基础科学数字资源共建共享模式研究*

刘学,鲁斌,王强,杨璐

(1.菏泽学院科研处,山东 菏泽 274015;2.华北电力大学计算机系,河北 保定 071003;3.菏泽市建设工程综合服务中心,山东 菏泽 274000)

0 引言

近年来,科技的竞争愈发激烈,科技创新已成为解决“卡脖子”难题的必经之路,以科技创新推动我国高质量发展的需求,把基础科学研究推到了关系着现代化强国建设和民族复兴的关键位置.党的十九大报告中提出“创新是引领发展的第一动力,是建设现代化经济体系的战略支撑.”[1].新修订的《中华人民共和国科学技术进步法》于2022年1月1日正式实施,高度重视基础研究人才培养工作,其中第二十三条强调“国家加大基础研究人才培养力度,强化对基础研究人才的稳定支持,提高基础研究人才队伍质量和水平”[2].习近平总书记深刻指出:“基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关”;“培养创新型人才是国家、民族长远发展的大计.当今世界的竞争说到底是人才竞争、教育竞争”.由此可见,基础科学研究是科技创新的源头已经成为共识,基础科学的发展离不开人才,人才从哪来?先从教育开始[3].

基础科学研究往往需要几代、十几代的共同努力[3],如何从小培养学生对基础科学的兴趣,养成创新思维,打好人才的基础,这就需要设计跨学科、参与式的课堂,发挥课堂教学的主战场作用,开拓学生的视界,了解最新的研究方向,加深对基础科学的认识,这些都对教师自身的专业能力提出了极高的要求,为实现这样一个目标就必需借助新一代信息技术的辅助来完成.在产学研协同机制的推动下,实现基础科学人才培养模式多样化,针对有天赋的学生早发现、早培养,因材施教,多方合作共同提高教学质量,是教育服务国家战略的需要,也是提升教育公平的必然要求.

在“AI+”、“互联网+”的时代,人工智能和网络信息技术的发展给人们的学习生活带来了巨大的变化,科技进步过程中各类软硬件技术的发展让数字资源共享成本趋近于零,优质数字资源共享可以产生几乎无限的边际效益.党的二十大报告指出,要加快建设网络强国、数字中国.中共中央、国务院印发了《数字中国建设整体规划布局》,明确了数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎,是构筑国家竞争新优势的有力支撑.2023年2月13日,教育部部长怀进鹏在世界数字教育大会上发表演讲时指出,“教育资源分布不均,是各国发展教育普遍面临的难题.数字技术的广泛应用,为促进教育资源均衡,缩小区域、城乡和校际差距带来了契机.”由此可见,数字资源已成为教育公共服务的基本组成部分[4],基础科学数字资源的高效共享可以减少数字资源项目的重复建设,降低资源建设的成本,加深政府、学校、企业和社会之间的联系与互动,缩小数字资源差距和质量差距,减少基础科学教育发展不平衡的情况,但是优质资源的共享问题一直困扰着我国基础科学数字资源的建设.

1 基础科学数字资源共建共享问题的现状

1.1 基础科学研究的现状

我国不仅当下基础科学薄弱,而且从古至今都缺乏从事基础研究的传统[5];我国科技举国体制的弊端在于难以适应没有明确方向的探索性研究[6].这就需要加强基础科学的教育,这是一个长期的过程,可以通过各种方式引导学生积极参与科学活动,立足社会与生活实际,培养发展学生的应用能力,提高学生学习科学的热情及实践能力[7].当前基础研究与应用研究边界正在不断模糊,其内在动力是回答科学如何有效回应社会需求这一从历史走向未来的重大问题,基础研究中问题的提出和确立过程,很大程度上取决于研究人员的特殊兴趣、价值观和经验[8].国外对基础科学和数字资源共享都有非常深入的研究,明确了基础科学的重要性.在基础科学方面依赖于他人的国家,将减缓它的工业发展速度,并在国际贸易中处于劣势[9].美国国会于2021年5月通过的《无止境前沿法案》(Endless Frontier Act 2021,该法案也被称为United States Innovation and Competition Act of 2021)也再一次呼吁美国政府对基础研究展开新一轮的公共资金支持,以保持其科学技术强国地位[8].

1.2 数字资源共享问题的现状

数字资源共享目前存在着许多问题,数字资源在推广时,主要针对大多数受益群体,能够满足大多数学习者的需求,但是不能有效满足学习者的个性化需求,每个学习者需要对海量的教育资源进行搜寻,才能完成资源配置[10].由于数字资源共享成本低,大量重复的低质资源充斥网络,使得优质资源被淹没,难以检索,因此优质数字资源共享已成为当前教育领域最迫切的需求之一,也是推动教育公平发展的重要手段[11].优质的数字化教育资源大范围共享并将其应用到教学当中,是提高教学质量的关键[12].但是各类资源之间因技术壁垒存在割裂、割据现象,不同地区、不同学校、不同领域之间的数字资源实现“无障碍共享”还有层层关隘[13].对于优质的基础科学数字资源,通过再生知识对其进行扩充是保持生命力与创新力的关键[14].随着学科领域的发展,寻找普遍适用的方法来组织全人类的知识已不可行,知识组织正在走向领域知识组织的时代[15].这就需要设计一种无障碍的获取途径,以多种方式吸引不同学习群体[16].针对某一资源,人们既可以相互合作来创作,也可以各自表达观点,通过点赞高低对内容进行排序显示[17-18].

2 基础科学数字资源共建共享模式的构建思路

从注重基础科学知识和创新思维能力培养的跨学科、参与式课堂教学出发,结合当今社会对基础科学研究和创新的需求,通过基础科学数字资源嵌入课堂教学,助力跨学科、参与式教学的实现.使用文本格式存储高质量的基础科学数字资源描述信息,设计简洁的组织结构精准描述资源内容,打破各类资源之间的壁垒,消除各种原因导致的数据割裂、割据现象.在资源共享方面目前实现最好的是计算机技术领域,其开源软件的共享模式和软件设计思路经历了几十年的沉淀,已经实现了较为完善的文本内容共建共享方法,我们可以借鉴并通过共享资源描述信息,来分享不同地区和领域之间的基础科学数字资源,实现“无障碍共享”的同时解决资源检索和选优的难题,最终形成由高校、科研院所、企业作为基础科学数字资源建设的主力,提供版权、技术等服务,并结合各方的应用需求开发、推广智能产品.由教师作为基础科学知识描述信息创建和使用的主体,利用新一代信息技术实现轻备课、授课的同时丰富课堂内容.学生在设计的跨学科、参与式和智能化的课堂中,通过接受到的优质基础科学数字资源,培养基础科学研究的创新思维能力,图1为以基础科学数字资源描述信息为纽带的良性循环、高速发展模式图.

图1 基础科学数字资源描述信息数据集建设和应用模式图

3 基础科学数字资源共建共享模式的途径

3.1 课堂教学对基础科学数字资源描述信息的需求

传统的教学方式是教师讲授知识,学生被动接受的学习方式,已无法满足当今社会的需要.利用信息技术和现有教学条件,设计嵌入基础科学数字资源的教学场景,以教师为主导,学生为主体,搭建一个跨学科、个性化、参与式的课堂教学框架.这种模式可以鼓励使用者对资源的内容从自己的角度去描述,同时汇聚的资源描述信息又会有助于快速的检索到大量的优质数字资源,从而推动基础科学数字资源建设的持续发展,实现共建、共享、共赢.

3.2 以需求驱动产学研合作对智能应用的研发

基础科学是科技创新的基石,产学研协同创新由高校、企业、科研机构等作为创新的主体,对前沿的基础科学数字资源来说既是消费者,也是生产者.高效的开发、共享基础科学数字资源是各方共同的需求,借助广大教育和科技工作者的专业知识,不仅可以制作出丰富的基础科学数字资源,还可以对资源进行专业的描述.

3.3 基于多方合作的资源汇聚

基础科学数字资源描述信息作为数字资源,也需要进行汇聚、审核、评价和优选.让学校、政府、科研单位和企业都参与到建设过程中,通过政府资助和引导,利用企业和科研机构的技术实现具体的管理流程,让优质资源脱颖而出.基础科学知识的描述信息与数字资源相关联,但又互不干扰且功能互补,在数据集汇聚和共享过程中,实现审核、评价和优选的目标(见图2).

3.4 资源描述信息的处理和使用流程

对基础科学数字资源进行描述,处理并生成符合教师授课需求的基础科学知识点,用于课堂教学.建设的存储用户数据中心服务器,用以接收用户上传的资源描述信息,实现数据的存取、修改、版本控制、权限检查和检索的功能,用户通过客户端可对网络上公开的数字资源进行描述,并根据描述信息对数字资源进行二次处理,处理后产生可以嵌入课堂教学使用的基础科学知识点数字资源(见图3).

图3 基础科学数字资源描述信息数据集创建过程

3.5 鼓励性政策和数字基础建设的支持

基础科学数字资源的建设要从需求出发,让广大科技和教育工作者利用自身的专业知识和软硬件平台去创建,这需要有一定的激励措施,以促进相关配套资源的建设和政策落实.政府主管部门可对资源建设中表现突出的优秀单位和个人进行表彰或资金支持,以推动方案的实施.通过建设的公共服务平台,让资源的网络存储得到保障,以避免资源链接大量失效和不稳定的情况出现.在互联网上保存内容或信息产物面临着如果数据是可轻松访问的,那么就很可能不安全;而如果要保证数据的绝对安全,那么它就不再可访问了,完全依赖于免费的第三方互联网服务是具有风险的[21].可以通过利用共享的数字资源知识点描述信息,对基础科学数字资源进行二次处理,转化为符合教师授课要求的视频、音频和图像.作为基础科学知识点的数字资源,由任课教师根据课程需要设计授课流程,并嵌入课堂教学过程,让优质基础科学数字资源发挥应有的价值.

3.6 基于开源软件推动标准建设

对待开源微软从最早认为开源是癌症,到现在已成为最大开源社区GitHub的领导者.当前软件供应的全球化是不可逆的,基础软件的开源开放一直是进行时,云计算、大数据、大模型、人工智能等技术的发展都离不开开源.开源软件的实施已经覆盖全球IT企业,全世界1 250位IT企业中,90%正在使用开源技术[23],17个行业1 700个代码库中96%都在使用开源代码[24].在开放互联的时代,用软件去定义一切,已成为一种新的基础设施.共建共享模式的实施也要基于开源的软件去实现,依托国内的开源社区,制定一个关联基础科学数字资源的知识点描述信息开源标准,可以加速基于文本描述信息的共享体系的构建.以开源协议和标准为准则,避免数字资源共享过程中产生的各类版权问题,这也是打破各类数字资源之间的技术壁垒的关键.开源标准的预先制定,应突破标准事后追认的业界主流形态,从开始就明晰共享的需求和规则,以起到凝聚共识,引领创新的作用[22].

4 结束语

构建高效的基础科学数字资源共建共享模式,是发展科技创新和智慧教育的必然举措.以高质量的文本信息为纽带,借助开源软件推动标准建设.构建基础科学数字资源共建共享模式拓宽了数字资源获取的渠道,保障了优质基础科学数字资源更新和分享的可持续性.随着大数据、大模型等技术的发展,人工智能以一种前所未有的方式将不同学科、不同背景的人们联系在一起.结合产学研协同创新机制,充分发挥制度优势、人才优势、资源优势,以数字化驱动,打造一个高效的基础科学数字资源共建共享模式,将是应对危机挑战、开启光明未来的重要途径和举措.