摘" 要" 加快建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)，賦能教育高質(zhì)量發(fā)展是我國(guó)數(shù)字化戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。分析OpenHarmony操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)特性，提出OpenHarmony操作系統(tǒng)賦能教育的八大應(yīng)用場(chǎng)景：智慧教室、智慧圖書(shū)館、智慧實(shí)驗(yàn)室、智慧體育、藝術(shù)教育、信息科技教育、家校共育和可穿戴設(shè)備。同時(shí)提出六條發(fā)展建議：普及教育裝備智能泛在終端，打破教育管理信息孤島；重塑信息科技教育開(kāi)源硬軟件，打造中國(guó)特色開(kāi)源新生態(tài)；加強(qiáng)針對(duì)OpenHarmony

系統(tǒng)的教師培訓(xùn)，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能；構(gòu)建基于Open-Harmony操作系統(tǒng)的App商店，提供豐富優(yōu)質(zhì)的教育產(chǎn)品；確立教育專用操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建OpenHarmony操作系統(tǒng)教育軟件應(yīng)用社區(qū)；建立OpenHarmony操作系統(tǒng)示范點(diǎn)，探索OpenHarmony操作系統(tǒng)教育應(yīng)用模式。

關(guān)鍵詞" OpenHarmony操作系統(tǒng)；教育新基建；智慧教室；智慧圖書(shū)館；智慧實(shí)驗(yàn)室；智慧體育；藝術(shù)教育；信息科技教育；家校共育；可穿戴設(shè)備

中圖分類號(hào)：G434" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）14-0001-08

0" 引言

黨的二十大明確提出加快建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)，推進(jìn)教育數(shù)字化，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，實(shí)施國(guó)家文化數(shù)字化戰(zhàn)略。2021年7月，《教育部等六部門(mén)關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》[1]（簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)意見(jiàn)》）發(fā)布，標(biāo)志著教育領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的開(kāi)始?！吨笇?dǎo)意見(jiàn)》提出信息網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)體系、數(shù)字資源、智慧校園、創(chuàng)新應(yīng)用、可信安全等方面的新型基礎(chǔ)設(shè)施體系，指出教育新基建是國(guó)家新基建的重要組成部分[2]。

操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石，將為教育新基建提供重要支撐，為構(gòu)建高質(zhì)量教育體系提供數(shù)字基座。目前，我國(guó)電子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨“缺芯少魂”的問(wèn)題，即在芯片和操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟硬件上仍依賴國(guó)外架構(gòu)與供給[3]，缺少自主可控的核心技術(shù)。從信息安全的角度出發(fā)，研發(fā)自主操作系統(tǒng)已經(jīng)成為我國(guó)政府主管部門(mén)與科研人員的共識(shí)[4]，是當(dāng)前亟須解決的重大問(wèn)題。為了彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）操作系統(tǒng)的空白，華為于2012年開(kāi)始研發(fā)可兼容Android應(yīng)用程序的跨平臺(tái)分布式操作系統(tǒng)——鴻蒙操作系統(tǒng)，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)操作系統(tǒng)的壟斷，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)系統(tǒng)滿足所有大小硬件的系統(tǒng)需求。

為更好地發(fā)展和孵化鴻蒙操作系統(tǒng)，華為向開(kāi)放原子開(kāi)源基金會(huì)捐贈(zèng)了開(kāi)源部分的代碼，即OpenHarmony。OpenHarmony具備開(kāi)源建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，即通過(guò)開(kāi)源的方式匯聚國(guó)內(nèi)乃至全球的研發(fā)力量，與鴻蒙操作系統(tǒng)相輔相成，促進(jìn)萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。OpenHarmony操作系統(tǒng)內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)是一種微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)、跨設(shè)備、分布式的操作系統(tǒng)，能夠同時(shí)滿足全場(chǎng)景運(yùn)行、架構(gòu)級(jí)可信安全、跨終端無(wú)縫協(xié)同的要求[5]。

開(kāi)源操作系統(tǒng)應(yīng)用于教育終端設(shè)備已經(jīng)具備較好的應(yīng)用基礎(chǔ)。一是創(chuàng)客教育、人工智能教育對(duì)開(kāi)源硬件和開(kāi)源操作系統(tǒng)都具有明確的需求。二是編程教育方面，高中信息技術(shù)教材選擇Python作為編程語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)，是一個(gè)很重要的契機(jī)。鑒于此，本研究在OpenHarmony操作系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡釋OpenHarmony操作系統(tǒng)賦能教育的應(yīng)用場(chǎng)景與發(fā)展建議，旨在利用OpenHarmony操作系統(tǒng)服務(wù)教育新基建，賦能高質(zhì)量教育體系發(fā)展。

1" OpenHarmony操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)特性

OpenHarmony操作系統(tǒng)作為分布式操作系統(tǒng)，通過(guò)分布式軟總線，打通分布式數(shù)據(jù)管理、分布式任務(wù)調(diào)度和分布式數(shù)據(jù)管理能力[6-7]，實(shí)現(xiàn)連接極速、硬件互助、資源共享、安全可信，通過(guò)豐富的設(shè)備呼應(yīng)教育場(chǎng)景中多樣的需求。

1.1" OpenHarmony操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

OpenHarmony操作系統(tǒng)整體遵從分層設(shè)計(jì)，從下向上依次為內(nèi)核層、系統(tǒng)服務(wù)層、框架層和應(yīng)用層[8]，其技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

1.1.1" 內(nèi)核層

內(nèi)核層主要由兩部分組成，即內(nèi)核系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)核采用Linux和LiteOS并存的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同量級(jí)的應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)，用戶可以采用不同形態(tài)的內(nèi)核。例如：輕量系統(tǒng)、小型系統(tǒng)可以選用LiteOS；小型系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)可以選用Linux。每種操作系統(tǒng)都具有嵌入式操作系統(tǒng)常用的功能，包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)層管理。

1.1.2" 系統(tǒng)服務(wù)層

系統(tǒng)服務(wù)層是OpenHarmony的核心能力集合，通過(guò)框架層對(duì)應(yīng)用程序提供服務(wù)，包括系統(tǒng)基本能力子系統(tǒng)集、基礎(chǔ)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集、增強(qiáng)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集和硬件服務(wù)子系統(tǒng)集[9]。

1.1.3" 框架層

框架層指的是OpenHarmony操作系統(tǒng)為上層應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供多種編程語(yǔ)言的用戶程序支撐框架，同時(shí)提供為軟硬件服務(wù)對(duì)外開(kāi)放的多語(yǔ)言框架API[10]。

1.1.4" 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要包括系統(tǒng)應(yīng)用和非系統(tǒng)應(yīng)用兩部分。應(yīng)用層基于框架層之上，提供用戶開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?；趹?yīng)用層，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)特定需求的業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)特定領(lǐng)域的應(yīng)用程序。

1.2" OpenHarmony操作系統(tǒng)應(yīng)用于教育場(chǎng)景的技術(shù)

特性

1.2.1" 硬件互助，資源共享

搭載OpenHarmony操作系統(tǒng)的智能教育設(shè)備在系統(tǒng)層面融為一體、形成超級(jí)終端，讓設(shè)備的硬件能力可以彈性擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間硬件互助、能力共享、資源共享。OpenHarmony操作系統(tǒng)通過(guò)分布式軟總線、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式任務(wù)調(diào)度和設(shè)備虛擬化四大能力，使得開(kāi)發(fā)者可以開(kāi)發(fā)跨教育泛終端設(shè)備的分布式應(yīng)用程序，讓不同教育終端的用戶實(shí)現(xiàn)跨終端無(wú)縫協(xié)同體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)不同教育終端設(shè)備之間的設(shè)備硬件能力共享、設(shè)備資源共享。

1.2.2" 一次開(kāi)發(fā)，多端部署

對(duì)教育泛終端的硬件設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)發(fā)者而言，OpenHarmony操作系統(tǒng)采用多種分布式技術(shù)，使應(yīng)用開(kāi)發(fā)與不同智能教育終端設(shè)備的形態(tài)差異無(wú)關(guān)，從而讓教育設(shè)備應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者能夠聚焦上層業(yè)務(wù)邏輯，更加便捷、高效地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。教育泛終端軟件平臺(tái)API具備一致性，確保用戶程序的運(yùn)行兼容性，實(shí)現(xiàn)多終端設(shè)備連接。

1.2.3" 統(tǒng)一操作系統(tǒng)，彈性部署

OpenHarmony操作系統(tǒng)可以滿足不同硬件能力的教育泛終端設(shè)備需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一操作系統(tǒng)，彈性部署。對(duì)設(shè)備開(kāi)發(fā)者而言，OpenHarmony操作系統(tǒng)內(nèi)核層、框架層和應(yīng)用層可以根據(jù)教育設(shè)備的硬件資源能力和具體應(yīng)用領(lǐng)域裁剪與移植，滿足不同形態(tài)教育泛終端設(shè)備的要求。

1.2.4" 微內(nèi)核架構(gòu)，可信安全

OpenHarmony系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)小巧的微內(nèi)核架構(gòu)設(shè)計(jì)，具備更強(qiáng)安全性和更低時(shí)延的特性，主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)功能（如中斷、通信和調(diào)度），提升交互進(jìn)程通信性能，使得架構(gòu)靈活，節(jié)省系統(tǒng)資源，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，易于拓展、維護(hù)與更新，穩(wěn)定性高，重塑終端可信安全。

2" OpenHarmony操作系統(tǒng)賦能教育的應(yīng)用場(chǎng)景

基于其在互聯(lián)互通、國(guó)產(chǎn)自主可控、算力共享等方面的優(yōu)勢(shì)，OpenHarmony操作系統(tǒng)在教育領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展?jié)摿?。本研究以O(shè)pen-Harmony為核心，結(jié)合教育領(lǐng)域不同場(chǎng)景特點(diǎn)，總結(jié)八大應(yīng)用場(chǎng)景，如圖2所示。

2.1" 智慧教室

智慧教室作為一種學(xué)習(xí)空間，借助環(huán)境感知，能夠?qū)ν膺B接豐富的學(xué)習(xí)和智力資源，拓展學(xué)習(xí)知識(shí)的邊界；提供各類教與學(xué)支架，支持師生雙向交互，深化學(xué)生的認(rèn)知，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)和群體智慧的生成；協(xié)同多種設(shè)備伴隨式、無(wú)感式對(duì)教學(xué)的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析并提出決策建議，服務(wù)課堂教學(xué)。一種基于OpenHarmony操作系統(tǒng)的新型智慧教室整體解決方案如圖3所示。

將OpenHarmony操作系統(tǒng)部署到智慧教室的各類設(shè)備中，能夠充分發(fā)揮OpenHarmony操作系統(tǒng)強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)特性，實(shí)現(xiàn)智慧教室中各類設(shè)備互聯(lián)互通。

1）基于OpenHarmony操作系統(tǒng)的智慧教室控制終端作為智慧教室的核心控制設(shè)備，也是智慧教室物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)關(guān)，通過(guò)嵌入式軟總線接入到用戶PC和手持終端，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與新型智慧大屏、智慧小屏以及多媒體存儲(chǔ)與分發(fā)系統(tǒng)的無(wú)縫連接。

2）基于OpenHarmony操作系統(tǒng)，智慧教室控制終端能夠做到無(wú)縫連接管理員或教師的終端設(shè)備，如教學(xué)系統(tǒng)和終端，教師能夠登錄學(xué)校的Open-

Harmony操作系統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)，并在教學(xué)終端上進(jìn)行備課，上傳課件資源。

3）新型智慧教室依靠F5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)校園多媒體存儲(chǔ)資源高速分發(fā)，進(jìn)而支持VR/AR等多元教學(xué)場(chǎng)景。

2.2" 智慧圖書(shū)館

智慧圖書(shū)館是教與學(xué)過(guò)程中必不可少的一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。利用OpenHarmony操作系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠賦能智慧圖書(shū)館建設(shè)，主要體現(xiàn)在智慧電子多功能觸控閱覽桌、智慧圖書(shū)館智能借還系統(tǒng)和基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的圖書(shū)導(dǎo)航系統(tǒng)三個(gè)方面。

1）智慧電子多功能觸控閱覽桌由機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電子控制部分組成，結(jié)構(gòu)如圖4所示。機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分包括電動(dòng)桌面高度控制推桿、電動(dòng)桌面坡面角度旋轉(zhuǎn)裝置和桌架。電子控制部分以高算力的嵌入式SoC處理器作為核心，外圍由觸控顯示屏、VR/AR眼鏡、觸控筆、網(wǎng)絡(luò)連接單元、智慧耳機(jī)以及多種內(nèi)置應(yīng)用軟件構(gòu)成。

在現(xiàn)有條件下，智慧電子多功能觸控閱覽桌可搭載OpenHarmony實(shí)現(xiàn)兩個(gè)新功能和場(chǎng)景：一是搭載OpenHarmony，利用其物聯(lián)網(wǎng)特性，多功能觸控閱覽桌能夠通過(guò)有線或無(wú)線的方式與場(chǎng)景中的管理終端相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)書(shū)籍信息的實(shí)時(shí)查詢和讀者登錄與注冊(cè)；二是搭載OpenHarmony，利用其分布式軟總線新特性，讀者能夠通過(guò)手機(jī)NFC功能建立與閱覽桌軟總線的連接，智慧閱覽桌的觸控大屏可成為讀者手機(jī)屏幕的一部分，用戶能夠?qū)⑹謾C(jī)中的閱讀資料拖放至觸控大屏中閱讀與修改。閱覽桌基本構(gòu)成、功能構(gòu)成、支持接口如圖4所示。

2）基于OpenHarmony操作系統(tǒng)的智慧圖書(shū)館智能借還系統(tǒng)主要包括MCU、LCD、人機(jī)交互模塊、用戶登記模塊、查詢模塊、圖書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖書(shū)登記模塊、攝像頭、條形碼掃描模塊、還書(shū)登記模塊以及還書(shū)提醒模塊。將OpenHarmony操作系統(tǒng)融入圖書(shū)館自助借還系統(tǒng)，可以提升書(shū)刊的流通頻率和流通質(zhì)量，提高資源的利用率。

3）基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的圖書(shū)導(dǎo)航系統(tǒng)可搭載OpenHarmony操作系統(tǒng)，主要包括圖書(shū)管理終端、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、AR智能眼鏡。功能模塊包括處理器、語(yǔ)音模塊、定位模塊、電源模塊、無(wú)線通信模塊、圖像采集模塊和存儲(chǔ)器，主要功能包括智能識(shí)別人體信息、自動(dòng)化信息比對(duì)、精準(zhǔn)定位圖書(shū)信息和情景化導(dǎo)航。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于圖書(shū)館檢索導(dǎo)航，讀者或管理員使用AR眼鏡可以及時(shí)查找圖書(shū)所在位置，通過(guò)導(dǎo)航提示疊加在圖書(shū)館內(nèi)真實(shí)場(chǎng)景并進(jìn)行圖書(shū)位置導(dǎo)航。

2.3" 智慧實(shí)驗(yàn)室

智慧實(shí)驗(yàn)室能夠支持學(xué)生開(kāi)展各類理科類實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，OpenHarmony操作系統(tǒng)在賦能智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的作用體現(xiàn)在智慧實(shí)驗(yàn)室可視化智能管理系統(tǒng)、智能彈簧測(cè)力計(jì)、智能甲醛濃度測(cè)試儀以及智能地球儀等方面。

1）搭載OpenHarmony的智慧實(shí)驗(yàn)室可視化智能管理系統(tǒng)的核心功能包括三個(gè)方面。①信息實(shí)時(shí)傳送。氣體檢測(cè)器、溫度感應(yīng)器、濕度感應(yīng)器和攝像監(jiān)測(cè)組件與智能管理系統(tǒng)電連接，對(duì)實(shí)驗(yàn)室本體內(nèi)的空氣、內(nèi)部濕度以及內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送。②可視化顯示。對(duì)教室教學(xué)設(shè)備能耗、月度能耗趨勢(shì)、年度能耗、設(shè)備在線和離線狀態(tài)與故障告警分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以可視化形式進(jìn)行呈現(xiàn)。③故障預(yù)警。獲取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜碗娫唇Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行故障特征分析，確定故障類型，進(jìn)而確定故障定位結(jié)果。

2）在智能化場(chǎng)景中，智能彈簧測(cè)力計(jì)搭載Wi-Fi/BT無(wú)線通信模塊、力學(xué)傳感器和微控制器獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生成表單。

3）在中學(xué)化學(xué)測(cè)定某種有害氣體的濃度實(shí)驗(yàn)中，智能甲醛濃度測(cè)試儀包含基礎(chǔ)的化學(xué)試劑容器和管路部分。如圖5所示，智能甲醛濃度測(cè)試儀的組成方式為MCU、傳感器和機(jī)械支架組成的整體。MCU具備基礎(chǔ)的計(jì)算能力和基礎(chǔ)的GPIO接口；在傳輸協(xié)議上具備SPI、I2C、USB等；在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

中，具備板載或芯片本身具備Wi-Fi和藍(lán)牙通信協(xié)議以及對(duì)應(yīng)的RF單元。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，電子驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元能夠自動(dòng)完成檢測(cè)試樣的吸入，主動(dòng)開(kāi)啟電磁閥等工序。

4）智能地球儀主要包括球體、支架和固定支架的底座。硬件構(gòu)成包括主控制器、無(wú)線傳輸模塊、語(yǔ)音控制模塊、觸摸模塊。其功能一是智能儀器以傳統(tǒng)地球儀的形式呈現(xiàn)；二是能夠按語(yǔ)音指令，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到指定的位置，自動(dòng)閃光提示；三是跟手機(jī)能夠互聯(lián)互通，移動(dòng)設(shè)備能夠發(fā)出指令控制地球儀旋轉(zhuǎn)，使得智能地球儀停在指定位置，記錄學(xué)生的操作軌跡。

2.4" 智慧體育

建立智能化、數(shù)據(jù)化的系統(tǒng)是科技賦能體育進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練的有效手段。OpenHarmony操作系統(tǒng)在體育中的應(yīng)用主要包括大數(shù)據(jù)乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)、智能跳繩、智能籃球發(fā)球裝置、智能單杠中考系統(tǒng)。

1）在乒乓球訓(xùn)練中，乒乓球的落點(diǎn)力度、位置、運(yùn)行路線、運(yùn)動(dòng)員站位姿態(tài)都是衡量乒乓進(jìn)攻或者防守質(zhì)量的重要元素。大數(shù)據(jù)乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)具備的功能有：①實(shí)現(xiàn)多維度監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)；②建立運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)，分析運(yùn)動(dòng)員的擊球速度、力度、位置準(zhǔn)確度及運(yùn)動(dòng)員站位和姿態(tài)。

2）基于OpenHarmony操作系統(tǒng)的智能跳繩包括握把、繩體、運(yùn)動(dòng)臺(tái)、檢測(cè)組件、調(diào)節(jié)組件和控制組件。在跳繩過(guò)程中，處理模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)角度傳感器的數(shù)值，計(jì)數(shù)結(jié)果同步在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)更新顯示。

3）OpenHarmony操作系統(tǒng)應(yīng)用于智能籃球發(fā)球裝置，智能化識(shí)別跟蹤發(fā)球，提升籃球發(fā)球訓(xùn)練智能化程度，提高籃球發(fā)球訓(xùn)練效率，具備的功能有：①識(shí)別訓(xùn)練者及其位置；②跟蹤發(fā)球；③支持多人同時(shí)訓(xùn)練；④對(duì)多人訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；⑤訓(xùn)練數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

4）智能單杠考試系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工計(jì)數(shù)，使計(jì)數(shù)更加準(zhǔn)確方便、智能化，主要功能包括精確定位杠桿的地理位置和編號(hào)、語(yǔ)音功能輸入、精準(zhǔn)計(jì)數(shù)、遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)通信傳輸、機(jī)械制動(dòng)。

2.5" 藝術(shù)教育

在德智體美勞全面發(fā)展的高素質(zhì)人才培養(yǎng)體系中，藝術(shù)教育占據(jù)著重要位置。OpenHarmony操作系統(tǒng)在藝術(shù)教育中的應(yīng)用主要包括可視化智能音樂(lè)演示系統(tǒng)、智慧美術(shù)系統(tǒng)、基于觸覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)的書(shū)法反饋筆。

1）結(jié)合OpenHarmony操作系統(tǒng)，可視化智能音樂(lè)演示系統(tǒng)有幾種教育的應(yīng)用場(chǎng)景：①智能樂(lè)

譜，即樂(lè)譜放入iPad或者智能終端設(shè)備等電子屏幕上，可以根據(jù)彈奏者的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。②智能陪練，即學(xué)生在彈奏智能鋼琴時(shí)，通過(guò)與之配套的陪練軟件相連接，通過(guò)日常自學(xué)練習(xí)、闖關(guān)游戲和音樂(lè)考級(jí)基礎(chǔ)常識(shí)等練習(xí)學(xué)習(xí)掌握彈奏技巧。③OMO教學(xué)模式，該模式下，即使是相隔千里的教師和學(xué)生也能夠“一比一”復(fù)現(xiàn)教師示范的鍵位、節(jié)奏和同等力度。

2）OpenHarmony操作系統(tǒng)融入基于觸覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)的書(shū)法反饋筆，通過(guò)對(duì)壓力感應(yīng)片、加速度傳感器評(píng)判學(xué)生目前的用筆姿勢(shì)，并對(duì)用筆姿勢(shì)的正確性作出判斷，在錯(cuò)誤情況下作出提醒。在基于觸覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)的書(shū)法反饋筆的設(shè)計(jì)中將使用基于MEMS傳感器研制出包含微型壓力傳感器產(chǎn)品進(jìn)行壓力測(cè)試，通過(guò)力反饋技術(shù)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，采集學(xué)生的執(zhí)筆姿勢(shì)動(dòng)作信息，判斷識(shí)別用筆姿勢(shì)的正確性，利用電機(jī)的震動(dòng)、聲音或指示燈等方式給出相關(guān)提示，提示學(xué)生進(jìn)行用筆姿勢(shì)的修正。

2.6" 信息科技教育

自主可控是新基建安全的前提?！笆奈濉逼陂g，建立中國(guó)自主研發(fā)的信息科技教育專用芯片及其生態(tài)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)特色的開(kāi)源硬件和開(kāi)源軟件，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)安全自主可控，以中國(guó)自主研發(fā)的芯片、硬件及其基礎(chǔ)軟件服務(wù)培養(yǎng)信息科技人才具有重大戰(zhàn)略意義。

嵌入式操作系統(tǒng)是信息科技教育開(kāi)源硬件及其產(chǎn)品的軟件系統(tǒng)的基石，其聯(lián)結(jié)硬件與應(yīng)用軟件，決定硬件系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，對(duì)用戶體驗(yàn)起著決定性的作用。目前，市面上消費(fèi)類電子設(shè)備的操作系統(tǒng)，如谷歌的Android系統(tǒng)、蘋(píng)果的iOS操作系統(tǒng)、三星的Tizen操作系統(tǒng)，不適合教育裝備專用芯片及其產(chǎn)品的應(yīng)用。

國(guó)產(chǎn)的OpenHarmony操作系統(tǒng)具有兩個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核，一個(gè)是以輕量級(jí)LiteOS為內(nèi)核的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，另一個(gè)是以Linux為內(nèi)核的操作系統(tǒng)。如果產(chǎn)業(yè)界能夠圍繞信息科技教育專用芯片、專用開(kāi)源硬件板卡或者教育設(shè)備、鴻蒙操縱系統(tǒng)、信息科技教育應(yīng)用軟件打造一個(gè)信息科技教育的生態(tài)，那么在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下，OpenHarmony系統(tǒng)就可以為電子白板、終端設(shè)備、硬板板卡、教育實(shí)驗(yàn)裝置等泛終端設(shè)備提供跨平臺(tái)的協(xié)同工作，帶來(lái)簡(jiǎn)潔、流暢、連續(xù)、安全可靠的全場(chǎng)景交互體驗(yàn)。

2.7" 家校共育

積極構(gòu)建家校社三位一體的大教育格局。Open-

Harmony操作系統(tǒng)在家校共育中的應(yīng)用主要包括兒童數(shù)字閱讀平臺(tái)、AI智能學(xué)習(xí)機(jī)、智慧校園的家校系統(tǒng)、智能電子學(xué)生證。

1）基于OpenHarmony操作系統(tǒng)的兒童數(shù)字閱讀服務(wù)平臺(tái)以學(xué)校為主導(dǎo)，同時(shí)包括家庭和社區(qū)等非正式學(xué)習(xí)場(chǎng)所，形成一個(gè)覆蓋面廣泛的數(shù)字資源庫(kù)。該平臺(tái)致力于利用數(shù)字資源，并且不將數(shù)字閱讀限定為淺讀或碎片閱讀。該平臺(tái)還將家庭、學(xué)校和社區(qū)聯(lián)系在一起，構(gòu)建一個(gè)和諧互助的教育生態(tài)系統(tǒng)。通過(guò)融合多方資源，該服務(wù)可以為兒童提供更全面且有詳細(xì)數(shù)據(jù)支持的數(shù)字閱讀體驗(yàn)，同時(shí)促進(jìn)不同行政主體和組織之間的合作，共同促進(jìn)兒童學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)。

2）基于OpenHarmony操作系統(tǒng)的AI智能學(xué)習(xí)機(jī)可以進(jìn)行思維訓(xùn)練，生成知識(shí)圖譜、點(diǎn)讀課本、互動(dòng)課程，進(jìn)行個(gè)性化精準(zhǔn)學(xué)和自動(dòng)記錄錯(cuò)題本。知識(shí)圖譜將每個(gè)學(xué)科拆成比章節(jié)顆粒度更細(xì)的知識(shí)點(diǎn)，并將知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)知識(shí)圖譜，準(zhǔn)確診斷學(xué)生的薄弱知識(shí)環(huán)節(jié)，從而使學(xué)生針對(duì)性地進(jìn)行學(xué)—練—測(cè)。

3）智慧校園的家校合作系統(tǒng)包括教務(wù)端、教師端、家長(zhǎng)端、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和云服務(wù)器。對(duì)于搭載OpenHarmony操作系統(tǒng)的家校合作平臺(tái)，教務(wù)端用于存儲(chǔ)資源數(shù)據(jù)庫(kù)、智能排課、智能跟蹤和智能學(xué)情分析；教師端用于對(duì)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)督管理；家長(zhǎng)端用于獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)信息；云服務(wù)器用于存儲(chǔ)教育數(shù)據(jù)，供家長(zhǎng)端與教師端的家長(zhǎng)與教師查看。

4）采集學(xué)生全面成長(zhǎng)數(shù)據(jù)是學(xué)生全面發(fā)展的需要，智能電子學(xué)生證已成為生成學(xué)生電子成長(zhǎng)檔案的主要數(shù)據(jù)采集方式。搭載OpenHarmony系統(tǒng)的智能電子學(xué)生證可實(shí)現(xiàn)多種功能，如圖6所示，包括考勤打卡、移動(dòng)支付、白名單通話、校園一卡通消費(fèi)、一鍵SOS求救等。在涉及學(xué)生人身安全的場(chǎng)景中，可實(shí)現(xiàn)將學(xué)生的位置、告警狀態(tài)、消費(fèi)情況等信息傳輸至校園平臺(tái)及家長(zhǎng)端，從而保障學(xué)生處于緊急危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，監(jiān)護(hù)與急救力量能夠及時(shí)、準(zhǔn)確到達(dá)。

2.8" 可穿戴設(shè)備

可穿戴設(shè)備能獲取自然天氣的變化，如氣溫、環(huán)境濕度等變化。OpenHarmony操作系統(tǒng)在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用主要包括智慧運(yùn)動(dòng)手環(huán)、智能感知書(shū)包、智能腦電耳機(jī)。

1）搭載OpenHarmony系統(tǒng)后，智慧運(yùn)動(dòng)手環(huán)可以實(shí)現(xiàn)的功能有：①通過(guò)心率傳感器、汗液成分傳感器檢測(cè)用戶的心率和汗液成分，當(dāng)通過(guò)大數(shù)據(jù)和AI算法檢測(cè)到用戶在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)不利于健康運(yùn)動(dòng)的情況時(shí)，可穿戴設(shè)備能夠發(fā)出語(yǔ)音和震動(dòng)，以提醒用戶降低運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或進(jìn)行短暫休息；②利用OpenHarmony操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)特性和分布式軟總線特性實(shí)現(xiàn)與用戶手機(jī)相連接，當(dāng)用戶在體育鍛煉中出現(xiàn)健康狀態(tài)急劇下降或出現(xiàn)危急時(shí)刻，能夠自動(dòng)撥打親情號(hào)碼，并自動(dòng)發(fā)送急救位置；③感知用戶在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)作狀態(tài)，檢測(cè)用戶身體的氧含量、心率等，幫助用戶實(shí)現(xiàn)有指標(biāo)的健康科學(xué)體育訓(xùn)練。

2）智能感知書(shū)包在傳統(tǒng)書(shū)包上集成指紋識(shí)別、定位、超重提醒、電子卡片、智能備忘錄、智能語(yǔ)音輸入以及與其他智能設(shè)備聯(lián)動(dòng)的功能。智能感知書(shū)包的基本組成部分包括主控模塊、氣壓傳感器、稱重傳感器、LED感應(yīng)燈、麥克風(fēng)、顯示屏、NFC等模塊或設(shè)備。嵌入式SoC級(jí)處理器作為主控芯片，能處理所有的數(shù)據(jù)；32位MCU作為協(xié)處理器，輔助主處理器控制指示燈、傳感器等，能夠有效降低產(chǎn)品功耗，從而使得主處理器能夠?qū)Ｗ⑻幚碇悄芩惴ā?/p>

3）基于腦電活動(dòng)檢測(cè)的智能腦電耳機(jī)具備實(shí)時(shí)檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)段的注意力、定制式的針對(duì)特殊聽(tīng)力學(xué)生的聽(tīng)力輔助和增強(qiáng)、護(hù)耳提醒、基于本地的全學(xué)齡段外語(yǔ)詞匯語(yǔ)音翻譯等功能。智能腦電耳機(jī)由搭載OpenHarmony的嵌入式SoC、AI處理單元、腦電接口芯片、腦電接觸電極、腦電電極支架、語(yǔ)音輸入輸出模塊、震動(dòng)反饋單元、物理按鍵輸入模塊、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊等組成。

3" OpenHarmony操作系統(tǒng)賦能教育發(fā)展建議

3.1" 推動(dòng)教育裝備智能泛終端普及，打破教育管理

信息孤島

在教育信息化領(lǐng)域，操作系統(tǒng)的碎片化是信息化教學(xué)常態(tài)化的第一障礙。作為面向物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)，OpenHarmony利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，讓發(fā)生在學(xué)校內(nèi)外的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)聯(lián)通匯聚，讓發(fā)生在校園內(nèi)的正式學(xué)習(xí)和校園外的非正式學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，打破設(shè)備間的物理邊界，構(gòu)建起一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的信息世界[11]。在推動(dòng)教育裝備智能泛終端普及，打破教育管理信息孤島方面，筆者提出三點(diǎn)建議。

1）攜手生態(tài)及教育行業(yè)專家，基于OpenHarmony

系統(tǒng)定義未來(lái)教育專屬終端，實(shí)現(xiàn)多終端快速發(fā)現(xiàn)、輕松連接、硬件互助與資源共享。

2）推動(dòng)國(guó)產(chǎn)OpenHarmony系統(tǒng)在教育行業(yè)的集成和應(yīng)用適配，針對(duì)教育行業(yè)的典型應(yīng)用場(chǎng)景和共性基礎(chǔ)服務(wù)進(jìn)行深度定制開(kāi)發(fā)與優(yōu)化，實(shí)施Open-

Harmony系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)桿示范工程，打造超渠道互聯(lián)互通的極致使用體驗(yàn)。

3）利用OpenHarmony系統(tǒng)多設(shè)備互聯(lián)的能力，實(shí)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的伴隨式采集，建立有效支撐課堂評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)等的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2" 重塑信息科技教育開(kāi)源軟硬件，打造中國(guó)特色

開(kāi)源新生態(tài)

在當(dāng)前的國(guó)際環(huán)境下，開(kāi)源硬件芯片及品牌大多以國(guó)外為主，很難做到自主可控，潛藏著一定的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。教育軟硬件基于中國(guó)特色開(kāi)源軟硬件構(gòu)建信息科技學(xué)科裝備支撐體系應(yīng)做到：

1）開(kāi)展基于開(kāi)源指令集RISC-V芯片信息技術(shù)的教育專用芯片研發(fā)工作，圍繞其打造信息科技教育專用開(kāi)源硬件板卡及產(chǎn)品；

2）以O(shè)penHarmony系統(tǒng)為核心，構(gòu)建信息科技教育操作系統(tǒng)，打造中國(guó)特色開(kāi)源軟件信息科技教育新生態(tài)。

3.3" 加強(qiáng)針對(duì)OpenHarmony系統(tǒng)的教師培訓(xùn)，提升

數(shù)字素養(yǎng)與技能

為加大國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)人才的培養(yǎng)力度，滿足國(guó)家軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)人才的需求和國(guó)家安全尤其是網(wǎng)絡(luò)安全的需要，推進(jìn)國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)在中小學(xué)信息科技課程中的應(yīng)用，應(yīng)加快對(duì)中小學(xué)教師進(jìn)行OpenHarmony操作系統(tǒng)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容可以包括開(kāi)發(fā)工具的使用、應(yīng)用開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)架構(gòu)等，重點(diǎn)是培養(yǎng)教師使用OpenHarmony系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)賦能教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而增強(qiáng)OpenHarmony系統(tǒng)在中小學(xué)中的應(yīng)用效果。可以采用線上線下相結(jié)合的混合式培訓(xùn)模式，通過(guò)對(duì)培訓(xùn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)收集及教師的反饋，構(gòu)建科學(xué)合理的評(píng)估機(jī)制，生成教師成長(zhǎng)電子卡，為通過(guò)培訓(xùn)的教師頒發(fā)相關(guān)證書(shū)，促進(jìn)培訓(xùn)質(zhì)量的提升。

3.4" 構(gòu)建基于OpenHarmony系統(tǒng)的App Store，提供豐富優(yōu)質(zhì)的教育產(chǎn)品

App Store不僅是一個(gè)在線商店，更是創(chuàng)新大本營(yíng)，致力于幫助開(kāi)發(fā)者將心中的奇思妙想轉(zhuǎn)化為能夠促進(jìn)有效學(xué)習(xí)和方便優(yōu)質(zhì)教學(xué)的App。

1）構(gòu)建OpenHarmony App Store，并面向所有開(kāi)發(fā)者提供一系列工具和核心技術(shù)，包括軟件開(kāi)發(fā)構(gòu)建模塊，幫助開(kāi)發(fā)者構(gòu)建創(chuàng)新教育App。

2）提供功能強(qiáng)大的課業(yè)App，指導(dǎo)學(xué)生找到適用的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

3）整合保護(hù)隱私和安全的措施。

4）建立基于OpenHarmony的教育應(yīng)用評(píng)估和認(rèn)證體系，為實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的培養(yǎng)目標(biāo)提供保障。

3.5" 確立教育專用操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建OpenHarmony

教育軟件應(yīng)用社區(qū)

操作系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)教育終端產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提升教育行業(yè)終端的競(jìng)爭(zhēng)能力、增強(qiáng)我國(guó)軟件自主創(chuàng)新能力意義重大。

1）確立OpenHarmony作為教育專用操作系統(tǒng)的教育裝備協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全國(guó)的教育裝備研發(fā)機(jī)構(gòu)和公司提供軟件標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一規(guī)范OpenHarmony教育軟件等相關(guān)產(chǎn)品，引導(dǎo)其科學(xué)發(fā)展。

2）構(gòu)建鴻蒙教育軟件應(yīng)用社區(qū)。為提升OpenHarmony的受眾并增加開(kāi)發(fā)者群體，建議建立開(kāi)發(fā)者和應(yīng)用者社區(qū)：開(kāi)發(fā)者社區(qū)主要包括基于OpenHarmony操作系統(tǒng)環(huán)境的教育應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)；應(yīng)用者社區(qū)包括教育軟件下載、資源共享、視頻操作演示功能。

3.6" 建立OpenHarmony示范點(diǎn)，探索OpenHarmony教育應(yīng)用模式

探索泛在、靈活、創(chuàng)新的OpenHarmony智慧教育應(yīng)用模式，開(kāi)展區(qū)域性創(chuàng)新行動(dòng)，先行先試，積累經(jīng)驗(yàn)、構(gòu)建模式，依據(jù)“試點(diǎn)先行，示范引路”的原則，建設(shè)OpenHarmony操作系統(tǒng)教育應(yīng)用示范區(qū)、示范校。

1）開(kāi)展OpenHarmony操作系統(tǒng)教育應(yīng)用示范活動(dòng)，帶動(dòng)實(shí)踐創(chuàng)新，推動(dòng)OpenHarmony操作系統(tǒng)在教育領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，構(gòu)建跨媒體應(yīng)用示范系統(tǒng)，提升教育的智能化水平，拓展創(chuàng)新應(yīng)用的廣度和深度，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，促進(jìn)教育問(wèn)題的解決。

2）建立OpenHarmony操作系統(tǒng)教育應(yīng)用推進(jìn)機(jī)制，依據(jù)“試點(diǎn)先行，示范引路”的原則，確立OpenHarmony操作系統(tǒng)教育應(yīng)用示范區(qū)、示范校。

3）示范點(diǎn)建立顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目將聘請(qǐng)行業(yè)和高等教育領(lǐng)域的專家為示范點(diǎn)提供咨詢指導(dǎo)，定期評(píng)估和優(yōu)化示范點(diǎn)的建設(shè)工作。

4）重點(diǎn)培養(yǎng)和打造一支信息化人才隊(duì)伍，其中重要的組成部分就是教師隊(duì)伍。人才隊(duì)伍不僅能為示范點(diǎn)的日常運(yùn)營(yíng)提供支持，也將成為項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)和推廣的重要力量。

4" 結(jié)束語(yǔ)

操作系統(tǒng)作為教育新基建的重要基礎(chǔ)，是賦能教育高質(zhì)量發(fā)展的重要基石。本研究在闡釋Open-

Harmony操作系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出Open-Harmony操作系統(tǒng)賦能教育的應(yīng)用場(chǎng)景與發(fā)展建議，為充分發(fā)揮OpenHarmony操作系統(tǒng)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值與潛能提供啟示。未來(lái)，如何基于OpenHarmony操作系統(tǒng)將現(xiàn)有應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)智慧連接與應(yīng)用融通，進(jìn)而為學(xué)生提供自適應(yīng)的學(xué)習(xí)支持與服務(wù)，將成為充分釋放OpenHarmony操作系統(tǒng)在教育領(lǐng)域應(yīng)用潛能的重要方向。

5" 參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：朱立新，博士，高級(jí)工程師；姚自明、宿金超，工程師。