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智慧教育服务生态体系的构建

来源:《中国教育装备行业蓝皮书(2021版)》发布日期:2022-01-21浏览人数:188

  余胜泉 陈璠

  智慧教育是未来教育发展的方向,是新时代教育信息化关注的重点。为加快实现教育现代化、建设教育强国,教育部在2018年颁发的《教育信息化2.0行动计划》中强调,要运用信息技术全面提升教育信息化发展水平,其重要任务是开展智慧教育,实现“互联网+信息技术”与教育创新发展的深度融合。智慧教育是未来教育的必然趋势,但持续推进教育实现智慧化面临着结构性困境:教育信息系统建设碎片化、统筹建设与分散建设系统的两难困境、智能技术增大维护管理的复杂性、信息系统缺乏持续的维护、教育应用动态多变开发难以及校园网络安全性易受挑战等。为应对以上困境,教育信息化要从关注平台建设与资源建设转型为关注服务建设。智慧教育构建服务生态体系以实现变革为目标,其核心和焦点是智能技术支撑下的丰富、多元、可选择的教育服务。通过构建开放的服务生态体系,学校由静态的知识仓库发展成为分布式、流动性、开放性以及能连接智慧认知网络的个性化学习空间。本文从构建可持续发展的智慧教育服务生态体系出发,推行云网融合的服务架构,借助教育服务的互操作模型助力智慧教育的发展。

  一、推进智慧教育面临的结构性困境

  为实现智慧教育,国内外学者和机构进行了理论层面、政策层面的探索,教育部还于2019年启动了智慧教育示范区建设项目,但在持续推进过程中仍面临以下几个结构性困境。

  (一)教育信息系统建设碎片化

  学校内部或各教育单位启动的教育信息系统建设工作,由于缺乏顶层设计和统一规划,没有形成有效的协调机制,使得学校系统碎片化现象、同质化现象严重,并且系统间存在物理隔离,各类系统的用户使用体验也很糟糕。

  (二)统筹建设与分散建设系统的两难困境

  教育信息系统有两种建设模式:统筹建设和分散建设。统筹建设是指整个区域建设通用的教育信息系统,使其尽可能多地服务区域内学校的共性需求。分散建设则是由学校自身或与某个企业合作,因地制宜地建设符合学校个性需求的教育信息系统。由于教育行政部门管理的教育信息系统存在服务能力低下、服务体验差以及缺乏及时服务响应的问题,统筹建设难以满足师生的个性化需求。虽然分散建设可以满足个性化需求,但投入大、周期长,重复建设现象严重,区域数据缺乏共享,难以实现深层次的智能化应用。因此,教育信息系统需要探索更加系统科学的解决方案,在云网融合的基础上,低代码实现不同来源服务的汇聚与整合,使之既能推动个性化的应用发展,也能实现大平台的规模化效应。

  (三)智能技术增大维护管理的复杂性

  智慧教育需要诸如AR/VR、全息、5G、大数据、人工智能等新技术的支撑,这类技术与传统信息技术有诸多不同,它们具有较高的先进性和复杂性,需要较为复杂的基础设施支撑,对技术支持人员要求高,总体运行成本高昂。要使这类智能技术在学校稳定、持续地运行,对建设、运营、维护人员的专业能力以及资金投入都提出了较高要求。

  (四)教育信息系统缺乏持续维护

  学校的教育信息系统是服务性质的,需要根据教育用户的需求持续地迭代改进,为用户提供高鲁棒性、高服务质量、高使用体验的系统。这意味着教育信息系统建设是一个持续投入的项目,而非一次建设就可以一劳永逸地使用。目前学校对教育信息系统的持续维护意识和能力不强,更多的是采用重复建设的方式,这种低水平的重复造成有限的资源被分散和浪费,无益于校园信息化的发展[1]。

  (五)教育应用动态多变开发难

  每年都有大量的教育产品和教育信息系统涌入教育领域,但很多信息化产品都无法满足多变的、实际的教育需求,无法应用在具体的教育场景中[2],那些面向统一流程的普适性软件,很难满足不同学校、教师的个性化教育场景需求。学校实际需要的是柔性可重组的教育服务系统,贴近用户、具有服务性质的教育服务系统。这种贴近一线场景的教育应用开发是一项专业性要求极高、变化性较大的工作。如何高效利用智能技术开发出符合多样教育需求的教育应用,成为持续推进智慧教育的另一个难题。

  (六)校园网络安全性易受挑战

  教育信息系统除了要满足学校教育业务的需求,也应为师生营造一个干净、安全、绿色的网络学习空间。网络环境复杂多变,学校常规的网络安全模式往往难以适应新技术和网络形式变动升级带来的潜在风险,存在极大的安全隐患。普通学校的教育信息系统,很难抗住技术较为复杂的网络攻击。相关部门需将网络安全作为一项服务,通过租赁或购买服务的方式,让专业机构提供技术支撑,应对复杂的网络变化,为校园安全保驾护航。

  二、推进智慧教育的核心要从平台、资源转型为服务

  智慧教育服务生态的重点是教育服务,它包括教育服务系统提供的业务服务、数据服务和资源服务。基于云计算的教育服务生态体系,能够将服务的提供方、使用方、监管方分离,各司其职,保障教育服务系统的安全性、健壮性以及维护的持续性,并利用开放的服务生态汇聚优质的教育资源,还可以将传统教育信息系统臃肿的单体架构、垂直应用架构转变为更易维护扩展的分布式、微型化的服务架构,进而有利于智能技术的按需接入、教育应用的个性化定制和教育服务系统的数据贯通。其中,企业作为应用服务商(Application Services Provider,ASP)即服务提供方扮演着重要角色。它们将满足用户需求的教育服务系统分布式地部署在ASP的软硬件环境中,系统运行所需的人力、物力资源都由ASP提供,用户只需随时随地、按需使用服务即可,用户数据也会自动存储到学校近端的云服务器中。服务生态中的ASP使教育服务系统成为一种被托管的应用,借助云平台为教育用户提供SaaS(Software as aService,软件即服务)应用或RaaS(Resource as a Service,资源即服务)应用。这一系列变革为教育信息化发展带来机遇。教育服务生态体系的建立能有效应对传统信息系统碎片化、缺乏维护、安全漏洞多、功能陈旧、技术落后等问题,推动学校信息化从技术中心回归教育本位。智慧教育的服务体系要从原本的建设驱动转型为应用驱动,从关注数字技术转变为关注如何应用技术为教育用户提供主动智能的服务。智慧教育也要从平台建设、资源建设转型为服务建设,将服务作为持续推进智慧教育的核心。

  (一)智慧教育服务建设是智能技术转型的必然

  人工智能、虚拟现实等智能技术的复杂性、专业性和技术更新的频繁性,伴随着技术出现时间短、相关人才紧缺等问题,提高了智能技术的应用门槛,增大了智能技术维护管理的复杂性,使每个学校都成为智能技术的拥有者变得困难。而基于云平台创建智慧教育服务生态将变革智能技术支撑下的服务构建方式,每个企业、学校从单兵作战转变为多所学校、多个企业协同工作,学校从高端技术的拥有者转变为高端技术的使用者,企业由智能技术的软硬件售卖者转变为智能技术支撑的服务提供者、维护者。这种智慧教育服务生态,一方面降低了智能技术的应用门槛,另一方面通过群策群力推动了智能技术的应用落地。

  (二)智慧教育服务建设是推进信息化深度融合的必然

  信息技术与教育教学深度融合,使信息技术不再是点缀式、浅层次的应用,既需要资源丰富、性能稳定、服务质量高的教育服务系统,也需要学校转变观念,从拥有系统到使用系统,让教师获得智能系统提供的服务,从烦琐、重复性的工作中解脱出来,将主要精力用于探究如何实现信息技术和教育系统的创造性融合。基于云网融合平台创建智慧教育服务生态,学校、企业、政府共同参与智慧教育服务建设、维护、管理工作,助力教育服务的规范化、系统化、便捷化。智慧教育服务生态改变了传统教育软件边缘化、系统缺乏持续维护和系统功能无法适配教育情境等问题,基于云平台提供了一种低成本、轻量级、高可用的智慧教育服务,这些服务能在教育专家的指导下适宜地融入教育系统,为教师教学、学生学习、学校管理赋能。

  (三)智慧教育服务建设是实现教育信息化可持续发展的必然

  智慧教育依赖互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术,这些技术的核心特点是发展迅速,一个系统一年内可能会迭代无数个版本。如果学校以商品的形式购买信息系统,而非系统支持下的服务,那么当这类系统一旦脱离开发企业的技术支持,就会很难跟上技术迭代更新的步伐,从而导致系统的不可持续性。唯有将一次性的软件购买转变为持续的服务使用,让企业提供后勤式服务,在为学校提供个性化、高使用体验教育服务的基础上,同时提供企业级的信息系统的运营维护、迭代更新等服务,才能保障系统持续、健康地运转。实现教育信息化可持续发展的关键是构建智慧教育服务生态系统,政府提供政策引导并规范智慧教育服务的构建,建立平等的服务交易机制,实现教育服务资源的聚合;教育服务商通过相互合作实现优势互补,为教育用户提供多样化的智慧教育服务;教育用户的需求具有多元化和差异性,他们负责提出服务需求,并使用教育服务和提供相应的反馈。以“政府引导、多方参与、共建共享”[3]的原则促进教育服务生态系统的协调、持续发展。

  三、云网融合的服务架构

  云网融合是网络架构变革和服务模式转型并行驱动的云和网高度协同。网络利用虚拟技术实现网络资源云化,云计算根据业务需求按需调度网络资源,云和网高度协同实现网络资源弹性适配云服务,云服务依靠云化网络分布式地将服务部署到用户近端,保障业务应用高速稳定可靠。云网融合中,一切皆为服务,服务提供商依赖于网络互联的多级云环境将基础设施、数据处理、教育资源、教育业务系统、教育工具等以服务的形式开放给各级教育单位,教育单位通过租赁或服务购买的形式按需引入教育应用以支撑学校的信息化建设,终端用户通过个性化服务空间随时随地访问专属的教育服务。云网融合的服务架构包括能力服务层、区域共享层和服务汇聚层(见图1)。

  图1 云网融合的服务架构

  (一)能力服务层:服务注册与供给

  能力服务层包括国家级和企业级通用服务,不仅要满足基础教育需求,还要满足用户个性化配置、原子化开发的需求,即服务兼具“通用性”和“个性化”。国家级通用服务的重点是为教育服务生态体系建立国家级教育服务注册与监管中心,将不同企业、部门提供的云教育服务汇聚到云中心平台,并详细描述各类服务的地址来源、属性、技术接口、市场价格、内容分级等信息,为教育服务的调用提供帮助与指导。当用户需要使用特定教育服务时,只需在国家级教育服务注册与监管中心输入服务名,便可以得到服务的地址、接口等信息,从而调用相应的服务。

  企业级通用服务重点在于提供云基础平台IaaS(Infrastructure as a Service,基础架构即服务),包括强大的计算能力、充足的存储资源、高效的网络连接和安全的运行环境,提供计算、存储、网络资源并保障服务的安全性。目前,云基础平台多为大型企业开发,面向整个社会提供服务。企业提供基础的计算、存储、网络资源,还提供资源的管理工具、安全配置和运行监控等,实现服务的便捷注册、教育数据和资源的汇聚以及算力、网络、存储资源的弹性分配。

  云基础服务方面,企业提供SaaS应用和PaaS(Platform as a Service,平台即服务)应用,基于国家级教育服务注册与监管中心发布的教育产品服务或通用的功能组件,教育用户能按需获取教育服务,学校也能使用云平台的通用组件,以低代码开发高度个性化的教育应用。

  (二)区域共享层:业务服务化

  区域共享层基于国家级教育服务注册与监管中心和企业级云基础服务,聚合区域内的教育数据、教育资源,以及共建共享网络学习空间、教育管理系统、教学教研系统等基础性教育业务平台,提供SaaS应用,支撑区域学校集体备课、网络研修、学科教学和科学管理决策,促进区域教师、学生、管理者和家长等信息化应用主体协同发展。

  区域共享层关注的第一个内容是数据汇聚。区域共享层基于能力服务层实现DaaS(Data as a Service,数据即服务)应用,为区域学校提供多种方式传递、收集和处理不同格式、多种来源的数据,包括数据采集、数据治理和标准化、数据聚合以及数据深度分析,为区域的教育用户和教育部门科学决策服务。

  区域共享层关注的第二个内容是资源共享。区域共享层分门别类地汇聚区域内教学、教研、教管等资源,实现RaaS应用,一方面需要建立区域级的资源共享平台,另一方面区域要汇聚社会力量贡献教育资源。建立资源共享平台需要注意资源检索的高效性、资源提交的便利性、资源存储的安全性、优质资源的筛选机制以及在识别用户需求的基础上主动推送资源的机制,进一步建立区域教育共同体间的互联、互动机制,形成基于资源的共同体社区。

  区域共享层关注的第三个内容是区域共性业务服务。遵从统一的数据标准使用国家级、企业级基础服务建立区域通用业务平台,学校可以在通用业务平台进行学校应用的个性设置。通用业务平台包括学校及各职能部门的门户系统、教育装备的管理系统、远程直播的教学平台、网络学习社区、教师研修空间等。

  (三)服务汇聚层:云网融合落地

  服务汇聚层依赖于云网融合的服务架构,在学校近端通过边缘计算构建教育服务汇聚系统,按需集成国家级通用服务、区域级通用服务和学校级基础服务。教育服务汇聚系统聚集的用户数据、情境数据、服务数据构成学校的基础数据库,存储在学校近端私有的边缘云数据中心,为学校领导提供全局性的数据统计分析和决策支持。云网融合的服务体系利用虚拟的智能网络,在云上实现不同层次、不同来源的教育服务加载与重组;实现各级教育单位动态连接,支持区域教育单位互通互联、数据流转、服务汇聚和资源共享。

  教育服务汇聚系统中,教育用户只需使用专属的密钥通过平台统一认证后,便可在个性化服务空间享受来自全国各地、不同层级的优质教育服务。这类教育服务以人、岗位为对象,根据用户的业务流程和相互关系对各种教育服务进行分类、重组,给用户呈现的不是一个个软件系统和模块,而是一项项可以解决具体业务问题的服务并提供相应的资源。服务集成平台负责将各个软件功能模块及其所需的存储、带宽等网络资源,整合成面向不同角色的、解决实际业务问题的服务,形成个性化服务空间。

  四、教育服务的互操作模型

  构建云网融合的服务架构,从而解决智慧教育中系统相互隔离、进化困难等结构性困境,关键是要借助教育服务的互操作模型,将教育信息系统拆分成可以互操作、信息交换的教育服务系统,使数据能在不同的教育服务系统间流转。智慧教育服务的互操作模型借鉴面向服务的体系结构的思想,主要包括教育服务的数据规范、教育服务的互操作规范、教育服务业务的互操作规范和教育服务的开发与运行规范。

  (一)教育服务的数据规范

  建立教育服务的互操作模型,首先需要建立教育服务的数据规范,规范需明确教育中有哪几类教育服务,每类教育服务应包含哪些基础数据,可用于教育服务系统间交换的是哪些数据,数据以何种形式进行交换,并且每个数据元素都需要明确数据名称、数据类型、数据约束条件等。规范要根据教育业务划分的服务关系,详细阐述每个服务对应的数据信息,便于各类教育服务系统实现教育数据共享。目前,我国已经有类似的数据标准,教育部已颁布《教育管理基础代码》等7个教育信息数据标准。

  (二)教育服务的互操作规范

  教育服务的互操作规范是界定系统具体的互操作方法,包括数据交换的结构模型、数据传递的报文定义、系统间的权限控制以及数据的安全性控制等。教育服务的互操作规范要定义与平台、教育服务系统无关的数据交换规则,使所有的教育服务系统都能依据相同的数据交换规则通信。

  (三)教育服务业务的互操作规范

  教育服务业务的互操作规范需要界定教育服务系统的基本业务流程以及和其他系统的互操作过程。在教育服务互操作规范的基础上,教育服务业务的互操作面向具体教育业务场景,将教育服务系统的业务抽象成典型的服务组件,并规定这些典型服务组件的相互关系、具体的交互需求、输入的参数以及返回值等。

  (四)教育服务的开发与运行规范

  教育服务的开发规范需要界定各服务的典型业务、典型业务包括哪些关键服务、服务之间如何相互通信。针对每一个教育业务,需要明确教育业务的核心流程,每个核心业务流程也需要根据教育业务的实际需求,进一步细化为更具体的业务流程,并将其设计成各类可独立发布的服务,同时为每个具体的教育业务流程设计服务的数据传输方式、数据的安全性控制和系统的权限控制。

  教育服务的运行规范需要制定服务质量规范、教育服务汇聚规范和教育服务淘汰机制。由于教育服务构建需要技术企业、教育单位依赖多级教育云环境协同工作,要保障各单位能无障碍地组合、重组、个性化定制教育服务,除遵守教育服务的基础规范外,还需要进一步检验教育服务内容和质量的优劣性、服务形式对用户和普通教育单位的友好性,以及服务的业务互操作方法定义的明确性。为进一步降低各单位协同创建服务的沟通成本,教育服务汇聚规范要求面向所有教育单位开放的教育服务必须遵循国家级教育服务注册与监管中心的准入规范。教育服务淘汰机制会淘汰那些维护不足、数据隐患大、用户评价低的教育服务,对于用户使用体验好、评价高、服务内容和质量都较好的教育服务准许重点推荐。

  五、可持续发展的智慧教育生态体系

  当前智慧教育面临不可持续发展的结构性困境,要想走出困境,只关注教育信息系统建设是远远不够的,需要借助诸如5G、云计算、边缘计算等智能技术重构教育信息生态,构建智慧教育服务生态体系,助力智慧教育的发展。构建智慧教育的服务生态体系,首先要摆脱简单的技术思维方式,从构建人与技术最优的共生关系来考虑,从整体优化的视角考察技术在教育中的角色与定位,从以往对单一、静止要素的关注转变为对系统信息流通、共享以及要素之间嵌套关系的关注[4],从以往教师、学生对技术本身的关注转变为对教师和学生实际教育和学习需求服务的关注,促进技术和人、建设和应用、技术和教育的协调发展,促进教师和学生的全面发展。

  构建智慧教育的服务生态体系,要以服务建设为核心,按照服务计算的技术路线,推进技术架构的演进。服务生态体系的常态化运转建立在云网融合服务架构的基础上,应用面向服务架构技术来消除教育业务与信息支撑技术之间的鸿沟,从关注平台、资源转型为关注服务,从关注软件功能到关注数据流转、服务集成。建立国家级教育服务注册与监管中心,汇聚所有的通用教育服务、基础性的教育服务,建立服务市场的支撑环境。

  构建智慧教育的服务生态体系,还要推进各生态主体的紧密协同。智慧教育的服务生态体系中,政府、服务提供商和教育用户/学校构成生态主体。在实际推进智慧教育的建设工作中,学校须转变自身的信息化理念,将注意力转移到使用教育服务解决实际教育问题,而教育服务的建设、维护工作由专业的教育服务商来承担。企业是教育服务商的主体,应协同创建教育服务的互操作标准,促进教育服务的全贯通、数据全流转,最大限度地降低教育服务间的通信壁垒。教育服务商要根据学校的教学需求,为学校提供通用的教育服务,在满足教育服务准入规范后将通用的教育服务接入服务中心。政府在智慧教育服务生态体系中起着引导和规范教育服务的作用,一方面,国家级、省级、地市级、区县级、学校需要相互沟通,建立符合各级政府需求的教育信息服务体系和服务规范,准许符合教育服务生态准入标准的企业提供教育服务,同时建立相应的教育服务评价规范和淘汰机制,不断推动教育服务商完善和优化服务;另一方面,政府需要建立服务租赁和购买机制,培育、建立教育服务市场,以促进教育服务稳定、持续发展。

  (作者单位:余胜泉,北京师范大学未来教育高精尖创新中心;陈璠,北京师范大学教育学部教育技术学院)

  参考文献

  [1] 张杰夫.“新数字鸿沟”:阻挡贫困地区教育发展的新隐忧——基于“三区三州”教育信息化满意度调查的思考[J]. 中小学管理,2020(12):20-23.

  [2] 王飞,李绚兮,顾小清. 教育信息化产品和服务的生态发展研究[J]. 电化教育研究,2020,41(10):99-105.

  [3] 黄荣怀. 建设教育信息化可持续发展能力[EB/OL].(2013-03-27)[2021-02-04]. http://www.ict.edu.cn/experts/n20130327_3726_2.shtml.

  [4] 余胜泉,赵兴龙. 基于信息生态观的区域教育信息化推进[J]. 中国电化教育,2009(8):33-40.