智慧教育体系中智慧科研的生态构建*

饶莉 廖奕

摘  要：伴随着人类社会的发展，教育变革也在逐步推进，在这一大背景下，智慧教育系统已成为信息时代教育信息化发展的必然趋势，这一系统以大数据、云计算、移动互联与应用、物联网等新一代信息技术为依托，具有泛在化、感知化、一体化、智能化的优良特性。传统的科研模式也已不再适应时代的发展和广大科研工作者的需求。文章构建了智慧教育系统下的智慧科研的生态系统，提出了智慧感知、处理、分析、评价、推送智慧科研闭环模型，助力科研事业的发展与进步。并讨论了智慧科研生态体系对管理人才的基本要求，目的在于促进智慧教育和智慧科研生态系统更好运转。

关键词：智慧教育;智慧科研;生态构建;智慧管理

中图分类号：G640       文献标志码：A         文章编号：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

原始社会、农业社会、工业社会和信息社会四种社会形态构成了人类社会的发展史。无论是哪种形态的社会，“教育”这个关键词在其中必不可少。教育的劳动起源说告诉我们，人類社会在劳动过程中产生的需求便产生教育这项特有的社会活动，它以人类语言和意识的发展为条件，以传递劳动过程中形成的生产和生活经验为职能。随着社会形态的更迭，教育也随着媒介和科学技术的发展共经历了四次变革。第一次变革发生在原始向农业社会的过渡期，这一次变革出现了文字和学校，这标志着人类社会进入文明时代，也标志着教育开始有组织、有计划、有专职的从业人员;伴随着造纸术和印刷术的发明，第二次变革在农业社会中发生了，这为书籍的出版和知识的传播提供了更加有效的途径;第三次变革发生在农业向工业社会的过渡期，第三次变革出现了班级授课制，这使得知识的传播更具系统性和延续性，也进一步满足了工业大生产对人才的需求;第四次教育革命发生在工业社会向信息社会的过渡期，这是一个由信息技术引发的教与学的动态变革，更是从现象到数据，到信息到智慧的升华[1]。

伴随着教育革命的进行，科学研究范式也发生着一系列的变革，关系型数据库的鼻祖吉姆·格雷提出了科学研究的四类范式。第一范式为实验科学，人们将日常生活中所观察到的自然现象记录下来，这是人类在科学研究方面最早的尝试。从最原始的钻木取火，到后来的文艺复兴时期的科学发展初级阶段，人们以科学实验的方式认知这个世界。但遗憾的是由于条件限制，人们对某些自然现象的理解非常粗糙。第二范式为理论科学。科学家们开始尝试尽量简化实验模型，只留下关键因素，然后通过演算进行归纳总结，数学模型是理论科学的主要研究模型;到20世纪中叶，在电子计算机被发明之后，科学家利用这一工具模拟科学实验并能尽可能地接近于实际情况，通过这一实验方式人们可以从复杂现象出发推演出越来越多的复杂现象，使核试验模拟及预报天气等成为可能。第三范式为计算科学。计算科学的主要研究模型是：计算机仿真和模拟;在第二范式的基础上，除模拟仿真功能外，计算机还能对大量数据进行分析总结并得出相应的理论。在数据爆炸性增长的大背景下，数据密集范式这一独特的科学研究范式从第三范式中得以分离。数据密集型科学的主要研究模型是：数据挖掘和机器学习，特别是机器学习。

我们将教育与科研的变革放到同一时间维度上。如图1所示。我们仿佛也看到了人认知水平的四种层次。我们从不知道自己不知道的原始状态，到不知道自己知道的大数据信息挖掘。这场智能革命的引爆，将深刻地影响着我们今天的每一个人。

二、智慧教育和智慧科研定义的重要性

智慧教育指以信息技术为支撑的、以发展学生智慧能力为目标的教育，具体来说，就是利用信息技术完成智慧型学习环境的创设（技术创新），对教学法进行智慧化改造（方法创新），将智慧学习落实到普通学习者的学习过程中（实践创新），意在培养智慧型人才，这类人才应具有稳定良好的价值观、较高的思维品质和较强的实践能力，不仅要会学习，还要会协作，沟通、研判能力要强，要具有创新意识与能力，要善于解决问题，这体现了对传统人才观的变革。此外，智慧教育理念需要在实践中落实（理念创新），现今所提倡的素质教育，是在信息时代、知识时代和数字时代的大环境下，深化和提升素质教育是教育发展的需求。

杨现民[2]认为，智慧教育这一教育信息生态系统以大数据、云计算、移动互联与应用、物联网等新一代信息技术为依托，具有泛在化、感知化、一体化、智能化的优良特性，是数字教育高度发达的结果，旨在使现有的数字教育系统更加智慧化，促进教育与信息技术的深度融合，使教学、管理、评价、科研和服务等更加智能化，通过促进学生、教师、家长及管理者、社会公众等的智慧养成提高全民文化素养，从而促进社会的可持续发展。

在前述观点的基础上，本文认为从哲学的角度看，智慧教育需要通过智慧的教育活动或形式，进而培养和激发学习者自身智慧的教育实践，是过程也是结果。智慧教育可以依据个体特点设计个性化的程序，帮助人类在建立良好心态的基础上通过恰当的学习方法更好地学习，发展思维能力并培养创造性思维;从技术角度看，智慧教育是依托移动互联与应用、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术所打造的泛在化、感知化、一体化、智能化的新型教育生态系统[2]。通过改造教育环境、资源、管理使其更加智慧化，使为学生、教师、管理者、家长、社会公众等提供的教育服务具有智慧化的特征。

“3A+W”是智慧教育功能特征的概括性描述。教育活动相关主体中的任何人（Anyone）以信息技术与互联网为工具，在任意时间（Anytime），不论在哪里（Anywhere）都可以从自身需求出发获取任何教育资源或教育服务（What）。“5I”则是对智慧教育技术特征的概括性描述。具体来说，即为网络化（Internet）、信息化（Informatization）、全交互（Interactive）、智能化（Intelligent）及一体化（Intergration）。

约翰·泰勒（John Taylor）于2000年提出了“e-Science”。e-Science的实质就是“科学研究的信息化”，是信息时代中科学研究环境和科学研究活动的典型体现。[3]在信息化发展的便利条件下，科研活动得以突破区域、学科的限制，从而实现大规模、资源有效共享的协同合作，这不仅能促进各国科研水平的提高，从更高的角度来说对促进人类文明的发展也有着重大意义。

在“e-Science”的基础上发展出了智慧科研的构想。不同的是，相比于“e-Science”，“以人为本”是智慧科研的重点，因此更加有利于集众家之长，使研究者的智慧得以汇聚，科研成果的流通和转换速度进一步提升，科研数据也能借助多样的信息渠道及时分享给各方，为科研工作者的工作提供全方位的支持，促进科学研究在真正意义上从信息化走向智慧化。

信息服务平台作为科研管理工作的重要支持，也是智慧科研的一个重点，在科研管理的各个细节中融入网络的信息服务，从而实现互联，同时与校外相关机构组织的联系也通过科研综合信息平台实现。智慧科研要求科研管理各环节的无缝衔接的“一体化管理”，对高校科研管理系统中的人员、观念、制度、模式和技术都提出了高标准的建设要求。

三、智慧教育和智慧科研的热点

教育信息化取得了新的发展，技术形式由数字化转为智能化，从数字化教育向智慧教育的转变引发了教育系统的变革，智慧教育已成为教育信息化创新的领头羊，同时也是发展的必然趋势。

当前国内外一些IT企业（如IBM、华为等）对智慧教育进行了实践，结合实际情况给出了智慧教育解决方案，这只是实践层面的探索，而针对智慧教育的学术研究才刚刚起步。自2011年起国内学者开辟了一条从教育信息化发展角度研究智慧教育的新路。祝智庭教授以圖式的方法给出了理解智慧教育的途径，指出智慧教育、智慧环境（智慧计算是其核心技术）和智慧教学是相互关联的，具体来说，智慧学习环境为智慧教育提供了技术方面的支撑，智慧教学法促进了智慧教育的发展，智慧学习则是智慧教育的基础。尹恩德[4]认为，智慧教育这一现代教育体系具有网络化、数字化、个性化、智能化、国际化的特征，通过运用新兴信息技术如物联网、云计算等，使教育系统各项信息化工作得以统筹和协调，同时需要人们完成教育观念、内容与方法的转变，应用是智慧教育的核心，服务职能是智慧教育的工作重心。金江军[5]认为，智慧教育的集成化、自由化和体验化三大特征是过去的传统教育信息化所不具备的，智慧教育是教育信息化发展的高级阶段，标志着教育行业实现了智能化。部分学者以建立智慧教育云平台为目标，以云计算为突破口在技术层面对智慧教育进行了架构。葛虹[6]对区域智慧教育云构建的方法、技术与策略进行了研究，指出教育城域网与教育信息枢纽是区域智慧教育云构建的重点，要促进教育信息资源的区域无缝共享就必须大力实施云战略，实现教育管理信息化、学校应用信息化、社会教育信息化是区域智慧教育的功能目标。[7]张进宝等人指出智慧教育云五个方面的关键技术特征分别是服务情境识别、智能信息提取、智能信息处理、智能信息检索、智能信息推送等，并提出了智慧教育云架构的构想。[8]此外，国内研究者还十分关注智慧教育环境的建设。不少学者分别对智慧校园[9、10]和智慧教室[11、12]的概念、特征、系统构建、技术方案等进行了研究。

为了探索智慧校园的建设模式，王燕分析了智慧校园的内涵特征和关键技术，并以此为基石对智慧校园建设总体架构进行了设计，为智慧校园的示范推广应用提供参考。[13]

当前，以韩国学者为代表的国际智慧教育研究正在进行。自2011年韩国正式颁布“智慧教育推进战略”以来，对智慧教育的探索成为了韩国学者关注的重点。Choi& Lee[14]对韩国智慧教育行动计划进行了说明，环境方面，物理的智慧教育环境建设是该计划的重点内容，同时教育内容开发也具备同等的重要性，诸如智能设备、无线网络以及教师信息技术应用能力等也是推进智慧教育发展的重要因素。Kim等人[15]认为，智慧学习是一种新型学习范式，它以泛在学习和社会化学习为基础，现如今信息技术与教育的融合已经成为发展趋势。An等人[16]重点对智慧教育内容进行了研究，学习环境对学习效果的影响不言自明，因此为学习者提供适当的、智慧的学习环境应是智慧教育的一大目标，同时在学习内容方面，学习者可以按需获取经过精心组织的学习材料。智慧教育系统研发也取得了一定进展。Jo，Parker &Lim研发了一种教案生成平台，教师可以通过这一平台快速制作高质量的教案。[17]Jo，Yang & Lim设计开发了一套结构化的插件式智慧教育系统，该系统基于智慧教育的核心理念，智慧内容服务子系统和家校学习子系统为其组成部分。智慧内容服务子系统的功能是创建、管理、关联学习内容，家校学习子系统则用于支持协作学习和终身学习。[18]Jeong， Kim & Yoo提出一种采用云架构的智慧教育系统，可以对包括视频、图片、三维对象以及增强现实、虚拟现实场景在内的各种增强型教育内容进行分享与递送。[19]此外，教师能力的评估也可以在智慧教育环境下进行，部分学者对评估工具进行了研究[20]此外，电子教科书提供的批注、书签和笔记功能成为目前大多数智慧学习者使用的工具， 针对这一现象，Kim， Sohn & Lee为了对学习者在电子教科书中的注释与笔记行为作出进一步分析，提出了注释内容的学习模型。为促进学习者之间的交流，实现知识、经验及想法的共享，研究者还以该模型为出发点开发出算法，通过算法能找到相似类型的注释或笔记，从而找到具有相似学习风格的学习者。[21]Scott & Benlamri等人开发了智慧学习空间，技术支撑为语义Web技术和泛在技术，这一学习空间以促进学习者的学习及学习者之间的交流、实时共享学习资源为目标，可以通过对学习者进行情境感知，如感知学习者的位置和学习活动情况等，向学习者智能推送个性化的学习资源。[22]

随着智慧时代的来临，传统科研模式暴露出越来越多的弊端，这不利于推动社会的发展。智慧科研的发展以云计算、物联网、虚拟现实等前沿技术为重要依托，在先进技术、科研方法、人才交流等方面与国际社会实现合作共赢;同时在健全的支撑与保障体制下，形成国内科研建设发展体系框架，二者通力合作，共同促进科研事业的发展与进步。

我国科研活动的问题还未完全被解决。据统计，每年国家的数万项科研“成果”中，无实际价值的占90%以上，有大量的“科技泡沫”形成。目前科研中存在的选题难、转化难、共享难、交流难、跨越难、管理难的问题。

马建等认为应在科研基金项目管理中充分发挥数据的作用，消除“条块分割”，同时在决策方面充分利用智能辅助，实现科学基金项目的“一体化管理”，以此为目标提出了一种精细化的科研基金项目管理方案。[23]翟文峰结合高校信息化理论成果及学校信息门户的现实基础，提出基于大数据信息门户建设的需求分析方案，为高校信息门户建设提供指导方案和设计依据。[24]

总的来说，智慧教育理念的普及以及智慧教育云平台的建设是智慧教育领域的重大问题，上述研究对这两方面的问题进行了说明。然而，智慧教育是一个错综复杂的宏大工程，当前研究所聚焦的教育云服务平台研发只应是其中一部分，智慧教育体系的整体架构没有得到充分的重视。智慧教育系统的要素及核心业务有哪些？关键技术支撑是什么？智慧教育系统的应用有哪些？在智慧教育战略推进过程中以上问题亟待解决。

四、智慧教育和智慧科研的生态构建

如图所示，智慧教育模式包括智慧网络环境，智慧社会环境、智慧校园（物理环境）三个部分来支撑。智慧物理环境需要利用各种各样的传感器设备和便携式或者嵌入式的设备以及物联网、QRCode、RFID等技术手段对物理环境进行智能感知和信息采集，同时传输给智慧网络环境，根据得到的反馈自动调节物理环境，形成一种智能化的物理环境，达到虚实结合，实时切换的效果。智慧网络环境通过云计算、大数据等技术采集和收集海量数据，按照一定的规则对数据进行分析和决策，并对评价和建议反馈给智慧物理环境。智慧社会环境通过不同的社会关系和文化氛围将相同的和不同的社群链接起来，进行系统集成和大数据分析，便于智慧资源共享，同时可以构建更加高效的人际交往环境和良好的社会文化环境。

智慧网络环境，智慧社会环境、智慧校园（物理环境）共同构成了智慧教育模式的保障支撑系统。但是智慧教育系统的核心是用户，包括智慧教育者、智慧学习者和智慧管理者。智慧教育者在学校内主要是教师，在家庭中主要指父母。智慧学习者是指使用智慧教育系统进行学习的人，在高校内大多为在校学生，而智慧管理者可以是教师、学校、父母，也可以是教育系統的管理者或者智慧学习者自己。

根据教育学习过程中的实际情况，通过智能化设备和技术感知智慧物理环境，构建适宜的情境模型并通过一定的规则和预定机制进行假设推算，为智慧教育模式核心用户因人而异地提供最全面、最优质、最及时的智慧教育资源、工具和服务。其中，智慧教育资源包括学习教辅资料、在线课程资源以及信息管理资源。智能工具可以是智能手机、笔记本电脑、平板电脑和多媒体，也可以是建模工具、检索工具、学习认知工具以及评价管理工具。

智慧教育环境是一个由多种要素构成的复杂的教育生态系统，各个要素之间并不是相互独立的，而是紧密联系，相互影响的，共同构成一个完整统一、灵活多样的智慧教育环境，从而在智慧环境中传递教育智慧。

借助智慧教育模式，管理者可以通过终端设备有效掌握智慧教育信息、资产设备、教学活动等，实现管理层面上的可视化和透明化。在传统的决策支持系统中人扮演着重要的角色，人需要利用各种定量模型操纵数据，能处理的决策问题类型很有限，即半结构化、结构化和具有明确过程的决策问题。智慧教育模式通过对海量数据的分析总结，按照设定的程序进行推演，最终由管理者进行智慧决策，极大地提高了教育管理的运行效率。此外，管理者还可以通过智慧教育模式进行安全预警和远程督导。

智慧教育模式具有“3E”、“4A”的特点。“3E”即有效学习（Effective Learning）、投入学习（Engaged learning）、轻松学习（Easy Learning）。“4A”指任意时间（Anytime）、任意地点（Anywhere）、任意任务（Anyway）、任意步调（Anypace）。可以让教育者、学习者和管理者不受时间、地点的限制，随时随地根据实际情况进行智慧学习，让学习变得更加人性化、个性化。从新型的教管模式启迪教育智慧，智慧教育模式可以应用在从学前教育、基础教育到社区教育、高等教育的一系列教育过程中，形成更加完善的智慧教育制度。

智慧科研模型不仅需要基本的设备保障和技术保障，还需要完善的机制保障和充足的人才保障。此外，还需要政府、学校、学院提供经济支撑、政策支撑、院系支撑和社会支撑，才能形成完备的保障支撑系统，确保智慧教育模式的正常运转。

智慧科研闭环模型包括感知层、网络层、平台层、技术层和应用层。感知层主要是利用智能感知设备与服务器和移动终端相连，用户可以通过手机、电脑等实时发布命令。网络层主要用来进行信息传输，用户以此将操作命令传输到平台层进行相关处理。平台层主要包含互联网络中心、超级计算中心、数据中心和智能服务中心。相关技术通过在智慧科研中的应用，实现智慧科研服务功能构成了技术层。应用层的主要目的是满足用户的需求，反映了智慧科研的服务功能，体现了智慧科研的内涵，智慧科研与传统科研的区别就在这一层得到体现。在传统科研活动中所遇到的各种问题可以通过应用层得到妥善解决，从而使用户高效、轻松地完成研究课题，使用户切实体会到信息时代研究的智慧性。在信息流通方面，用户还可以在科研过程中随时随地通过移动设备向数据中心传递数据，实现信息高效流通。

在有完善的网络、技术和平台之后，通过智慧感知、智慧处理、智慧分析、智慧评价和智慧推送五个重要环节形成智慧科研闭环模型，更好地服务于高校、研究院等科研机构。由负责人平台录入、二级学院审核，再经科管形式审核，可以准确采集科研数据。通过对国内外科研数据的挖掘和往年科研数据的分析进行智慧决策。制定管理办法和调整奖励、优化办事流程、外请专家培训、把握行业动态热点对政策制定进行培训和指导。经由智慧科研闭环模型环环相扣，相互影响，解决科研中的选题难、转化难、共享难、交流难、跨越难、管理难的问题，加快科研成果的有效转化，实现科研信息安全、有效共享，充分发挥技术和资源优势，增进科研团队间的交流与合作，顺应跨学科和大数据的发展趋势，更好更快地培养科研人才。

五、培养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，首先我们需要明辨科研管理服务在智慧科研中所扮演的角色，同时，为胜任这些角色，管理人才需要具备哪些技能。

在现实环境日新月异的大背景下，科研管理人员不仅要提高业务水平，保证做好本职工作，还应具备洞察力和献身精神，能从高校科研人员的信息需求出发，探索提升服务质量的途径及建设新信息源的方法，并对传播信息的新技术给予关注。智慧型科研管理员的角色不是一成不变的，一方面主管领导要制定具有战略意义的发展规划，另一方面科研管理员充分发挥主观积极性实时调整工作方案，提前做好准备应对科研决策的变化，科研管理部门也应当根据实际情况制定合适的人力资源开发政策和职业规范，来吸引高素质的员工。

主管领导需要在认识到自己有责任改善整体工作环境的基础上反思科研管理部门需要从哪些方面提升工作质量、打造智慧科研管理人员喜爱的组织形象？科研管理部门应通过何种途径促进成员间的交流，应如何利用信息技术提升成员的知识与技能水平？主管领导应充分理解智慧管理建设内涵特点，在此基础上局部试点、重点推进，积累相关工作经验，在技术层面上为走进智慧科研管理时代做好铺垫[25]。（图4）

笔者基于智慧科研生态构建形成了智慧科研管理人才队伍培养基本模式，在队伍建设方面需要全流程规范，全过程服务。通过有计划科研，有机制体制保障，有科研信息化建设、有综合素养提升培训四轮驱动，打造有“yan”值的智慧型科研管理人才队伍，有“颜值”使得科研管理人员工作有彰显度，有职业认同感和幸福感;有“研值”使科研管理人员持续进行与项目管理，基地建设，科研报奖，成果转化等相关领域的管理式研究，投入经费支持科研管理人员进行调研，进修等，并将研究成果共享共用真正应用于实际工作实践中;有“延值”要培养科管人员的外联拓展业务能力，做科技政策的调研解读宣讲员，做政策转化落实的操作员，做科技成果的宣传员，做技术转移的红娘等等，只有不断延伸，延展科管人员的综合素质才更有利于智慧科研生态的良性循环。与此同时，一方面要进一步提高科研管理人才的“言值”要提供相关平台，组织有针对性的校内外会议及论坛帮助科管人员发声，运用好新媒体资源帮助科管人员提升科技宣传的感染性，在讲好科技故事的同时，提升科研管理职业的“知名度”;另一方面也要注重好科管队伍的“严值”做好诚信科研宣传及项目经费的管理，提升智慧科研管理人才队伍的内控风险管理能力。

六、结束语

在第四次教育革命中智慧教育是发展的一大态势，也体现了在“互联网+”时代背景下教育信息化建设的必然趋势。发展智慧教育和智慧科研可以破解我国教育科研事业发展难题，推动教育科研领域全面改革，抢占国际教育科研制高点，引领教育科研事业信息化创新发展，服务全民终身教育，助推中国智慧教育科研梦的实现。发展的关键在于智慧教育和智慧科研的生态构建。智慧教育和智慧科研生态系统需要智慧管理人才来运转，而我国在此方面的人才还比较稀缺。因此要特别注意智慧管理人才队伍的培养和储备。

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