构建教育元宇宙“灵境河开”，引领河南开放大学数字化转型
河南开放大学
一、工作背景
党的二十大报告中指出，要推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国。随着5G、虚拟现实、云计算、大数据、人工智能、区块链等新技术的发展与应用,信息技术与教育教学的融合不断深入,教育发展也进入了数字化转型的新阶段。对于省域开放大学来说，利用5G技术搭建教育新基建，以及探索元宇宙重构教学新生态，成为我们解决传统在线教育沉浸感不足、交互体验感不强、远程实训效果不佳与校园文化建设难的有效契机。
2022年3月，本案例成功入选河南省数字化转型典型案例。该案例评选是河南省发改委贯彻省委“数字化转型战略”的重点工程。全省共有109个项目入选，在智慧教育领域，仅有7所高校获此殊荣。
二、工作举措
（一）聚焦在线教育痛点，做好数字化转型顶层设计
河南开放大学（以下简称“河开”）的教学模式以大规模在线教育为主，在教学上存在着资源形式单一、学生沉浸感不强、远程实训欠缺、大思政难以实现等痛点。河开数字化转型通过强化“一网一库一平台”顶层设计，聚焦教育元宇宙“灵境河开”建设，构建以教育新型基础设施为支撑，以数据中台、技术中台为核心，以数智治理为手段，以安全可信、可靠运维为保障，以虚拟校园、虚拟教研、虚拟实训、虚拟教师为应用场景的物理校园数字化映像网络环境。
（二）重塑开放大学体系，确立云网端一体技术路线
河南开放大学实施“省-市-县”三级体系办学，在数字化转型过程中存在教育基础设施难共享、线上实训教学难实施、远程VR难落地、跨区域教学难协同等多项难题。对此我们把握5G云化虚拟现实加速AR/VR终端普及的新方向，准确找到“云”“边”融合点，将学校的信息化基础设施调整成为“云网数端”一体化的新一代智能型技术架构。通过MEC边缘云、校园私有云、校外公有云多云协同，灵活分配算力，简化网络结构，降低建设成本，高性价比实现优质教育资源一点部署，全域覆盖。
（三）开发“灵境河开”场景，践行新理念引领行动策略
“跳出教育看教育、立足全局看教育、放眼长远看教育”，把创新摆在河开数字化转型的起点，主动对接我省元宇宙产业发展行动计划，在省内高校率先开展5G+教育元宇宙创新应用，建成“5G+云VR+虚实融合”的网络学习空间“灵境河开”。为教师、学生、管理者建立数字身份，对教学设备进行虚拟仿真，引入虚拟数字人教师，建设虚拟化实训基地。在创新理念引领下，虚拟校园数字迎新、虚拟交互教研室、远程异地协同实训、云上毕业典礼、开学第一课等突出河开特色的应用场景在教育元宇宙里得到逐一落地。
三、工作成效
（一）5G赋能，云网融合，建立“全省一张网”
适应河南开放大学“省-市-县”三级体系教学向大规模在线教育数字化转型要求，按照“全省一张网”整体思路，依托移动、联通、电信三家运营商，打造一张覆盖全省、人物融合（2B/2C融合组网）的5G创新实验网，与校园有线、无线网络统一规划，多网融合，实现校园网广域接入和全省多校联动。
1.全省开放大学体系驶入5G快车道
河南开放大学的办学模式、办学类型、办学体系相对普通高校要复杂得多，学历教育与非学历教育并举、全日制教育与非全日制教育并行。学校承担全省开放教育21.6万余人教学，承办省委组织部干部网络学院（覆盖全省18个地市（含济源示范区）、254家单位，年均培训50余万人次）。2013年挂牌“河南社区教育学院”，开展面向全省社区教育、老年教育工作。
河开建设5G创新实验网充分结合了开放大学、终身教育和成人教育强体系化的特殊形态，承上启下，发挥省级引领作用。实现对市、区县、乡镇/街道，村/社区五级体系进行数字化赋能，优化全省终身教育信息化框架和布局，带领下级体系机构共同实现数字化转型。
2.提供教育基础设施共建共享新思路
首先，通过5G+云化虚拟现实技术，把GPU算力放在MEC边缘云，使用5G推流，依托高速连接的5G虚拟专网，可以节省30%的GPU资源，显著降低硬件投资成本，实现了体系内教育基础设施共建共享。其次，打包了“平台+终端+网络”5G在线教育解决方案，建立了全省虚拟现实教学标准，很多问题不需要分部自己解决，线上实训教学难实施、VR难落地得到有效解决。我校以本案例为主体申报了工信部主办的“绽放杯”5G应用征集大赛，获得河南区域赛二等奖，排名第16名。教育领域仅有河南警察学院、我校、郑州大学入围，分获一二三等奖。
依托现有大规模在线教育网络基础设施，包括线上教学平台群、线下学习空间、教学资源库，基于元宇宙对学校现行在线教育模式进行时空再构。构建5G+元宇宙的全息生态学习空间，包括元宇宙数字校园、远程实训平台、虚拟仿真共享平台、5G+微播教室。通过数字孪生，将真实的校园和教学活动转换为三维虚拟空间及元宇宙教学场景。以省级工程研究中心为产学研用平台，带动产业链上下游，与运营商及国内虚拟现实、人工智能头部企业合作，打造“5G+在线教育元宇宙”一体化解决方案。
1.虚拟校园重塑教学环境
网络云空间是数字化转型的基本载体，而“灵境河开”迈出了省内高校在教育元宇宙落地的第一步。2023年春，我校把数字迎新拓展到虚拟校园，基于三维建模、Unreal实时交互引擎等数字技术，通过艺术化手段对龙子湖校区迎新场景进行生动复刻，书记和校长的“开学第一课”纳入元宇宙同步直播。实现了全省师生校友通过“灵境河开”进行深度参观和交流互动，打造了一个内容丰富、寓教于乐、丰富校园学习生活，又能够寄托校友情感的元宇宙空间。
2.虚拟教师重现双师协同
河开全省每年春秋两个学期选课人数均在20万人以上，日常教学中存在大量重复性、机械性的事务工作。学校依托省级工程研究中心和博士后工作站，与“人工智能产业国家队”科大讯飞合作，在全省高校中率先将虚拟教师引入教育教学。《数据结构》虚拟教师“河开开”已经服务了2021年秋季学期开放教育计算机科学与技术专业391人和2022年春季开放教育计算机科学与技术专业364人。在职业教育国家精品在线课程《云平台管理》中，“河开开”开始为教师主要业务的完成提供重要的辅助。在远程教学支持服务系统中，智能机器人与人工客服在同一窗口的无缝接续，2022年截至11月30日共接待处理全省学生远程咨询问题2196人次。
3.虚拟教研重申教学研训
学校于2021年入选教育部人工智能助推教师队伍建设试点单位，以此为契机我校成立了服务全省开大体系教师的“智慧教育虚拟教研室”。在网络教研空间基础上，学校紧贴教育部虚拟教研室相关要求，精心打造虚拟教研空间。以虚拟现实技术真实还原会议室、报告厅、阶梯教室等经典场景，满足全省各种规模的教研、学术探讨会议需求。突破了传统教研难组织、参与度低、偏离真实课堂等问题，有效降低研训成本。受训教师能随时随地加入研训场景或任务，在逼真的研修情境中直面教学过程中的真实问题，真正使教学研训成为常态化教学活动，促进教师专业发展。
4.虚拟实训重建教学设计
传统线上教学缺乏技能培养环境，复杂设备拆装需要学习小组协同操作完成，省校教师远程辅导各个实验小组往往力不从心。例如，机电学院王登峰老师的新能源汽车拆装实训，操作复杂需要3到4人协同配合，老师要远程指导多个学习小组，原有4G及无线Wifi均为区域性覆盖技术，无法满足跨区域教学远程、高速、稳定地传输需求。灵境河开的虚拟实训，通过5G+元宇宙赋能，让远端学习的距离感降到最低，实现身临其境的良好学习体验。学生在洛阳和南阳，王老师在郑州，在三维“沉浸式”虚拟空间，实现了远程多人异地协同做实训。
四、工作经验
数字化转型是一项系统工程，需要高校和企业协同创新，打造一个复杂的产学研用生态系统。对此，河南开放大学本着“多元协同、联合创新”的原则，通过共建、共享、共研形式调动各方生态力量。
一是，营造多元生态。联合省内数十家高职院校和生态企业发起“河南省人工智能职教集团”，建立成员多元、组织灵活的“互益生态圈”。
二是深化产教融合。通过校企合作共建元宇宙实验室，签订产教融合战略合作协议，紧紧贴合人才培养，以项目形式“以点带面”，以问题为导向，共同研发孵化落地适配在线教育核心应用场景的数字化产品，以此加深行业理解，增加成果沉淀。
三是强化科创引领。依托河南省远程教育人工智能技术及应用工程研究中心和博士后工作站，产学研协同创新，调动数字化和教育领域专家力量，在学术研究、政策解读、方案评点、经验总结等不同维度进行理论创新和实践研究，促进理论与实践的互相转化和循环发展。
