智慧教育白皮书（2024年）.pdf

第 1页智慧教育白皮书（2024 年）中兴通讯股份有限公司国新文化控股股份有限公司中国联通智慧教育军团中电信翼智教育科技有限公司辽宁向日葵数字技术股份有限公司智慧教育白皮书主编单位：中兴通讯股份有限公司国新文化控股股份有限公司中国联通智慧教育军团中电信翼智教育科技有限公司辽宁向日葵数字技术股份有限公司参编单位：山东蟠龙信息科技有限公司武汉丰迈信息技术有限公司深圳健路网络科技有限责任公司广西茜英信息技术有限公司版权声明:本白皮书版权属于中兴通讯股份有限公司、国新文化控股股份有限公司、中国联通智慧教育军团、中电信翼智教育科技有限公司、辽宁向日葵数字技术股份有限公司等共同所有。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明来源。违反上述声明者，著作权方将追究其相关法律责任。智慧教育白皮书引言.11 数字变革，教育强国.22 智慧教育关键技术.52.1 全光教育专网为教育公平奠定网络基础.52.2 全光校园网全面赋能新型教育数字化.72.3 5G 双域校园网实现校内校外无差别体验.102.4 云电脑助力校园信息绿色低碳安全流转.122.5 人工智能赋能个性化学习新篇章.142.6 安全防护新技术保障教育网络安全运行.183 智慧教育典型应用.203.1 数字教材极大提升教学和实训学习效率.203.2 建构数字教室，打造数字化教学新空间.253.3 校园园区管理建设绿色、平安、和谐校园.303.4 产教融合培养高水平复合型数字人才.334 智慧教育探索与实践.364.1 国家全光教育专网.364.2 长安大学全光校园网.364.3 多省 5G 双域校园网.374.4 广东科技学院云电脑.384.5 中兴通讯训推一体机.394.6 中兴通讯安全保障.39智慧教育白皮书4.7 吉林大学数字教材.414.8 吉林大学“三化”教学新空间.414.9 辽宁广告职业学院数字课堂.434.10 南京邮电大学“云上南邮”.444.11 中兴通讯技术认证体系.444.12 济南职业学院“5G+产业学院”.455 智慧教育未来展望.476 结束语.49主要参考资料.50第 1页1智慧教育白皮书引言引言过去几十年，我国信息化建设取得了举世瞩目的成就，从计算机普及到互联网发展，再到云计算、大数据、人工智能等前沿技术的广泛应用，一个又一个科技奇迹在我们眼前诞生。当前，5G-A即将迈入商用阶段，实现更广覆盖与更低时延；AI 技术日新月异，助力各行业智能化升级；智算能力持续增强，为大数据处理提供强大支持；信创产业蓬勃发展，国产软硬件产品日益丰富。数字化与智能化浪潮席卷各行各业，教育领域也将经历着前所未有的变革。这场变革不仅将改变教育的方式和形态，更深刻影响了教育的内容与效果。资源的获取与分享将变得前所未有的便捷，学生可以通过互联网访问全球的教育资源，教师能利用数字化平台将优质课程广泛分享；智能化技术为个性化教育提供了巨大空间，能根据学生的学习进度、兴趣爱好和能力水平，为其量身定制学习方案；教育行业的创新也得到了来自技术升级的强大支持，全光网络、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术创造了沉浸式的学习体验，人工智能（AI）技术则可以帮助教师自动批改作业、分析学生的学习情况等，极大地提升教学效率。优质课堂“时空”交叠处处可见，优质课程与教材跨越山海时时可及，产业与教育协同发展正在变成教育的现实。本白皮书阐述了智慧教育的典型需求，介绍了关键技术、场景应用、探索实践及面向未来的技术演进趋势，内容包括全光教育专网、全光校园网、5G 双域校园网、云电脑、智算、安全、数字教材、数字化教学新空间、校园园区管理和产教融合等。第 2页2智慧教育白皮书1 数字变革，教育数字变革，教育强国强国百年大计，教育为本。社会进步与快速发展对科学知识、优秀人才的需要，比以往任何时候都更为迫切。然而，过去的教育模式已无法完全满足人口结构变化与社会经济发展的需求，如何切实有效地利用并整合各种教育资源、提高教育的质量和效率，是教育行业正在面临的重大挑战。加快各级各类教育全面数字转型实现智慧教育，是助力培养适应未来社会发展需要的知识、能力并重的创新型人才的必然选择。教育数字化有助于提供更加灵活、个性化的学习方式，使学生更好地适应未来社会发展的需要。利用数字技术优势，变革教育模式，兼顾规模化教育与个性化培养之间的平衡，是实现公平有质量教育的必由之路。教育数字化能够打破地域限制，使更多的学生接受优质的教育资源，缩小城乡、区域之间的教育差距，提高教育的公平性和可及性。教育数字化可以通过信息技术与教育的深度融合，提高教育教学的质量和效率；可以提供更加精准、科学的教学评估和反馈，帮助教师更好地了解学生的学习情况，优化教学方法和策略。2023 年 12 月，联合国教科文组织发布了教育信息化政策和总体规划论纲，帮助各国政府和教育机构制定和实施有效的教育信息化政策和总体规划，涵盖了教育信息化的各个方面，包括数字包容、数字技能发展、在线学习、教育资源数字化等。我国近年来陆续出台了一系列教育科技相关的指导与支持政策，推动实施教育数字化战略行动，加快推进教育数字化转型升级。2021 年 7 月，教育部等六部门印发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，其中对教育数字化涉及的重点领域和方向有完整的阐述。教育新基建的重点方向包括信息网络新型基础设施（教育专网、IPv6、5G、千兆无线局域网、物联网等）、平台体系新型基础设施（计算存储、教育云、教育基础数据库及应用）、数字资源新型基础设施（国家电视空中课堂、职业教育专业教学资源库、高等学校线上一流课程、网络思政课程建设等资源）、智慧校园新型基础设施（数字教室、仿真试验、公共安全视频网络、安防、餐饮卫生监测、智慧楼宇等）、创新应用新型基础设施（大数据的智能诊断、人工智能的智能助教、智能学伴等）和可信安全新型基础设施（网络安全威胁感知、过滤网络不良信息等）。2024 年 3 月国务院印发推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案进一步推进先进教育科研装备在教育领域的应用。在教育领域推动符合条件的高校、职业院校（含技工院校）更新置第 3页3智慧教育白皮书换先进教学及科研技术设备，提升教学科研水平。严格落实学科教学装备配置标准，保质保量配置并及时更新教学仪器设备。到 2027 年，工业、农业、建筑、交通、教育、文旅、医疗等领域设备投资规模较 2023 年增长 25%以上。教育的发展也需要产业与学校协同发力，产教融合有利于深化产教融合提高人才培养质量、促进就业，推动产业发展进而促进社会经济的持续发展。2021 年 3 月中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要提出要增强职业技术教育适应性，突出职业技术（技工）教育类型特色，深入推进改革创新，优化结构与布局，大力培养技术技能人才。完善职业技术教育国家标准，创新办学模式，深化产教融合、校企合作，鼓励企业举办高质量职业技术教育，探索中国特色学徒制；提高高等教育质量，推进高等教育分类管理和高等学校综合改革，构建更加多元的高等教育体系。2023 年 6 月国家发改委印发了职业教育产教融合赋能提升行动实施方案（20232025 年），以统筹推动教育和产业协调发展，创新搭建产教融合平台载体，接续推进产教融合建设试点，完善落实组合式激励赋能政策体系，将产教融合进一步引向深入。2024 年政府工作报告中提出大力推进现代化产业体系建设，加快发展新质生产力。充分发挥创新主导作用，以科技创新推动产业创新，加快推进新型工业化，提高全要素生产率，不断塑造发展新动能新优势，促进社会生产力实现新的跃升，深入推进数字经济创新发展。制定支持数字经济高质量发展政策，积极推进数字产业化、产业数字化，促进数字技术和实体经济深度融合。深化大数据、人工智能等研发应用，开展“人工智能+”行动，打造具有国际竞争力的数字产业集群。实施制造业数字化转型行动，加快工业互联网规模化应用，推进服务业数字化，建设智慧城市、数字乡村。健全数据基础制度，大力推动数据开发开放和流通使用。适度超前建设数字基础设施，加快形成全国一体化算力体系，培育算力产业生态。深入实施科教兴国战略，强化高质量发展的基础支撑。坚持教育强国、科技强国、人才强国建设一体统筹推进，创新链产业链资金链人才链一体部署实施，深化教育科技人才综合改革，为现代化建设提供强大动力。加强高质量教育体系建设。坚持把高质量发展作为各级各类教育的生命线。制定实施教育强国建设规划纲要。大力提高职业教育质量，实施高等教育综合改革试点，优化学科专业和资源结构布局，加快建设中国特色、世界一流的大学和优势学科，建强应用型本科高校，增强中西部地区高校办学实力。全方位培养用好人才。加快建设国家战略人才力量，努力培养造就更多一流科技领军人才和创新团队，完善拔尖创新人才发现和培养机制，建设基础研究人才培养平台，打造卓越工程师和高技能人才队伍，加大对青年科技人才支第 4页4智慧教育白皮书持力度。加快发展新质生产力要求加强构建人才自主培养体系，深化拔尖创新人才培养方面进行改革和创新。加快新质生产力迫切需要大批拔尖创新人才，培育和发展新质生产力，创新是核心要素，基础和先导靠教育来培养拔尖创新人才，发展新质生产力既需要牵引源头创新的基础学科、交叉学科和新兴学科的拔尖人才，也需要推进新型工业化道路的工程技术人才和大国工匠、能工巧匠，既需要科学家，还需要一流科技领军人才和创新团队以及大批青年科技人才队伍。突出发展新质生产力，需要建设面向国家和区域发展的人才中心和创新高地，在基础研究、技术创新，特别是技术转移和成果转化等方面，通过多方协作来加大创新人才培养，在人才培养中不断提高创新能力。教育数字化目前已取得了不少成绩，智慧教育平台汇聚了大量的教育资源，包括中小学、职业教育和高等教育的资源，在促进高校毕业生就业、教师专业发展等方面发挥了重要作用，满足了不同学习者的需求。在疫情期间，教育数字化支撑了在线教育教学的实践，真正推进实现“停课不停学、停课不停教”，有力地保障了在特殊情况下、在世界最大规模的教育体系中保持教育的连续性。一些在数字化领域走得比较快的院校也在教学数字化和校园管理上有了一些成果。但整体来看，教育数字化还需要不断地深入和发展，网络基础设施需要持续升级、网络可靠性和安全性需要进一步增强、智慧校园综合管理需要不断优化、提升资源共享性和节能效率、信息技术与教育教学深度融合以及产教更好地融合。网络基础设施升级：网络基础设施升级：为了支持新型智慧教育业务，需要提升网络带宽、并发接入能力、降低时延和提升覆盖能力。如沉浸式教学和 VR/AR 应用，VR/AR 沉浸性终端拥有远高于传统电视的视场角，为了实现与 4K/8K 视频一样的清晰度，其分辨率、帧率、码率都必须高于 4K/8K 视频业务，对网络有着更高的带宽要求和时延要求。接入设备和数量持续增加，如教学 PC、电子白板、电子班牌、Wi-FiAP、多媒体设备、高清摄像头、物联感知终端等，需要扩大网络的接入点。院校阶梯教室、礼堂、体育馆、图书馆等通常存在上百人同时接入网络，需要支持大量用户同时在线的需求。师生们能够通过校园网便捷地进行各种在线活动，如提交申请、选课、上网课、完成或批改线上作业及考试等，需要在校园内外都能及时、顺畅地访问校内资源和互联网资源。网络可靠性和安全性增强：网络可靠性和安全性增强：随着教育中应用的增加，网络的可靠性和安全保护能力需要提升，确保业务连续性和数据安全。同时，应对网络安全威胁的挑战，需要加强网络安全措施。第 5页5智慧教育白皮书智慧校园综合管理优化：智慧校园综合管理优化：智慧校园的建设需要更加综合和系统的顶层设计，确保各个子系统之间的数据互通和资源共享，做到可管可控，更好地保障校园环境的安全及便捷的生活。资源共享性和节能效率提升：资源共享性和节能效率提升：提高教育资源的共享性和利用率，同时考虑到节能环保的要求，优化电费成本、噪音干扰等问题。信息技术与教育教学的深度结合：信息技术与教育教学的深度结合：学生个性化学习需求要求教育系统能够提供更加灵活的学习路径和资源，以满足不同学生的学习风格和进度。学校建设的数字资源需要沉淀形成体系，从而赋能学科教学、教材与课程体系。课堂教学、教材需要能贯穿课前/课中/课后，线上/线下教学需要更好地融合，课堂教学和实训数据需要互通。产教更好地融合：产教更好地融合：为了提高学生的实践能力和学习兴趣，需要多引入项目式教学和实训培养，以及与行业优秀企业和工程师的交流合作。需要更好地教授实际工作中所需的各种技能，加深产教融合，从而培养社会发展所需的各类人才。针对以上需求，下面从智慧教育的关键技术和典型应用两个方面来给出解决办法。关键技术包含全光教育专网、全光校园网、5G 双域校园网、云电脑、智算；典型应用包括数字教材、数字教室、学校整体管理与发展相关的校园园区管理和产教融合方案。2智慧教育关键技术智慧教育关键技术2.1全光全光教育专教育专网为教育公平奠定网络基础网为教育公平奠定网络基础“十四五”国家信息化规划提出，实施全民数字素养与技能提升行动和教育数字化战略行动，以此来实现教育数字化转型。教育专网是教育信息化发展的数字底座，教育专网的建设有助于实现优质教育资源的共享，缩小城乡、区域和校际差距，推动实现教育公平。教育专网已经覆盖全国大部分地区，部分边远地区学校没有覆盖。随着数据流量的迅速增长，现有网络带宽已经不能满足中国教育网的快速发展的要求，需要建设更高速率、覆盖更广的 OTN 网络。2023 年 10 月 8 日，工业和信息化部等六部门印发算力基础设施高质量发展行动计划，“算力+教育”应用范围扩大，到 2025 年重点应用场所 OTN 网络覆盖第 6页6智慧教育白皮书率要达到 80%。2.1.12.1.1 关键技术关键技术全光教育专网 OTN（Optical Transport Network）方案覆盖教育骨干网和城域网，支持多种业务统一承载，具备大带宽、低时延、灵活调度及智简运维等特性。OTN 网络传输速率单波支持100G/200G/400G，频谱从 C 波段向 CE、C+、C+L 波段扩展，可提供足够的带宽资源。在业务提速的 OTN 方案能够保障实现 400G QPSK 超长距传输。可以使中西部地区的孩子们足不出户就能品鉴国家博物馆的红山玉龙。“暑期教师研修”专题让身处各地的老师们，能够便捷地开展教研合作，这使得对大中小幼提供不同学段的培训成为现实和可能。图 2-1全光教育专网 OTN 方案全光教育 OTN 专网具有网络时延低、超大带宽承载、科学降本增效和业务随选接入几大优势。网络时延低：网络时延低：基于 OTN 网络调度能力，减少了教育信息中心、高校等边缘节点访问互联网出口和教育云等资源的跳数，从而大幅降低网络时延。超大带宽超大带宽：基于最新 OTN，支持人工智能教学/AR/VR/算力/智慧应用/5G 等多种业务统一承载，超大容量，提升用户体验。科学降本增效：科学降本增效：OTN 专网提供优质网络性能，减少了业务网络设备投资及光缆资源的消耗。网络可靠性高、故障响应快，并且故障定位从人工排查到 AI 分析，提升效率。业务随选接入：业务随选接入：教育 OTN 专网基于 VC/OSU 技术的泛在接入能力，网络部署简化，业务网络第 7页7智慧教育白皮书可按需求选择网络带宽，快速开通、便捷接入。2.1.22.1.2 未来演进未来演进随着技术的不断进步，教育骨干网技术也在持续演进和发展，为教育领域的信息化和数字化转型提供强大的支持。在传输速率方面，单波传输速率未来进一步向 800G 演进。频谱资源方面，未来向 S/U 波段演进。在交叉容量方面，单子架交叉能力未来向 100T+级别演进。在传输介质方面，传输光纤未来向少模多芯、空芯光纤演进。少模多芯光纤不仅有多个纤芯，而且每个纤芯都有多种模式，主要在短距离、大容量传输应用。空芯光纤以空气为传输介质，凭借超低时延、超低非线性、潜在的超低损耗及更宽的通带带宽等特性，可以助力 OTN 系统实现更大的传输容量、更远的传输距离、更小的传输时延。网络管理方面，基于 AI 的自智 OTN 网络，实现规划、建设、维护、优化全流程的自智化管理，最大限度发挥教育 OTN 网络价值，简化运维释放人力。未来教育骨干网的技术演进将朝着更高的传输速率、更广泛的频谱资源、更大的交叉容量、更先进的传输介质和更智能的网络管理方向发展。这些技术的不断进步将为教育领域的信息化和数字化转型提供更加坚实的基础，推动教育事业的持续健康发展。2.2全光校园网全面赋能全光校园网全面赋能新型教育数字化新型教育数字化中国教育现代化2035十大战略中提出加快信息化时代教育变革，建设智能化校园。智慧校园建设已迈向应用融合创新不断深化的新阶段，网上课堂、VR沉浸式教学、数字教室、人脸识别闸机等新型智慧应用不断涌现，教学模式向智慧教学演进。教育数字化和智慧教育的发展，带来了校园网接入终端数量的急剧增长、接入带宽诉求快速膨胀，校园网络运维保障要求越来越高。接入设备和数量持续增加。如教学PC、电子白板、电子班牌、Wi-Fi AP、多媒体设备、高清摄像头、物联感知终端等。沉浸式教学大量使用VR/AR终端，VR/AR沉浸性终端拥有远高于普通电视的视场角，为了实现与4K/8K视频一样的清晰度，其分辨率、帧率、码率都必须高于4K/8K视频业务，对网络有着更高的带宽要求，Cloud VR典型业务网络接入带宽要求超过1Gbps。无线接入的诉求越来越普遍，院校阶梯教室、礼堂、体育馆、图书馆等场景通常存在上百人同时接入网络的诉求。第 8页8智慧教育白皮书2.2.12.2.1 关键技术关键技术POL（Passive Optical LAN）技术是基于PON技术的新型局域网组网方案，POL继承了PON网络大带宽、高可靠性、扁平化、易部署、易管理等优点。在POL方案中，传统的LAN中的汇聚交换机被OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）替代，铜线被光纤替代，接入交换机由无源的分光器替代。同时，ONU（Optical Network Unit，光网络单元）提供二/三层功能，通过有线或者无线接入用户的数据、语音及视频等业务。对于全光校园的建设，POL技术充分适应校园局域网的特性要求，比如802.1x认证、POE（PowerOver Ethernet，以太网供电）等，因此具备在校园大规模商用的能力。通过POL技术的部署，全光校园可以实现光纤到教室、到办公室，甚至到每一个信息点的覆盖，从而提供高速、稳定、可靠的网络连接。技术技术GPONXG-PONXGS-PON标准G.984G.987，G.988G.9807.1，G.988速率下行：2.5G bps；上行：1.25 Gbps下行：10 Gbps；上行：2.5 Gbps下行：10G bps；上行：10G bps分光比1：64/1281：64/128/2561：64/128/256最大距离20km60km60km表 2-1PON技术形态POL全光网络组网结构包括OLT局端设备、无源分光器、ONU终端设备。POL无源局域网组网省去了一层汇聚交换机有源设备，采用无源分光器替代。是一个二级组网架构的网络，上下行带宽可以是对称的，也可以是非对称的。第 9页9智慧教育白皮书图 2-2 POL 网络架构POL全光网络中在中心机房增加配置光线路终端OLT设备，原来的汇聚机房和接入机房内，汇聚交换机和接入交换机分别被分纤箱和分光器来替代，有源机房变成了无源机房，大大降低了设备能耗，减少了系统故障点，提高了系统可靠性。全光网络相比以往网络布线架构的变化主要体现在：POL系统中更大范围地采用了光纤，在中间段采用无源分光器替代了交换机，光网络单元ONU/ONT进一步下沉到用户端，一套终端多业务、全业务接入，所有业务的汇聚交换都统一上移至核心机房光线路终端OLT处。图 2-3 POL 全光网络与以太网全光网络组网对比POL全光方案具备如下价值：极简弹性架构：极简弹性架构：网络实现扁平架构，简化网络层级。光纤延伸到最末端，末端设备按需更换、便捷扩容。光纤替代铜缆，减少综合布线工作量，同时解决铜缆传输性能弱、故障率高、布线复杂第 10页10智慧教育白皮书等问题。实现一次布线，十年线路不改造，实现网络接入单元免配置免规划，上电即上线。超宽融合接入：超宽融合接入：光纤到末端，室内部署万兆上行网络接入设备，万兆入室，彻底解决室内有线无线带宽不足问题。一网融合，一张光纤网承载数据、语音、视频等全业务。并且网络未来可以平滑升级，实现带宽十倍提升，满足VR/AR、高清网络课堂、多媒体教学的融合业务需求需求。极致体验保障极致体验保障：基于业务流的检测和面向应用的业务质量识别，结合HQoS(Hierarchical Quality ofService)、硬管道、网络切片等技术，网络上提供端到端应用质量的差异化保障，实现重要业务不丢包、视频业务零卡顿的网络体验保障，很好的适配专家课程直播、暑期教师异地研修等业务。网络智能运维：网络智能运维：构建智能化运维管理平台，基于Telemetry秒级采集、大数据和AI分析手段构建智能运维能力，实现对业务和应用质差的实施检测，以及预测性主动维护，大幅提升网络运维水平，大幅消减学校信息中心网络运维压力。2.2.22.2.2 未来演进未来演进在未来，随着更高带宽的宽带接入、更低时延的业务出现、以及校园业务演进的需求，有线宽带接入将向50G PON阶段演进。50G PON是国际电信联盟制定的10G PON之后的下一代PON标准，单波长支持上下行50Gbps速率，带宽是10G PON的5倍。沿用TDM PON的机制，可与10G PON共存，并兼容现网已部署的ODN基础设施。同时考虑到智能新业务的特性，在低时延、网络切片、节能和可靠性等方面进行了扩展。满足了10G PON的后续平滑演进，在考虑成本的同时面向多场景的综合接入需求。50G PON可提供50Gbps的对称接入速率，满足校园专线和校园内部的全光纤组网需求，如学校办公、云办公、云存储、视频会议、安全监控等，同时与新型的FTTR-B方式结合，满足了高校内部的超高带宽业务应用，实现了灵活组网，解决了覆盖能力问题。2.35G 双域校园网实现校内校外无差别体验双域校园网实现校内校外无差别体验在智慧教育的背景下，校园网内的资源日益丰富，师生通过校园网进行各种在线活动，如提交申请、选课、上网课、完成或批改线上作业及考试等，同时，师生还通过校园网免费浏览下载各类论文期刊，接入校内实验室资源进行在线科研等，希望在校园内随时随地可以访问网络。此外，AR、第 11页11智慧教育白皮书VR 等教学手段越来越多地应用，对网络的时延和带宽提出了越来越高的要求。以往方案是基于有线网络并辅以 Wi-Fi 接入，一旦师生离开校园，需要使用 VPN 软件才能访问校园网内系统和资源，手机使用尤其不便。此外，这种方式用户数据需要绕行互联网，再通过校园内的教育网网关接入校园内网，在高峰期网络拥塞时，无法实现随时随地的业务访问。2.3.12.3.1 关键技术关键技术5G 双域校园网方案基于 5G 移动通信中引入的 ULCL（Uplink Classifier）分流技术，其功能是 ULCLUPF（User Plane Function）将上行业务数据按照过滤器要求转发到不同的 PDU（protocol data unit）会话锚点，并将多个锚点下行数据合并发给终端。ULCL UPF 根据业务目的地址或 URL/URI 进行分流：用户访问公网应用时，ULCL UPF 将用户报文经中心 UPF 转发到互联网；用户访问校园网应用时，ULCLUPF 将用户报文经边缘 UPF 转发到校园内网。图 2-4 5G 双域校园网方案5G 双域校园网方案具有如下价值：无感分流：无感分流：师生不换卡、不换号使用自有手机终端即可同时访问互联网和校园网，网络负责分流，用户无感知，4/5G 终端漫游中访问互联网时没有额外时延。广域覆盖广域覆盖：5G 双域校园网可按需广覆盖，小可至某一校园，某一地市，大可支持在所在省乃至全国漫游。第 12页12智慧教育白皮书无感认证：无感认证：网络侧可根据运营商签约识别用户是否为对应校园用户，用户激活即可自动连接校园网，无需用户手动认证。分权分域控制：分权分域控制：支持对不同权域终端独立鉴权并分配地址，实现终端分权分域控制，如师生终端可访问教务网，移动终端仅访问数据子网。体验优化体验优化：5G 可实现室内室外连续覆盖无死角，且容量更大，抗干扰强，移动性更好，提升访问体验。独立计费：独立计费：校园用户访问公网流量和内网流量区分后独立计费，内网流量优惠计费。运维托管运维托管：基于 5G 网络可大幅降低拉设大量光纤和网线的施工周期、部署难度和线路维护成本，并由电信运营商集中运维，无需校园信息中心运维 5G 校园网络。2.3.22.3.2 未来演进未来演进教学方式正朝着越来越智能、互动越来越多的方向发展，未来裸眼 3D、XR、AIGC 等新技术的应用会给学生带来沉浸式的学习体验，也带来了大量的数据和视频信息传输的需求，对网络的要求也将进一步提升。5G-A 是 5G 技术进一步演进、升级的增强版。与 5G 相比，5G-A 进一步提高了网络吞吐量，实现了毫秒级超低延迟；同时，还具备通感一体、无源物联、内生智能等能力，能够满足更为复杂和多样化的应用场景需求。相比 5G，5G-A 下行峰值速率能达到 10Gbps，并配有毫秒级时延和厘米级定位精度能力，支持全场景全能力千亿联接，网络性能提升 10 倍。从远期看，网络将向 6G 演进，国际电信联盟IMT 面向 2030 及未来发展的框架和总体目标建议书提出 6G 六大场景，分别为沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接。校园无线网络的发展演进会给师生带来更好的体验，并将为更丰富的应用场景提供必要的支撑。2.4云电脑助力校园信息绿色低碳安全流转云电脑助力校园信息绿色低碳安全流转2022 年 10 月教育部发布了绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案，致力于将绿色低碳发展理念全面融入国民教育体系，在新校区建设和既有校区改造中优先采用节能减排新技术产品和服务，节约能源资源、建设绿色学校。云电脑作为一种集中资源、提高能效的技术，与绿色低碳目第 13页13智慧教育白皮书标高度一致。通过使用云电脑，学校可以减少对普通电脑的依赖，从而降低能源消耗和碳排放。此外，依托多媒体教学设备的硬件基础，老师的教学模式开始向在线互动转变。一方面老师往往需要通过广播的形式实现操作演示；另一方面，不同的老师对于不同的课程有不同的软件和系统等的要求，需要教学环境能支持便捷地部署和切换。2.4.12.4.1 关键技术关键技术云电脑是一种通过网络将可伸缩、弹性的共享物理或虚拟资源池按需供应和交付的模式，桌面操作系统运行于共享物理或虚拟资源池中。云电脑允许用户通过网络访问和使用远程服务器上的资源，云电脑可充分利用云计算的计算和存储资源的弹性扩展能力，为用户交付方便快捷的服务。在计算方面，云电脑技术整合了大量的物理服务器资源，形成一个动态、可扩展的计算资源池，用户可按需使用资源，实现计算能力的弹性扩展，提供高可用性和高可靠性的计算服务。在存储方面，云电脑数据存储采用分布式存储技术，将数据存储在云端的存储设备中，实现了数据的集中管理、备份和恢复，保障数据的安全性和可靠性。在网络传输方面，云电脑技术对网络传输协议进行了优化，相关技术包括图像低码高清编码技术、桌面流低延时传输技术、丢包重传、终端算力资源复用技术等，实现了云电脑传输协议自适应和抗弱网环境能力，保障了云电脑用户的使用体验。在安全方面，云电脑使用身份验证、传输加密、访问控制、数据加密和安全审计等技术保护用户数据和系统不受未授权访问和网络攻击。云电脑在院校使用中具有如下优势：业务调整灵活：业务调整灵活：云电脑技术允许用户根据业务需求快速调整计算资源，无论是增加还是减少，都能迅速响应，业务灵活性高。资源高效利用资源高效利用：云电脑技术通过资源云化，实现对整个平台的集中管理和智能调度，资源池可更有效地分配资源，减少浪费。利用校园业务潮汐特性，不同业务之间高低错峰分配，确保资源始终得到充分利用。灾难恢复快：灾难恢复快：云电脑技术提供了数据备份和灾难恢复解决方案，确保在发生意外时能够快速恢复业务，减少停机时间。第 14页14智慧教育白皮书简化简化 IT 管理管理：云电脑系统可以与 IT 系统集成，提供无缝的数据迁移和应用部署，简化了应用部署及升级过程。云电脑减少了 IT 基础设施的管理负担，用户可以将更多的精力投入到核心业务上。环境友好环境友好：集中式的数据中心相比分散的个人电脑更能高效利用能源，减少电力消耗和碳排放。例如一间电子阅览室通常有若干 PC 机，PC 机功耗一般在 200W 以上，大量 PC 机的风扇运行会产生较大的噪声和散热。如果为电子阅览室配置名片型云终端，采用无风扇设计，典型功耗低至 2W，不仅满足阅览室静音需求，也更加符合节能环保建设要求。使用效率高：使用效率高：云电脑支持远程工作和移动办公，使得老师可以在任何地点、任何时间访问工作桌面，提高了工作效率和灵活性，也便于老师间协作开展工作。2.4.22.4.2 未来演进未来演进云电脑技术未来将向更加高效、安全、智能、环保和自主可控的方向发展，云电脑未来技术演进会在以下几个关键领域：AI：AI 与云电脑技术结合将提供智能化的数据分析、自动化运维、安全监控等功能，可帮助云电脑供应商优化资源分配、提升服务质量。安全性和隐私保护：安全性和隐私保护：随着数据泄露和网络攻击事件的增多，云电脑的安全性将成为用户最关心的问题之一。未来云电脑将结合量子加密技术、身份验证和访问控制机制，区块链技术在数据存储、身份验证和智能合约等领域的应用，为云电脑带来新的安全和信任机制，保障数据安全和用户隐私。多云和混合云策略：多云和混合云策略：未来云电脑将支持多云环境的解决方案，帮助用户在不同的云平台之间无缝迁移和管理资源。以分散风险、提高灵活性和成本效益。绿色计算：绿色计算：随着全球对可持续发展的关注，云电脑将更加注重能效和环保。云电脑服务端将采用更高效的冷却技术、可再生能源和智能能源管理系统，以降低能耗和碳足迹。2.5人工智能赋能个性化学习新篇章人工智能赋能个性化学习新篇章中共中央、国务院印发的中国教育现代化 2035指出要“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”，强调了尊重学生的个体差异和实施因材施教的重要性。学生的学习风格、进度和兴趣差异巨大，学生需要个性化教学、个性化的教材与教育第 15页15智慧教育白皮书资源，需要更实时的反馈以便达成更好的教学效果。学生个性化学习需要以 AI 为代表的技术的加持才能达成。过去一年，以 ChatGPT 大模型以首的 AI 技术引来了爆发，在文本生成、客户服务、翻译、媒体创作等方面都获得了深入的应用。大模型对教育的作用是多方面的。大模型可以提供个性化教学，根据学生的学习习惯和能力提供定制化的学习计划和资源，从而更好地满足学生的需求。其次，大模型可以作为智能辅导，为学生提供即时的反馈和解答，帮助他们更好地理解和掌握知识。此外，大模型还可以实现自动化评估，通过分析学生的回答和作品，提供准确的评估结果，减轻教师的负担。然而，学生作业评估、智能辅导等任务要求模型深刻理解教育语境，而教育数据与通用领域的数据有显著差异，教育领域特有任务和需求使通用大模型使用受限。2.5.12.5.1 关键技术关键技术通过使用教育领域的专有数据来精调大模型可更好适应教育特殊语境，需整合学生作业、教材和学生反馈等教学数据，通过在教育任务和数据上微调，使模型更具针对性地应对学科知识推理、学生作业评估等教育任务，从而形成高效的教育解决方案。教育智算方案覆盖 AI 训练和推理全生命周期，支持训练过程和结果可视化呈现，开发环境和训练环境合一，避免由于环境不一致带来额外的迁移工作量，数据处理、开发训练和在线服务流程打通。开发流程标准化，显著降低 AI 开发的门槛和难度，更方便、快捷地完成 AI 应用的开发。教育智算方案架构如下图所示：图 2-5 教育智算方案第 16页16智慧教育白皮书应用使能：应用使能：应用使能层提供应用开发框架和 AI 应用开发工具，旨在加速教育领域硬件开发、集成、部署和商用，使教育从业者能更轻松地开发和应用 AI 技术。AI 平台平台：AI 平台层提供 AI 组件，内置了业界主流 AI 框架、机器学习引擎、数据处理引擎和训练推理引擎，为 AI 开发者提供海量数据管理、标注、可视化建模、编排、模型训练、编译优化、模型推理、能力开放和 AI 开发工具，帮助快速创建和部署教育模型、管理 AI 全生命周期。AI 资源管理：资源管理：AI 资源管理层提供 GPU、融合存储以及高性能无损网络交换等智算硬件资源的管理和调度功能，提升资源利用率。AI 基础设施基础设施：AI 基础设施提供各类通算服务器、GPU 服务器、高性能多元存储服务器和 RoCE(RDMA over Converged Ethernet)交换机、IB（InfiniBand）交换机等网络设备。通过端网协同构建高带宽、低延迟无损网络，实现算力无损，可以更好地支持大模型训练任务的并行执行。分布式全闪文件存储具有高并发、高带宽优势，提升大模型训练中间文件、Checkpoint、模型仓库、训练数据集等的读写效率，减少 GPU 等待时间。AI 安全安全：提供全方位的 AI 安全解决方案，涵盖资源、网络、模型和数据等各层级。通过认证、加密和权限管理等措施，确保客户的 AI 资产免受未经授权的访问、篡改或泄露。运维运维：提供全生命周期的运维管理工具，支持友好的可视化管理界面，提供仪表盘、运维管理和资源管理等等功能。通过分析学生的学习历史、行为和表现，基于教育智算方案开发专属教育 AI 大模型及应用，可以为每个学生创建个性化的学习路径，提供定制的教育资源，并在学习的过程中提供实时反馈。这种个性化的方法可以更好地满足学生的差异性需求，提高学习效果，其价值包括：个性化学习路径：个性化学习路径：大模型可以通过分析学生的学习历史、兴趣和能力，为每个学生创建个性化的学习路径。这意味着不同学生可以根据自己的需求和进度，按照个性化的方式学习。定制教学资源：定制教学资源：大模型能够根据学生的个性化需求生成定制的教学资源，包括教材、练习题和多媒体内容。这样，学生可以接触到更符合其水平和兴趣的教育材料。实时个性化反馈：实时个性化反馈：大模型可以分析学生的学习表现，为每个学生提供实时反馈。这有助于学生更及时地发现和纠正错误，同时也为教师提供了更多关于学生个体进展的信息。第 17页17智慧教育白皮书自适应学习环境：自适应学习环境：大模型可以支持创建自适应学习环境，根据学生的个性化需求调整难度和教学风格，这有助于确保每个学生都在适合自己水平的学习环境中。引入大模型使得教育变得更为个性化，从而更好地满足每个学生的独特需求。这样的个性化学习体验有助于提高学生的学习动机、学习效果，并减少学习过程中的挫折感。2.5.22.5.2 未来演进未来演进2024 年政府工作报告当中提出开展“人工智能+”行动，对我们教育系统来说，人工智能是把“金钥匙”，它不仅影响未来的教育，也影响教育的未来，这里有机遇也有挑战。大模型参数规模的迅速增长，目前已经进入了万亿参数的时代。研究表明，随着参数规模的增加，AI 大模型在语言理解、逻辑推理和问题分析方面的性能得到了显著提升。未来，大模型规模将进一步提升。另一个发展趋势是 AI 大模型朝向多模态方向发展。以 ChatGPT4 为代表的 AI 大模型不仅仅可以处理文本数据，还开始涉足图像、视频等多元化数据的处理。这意味着大模型不再局限于单一形式的信息学习，而是朝向对多种呈现形式的信息进行融合理解的方向发展。这种发展有望进一步提升 AI 大模型的学习能力，但也需要大模型算力具备处理多元信息的计算处理能力。在这样背景下，大模型应用于教育领域未来发展方向包括：更高级的自适应学习和个性化教育更高