【編者按】數字化的出現，為人類社會帶來了巨大的變革。城市數字化轉型成為提升城市競爭力的重要手段。2020年12月，上海市委、市政府印發了《關于全面推進上海城市數字化轉型的意見》，提出“到2025年，上海全面推進城市數字化轉型取得顯著成效，國際數字之都建設形成基本框架；到2035年，成為具有世界影響力的國際數字之都”。

當下，上海城市數字化轉型進展如何？已經取得了哪些成果，又經歷著怎樣的挑戰。在上海市城市數字化轉型工作領導小組辦公室的指導下，由上海市經濟和信息化委員會組織，澎湃科技推出“數都上海：上海國際數字之都建設深度調研”系列報道，聚焦數字基建、數字制造、數字農業、數字醫療、數字金融、數字出行、數字教育等10大領域，全方位展現上海在城市生產、生活不同場景中的數字化轉型。

上海市民辦麗英小學英語“AI聽說課堂”實時語音檢測。

·“在教育信息化階段，我們主要利用各種信息系統和信息化工具，作為管理的助手，這被我們稱為‘工具理性’。然而，現在我們將數字視為一種重要的生產要素，它被用來推動教育領域的價值創新。”教育數字化轉型的難點在哪里？就在于模型構建。”

·教育過程是人與人之間的互動。顯然，我們無法在人身上裝置各種傳感器。目前的數據采集方式主要包括手環、攝像頭和音頻，但這些都只能獲取外在的表現。至于人腦內部的運行機制，思考的規律，這些仍然是一個未解的謎題。

每到周末，上海市仙霞高級中學的高一學生李凡都會收到一份“個性化學習手冊”，即基于他之前周考數據和知識點掌握情況所推送的個性化鞏固習題。

“20年前的數字化校園主要集中在將模擬信號轉換為數字信號，屬于基礎設施建設階段；隨著教育信息化概念的逐漸興起，教育管理逐步實現信息化和數字化；如今，教育數字化轉型的核心是通過數據應用的方式提升教育的質量。”上海外國語大學信息技術中心主任趙衍接受澎湃科技（www.usamodel.cn）采訪時表示。

伴隨技術進展，教育工作者的思路也在不斷轉變，上海的教育數字化轉型為教師的因材施教和學生的個性化學習帶來了可能。根據IDC最新統計數據顯示，2023年中國教育學習場景市場規模達到1102億美元，同比增長4.2%。預計2024年同比增長9.6%，到 2027年，市場規模將超過1500億美元。在基礎信息建設完成后，如何讓收集到的海量數據真正服務于教育目標成為數字教育發展的下一個關鍵問題。

虛擬場景補齊教學短板

7月正值暑假，上海應用技術大學軌道交通學院鐵道工程系主任李培剛帶領學生來到中老鐵路老撾段，展開了暑期研學之旅。在瑯勃拉邦湄公河特大橋橋下，他通過虛實結合的方式，向學生解釋模擬運營現場作業的虛擬仿真平臺鐵路線路工程養護維修系統的構成、工作原理和實際操作流程等知識。

模擬運營現場作業的虛擬仿真平臺。

對于學習鐵路工程技術的學生來說，由于校內綜合實踐基地缺乏完整的工務機械設備，學生只能利用暑假這樣的時間前往實地學習。李培剛告訴澎湃科技（www.usamodel.cn）記者，高速鐵路線路工程安全維護實驗系統復雜、實習場景不足等問題一直是困擾他們教學中的一個問題。

模擬運營現場作業的虛擬仿真平臺。

不過，借助虛擬現實技術（VR），上述教學難題正在得到有效改善。李培剛所在的上海應用技術大學充分利用校企合作資源、學校綜合實踐基地，結合虛擬仿真平臺，推進線上線下和虛實結合教學。

據介紹，虛擬仿真平臺可模擬高速動態檢測列車檢測過程、復興號高速動車組車內線路檢查儀巡檢等；實驗中所構建的虛擬場景，反映了真實的高速鐵路線路實物部件、系統結構和養護維修特點，即便不能前往實習現場，學生也可以通過這一虛擬平臺實現交互式操作和全方位觀察，可以更加直觀地體會到技術安全措施不到位、不規范操作等帶來的嚴重后果；此外，學生還可以借助虛實場景進行趣味百科、安全科普和維護設計作品創作，充分激發了學生的學習熱情和動手操作興趣。

“虛擬仿真平臺的使用，有效解決了高速動態綜合檢測列車等教學實驗成本高、學生受眾面小、前往現場實習危險性大、組織難度大等難題。”李培剛介紹說。

模擬運營現場作業的虛擬仿真平臺。

數字技術的加持不僅使教學方式更加多樣化，教學效果也顯著改善。值得一提的是，李培剛此次帶隊前往研學的學生中還有來自老撾的留學生，他們是老撾首批本科學歷的鐵路工程技術人員。此前，上海應用技術大學與老撾蘇發努馮大學在“一帶一路”倡議下啟動了國際教育合作，為中老鐵路運行培養急需的本土化鐵路技術人才。

數據指導使因材施教成為可能

在徐匯區的上海市園南中學，一項名為“數智作業”的紙筆課堂系統應用正在改變著高效課堂形態，通過筆尖采集學生書寫軌跡、壓力和時長等信息，經過數據分析來反映學生的學習品質和學情狀態，讓老師及時調整教學。而在上海市民辦麗英小學的AI英語聽說課堂上，學生人手一臺智能語音答題器，它會精準采集學生在課堂活動中進行口語訓練的語音信息，然后實時生成學情分析報告。

上海市園南中學“數智作業”數學課堂學情數據實時反饋。

“在教育信息化階段，我們主要利用各種信息系統和信息化工具，作為教學的助手，現在我們將數據視為一種重要的生產要素，用來推動教育領域的價值創新。”趙衍說。

以教學中的“反轉課堂”為例，在以往的教學方式中，老師會制作PPT，以信息化工具，幫助提高學生對知識的理解；而現在的反轉課堂則會將所有的知識點事先提供給學生，讓學生課前觀看視頻、在線測試來預習課程。在學生在線預習的同時，后臺的數據也在不斷累積：學生會反復觀看哪一段內容？哪個知識點吸引了最多的學生？學生的測試成績如何？教師在課前掌握了這些數據后，在授課時便更能有針對性地進行教學。

基于數據的個性化教學不僅被應用于學科學習，也被用于體育教學。上海交通大學信息化推進辦公室副主任、網絡信息中心副主任姜開達告訴澎湃科技（www.usamodel.cn）記者，目前該校的學生體測成績已經完全信息化。學生的體育課程學習、課外鍛煉、體質測試、教學考試成績和體育賽事等相關數據會匯總形成學生體育畫像，幫助學生了解個人體質健康情況，并根據體測數據向學生提供運動建議或是運動指南。同時，學校運用數據可視化分析平臺，開發各類體育教學數據報表，幫助任課老師分析學情、精準施教。

“數據驅動深刻地改變了傳統的教育教學模式，為教師的因材施教和學生的個性化學習提供了科學支撐，為教師深度參與個性化的應用研發提供了便利渠道，讓技術更加貼合師生真實需求，更加有效賦能教育教學。”上海市長寧區教育工作黨委副書記、教育局局長熊秋菊表示。

數字孿生賦能校園全域感知

數字化技術不僅應用在教學上，同樣提升了校園管理的能力。

上海科技大學將視覺感知、公共服務、EHS管理、新一代直播教學、全域感知和消防指揮等功能集合到一起，融合成為一個時空一體數字孿生平臺。站在屏幕前，900畝真實校園實景就在眼前，模型精度達到厘米級，地貌樓宇設施的全場景精確還原三維模型鋪陳開來，系統甚至真實仿真校園四季天氣變化及晝夜更替。想要看到校園內的某處實景就可以直接調取特定的攝像頭，連攝像頭的具體視角都可以簡單控制。

據介紹，在人工智能算法的幫助下，整個平臺構建起全域的感知能力，能實時反饋校園中人員密集度分布，人流動向，使管理人員和學生及時得到反饋信息，讓決策更加科學。上海科技大學時空一體數字孿生平臺項目負責人、疊境數字科技(上海)有限公司數字孿生事業部總監馬文廣向澎湃科技（www.usamodel.cn）介紹說，這一校園數字孿生平臺為校園管理提供了實時依據，比如食堂的在線數據服務，其利用視覺感知系統及深度學習模型進行人肩檢測，依據提前標注的位置信息，過濾檢測結果中的噪聲，最終將各窗口的人數發送至數據中臺，顯示各個食堂窗口的排隊人數以及等待時間，從而,有效分流，使得師生減少排隊等候時間；此外，系統運用機器視覺和機器學習感知三維世界信息，為進出校園車輛進行自對識別和軌跡跟蹤，對危化品和安全防護能進行視覺監測和預警，為校園后勤管理釋放人力，降低專業知識要求，同時提升精細化管理水平。

“雖然現在這一系統主要用于校園管理，但我們希望不止停留在這一階段，未來可以服務于校園教育如智慧課堂的構建。”馬文廣說道。

實際上，目前在輔助科研方面，已可以看到其技術潛力。

上海軟X射線自由電子激光裝置。

2021年，上海科技大學與中科院上海高等研究院共同建設我國第一個自由電子激光裝置，也是我國首臺X射線自由電子激光裝置——上海軟X射線自由電子激光裝置。當年的11月，項目正式進入試運行階段。其包含生物成像、原子分子物理、超快物理和超快化學等實驗站，簡單理解，其主要功能就是給活體分子拍電影的“相機”。

“目前國際上，除了上海之外，在德國漢堡和意大利的里雅斯特，還各有一臺軟X射線自由電子激光裝置。我們是最早實現‘水窗’波段全覆蓋的。”上海軟X射線自由電子激光裝置項目常務副經理劉波當時說道。

在日常運行中，X射線自由電子激光裝置對機械穩定性要求非常高，需要密切監控振動數據和周邊環境的變化情況。

于是，上海科技大學與裝置建設團隊合作開發一個數字孿生系統，將活細胞與功能成像等線站工程（SBP）環境數據、視頻與科學數據進行無縫銜接。據馬文廣介紹，“通過對實驗大廳安全運行環境數據（振動、沉降、溫濕度、電能質量、水流、水壓、風速、監控視頻等）進行遠程傳輸與遠端處理測試，就可以在上科大進行遠程的觀察和分析。”

目前，這個“X射線自由電子激光的數字化大腦”，即SBP數字孿生系統已經實現了光束線和實驗站的三維全景感知、實驗大廳的振動場和溫度場等環境數據的管理與映射。“它不僅是裝置穩定運營的默默守護者，而且是加速重大科研成果產出的數字大腦。”馬文廣說。

破除“數據孤島”才能發揮數據價值

“數據治理已成為當前教育信息化建設的熱點和難點，翻過這座山，又是一片新天地。數據作為所有業務流轉和決策支持的基礎，其標準化和交換共享利用應成為信息化建設的重點。基于數據的個性化教學、科學化評價、精細化管理、智能化決策、精準化科研等，將對提高教育質量、培養創新人才、提升管理效能具有潛在的巨大推動作用。”姜開達說。

在教育數字化轉型過程中，即便是一個區縣級范圍內，也面臨著學校信息化建設與發展不均衡、重復建設與數字孤島、學校數據資產難沉淀價值難發揮的資源浪費、區域內校際數據應用的共享共建等難題。“由于客觀條件差異，部分學校數字化轉型基礎薄弱，部分教師存在掉隊落后的風險。”科大訊飛（上海）科技有限公司總經理丁瞳瞳告訴記者，科大訊飛是數字教育的技術提供商之一。“特別是一些規模較小的學校、幼兒園，其單獨進行信息化建設投入大、周期長、效率低、效果差。”

“部分學校的網絡和數字化基礎設施比較薄弱，也影響了其教育信息化的發展進程。”作為上海外國語大學網絡和數字化基礎設施供應商，Aruba中國區總經理謝建國接受澎湃科技（www.usamodel.cn）采訪時表示。

在上海市首個教育數字化轉型實驗區長寧區，為有效彌合數字鴻溝且避免產生新的差距，長寧區教育局在長寧教育數字基座上，引入免費應用，并增設了低代碼開發功能，讓學校教師和管理人員可以進行個性化的應用開發，滿足一些日常使用需求。在接入教育數字基座前，長寧區內的建青實驗學校每個學生從入園到高中全周期的運動偏好、閱讀興趣、選課出勤、健康數據都是獨立的，難以實現跨學段、跨平臺、跨學科調取，數據銜接斷層現象時有發生，數據價值難以充分發揮。

“數字化轉型的關鍵在于數據的整合，因為孤立的數據并無任何意義，只有在數據連接的過程中，它才能轉化為信息，進而形成知識。這樣，通過數據的結合，使得分散的數據在聚合之后，轉變為有助于決策的信息。”趙衍解釋道。

汪瓊在教育數字化轉型調研中也發現，數據中臺（對海量數據進行采集、計算、存儲、加工）是極其薄弱的一個方面。“有好幾個地區都在做，但是都不理想。在靜態數據對接方面，我覺得現在的關鍵問題是沒有用數字化轉型的思維來做數據中臺的建設，僅是把已有的系統先匯集在一起，然后再去做透視表，這是不對的。數字化轉型應該考慮駕駛艙是什么樣的，應該是一個從上至下的遞推關系。”

上海市婁山中學教師發展數據跟蹤以生成群體及個人成長畫像。

目前長寧區正在以區-校兩級教育數字基座建設為核心，破除校際間數據孤島。以教師專業發展為例，在婁山中學、天山二中、延安初中三校已建立試點，基于數字基座的底層能力對接采集多方系統數據，包括市級培訓平臺的研修數據、在線評教應用的階段性評教數據、智慧教研平臺的聽評課數據等，實現過程性數據的自動流轉存儲。這樣建立起的統一的教師成長數據倉庫，只需要采集一次數據，后續在教師績效、職稱評聘、崗位晉級等評價場景中就可以快速復用。立足已有的成效，長寧正進一步加大數據治理與流轉的建設力度，借助教育數字基座數據中心，以區級資產統一治理、校級資產試點推進的方式，更大范圍更深層次的夯實數據的基底價值。

教育數字化轉型應以需求應用為先導

“教育信息化發展到目前階段，主要問題已經不是各類平臺和技術能不能滿足，而是缺乏需求應用為先導。”姜開達對澎湃科技表示。

應用的創新需要基于對已有數據的研究，而馬文廣對記者表示,“現在可能大家沒有想清楚，在校園管理優化，教學質量提升等方面，收集回來的大量數據到底有什么價值。”

趙衍則從教育邏輯的角度提出了不同思路：“盡管目前已經建立了許多應用系統，但我覺得真正能對教學管理起到大的輔助作用的系統還是相對較少。當然，這并非技術本身的問題，我認為更多的是因為教育邏輯尚未明確。教育數字化轉型的難點在哪里？就在于模型構建。我們都希望通過分析課堂中學生和老師的行為數據來了解教學行為，關鍵在于如何分析？我們需要哪種模型才能認定老師的教學優秀，學生的學習優秀？這是一個問題。反過來，如果沒有模型，我們就不清楚需要采集什么樣的數據。”

李培剛也表示，在探索線上線下、虛實結合教學過程中，初期最大的難題是專業教師對虛擬仿真的理解：虛擬仿真是什么，專業知識如何通過虛擬仿真體現，學生能力、素養培養如何結合虛擬仿真賦能？

目前學校在實踐過程中，有嘗試在教室安裝攝像頭，通過攝像頭巡課，記錄學生和老師的表情等。然而，趙衍認為，即使這些數據被采集了，目前還沒有一個有效的模型來處理。目前的做法包括計算學生抬頭的頻率，判斷學生的面部表情，但這些結果至今都未能令人完全信服。

在工業制造的數字化轉型中，可以通過在機器內裝置各種傳感器來精確地感知每個點的壓力、溫度等參數。然而，“教育過程是人與人之間的互動。顯然，我們無法在人身上裝置各種傳感器。目前的數據采集方式主要包括手環、攝像頭和音頻，但這些都只能獲取外在的表現。至于人腦內部的運行機制，思考的規律，這些仍然是一個未解的謎題。”趙衍說。

實際上，教育領域的研究非常細分，有專門從事教育心理學、教育技術研究和教學法研究的專家，他們各自在自己的領域里可能有獨特的研究成果，例如專注于互動教學的研究者可能有他們認為最好的教學模式。

趙衍表示，“對教學行為的研究到目前為止并未完全成熟。原因在于，人的個體差異非常大，很難找到一個普適的準則。再者，人的思維過程是難以見證，甚至無法衡量。因此，最終很難得出一個非常精確的模型。”

據教育部信息化專家組成員、華東師范大學教授顧小清的總結，當前教育教學創新應用的重點和難點在于，如何使智能分析決策服務超越教師的經驗定式，通過數據智能分析幫助教師看到日常現象背后的教育教學規律；如何突破智能算法“黑箱”，構建具有可解釋性、更切合各類教育場景和業務的教育分析決策模型；如何提供更加契合教育教學各類場景和個性化需求的服務，實現教師“人機協同”的教學模式創新，使教師向設計者與決策者身份轉變。

在姜開達看來，高校有著得天獨厚的智力資源，源源不斷的產出信息化人才和網絡安全人才，應該讓最優秀的人才全面參與進教育信息化建設，避免“守著金山討飯吃”。比如可通過培養信息化專業技術核心隊伍、在業務部門設立信息化專員等多種形式，形成多元化的信息化人員隊伍體系。也可結合創新創業，鼓勵高校優秀信息化團隊和網絡安全團隊先行先試，做大做強，能力輻射戰線。抑或探索建立與市場環境相適應的信息化人才特殊薪酬待遇體系和職稱評審體系，增強高校對高層次信息化人才的吸引力。

“新技術發展日新月異，而最新的技術往往意味著高成本、低成熟度，需要避免為了追求新技術而去創造偽應用，應該是為了滿足應用的需求，業務部門主導，信息化部門技術配合，選擇最合適、最穩健的技術來達到目標。”姜開達說。