“5G”背景下的高校教学资源共建共享平台研究与探索

2021-10-07林邓伟

焦作大学学报 2021年3期

林邓伟

（焦作大学信息工程学院，河南焦作 454000）

1.高校教育资源共建共享的研究背景

1.1 高校教育资源共建共享现状分析

高校教育资源作为高等教育的一部分，是影响我国高等教育事业改革和发展的重要因素之一。近年来，我国高度重视高校教育信息化和教育资源的建设与发展问题，早在2012年的《教育信息化十年发展规划(2011—2020)》中就将教育信息化的“融合创新”作为了工作重点，指出了大力促进信息技术，尤其是以 5G技术为代表的各种新兴信息技术与教育教学深度融合的核心理念[1]。党的十九大和十三届全国人大一次会议把“发展公平而有质量的教育”作为我国新时期教育事业的重大政治改革与发展的总体方向[2]。2019年，教育部在《关于促进在线教育健康发展的指导意见》中提出，要“实施教育大资源共享计划，加大在线教育资源的研发和共享力度，加快线上线下教育融通，扩大优质教育资源的辐射面。同时要鼓励职业院校、普通高校、科研院所、企业等密切合作，推进在线教育产学研用一体化发展”[3]，彰显了教育资源对于缩小教育鸿沟，提升教育质量的重要性。

如何顺应时代发展，有效化解我国优质教育资源共建共享面临的诸多瓶颈问题，提升优质教育资源的综合利用水平,“发展公平而有质量的教育”,为高校教育教学资源共建共享赋能，促使高校各类资源的深度融合，进而为教育革命性转型提供关键支撑，也已成为新时代我国教育改革的重要内容。

近年来，我国教育信息化水平不断提高。2019年3月，上海工程大学成为全国第一个实现5G全覆盖的高校。之后，我国各地高校都在积极推进5G全覆盖试点建设,并在此基础上开展多项“5G+”的深度应用。目前，越来越多的高校、科研单位、企业联合共建5G创新中心,推动5G技术标准、产品、方案的全面落地，5G建设背景下的跨地区教学资源共建共享研究已充分具备现实基础。

1.2 资源共建共享过程中的瓶颈分析

我国目前的高等教育资源共享水平已有所发展，但从全局的角度来看，随着应用的不断深入，各类需要破解的难题也已经凸显。

（1）资源的共享缺少统一合理的调配和管理，资源的内容同质化现象严重，资源共享的观念陈旧，资源建设的交叉与融合也难以实现。传统观念中的“门派”之分，学科的封闭性，以及各类教育资源建设、提供机构间的差异性，使各类高校、科研院所、企业等对其所获得的优势资源当成私有资产，对共享的认知观念陈旧，使得教育资源公开程度不高，也缺少对资源系统统一的资金投入和管理体制。例如：高校内部的一些资源建设小组大多以小型、封闭式居多，一旦所建项目结项，建设小组或是解散，或是闲置。此外，许多高校只重视数字资源共享，忽视了物质资源及资源建设过程信息的价值，如项目立项经验、管理服务方法、建设团队情况、建设的环境、资源应用转化情况等。不同的高校、科研院所、企业等零散建立的共享平台由于“烟囱式”建设模式而成为信息孤岛，业务流程整合度低，人员缺少沟通交流，更谈不上通过资源深度共享而形成共识和协议，资源建设的交叉与融合也很难顺利实现[4]。

（2）优质教育资源的数量有限且分布不均匀，不能满足所有学生的需求。我国的一般教育资源数量较大，优质资源数量较少，且优质资源大多集中在少数重点高校内。从地域上看，不仅城乡差异大，不同经济水平地区间的差异也较大。例如：中西部地区院校在教学双师素质、生均教学设施设备值等方面的水平整体低于东部地区。此类问题究其根本原因还是因为资金问题，以河南省高职院校为例，2019年河南省高职在校生679144人，位居全国第3位，北京市高职在校生 58221人，位居全国第21位。然而生均拨款北京为68902元，遥遥领先河南省的生均拨款13663.34元。由此可见，教学资源存在明显的区域和院校不平衡性。

（3）教育资源开放共享呈现出“重建设、轻应用”的趋势，已开放共享的项目使用率低，效果并不理想。经过教育信息化发展后，各地区结合实际情况，建设了大量的数字化教育资源共享平台，资源数量已十分丰富，但却存在缺少资源开放共享保证体系，资源获取渠道了解不足，下载收费，高质量资源数量种类不满足需要，网络环境受限等多方面困难。与此同时，资源的内容同质化现象严重，区域与区域之间、高校与高校之间，甚至同一高校不同院部之间多头建设、重复建设、低端建设现象十分严重。例如：有一些基础类的课程资源，基本大同小异，有些甚至仅仅为了完成教学任务，再加上每个课程资源投入都有限，无法形成竞争优势，造成资源浪费。已建资源不重视实际应用，不能有效更新优化和智能推送，适应性差，无法满足个体学习实时个性化需求的问题[5]。此类资源对于提升高等教育质量的作用有限，难以形成规模和气候，也就难以推广和应用，数字资源开放共享的效果并不理想[6]。

2.5G背景下高校教育资源共建共享平台框架研究

在第五代移动通信技术(简称5G)的建设背景下,“万物连接”已具有可行性。5G技术与大数据、人工智能、虚拟现实、高清视频、物联网通信等技术相结合，产生了丰富的应用场景，给社会各个领域带来了新契机和新挑战，也为高等教育资源的建设与发展注入了新动能。

优质教育资源的建设与传输从本质上可以被认为是一种借助网络技术，以网络平台为载体的传播活动。传输效率是优质教育资建设与传输配送的基础与核心。5G具有超高速率、超低时延、超大连接的特性，高度契合了我国高等教育跨地区教学资源共建共享的需求。5G技术对于建立高校优质教育资源共建共享平台，形成一套全新的更加开放、更加可持续、更加公平而有质量的全新教育生态体系，实现全国高校教育信息与实体资源的开放共享和均衡发展，最终实现我国高等教育现代化具有重要意义。

本文所构建的高校优质教育资源共建共享平台体系结构如图1所示，平台的用户包含了政府有关机构、各类高校、科研院所、企业、个人以及资源服务中介机构，这些用户既是高校教育资源的需求方，同时也是建设方。

图1 高校优质教育资源共建共享平台系统架构

2.1 基础支撑层

基础支撑层用于提供数据集成和计算能力支撑服务，是高校教育资源生产和建设的保障，提供了平台运行过程中所需要的各类物联感知设备、5G通信网络、分布式中心数据库、服务器等基础设施。

其中，各类感知设备通过物联网技术从周围真实物理环境中实时、动态地收集数据，一方面与教育资源相衔接，加快教育资源信息化的进程；另一方面，促进教育资源中物质资源的闲置与浪费。收集到的数据格式化后通过5G网络传输至服务端系统，完成了底层数据积累。

分布式中心数据库用于存储各类资源共享信息，大体上可以分为以下三类。

⑴ 资源信息共享库，其中包括:①资源的启动、立项以及建设过程信息，这类信息的共享主要用于解决低水平的教育资源立项和重复立项等问题；②资源的基本信息，如：资源承担单位和负责人、资源使用方向、创新点等，也包含资源的管理部门及使用者对于资源的反馈和评价等；③资源的管理信息，如：资源在建设实施过程中形成的工作计划、经费预算、相关报告等方面相关资料等，这类信息的共享可以为需要进行资源建设及研究的组织机构提供数据参考，也可为相同方向的资源建设团队寻求合作伙伴；④资源建设中使用的大型仪器设备、各类实验室、实践基地等物质资源共享信息，这类信息的共享目的在于将高校各类具有重复、单一、分散、封闭特点的物质资源进行重新配置，使资源更加合理地开放共享，消除因重复投入及重复建设所造成的资源浪费，促进教育资源公平[7]。同时，通过建立以经济利益为核心的共享激励机制[8]，进一步提高资源利用效率。

⑵ 专家人力资源共享库，其中包括建设优质教育资源的专家学者及其团队成员的基本信息，如姓名、专业、职称、研究方向、所属机构，参与资源建设情况、成果、工作进展、任务分工等多方面的信息。人力资源是优质教育资源建设、传播和应用的重要媒介和创新者，是高校资源中最具能动性的生产要素，以往的资源共享往往只重视数字资源的共建共享，忽视了优质人才及团队的共建共享，资源建设团队之间缺少沟通和交流。通过此类共享库，可以促进人才资源跨区域的流动，相同研究方向的团队和个人在资源建设过程中可以通过合作实现人力、财力、物力等资源的共享，从而实现高质量的资源共建共享。

⑶ 教育资源成果共享库，其中包括了各类教育资源项目最终形成的各类成果，既包括了如文献资源、学术著作、仪器设备信息、网络视频、图书文献、指导案例、试题库、多媒体及网络课件、统计报告、项目档案等正式的结项成果，也包括了时间与成本计划、团队成员分工、风险规避、资源配置心得体会、经验技巧、管理办法等非正式的隐性知识成果资源，这类隐性资源蕴含着丰富的知识和信息，经过有效的挖掘、整理、存储和共享后，无论是对团队还是个人都是很有价值的，也应该划入高校优质教育资源中加以重视。

这三类共享库相互联系，形成一个整体，为高校教育资源共享提供全面的支撑，也为今后的大数据分析及人工智能教学活动等提供数据基础。

5G通信网络是跨区域的资源共建共享数据传输不可或缺的核心。5G 网络三大主流业务中的增强型移动宽带(eMBB)和超高可靠性低延时通信(uRLLC)满足了高校教育资源中对高清视频、VR/AR、云游戏、同步互动教学等业务网络承载能力的需求；大规模机器类型通信(mMTC)利用强大的连通能力，满足低成本、低功耗、小流量通信网络条件下万物互联的需求，促进垂直资源融合[9-10]。

通过5G通信网络与各类感知设备的应用，可以实现远程的推送部署，从而面向区域、学校、个体进行大规模、高速率的资源传送，打破了校内校外、课上课下以及不同专业间的数据壁垒。

2.2 关键技术层

关键技术层为各类高清、动态、三维教育资源的应用服务提供技术支撑，由统一接口及认证服务平台和一站式数据分析服务平台两个主要部分组成。其中，统一接口及认证服务平台是为各类不同平台提供安全开放、高效管理和方便移植的中间件，包括各类用户接口、API接口、统一身份认证及角色与权限分析等。一站式数据分析服务平台由数据分析、数据交换、数据服务三个子模块组成，实现了对底层海量数据的存储、汇聚、挖掘、分析、融合等功能，可以为上层提供可视化共享服务。

2.3 应用场景层

应用场景层包括了应用终端、国家及区域的教育资源共享平台统一门户以及各类细化应用场景。其中，应用终端包括了VR/AR、学习终端、机器人、3D打印机等终端设备。最终用户包括政府机构、高校、企业、科研机构以及第三方资源服务中介机构等，他们既是资源的使用者，也是资源的建设者。第三方资源服务中介机构是独立于资源的供需双方的第三方专业服务机构，需要在政府引导、市场经济和社会文化多项因素的共同作用下发展。引入第三方机构的目的在于建立起以经济利益为驱动的资源共建共享机制，使各类教育资源的价值最大化。通过汇聚各类有偿优质资源的供需信息，提供在线买卖，针对各级共享资源进行评估，从第三方角度给出诊断性评估意见，将闲置的资源最大地利用起来，对参与共享的双方进行约束和引导，形成信用环境，提升高校教育资源供需双方参与共建共享的热情，从而促进优质资源的可持续发展。

国家教育资源共享平台门户统一认证的信息门户在5G技术的支持下，为各级各类应用主体机构提供基础支撑和协调管理服务。区域教育资源共享服务平台主要作用在于丰富本地资源、加大覆盖面、推广和深化应用。

5G技术与VR/AR、物联网、人工智能等技术融合，可以满足交互、沉浸学习和“万物互联”的智能教学环境的现实需要，将渗透到人类社会的各个领域，推动信息交互方式的升级，构建起以学生为中心的全方位资源共建共享生态系统,开启教育新阶段。

⑴ 5G 高清互动课堂。5G高清互动课堂利用5G的技术优势，可以实现4K/8K级别的远程教学和直播教学。课堂教学中的设备皆可纳入5G网络，通过人机之间多元化的交互，全面立体采集学生学习数据，结合大数据及AI技术，实时动态更新课堂教学过程，再针对每一位学生的学习情况，在云端知识库调取有针对性的学习辅导方法及试题，从而提供更准确、更科学的教学数据分析和学生健康评价[11]。

⑵ VR/AR沉浸式教学。5G技术的出现消除了网络延时的影响，扩大了视频内容的容量，让VR和AR应用于沉浸式教学有了可行性，让学生和老师在学习实验过程中可以突破地域及人数的限制，实现异地多人交互协同，身临其境地体验现实中难以到达的场景和活动，通过虚拟现实场景生成技术、基于图形和图像的混合智能建模技术等设计教学活动，引发学习兴趣，增强学习效果。

⑶ 远程/在线教育。远程/在线教育是“5G+智慧教育”“最后一公里”的关键环节，是高校教育资源的重要组成部分。利用5G网络改善区域间优质教育资源分布不均的情况，为通过远程/在线教育进行学习的学生提供各种形式的远程课堂，还可以根据学生学习效果反馈进行有效的分析指导，满足学生随时随地学习的需要，促进优质教育资源的共享和应用[12]。

⑷ 5G信息安全体系以及技术规范与保障体系。技术规范与保障体系、网络与信息安全体系是高校优质教育资源共建共享平台系统架构的支撑与保障，为平台提供多个层面的安全保护，也为高校教育资源的合理、合法、可持续利用提供了支持。此部分应由政府相关部门牵头建设，支持高校教育资源共享的健康、可持续开展。

3.研究的意义

3.1 促进高等教育智能化改革

5G技术背景下，通过AI、AR/VR全息技术、高清直播等技术的创意应用，将使更加智能的教育方式在教学领域广泛应用，帮助学生体验现实生活中难以接触到各种学习场景，智慧化的沉浸式课堂将全方位增强学生的学习认知。

3.2 促进高等教育特色化改革

5G技术消除数据壁垒，促进课程间的无缝融合，有效解决了传统校园网在网络传输中面临的难题，破解了教育资源供给“千人一面”的困境[13]。未来高校的教育资源应变被动为主动，积极适应个体的个性化需求，全面实时地为学生营造良好的学习环境和场景，通过全面的信息感知与分析为学生推荐更加有效的学习资源，实现从“人找信息”到“信息找人”的转换[14]。