5G+遠程教學在醫(yī)學課程教學中的應用探索與思考

岳梅 張葉江

遠程教學是利用網絡技術、多媒體技術等現(xiàn)代信息技術手段開展起來的新型教育形式，具有開放性、延伸性、靈活性、管理性等特征。遠程教學在擴大教育規(guī)模、提高教育質量、增強辦學效益、建立終身教育體系等方面發(fā)揮著重要作用。正如高速公路是汽車的基礎設施一樣，通信網絡是遠程教學的基礎設施。2019年6 月6 日，工信部向中國移動等四家電信運營企業(yè)發(fā)放了5G 商用牌照，中國進入了5G 元年。當前，全國5G 網絡建設如火如荼，增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實（augmented reality/virtual reality，AR/VR）、4K/8K 視頻編碼等新技術也方興未艾。5G 技術作為基礎設施，將助力以遠程教學為代表的新型教學手段，深刻改變醫(yī)學課程教學模式。

1 當前遠程教學存在的問題

作為互聯(lián)網的誕生地，美國在1995 年就已有大學開展遠程教學活動，是全球最早開展遠程教學的國家。遠程教學與傳統(tǒng)教學模式不同，教學活動開展不受時間和空間的限制，能提升學生學習的積極性和主動性[1]。近年來遠程教學在我國醫(yī)學課程教學中的應用也蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了函授教學、電視教學、廣播教學、遠程網絡教學等形態(tài)。以網易公開課為代表的慕課（massive open online courses，MOOCs），匯集了來自清華、北大及哈佛、牛津、耶魯?shù)葒鴥韧忭敿饷５膬?yōu)質教學資源，取得了較好的社會效益。與此同時，醫(yī)學課程在進行遠程教學時，仍然存在諸多問題亟待解決，主要表現(xiàn)如下。

1.1 遠程教學師資欠缺，優(yōu)質教學資源匱乏

在高校遠程教學中，教學資源是一個核心問題[2]。醫(yī)學院校的教師是醫(yī)學課程教學資源的主要貢獻者。但是，目前熟諳遠程教學系統(tǒng)使用的教師不多，能自主開發(fā)遠程教學課件的老師欠缺，掌握遠程教學規(guī)律的就更是寥寥無幾。以至于在部分學校里，遠程教學的課程教材、教學方法都是原來的內容，遠程教學只是線下課堂的簡單直播或者錄播。錄制好的教學資源長期不更新，部分資源已經與當前最新的醫(yī)學實踐脫節(jié)。優(yōu)質教學資源已經成為醫(yī)學遠程教學的制約因素。與此同時，又出現(xiàn)各醫(yī)學院校遠程教學課程建設各自為政獨立開發(fā)，協(xié)同機制不足，資源共享困難。

1.2 師生教學互動不足，效果評價機制落后

以部分直播課程為例，教師授課完畢后，一般會安排答疑時間。但受限于直播時長，往往只有極少數(shù)學生有機會與教師進行溝通，而大部分學生即使有疑惑也無法當場獲得解答。遠程教學逐漸退化成了信息單向傳播的模式。這樣的學習方式師生互動嚴重不足，教師對學生的指導缺乏時效性，學習者缺乏過程性支持，進而對學生的學習積極性和學習質量造成不利影響[2]。遠程教學課程的學習效果評價機制落后，主要采用強制性的學習時長進行過程管理，以考試成績作為該門課程是否通過的最終依據(jù)。參加過網絡遠程學習的學生都知道，學習時長可以閉著眼刷，考試可以有多種方式作弊，遠程機考更是如此。最終的結果是遠程教學效果大打折扣。

1.3 課程內容以理論為主，實踐教學嚴重不足

眾所周知，傳統(tǒng)醫(yī)學課程由于課時有限，理論課往往占據(jù)大部分時間，而實踐課較少。遠程教學中，由于師生處于不同地理位置，部分錄播課程甚至連上課時間都是分離的，實踐教學課時安排就幾乎為零，加劇了實踐不足的現(xiàn)象。以超聲診斷學課程為例，超聲檢查的手法十分關鍵，但手法需要大量實踐才能掌握。由于時空差異，遠程教學的授課教師無法將學生組織在一起進行超聲診斷設備的實操培訓。由于缺乏操作手法的現(xiàn)場示范和指導，遠程教學課程成了枯燥的純理論教學，學了就忘已是常態(tài)?？荚嚨慕Y束往往意味著學習的結束，工作崗位的實際超聲診斷工作完全靠自己的悟性和責任心，出現(xiàn)誤診或漏診的情況時有發(fā)生，有可能會耽誤患者最佳治療時機，造成難以挽回的損失。

除此之外，傳統(tǒng)遠程教學往往需要建設遠程教學教室，或者要求學生自行配備電腦和網線，成本較高且使用不便，不符合當前用戶學習習慣。遠程教學受限于傳輸帶寬不足，經常會出現(xiàn)視頻卡頓、不清晰、音頻和視頻不同步的現(xiàn)象，學生感知較差。

2 5G 及相關技術特點分析

教學的實施過程本質上是信息的傳遞與交流的過程。因此，信息技術的發(fā)展與應用也會影響到教育的形態(tài)。當前，5G、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實（AR/VR）、4K/8K 視頻編碼等技術正快速發(fā)展，并加快應用落地。分析上述技術的優(yōu)勢和特征，有利于正確理解其應用場景。

2.1 5G 技術特點分析

5G（the fifth generation network）是指第五代移動通信網絡。5G 按傳輸速率、可靠性以及大規(guī)模連接三個方向可劃分增強型移動寬帶（enhanced mobile broadband，eMBB）、超高可靠低時延通信（ultra-reliable low latency communications，URLLC）、海量機器類通信（massive machine type communications，mMTC）三大應用場景。5G 采用了大規(guī)模天線（64T6R）、多發(fā)多收（missive MIMO）、超密組網等最新無線通信技術，覆蓋范圍比4G 網絡更廣，網絡可獲得性更強[3]。作為下一代移動通信網絡技術，5G 與4G 相比，其網絡性能將會有顯著提升。主要表現(xiàn)為：（1）eMBB 場景下，5G 下行理論峰值速率可達20 Gbps，上行峰值速率達10 Gbps，用戶速率可達100 Mbps～1 Gbps，能夠支持AR/VR 及4K/8K 等大帶寬業(yè)務。（2）URLLC 場景下，5G 網絡用戶面?zhèn)鬏敃r延可降低到毫秒量級[4]，可滿足遠程會診、遠程手術等對傳輸時延和可靠性要求極高的業(yè)務需求。（3）mMTC 場景下，5G 連接密度可以達到106/km2，即1 平方公里區(qū)域內支持的設備連接數(shù)可以達到1 000 000 個，可以將醫(yī)學院校的儀器、儀表等設備全部聯(lián)網進行監(jiān)測和維護。

2.2 其他新技術特點分析

2.2.1 增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實（Augmented Reality/Virtual Reality，AR/VR）AR 可通過捕捉辨識現(xiàn)實環(huán)境的圖像信息特征調取相關虛擬信息數(shù)據(jù)，虛擬信息數(shù)據(jù)可依據(jù)使用者的空間位置、觀看角度及肢體動作與現(xiàn)實環(huán)境產生及時、準確的互動關聯(lián)，提高信息索取的效率、實用性及交互性[5]。VR 虛擬現(xiàn)實是利用電腦及外部設備模擬仿真三維空間環(huán)境和人類的感覺（視覺、聽覺、觸覺等），在計算機上生成可交互的三維環(huán)境的沉浸感技術。AR 廣義上是VR的擴展。大量實驗表明，AR/VR 具有促進教育發(fā)展，增強學生注意力和學習興趣的優(yōu)勢，能提高學生沉浸感和想象力，增加學習深度和廣度；AR/VR 還能創(chuàng)設探究與體驗式情境，使學生由被動學習變?yōu)樽灾鲗W習、體驗學習、探究式學習，由此提高了學習效果[6]。

2.2.2 4K/8K 電視技術 4K/8K 是最新的超高清視頻編碼技術，以超高清的畫質帶給用戶極致的觀看體驗。4K 超高清視頻的水平清晰度3 840，垂直清晰度2 160，寬高比16：9，單幀畫面達830 萬像素；8K 超高清視頻的水平清晰度7 680，垂直清晰度4 320，寬高比16：9，單幀畫面達3 320 萬像素。4K/8K 視頻在本質上提升了電視的表現(xiàn)力，使用戶感受到前所未有的視覺盛宴。但4K/8K 視頻對碼率和分辨率的要求遠高于傳統(tǒng)標清及高清視頻，4K 視頻傳輸帶寬要求≥50 Mbps，8K 則要≥100 Mbps[7]，這對網接入帶寬提出了極高的要求，而這也是5G 的優(yōu)勢所在。

3 5G+遠程教學在醫(yī)學課程教學中的應用場景初探

根據(jù)北京大學心理與認知科學學院發(fā)布的《95 后手機使用心理與行為白皮書》顯示，95 后平均每天使用手機的時長達8.33 小時，55%的95 后最渴求學習類APP。美國心理學家霍華德·加德納將當今信息時代的年輕人稱為“APP 一代”，他們習慣于從網絡、電視、動畫中學習，對依賴課本和輔助材料獲得信息的學習與授課方式越來越沒有耐心。從這個意義上來講，5G 時代的醫(yī)學課程遠程教學要結合學生心理，設法讓學生的注意力重回學習本身上來。筆者認為，可以從以下方向努力：

（1）利用5G 技術低成本特點，做好優(yōu)質醫(yī)學資源儲備

1931 年，梅貽琦清華大學校長就職演講中曾說“所謂大學者，非謂有大樓之謂也，有大師之謂也”。高校整體實力主要由師資決定，優(yōu)秀的師資力量意味著較高的教學和科研水平，不同的學校師資力量差別較大。遠程教學系統(tǒng)本應成為打破時空距離、實現(xiàn)優(yōu)質教學資源共享的解決之道。但由于公網傳輸帶寬小和時延大，遠程傳播時會頻繁出現(xiàn)視頻卡頓、圖像和音頻不同步等現(xiàn)象，教學感知較差。而專網成本費用較高，部分院校辦學經費本來就捉襟見肘，在開通專網時就望而卻步，導致遠程教學在推廣時出現(xiàn)困難。5G 技術將配合網絡切片功能，按照用戶使用場景進行資源分配和收費，確保效果更好費用更低。關于優(yōu)質醫(yī)學教育資源，納入到教育部“雙萬計劃”建設中的醫(yī)學類專業(yè)，基本可以認為是優(yōu)質的醫(yī)學教育資源。在教育部門主導下，可以建立頂尖醫(yī)學院校與普通醫(yī)學院校的協(xié)作和幫扶關系，利用5G 技術，低成本開辟更多的雙師課堂[8]。把優(yōu)質醫(yī)學課程教學資源放到云端，學生可以通過APP 快速訪問，充分滿足學生學習需求。

（2）5G+AR/VR 提升教學互動，真實案例豐富教學實踐

5G+AR/VR 教學是一種多人同步、實時互動、讓參與者置身于虛實結合的教學方式，是教學領域的發(fā)展方向。在教學環(huán)節(jié)，可以引入競爭、協(xié)同和角色扮演等方式，提升遠程教學互動性；在實驗環(huán)節(jié)，學生們在AR 設備的幫助下，能以不同的視角看到老師操作虛擬化的實驗器材，在現(xiàn)實世界共同打造虛擬世界[9]。例如，教師可以通過5G 網絡訪問PACS 系統(tǒng)，尋找真實合適的病案作為授課案例。再利用AR/VR、全息投影等高科技進行呈現(xiàn)，給學生以身臨其境的感覺。另外，針對目前醫(yī)學教學實踐缺位的情況，可以通過5G 技術，將遠程手術、遠程救援、遠程醫(yī)療監(jiān)測和護理等場景在課堂中進行呈現(xiàn)。比如，在應急救援教學中，可以看到車上的“院前”急救人員與醫(yī)院“院內”急診搶救醫(yī)護團隊將真正實現(xiàn)“零時差”融合，診斷時間的縮短，能最大限度挽救傷員的生命[10]。這樣的教學能讓醫(yī)學生深刻體會“對生命的尊重是最大的醫(yī)學倫理”的含義。

（3）注重醫(yī)學教育公平，實現(xiàn)優(yōu)質醫(yī)學資源下沉

我國是一個地域廣闊、教育資源又相對短缺、各地發(fā)展不均衡的教育大國[11]。通過高清攝像頭+5G+4K 視頻技術融合，可以解決目前頂尖醫(yī)學院校與普通醫(yī)學院校優(yōu)質教育資源不均，校校連接難以全面打通的局面，實現(xiàn)跨區(qū)域跨校際優(yōu)質資源共享。讓普通醫(yī)學院校的學生，也能像北京大學醫(yī)學部的學生一樣，足不出校門就能與千里之外最頂尖的大師進行實時溝通[9]。對于基礎性和實踐性較強的優(yōu)質醫(yī)學課程，可以將培訓半徑延伸到深度貧困區(qū)域的鄉(xiāng)村醫(yī)院級別，開展跨地區(qū)、跨學校、多層次的“超級大課”[12]，帶動貧困地區(qū)醫(yī)療技術水平的進步，實現(xiàn)精準醫(yī)療扶貧。另外，5G+遠程教學模式也能給“一帶一路”沿線國家人民帶來福音，提升當?shù)蒯t(yī)療健康水平[13]，展現(xiàn)中國作為負責任大國的形象。

4 結語

正如中國移動2019 年4 月發(fā)布的《5G+智慧教育白皮書》中所指出，要達到5G 支持的成熟教育模式變革需5 年以上。當前階段的5G+遠程教學尚處于初始應用階段，實現(xiàn)的僅是體驗式教學，只停留在新鮮感上。學生參與性與體驗式的學習是否真能達到預期的教學效果，仍有待實踐檢驗[8]。另外，技術進步應該為教學進步服務，但技術是把“雙刃劍”，在醫(yī)學課程教學實踐中，要注意評估在沒有教師的督促情況下，學生是否具備不受網絡侵害的能力，是否能積極主動學習，是否能培養(yǎng)獨立的思維能力。我們不僅要欣喜新事物發(fā)展帶來的積極效應，也要警惕發(fā)展中可能存在的問題，只有具備全局意識，才能不斷地推動事物發(fā)展的進程[14-15]。