智慧教育服務生態體系的構建

　　余勝泉 陳璠

　　智慧教育是未來教育發展的方向，是新時代教育信息化關注的重點。為加快實現教育現代化、建設教育強國，教育部在2018年頒發的《教育信息化2.0行動計劃》中強調，要運用信息技術全面提升教育信息化發展水平，其重要任務是開展智慧教育，實現“互聯網+信息技術”與教育創新發展的深度融合。智慧教育是未來教育的必然趨勢，但持續推進教育實現智慧化面臨著結構性困境：教育信息系統建設碎片化、統籌建設與分散建設系統的兩難困境、智能技術增大維護管理的復雜性、信息系統缺乏持續的維護、教育應用動態多變開發難以及校園網絡安全性易受挑戰等。為應對以上困境，教育信息化要從關注平臺建設與資源建設轉型為關注服務建設。智慧教育構建服務生態體系以實現變革為目標，其核心和焦點是智能技術支撐下的豐富、多元、可選擇的教育服務。通過構建開放的服務生態體系，學校由靜態的知識倉庫發展成為分布式、流動性、開放性以及能連接智慧認知網絡的個性化學習空間。本文從構建可持續發展的智慧教育服務生態體系出發，推行云網融合的服務架構，借助教育服務的互操作模型助力智慧教育的發展。

　　一、推進智慧教育面臨的結構性困境

　　為實現智慧教育，國內外學者和機構進行了理論層面、政策層面的探索，教育部還于2019年啟動了智慧教育示范區建設項目，但在持續推進過程中仍面臨以下幾個結構性困境。

　　(一)教育信息系統建設碎片化

　　學校內部或各教育單位啟動的教育信息系統建設工作，由于缺乏頂層設計和統一規劃，沒有形成有效的協調機制，使得學校系統碎片化現象、同質化現象嚴重，并且系統間存在物理隔離，各類系統的用戶使用體驗也很糟糕。

　　(二)統籌建設與分散建設系統的兩難困境

　　教育信息系統有兩種建設模式：統籌建設和分散建設。統籌建設是指整個區域建設通用的教育信息系統，使其盡可能多地服務區域內學校的共性需求。分散建設則是由學校自身或與某個企業合作，因地制宜地建設符合學校個性需求的教育信息系統。由于教育行政部門管理的教育信息系統存在服務能力低下、服務體驗差以及缺乏及時服務響應的問題，統籌建設難以滿足師生的個性化需求。雖然分散建設可以滿足個性化需求，但投入大、周期長，重復建設現象嚴重，區域數據缺乏共享，難以實現深層次的智能化應用。因此，教育信息系統需要探索更加系統科學的解決方案，在云網融合的基礎上，低代碼實現不同來源服務的匯聚與整合，使之既能推動個性化的應用發展，也能實現大平臺的規?；?。

　　(三)智能技術增大維護管理的復雜性

　　智慧教育需要諸如AR/VR、全息、5G、大數據、人工智能等新技術的支撐，這類技術與傳統信息技術有諸多不同，它們具有較高的先進性和復雜性，需要較為復雜的基礎設施支撐，對技術支持人員要求高，總體運行成本高昂。要使這類智能技術在學校穩定、持續地運行，對建設、運營、維護人員的專業能力以及資金投入都提出了較高要求。

　　(四)教育信息系統缺乏持續維護

　　學校的教育信息系統是服務性質的，需要根據教育用戶的需求持續地迭代改進，為用戶提供高魯棒性、高服務質量、高使用體驗的系統。這意味著教育信息系統建設是一個持續投入的項目，而非一次建設就可以一勞永逸地使用。目前學校對教育信息系統的持續維護意識和能力不強，更多的是采用重復建設的方式，這種低水平的重復造成有限的資源被分散和浪費，無益于校園信息化的發展[1]。

　　(五)教育應用動態多變開發難

　　每年都有大量的教育產品和教育信息系統涌入教育領域，但很多信息化產品都無法滿足多變的、實際的教育需求，無法應用在具體的教育場景中[2]，那些面向統一流程的普適性軟件，很難滿足不同學校、教師的個性化教育場景需求。學校實際需要的是柔性可重組的教育服務系統，貼近用戶、具有服務性質的教育服務系統。這種貼近一線場景的教育應用開發是一項專業性要求極高、變化性較大的工作。如何高效利用智能技術開發出符合多樣教育需求的教育應用，成為持續推進智慧教育的另一個難題。

　　(六)校園網絡安全性易受挑戰

　　教育信息系統除了要滿足學校教育業務的需求，也應為師生營造一個干凈、安全、綠色的網絡學習空間。網絡環境復雜多變，學校常規的網絡安全模式往往難以適應新技術和網絡形式變動升級帶來的潛在風險，存在極大的安全隱患。普通學校的教育信息系統，很難抗住技術較為復雜的網絡攻擊。相關部門需將網絡安全作為一項服務，通過租賃或購買服務的方式，讓專業機構提供技術支撐，應對復雜的網絡變化，為校園安全保駕護航。

　　二、推進智慧教育的核心要從平臺、資源轉型為服務

　　智慧教育服務生態的重點是教育服務，它包括教育服務系統提供的業務服務、數據服務和資源服務?；谠朴嬎愕慕逃丈鷳B體系，能夠將服務的提供方、使用方、監管方分離，各司其職，保障教育服務系統的安全性、健壯性以及維護的持續性，并利用開放的服務生態匯聚優質的教育資源，還可以將傳統教育信息系統臃腫的單體架構、垂直應用架構轉變為更易維護擴展的分布式、微型化的服務架構，進而有利于智能技術的按需接入、教育應用的個性化定制和教育服務系統的數據貫通。其中，企業作為應用服務商(Application Services Provider，ASP)即服務提供方扮演著重要角色。它們將滿足用戶需求的教育服務系統分布式地部署在ASP的軟硬件環境中，系統運行所需的人力、物力資源都由ASP提供，用戶只需隨時隨地、按需使用服務即可，用戶數據也會自動存儲到學校近端的云服務器中。服務生態中的ASP使教育服務系統成為一種被托管的應用，借助云平臺為教育用戶提供SaaS(Software as aService，軟件即服務)應用或RaaS(Resource as a Service，資源即服務)應用。這一系列變革為教育信息化發展帶來機遇。教育服務生態體系的建立能有效應對傳統信息系統碎片化、缺乏維護、安全漏洞多、功能陳舊、技術落后等問題，推動學校信息化從技術中心回歸教育本位。智慧教育的服務體系要從原本的建設驅動轉型為應用驅動，從關注數字技術轉變為關注如何應用技術為教育用戶提供主動智能的服務。智慧教育也要從平臺建設、資源建設轉型為服務建設，將服務作為持續推進智慧教育的核心。

　　(一)智慧教育服務建設是智能技術轉型的必然

　　人工智能、虛擬現實等智能技術的復雜性、專業性和技術更新的頻繁性，伴隨著技術出現時間短、相關人才緊缺等問題，提高了智能技術的應用門檻，增大了智能技術維護管理的復雜性，使每個學校都成為智能技術的擁有者變得困難。而基于云平臺創建智慧教育服務生態將變革智能技術支撐下的服務構建方式，每個企業、學校從單兵作戰轉變為多所學校、多個企業協同工作，學校從高端技術的擁有者轉變為高端技術的使用者，企業由智能技術的軟硬件售賣者轉變為智能技術支撐的服務提供者、維護者。這種智慧教育服務生態，一方面降低了智能技術的應用門檻，另一方面通過群策群力推動了智能技術的應用落地。

　　(二)智慧教育服務建設是推進信息化深度融合的必然

　　信息技術與教育教學深度融合，使信息技術不再是點綴式、淺層次的應用，既需要資源豐富、性能穩定、服務質量高的教育服務系統，也需要學校轉變觀念，從擁有系統到使用系統，讓教師獲得智能系統提供的服務，從煩瑣、重復性的工作中解脫出來，將主要精力用于探究如何實現信息技術和教育系統的創造性融合?；谠凭W融合平臺創建智慧教育服務生態，學校、企業、政府共同參與智慧教育服務建設、維護、管理工作，助力教育服務的規范化、系統化、便捷化。智慧教育服務生態改變了傳統教育軟件邊緣化、系統缺乏持續維護和系統功能無法適配教育情境等問題，基于云平臺提供了一種低成本、輕量級、高可用的智慧教育服務，這些服務能在教育專家的指導下適宜地融入教育系統，為教師教學、學生學習、學校管理賦能。

　　(三)智慧教育服務建設是實現教育信息化可持續發展的必然

　　智慧教育依賴互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術，這些技術的核心特點是發展迅速，一個系統一年內可能會迭代無數個版本。如果學校以商品的形式購買信息系統，而非系統支持下的服務，那么當這類系統一旦脫離開發企業的技術支持，就會很難跟上技術迭代更新的步伐，從而導致系統的不可持續性。唯有將一次性的軟件購買轉變為持續的服務使用，讓企業提供后勤式服務，在為學校提供個性化、高使用體驗教育服務的基礎上，同時提供企業級的信息系統的運營維護、迭代更新等服務，才能保障系統持續、健康地運轉。實現教育信息化可持續發展的關鍵是構建智慧教育服務生態系統，政府提供政策引導并規范智慧教育服務的構建，建立平等的服務交易機制，實現教育服務資源的聚合;教育服務商通過相互合作實現優勢互補，為教育用戶提供多樣化的智慧教育服務;教育用戶的需求具有多元化和差異性，他們負責提出服務需求，并使用教育服務和提供相應的反饋。以“政府引導、多方參與、共建共享”[3]的原則促進教育服務生態系統的協調、持續發展。

　　三、云網融合的服務架構

　　云網融合是網絡架構變革和服務模式轉型并行驅動的云和網高度協同。網絡利用虛擬技術實現網絡資源云化，云計算根據業務需求按需調度網絡資源，云和網高度協同實現網絡資源彈性適配云服務，云服務依靠云化網絡分布式地將服務部署到用戶近端，保障業務應用高速穩定可靠。云網融合中，一切皆為服務，服務提供商依賴于網絡互聯的多級云環境將基礎設施、數據處理、教育資源、教育業務系統、教育工具等以服務的形式開放給各級教育單位，教育單位通過租賃或服務購買的形式按需引入教育應用以支撐學校的信息化建設，終端用戶通過個性化服務空間隨時隨地訪問專屬的教育服務。云網融合的服務架構包括能力服務層、區域共享層和服務匯聚層(見圖1)。

　　圖1 云網融合的服務架構

　　(一)能力服務層：服務注冊與供給

　　能力服務層包括國家級和企業級通用服務，不僅要滿足基礎教育需求，還要滿足用戶個性化配置、原子化開發的需求，即服務兼具“通用性”和“個性化”。國家級通用服務的重點是為教育服務生態體系建立國家級教育服務注冊與監管中心，將不同企業、部門提供的云教育服務匯聚到云中心平臺，并詳細描述各類服務的地址來源、屬性、技術接口、市場價格、內容分級等信息，為教育服務的調用提供幫助與指導。當用戶需要使用特定教育服務時，只需在國家級教育服務注冊與監管中心輸入服務名，便可以得到服務的地址、接口等信息，從而調用相應的服務。

　　企業級通用服務重點在于提供云基礎平臺IaaS(Infrastructure as a Service，基礎架構即服務)，包括強大的計算能力、充足的存儲資源、高效的網絡連接和安全的運行環境，提供計算、存儲、網絡資源并保障服務的安全性。目前，云基礎平臺多為大型企業開發，面向整個社會提供服務。企業提供基礎的計算、存儲、網絡資源，還提供資源的管理工具、安全配置和運行監控等，實現服務的便捷注冊、教育數據和資源的匯聚以及算力、網絡、存儲資源的彈性分配。

　　云基礎服務方面，企業提供SaaS應用和PaaS(Platform as a Service，平臺即服務)應用，基于國家級教育服務注冊與監管中心發布的教育產品服務或通用的功能組件，教育用戶能按需獲取教育服務，學校也能使用云平臺的通用組件，以低代碼開發高度個性化的教育應用。

　　(二)區域共享層：業務服務化

　　區域共享層基于國家級教育服務注冊與監管中心和企業級云基礎服務，聚合區域內的教育數據、教育資源，以及共建共享網絡學習空間、教育管理系統、教學教研系統等基礎性教育業務平臺，提供SaaS應用，支撐區域學校集體備課、網絡研修、學科教學和科學管理決策，促進區域教師、學生、管理者和家長等信息化應用主體協同發展。

　　區域共享層關注的第一個內容是數據匯聚。區域共享層基于能力服務層實現DaaS(Data as a Service，數據即服務)應用，為區域學校提供多種方式傳遞、收集和處理不同格式、多種來源的數據，包括數據采集、數據治理和標準化、數據聚合以及數據深度分析，為區域的教育用戶和教育部門科學決策服務。

　　區域共享層關注的第二個內容是資源共享。區域共享層分門別類地匯聚區域內教學、教研、教管等資源，實現RaaS應用，一方面需要建立區域級的資源共享平臺，另一方面區域要匯聚社會力量貢獻教育資源。建立資源共享平臺需要注意資源檢索的高效性、資源提交的便利性、資源存儲的安全性、優質資源的篩選機制以及在識別用戶需求的基礎上主動推送資源的機制，進一步建立區域教育共同體間的互聯、互動機制，形成基于資源的共同體社區。

　　區域共享層關注的第三個內容是區域共性業務服務。遵從統一的數據標準使用國家級、企業級基礎服務建立區域通用業務平臺，學?？梢栽谕ㄓ脴I務平臺進行學校應用的個性設置。通用業務平臺包括學校及各職能部門的門戶系統、教育裝備的管理系統、遠程直播的教學平臺、網絡學習社區、教師研修空間等。

　　(三)服務匯聚層：云網融合落地

　　服務匯聚層依賴于云網融合的服務架構，在學校近端通過邊緣計算構建教育服務匯聚系統，按需集成國家級通用服務、區域級通用服務和學校級基礎服務。教育服務匯聚系統聚集的用戶數據、情境數據、服務數據構成學校的基礎數據庫，存儲在學校近端私有的邊緣云數據中心，為學校領導提供全局性的數據統計分析和決策支持。云網融合的服務體系利用虛擬的智能網絡，在云上實現不同層次、不同來源的教育服務加載與重組;實現各級教育單位動態連接，支持區域教育單位互通互聯、數據流轉、服務匯聚和資源共享。

　　教育服務匯聚系統中，教育用戶只需使用專屬的密鑰通過平臺統一認證后，便可在個性化服務空間享受來自全國各地、不同層級的優質教育服務。這類教育服務以人、崗位為對象，根據用戶的業務流程和相互關系對各種教育服務進行分類、重組，給用戶呈現的不是一個個軟件系統和模塊，而是一項項可以解決具體業務問題的服務并提供相應的資源。服務集成平臺負責將各個軟件功能模塊及其所需的存儲、帶寬等網絡資源，整合成面向不同角色的、解決實際業務問題的服務，形成個性化服務空間。

　　四、教育服務的互操作模型

　　構建云網融合的服務架構，從而解決智慧教育中系統相互隔離、進化困難等結構性困境，關鍵是要借助教育服務的互操作模型，將教育信息系統拆分成可以互操作、信息交換的教育服務系統，使數據能在不同的教育服務系統間流轉。智慧教育服務的互操作模型借鑒面向服務的體系結構的思想，主要包括教育服務的數據規范、教育服務的互操作規范、教育服務業務的互操作規范和教育服務的開發與運行規范。

　　(一)教育服務的數據規范

　　建立教育服務的互操作模型，首先需要建立教育服務的數據規范，規范需明確教育中有哪幾類教育服務，每類教育服務應包含哪些基礎數據，可用于教育服務系統間交換的是哪些數據，數據以何種形式進行交換，并且每個數據元素都需要明確數據名稱、數據類型、數據約束條件等。規范要根據教育業務劃分的服務關系，詳細闡述每個服務對應的數據信息，便于各類教育服務系統實現教育數據共享。目前，我國已經有類似的數據標準，教育部已頒布《教育管理基礎代碼》等7個教育信息數據標準。

　　(二)教育服務的互操作規范

　　教育服務的互操作規范是界定系統具體的互操作方法，包括數據交換的結構模型、數據傳遞的報文定義、系統間的權限控制以及數據的安全性控制等。教育服務的互操作規范要定義與平臺、教育服務系統無關的數據交換規則，使所有的教育服務系統都能依據相同的數據交換規則通信。

　　(三)教育服務業務的互操作規范

　　教育服務業務的互操作規范需要界定教育服務系統的基本業務流程以及和其他系統的互操作過程。在教育服務互操作規范的基礎上，教育服務業務的互操作面向具體教育業務場景，將教育服務系統的業務抽象成典型的服務組件，并規定這些典型服務組件的相互關系、具體的交互需求、輸入的參數以及返回值等。

　　(四)教育服務的開發與運行規范

　　教育服務的開發規范需要界定各服務的典型業務、典型業務包括哪些關鍵服務、服務之間如何相互通信。針對每一個教育業務，需要明確教育業務的核心流程，每個核心業務流程也需要根據教育業務的實際需求，進一步細化為更具體的業務流程，并將其設計成各類可獨立發布的服務，同時為每個具體的教育業務流程設計服務的數據傳輸方式、數據的安全性控制和系統的權限控制。

　　教育服務的運行規范需要制定服務質量規范、教育服務匯聚規范和教育服務淘汰機制。由于教育服務構建需要技術企業、教育單位依賴多級教育云環境協同工作，要保障各單位能無障礙地組合、重組、個性化定制教育服務，除遵守教育服務的基礎規范外，還需要進一步檢驗教育服務內容和質量的優劣性、服務形式對用戶和普通教育單位的友好性，以及服務的業務互操作方法定義的明確性。為進一步降低各單位協同創建服務的溝通成本，教育服務匯聚規范要求面向所有教育單位開放的教育服務必須遵循國家級教育服務注冊與監管中心的準入規范。教育服務淘汰機制會淘汰那些維護不足、數據隱患大、用戶評價低的教育服務，對于用戶使用體驗好、評價高、服務內容和質量都較好的教育服務準許重點推薦。

　　五、可持續發展的智慧教育生態體系

　　當前智慧教育面臨不可持續發展的結構性困境，要想走出困境，只關注教育信息系統建設是遠遠不夠的，需要借助諸如5G、云計算、邊緣計算等智能技術重構教育信息生態，構建智慧教育服務生態體系，助力智慧教育的發展。構建智慧教育的服務生態體系，首先要擺脫簡單的技術思維方式，從構建人與技術最優的共生關系來考慮，從整體優化的視角考察技術在教育中的角色與定位，從以往對單一、靜止要素的關注轉變為對系統信息流通、共享以及要素之間嵌套關系的關^注[4]，從以往教師、學生對技術本身的關注轉變為對教師和學生實際教育和學習需求服務的關注，促進技術和人、建設和應用、技術和教育的協調發展，促進教師和學生的全面發展。

　　構建智慧教育的服務生態體系，要以服務建設為核心，按照服務計算的技術路線，推進技術架構的演進。服務生態體系的常態化運轉建立在云網融合服務架構的基礎上，應用面向服務架構技術來消除教育業務與信息支撐技術之間的鴻溝，從關注平臺、資源轉型為關注服務，從關注軟件功能到關注數據流轉、服務集成。建立國家級教育服務注冊與監管中心，匯聚所有的通用教育服務、基礎性的教育服務，建立服務市場的支撐環境。

　　構建智慧教育的服務生態體系，還要推進各生態主體的緊密協同。智慧教育的服務生態體系中，政府、服務提供商和教育用戶/學校構成生態主體。在實際推進智慧教育的建設工作中，學校須轉變自身的信息化理念，將注意力轉移到使用教育服務解決實際教育問題，而教育服務的建設、維護工作由專業的教育服務商來承擔。企業是教育服務商的主體，應協同創建教育服務的互操作標準，促進教育服務的全貫通、數據全流轉，最大限度地降低教育服務間的通信壁壘。教育服務商要根據學校的教學需求，為學校提供通用的教育服務，在滿足教育服務準入規范后將通用的教育服務接入服務中心。政府在智慧教育服務生態體系中起著引導和規范教育服務的作用，一方面，國家級、省級、地市級、區縣級、學校需要相互溝通，建立符合各級政府需求的教育信息服務體系和服務規范，準許符合教育服務生態準入標準的企業提供教育服務，同時建立相應的教育服務評價規范和淘汰機制，不斷推動教育服務商完善和優化服務;另一方面，政府需要建立服務租賃和購買機制，培育、建立教育服務市場，以促進教育服務穩定、持續發展。

　　(作者單位：余勝泉，北京師范大學未來教育高精尖創新中心;陳璠，北京師范大學教育學部教育技術學院)

　　參考文獻

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　　[2] 王飛，李絢兮，顧小清. 教育信息化產品和服務的生態發展研究[J]. 電化教育研究，2020，41(10)：99-105.

　　[3] 黃榮懷. 建設教育信息化可持續發展能力[EB/OL].(2013-03-27)[2021-02-04]. http：//www.ict.edu.cn/experts/n20130327_3726_2.shtml.

　　[4] 余勝泉，趙興龍. 基于信息生態觀的區域教育信息化推進[J]. 中國電化教育，2009(8)：33-40.