息的管理、导出、查询，分级授权设置等；选课信息管理模块包括先修课程信息列表及选课成绩上传、调整、删除、导出等；校园参观管理模块校园参观活动信息编辑、发布、调整等；学科讲座管理模块包括学科讲座信息编辑、发布、调整等；课题研究管理模块包括课题研究信息录入、发布、调整等；系统公告管理模块包括重要通知编辑、发布、展示及可见对象授权等。

　　先修生虚拟卡管理方面，系统严格控制先修生进校权限，非先修生上课日期进校权限关闭，上课期间进出校门必须核验先修生本人持虚拟校园卡扫码进校。为丰富先修生在校体验，设计开放先修生图书馆参观、食堂就餐等权限，先修生可持虚拟卡进行体验。

　　技术攻关

　　为解决注册、选课等活动引发的高并发问题，设计系统高并发技术架构见图2，系统采用负载均衡集群模式展开部署，有效避免出现单点故障，支持超大并发，从而保证系统在并发上限的过负荷条件下正常运行，并且保证数据的完整性、一致性。另外采用小程序端CDN相结合的设计模式，有效避免系统点单环节。即可节约日常平台运行成本，又可提升系统自身的承载能力。

图2 系统高并发架构

　　部署架构

　　Web Service部署：首先一层存放静态代码，用于同公网展开对话。下面5层结构是严格限制在复旦大学的内网，用于数据交互，系统安全得到保障，学校的数据安全行也得到了极大程度的保护。

　　CDN缓存实现：系统分为CDN-静态文件-程序-缓存-数据库等五个层级，每个层级均支持水平扩展并且拥有备份方案与应急预案。在系统自身容错机制的操作下，系统可实现高并发与高负载，并且在达到高性能的同时，保证数据的一致性，为移动化校园业务提供更好的技术平台支撑。

　　保障系统安全性：平台提供详细的用户及管理员使用平台的登录日志与操作日志，并使用加密算法对程序源代码进行加密，防止文件篡改。实现数据内外网隔离，校园数据交互务必在内网进行数据交互，仅有前端服务器对公网提供服务。系统安全策略实施全面部署，包括用户权限的管理及身份认证方面，并对系统保密数据进行ZEND加密或类似加密防范系统防止SQL注入等的攻击机制，在通信过程中，所有使用的密钥、算法均需要支持优化升级，来保证可持续的系统安全性，系统部署方面支持主从、主备模式。系统支持在我校已使用的私有云平台平行可扩展，可随着业务的增加随时扩充前端和后端集群，数据库需要支持主从分离，每天定时备份。

　　系统部署架构见图3，针对注册、选课、选校园参观等活动时并发量大等特点，学校相关技术人员进行了4轮压力测试，确保系统在外网5分钟1.6万访问并发场景中，所有页面能在1秒内打开。

图3 系统部署架构

实施成效

　　运行效果

　　经后台数据统计，2021年系统注册报名的高中生覆盖了上海市213所高中的4000余名学生。在首批“周末先修学堂”开放“注册”及“选课”模块时段，学校组织了现场保障工作，包含平台实时访问情况、网络流量、服务器资源分配等方面的监控，以及学校相关部门如招生办公室、信息办的在线答疑等。系统开放13门课程，共有880个名额，在“选课”模块正式开放2秒之内全部抢完。经过激烈的角逐，最终来自上海市144所高中的高一年级在读学生获得首批“先修生”资格。“周末先修学堂”活动开放时段，学校各部门积极协调配合保障，先修生有序扫码进校，进行校内上课、食堂内就餐、在线点餐、图书馆参观阅览等活动。

　　在第一期的基础上，2022年、2023年复旦大学陆续开办了“周末先修学堂”第二期、第三期活动，开放课程数量不断增加，系统不断优化升级，包括时间节点管理更便捷，用户管理更高效，课程管理更个性化，校园导览更智能，课程设计更加灵活，系统监控功能再升级。尤其在2023年，学校共开放21门课程，进一步拓展系统用户范围至江浙沪学生，定制化课程查询页面，丰富应用场景等。

　　信息化创新点

　　全口径人员管理首次辐射到校外学生。加强学校全口径人员的管理工作，既是加强学校治理的重要环节，也是学校在十四五规划中持续推进工作之一。“周末先修学堂”作为校外学生纳入复旦大学“一网通办”统筹管理及服务的初次尝试，标志着“复旦eHall”小程序首次面向校外高中生开放，是学校在数字化转型过程中一项新的探索创新。

　　虚拟校园卡推广到校外用户。先修生进行初次尝鲜，提前感受“复活码”带来的便捷体验，学校给先修生统一发放虚拟卡，并设置好门禁、就餐、充值等相关权限把控工作，既摒弃了实体卡片易遗失、制卡周期长等问题，也方便了学校管理。先修生进校权限通过系统自动控制，更加方便快捷。随后，相应技术同样应用到学校教职工未成年子女进校管理工作中，“亲属码”的应用，给广大教职工及“复二代”提供了便利。

　　高并发场景技术架构的应用。根据对上海市高一年级学生数量测算，系统按照高并发技术架构展开设计及架构部署，经历多轮选课压力测试及不断调优，给学生们带来了极速的选课体验。平台支持集群部署方式，任何节点环节均支持平行可扩展，包括但不限于在Amazon Aws公有云上实现集群、负载均衡、自动扩展等功能。该架构可进一步扩展，能够接入更多的校内业务系统，实现业务应用的平滑扩展，未来可应用于校内场地资源预约、成绩查询等多种场景。

　　“周末先修学堂”进一步加大了教育资源开放与共享的力度，复旦大学在信息化技术方面也取得重大突破。随着学校的信息化需求在深度及广度方面的不断拓展，构建信息化应用能力平台，提升平台快速响应能力显得尤为重要，也让更多用户体会了智慧校园给我们带来的改变。如何进一步优化智慧校园服务环境，不断深化高校数字化转型，为“第一个复旦”建设贡献力量，值得我们未来持续探索。

　　来源：《中国教育网络》2023年11月刊

　　作者：张乐、张凯、齐凤林、鲁寅辉（复旦大学信息化办公室)

　　责编：陈荣

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