劉學,魯斌,王強,楊璐

(1.菏澤學院科研處,山東 菏澤 274015;2.華北電力大學計算機系,河北 保定 071003;3.菏澤市建設工程綜合服務中心,山東 菏澤 274000)

0 引言

近年來,科技的競爭愈發(fā)激烈,科技創(chuàng)新已成為解決“卡脖子”難題的必經之路,以科技創(chuàng)新推動我國高質量發(fā)展的需求,把基礎科學研究推到了關系著現(xiàn)代化強國建設和民族復興的關鍵位置.黨的十九大報告中提出“創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力,是建設現(xiàn)代化經濟體系的戰(zhàn)略支撐.”[1].新修訂的《中華人民共和國科學技術進步法》于2022年1月1日正式實施,高度重視基礎研究人才培養(yǎng)工作,其中第二十三條強調“國家加大基礎研究人才培養(yǎng)力度,強化對基礎研究人才的穩(wěn)定支持,提高基礎研究人才隊伍質量和水平”[2].習近平總書記深刻指出:“基礎研究是整個科學體系的源頭,是所有技術問題的總機關”;“培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是國家、民族長遠發(fā)展的大計.當今世界的競爭說到底是人才競爭、教育競爭”.由此可見,基礎科學研究是科技創(chuàng)新的源頭已經成為共識,基礎科學的發(fā)展離不開人才,人才從哪來?先從教育開始[3].

基礎科學研究往往需要幾代、十幾代的共同努力[3],如何從小培養(yǎng)學生對基礎科學的興趣,養(yǎng)成創(chuàng)新思維,打好人才的基礎,這就需要設計跨學科、參與式的課堂,發(fā)揮課堂教學的主戰(zhàn)場作用,開拓學生的視界,了解最新的研究方向,加深對基礎科學的認識,這些都對教師自身的專業(yè)能力提出了極高的要求,為實現(xiàn)這樣一個目標就必需借助新一代信息技術的輔助來完成.在產學研協(xié)同機制的推動下,實現(xiàn)基礎科學人才培養(yǎng)模式多樣化,針對有天賦的學生早發(fā)現(xiàn)、早培養(yǎng),因材施教,多方合作共同提高教學質量,是教育服務國家戰(zhàn)略的需要,也是提升教育公平的必然要求.

在“AI+”、“互聯(lián)網+”的時代,人工智能和網絡信息技術的發(fā)展給人們的學習生活帶來了巨大的變化,科技進步過程中各類軟硬件技術的發(fā)展讓數(shù)字資源共享成本趨近于零,優(yōu)質數(shù)字資源共享可以產生幾乎無限的邊際效益.黨的二十大報告指出,要加快建設網絡強國、數(shù)字中國.中共中央、國務院印發(fā)了《數(shù)字中國建設整體規(guī)劃布局》,明確了數(shù)字中國是數(shù)字時代推進中國式現(xiàn)代化的重要引擎,是構筑國家競爭新優(yōu)勢的有力支撐.2023年2月13日,教育部部長懷進鵬在世界數(shù)字教育大會上發(fā)表演講時指出,“教育資源分布不均,是各國發(fā)展教育普遍面臨的難題.數(shù)字技術的廣泛應用,為促進教育資源均衡,縮小區(qū)域、城鄉(xiāng)和校際差距帶來了契機.”由此可見,數(shù)字資源已成為教育公共服務的基本組成部分[4],基礎科學數(shù)字資源的高效共享可以減少數(shù)字資源項目的重復建設,降低資源建設的成本,加深政府、學校、企業(yè)和社會之間的聯(lián)系與互動,縮小數(shù)字資源差距和質量差距,減少基礎科學教育發(fā)展不平衡的情況,但是優(yōu)質資源的共享問題一直困擾著我國基礎科學數(shù)字資源的建設.

1 基礎科學數(shù)字資源共建共享問題的現(xiàn)狀

1.1 基礎科學研究的現(xiàn)狀

我國不僅當下基礎科學薄弱,而且從古至今都缺乏從事基礎研究的傳統(tǒng)[5];我國科技舉國體制的弊端在于難以適應沒有明確方向的探索性研究[6].這就需要加強基礎科學的教育,這是一個長期的過程,可以通過各種方式引導學生積極參與科學活動,立足社會與生活實際,培養(yǎng)發(fā)展學生的應用能力,提高學生學習科學的熱情及實踐能力[7].當前基礎研究與應用研究邊界正在不斷模糊,其內在動力是回答科學如何有效回應社會需求這一從歷史走向未來的重大問題,基礎研究中問題的提出和確立過程,很大程度上取決于研究人員的特殊興趣、價值觀和經驗[8].國外對基礎科學和數(shù)字資源共享都有非常深入的研究,明確了基礎科學的重要性.在基礎科學方面依賴于他人的國家,將減緩它的工業(yè)發(fā)展速度,并在國際貿易中處于劣勢[9].美國國會于2021年5月通過的《無止境前沿法案》(Endless Frontier Act 2021,該法案也被稱為United States Innovation and Competition Act of 2021)也再一次呼吁美國政府對基礎研究展開新一輪的公共資金支持,以保持其科學技術強國地位[8].

1.2 數(shù)字資源共享問題的現(xiàn)狀

數(shù)字資源共享目前存在著許多問題,數(shù)字資源在推廣時,主要針對大多數(shù)受益群體,能夠滿足大多數(shù)學習者的需求,但是不能有效滿足學習者的個性化需求,每個學習者需要對海量的教育資源進行搜尋,才能完成資源配置[10].由于數(shù)字資源共享成本低,大量重復的低質資源充斥網絡,使得優(yōu)質資源被淹沒,難以檢索,因此優(yōu)質數(shù)字資源共享已成為當前教育領域最迫切的需求之一,也是推動教育公平發(fā)展的重要手段[11].優(yōu)質的數(shù)字化教育資源大范圍共享并將其應用到教學當中,是提高教學質量的關鍵[12].但是各類資源之間因技術壁壘存在割裂、割據(jù)現(xiàn)象,不同地區(qū)、不同學校、不同領域之間的數(shù)字資源實現(xiàn)“無障礙共享”還有層層關隘[13].對于優(yōu)質的基礎科學數(shù)字資源,通過再生知識對其進行擴充是保持生命力與創(chuàng)新力的關鍵[14].隨著學科領域的發(fā)展,尋找普遍適用的方法來組織全人類的知識已不可行,知識組織正在走向領域知識組織的時代[15].這就需要設計一種無障礙的獲取途徑,以多種方式吸引不同學習群體[16].針對某一資源,人們既可以相互合作來創(chuàng)作,也可以各自表達觀點,通過點贊高低對內容進行排序顯示[17-18].

2 基礎科學數(shù)字資源共建共享模式的構建思路

從注重基礎科學知識和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的跨學科、參與式課堂教學出發(fā),結合當今社會對基礎科學研究和創(chuàng)新的需求,通過基礎科學數(shù)字資源嵌入課堂教學,助力跨學科、參與式教學的實現(xiàn).使用文本格式存儲高質量的基礎科學數(shù)字資源描述信息,設計簡潔的組織結構精準描述資源內容,打破各類資源之間的壁壘,消除各種原因導致的數(shù)據(jù)割裂、割據(jù)現(xiàn)象.在資源共享方面目前實現(xiàn)最好的是計算機技術領域,其開源軟件的共享模式和軟件設計思路經歷了幾十年的沉淀,已經實現(xiàn)了較為完善的文本內容共建共享方法,我們可以借鑒并通過共享資源描述信息,來分享不同地區(qū)和領域之間的基礎科學數(shù)字資源,實現(xiàn)“無障礙共享”的同時解決資源檢索和選優(yōu)的難題,最終形成由高校、科研院所、企業(yè)作為基礎科學數(shù)字資源建設的主力,提供版權、技術等服務,并結合各方的應用需求開發(fā)、推廣智能產品.由教師作為基礎科學知識描述信息創(chuàng)建和使用的主體,利用新一代信息技術實現(xiàn)輕備課、授課的同時豐富課堂內容.學生在設計的跨學科、參與式和智能化的課堂中,通過接受到的優(yōu)質基礎科學數(shù)字資源,培養(yǎng)基礎科學研究的創(chuàng)新思維能力,圖1為以基礎科學數(shù)字資源描述信息為紐帶的良性循環(huán)、高速發(fā)展模式圖.

圖1 基礎科學數(shù)字資源描述信息數(shù)據(jù)集建設和應用模式圖

3 基礎科學數(shù)字資源共建共享模式的途徑

3.1 課堂教學對基礎科學數(shù)字資源描述信息的需求

傳統(tǒng)的教學方式是教師講授知識,學生被動接受的學習方式,已無法滿足當今社會的需要.利用信息技術和現(xiàn)有教學條件,設計嵌入基礎科學數(shù)字資源的教學場景,以教師為主導,學生為主體,搭建一個跨學科、個性化、參與式的課堂教學框架.這種模式可以鼓勵使用者對資源的內容從自己的角度去描述,同時匯聚的資源描述信息又會有助于快速的檢索到大量的優(yōu)質數(shù)字資源,從而推動基礎科學數(shù)字資源建設的持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)共建、共享、共贏.

3.2 以需求驅動產學研合作對智能應用的研發(fā)

基礎科學是科技創(chuàng)新的基石,產學研協(xié)同創(chuàng)新由高校、企業(yè)、科研機構等作為創(chuàng)新的主體,對前沿的基礎科學數(shù)字資源來說既是消費者,也是生產者.高效的開發(fā)、共享基礎科學數(shù)字資源是各方共同的需求,借助廣大教育和科技工作者的專業(yè)知識,不僅可以制作出豐富的基礎科學數(shù)字資源,還可以對資源進行專業(yè)的描述.

3.3 基于多方合作的資源匯聚

基礎科學數(shù)字資源描述信息作為數(shù)字資源,也需要進行匯聚、審核、評價和優(yōu)選.讓學校、政府、科研單位和企業(yè)都參與到建設過程中,通過政府資助和引導,利用企業(yè)和科研機構的技術實現(xiàn)具體的管理流程,讓優(yōu)質資源脫穎而出.基礎科學知識的描述信息與數(shù)字資源相關聯(lián),但又互不干擾且功能互補,在數(shù)據(jù)集匯聚和共享過程中,實現(xiàn)審核、評價和優(yōu)選的目標(見圖2).

3.4 資源描述信息的處理和使用流程

對基礎科學數(shù)字資源進行描述,處理并生成符合教師授課需求的基礎科學知識點,用于課堂教學.建設的存儲用戶數(shù)據(jù)中心服務器,用以接收用戶上傳的資源描述信息,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取、修改、版本控制、權限檢查和檢索的功能,用戶通過客戶端可對網絡上公開的數(shù)字資源進行描述,并根據(jù)描述信息對數(shù)字資源進行二次處理,處理后產生可以嵌入課堂教學使用的基礎科學知識點數(shù)字資源(見圖3).

圖3 基礎科學數(shù)字資源描述信息數(shù)據(jù)集創(chuàng)建過程

3.5 鼓勵性政策和數(shù)字基礎建設的支持

基礎科學數(shù)字資源的建設要從需求出發(fā),讓廣大科技和教育工作者利用自身的專業(yè)知識和軟硬件平臺去創(chuàng)建,這需要有一定的激勵措施,以促進相關配套資源的建設和政策落實.政府主管部門可對資源建設中表現(xiàn)突出的優(yōu)秀單位和個人進行表彰或資金支持,以推動方案的實施.通過建設的公共服務平臺,讓資源的網絡存儲得到保障,以避免資源鏈接大量失效和不穩(wěn)定的情況出現(xiàn).在互聯(lián)網上保存內容或信息產物面臨著如果數(shù)據(jù)是可輕松訪問的,那么就很可能不安全;而如果要保證數(shù)據(jù)的絕對安全,那么它就不再可訪問了,完全依賴于免費的第三方互聯(lián)網服務是具有風險的[21].可以通過利用共享的數(shù)字資源知識點描述信息,對基礎科學數(shù)字資源進行二次處理,轉化為符合教師授課要求的視頻、音頻和圖像.作為基礎科學知識點的數(shù)字資源,由任課教師根據(jù)課程需要設計授課流程,并嵌入課堂教學過程,讓優(yōu)質基礎科學數(shù)字資源發(fā)揮應有的價值.

3.6 基于開源軟件推動標準建設

對待開源微軟從最早認為開源是癌癥,到現(xiàn)在已成為最大開源社區(qū)GitHub的領導者.當前軟件供應的全球化是不可逆的,基礎軟件的開源開放一直是進行時,云計算、大數(shù)據(jù)、大模型、人工智能等技術的發(fā)展都離不開開源.開源軟件的實施已經覆蓋全球IT企業(yè),全世界1 250位IT企業(yè)中,90%正在使用開源技術[23],17個行業(yè)1 700個代碼庫中96%都在使用開源代碼[24].在開放互聯(lián)的時代,用軟件去定義一切,已成為一種新的基礎設施.共建共享模式的實施也要基于開源的軟件去實現(xiàn),依托國內的開源社區(qū),制定一個關聯(lián)基礎科學數(shù)字資源的知識點描述信息開源標準,可以加速基于文本描述信息的共享體系的構建.以開源協(xié)議和標準為準則,避免數(shù)字資源共享過程中產生的各類版權問題,這也是打破各類數(shù)字資源之間的技術壁壘的關鍵.開源標準的預先制定,應突破標準事后追認的業(yè)界主流形態(tài),從開始就明晰共享的需求和規(guī)則,以起到凝聚共識,引領創(chuàng)新的作用[22].

4 結束語

構建高效的基礎科學數(shù)字資源共建共享模式,是發(fā)展科技創(chuàng)新和智慧教育的必然舉措.以高質量的文本信息為紐帶,借助開源軟件推動標準建設.構建基礎科學數(shù)字資源共建共享模式拓寬了數(shù)字資源獲取的渠道,保障了優(yōu)質基礎科學數(shù)字資源更新和分享的可持續(xù)性.隨著大數(shù)據(jù)、大模型等技術的發(fā)展,人工智能以一種前所未有的方式將不同學科、不同背景的人們聯(lián)系在一起.結合產學研協(xié)同創(chuàng)新機制,充分發(fā)揮制度優(yōu)勢、人才優(yōu)勢、資源優(yōu)勢,以數(shù)字化驅動,打造一個高效的基礎科學數(shù)字資源共建共享模式,將是應對危機挑戰(zhàn)、開啟光明未來的重要途徑和舉措.