智慧教育體系中智慧科研的生態構建*

饒莉 廖奕

摘 ?要：伴隨著人類社會的發展，教育變革也在逐步推進，在這一大背景下，智慧教育系統已成為信息時代教育信息化發展的必然趨勢，這一系統以大數據、云計算、移動互聯與應用、物聯網等新一代信息技術為依托，具有泛在化、感知化、一體化、智能化的優良特性。傳統的科研模式也已不再適應時代的發展和廣大科研工作者的需求。文章構建了智慧教育系統下的智慧科研的生態系統，提出了智慧感知、處理、分析、評價、推送智慧科研閉環模型，助力科研事業的發展與進步。并討論了智慧科研生態體系對管理人才的基本要求，目的在于促進智慧教育和智慧科研生態系統更好運轉。

關鍵詞：智慧教育;智慧科研;生態構建;智慧管理

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）11-0024-07

Abstract： With the development of human society and the four revolutions of education， the ubiquitous， perceptual， integrated and intelligent smart education system， which is based on next-generation information technology such as mobile internet and applications， Internet of things， cloud computing， and big data has become an inevitable trend in the development of education information in the information age. The traditional scientific research model is no longer adapted to the development of the times and the needs of the majority of scientific research workers. This paper builds an ecosystem of smart education and intelligence research to help learners cultivate and stimulate their own wisdom， and help the development and progress of scientific research. It also discusses the basic requirements and main work contents of smart scientific research management talents， helps smart education and intelligent scientific research ecosystem to better operate and promote social progress.

Keywords： smart education; smart research; ecological construction; smart management

一、智慧教育和智慧科研的衍生

原始社會、農業社會、工業社會和信息社會四種社會形態構成了人類社會的發展史。無論是哪種形態的社會，“教育”這個關鍵詞在其中必不可少。教育的勞動起源說告訴我們，人類社會在勞動過程中產生的需求便產生教育這項特有的社會活動，它以人類語言和意識的發展為條件，以傳遞勞動過程中形成的生產和生活經驗為職能。隨著社會形態的更迭，教育也隨著媒介和科學技術的發展共經歷了四次變革。第一次變革發生在原始向農業社會的過渡期，這一次變革出現了文字和學校，這標志著人類社會進入文明時代，也標志著教育開始有組織、有計劃、有專職的從業人員;伴隨著造紙術和印刷術的發明，第二次變革在農業社會中發生了，這為書籍的出版和知識的傳播提供了更加有效的途徑;第三次變革發生在農業向工業社會的過渡期，第三次變革出現了班級授課制，這使得知識的傳播更具系統性和延續性，也進一步滿足了工業大生產對人才的需求;第四次教育革命發生在工業社會向信息社會的過渡期，這是一個由信息技術引發的教與學的動態變革，更是從現象到數據，到信息到智慧的升華[1]。

伴隨著教育革命的進行，科學研究范式也發生著一系列的變革，關系型數據庫的鼻祖吉姆·格雷提出了科學研究的四類范式。第一范式為實驗科學，人們將日常生活中所觀察到的自然現象記錄下來，這是人類在科學研究方面最早的嘗試。從最原始的鉆木取火，到后來的文藝復興時期的科學發展初級階段，人們以科學實驗的方式認知這個世界。但遺憾的是由于條件限制，人們對某些自然現象的理解非常粗糙。第二范式為理論科學?？茖W家們開始嘗試盡量簡化實驗模型，只留下關鍵因素，然后通過演算進行歸納總結，數學模型是理論科學的主要研究模型;到20世紀中葉，在電子計算機被發明之后，科學家利用這一工具模擬科學實驗并能盡可能地接近于實際情況，通過這一實驗方式人們可以從復雜現象出發推演出越來越多的復雜現象，使核試驗模擬及預報天氣等成為可能。第三范式為計算科學。計算科學的主要研究模型是：計算機仿真和模擬;在第二范式的基礎上，除模擬仿真功能外，計算機還能對大量數據進行分析總結并得出相應的理論。在數據爆炸性增長的大背景下，數據密集范式這一獨特的科學研究范式從第三范式中得以分離。數據密集型科學的主要研究模型是：數據挖掘和機器學習，特別是機器學習。

我們將教育與科研的變革放到同一時間維度上。如圖1所示。我們仿佛也看到了人認知水平的四種層次。我們從不知道自己不知道的原始狀態，到不知道自己知道的大數據信息挖掘。這場智能革命的引爆，將深刻地影響著我們今天的每一個人。

二、智慧教育和智慧科研定義的重要性

智慧教育指以信息技術為支撐的、以發展學生智慧能力為目標的教育，具體來說，就是利用信息技術完成智慧型學習環境的創設（技術創新），對教學法進行智慧化改造（方法創新），將智慧學習落實到普通學習者的學習過程中（實踐創新），意在培養智慧型人才，這類人才應具有穩定良好的價值觀、較高的思維品質和較強的實踐能力，不僅要會學習，還要會協作，溝通、研判能力要強，要具有創新意識與能力，要善于解決問題，這體現了對傳統人才觀的變革。此外，智慧教育理念需要在實踐中落實（理念創新），現今所提倡的素質教育，是在信息時代、知識時代和數字時代的大環境下，深化和提升素質教育是教育發展的需求。

楊現民[2]認為，智慧教育這一教育信息生態系統以大數據、云計算、移動互聯與應用、物聯網等新一代信息技術為依托，具有泛在化、感知化、一體化、智能化的優良特性，是數字教育高度發達的結果，旨在使現有的數字教育系統更加智慧化，促進教育與信息技術的深度融合，使教學、管理、評價、科研和服務等更加智能化，通過促進學生、教師、家長及管理者、社會公眾等的智慧養成提高全民文化素養，從而促進社會的可持續發展。

在前述觀點的基礎上，本文認為從哲學的角度看，智慧教育需要通過智慧的教育活動或形式，進而培養和激發學習者自身智慧的教育實踐，是過程也是結果。智慧教育可以依據個體特點設計個性化的程序，幫助人類在建立良好心態的基礎上通過恰當的學習方法更好地學習，發展思維能力并培養創造性思維;從技術角度看，智慧教育是依托移動互聯與應用、物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術所打造的泛在化、感知化、一體化、智能化的新型教育生態系統[2]。通過改造教育環境、資源、管理使其更加智慧化，使為學生、教師、管理者、家長、社會公眾等提供的教育服務具有智慧化的特征。

“3A+W”是智慧教育功能特征的概括性描述。教育活動相關主體中的任何人（Anyone）以信息技術與互聯網為工具，在任意時間（Anytime），不論在哪里（Anywhere）都可以從自身需求出發獲取任何教育資源或教育服務（What）?！?I”則是對智慧教育技術特征的概括性描述。具體來說，即為網絡化（Internet）、信息化（Informatization）、全交互（Interactive）、智能化（Intelligent）及一體化（Intergration）。

約翰·泰勒（John Taylor）于2000年提出了“e-Science”。e-Science的實質就是“科學研究的信息化”，是信息時代中科學研究環境和科學研究活動的典型體現。[3]在信息化發展的便利條件下，科研活動得以突破區域、學科的限制，從而實現大規模、資源有效共享的協同合作，這不僅能促進各國科研水平的提高，從更高的角度來說對促進人類文明的發展也有著重大意義。

在“e-Science”的基礎上發展出了智慧科研的構想。不同的是，相比于“e-Science”，“以人為本”是智慧科研的重點，因此更加有利于集眾家之長，使研究者的智慧得以匯聚，科研成果的流通和轉換速度進一步提升，科研數據也能借助多樣的信息渠道及時分享給各方，為科研工作者的工作提供全方位的支持，促進科學研究在真正意義上從信息化走向智慧化。

信息服務平臺作為科研管理工作的重要支持，也是智慧科研的一個重點，在科研管理的各個細節中融入網絡的信息服務，從而實現互聯，同時與校外相關機構組織的聯系也通過科研綜合信息平臺實現。智慧科研要求科研管理各環節的無縫銜接的“一體化管理”，對高?？蒲泄芾硐到y中的人員、觀念、制度、模式和技術都提出了高標準的建設要求。

三、智慧教育和智慧科研的熱點

教育信息化取得了新的發展，技術形式由數字化轉為智能化，從數字化教育向智慧教育的轉變引發了教育系統的變革，智慧教育已成為教育信息化創新的領頭羊，同時也是發展的必然趨勢。

當前國內外一些IT企業（如IBM、華為等）對智慧教育進行了實踐，結合實際情況給出了智慧教育解決方案，這只是實踐層面的探索，而針對智慧教育的學術研究才剛剛起步。自2011年起國內學者開辟了一條從教育信息化發展角度研究智慧教育的新路。祝智庭教授以圖式的方法給出了理解智慧教育的途徑，指出智慧教育、智慧環境（智慧計算是其核心技術）和智慧教學是相互關聯的，具體來說，智慧學習環境為智慧教育提供了技術方面的支撐，智慧教學法促進了智慧教育的發展，智慧學習則是智慧教育的基礎。尹恩德[4]認為，智慧教育這一現代教育體系具有網絡化、數字化、個性化、智能化、國際化的特征，通過運用新興信息技術如物聯網、云計算等，使教育系統各項信息化工作得以統籌和協調，同時需要人們完成教育觀念、內容與方法的轉變，應用是智慧教育的核心，服務職能是智慧教育的工作重心。金江軍[5]認為，智慧教育的集成化、自由化和體驗化三大特征是過去的傳統教育信息化所不具備的，智慧教育是教育信息化發展的高級階段，標志著教育行業實現了智能化。部分學者以建立智慧教育云平臺為目標，以云計算為突破口在技術層面對智慧教育進行了架構。葛虹[6]對區域智慧教育云構建的方法、技術與策略進行了研究，指出教育城域網與教育信息樞紐是區域智慧教育云構建的重點，要促進教育信息資源的區域無縫共享就必須大力實施云戰略，實現教育管理信息化、學校應用信息化、社會教育信息化是區域智慧教育的功能目標。[7]張進寶等人指出智慧教育云五個方面的關鍵技術特征分別是服務情境識別、智能信息提取、智能信息處理、智能信息檢索、智能信息推送等，并提出了智慧教育云架構的構想。[8]此外，國內研究者還十分關注智慧教育環境的建設。不少學者分別對智慧校園[9、10]和智慧教室[11、12]的概念、特征、系統構建、技術方案等進行了研究。

為了探索智慧校園的建設模式，王燕分析了智慧校園的內涵特征和關鍵技術，并以此為基石對智慧校園建設總體架構進行了設計，為智慧校園的示范推廣應用提供參考。[13]

當前，以韓國學者為代表的國際智慧教育研究正在進行。自2011年韓國正式頒布“智慧教育推進戰略”以來，對智慧教育的探索成為了韓國學者關注的重點。Choi& Lee[14]對韓國智慧教育行動計劃進行了說明，環境方面，物理的智慧教育環境建設是該計劃的重點內容，同時教育內容開發也具備同等的重要性，諸如智能設備、無線網絡以及教師信息技術應用能力等也是推進智慧教育發展的重要因素。Kim等人[15]認為，智慧學習是一種新型學習范式，它以泛在學習和社會化學習為基礎，現如今信息技術與教育的融合已經成為發展趨勢。An等人[16]重點對智慧教育內容進行了研究，學習環境對學習效果的影響不言自明，因此為學習者提供適當的、智慧的學習環境應是智慧教育的一大目標，同時在學習內容方面，學習者可以按需獲取經過精心組織的學習材料。智慧教育系統研發也取得了一定進展。Jo，Parker &Lim研發了一種教案生成平臺，教師可以通過這一平臺快速制作高質量的教案。[17]Jo，Yang & Lim設計開發了一套結構化的插件式智慧教育系統，該系統基于智慧教育的核心理念，智慧內容服務子系統和家校學習子系統為其組成部分。智慧內容服務子系統的功能是創建、管理、關聯學習內容，家校學習子系統則用于支持協作學習和終身學習。[18]Jeong， Kim & Yoo提出一種采用云架構的智慧教育系統，可以對包括視頻、圖片、三維對象以及增強現實、虛擬現實場景在內的各種增強型教育內容進行分享與遞送。[19]此外，教師能力的評估也可以在智慧教育環境下進行，部分學者對評估工具進行了研究[20]此外，電子教科書提供的批注、書簽和筆記功能成為目前大多數智慧學習者使用的工具， 針對這一現象，Kim， Sohn & Lee為了對學習者在電子教科書中的注釋與筆記行為作出進一步分析，提出了注釋內容的學習模型。為促進學習者之間的交流，實現知識、經驗及想法的共享，研究者還以該模型為出發點開發出算法，通過算法能找到相似類型的注釋或筆記，從而找到具有相似學習風格的學習者。[21]Scott & Benlamri等人開發了智慧學習空間，技術支撐為語義Web技術和泛在技術，這一學習空間以促進學習者的學習及學習者之間的交流、實時共享學習資源為目標，可以通過對學習者進行情境感知，如感知學習者的位置和學習活動情況等，向學習者智能推送個性化的學習資源。[22]

隨著智慧時代的來臨，傳統科研模式暴露出越來越多的弊端，這不利于推動社會的發展。智慧科研的發展以云計算、物聯網、虛擬現實等前沿技術為重要依托，在先進技術、科研方法、人才交流等方面與國際社會實現合作共贏;同時在健全的支撐與保障體制下，形成國內科研建設發展體系框架，二者通力合作，共同促進科研事業的發展與進步。

我國科研活動的問題還未完全被解決。據統計，每年國家的數萬項科研“成果”中，無實際價值的占90%以上，有大量的“科技泡沫”形成。目前科研中存在的選題難、轉化難、共享難、交流難、跨越難、管理難的問題。

馬建等認為應在科研基金項目管理中充分發揮數據的作用，消除“條塊分割”，同時在決策方面充分利用智能輔助，實現科學基金項目的“一體化管理”，以此為目標提出了一種精細化的科研基金項目管理方案。[23]翟文峰結合高校信息化理論成果及學校信息門戶的現實基礎，提出基于大數據信息門戶建設的需求分析方案，為高校信息門戶建設提供指導方案和設計依據。[24]

總的來說，智慧教育理念的普及以及智慧教育云平臺的建設是智慧教育領域的重大問題，上述研究對這兩方面的問題進行了說明。然而，智慧教育是一個錯綜復雜的宏大工程，當前研究所聚焦的教育云服務平臺研發只應是其中一部分，智慧教育體系的整體架構沒有得到充分的重視。智慧教育系統的要素及核心業務有哪些？關鍵技術支撐是什么？智慧教育系統的應用有哪些？在智慧教育戰略推進過程中以上問題亟待解決。

四、智慧教育和智慧科研的生態構建

如圖所示，智慧教育模式包括智慧網絡環境，智慧社會環境、智慧校園（物理環境）三個部分來支撐。智慧物理環境需要利用各種各樣的傳感器設備和便攜式或者嵌入式的設備以及物聯網、QRCode、RFID等技術手段對物理環境進行智能感知和信息采集，同時傳輸給智慧網絡環境，根據得到的反饋自動調節物理環境，形成一種智能化的物理環境，達到虛實結合，實時切換的效果。智慧網絡環境通過云計算、大數據等技術采集和收集海量數據，按照一定的規則對數據進行分析和決策，并對評價和建議反饋給智慧物理環境。智慧社會環境通過不同的社會關系和文化氛圍將相同的和不同的社群鏈接起來，進行系統集成和大數據分析，便于智慧資源共享，同時可以構建更加高效的人際交往環境和良好的社會文化環境。

智慧網絡環境，智慧社會環境、智慧校園（物理環境）共同構成了智慧教育模式的保障支撐系統。但是智慧教育系統的核心是用戶，包括智慧教育者、智慧學習者和智慧管理者。智慧教育者在學校內主要是教師，在家庭中主要指父母。智慧學習者是指使用智慧教育系統進行學習的人，在高校內大多為在校學生，而智慧管理者可以是教師、學校、父母，也可以是教育系統的管理者或者智慧學習者自己。

根據教育學習過程中的實際情況，通過智能化設備和技術感知智慧物理環境，構建適宜的情境模型并通過一定的規則和預定機制進行假設推算，為智慧教育模式核心用戶因人而異地提供最全面、最優質、最及時的智慧教育資源、工具和服務。其中，智慧教育資源包括學習教輔資料、在線課程資源以及信息管理資源。智能工具可以是智能手機、筆記本電腦、平板電腦和多媒體，也可以是建模工具、檢索工具、學習認知工具以及評價管理工具。

智慧教育環境是一個由多種要素構成的復雜的教育生態系統，各個要素之間并不是相互獨立的，而是緊密聯系，相互影響的，共同構成一個完整統一、靈活多樣的智慧教育環境，從而在智慧環境中傳遞教育智慧。

借助智慧教育模式，管理者可以通過終端設備有效掌握智慧教育信息、資產設備、教學活動等，實現管理層面上的可視化和透明化。在傳統的決策支持系統中人扮演著重要的角色，人需要利用各種定量模型操縱數據，能處理的決策問題類型很有限，即半結構化、結構化和具有明確過程的決策問題。智慧教育模式通過對海量數據的分析總結，按照設定的程序進行推演，最終由管理者進行智慧決策，極大地提高了教育管理的運行效率。此外，管理者還可以通過智慧教育模式進行安全預警和遠程督導。

智慧教育模式具有“3E”、“4A”的特點。“3E”即有效學習（Effective Learning）、投入學習（Engaged learning）、輕松學習（Easy Learning）?！?A”指任意時間（Anytime）、任意地點（Anywhere）、任意任務（Anyway）、任意步調（Anypace）?？梢宰尳逃摺W習者和管理者不受時間、地點的限制，隨時隨地根據實際情況進行智慧學習，讓學習變得更加人性化、個性化。從新型的教管模式啟迪教育智慧，智慧教育模式可以應用在從學前教育、基礎教育到社區教育、高等教育的一系列教育過程中，形成更加完善的智慧教育制度。

智慧科研模型不僅需要基本的設備保障和技術保障，還需要完善的機制保障和充足的人才保障。此外，還需要政府、學校、學院提供經濟支撐、政策支撐、院系支撐和社會支撐，才能形成完備的保障支撐系統，確保智慧教育模式的正常運轉。

智慧科研閉環模型包括感知層、網絡層、平臺層、技術層和應用層。感知層主要是利用智能感知設備與服務器和移動終端相連，用戶可以通過手機、電腦等實時發布命令。網絡層主要用來進行信息傳輸，用戶以此將操作命令傳輸到平臺層進行相關處理。平臺層主要包含互聯網絡中心、超級計算中心、數據中心和智能服務中心。相關技術通過在智慧科研中的應用，實現智慧科研服務功能構成了技術層。應用層的主要目的是滿足用戶的需求，反映了智慧科研的服務功能，體現了智慧科研的內涵，智慧科研與傳統科研的區別就在這一層得到體現。在傳統科研活動中所遇到的各種問題可以通過應用層得到妥善解決，從而使用戶高效、輕松地完成研究課題，使用戶切實體會到信息時代研究的智慧性。在信息流通方面，用戶還可以在科研過程中隨時隨地通過移動設備向數據中心傳遞數據，實現信息高效流通。

在有完善的網絡、技術和平臺之后，通過智慧感知、智慧處理、智慧分析、智慧評價和智慧推送五個重要環節形成智慧科研閉環模型，更好地服務于高校、研究院等科研機構。由負責人平臺錄入、二級學院審核，再經科管形式審核，可以準確采集科研數據。通過對國內外科研數據的挖掘和往年科研數據的分析進行智慧決策。制定管理辦法和調整獎勵、優化辦事流程、外請專家培訓、把握行業動態熱點對政策制定進行培訓和指導。經由智慧科研閉環模型環環相扣，相互影響，解決科研中的選題難、轉化難、共享難、交流難、跨越難、管理難的問題，加快科研成果的有效轉化，實現科研信息安全、有效共享，充分發揮技術和資源優勢，增進科研團隊間的交流與合作，順應跨學科和大數據的發展趨勢，更好更快地培養科研人才。

五、培養智慧型科研管理人才隊伍

智慧科研需要智慧科研管理人才，首先我們需要明辨科研管理服務在智慧科研中所扮演的角色，同時，為勝任這些角色，管理人才需要具備哪些技能。

在現實環境日新月異的大背景下，科研管理人員不僅要提高業務水平，保證做好本職工作，還應具備洞察力和獻身精神，能從高?？蒲腥藛T的信息需求出發，探索提升服務質量的途徑及建設新信息源的方法，并對傳播信息的新技術給予關注。智慧型科研管理員的角色不是一成不變的，一方面主管領導要制定具有戰略意義的發展規劃，另一方面科研管理員充分發揮主觀積極性實時調整工作方案，提前做好準備應對科研決策的變化，科研管理部門也應當根據實際情況制定合適的人力資源開發政策和職業規范，來吸引高素質的員工。

主管領導需要在認識到自己有責任改善整體工作環境的基礎上反思科研管理部門需要從哪些方面提升工作質量、打造智慧科研管理人員喜愛的組織形象？科研管理部門應通過何種途徑促進成員間的交流，應如何利用信息技術提升成員的知識與技能水平？主管領導應充分理解智慧管理建設內涵特點，在此基礎上局部試點、重點推進，積累相關工作經驗，在技術層面上為走進智慧科研管理時代做好鋪墊[25]。（圖4）

筆者基于智慧科研生態構建形成了智慧科研管理人才隊伍培養基本模式，在隊伍建設方面需要全流程規范，全過程服務。通過有計劃科研，有機制體制保障，有科研信息化建設、有綜合素養提升培訓四輪驅動，打造有“yan”值的智慧型科研管理人才隊伍，有“顏值”使得科研管理人員工作有彰顯度，有職業認同感和幸福感;有“研值”使科研管理人員持續進行與項目管理，基地建設，科研報獎，成果轉化等相關領域的管理式研究，投入經費支持科研管理人員進行調研，進修等，并將研究成果共享共用真正應用于實際工作實踐中;有“延值”要培養科管人員的外聯拓展業務能力，做科技政策的調研解讀宣講員，做政策轉化落實的操作員，做科技成果的宣傳員，做技術轉移的紅娘等等，只有不斷延伸，延展科管人員的綜合素質才更有利于智慧科研生態的良性循環。與此同時，一方面要進一步提高科研管理人才的“言值”要提供相關平臺，組織有針對性的校內外會議及論壇幫助科管人員發聲，運用好新媒體資源幫助科管人員提升科技宣傳的感染性，在講好科技故事的同時，提升科研管理職業的“知名度”;另一方面也要注重好科管隊伍的“嚴值”做好誠信科研宣傳及項目經費的管理，提升智慧科研管理人才隊伍的內控風險管理能力。

六、結束語

在第四次教育革命中智慧教育是發展的一大態勢，也體現了在“互聯網+”時代背景下教育信息化建設的必然趨勢。發展智慧教育和智慧科研可以破解我國教育科研事業發展難題，推動教育科研領域全面改革，搶占國際教育科研制高點，引領教育科研事業信息化創新發展，服務全民終身教育，助推中國智慧教育科研夢的實現。發展的關鍵在于智慧教育和智慧科研的生態構建。智慧教育和智慧科研生態系統需要智慧管理人才來運轉，而我國在此方面的人才還比較稀缺。因此要特別注意智慧管理人才隊伍的培養和儲備。

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