區域教育智慧生態系統構建：模型、框架與策略 *
——基于浙江教育大數據工程行動實踐

王永固，王 怡，王會軍，胡小杰，李曉娟，樓又嘉

(1.浙江工業大學 教育科學與技術學院，浙江 杭州 310023；2.浙江省教育技術中心，浙江 杭州 310012；3.浙江財經大學 馬克思主義學院，浙江 杭州 310018)

一、引言

邁入智能時代，大數據、人工智能等新技術賦能教育創新發展，區域教育信息化服務平臺正在從跨區域、層級、部門的整合業務和數據，轉向縱向貫通和橫向融通的智慧生態系統。我國多個省和地市正在建設區域教育一體化智慧服務平臺，如浙江“教育魔方”、江蘇智慧教育云平臺、廣州智慧教育公共服務平臺、溫州教育“數字大腦”等。但是，由于區域教育智慧生態系統理論創新滯后及其體系框架方案稀缺，區域智慧教育生態化轉型呈現出三個典型問題：一是數據壁壘問題，區域缺少跨業務、全學段的教育大數據中樞，缺少規范化和統一性的數據標準[1]，這導致區域教育數據難以有效匯聚和無縫流轉，阻礙了生態系統的物質循環(數據流通)和能量轉換(智慧生成)；二是系統架構生態化特征不足問題，框架方案重視區域教育大數據倉建設和數據可視化應用，忽略能量轉換鏈(數據中臺和業務中臺)、智慧生境(應用場景空間)，這造成區域教育信息化服務平臺智慧化進展緩慢，不能有效解決公民教育的愁難急盼問題；三是制度化環境不健全問題，缺少組織、平臺、技術、數據、隱私和安全等系統化制度體系建設，這致使區域教育智慧生態系統的長效、可持續發展受阻。因此，區域教育智慧生態系統的理論模型、體系框架和發展策略就成為教育技術領域亟待破解的研究課題。

鑒于此，文章以生態系統理論為視角，分析全球區域教育智慧生態系統的發展進程，融合信息生態系統和智慧學習生態相關理論，采用大數據驅動的方法論，構建區域教育智慧生態系統的理論模型，結合浙江“教育魔方”前期方案設計的行動實踐，提出區域教育智慧生態系統的體系框架和發展策略。

二、文獻綜述

生態系統是指在一定的空間和時間范圍內，各種生物之間以及生物群落與其無機環境之間，通過能量流動和物質循環而相互作用的一個統一整體[2]。基于生態系統的視角，信息生態系統是信息自身與生命體及周圍環境相互聯系、相互作用的有機整體[3]。隨著大數據和AI技術的發展，數據驅動教育信息生態系統進化為智慧教育生態系統[4]，使其具有自我調節的均衡力、抵御擾動的恢復力和自我學習的演化力。以生態系統的理論視角，審視全球不同區域智慧教育生態化的發展歷程，發現三個典型的特征，包括：數據中樞建設、制度化環境構建和智慧應用推動。

(一)教育基礎數據中樞建設

基礎數據中樞是區域教育智慧化生態轉型的前提條件。美國教育部于2005年啟動“州縱向追蹤數據系統”(Statewide Longitudinal Data System，SLDS)項目，采集從學前教育到高中、大學和行業職工的終身學習數據，以州為單位建立教育大數據倉，以更有效地管理和利用學生數據[5][6]。2009年，各州教育數據倉全面收集學前教育到職后教育的個人發展數據，美國教育數據庫進入P-20W系統階段[7]。2017年，全美已有47個州以及哥倫比亞特區、波多黎各自治邦、維爾京群島均建立SLDS[8]。綜上可見，SLDS成為美國各州、學校、師生三個層級的智慧教育應用的基礎數據中樞。

(二)數據開放共享的制度環境構建

數據開放共享的制度環境是區域教育智慧化生態轉型的重要保障。歐盟是推進區域教育數據開放共享的典型代表，通過頒布系列數據戰略引導成員國之間教育數據開放共享，以憲章方式構建區域教育數據開放的制度化環境。2011年，歐盟頒布《開放數據戰略》，以實現“泛歐門戶”無障礙信息共享。2013年，英國、德國、法國、意大利等歐盟成員國共同簽署《數據開放憲章》，將教育數據歸屬于優先開放的數據類別。2020年，歐盟發布《歐洲數據戰略》，旨在建立統一的數據市場，以實現數據在歐盟內部流動，推進產業、學術和政府之間數據共享和智慧應用[9]。

(三)區域教育革新智慧應用開發

應用場景是區域教育智慧化生態轉型的關鍵推動力。美國SLDS項目支持區域的教育決策、學校管理和教學創新等應用開發，如學校布局與資源分配、困難兒童補助、教師評聘改革、學生早期干預系統等智慧應用，跨業務領域的智慧應用生成的數據反過來又豐富了SLDS數據，推動區域教育具備生態系統的空間、功能和進化特征[10]。另外，歐盟支持高校研發大數據驅動的智慧應用，如英國和西班牙的高校借助學習分析技術降低學生輟學率，提升學生個性化學習體驗[11][12]；荷蘭開放大學啟動“數據海綿”(Data Spongia，DS)項目，開發了整合來自不同慕課課程的學習數據分析應用[13]。借鑒美歐的成功經驗，我國教育智慧應用也在急劇增長，包括教育決策科學化、教育評價監測[14]、教育發展均衡化[15]、質量提升內涵化[16]等方面，正在提升區域教育現代化治理能力。

綜上所述，基礎數據中樞、數據開放環境和應用場景等推動區域智慧教育向生態化轉型發展。然而，以生態系統的理論視角，上述研究沒有明確界定區域教育智慧生態系統的內涵，沒有清晰描述其構成要素和內在機理，也沒提出完備的體系框架，這限制了區域教育智慧生態系統的理論創新與實踐應用。對此，文章的第三部分提出區域教育智慧生態系統的概念內涵和理論模型。

三、理論模型

從普適性來看，信息生態系統由信息人、信息和信息環境三個基本要素組成[17]。基于此，區域教育智慧生態系統是指在特定的行政區域內，由信息人、教育大數據、技術化環境和制度化環境構成的一個自組織和自演化的智能教育信息系統。按照行政區域的范圍，區域教育智慧生態系統大到國際聯盟(歐盟)，中有國家、省級、地市和區縣，小到一個學校。如圖1所示，在生態系統中，數據是其能量流動和物質循環的載體，在流動過程中轉化為不同的形態，包括：通過技術關聯形成信息，經過模型加工生成知識，經歷場景應用轉換為智慧。參考智慧學習生態系統的構成要素[18]，區域教育智慧生態系統理論模型分為信息人、智能鏈、技術化環境和制度化環境四個組成部分。

圖1 數據驅動的區域教育智慧生態系統的理論模型

(一)信息人

信息人是區域教育智慧生態系統的生物主體，包括學習者、教學者、管理者、服務者等用戶群體。信息人既是數據生產者又是智慧的消費者。一方面，信息人的生物信息、行為信息和知識信息通過感知系統進入生態系統內部；另一方面，信息人在智慧生境中創新性的開展教育活動，消費生態系統中能量轉換的成果。

(二)智能鏈

智能鏈是信息生態系統的信息鏈在智慧生態系統中的升級，由“感知系統→教育大數據→AI算法→教育模型→智慧生境”組成，實現“數據→信息→知識→智慧”四個層次的轉換與演化。首先，感知系統采集和匯聚教育領域的多源異構數據形成教育大數據集；其次，AI算法模型基于大數據集的分析、挖掘和訓練生成教育教學模型，使系統具有學習領域知識的能力；然后，智慧生境基于生成的教育模型向其中的新事件自動作出調節反應，對新趨勢做出預測和適應；最后，信息人基于智慧生境的預測開展教育教學的智慧應用。綜上可知，智能鏈基于數據和算法的雙重驅動，實現區域教育智慧生態系統自我演化的學習能力，為學習者、教學者、管理者和服務者提供教育教學智慧服務。

(三)技術化環境

技術化環境是區域教育智慧生態系統的運行載體與環境，由支撐技術體系、系統工具與服務兩部分組成，實現數據流動(物質循環)和智慧服務(能量轉換)的雙重功效。一方面，支撐技術體系為教育大數據和AI算法提供算力服務，系統工具與服務負責把智能鏈產生的機器智能提供給信息人應用，形成教育智慧。另一方面，系統工具與服務將信息人在智慧生境中產生的新數據通過技術環境反饋給教育大數據倉，再次優化算法生成的教育模型，增強區域教育智慧生態系統的學習能力。

(四)制度化環境

制度化環境是區域教育智慧生態系統的運行規范和制度保障，由數據規范標準和組織政策制度兩個部分組成，保障區域內數據的縱向貫通和橫向融通。首先，區域行政組織的管理者制定教育大數據和教育智能治理的政策制度，確定參與主體共享數據的責任義務和工作流程。其次，區域教育信息化部門的管理者制定教育數據的規范標準，保障教育數據在橫向上跨系統融通共享和在縱向上跨層級上下貫通。最后，區域行政管理者制定數據開放章程，與其他行政區域簽訂數據交換協議，面向系統外其他主體提供數據開放接口。

綜上所述，區域教育智慧生態系統使用大數據訓練AI算法模型，生成教育教學智能模型，賦予智慧生境情境感知、知識學習、問題解決和預測分析等能力，實現區域教育智慧生態系統的學習成長。同時，基于技術環境的反饋優化和機制環境的制度保障，使得區域教育智慧服務系統成為自我調節、持續進化的生態系統。

四、體系框架

依據上一部分的理論模型，結合浙江“教育魔方”體系框架方案設計的行動研究，本研究將區域教育智慧生態系統的體系框架分為五個組成部分，包括感知系統、教育大數據中樞、業務應用體系、關鍵技術體系和規范標準體系。其中，感知系統、教育大數據中樞、業務應用體系實現理論模型中“智能鏈”的智慧生成功能，關鍵技術體系和規范標準體系分別實現技術化環境和制度化環境的功能，學生、教師、社會公民、教育行政管理者和服務人員是理論模型的信息人角色，如下頁圖2所示。

(一)感知系統

感知系統是區域教育智慧生態系統的智能鏈起點，負責采集用戶群體及其社會環境的數據。根據感知對象的不同和應用目的的差異，感知系統分為物理環境感知、物體信息系統標識感知、人體相關生物特性感知、空間感知和交互信息感知五種類別。其中，物理環境感知以結構化數據為主，如校園一卡通、身份信息門戶數據等；物體信息系統標識感知以空間感知和位置感知為主；人體相關特性感知采集用戶的生理和心理的數據，如學生的心率和運動數據；交互信息感知采集用戶與環境系統交互的數據，如教學系統日志和學習狀態數據等。基于物聯網的智能感知設備實現以上五類數據的原始采集。此外，將區域內與教育相關的各類跨業務社會數據也接入大數據平臺，實現教育數據的全域多維采集。感知系統實現全域教育大數據的伴隨式、動態性采集，具備會看、會聽、會嗅、能感的靈敏感知能力。

(二)教育大數據中樞

教育大數據中樞是區域教育智慧生態系統的數據基礎，具有把數據變成信息并服務于知識生成的功能。在結構上，數據中樞包括教育大數據倉和數據中臺兩個模塊，前者存儲行政區域內教育領域跨業務、全學段多模態大數據，后者匯聚整合、提純加工、分析可視教育數據，為業務應用體系的業務中臺提供數據服務。

1.教育大數據倉

教育大數據倉由省級教育數據倉、省級業務數據倉和地市數據倉三個部分組成。其一，省級教育數據倉包含基礎數據庫和主題數據庫，前者是經由數據中臺提取、清洗和轉換，形成具有統一標準的學生、教師和學校數據庫；后者是根據應用需求從基礎數據庫中篩選、重組后的核心數據庫，分為管理類、教學類、服務類三種主題數據庫。其二，省級業務數據倉包含民政倉、公安倉、衛健倉等非教育系統內的大數據倉，能夠與教育數據倉共享師生在其他業務領域的數據。其三，地市數據倉與省級教育大數據倉實現數據共享與調用。以上三個數據倉相互聯通共同為區域教育智慧生態系統積累海量數據。

2.數據中臺

數據中臺是教育大數據中樞向下連接感知系統、向上連通業務應用體系的模塊。在功能上，數據中臺提供數據的匯聚整合、提純加工、服務可視和價值變現的服務。首先，承接感知系統采集到的多源異構數據，將匯聚的數據通過有效的結構化提取、清洗轉換、目錄管理，形成基礎數據體系。其次，支撐不同感知系統間的數據集成、快速調用和共享，實現數據驅動業務創新以及業務數據節點的協同化感知和一體化管理。最后，依據各類教育應用場景中的業務需求提取數據，以支撐業務應用體系的建設，滿足各類業務數據分析需求。

基于以上分析，省級教育行政部門應協調各利益主體建設省級教育大數據中樞。具體舉措包括：統籌規劃和建設省級教育大數據倉；指導已建地市層級教育大數據中樞與省級教育大數據中樞共享數據；構建功能完備、運行高效的數據中臺，提供省級教育大數據開放服務。

(三)業務應用體系

業務應用體系是區域教育智慧生態系統的功能核心，負責生成業務領域知識并在場景應用中創造智慧。在結構上，業務應用體系由業務中臺、應用空間和應用入口三個部分組成。其中，應用入口主要有門戶、APP和終端，面向區域內學生、教師、管理者以及社會公民提供智慧教育服務；業務中臺通過與教育大數據中樞的數據中臺合作，采用機器學習和深度學習算法從數據中生成教育教學模型，同時統一業務領域的業務功能和數據，關聯和融合橫向上獨立的業務系統；業務空間是應用場景的集聚空間，負責提供教育教學智慧服務，按照業務領域分為領導決策、協同辦公、政務服務、教學教研、資源服務和督查督導六類場景空間，具體內容如下：

1.領導決策場景空間

領導決策場景空間開發以關鍵績效指標驅動的決策“數字駕駛艙”，以個性化績效指標驅動的特色“數字儀表盤”，形成集綜合指揮、動態展示、綜合應用等功能為一體的教育決策智能輔助系統。典型應用場景包括區域教育現代化畫像、教育質量檢測、教師發展畫像、教育均衡發展指數等，輔助教育行政部門精準把控教育發展現狀，促進資源合理配置、支持教師精準培養和教育均衡發展等。

2.協同辦公場景空間

協同辦公場景空間以高效協同工作需求為導向，橫向上整合現有OA系統，縱向上構建貫通省、市、縣、校四級機構的協同應用，如云端“辦事大廳”、智能教務應用、智能人力資源應用和智能后勤管理應用等。并且，區域教育協同工作空間持續優化升級，支持區域內教育事業單位開展無紙化高效協同辦公。

3.政務服務場景空間

政務服務場景空間推進教育政務服務事項由網上辦、掌上辦向易辦轉變，推廣“智能秒辦”，深化機關“內跑”改革，加快政務、校務數字化改革。該空間建設入學報名掌上辦、學籍管理掌上辦、學生素養發展報告等政務服務應用場景，實現教育政務線上運行、高效協同，實現政務數據與校園治理深度融合。

4.教學教研場景空間

教學教研場景空間聯通省級各類數據倉庫和學習空間，實現區域內智慧學習空間聯通。該空間包括智慧課堂教學、學生綜合素質發展報告、個性化智能推薦引擎、教師智能管班助手等應用場景。以上場景支撐學習者個性化自主學習，輔助教師精準教學，為教研員和教師全過程量化評估提供決策支持。

5.資源服務場景空間

資源服務場景空間以區域共建共享的優質數字教育資源為基礎，匯聚海量教學資源形成區域教育公共服務超市，同步向西部對口支援地區開放服務。該空間的應用場景有：學生互聯網結對學校、教師發展網絡學校、新型網絡學習空間、家長網絡學校、全民數字學習平臺、“互聯網+”城鄉學校共同體等。

6.督查督導場景空間

督查督導場景空間實現督辦事項的項目化、清單化、節點化和痕跡化管理，使管理決策更加精細化、科學化和智能化。典型應用場景有：新型教學空間智能管服、教育裝備共享應用、督查數據聯動比對、現代化學校智能測評等。以上應用場景實現事件預警可控化和應急處置高效化，健全在線督導評估檢測體系。

(四)關鍵技術體系

關鍵技術體系為區域教育智慧生態系統的構建與運行提供技術支持，包括數據的采集、集成、風險感知和安全管理。在數據采集方面，采用視頻采集、圖像識別等技術構建360度全景式透視的視頻網絡，如教育“視聯網”應用于視頻會議、應急指揮、無接觸督查等。在數據集成方面，按照“隱私數據私有化，資源數據公有化”的思路，探索服務區域教育的混合云架構。在數據安全風險感知方面，建設數據資源安全保障體系和教育行業網絡安全風險檢測系統。在安全管理方面，借助區塊鏈和AI等新技術加強輿情風險防范，打造校園安全綜合管理一體化系統，健全教育領域的安全監管。

(五)規范標準體系

規范標準體系保障數據信息的跨層級縱向流通和跨系統的橫向對接，主要包含六類標準，具體包括：基礎標準、數據標準、技術標準、管理標準、安全標準和平臺標準。其中，基礎標準規定總則、術語、技術參考模型和編碼規則等；數據標準規定元數據、數據元素和數據字典的相關標準，保證數據的一致性、規范性；技術標準包含數據存儲、數據處理技術規范和對外數據API的接口標準；管理標準制定教育數據的共享、開放、運維等標準，實現省、市、縣三級教育數據交換和應用全覆蓋；安全標準規定隱私數據處理以及數據跨行業、跨區域流動等方面的標準，避免大數據環境下的安全威脅發生；平臺標準包含數據平臺、教育裝備等開發標準，以及數據平臺的測試標準和安全標準。

五、發展策略

基于上一部分的體系框架，區域教育信息化系統正在轉向縱向貫通和橫向融通的智慧生態系統，這將產生三個方面的教育革新的價值，具體包括：一是推動教育信息化系統向智能化升級，打造教育新基建的示范工程，創新數據驅動教育變革的新范式；二是優化區域教育公共智慧服務體系，解決公民在教育領域的急難愁盼問題，推進城鄉、區域間的教育均衡發展，助推教育共同富裕；三是深化教育整體智能化治理，加快區域教育現代化建設進程，展現教育數字化改革的治理效能[19]。面向國家教育數字化戰略行動的工作部署，區域教育智慧生態系統的發展應從以下五個方面展開，以推動教育現代化高質量發展。

(一)機制保障：制定數據開放共享協議

政府的數據共享協議具有適法性和合理性，能夠捋順政府數據共享中的行政法律關系，可以直接應用實踐并推動共享發展的重要動力[20]。借鑒歐盟通過教育數據開放戰略和共享協議推進其成員國之間數據開放共享的實踐，我國各級政府要加快建立教育數據開放的組織機制，制定對應的數據開放協議。首先，政府部門加快提出國家層面或省級層面的數據開放戰略，制定數據取用的法律章程和制度條例。其次，省級教育主管部門負責制定教育數據共享規范與制度，指導和監督各級數據中心制定教育數據共享的服務條款、授權許可協議，加強區域、部門之間的協同與交流，推進政府、學校、行業之間的數據通和業務通。

(二)標準建設：構建區域教育大數據標準體系

數據標準是區域教育智慧生態系統數據流通的鏈路，對其演化與成長具有保障作用。首先，省級教育技術部門和高校教育大數據研究中心應成立大數據標準研制工作組，緊密跟進國家教育大數據相關標準研制進展，參考教育大數據行業企業數據標準規范，構建省域教育大數據標準體系和框架，更新教育大數據標準組譜。其次，省級教育技術部門對教育大數據標準體系進行前瞻性需求分析，要求地市和區縣加強數據標準落實與實施，保障數據橫向融通和縱向貫通，構建符合省域實際需要、結構完備、面向智慧服務的教育大數據標準體系。

(三)系統整合：打破區域業務部門間數據壁壘

堅持“創新、協調、綠色、開放和共享”的發展理念，遵循集約化建設原則，整合區域內教育行政部門教育信息系統，構建數據縱橫融通的智慧生態系統。首先，按照數據標準要求現有業務信息系統接入區域教育智慧生態系統，將各級各類教育業務信息系統內的數據統一規范管理，消除智慧生態系統中數據碎片和數據沖突問題，實現區域內多源數據互通共享。其次，構建現有業務信息系統動態持續更新的鏈路與機制，使用動態數據消除業務過程處理的數據沖突，形成區域教育智慧生態系統進化機制。最后，教育行政部門基于數據中樞開展區域教育決策和績效評價，推動區域教育數據的匯聚、流動和更新。以上三種策略能有效消除區域教育智慧生態系統中的數據壁壘與沖突。

(四)需求牽引：開發數據驅動的教育智能應用場景

各級行政主體應以人民為中心，以問題為導向，以數據為驅動，構建智能應用場景，提高區域教育的智慧化水平。首先，以人民為中心，從學生、教師、家長、社會大眾的全民終身學習出發，深化政務校務“跑零次”改革，提供“一站式”公共服務，滿足人民群眾的多元化、個性化的需求。其次，以問題為導向，優先圍繞當前人民群眾愁難急盼的痛點難題，設計教育智能應用場景的核心功能，增強人民群眾對區域教育智治治理的獲得感。最后，以數據為驅動，應用AI的機器學習和深度學習算法，持續優化數據中臺和業務中臺的機器智能，形成迭代演化的智能應用場景。以上三種策略促進區域教育智慧生態系統的可持續發展。

(五)風險管控：加強教育大數據與AI風險管理

教育行政部門制定相應的法律政策、管理機制和道德規范，采取有效的風險防控對策，防范區域教育智慧化轉型帶來的風險。首先，在宏觀政策方面，依據國家和地方數據與網絡安全的法規，頒布區域教育智慧化管理條例，制定教育數據風險管理辦法和防范預案，解決教育數據開放與保護的難題。其次，在管理機制方面，區域教育行政主體建立教育數據和智慧應用分級責任承擔和審核制度，構建教育數據與智慧應用風險評估體系。最后，在道德規范方面，一方面引導師生樹立個人隱私數據保護意識，遵守AI的倫理規范，降低個人隱私數據和AI社會倫理帶來的危害；另一方面，遵守國家法律合理取用數據，構建健康向上的智慧教育應用，支持區域教育智慧化、生態化和綠色化發展。