李淑紅?孫曉琳?楊菁?多朵

摘要：隨著信息技術的迅速發(fā)展，高校圖書館正面臨從傳統(tǒng)服務模式向智慧服務模式轉型的挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生作為一種新興的技術手段，在許多行業(yè)領域內已經(jīng)顯現(xiàn)出其巨大的潛力和價值。基于此，現(xiàn)針對圖書館在學科服務中存在的問題，提出基于數(shù)字孿生技術構建學科服務體系和數(shù)字孿生學科服務模型，探討數(shù)字孿生技術在高校圖書館學科服務中的應用，同時從基礎設施建設、數(shù)據(jù)整合與管理、知識管理與服務、用戶體驗設計四個方面闡述實現(xiàn)數(shù)字孿生在學科服務中的實施策略，旨在為高校圖書館提供更加準確、高效與個性化的學科服務。

新時期，國家在教育領域作出了巨大改革，尤其是在高等教育領域，習近平總書記在主持中共中央政治局第五次集體學習時強調，“建設教育強國，龍頭是高等教育。要把加快建設中國特色、世界一流的大學和優(yōu)勢學科作為重中之重，大力加強基礎學科、新興學科、交叉學科建設，瞄準世界科技前沿和國家重大戰(zhàn)略需求推進科研創(chuàng)新，不斷提升原始創(chuàng)新能力和人才培養(yǎng)質量”[1]。由此可見，高等學校的學科建設直接關乎人才培養(yǎng)的質量和社會服務的能力，推動學科建設是高等學校履行職能的最基本體現(xiàn)。圖書館作為高校知識交流、學術研究、信息素養(yǎng)培訓和文化建設的重要基地，對于推動學校全方位學科建設具有不可替代的作用。學科服務作為高校圖書館面向不同學科師生的一個綜合性平臺，正逐步從以藏書為中心的理念向以用戶為中心的理念方向轉變，但也在數(shù)字化轉型、信息素養(yǎng)、個性化服務、學科整合與跨學科服務、專業(yè)人才培養(yǎng)、空間優(yōu)化等領域面臨巨大的挑戰(zhàn)。

隨著高校教育模式的轉變和數(shù)字化技術的發(fā)展，以數(shù)字孿生為代表的技術為高校圖書館學科服務的創(chuàng)新提供了新的思路和方法。數(shù)字孿生技術是一種通過創(chuàng)建物理實體的虛擬副本以模擬、預測和優(yōu)化物理實體在現(xiàn)實世界中的行為和性能的技術。在高校智慧圖書館領域，2020年，趙藝揚[2]基于數(shù)字孿生技術提出了新型智慧化圖書館的建設思路，探析了數(shù)字孿生圖書館的運行機制，確定了運行策略。2021年，牛青[3]針對目前圖書館的現(xiàn)狀，從個性化服務、全方位管理等角度提出了數(shù)字孿生與圖書館運行的融合機制。2022年，呂豐華，姜繼紅等[4]運用數(shù)字孿生技術優(yōu)化了讀者借閱服務、精準服務，提高了館藏資源利用率，王家玲，王偉赟[5]也通過研究數(shù)字孿生構建了圖書館精準服務體系。2023年，李淑紅，孫曉琳等[6]從數(shù)字孿生角度提出了智慧圖書館建設的理論模式，重點分析了圖書館的決策模式。

在高校圖書館領域，數(shù)字孿生技術在智慧圖書館建設中起著不可估量的作用，這意味著可以創(chuàng)造一個虛擬的圖書館學科服務環(huán)境，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置和服務的個性化設計，對于推動學科建設與發(fā)展具有極其重要的意義。本文立足于新時期高等教育快速發(fā)展的背景，研究分析數(shù)字孿生技術在高校圖書館學科服務模式中的應用策略。

數(shù)字孿生技術概述

數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生（Digital Twin）是一種虛擬模型技術[7]，以數(shù)字化的形式創(chuàng)建了一個物理實體的多維度、多空間、多尺度、多學科的動態(tài)虛擬模型，通過虛擬模型刻畫和仿真現(xiàn)實物理實體的性能、狀態(tài)和動態(tài)行為。簡單來說，數(shù)字孿生就是將真實世界中的物體、過程或系統(tǒng)與其數(shù)字復制品連接起來，允許我們對物理實體進行分析、測試和優(yōu)化，而不會影響實際的物體或系統(tǒng)。這個概念最早由美國密歇根大學Michael Grieves教授提出[8]，初期主要應用于飛機零件的生命周期管理，主要包括工藝流程的改進、生產效率與質量的提高方面。近年來，它被廣泛應用于智慧城市建設、衛(wèi)星空間通信、制造車間、車輛船舶、智慧物流、醫(yī)療健康等多個領域。

數(shù)字孿生的關鍵技術

數(shù)字孿生技術之所以能夠精確地反映物理實體的狀態(tài)、行為和過程，主要依賴于一系列先進技術的融合系統(tǒng)，其中，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、云計算和人工智能技術（AI）是實現(xiàn)數(shù)字孿生的關鍵技術。物聯(lián)網(wǎng)技術通過互聯(lián)網(wǎng)將各種信息傳感設備和網(wǎng)絡相連接起來，利用嵌入在物理對象中的各種傳感器，收集環(huán)境中的設備參數(shù)、狀態(tài)及操作參數(shù)，還可以接收控制指令，實現(xiàn)對物理實體的遠程操控。云計算主要提供了強大的計算資源和存儲能力，保證了數(shù)據(jù)的長期可訪問和安全性，同時可以快速地處理并分析收集到的數(shù)據(jù)，允許用戶在世界各地都能訪問數(shù)字孿生模型。人工智能技術主要用于智能化的分析和決策輔助，通過機器學習算法從歷史數(shù)據(jù)中學習并識別出特定的行為模式，預測設備的未來行為并提出優(yōu)化的建議，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化決策和物理實體的實時響應。

高校圖書館學科服務的現(xiàn)狀

當前高校圖書館在學科服務中主要提供文獻檢索、索引編制、學科指導、數(shù)據(jù)庫電子資源等服務，盡管學科服務具備了一定的發(fā)展規(guī)模，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能技術的發(fā)展，在高等教育學科發(fā)展中已經(jīng)出現(xiàn)了諸多問題。安徽建筑大學圖書館林贊聲，馬潔[9]以安徽15所高校圖書館為調查對象，在學科館員、學科服務及平臺建設方面對圖書館學科服務進行了梳理；黑龍江省黑河學院圖書館馬春花[10]對當前圖書館的資源建設和學科服務進行了分析，指出了學科服務過程中的不足之處；長沙理工大學鄧婕從非雙一流高校圖書館發(fā)展的角度分析了學科服務的內容及現(xiàn)狀，并提出將學科服務嵌入各個服務窗口的機制。綜上分析，目前學科服務主要存在服務學科不夠全面、信息素養(yǎng)教育落后、學科館員嚴重匱乏、資源整合能力有限、個性化服務不足等情況。

筆者以新疆理工學院各學科建設為例，通過知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫分析了2020年以來以新疆理工學院為第一單位的作者發(fā)表論文（如圖1所示）。根據(jù)圖1可知，發(fā)表論文各類學科情況為：高等教育215篇，占總比37.33%；農業(yè)經(jīng)濟62篇，占總比10.76%；計算機軟件及應用61篇，占總比10.59%；輕工業(yè)手工業(yè)36篇，占總比6.25%；體育36篇，占總比6.25%；有機化工33篇，占總比5.73%；旅游32篇，占總比5.56%；環(huán)境科學與資源利用31篇，占總比5.38%；中國語言文字27篇，占總比4.69%；貿易經(jīng)濟26篇，占總比4.51%。新疆理工學院學科建設以工為主，理、工、經(jīng)、管、文、法多學科交叉融合發(fā)展，通過以上數(shù)據(jù)可以在一定程度上反映當前學科發(fā)展的一個趨勢，在高等教育這一方面發(fā)展相對較好，但是與理工類的學科發(fā)展相比仍存在一定的差距。對此，圖書館在學科服務中可以采取一系列促進措施，了解讀者及院部師生的多樣化需求，充分促進資源、團隊、管理等的融合發(fā)展。

基于數(shù)字孿生的學科服務模式

數(shù)字孿生在學科服務中的應用

通過構建學科服務的數(shù)字孿生模型，精準實現(xiàn)不同用戶的多樣化需求，明確學科服務的發(fā)展目標，使物理圖書館與虛擬圖書館學科服務體系更加完善。根據(jù)筆者前期研究的數(shù)字孿生圖書館五維框架模型[11]，以用戶為中心，構建數(shù)字孿生學科服務應用體系（如圖2所示）。

數(shù)字孿生學科服務應用體系主要由學科服務孿生體與終端用戶組成，而學科服務孿生體主要包括數(shù)字孿生圖書館和學科服務平臺，終端用戶包括院部機構、師生用戶、學科館員。其中，數(shù)字孿生圖書館為學科服務體系提供基礎資源，主要由物理圖書館與虛擬圖書館交互而成，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算將物理實體、虛擬實體、孿生數(shù)據(jù)相融合，是整個學科服務體系運行決策的大動脈。

學科服務平臺是通過龐大的數(shù)據(jù)信息和先進的人工智能算法模擬實現(xiàn)的，主要涉及數(shù)據(jù)信息的儲存與處理，這些數(shù)據(jù)用來教授人工智能算法如何識別模式和預測，目前較為成熟的算法有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡、長短期記憶網(wǎng)絡以及生成對抗網(wǎng)絡，其平臺通過這些算法的訓練，實現(xiàn)學科服務體系的智慧分析、智慧決策、智慧管理以及智慧服務。

終端用戶院部機構是承載學科發(fā)展的一線教學單位，在這一過程中，服務平臺主要應用于教育教學，通過創(chuàng)建精確的實驗室設備和實驗過程虛擬模型，讓學生完成風險指數(shù)較高的科學實驗，避免人身安全受到傷害。通過數(shù)字孿生技術指導學生遠程實現(xiàn)復雜的操作和流程，提供全面的學習資源。也可以在醫(yī)學領域使用數(shù)字孿生技術進行手術模擬，幫助學生在安全的環(huán)境中磨練技能。師生用戶不僅是學科服務的接受者，同時也是學科服務的反饋者，可以利用數(shù)字孿生平臺模擬復雜的物理系統(tǒng)或產品性能，評估優(yōu)化解決現(xiàn)實生活中的技術難題。通過師生用戶的學習、研究和興趣需要，充實學科服務需求的方向和內容，師生用戶在使用服務過程中產生的反饋，是學科服務持續(xù)改進和創(chuàng)新的關鍵。而在整個學科體系服務中，學科館員具有非常關鍵的作用和地位，他們是連接圖書館資源與用戶（如學生、教師和研究人員）的橋梁，同時也是推動圖書館服務創(chuàng)新和學科知識發(fā)展的重要力量。在其應用體系中，學科館員應具有資源開發(fā)與管理、信息素養(yǎng)教育、學術交流與合作、參考咨詢以及個性化服務的基本技能，確保服務體系的正常運行及各院部機構的交流合作，以更好地支持教學和研究的共同發(fā)展。

數(shù)字孿生在學科服務中的實施策略

為了有效實施基于數(shù)字孿生的學科服務，根據(jù)數(shù)字孿生技術標準體系[12]，圖書館需要結合高校辦學特色和辦學條件，從基礎設施建設、數(shù)據(jù)整合與管理、知識管理與服務、用戶體驗設計等方面進行合理部署與規(guī)劃。

1.基礎設施建設

構建數(shù)字孿生的學科服務體系需要具備跨學科的知識，涉及信息技術、網(wǎng)絡安全、機械工程、軟件開發(fā)等領域的專業(yè)能力。同時，還需要考慮規(guī)模經(jīng)濟。例如，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備、傳感器、計算機設備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信設備、數(shù)據(jù)儲存管理設備、數(shù)據(jù)處理分析平臺、可視化工具等。

2.數(shù)據(jù)整合與管理

組織和整合不同來源的圖書館資源數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常來源于傳感器、設備日志、操作系統(tǒng)、業(yè)務系統(tǒng)等。確保數(shù)據(jù)的準確性和實時更新以支持后續(xù)的分析和決策，使數(shù)據(jù)孿生成為可能。同時，對于多樣化數(shù)據(jù)要進行數(shù)據(jù)標準化和清洗，排除那些錯誤的、重復的或不完整的信息，確保不同源的數(shù)據(jù)格式、度量單位和時間戳能多元融合。

3.知識管理與服務

為有效管理和利用學科知識資源，滿足各類用戶的學習和研究需求，圖書館學科館員要具備數(shù)據(jù)收集與整理、信息檢索與分析、使用現(xiàn)代技術手段、用戶培訓與教育、咨詢與決策等能力，這就需要圖書館人員加強對知識和技術的不間斷學習。

4.用戶體驗設計

用戶體驗設計是整個數(shù)字孿生學科服務體系平穩(wěn)運行的關鍵，需要開發(fā)高度個性化、互動性強、界面友好的產品和服務，可以通過用戶行為和偏好實時調整界面和交互方式、實時反饋循環(huán)設計，構建不同用戶場景，提供更加個性化的用戶體驗。同時，增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）的集成能夠幫助用戶更加直觀地了解和使用產品或服務。在設計中引入數(shù)據(jù)保護措施，確保用戶數(shù)據(jù)的安全。

數(shù)字孿生技術為高校圖書館的學科服務提供了一種新的發(fā)展方向。本文通過分析數(shù)字孿生技術的特點和高校學科服務發(fā)展的現(xiàn)狀，探索性地提出構建學科服務的數(shù)字孿生模型，主要由學科服務孿生體與終端用戶組成，詳細地闡述了兩部分應用體系的特點，能夠為圖書館提供更加精確和個性化的服務，在提高資源利用效率的同時也能夠促進圖書館服務的創(chuàng)新。最后，從基礎設施建設、數(shù)據(jù)整合與管理、知識管理與服務、用戶體驗設計四方面提出了實現(xiàn)數(shù)字孿生在學科服務過程中的實施策略。隨著本研究技術的進步和應用實踐的深入，基于數(shù)字孿生的高校圖書館學科服務將展現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景，為新型智慧化圖書館建設提供一定的新思路。

本文系新疆高校圖工委科研項目資助，項目名稱：基于數(shù)字孿生技術的圖書館服務模式研究，課題編號：TGW-20231201；項目名稱：高校圖書館知識服務評價與優(yōu)化研究，課題編號：TGW-20222404。

（作者單位：新疆理工學院圖書館）

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