基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源共建共享模式研究*

劉學(xué),魯斌,王強(qiáng),楊璐

(1.菏澤學(xué)院科研處,山東 菏澤 274015;2.華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系,河北 保定 071003;3.菏澤市建設(shè)工程綜合服務(wù)中心,山東 菏澤 274000)

0 引言

近年來,科技的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈,科技創(chuàng)新已成為解決“卡脖子”難題的必經(jīng)之路,以科技創(chuàng)新推動(dòng)我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展的需求,把基礎(chǔ)科學(xué)研究推到了關(guān)系著現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)建設(shè)和民族復(fù)興的關(guān)鍵位置.黨的十九大報(bào)告中提出“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力,是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐.”[1].新修訂的《中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》于2022年1月1日正式實(shí)施,高度重視基礎(chǔ)研究人才培養(yǎng)工作,其中第二十三條強(qiáng)調(diào)“國(guó)家加大基礎(chǔ)研究人才培養(yǎng)力度,強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)研究人才的穩(wěn)定支持,提高基礎(chǔ)研究人才隊(duì)伍質(zhì)量和水平”[2].習(xí)近平總書記深刻指出:“基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭,是所有技術(shù)問題的總機(jī)關(guān)”;“培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是國(guó)家、民族長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的大計(jì).當(dāng)今世界的競(jìng)爭(zhēng)說到底是人才競(jìng)爭(zhēng)、教育競(jìng)爭(zhēng)”.由此可見,基礎(chǔ)科學(xué)研究是科技創(chuàng)新的源頭已經(jīng)成為共識(shí),基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展離不開人才,人才從哪來?先從教育開始[3].

基礎(chǔ)科學(xué)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(xué)生對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的興趣,養(yǎng)成創(chuàng)新思維,打好人才的基礎(chǔ),這就需要設(shè)計(jì)跨學(xué)科、參與式的課堂,發(fā)揮課堂教學(xué)的主戰(zhàn)場(chǎng)作用,開拓學(xué)生的視界,了解最新的研究方向,加深對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的認(rèn)識(shí),這些都對(duì)教師自身的專業(yè)能力提出了極高的要求,為實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)目標(biāo)就必需借助新一代信息技術(shù)的輔助來完成.在產(chǎn)學(xué)研協(xié)同機(jī)制的推動(dòng)下,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)模式多樣化,針對(duì)有天賦的學(xué)生早發(fā)現(xiàn)、早培養(yǎng),因材施教,多方合作共同提高教學(xué)質(zhì)量,是教育服務(wù)國(guó)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(wǎng)+”的時(shí)代,人工智能和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展給人們的學(xué)習(xí)生活帶來了巨大的變化,科技進(jìn)步過程中各類軟硬件技術(shù)的發(fā)展讓數(shù)字資源共享成本趨近于零,優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源共享可以產(chǎn)生幾乎無限的邊際效益.黨的二十大報(bào)告指出,要加快建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó).中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體規(guī)劃布局》,明確了數(shù)字中國(guó)是數(shù)字時(shí)代推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的重要引擎,是構(gòu)筑國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)的有力支撐.2023年2月13日,教育部部長(zhǎng)懷進(jìn)鵬在世界數(shù)字教育大會(huì)上發(fā)表演講時(shí)指出,“教育資源分布不均,是各國(guó)發(fā)展教育普遍面臨的難題.數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為促進(jìn)教育資源均衡,縮小區(qū)域、城鄉(xiāng)和校際差距帶來了契機(jī).”由此可見,數(shù)字資源已成為教育公共服務(wù)的基本組成部分[4],基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源的高效共享可以減少數(shù)字資源項(xiàng)目的重復(fù)建設(shè),降低資源建設(shè)的成本,加深政府、學(xué)校、企業(yè)和社會(huì)之間的聯(lián)系與互動(dòng),縮小數(shù)字資源差距和質(zhì)量差距,減少基礎(chǔ)科學(xué)教育發(fā)展不平衡的情況,但是優(yōu)質(zhì)資源的共享問題一直困擾著我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源的建設(shè).

1 基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源共建共享問題的現(xiàn)狀

1.1 基礎(chǔ)科學(xué)研究的現(xiàn)狀

我國(guó)不僅當(dāng)下基礎(chǔ)科學(xué)薄弱,而且從古至今都缺乏從事基礎(chǔ)研究的傳統(tǒng)[5];我國(guó)科技舉國(guó)體制的弊端在于難以適應(yīng)沒有明確方向的探索性研究[6].這就需要加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)的教育,這是一個(gè)長(zhǎng)期的過程,可以通過各種方式引導(dǎo)學(xué)生積極參與科學(xué)活動(dòng),立足社會(huì)與生活實(shí)際,培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的應(yīng)用能力,提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情及實(shí)踐能力[7].當(dāng)前基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究邊界正在不斷模糊,其內(nèi)在動(dòng)力是回答科學(xué)如何有效回應(yīng)社會(huì)需求這一從歷史走向未來的重大問題,基礎(chǔ)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(jià)值觀和經(jīng)驗(yàn)[8].國(guó)外對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)和數(shù)字資源共享都有非常深入的研究,明確了基礎(chǔ)科學(xué)的重要性.在基礎(chǔ)科學(xué)方面依賴于他人的國(guó)家,將減緩它的工業(yè)發(fā)展速度,并在國(guó)際貿(mào)易中處于劣勢(shì)[9].美國(guó)國(guó)會(huì)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(guó)政府對(duì)基礎(chǔ)研究展開新一輪的公共資金支持,以保持其科學(xué)技術(shù)強(qiáng)國(guó)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(shí),主要針對(duì)大多數(shù)受益群體,能夠滿足大多數(shù)學(xué)習(xí)者的需求,但是不能有效滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求,每個(gè)學(xué)習(xí)者需要對(duì)海量的教育資源進(jìn)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(fù)的低質(zhì)資源充斥網(wǎng)絡(luò),使得優(yōu)質(zhì)資源被淹沒,難以檢索,因此優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源共享已成為當(dāng)前教育領(lǐng)域最迫切的需求之一,也是推動(dòng)教育公平發(fā)展的重要手段[11].優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化教育資源大范圍共享并將其應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中,是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵[12].但是各類資源之間因技術(shù)壁壘存在割裂、割據(jù)現(xiàn)象,不同地區(qū)、不同學(xué)校、不同領(lǐng)域之間的數(shù)字資源實(shí)現(xiàn)“無障礙共享”還有層層關(guān)隘[13].對(duì)于優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源,通過再生知識(shí)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)充是保持生命力與創(chuàng)新力的關(guān)鍵[14].隨著學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展,尋找普遍適用的方法來組織全人類的知識(shí)已不可行,知識(shí)組織正在走向領(lǐng)域知識(shí)組織的時(shí)代[15].這就需要設(shè)計(jì)一種無障礙的獲取途徑,以多種方式吸引不同學(xué)習(xí)群體[16].針對(duì)某一資源,人們既可以相互合作來創(chuàng)作,也可以各自表達(dá)觀點(diǎn),通過點(diǎn)贊高低對(duì)內(nèi)容進(jìn)行排序顯示[17-18].

2 基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源共建共享模式的構(gòu)建思路

從注重基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的跨學(xué)科、參與式課堂教學(xué)出發(fā),結(jié)合當(dāng)今社會(huì)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)研究和創(chuàng)新的需求,通過基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源嵌入課堂教學(xué),助力跨學(xué)科、參與式教學(xué)的實(shí)現(xiàn).使用文本格式存儲(chǔ)高質(zhì)量的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源描述信息,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的組織結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)描述資源內(nèi)容,打破各類資源之間的壁壘,消除各種原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)割裂、割據(jù)現(xiàn)象.在資源共享方面目前實(shí)現(xiàn)最好的是計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,其開源軟件的共享模式和軟件設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了幾十年的沉淀,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較為完善的文本內(nèi)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(lǐng)域之間的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源,實(shí)現(xiàn)“無障礙共享”的同時(shí)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(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源建設(shè)的主力,提供版權(quán)、技術(shù)等服務(wù),并結(jié)合各方的應(yīng)用需求開發(fā)、推廣智能產(chǎn)品.由教師作為基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)描述信息創(chuàng)建和使用的主體,利用新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)輕備課、授課的同時(shí)豐富課堂內(nèi)容.學(xué)生在設(shè)計(jì)的跨學(xué)科、參與式和智能化的課堂中,通過接受到的優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源,培養(yǎng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的創(chuàng)新思維能力,圖1為以基礎(chǔ)科學(xué)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(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源描述信息數(shù)據(jù)集建設(shè)和應(yīng)用模式圖

3 基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源共建共享模式的途徑

3.1 課堂教學(xué)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源描述信息的需求

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師講授知識(shí),學(xué)生被動(dòng)接受的學(xué)習(xí)方式,已無法滿足當(dāng)今社會(huì)的需要.利用信息技術(shù)和現(xiàn)有教學(xué)條件,設(shè)計(jì)嵌入基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源的教學(xué)場(chǎng)景,以教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體,搭建一個(gè)跨學(xué)科、個(gè)性化、參與式的課堂教學(xué)框架.這種模式可以鼓勵(lì)使用者對(duì)資源的內(nèi)容從自己的角度去描述,同時(shí)匯聚的資源描述信息又會(huì)有助于快速的檢索到大量的優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源,從而推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源建設(shè)的持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)共建、共享、共贏.

3.2 以需求驅(qū)動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作對(duì)智能應(yīng)用的研發(fā)

基礎(chǔ)科學(xué)是科技創(chuàng)新的基石,產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新由高校、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等作為創(chuàng)新的主體,對(duì)前沿的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源來說既是消費(fèi)者,也是生產(chǎn)者.高效的開發(fā)、共享基礎(chǔ)科學(xué)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(shí),不僅可以制作出豐富的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源,還可以對(duì)資源進(jìn)行專業(yè)的描述.

3.3 基于多方合作的資源匯聚

基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源描述信息作為數(shù)字資源,也需要進(jìn)行匯聚、審核、評(píng)價(jià)和優(yōu)選.讓學(xué)校、政府、科研單位和企業(yè)都參與到建設(shè)過程中,通過政府資助和引導(dǎo),利用企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)具體的管理流程,讓優(yōu)質(zhì)資源脫穎而出.基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的描述信息與數(shù)字資源相關(guān)聯(lián),但又互不干擾且功能互補(bǔ),在數(shù)據(jù)集匯聚和共享過程中,實(shí)現(xiàn)審核、評(píng)價(jià)和優(yōu)選的目標(biāo)(見圖2).

3.4 資源描述信息的處理和使用流程

對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源進(jìn)行描述,處理并生成符合教師授課需求的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)點(diǎn),用于課堂教學(xué).建設(shè)的存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,用以接收用戶上傳的資源描述信息,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取、修改、版本控制、權(quán)限檢查和檢索的功能,用戶通過客戶端可對(duì)網(wǎng)絡(luò)上公開的數(shù)字資源進(jìn)行描述,并根據(jù)描述信息對(duì)數(shù)字資源進(jìn)行二次處理,處理后產(chǎn)生可以嵌入課堂教學(xué)使用的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)點(diǎn)數(shù)字資源(見圖3).

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

3.5 鼓勵(lì)性政策和數(shù)字基礎(chǔ)建設(shè)的支持

基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源的建設(shè)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(shí)和軟硬件平臺(tái)去創(chuàng)建,這需要有一定的激勵(lì)措施,以促進(jìn)相關(guān)配套資源的建設(shè)和政策落實(shí).政府主管部門可對(duì)資源建設(shè)中表現(xiàn)突出的優(yōu)秀單位和個(gè)人進(jìn)行表彰或資金支持,以推動(dòng)方案的實(shí)施.通過建設(shè)的公共服務(wù)平臺(tái),讓資源的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)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(wǎng)上保存內(nèi)容或信息產(chǎn)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(duì)安全,那么它就不再可訪問了,完全依賴于免費(fèi)的第三方互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)是具有風(fēng)險(xiǎn)的[21].可以通過利用共享的數(shù)字資源知識(shí)點(diǎn)描述信息,對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源進(jìn)行二次處理,轉(zhuǎn)化為符合教師授課要求的視頻、音頻和圖像.作為基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)點(diǎn)的數(shù)字資源,由任課教師根據(jù)課程需要設(shè)計(jì)授課流程,并嵌入課堂教學(xué)過程,讓優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源發(fā)揮應(yīng)有的價(jià)值.

3.6 基于開源軟件推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

對(duì)待開源微軟從最早認(rèn)為開源是癌癥,到現(xiàn)在已成為最大開源社區(qū)GitHub的領(lǐng)導(dǎo)者.當(dāng)前軟件供應(yīng)的全球化是不可逆的,基礎(chǔ)軟件的開源開放一直是進(jìn)行時(shí),云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、大模型、人工智能等技術(shù)的發(fā)展都離不開開源.開源軟件的實(shí)施已經(jīng)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(shù)[23],17個(gè)行業(yè)1 700個(gè)代碼庫中96%都在使用開源代碼[24].在開放互聯(lián)的時(shí)代,用軟件去定義一切,已成為一種新的基礎(chǔ)設(shè)施.共建共享模式的實(shí)施也要基于開源的軟件去實(shí)現(xiàn),依托國(guó)內(nèi)的開源社區(qū),制定一個(gè)關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源的知識(shí)點(diǎn)描述信息開源標(biāo)準(zhǔn),可以加速基于文本描述信息的共享體系的構(gòu)建.以開源協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則,避免數(shù)字資源共享過程中產(chǎn)生的各類版權(quán)問題,這也是打破各類數(shù)字資源之間的技術(shù)壁壘的關(guān)鍵.開源標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)先制定,應(yīng)突破標(biāo)準(zhǔn)事后追認(rèn)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(shí),引領(lǐng)創(chuàng)新的作用[22].

4 結(jié)束語

構(gòu)建高效的基礎(chǔ)科學(xué)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(zhì)量的文本信息為紐帶,借助開源軟件推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè).構(gòu)建基礎(chǔ)科學(xué)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(zhì)基礎(chǔ)科學(xué)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(shù)的發(fā)展,人工智能以一種前所未有的方式將不同學(xué)科、不同背景的人們聯(lián)系在一起.結(jié)合產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制,充分發(fā)揮制度優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì)、資源優(yōu)勢(shì),以數(shù)字化驅(qū)動(dòng),打造一個(gè)高效的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)字資源共建共享模式,將是應(yīng)對(duì)危機(jī)挑戰(zhàn)、開啟光明未來的重要途徑和舉措.