陆以勤：面向数字化的教育信息化生态建设

信息化发展进入新阶段，信息化工作也到了深水区。很多信息化的问题深层是机制和生态问题，教育数字化工作就是面向信息化的深层问题。那么如何打造教育数字化良好生态的工作模式？要基于教育数字化体系架构，做好构建“两梁五柱”的基础工作。“两梁”是在数据层、网络层融合数字空间的各类系统，形成统一的支撑；“五柱”是推动机制体系制度、师生数字素质、标准化、统一认证、网络安全等贯穿各个技术层面的工作，形成数字化工作的全方位、全链条升级。

01数字化技术的突破影响教育生态

当前，我们提到数字化转型，就会提到“生态”。生态，指生物在一定的自然环境下生存和发展的状态，也指生物的生理特性和生活习性，强调环境对生物的影响，也强调环境和生物之间的相互作用，这其实也是数字化系统的状态，这就是我们今天提生态的原因。

为什么要提生态？这是因为教育信息化发展到数字化阶段，需面向信息化的深层问题。随着全球进入数字化时代，学校核心业务对信息化的依赖程度和期待也越来越高。信息化不单是新基建，而是从物理层至应用层贯穿到各个技术层面，需要数据融合和赋能，实现业务流程持续优化和快速迭代，满足师生对数字化校园工作和生活需求，支撑学校决策，推动学校办学变革，增加学校竞争力。同时需要信息化和网络安全双翼齐飞，并对标新技术应用（移动互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能、网络安全）的系统工程。

可以说，信息化已进入了深水区，其效果不再取决于信息化部门一个部门的努力，而是需要决策层深度参与或者全面授权，其他部门配合，并和全体师生的数字化素质相关。而信息化的问题深层正是机制和生态问题。但生态是个宏观的概念，面向良好生态的打造，如何落实到数字化转型的具体工作中，是当前高校面临的挑战。

为了展现教育系统生态的构成，知识图谱或思维导图是比较合适的方式，但为了将问题简单化，我们也可以按不同的维度画出数字化系统的结构图，再研究结构图中不同模块之间的数据流向，展示模块之间的数据流动和接口关系。

例如，我们可以从技术层次和数字空间两个维度画出教育数字化系统架构图（图1）。

图1 教育数字化系统架构

纵轴是技术层次维度，从下至上可以分为设备层、网络层、平台层、数据层，资源层、应用层、用户层；横轴是数字空间维度，是同一技术层面上沿数字空间分布不同的系统，例如网络层面，有校园有线网、校园Wifi、物联网、专用网、移动网、教科网、互联网等。从纵轴方向看，信息采集的方向是从下至上，而指令下发的方向是从上至下。一个好的生态是闭环系统，因此，上下流动的数据应该在数字空间连接成一个环，并且，这个环应该在数字空间维度展开，因为，如果系统在数字空间维度上不展开，数据就会在小系统内部流动形成“数据烟囱”，这是需要避免的现象。因此，我们也需要数据沿横轴方向流动，并沿横轴打通数据空间的各个模块。

利用架构图，我们可以透视数字技术对教育的影响。以人工智能为例，人工智能在教育领域有广泛的应用，在个性化学习、自适应评估、智能辅助教学、开放教学资源等诸多方面有着广泛影响。人工智能的相关要素有算法（模型）、算据（数据）、算力，将这些要素添加到教育数字化系统架构中，作为强相关要素，再通过强相关的要素画出弱相关要素，如作为数字化新基座的网络层的各类网络和设备层的数据中心，以及和用户相关的网站、门户等。再以元宇宙为例，元宇宙是指一个虚拟的、模拟的世界，由数字化的现实和虚拟现实技术构建而成，在沉浸式学习体验、跨地域和跨文化交流、个性化学习和自主性、虚拟实践和模拟等方面有着一系列影响。也可以据此画出教育数字化系统架构图中的强相关和弱相关元素。

02教育数字化架构的“两梁五柱”

以华南理工大学为例，打造良好的教育数字化生态的基础工作是统一架构的“两梁五柱”（图2）。

图2 教育数字化系统架构的两梁五柱

其中，“两梁”是数字化系统架构图中的网络和数据两个技术层面，“五柱”是机制体系制度、师生数字化素质、标准化、统一认证和网络安全五个贯穿各个技术层面的工作。

两梁

网络是第一个“梁”。在信息化系统中，网络的结构可能非常复杂、异构的，但网络其实是可以融合的，例如，我们常说All over IP，业界也有著名的沙漏模型，前几年的三网融合就是在网络层统一到IP协议，让IP协议兼容并承载上下层的通讯协议和应用。此外，在数据链路层，也可以通过时间敏感网络TSN，统一通过以太网帧结构传送信息网和控制网信息。

华南理工大学将数据中心内网、校园网、智能网、5G教育专网、软交换电话网融为一体，建成了融合式多网合一的校园网络系统，采用集中SDN控制器结合VxLAN技术，实现面向业务的弹性、智能、动态适应需求的校园网。

此外，华南理工大学牵头，联合省内高校建立了开放型的广东省5G教育专网，将校园网延伸到三大运营商移动网络覆盖的范围，实现全国漫游。广东省5G教育专网基于广东省教科网，共享5G设备，降低重复投资；通过下沉5G专网设备，分流访问校园网流量，降低流量费用，鼓励师生通过移动网络访问校园网；通过打通运营商和校园网的认证系统，实现通过移动网接入对校园资源的无障碍访问。

数据是第二个“梁”。数据是新型生产要素。2017年在十九届中央政治局第二次集体学习时，习近平总书记强调要加快建设数字中国，构建以数据为关键要素的数字经济，推动实体经济和数字经济融合发展。数据是政策驱动的要素，教育数字化转型是国家数字化转型在教育系统的贯彻落实，而数据赋能是数字化的基础，因此，数据赋能是高校数字化转型的重点之一。数字化的重点在数据价值挖掘和业务赋能及创新。数字化以数据为核心，使业务数据化、数据资产化、资产服务化、服务价值化。通过业务在线、数据智能，实现以数据说话、以数据管理、以数据决策、以数据创新。

在具体实践中，华南理工大学智慧校区建设的核心数据资产，不仅包括业务数据，还包括物联网海量物理节点产生的数据。例如，学校广州国际校区数字平台有93000多个设备监控点，8900多个视频监控点，100GB物联及业务数据。在数据处理中，数字平台，或者数据中台打通校内多个系统，实现数据标准化，并向应用层开放，提供数据接口，不断推动学校业务创新。通过数据赋能，构建智慧校园大脑，实现数据可视、事件可管、业务联动。

五柱

机制体系制度是数字化系统架构的重要支柱。信息化的组织架构影响生态。学校决策层、部门主要负责人、专家的参与程度，保障信息化部门参与全校信息化规划，是打造良好的机制制度的关键。

师生数字化素质是另一根重要的“柱”。提升师生数字化素质，要营造师生共同参与教育数字化建设的新生态，这需要强化系统思维，加强信息化和学校核心业务的融合，在进行系统规划设计时重点考虑全校师生这个最大群体的用户，在建设完成之后需要对这个用户群体提供针对性服务。

例如，华南理工大学建立教师教学能力提升长效机制，实施三年轮训计划，重点提升教师信息化教学能力、科研转化教学能力、工程教学能力等。更重要的是，让最广泛群体参与信息化规划与决策是IT治理结构改革的核心要义，华南理工通过加大智慧校园技术体系的开放性，开放低代码开发混合云平台，鼓励师生参与数字化建设，让师生觉得数字化是他们自己的事情，打造“信息化塔台，全校师生唱戏”的良好生态。

此外，标准化、统一认证、网络安全也是数字化系统架构的“柱”。举个例子，人脸识别可以认为是统一认证的一种方式，但目前很多高校的人脸识别系统的运行过程和统一认证是不一样的，很多人脸识别系统把原始的人脸库下载到终端设备，在终端设备进行人脸特征比对，这相当于把统一认证的用户账号密码下载到前端，存在很大的安全风险。

为此，华南理工起草了团体标准《高校人脸识别基准库建设规范》，提出高校人脸识别基准库建设原则是统一采集、统一管理、采集最小化、安全保障、公开透明；如果学校要新建人脸识别应用系统，应该利用统一采集的人脸库，不应该再由这个应用系统来采集人脸库；前端的设备可以把采集的人脸照片生成特征值送到后台进行比对，如果为了提高效率最多也只能把后台人脸库的特征值下载到终端进行比对，而不能下载原始的人脸照片。

03构建面向转型的数字化新生态

解决“两梁五柱”基础工作之后，我们可以关注更深层次的问题，将数据和应用结合起来，充分考量组织、流程、运营和技术深度结合，通过业务使能和IT使能，形成数据、业务处理的闭环系统。通过数据中台主题库把基础子系统关联起来，实现联动。

华南理工大学开展了多种实践，打造面向转型的数字化新生态。例如，学校面向不同用户、业务场景提供大屏、中屏、小屏三个作业界面，实现三屏业务联动，其中大屏战时决策指挥、中屏日常事件处理、小屏随时随地响应。

探索基于AI的课堂教学。开展课程知识图谱建设，推动数字化教育的AI化并提升教学质量。在校内布局建设“智慧课栈”，推动教师运用“知识图谱”及AI课程工具。通过关联各业务系统数据，为学生的学习建模，有针对性地推送学习资源和学习活动设计，最大限度地实现个性化学习与成长。

变革课程修读模式，开设虚拟第三学期。虚拟第三学期利用每年寒暑假实施开设，以MOOC教学为载体，建立“循环开课、自主修读、统一考核”的修读模式。学生在完成所有网上学习环节并考核合格后，可获得相应学分。学校每年开出“材料与社会”“工程伦理学”等100门次课程，约12000个选课名额。

推进虚拟教研室建设。以现代信息技术为依托，围绕创新教研形态、加强教学研究、共建优质资源、开展教师培训等重点任务，推进虚拟教研室建设，打造教师教学发展共同体。