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摘要：技术创新是解决当前我国数字教育服务的产业发展中资源、技术、标准等方面问题的有效途径，针对其产业技术创新过程的复杂性和动态性特点，该文提出基于系统动力学的数字教育服务产业技术创新路线图研制新思路。首先从产业自身发展、市场需求驱动和教育技术突变来说明制定数字教育产业技术路线图的动因；其次，分析了传统技术路线图制定方法应用于数字教育服务产业中的不足，提出了基于系统动力学的数字教育服务产业技术路线图研制方法，并设计了其研制流程；接着，从准备工作、分析、绘制和更新来研究数字教育服务产业技术路线图的研制过程，从市场需求、产业目标、技术壁垒和研发需求来分析技术路线图，建立数字教育服务产业技术创新因果关系图，构建数字教育服务产业技术创新的系统动力学模型，在此基础上，绘制了产业技术路线图，并提出了其更新机制；最后给出了数字教育服务产业技术路线图的实施建议。
关键词：数字教育服务产业；技术创新；因果关系；系统动力学；技术路线图
国家教育事业发展“十三五”规划提出要利用大数据技术开展对教育教学活动和学生行为数据的收集、分析和反馈，为推动个性化学习和针对性教学提供支持；《国家中长期教育改革和发展规划纲要》提出要尊重教育规律和学生身心发展规律，为每个学生提供适合的教育；教育信息化十年发展规划（2011-2020年）提出要努力为每一名学生和学习者提供个性化学习、终身学习的信息化环境和服务，这些内容均体现了“学生主体地位的确立、为每一名学生提供适合的教育、个性化学习成就人才”的教育理念得到普遍认可，而这种适合教育和个性化学习需要个性化学习环境和服务的支持，它是由硬件、软件与工具、内容资源等多方面综合构成的有机系统，数字教育及其服务产业正是在这样的背景下产生并发展起来。
数字教育服务是在以数字资源为载体的信息化教学环境下，为弥补教学中不能有效兼顾到学生个性化学习需要的不足，通过基于在线学习方式向学生提供各种学习辅助资源、自我测评与诊断以及个性化辅导，主要服务包括课程资源、题库资源、学习测评、错题管理、学习诊断、个性化推送、针对性辅导等。借助这些服务，能够实现优质数字教学资源共享、帮助学生获得适切的学习资源和服务以及发现学生在特定领域中的认知缺失并进行个性化补救，为学生提供精准教育。对国内典型数字教育服务网站如北京101网校、学而思网校、梦想学堂、小猿搜题、清华学堂在线、沪江网、网易云课堂、一起作业网等进行深入调查，并与国外典型数字教育服务网站如弗罗里达虚拟学校、French夫人的技术进入基础教育课堂网站、可汗学院、e-Learning for Kids、Coursera、Knewton Platform等对比分析，得知当前我国数字教育服务主要存在内容资源的覆盖不全和技术兼容性较差、个性化认知诊断测评和互动功能不足、教育利益相关者参与度不够以及相关支持政策缺失等问题。
为从根源上解决这些问题，需要从产业发展的层面进行系统化分析数字教育服务产业，当前数字教育服务产业主要是缺少对数字教育服务产业链进行合理的规划与设计；产业链上各主体对自身定位不够准确；主体之间的职责分工不够清晰以及对关键技术研发缺少必要的沟通和有效的合作等方面共同造成的。为此，将产业技术路线图引入到数字教育服务产业的发展规划之中，通过时间顺序系统地描述数字教育服务的技术、产品和产业的发展过程，识别关键技术并确定其研发优先次序。一方面，能够充分发挥教育利益相关者的集体智慧，加快数字教育服务产业技术研究成果的转化；另一方面，也能通过产、学、研和用的紧密合作来充分开发、整合和利用产业链上各主体的优势，丰富数字教育服务内容资源，研制数字教育服务内容的技术标准解决资源兼容性；完善和优化数字教育服务产业的产品功能，促使教育各利益相关者形成有效联动，推动数字教育服务产业的产品结构升级，最大程度上满足学生个性化和自主学习需要，从而促进数字教育服务行业稳步、有序和持续地发展。
（一）动因分析
从当前国内数字教育服务产业技术发展的特点来看，技术研發尤其是一些关键技术如情景识别、环境感知、用户画像、大数据与学习分析、认知诊断、智能推荐等的投入是很大的，如果在数字教育服务产业发展过程中缺少一张完整的、清晰的技术路线图，很容易导致产业技术创新和产业市场需求之间严重脱节。以下将从产业自身发展、市场需求驱动和教育技术突变来分析制定数字教育服务产业技术路线图的动因。
1.产业自身发展
教育新技术的日新月异使得数字教育服务产业创新速度明显加快，产业发展过程中的决策不够科学和合理、投入的效率较低和风险较大、技术研发成果转化较慢、资源的开发、整合和利用不够充分、产学研用合作程度不够紧密等问题都会不断涌现，而技术路线图能够为这些问题的解决指明方向和提供指导，能提高数字教育服务的产业技术创新和产品竞争力，尽最大可能满足教育利益相关者需求，缩小数字教育服务产业供需之间的矛盾。
2.市场需求驱动
技术路线图是从市场用户的角度对数字教育服务产业潜在需求为起点，分析产业发展的技术并确定研发重点，找出其中的关键核心技术，明确数字教育服务产业链上各主体的研发任务和各自分工；同时能解决产学研用之间各自为政的现象，避免重复研发导致有限的资源重复投入到不重要的技术上。此外，相关教育机构通过参与数字教育服务产业技术路线图的研制，能够明确未来产业发展中的关键技术及开发途径，确定研发投资的重点，弥补其技术力量的缺陷，巩固其在产业链上的地位和利益。
3.教育技术突变
数字教育服务产业涉及的技术主要有资源内容加工规范与技术标准（新媒体技术、虚拟/仿真技术等）、软硬集成环境技术（物联网技术、VR/AR、可穿戴技术、智能终端、移动学习、云计算等）、过程记录与分析技术（大数据技术、学习分析、认知诊断、用户画像等）和个性化服务推送技术（智能推荐、信息可视化等）等，这些技术的发展会对数字教育服务产业带来重大变革，需要不断地创新产业服务新模式。通过技术路线图能对新技术可能出现的时间、影响以及对已有技术的替代程度做出较为准确预测，从而有计划进行产业资源配置，则能在很大程度上避免由于新技术突变对数字教育服务产业发展带来的弊端。 （二）制定流程
技术路线图作为一种产业战略集成规划方法，已在美国、日本、欧洲等发达国家和地区得到广泛应用；近年来，国家层面和上海、广东、重庆等省市都将这一新兴管理工具应用在低碳产业、生物制药产业、软件和信息服务产业、电动汽车产业、农业装备产业等的技术规划。然而，虽然技术路线图已经逐渐被广泛地运用，但若将其应用于数字教育服务产业技术规划时，传统的以德尔斐法、调查研究法、情景分析法等为主的技术路线图制定方法主要关注对产业技术发展方向和相关资源的支持，不能较好地处理产业技术创新中的复杂性和动态性的问题，而数字教育服务产业是为学生学习提供辅助支持的新型服务产业，服务学生的数量大，提供服务的主体多，涉及的技术类型丰富，再加上新技术在教育中的应用日新月异，这些都使得数字教育服务产业技术创新具有较强的复杂性和动态性，传统的方法难以满足数字教育服务产业技术创新的需求。
而系统动力学（System Dynamics，SD）是一门研究系统反馈结构与行为的科学，它是由美国麻省理工斯隆管理学院福瑞斯特（Jay w.Forrester）教授于1956年创立的，后来被广泛地应用于解决各类系统问题，在复杂系统的分析、决策和预测中具有重要作用。数字教育服务产业技术创新是一个复杂系统，它不仅包括产业服务模式的创新，还包括资源内容加工规范与技术标准、软硬集成环境技术、过程记录与分析技术、个性化服务推送技术等技术研发，同时，它也是从产业的技术创新投入到实现产业效益的一个完整的动态过程。若将系统动力学方法引入到数字教育服务产业技术路线图的研制，则能为研制者提供系统性思考框架，也能及时监测到数字教育服务产业的技术创新随时间变化的行为发展趋势和产业目标需求之间的动态关系，为技术路线图的制定与更新提供决策支持。
基于系统动力学的数字教育服务产业技术路线图研制流程如图1所示，整个研制过程分为准备、分析、绘制和更新四阶段。其中，在准备阶段，围绕获得数字教育服务产业联盟的支持、成立领导委员会和签订保密协议来展开工作，主要采用德尔斐法和调查研究法等；在分析阶段，主要工作包括分析数字教育服务的产业市场需求、产业目标、技术壁垒和难点以及研发需求，主要运用调查研究法、头脑风暴法、SWOT分析法和情景分析法等；在绘制阶段，主要工作是围绕数字教育服务产业技术路线图的绘制而展开，利用系统动力学方法分析数字教育服务产业技术创新的因果关系，建立其系统动力学模型，通过对模型的模拟预测为技术路线图绘制提供支持；在修正更新阶段，主要围绕着技术路线图的如何更新而开展工作，采用系统动力学的方法对产业技术创新系统模拟预测，结果能够为技术路线图更新提供依据。
同时，绘制数字教育服務产业技术路线图需投入大量的资金和时间，需要协调产业内部、与其他产业以及和教育行政主管部门、相关组织等之间的关系，借鉴美国和加拿大制定产业技术路线图时成立领导委员会经验，先成立数字教育服务产业技术路线图制定领导委员会，主要成员包括教育技术专家、企业专家、信息技术专家、教育管理专家、教育经济专家、教育政策专家、教育利益相关者以及数字教育服务产业链的主体代表等。它主要负责组建技术、市场、执行和后勤等工作团队，这些团队分别负责数字教育服务产业技术路线图研制的具体工作。此外，在技术路线图的研制过程中，参与者将会对具有知识产权的竞争性前沿技术开展较为深入地讨论，若没有签订保密协议，技术的拥有者不会公布技术的内容，否则整个数字教育服务产业技术路线图的研制工作将难以继续下去。因此，需要在产业链的各主体、参与者、教育主管行政部门和相关组织等之间签订保密协议，这也是保证数字教育服务产业技术路线图研制成功的首要条件。
（二）分析工作
1.市场需求
准确把握市场需求是制定数字教育服务产业技术路线图的第一步，产业市场需求是指在顾客在特定的地区、时间、市场营销环境和市场营销计划下对数字教育服务愿意且能够购买的数量总和。数字教育服务本质是为学生课内外的学习提供支持，市场用户主要是中小学生，但是学科教师、家长、学校管理者和各级教育行政管理部门等教育利益相关者都会对学生的购买意愿产生很大影响，尤其是我国目前仍是以应试教育为主的体制下，学生购买数字教育的产品或服务来支持自我复习巩固、自我认知诊断和自我补救学习的意愿很强烈，我国中小学生数量高达约2亿；与此同时，国内经济快速发展使得家庭用于教育支出的不断提高成为可能，家长有能力购买数字教育服务的比例不断提升。可见，我国数字教育服务产业的市场现实需求和潜在需要是巨大的。同时，为了让数字教育服务更无缝地对接学生的真实需求，采用SWOT（Strengths，Weakness，Opportunities，Threats，SWOT）分析方法对当前我国数字教育服务产业的优势、劣势、机会和威胁进行分析，为更好地指导数字教育服务产业提供的服务满足学生的真实需要提供依据，如图3所示。
数字教育服务产业涉及的主要技术包括资源内容建设规范、资源加工技术标准、平台研发技术标准、虚拟/增加现实技术、可穿戴设备技术、大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术、人工智能技术、智能终端技术、云计算技术、移动学习技术和计算机通讯网络技术等，针对这些主要技术，可根据技术的重要度和实现度两个指标进行聚类分析，将数字教育服务产业技术分为四类：第一类是优先发展型技术，该类技术的重要度和实现度都比较高，如资源建设内容规范、资源加工技术标准、平台研发技术标准、智能终端技术、移动学习技术等，因而在当今和未来都是数字教育服务产业技术发展的方向和主流，需要优先发展。第二类是扶持发展型技术，该类技术重要度高，但可实现度低，如大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术、人工智能技术等，因而在短期内这些技术无法成为主流，但在将来很有可能成为主流技术，需对此类技术进行一定的扶持。第三类是自由发展型技术，这类技术的重要度低，但实现度高，如可穿戴设备技术、计算机通信网络技术等，因而在当前是发展的主流，该类技术无需任何扶持自身也会发展起来的。第四类是关注发展型技术，这类技术的重要度和实现度都比较低，如虚拟/增强现实技术、云计算技术等，有可能在当前和未来都不会是产业技术发展的主流，但却不能忽视不理，适当进行关注。由此可见，数字教育服务产业的技术壁垒和难点主要是来自扶持发展型的技术，但同时适当考虑优先发展型技术。
4.研发需求
根据数字教育服务产业的技术壁垒和难点，确定了产业的研发需求主要集中在扶持发展型技术，即虚拟/现实技术、大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术以及人工智能技术等，这些正是和当下教育信息化领域研究热点是非常吻合的；此外，研发需求还应适当考虑到优先发展型技术，即资源建设内容规范、资源加工技术标准、平台研发技术标准、智能终端技术和移动学习技术等，这些技术对于数字教育服务产业发展同样具有重要地积极作用。并通过对美国、欧盟等发达国家和地区的官方数据库和商业性专利数据库以及国内专利文献中与这些技术的相关专利数据进行检索、分析和整理，找出现实与目标之间的差距，以明确数字教育服务产业技术研发的具体需求。
同时，笔者所在的研究团队作为课题负责单位参与申报了国家重点研发计划项目“数字教育众筹众创的个性化服务平台研发与应用示范”，经过与清华大学、时代出版、中国新闻出版研究院、中兴通讯、人教社等10余家单位专家召开5次研讨会，进一步讨论了国内数字教育服务产业的技术体系如内容规范、技术标准、智能学习、智能終端、支撑技术等的研发现状，对这些体系中的虚拟/现实技术、大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术以及人工智能技术等的关键技术发展路径做出判断，可以选择自主研发、联合开发、引进再创新等的途径；对数字教育服务产业关键技术的实现程度在时间段上做出预测。在此基础上，通过对数字教育服务产业链上的企业、高校、研究机构等各创新主体的能力进行分析，以便准确找出具有承担这些关键技术研发工作的单位。
（一）数字教育服务产业技术创新系统因果关系分析
根据数字教育服务产业技术路线图分析工作阶段的多次研讨会所确定的产业目标、技术壁垒以及研发需求的结论，对数字教育服务产业技术创新内部各子系统各自行为和相互作用关系进行分析，建立了数字教育服务产业技术创新的因果关系图，如下页图5所示。数字教育服务产业技术创新因果关系分析是以产品技术含量、生态环保、资源内容、软硬集成环境、共性技术支撑共五方面的研发为主要线索。虽然从这五个方面考虑不能穷尽影响数字教育服务产业技术创新因果关系的所有因素，但这五个方面整体上涵盖了影响数字教育服务产业技术创新的主要因素，能够揭示出数字教育服务产业发展的主要技术壁垒和难点。
从下页图5看出，数字教育服务产业技术创新投入主要来源于企业投入、政府投入以及高校和研究所合作创新投入。数字教育服务产业技术创新因果关系图中共有五条反馈路径：以数字教育服务产品技术含量为例，反馈路径是数字教育服务产业技术创新投入—数字教育服务产品的技术含量—激字教育服务创新产品的技术附加值一数字教育服务市场的吻合度一数字教育服务产品的销售收益一数字教育服务产业的技术创新收益一数字教育服务产业技术创新投入，该回路是正反馈回路，主要是体现了在产业技术创新提高数字教育服务产业产品技术含量方面的研发投入来增加产业技术创新收益，从而会进一步增加产业技术投入，形成一个动态的自增过程。同样地，可以分析生态环保、资源内容、软硬集成环境和支撑技术的反馈路径，能够体现出在数字教育服务产业技术创新中提高数字教育服务产业生态环保、资源内容、软硬集成环境和支撑技术方面的研发投入来增加产业技术创新收益，进而进一步增加产业技术投入，最终形成一个动态的自增过程。
为了更好地反映数字教育服务产业技术创新投入与产业技术创新收益之间的动态关系，对资源投入子系统和市场环境子系统进行简化，将资源投入分为企业投入和政府投入两方面，对市场环境子系统不考虑营销成本等因素；对产业技术环境子系统而言，假设数字教育服务产业技术创新研发领域包含产品技术含量研发、生态环保研发、资源内容研发、软硬集成环境研发以及支撑技术研发。在上页图5中，数字教育服务的产业技术创新收入增加值和产业技术创新成本增加值为流入和流出变量，数字教育服务的产品技术含量研发投入、生态环保研发投入、资源内容研发投入、软硬集成环境研发投入、支撑技术研发投入、克服产品技术含量研发壁垒投入、克服生态环保研发壁垒投入、克服资源内容研发壁垒投入、克服软硬集成环境研发壁垒投入、新技术产品销售收入、降低产业物耗收入、资源内容标准化产业收入、软硬集成环境研发产业收入和支撑技术研发产业收入为中间变量和辅助变量。于是，能得到数字教育服务的产业技术创新投入增加额、产业技术创新收入增加值、产业技术创新成本增加值、产品技术含量/生态环保/资源内容/软硬集成环境/支撑技术的研发投入、克服产品技术含量/生态环保/资源内容/软硬集成环境/支撑技术的研发壁垒投入、新技术产品销售/降低物耗/资源内容标准化/软硬集成环境研发/支撑技术研发的产业收入。
其中，上页图6中的系数1到系数10是根据数字教育服务产业发展的具体数据，可以采用回归分析求得的。同时，数字教育服务产业技術创新的研发效果是需通过一段时间才能体现在产业技术创新收益上，因此在生态环保、资源内容、软硬集成环境以及支撑技术投入到产生收益要考虑滞后因素。
（一）数字教育服务产业技术路线图的绘制
根据数字教育服务产业发展的驱动力、产业发展的技术领域和主要技术，并结合前面对数字教育服务产业技术的聚类分析，绘制了我国数字教育服务产业技术路线图，如图7所示。该技术路线图由数字教育服务的产业发展的驱动力、关键技术实现的时间表、发展途径和共同愿景等要素组成。
（二）数字教育服务产业技术路线图的更新
数字教育服务产业技术路线图在制定完成之后需定期地进行更新一次，需要按照图1的制定流程重新进行分析，采用系统动力学方法对数字教育服务产业创新技术体系进行评价，通过构建数字教育服务产业技术创新系统动力学模型，建立产业技术创新的系统动力学方程，为技术路线图的更新提供依据。
定期对技术路线图的更新可以很好地反映教育技术进展和研究环境的变化，更新的时间间隔可为三年进行一次调整。在制定技术路线图的第一年，完成数字教育服务产业技术路线图的绘制之后，首先需要强调的是技术路线图的使用和实施，尤其是在制定数字教育服务产业技术路线图的人员内部进行讨论。在制定技术路线图的第二年，对于数字教育服务产业技术路线图讨论的工作重心应由内部人员转向外部众多的研发人员，包括与更广泛的企业界、高等院校和科研院所等的科研人员进行讨论和修正。第三年的工作重点是利用技术路线图方法以促进数字教育服务产业不同技术体系中技术的融合，使得产业发展具有可持续性。这种更新不仅可使制定的数字教育服务产业技术路线图具有更强的生命力，而且可加强和维系数字教育服务产业界、教育研究机构和教育行政主管部门之间的沟通。
（一）加快完善产业相关政策和机制
从国家层面上需加快完善数字教育服务产业中资源内容建设的相关政策，应以数字教育服务产业技术路线图为指导，以我国传统教育资源内容的出版与发行、评议与选用、定价与收费等相关法规与政策为指导，结合数字教育服务产业发展的特点，制定符合我国数字教育资源内容的出版与发行、评议与选用、定价与收费的相关法规与政策，并在这些法规与政策的引领下，建立数字教育服务产业创新模式，完善数字教育服务产业产品的众筹众创机制。
（二）尽快制定产业技术标准与规范
参照国外ISO/IEC、IMS、IEEE LTSC、ADL和AICC等标准和国内CELTS标准中相关部分内容，尽快研制符合我国数字教育服务产业发展的资源内容建设规范、内容加工技术标准和平台研发技术标准，主要包括数字教育服务内容资源的学习对象元数据、课程编列、内容包装、测试互操作、建设技术规范和元数据应用规范等和数字教育服务平台的系统架构及接口规范等，为不同的数字教育服务平台之间实现资源的共享和互操作提供支持。 （三）加大力度研发产业共性支撑技术
虽然我国数字教育服务产业取得迅速发展，形成了较大的产业规模，积累了较好的技术基础，但与数字教育服务产业愿景和发展目标还有一定的差距，体现在一些对产业发展的共性支撑技术上，主要包括大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术以及人工智能技术等。国内拥有众多高科技的教育技术公司和科研院所，但这些力量较为分散，因此，亟需以产业技术的联盟为主导，联合力量突破共性支撑技术，促进数字教育服务产业发展。
（四）提升产业产品技术含量
我国当前数字教育服务产业主要有以资源提供为主的、以智能评判为主的和以个性化辅导为主的三类产品，支持以提供资源为主的数字教育服务的技术相对比较成熟，市场上对这类产品的需求也是最为强烈，需要优先发展以提供资源为主的数字教育服务。同时，在相关的政策机制日益完善、标准规范逐渐形成和共性支撑技术取得突破的条件，要努力提升产业产品技术含量，积极发展以智能评判为主的数字教育产品，尤其是在人工智能技术不断在教育领域应用中新突破，为研发以个性化辅导为主的数字教育服务产品提供支持。
為从根源上解决我国数字教育服务当前存在资源、技术、标准和政策等方面问题，提出将技术路线图应用在我国数字教育服务产业的发展规划中，从产业的自身发展、市场需求驱动和教育技术突变来论证研制数字教育服务产业技术路线图的原因；分析了传统技术路线图制定采用的头脑风暴法、情景分析法和SWOT分析法，设计基于系统动力学的数字教育服务产业技术路线图的制定流程；从准备工作、分析、绘制和更新来研究数字教育服务产业技术路线图的制定过程，绘制了数字教育服务产业技术路线图，并建立了技术路线图的更新机制；最后从产业政策、技术规范、产品方向和技术研发等给出数字教育服务产业技术路线图的实施建议。后续将围绕如何利用技术路线图为实现数字教育服务产业技术创新资源的合理分配来开展研究工作，为教育行政主管部门、教育企业等对数字教育服务关键技术研发投入提供决策依据；并根据数字教育服务产业技术路线图，进一步研制资源类、智能评判类和个性化辅导类等核心产品的技术路线图，为产品技术创新资源的合理分配提供支持，有助于攻克数字教育服务产品关键技术，提高产品竞争力，缩小数字教育服务产品供给与市场需求之间的矛盾，推动数字教育服务产业的稳定、生态和可持续发展。
关键词：数字教育服务产业；技术创新；因果关系；系统动力学；技术路线图
一、引言
国家教育事业发展“十三五”规划提出要利用大数据技术开展对教育教学活动和学生行为数据的收集、分析和反馈，为推动个性化学习和针对性教学提供支持；《国家中长期教育改革和发展规划纲要》提出要尊重教育规律和学生身心发展规律，为每个学生提供适合的教育；教育信息化十年发展规划（2011-2020年）提出要努力为每一名学生和学习者提供个性化学习、终身学习的信息化环境和服务，这些内容均体现了“学生主体地位的确立、为每一名学生提供适合的教育、个性化学习成就人才”的教育理念得到普遍认可，而这种适合教育和个性化学习需要个性化学习环境和服务的支持，它是由硬件、软件与工具、内容资源等多方面综合构成的有机系统，数字教育及其服务产业正是在这样的背景下产生并发展起来。
数字教育服务是在以数字资源为载体的信息化教学环境下，为弥补教学中不能有效兼顾到学生个性化学习需要的不足，通过基于在线学习方式向学生提供各种学习辅助资源、自我测评与诊断以及个性化辅导，主要服务包括课程资源、题库资源、学习测评、错题管理、学习诊断、个性化推送、针对性辅导等。借助这些服务，能够实现优质数字教学资源共享、帮助学生获得适切的学习资源和服务以及发现学生在特定领域中的认知缺失并进行个性化补救，为学生提供精准教育。对国内典型数字教育服务网站如北京101网校、学而思网校、梦想学堂、小猿搜题、清华学堂在线、沪江网、网易云课堂、一起作业网等进行深入调查，并与国外典型数字教育服务网站如弗罗里达虚拟学校、French夫人的技术进入基础教育课堂网站、可汗学院、e-Learning for Kids、Coursera、Knewton Platform等对比分析，得知当前我国数字教育服务主要存在内容资源的覆盖不全和技术兼容性较差、个性化认知诊断测评和互动功能不足、教育利益相关者参与度不够以及相关支持政策缺失等问题。
为从根源上解决这些问题，需要从产业发展的层面进行系统化分析数字教育服务产业，当前数字教育服务产业主要是缺少对数字教育服务产业链进行合理的规划与设计；产业链上各主体对自身定位不够准确；主体之间的职责分工不够清晰以及对关键技术研发缺少必要的沟通和有效的合作等方面共同造成的。为此，将产业技术路线图引入到数字教育服务产业的发展规划之中，通过时间顺序系统地描述数字教育服务的技术、产品和产业的发展过程，识别关键技术并确定其研发优先次序。一方面，能够充分发挥教育利益相关者的集体智慧，加快数字教育服务产业技术研究成果的转化；另一方面，也能通过产、学、研和用的紧密合作来充分开发、整合和利用产业链上各主体的优势，丰富数字教育服务内容资源，研制数字教育服务内容的技术标准解决资源兼容性；完善和优化数字教育服务产业的产品功能，促使教育各利益相关者形成有效联动，推动数字教育服务产业的产品结构升级，最大程度上满足学生个性化和自主学习需要，从而促进数字教育服务行业稳步、有序和持续地发展。
二、制定数字教育服务产业技术路线图的动因与流程
（一）动因分析
从当前国内数字教育服务产业技术发展的特点来看，技术研發尤其是一些关键技术如情景识别、环境感知、用户画像、大数据与学习分析、认知诊断、智能推荐等的投入是很大的，如果在数字教育服务产业发展过程中缺少一张完整的、清晰的技术路线图，很容易导致产业技术创新和产业市场需求之间严重脱节。以下将从产业自身发展、市场需求驱动和教育技术突变来分析制定数字教育服务产业技术路线图的动因。
1.产业自身发展
教育新技术的日新月异使得数字教育服务产业创新速度明显加快，产业发展过程中的决策不够科学和合理、投入的效率较低和风险较大、技术研发成果转化较慢、资源的开发、整合和利用不够充分、产学研用合作程度不够紧密等问题都会不断涌现，而技术路线图能够为这些问题的解决指明方向和提供指导，能提高数字教育服务的产业技术创新和产品竞争力，尽最大可能满足教育利益相关者需求，缩小数字教育服务产业供需之间的矛盾。
2.市场需求驱动
技术路线图是从市场用户的角度对数字教育服务产业潜在需求为起点，分析产业发展的技术并确定研发重点，找出其中的关键核心技术，明确数字教育服务产业链上各主体的研发任务和各自分工；同时能解决产学研用之间各自为政的现象，避免重复研发导致有限的资源重复投入到不重要的技术上。此外，相关教育机构通过参与数字教育服务产业技术路线图的研制，能够明确未来产业发展中的关键技术及开发途径，确定研发投资的重点，弥补其技术力量的缺陷，巩固其在产业链上的地位和利益。
3.教育技术突变
数字教育服务产业涉及的技术主要有资源内容加工规范与技术标准（新媒体技术、虚拟/仿真技术等）、软硬集成环境技术（物联网技术、VR/AR、可穿戴技术、智能终端、移动学习、云计算等）、过程记录与分析技术（大数据技术、学习分析、认知诊断、用户画像等）和个性化服务推送技术（智能推荐、信息可视化等）等，这些技术的发展会对数字教育服务产业带来重大变革，需要不断地创新产业服务新模式。通过技术路线图能对新技术可能出现的时间、影响以及对已有技术的替代程度做出较为准确预测，从而有计划进行产业资源配置，则能在很大程度上避免由于新技术突变对数字教育服务产业发展带来的弊端。 （二）制定流程
技术路线图作为一种产业战略集成规划方法，已在美国、日本、欧洲等发达国家和地区得到广泛应用；近年来，国家层面和上海、广东、重庆等省市都将这一新兴管理工具应用在低碳产业、生物制药产业、软件和信息服务产业、电动汽车产业、农业装备产业等的技术规划。然而，虽然技术路线图已经逐渐被广泛地运用，但若将其应用于数字教育服务产业技术规划时，传统的以德尔斐法、调查研究法、情景分析法等为主的技术路线图制定方法主要关注对产业技术发展方向和相关资源的支持，不能较好地处理产业技术创新中的复杂性和动态性的问题，而数字教育服务产业是为学生学习提供辅助支持的新型服务产业，服务学生的数量大，提供服务的主体多，涉及的技术类型丰富，再加上新技术在教育中的应用日新月异，这些都使得数字教育服务产业技术创新具有较强的复杂性和动态性，传统的方法难以满足数字教育服务产业技术创新的需求。
而系统动力学（System Dynamics，SD）是一门研究系统反馈结构与行为的科学，它是由美国麻省理工斯隆管理学院福瑞斯特（Jay w.Forrester）教授于1956年创立的，后来被广泛地应用于解决各类系统问题，在复杂系统的分析、决策和预测中具有重要作用。数字教育服务产业技术创新是一个复杂系统，它不仅包括产业服务模式的创新，还包括资源内容加工规范与技术标准、软硬集成环境技术、过程记录与分析技术、个性化服务推送技术等技术研发，同时，它也是从产业的技术创新投入到实现产业效益的一个完整的动态过程。若将系统动力学方法引入到数字教育服务产业技术路线图的研制，则能为研制者提供系统性思考框架，也能及时监测到数字教育服务产业的技术创新随时间变化的行为发展趋势和产业目标需求之间的动态关系，为技术路线图的制定与更新提供决策支持。
基于系统动力学的数字教育服务产业技术路线图研制流程如图1所示，整个研制过程分为准备、分析、绘制和更新四阶段。其中，在准备阶段，围绕获得数字教育服务产业联盟的支持、成立领导委员会和签订保密协议来展开工作，主要采用德尔斐法和调查研究法等；在分析阶段，主要工作包括分析数字教育服务的产业市场需求、产业目标、技术壁垒和难点以及研发需求，主要运用调查研究法、头脑风暴法、SWOT分析法和情景分析法等；在绘制阶段，主要工作是围绕数字教育服务产业技术路线图的绘制而展开，利用系统动力学方法分析数字教育服务产业技术创新的因果关系，建立其系统动力学模型，通过对模型的模拟预测为技术路线图绘制提供支持；在修正更新阶段，主要围绕着技术路线图的如何更新而开展工作，采用系统动力学的方法对产业技术创新系统模拟预测，结果能够为技术路线图更新提供依据。
同时，绘制数字教育服務产业技术路线图需投入大量的资金和时间，需要协调产业内部、与其他产业以及和教育行政主管部门、相关组织等之间的关系，借鉴美国和加拿大制定产业技术路线图时成立领导委员会经验，先成立数字教育服务产业技术路线图制定领导委员会，主要成员包括教育技术专家、企业专家、信息技术专家、教育管理专家、教育经济专家、教育政策专家、教育利益相关者以及数字教育服务产业链的主体代表等。它主要负责组建技术、市场、执行和后勤等工作团队，这些团队分别负责数字教育服务产业技术路线图研制的具体工作。此外，在技术路线图的研制过程中，参与者将会对具有知识产权的竞争性前沿技术开展较为深入地讨论，若没有签订保密协议，技术的拥有者不会公布技术的内容，否则整个数字教育服务产业技术路线图的研制工作将难以继续下去。因此，需要在产业链的各主体、参与者、教育主管行政部门和相关组织等之间签订保密协议，这也是保证数字教育服务产业技术路线图研制成功的首要条件。
（二）分析工作
1.市场需求
准确把握市场需求是制定数字教育服务产业技术路线图的第一步，产业市场需求是指在顾客在特定的地区、时间、市场营销环境和市场营销计划下对数字教育服务愿意且能够购买的数量总和。数字教育服务本质是为学生课内外的学习提供支持，市场用户主要是中小学生，但是学科教师、家长、学校管理者和各级教育行政管理部门等教育利益相关者都会对学生的购买意愿产生很大影响，尤其是我国目前仍是以应试教育为主的体制下，学生购买数字教育的产品或服务来支持自我复习巩固、自我认知诊断和自我补救学习的意愿很强烈，我国中小学生数量高达约2亿；与此同时，国内经济快速发展使得家庭用于教育支出的不断提高成为可能，家长有能力购买数字教育服务的比例不断提升。可见，我国数字教育服务产业的市场现实需求和潜在需要是巨大的。同时，为了让数字教育服务更无缝地对接学生的真实需求，采用SWOT（Strengths，Weakness，Opportunities，Threats，SWOT）分析方法对当前我国数字教育服务产业的优势、劣势、机会和威胁进行分析，为更好地指导数字教育服务产业提供的服务满足学生的真实需要提供依据，如图3所示。
数字教育服务产业涉及的主要技术包括资源内容建设规范、资源加工技术标准、平台研发技术标准、虚拟/增加现实技术、可穿戴设备技术、大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术、人工智能技术、智能终端技术、云计算技术、移动学习技术和计算机通讯网络技术等，针对这些主要技术，可根据技术的重要度和实现度两个指标进行聚类分析，将数字教育服务产业技术分为四类：第一类是优先发展型技术，该类技术的重要度和实现度都比较高，如资源建设内容规范、资源加工技术标准、平台研发技术标准、智能终端技术、移动学习技术等，因而在当今和未来都是数字教育服务产业技术发展的方向和主流，需要优先发展。第二类是扶持发展型技术，该类技术重要度高，但可实现度低，如大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术、人工智能技术等，因而在短期内这些技术无法成为主流，但在将来很有可能成为主流技术，需对此类技术进行一定的扶持。第三类是自由发展型技术，这类技术的重要度低，但实现度高，如可穿戴设备技术、计算机通信网络技术等，因而在当前是发展的主流，该类技术无需任何扶持自身也会发展起来的。第四类是关注发展型技术，这类技术的重要度和实现度都比较低，如虚拟/增强现实技术、云计算技术等，有可能在当前和未来都不会是产业技术发展的主流，但却不能忽视不理，适当进行关注。由此可见，数字教育服务产业的技术壁垒和难点主要是来自扶持发展型的技术，但同时适当考虑优先发展型技术。
4.研发需求
根据数字教育服务产业的技术壁垒和难点，确定了产业的研发需求主要集中在扶持发展型技术，即虚拟/现实技术、大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术以及人工智能技术等，这些正是和当下教育信息化领域研究热点是非常吻合的；此外，研发需求还应适当考虑到优先发展型技术，即资源建设内容规范、资源加工技术标准、平台研发技术标准、智能终端技术和移动学习技术等，这些技术对于数字教育服务产业发展同样具有重要地积极作用。并通过对美国、欧盟等发达国家和地区的官方数据库和商业性专利数据库以及国内专利文献中与这些技术的相关专利数据进行检索、分析和整理，找出现实与目标之间的差距，以明确数字教育服务产业技术研发的具体需求。
同时，笔者所在的研究团队作为课题负责单位参与申报了国家重点研发计划项目“数字教育众筹众创的个性化服务平台研发与应用示范”，经过与清华大学、时代出版、中国新闻出版研究院、中兴通讯、人教社等10余家单位专家召开5次研讨会，进一步讨论了国内数字教育服务产业的技术体系如内容规范、技术标准、智能学习、智能終端、支撑技术等的研发现状，对这些体系中的虚拟/现实技术、大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术以及人工智能技术等的关键技术发展路径做出判断，可以选择自主研发、联合开发、引进再创新等的途径；对数字教育服务产业关键技术的实现程度在时间段上做出预测。在此基础上，通过对数字教育服务产业链上的企业、高校、研究机构等各创新主体的能力进行分析，以便准确找出具有承担这些关键技术研发工作的单位。
四、构建数字教育服务产业技术创新系统动力学模型
（一）数字教育服务产业技术创新系统因果关系分析
根据数字教育服务产业技术路线图分析工作阶段的多次研讨会所确定的产业目标、技术壁垒以及研发需求的结论，对数字教育服务产业技术创新内部各子系统各自行为和相互作用关系进行分析，建立了数字教育服务产业技术创新的因果关系图，如下页图5所示。数字教育服务产业技术创新因果关系分析是以产品技术含量、生态环保、资源内容、软硬集成环境、共性技术支撑共五方面的研发为主要线索。虽然从这五个方面考虑不能穷尽影响数字教育服务产业技术创新因果关系的所有因素，但这五个方面整体上涵盖了影响数字教育服务产业技术创新的主要因素，能够揭示出数字教育服务产业发展的主要技术壁垒和难点。
从下页图5看出，数字教育服务产业技术创新投入主要来源于企业投入、政府投入以及高校和研究所合作创新投入。数字教育服务产业技术创新因果关系图中共有五条反馈路径：以数字教育服务产品技术含量为例，反馈路径是数字教育服务产业技术创新投入—数字教育服务产品的技术含量—激字教育服务创新产品的技术附加值一数字教育服务市场的吻合度一数字教育服务产品的销售收益一数字教育服务产业的技术创新收益一数字教育服务产业技术创新投入，该回路是正反馈回路，主要是体现了在产业技术创新提高数字教育服务产业产品技术含量方面的研发投入来增加产业技术创新收益，从而会进一步增加产业技术投入，形成一个动态的自增过程。同样地，可以分析生态环保、资源内容、软硬集成环境和支撑技术的反馈路径，能够体现出在数字教育服务产业技术创新中提高数字教育服务产业生态环保、资源内容、软硬集成环境和支撑技术方面的研发投入来增加产业技术创新收益，进而进一步增加产业技术投入，最终形成一个动态的自增过程。
为了更好地反映数字教育服务产业技术创新投入与产业技术创新收益之间的动态关系，对资源投入子系统和市场环境子系统进行简化，将资源投入分为企业投入和政府投入两方面，对市场环境子系统不考虑营销成本等因素；对产业技术环境子系统而言，假设数字教育服务产业技术创新研发领域包含产品技术含量研发、生态环保研发、资源内容研发、软硬集成环境研发以及支撑技术研发。在上页图5中，数字教育服务的产业技术创新收入增加值和产业技术创新成本增加值为流入和流出变量，数字教育服务的产品技术含量研发投入、生态环保研发投入、资源内容研发投入、软硬集成环境研发投入、支撑技术研发投入、克服产品技术含量研发壁垒投入、克服生态环保研发壁垒投入、克服资源内容研发壁垒投入、克服软硬集成环境研发壁垒投入、新技术产品销售收入、降低产业物耗收入、资源内容标准化产业收入、软硬集成环境研发产业收入和支撑技术研发产业收入为中间变量和辅助变量。于是，能得到数字教育服务的产业技术创新投入增加额、产业技术创新收入增加值、产业技术创新成本增加值、产品技术含量/生态环保/资源内容/软硬集成环境/支撑技术的研发投入、克服产品技术含量/生态环保/资源内容/软硬集成环境/支撑技术的研发壁垒投入、新技术产品销售/降低物耗/资源内容标准化/软硬集成环境研发/支撑技术研发的产业收入。
其中，上页图6中的系数1到系数10是根据数字教育服务产业发展的具体数据，可以采用回归分析求得的。同时，数字教育服务产业技術创新的研发效果是需通过一段时间才能体现在产业技术创新收益上，因此在生态环保、资源内容、软硬集成环境以及支撑技术投入到产生收益要考虑滞后因素。
五、数字教育服务产业技术路线图的绘制与更新
（一）数字教育服务产业技术路线图的绘制
根据数字教育服务产业发展的驱动力、产业发展的技术领域和主要技术，并结合前面对数字教育服务产业技术的聚类分析，绘制了我国数字教育服务产业技术路线图，如图7所示。该技术路线图由数字教育服务的产业发展的驱动力、关键技术实现的时间表、发展途径和共同愿景等要素组成。
（二）数字教育服务产业技术路线图的更新
数字教育服务产业技术路线图在制定完成之后需定期地进行更新一次，需要按照图1的制定流程重新进行分析，采用系统动力学方法对数字教育服务产业创新技术体系进行评价，通过构建数字教育服务产业技术创新系统动力学模型，建立产业技术创新的系统动力学方程，为技术路线图的更新提供依据。
定期对技术路线图的更新可以很好地反映教育技术进展和研究环境的变化，更新的时间间隔可为三年进行一次调整。在制定技术路线图的第一年，完成数字教育服务产业技术路线图的绘制之后，首先需要强调的是技术路线图的使用和实施，尤其是在制定数字教育服务产业技术路线图的人员内部进行讨论。在制定技术路线图的第二年，对于数字教育服务产业技术路线图讨论的工作重心应由内部人员转向外部众多的研发人员，包括与更广泛的企业界、高等院校和科研院所等的科研人员进行讨论和修正。第三年的工作重点是利用技术路线图方法以促进数字教育服务产业不同技术体系中技术的融合，使得产业发展具有可持续性。这种更新不仅可使制定的数字教育服务产业技术路线图具有更强的生命力，而且可加强和维系数字教育服务产业界、教育研究机构和教育行政主管部门之间的沟通。
六、数字教育服务产业技术路线图的实施建议
（一）加快完善产业相关政策和机制
从国家层面上需加快完善数字教育服务产业中资源内容建设的相关政策，应以数字教育服务产业技术路线图为指导，以我国传统教育资源内容的出版与发行、评议与选用、定价与收费等相关法规与政策为指导，结合数字教育服务产业发展的特点，制定符合我国数字教育资源内容的出版与发行、评议与选用、定价与收费的相关法规与政策，并在这些法规与政策的引领下，建立数字教育服务产业创新模式，完善数字教育服务产业产品的众筹众创机制。
（二）尽快制定产业技术标准与规范
参照国外ISO/IEC、IMS、IEEE LTSC、ADL和AICC等标准和国内CELTS标准中相关部分内容，尽快研制符合我国数字教育服务产业发展的资源内容建设规范、内容加工技术标准和平台研发技术标准，主要包括数字教育服务内容资源的学习对象元数据、课程编列、内容包装、测试互操作、建设技术规范和元数据应用规范等和数字教育服务平台的系统架构及接口规范等，为不同的数字教育服务平台之间实现资源的共享和互操作提供支持。 （三）加大力度研发产业共性支撑技术
虽然我国数字教育服务产业取得迅速发展，形成了较大的产业规模，积累了较好的技术基础，但与数字教育服务产业愿景和发展目标还有一定的差距，体现在一些对产业发展的共性支撑技术上，主要包括大数据技术、学习分析技术、认知诊断技术以及人工智能技术等。国内拥有众多高科技的教育技术公司和科研院所，但这些力量较为分散，因此，亟需以产业技术的联盟为主导，联合力量突破共性支撑技术，促进数字教育服务产业发展。
（四）提升产业产品技术含量
我国当前数字教育服务产业主要有以资源提供为主的、以智能评判为主的和以个性化辅导为主的三类产品，支持以提供资源为主的数字教育服务的技术相对比较成熟，市场上对这类产品的需求也是最为强烈，需要优先发展以提供资源为主的数字教育服务。同时，在相关的政策机制日益完善、标准规范逐渐形成和共性支撑技术取得突破的条件，要努力提升产业产品技术含量，积极发展以智能评判为主的数字教育产品，尤其是在人工智能技术不断在教育领域应用中新突破，为研发以个性化辅导为主的数字教育服务产品提供支持。
七、总结
為从根源上解决我国数字教育服务当前存在资源、技术、标准和政策等方面问题，提出将技术路线图应用在我国数字教育服务产业的发展规划中，从产业的自身发展、市场需求驱动和教育技术突变来论证研制数字教育服务产业技术路线图的原因；分析了传统技术路线图制定采用的头脑风暴法、情景分析法和SWOT分析法，设计基于系统动力学的数字教育服务产业技术路线图的制定流程；从准备工作、分析、绘制和更新来研究数字教育服务产业技术路线图的制定过程，绘制了数字教育服务产业技术路线图，并建立了技术路线图的更新机制；最后从产业政策、技术规范、产品方向和技术研发等给出数字教育服务产业技术路线图的实施建议。后续将围绕如何利用技术路线图为实现数字教育服务产业技术创新资源的合理分配来开展研究工作，为教育行政主管部门、教育企业等对数字教育服务关键技术研发投入提供决策依据；并根据数字教育服务产业技术路线图，进一步研制资源类、智能评判类和个性化辅导类等核心产品的技术路线图，为产品技术创新资源的合理分配提供支持，有助于攻克数字教育服务产品关键技术，提高产品竞争力，缩小数字教育服务产品供给与市场需求之间的矛盾，推动数字教育服务产业的稳定、生态和可持续发展。