“云-边-端”协同计算架构与“大平台-泛终端-富生态”应用新格局：
在《“十四五”广东教育信息化发展规划》编制专题研讨会上的发言
作者简介：许 骏，理学博士，计算机科学与技术教授，享受国务院特殊津贴专家，全国优秀教师，获广东省“南粤杰出教师”奖。长期从事计算机系统与网络技术研究，曾任广州电子集团公司总工程师、华南师范大学教育信息技术学院院长。现任华南师范大学二级教授、广东高校计算机网络与信息工程技术研究中心主任。近年来带领团队主要从事云计算与大数据技术研究，受聘广东省“粤教云”工程专家组组长和深圳教育大数据工程首席科学家。
（本文由博士研究生陈浩根据专题研讨会上的发言录音整理而成）
5年前，我应邀参加了《广东教育发展“十三五”规划》编制的相关工作，代表项目团队向省教育厅建议“十三五”加强教育信息化的统筹规划和顶层设计，继续推进“粤教云”工程建设，促进各级各类教育平台互联、数据互通、应用协同,形成“互联网＋教育”大平台。这些意见和建议均被采纳，并写进相关文件。2016年12月30日，《广东教育发展“十三五”规划（2016-2020年）》正式发布，提出积极发展“互联网+教育”，以“粤教云”为总抓手，加强教育信息化的统筹规划和顶层设计。作为省教育厅专家组组长和首席专家，我牵头负责“粤教云”总体设计、技术架构、标准体系及实施方案研究，为省教育厅提供决策咨询，带领团队亲历并见证了“粤教云”的起源与发展。今天，我们讨论“十四五”广东教育信息化发展规划，回顾总结“粤教云”的经验与教训，也许能从中得到一些启发和借鉴。
01
回归常识
回归常识就是回归教育的本质和服务的理念。关于教育，有两个关键词：循序渐进和因材施教。我们必须承认，“面对面”和“一对一”始终是最好的教育形式。回顾历史，人类的教育活动经历了两个大的发展阶段：个性化的精英教育阶段和集体性的大众教育阶段。随着信息技术在教育行业的广泛应用，将有可能进入第三个阶段，即个性化的大众教育阶段，这实际上是“一对一”因材施教理念的一种回归，信息技术在这方面是可以有所作为的。信息技术突破了沟通和协作的时空约束，大数据和人工智能技术正在推动教育服务向精准化和个性化方向发展。国务院发布的《中国教育现代化2035》指出互联网、人工智能等新技术发展正在不断重塑教育形态、知识获取方式和传授方式，强调“利用现代技术加快推动人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合”。因此，凡是采用技术手段逼近“面对面”和“一对一”效果的研究及产品开发都是有价值的，并且这种逼近效果越明显，价值越大。
计算机是一个年轻的学科，但也是发展变化最快的学科，计算机诞生至今70多年，特别是互联网快速发展的20多年，对人类社会已带来颠覆性影响，正引领人类进入数字文明时代。长期以来，信息技术都是作为其他行业提质增效的工具，要完成从“工具”“助手”到“主导”“引领”的角色转变，还有很长的路，因为这本身就是一篇“大文章”。与其它行业相比，互联网对教育的影响才刚刚开始，但速度在加快。教育信息化为什么难？难在它的特殊性。十年树木、百年树人，真正的教育都是一段春风化雨、自然无为的过程，润物细无声，教育是慢的；IT行业不一样，它讲速度与激情。这一慢一快，其背后就是技术、教育与人的发展之间的复杂关系。在教育领域，大家经常听到 “信息技术对教育发展具有革命性影响”、“MOOC颠覆传统教育”等话语。互联网作为一种新的教学手段，在推动教育公平以及有效破解因材施教、个性化发展、减负增效等难题发挥了巨大作用，但即便如此，它也颠覆不了教育的本质。信息化是手段、是工具，是帮助别人而不是改变别人，回归服务才是正确的路径选择。
02
建设与应用的关系
我们经常听到对教育信息化的一种批评，就是重建设轻应用。其实，重建设没有错，低水平重复建设才是问题；不是“轻应用”，而是不好用或不能用。道理很简单，建设没有搞好，何谈应用？近年来，教育信息化经费投入力度非常大，各地纷纷上马区域教育云项目，建设大平台和应用系统，但缺乏顶层设计和总体规划，地域局限和各自为政问题相当突出，应用与平台绑定、重复建设及信息孤岛现象十分严重，主要表现在基础设施建设模式单一，设备购买和运维成本居高不下，数据中心数量多、效能低且兼容共享不足。基础设施资源调度与分配方式仍处在人工手动管理阶段，应用和基础设施资源静态绑定，应用一旦上线，就将独占这些基础设施资源，导致资源利用率非常低，一般不超过20%，应用的迁移性也不好。由于缺乏云操作系统等关键基础软件，平台并不支持应用的敏捷部署、快速迭代和持续交付，应用 “优胜劣汰”机制难以落地。不同的应用服务之间，尤其是来自不同软件开发企业及服务商的应用服务，数据和功能完全隔离，形成事实上的一个个应用孤岛，很难实现数据互通和功能集成，更谈不上应用服务生态了。
教育信息化建设要放在国家发展信创产业、实现科技自立自强以及新基建和国产化这个大环境来谋划。2021年7月，教育部等六部门发布《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》，提出通过混合云模式建设教育云，推动数据中心、信息系统和办公终端的国产化，构建互联互通、应用齐备、协同服务的“互联网+教育”大平台，为教育高质量发展提供数字底座。因此，要坚持以国产基础软硬件服务教育信息化的目标导向，促进国产操作系统、数据库、中间件和办公软件等关键基础软件在“互联网+教育”大平台中的应用，形成以平台为核心的服务生态竞争新优势，切实提高信息化服务支撑能力和建设效益。
教育信息化建设要主动融入数字政府建设总体规划。《广东省“数字政府”建设总体规划（2018-2020年）》提出持续完善“粤教云”公共服务平台建设，推进教育数据资源整合。广东省人民政府办公厅2021年5月印发《广东省数字政府省域治理“一网统管”三年行动计划》的通知，明确了省级应用专题建设要求，其中，教育专题由省教育厅牵头负责，主要内容包括建立以数据驱动为核心的新时代教育评价、教育决策管理、教育智能化支撑服务体系等。
显然，不论是教育新基建还是数字政府省域治理，都在强调建设的重要性。至于如何建设，我们必须打破传统思维惯性和路径依赖，坚持以用户为中心，从用户体验角度优化服务流程和应用设计，建立应用驱动、用户评估、持续迭代的优化机制，以师生“来不来用、爱不爱用”的结果检验建设成效。
03
理念与技术的关系
我们还经常听到一种说法，教育信息化主要是理念问题，技术不是问题。这种说法有失偏颇，因为脱离技术实现来谈理念，很容易落入纸上谈兵的陷阱，也很难让理想照进现实，这方面的教训实在太多了。很长一段时间以来，每出现一项新技术，媒体就风起云涌，推荐新技术、启发新思维的文章铺天盖地，各种论坛峰会也很热闹，似乎又有了解决问题的机会。但风潮过后，人们又在谈论经久不变的老问题：为什么技术还是不能有效促进教与学？以慕课为例，它是解决教育公平问题的有效手段，但也存在主观题的智能评分手段不足、用户学习行为数据缺失等问题，其背后是一些技术难题没有得到根本解决。再看职业教育，在课堂上讲技能训练、在作业本上搞顶岗实习的现象仍很普遍，如何让教学走进真实场景仍面临不少困难。名师出高徒这个道理大家都懂，但导师不足是一个普遍的问题，路在何方？我们要从源头做起，利用高技术手段培养高素质人才，例如，按需构建大规模在线学习和训练环境，通过流式大数据分析交互过程和结果信息训练智能导师模型，实现真实任务、真实环境、真实练习和自动测评，支持“做中学”。大家知道，办公软件是最常用的基础应用软件，国家课程数字教材是基础教育最重要的数字资源，信息化手段的规模化与常态化应用，离不开国家课程数字教材。2015年1月，广东省人民政府发布《关于深化教育领域综合改革的实施意见》，提出开展中小学数字教材应用试验。2018年，广东省实施国家课程数字教材全覆盖工程，在国内率先全系列引进国家课程数字教材，我们团队参与并见证了这一过程。但在实践中也暴露出一些问题与不足，需要在数字教育出版技术和标准研制取得突破，例如研制可计算文档格式标准，研发新一代办公软件。
新一代办公软件以前沿Web技术和AI大模型研究为基础，实现国产办公软件和国产云操作系统融合创新，拓展办公软件的核心能力，包括支持低代码开发应用、运行端侧轻应用、集成云侧服务能力以及智能辅助交互等，构建支持可计算文档的交互学习环境，支撑“教、学、练、测、评”全流程一体化服务。当前大家都在关注人工智能，人工智能如何赋能教育？建议大家不要再玩概念或只谈理念了，必须要有看得见摸得着的规模化应用场景，在核心技术有所作为和突破，真正解决行业应用的痛点和难点，例如提高了多少效率？解决了多少原来没法解决的问题？
国家高度重视教育行业的科技问题研究，从2018年起，国家自然科学基金委增设了“教育信息科学与技术”这一交叉领域，代码F0701。科技部在“科技创新2030—新一代人工智能”首批启动了“混合增强在线教育关键技术与系统研究”等重大项目。“农村地区教师教学能力智能评测与教学精准辅助技术研究”列入2022年国家重点研发计划“社会治理与智慧社会科技支撑”重点专项。
04
正确理解“平台”的概念
平台首先要解决为谁服务的问题，即应用生态；第二，要解决谁提供应用服务的问题，即开发者生态。第三，实现跨界数据整合，发展数据生态。
很长时间以来，行业信息化普遍缺少正确的「平台」概念。虽然也有不少行业信息化应用系统冠以平台的名头，它们实际上仍然属于应用软件。真正的平台解除了基础设施资源和应用之间的紧密耦合、静态绑定关系，不同应用能够动态共享基础设施资源，极大提高资源的利用率。可随时按需调整基础设施资源的来源，不会被供应商锁定。应用的高效管理也由平台自动完成，包括应用的运行监控、横向扩展、在线迁移、迭代升级等，应用开发者的主要精力放到业务创新上。真正意义上的“平台”，其能力与成熟度都聚焦到云操作系统这一关键基础软件。
云计算是我国基础软件实现突破的难得机会。面向“人-机-物”融合的泛在计算环境、“云-边-端”协同的计算架构以及“云-边”一体的多云/混合云基础设施，加快布局云操作系统等新型基础软件研发，寻求在新方向和新赛道上的发展新优势，这是国产操作系统自主创新的一种路径选择。与单机操作系统不同，云操作系统尚未出现一家独大的垄断局面，这为国内学术界和产业界发展自主可控云操作系统提供了宝贵的机遇。《国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要》将云计算列为数字经济重点产业，提出加快云操作系统迭代升级，以混合云为重点培育行业解决方案等云服务产业。
05
关于生态
服务生态涉及多种角色，主要包括：（1）平台的拥有者（产权方/监管方）；（2）平台的提供者（承建方/运维方）；（3）应用开发者（开发者社区/生态合作企业）；（4）应用服务消费者（最终用户）。平台总体设计要清晰界定服务生态系统各方的角色和职责，既体现政府主管部门的监管作用，又发挥市场在资源配置中的决定性作用，由用户按需自主决定应用服务的购买。以职业教育为例，产教融合、校企合作或者订单式培养是高技能人才培养的有效手段，为什么效果并不理想？因为缺乏这样的平台。事实上，职业技术人才培养要让行业企业说话，通过平台将企业需求引入到人才培养，让企业从单纯的工程教育用户逐步向参与者角色转变，从而倒逼高校教学改革。
服务生态需要考虑几个不同层次的问题
1.应用“优胜劣汰”
根据用户实际使用效果，利用市场机制实现应用的“优胜劣汰”。面向最终用户的应用应该是丰富多样的，不是哪一家或少数几家企业可以满足。平台应用交付模式的变革，可以让多个同类应用同时上线，由用户根据实际使用情况和满意程度决定是否购买，变革现有以专家评审为主的应用服务购买机制，这将极大促进服务生态建设。从开发者角度看，平台支持应用的敏捷部署、快速迭代和持续交付，应用能够迅速投入使用，接受用户检验，根据用户反馈调整更新或者淘汰停用。此外，应用的运行监控、横向扩展、升级等维护管理功能，完全由云操作系统自动完成，开发者无须关心底层的技术实现问题，只需专注于应用业务创新。
2.应用协同工作
支持软件开发企业开放数据和应用能力，用户按需定制工作流程，实现不同应用之间（尤其是来自不同软件开发企业及服务商的应用服务）的数据互通或功能组合，不再受限于单个应用的能力，更全面更深入地满足用户需求，避免数据锁定和应用孤岛现象。
3.低代码开发
应用生态的主要问题是供需矛盾，开发者数量不足，大量需求得不到满足，软件开发周期长，无法快速响应变化的业务需求，从用户需求到开发者实现，也存在失真问题。首先，改革软件供给方式，扩大开发者范围。开发者不仅包括专业开发者，还包括由领域用户转变而来的公民开发者，由他们直接开发满足本领域需求的业务应用。其次，变革应用开发方式，提供开放、通用的低代码开发平台，降低行业应用软件开发门槛，让行业用户真正参与软件开发，应用软件“众创”将成为可能。随着技术的不断进步，基于超大语言模型的代码生成，能够进一步提高代码质量并降低开发者的编码量。低代码的核心是每个人都是开发者，过去讲数字化是单位的一把手工程，主要是指一把手关心支持，在低代码时代，可能变成一把手亲自开发，尤其是中小企业，这可能是一种趋势。
06
“互联网+教育”大平台总体技术架构
“互联网+教育”大平台总体技术架构按照“云-边-网-端”一体化以及贯穿其中的安全保障进行规划设计，体现以国产基础软硬件服务行业信息化的目标导向，优先选择国产服务器以及操作系统、中间件、数据库和办公软件等关键基础软件，构建开放式可扩展的平台软件，建设自主可控、开放融合的教育云公共服务体系，形成 “大平台+泛终端+富生态”的应用新格局，切实提高服务支撑能力和建设效益。
云服务体系
1、IaaS层：“云-边”一体的多云/混合云基础设施
融合中心云和边缘云、公有云和私有云能力的“云-边”一体多云/混合云，能更好地适应多类型业务系统和多样化应用场景“上云用数”对IT基础设施的多元化需求。其中，中心云主要服务需要大规模计算和存储的业务；边缘云服务低时延的业务场景；公有云主要服务弹性扩容业务和敏捷创新应用；私有云主要服务核心业务系统和数据安全要求较高的应用。
2、云操作系统：平台软件的基础
云操作系统解除了应用与基础设施资源的紧密耦合、静态绑定关系。向下统一管理“云-边”一体的多云/混合云基础设施资源，提供按需分配、弹性伸缩的资源池，支持x86、Arm等异构CPU，适配龙芯等国产CPU。可动态增加或移除云基础设施资源，避免资源闲置浪费，提高基础设施资源利用率。向上实现中间件和应用实例的自动部署、快速迭代和持续交付，自动维护和管理正在运行的应用实例。
3、通用共性服务/行业相关的共性服务
云操作系统采用“自主内核+开放扩展”的技术架构，既有效破解基础软件领域“卡脖子”问题，又不与主流技术脱钩。
“云操作系统 + 通用共性服务” 组成通用技术平台，再加上与具体行业相关的共性服务，构成相应的行业云平台。其中，存储服务和通信服务是最重要的共性服务，可选择开源或者商业化的成熟方案，集成到云操作系统。其它共性服务包括统一身份认证与授权、API管理、数据治理与服务等。
4、教育行业应用
主要依靠繁荣应用生态来满足需求。当前应用上云并不充分，一方面，数字化转型需要对原有单体应用进行拆分、解耦，并提取其共性需求；另一方面，开放API，支持应用集成与发展生态。
泛终端
推动国产操作系统在教育行业的集成和应用适配，针对教育行业的典型应用场景和共性基础服务进行深度定制开发和优化，研发OH（Open Harmony）教育行业发行版以及绿色健康、安全可控的新型数字终端和整体解决方案，通过教育信息化示范区、示范校的集成创新，带动信息技术产业发展。制定终端关键技术和产品标准，建立新型数字终端进校园的审核备案制度，发展基于国产操作系统面向教育的泛终端及行业应用生态。
安全保障
这方面内容已安排了专项规划，建议关注零信任认证与授权问题，重视零信任安全防护体系的构建。