5G技術(shù)在醫(yī)學(xué)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用場(chǎng)景研究

岳梅 張葉江

教育部在2018年發(fā)布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中明確指出：加快面向下一代網(wǎng)絡(luò)的高校智能學(xué)習(xí)體系建設(shè)。適應(yīng)5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，服務(wù)全時(shí)域、全空域、全受眾的智能學(xué)習(xí)新要求[1]。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）已批準(zhǔn)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP 提交的NR 方案作為5G 標(biāo)準(zhǔn)化方案。作為面向未來(lái)的IT 形式，5G 將憑借其“大帶寬、低時(shí)延、大連接”的優(yōu)勢(shì)，和人工智能（artificial intelligence，AI）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（augmented reality/virtual reality，AR/VR）等技術(shù)一起，深刻改變醫(yī)學(xué)教育形態(tài)。當(dāng)前，醫(yī)學(xué)課程教學(xué)改革正處于關(guān)鍵時(shí)期，如何在未來(lái)醫(yī)學(xué)教學(xué)中借助5G 網(wǎng)絡(luò)，使得醫(yī)學(xué)類(lèi)院校信息化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用水平得到提升，使得師生信息技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得到提高，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 醫(yī)學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

以1994年中國(guó)第一條64K 的國(guó)際專(zhuān)線(xiàn)接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)作為標(biāo)志[2]。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)已誕生25個(gè)年頭。當(dāng)前，醫(yī)學(xué)院校的本科生及研究生，都是真正的數(shù)字時(shí)代原住民，享受著數(shù)字紅利。但目前醫(yī)學(xué)院校校仍然以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

1.1 課程重理論輕實(shí)踐，自主學(xué)習(xí)欠缺

由于課時(shí)有限，導(dǎo)致理論課和實(shí)踐課課時(shí)安排分布不合理，理論課往往占據(jù)大部分時(shí)間，實(shí)踐課較少或沒(méi)有。課程評(píng)價(jià)方式一般由日常出勤率、平時(shí)作業(yè)及期末理論考試三部分組成，一般除見(jiàn)習(xí)及一年實(shí)習(xí)外，社會(huì)實(shí)踐較少。結(jié)果是課程考試完畢，學(xué)習(xí)就結(jié)束，學(xué)生自主學(xué)習(xí)及終身學(xué)習(xí)嚴(yán)重不足。

1.2 教學(xué)仍以面授為主，課堂互動(dòng)不足

教學(xué)過(guò)程管理主要以學(xué)生到教室簽到為主，如果學(xué)生不到教室就會(huì)影響教學(xué)活動(dòng)的正常開(kāi)展，而有些在職學(xué)習(xí)的學(xué)生因?yàn)橐恍┰騾⒓用媸诮虒W(xué)存在一定的困難。教學(xué)內(nèi)容以書(shū)本為主，課程講授時(shí)常缺乏最新的研究成果，十分枯燥。部分青年教師由于經(jīng)驗(yàn)或技巧不足，導(dǎo)致課堂氛圍沉悶，師生間缺乏正常的互動(dòng)，往往是老師自說(shuō)自話(huà)，學(xué)生則專(zhuān)心致志玩手機(jī)或一心一意上自習(xí)，課堂氛圍尷尬[3]。

1.3 教育資源分布失衡，知識(shí)共享困難

教育資源分布不均衡，如東部發(fā)達(dá)地區(qū)與西部貧窮地區(qū)區(qū)域間存在的不均衡，頂尖名校和普通高校校際間存在的不均衡，優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué)教育資源主要聚集在東部幾所頂尖的醫(yī)學(xué)院校。由于技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件限制，前沿知識(shí)共享困難。設(shè)備、教師、資源的缺乏阻礙了教育公平的實(shí)現(xiàn)，長(zhǎng)期以來(lái)，教育不公平迫切解決但又難以解決。

因此，如何破解醫(yī)學(xué)教學(xué)長(zhǎng)期存在的重理論輕實(shí)踐，提升教學(xué)互動(dòng)效果讓學(xué)生注意力重回課堂，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源均衡分布，成為當(dāng)前亟待解決的課題。

2 5G與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育的契合點(diǎn)分析

5G（the fifth generation network）是指第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。按照傳輸速率、可靠性以及大規(guī)模連接三個(gè)方向可將5G 劃分成增強(qiáng)移動(dòng)寬帶eMBB（enhanced mobile broadband）、海量機(jī)器類(lèi)通信mMTC（massive machine type communications）、超高可靠低時(shí)延通信URLLC（ultra-reliable low latency communications）三大應(yīng)用場(chǎng)景[4]。

2.1 更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋（better）

5G 網(wǎng)絡(luò)采用大規(guī)模天線(xiàn)（64T6R）、多發(fā)多收（missive MIMO）、超密組網(wǎng)等最新無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，與4G 網(wǎng)絡(luò)相比，覆蓋范圍更廣，網(wǎng)絡(luò)可獲得性更強(qiáng)[5]。4G 網(wǎng)絡(luò)最小接入電平為-122 dBm，此時(shí)語(yǔ)音和上網(wǎng)業(yè)務(wù)已無(wú)法正使用；而5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋電平在-122 dBm下行速率能達(dá)到100 Mbps，下載速率可與4G 理論速率媲美，5G在-128 dBm 時(shí)仍可正常接入。同等條件下，5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力是4G 的2 倍，可為醫(yī)療教學(xué)提供無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)連接。

2.2 更快的連接速度（faster）

根據(jù)香農(nóng)定理C=W×log2（1+S/N）可知，系統(tǒng)容量C 與系統(tǒng)帶寬W 成正比[6]。由于歷史原因，全球無(wú)線(xiàn)頻譜6 GHz 以下的低頻段已基本劃分完畢，供廣播電視、軍用、衛(wèi)星通信及2/3/4G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)使用。5G 網(wǎng)絡(luò)引入了24.25～52.6 GHz 高頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，突破了低頻段無(wú)連續(xù)大帶寬的限制，可滿(mǎn)足5G 最高400 MHz 的帶寬需求，較4G 20 M 提升了20 倍。5G 下行理論峰值速率可達(dá)20 Gbps，上行峰值速率達(dá)10 Gbps，是4G 理論速率的100倍以上；5G 用戶(hù)速率可達(dá)100 Mbps～1 Gbps，能夠支持移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)等極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)。另外，5G 傳輸時(shí)延可降低到毫秒量級(jí)[7]，可滿(mǎn)足對(duì)時(shí)延和可靠性要求極高的業(yè)務(wù)需求，如遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

2.3 更強(qiáng)的技術(shù)融合（stronger）

當(dāng)前，人工智能（artificial intelligence，AI）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（augmented reality/virtual reality，AR/VR）、大數(shù)據(jù)（big data）、移動(dòng)邊緣計(jì)算（mobile edge computing，MEC）、4K/8K 視頻傳輸?shù)燃夹g(shù)方興未艾。5G 網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，將與AI 等技術(shù)融合發(fā)展，讓AI 模擬“人的思維方式”，更好地輔助學(xué)生學(xué)習(xí)、幫助老師教學(xué)。一方面，自然語(yǔ)言處理、自適應(yīng)等功能可幫助學(xué)生獲取滿(mǎn)足個(gè)人需求的課程，提供精準(zhǔn)教學(xué)；另一方面，在線(xiàn)學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)均滲透著視覺(jué)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)，迭代出更加智能化的工具，提高各環(huán)節(jié)效率[8]?？梢灶A(yù)見(jiàn)，5G 與其他技術(shù)的結(jié)合，也將深刻改變醫(yī)學(xué)教育形態(tài)。

3 5G 技術(shù)在醫(yī)學(xué)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用場(chǎng)景研究

5G 網(wǎng)絡(luò)將與人工智能（AI）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）等最新技術(shù)一起，賦能傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育，重構(gòu)醫(yī)學(xué)教學(xué)模式，對(duì)個(gè)人自主學(xué)習(xí)、學(xué)校課堂教學(xué)及全社會(huì)教育資源共享產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

3.1 5G+自主學(xué)習(xí)，構(gòu)建泛在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)

高校課堂有開(kāi)放性強(qiáng)、知識(shí)面廣、教師水平高的優(yōu)點(diǎn)，是信息化運(yùn)用的主陣地。人工智能（AI）、云計(jì)算等技術(shù)將與5G 網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，提供前所未有的知識(shí)觸達(dá)方式。把學(xué)校建成新型學(xué)習(xí)中心，利用5G 技術(shù)背景下教育資源獲取的便利性、即時(shí)性、共享性特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)在的學(xué)校進(jìn)行重構(gòu)，建立國(guó)家優(yōu)質(zhì)教育資源中心[9]。醫(yī)學(xué)生可通過(guò)各種智慧媒介（如手機(jī)屏、電腦屏、電視屏等），借助超高速、低時(shí)延的5G 網(wǎng)絡(luò)，快速訪問(wèn)云端豐富的醫(yī)學(xué)資源。幾公斤重的醫(yī)學(xué)書(shū)籍將逐步退出歷史舞臺(tái)，醫(yī)學(xué)知識(shí)的獲取將以前所未有的方式實(shí)現(xiàn)。人工智能技術(shù)（AI）將根據(jù)學(xué)生搜尋內(nèi)容，智能推薦醫(yī)學(xué)資訊、文獻(xiàn)、慕課（MOOC）等資源[10]，實(shí)現(xiàn)所想即所見(jiàn)，所見(jiàn)即所得。5G 技術(shù)的到來(lái)，將實(shí)現(xiàn)任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以通過(guò)任何設(shè)備訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，即4A學(xué)習(xí)模式（anybody，anytime，anywhere，anydevice，4A）。將顛覆性地改變傳統(tǒng)的在職學(xué)習(xí)模式，5G+AR/VR 遠(yuǎn)程教育將解決面授困局，學(xué)生通過(guò)智慧媒介即可完成實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)。每個(gè)醫(yī)學(xué)生都將擁有自己的移動(dòng)圖書(shū)館和在線(xiàn)資源庫(kù)，最大限度地利用各項(xiàng)資源，做到自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)。

3.2 5G+互動(dòng)教學(xué)，提升醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量

依托5G 統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)承載，能實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，打造智慧化的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境[11]。交互智能大屏（如4/8K 屏）、學(xué)生終端、高清攝像頭、展臺(tái)等硬件終端都將實(shí)現(xiàn)5G 化，所有終端均能像手機(jī)一樣，可隨時(shí)接入5G 網(wǎng)絡(luò)。超高帶寬不僅保證智慧課堂中的交互顯示終端、信號(hào)傳輸及處理設(shè)備能夠完美的再現(xiàn)4K級(jí)別的畫(huà)面效果，還能夠承載即將到來(lái)的8K 交互終端設(shè)備，從而為師生帶來(lái)清晰、自然、完美的顯示呈現(xiàn)效果[12]。借助“高清攝像頭+5G 網(wǎng)絡(luò)+顯示屏”的系統(tǒng)，構(gòu)建雙師課堂，將檢查室、手術(shù)室、救護(hù)車(chē)等空間及其有限的實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景進(jìn)行跨空間傳輸，并進(jìn)行高清立體顯示。使得每個(gè)學(xué)生都能真實(shí)感受到整個(gè)檢查、手術(shù)或搶救的全部過(guò)程、要點(diǎn)和細(xì)節(jié)，存在的疑問(wèn)也能即時(shí)得到解答。真實(shí)直播實(shí)戰(zhàn)環(huán)境，將直接提高教學(xué)互動(dòng)水平，有效降低純粹理論教學(xué)的枯燥，解決醫(yī)學(xué)生見(jiàn)習(xí)中走馬觀花看熱鬧的弊端。

3.3 5G+遠(yuǎn)程教學(xué)，均衡教育資源供給

由于歷史發(fā)展原因及經(jīng)濟(jì)水平差距，我國(guó)優(yōu)質(zhì)教育資源分配不均客觀存在[13]。5G 網(wǎng)絡(luò)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）和全息投影等技術(shù)融合，將實(shí)現(xiàn)名校名師的真人影像以及課件內(nèi)容以裸眼3D 的效果呈現(xiàn)在遠(yuǎn)端聽(tīng)課學(xué)生面前，交互遠(yuǎn)程教學(xué)如同自然式進(jìn)行[14]?！?G+全息投影”技術(shù)，可以解決目前頂尖醫(yī)學(xué)院校與普通醫(yī)學(xué)院校優(yōu)質(zhì)教育資源不均，校校連接難以全面打通的局面，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域跨校際優(yōu)質(zhì)資源共享。5G 超大帶寬及超低時(shí)延特性，能全面支持AR/VR 等需要大帶寬的內(nèi)容傳播，學(xué)生將獲得沉浸式體驗(yàn)、革命性的交互體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)師生溝通無(wú)延遲[15]。在5G時(shí)代，即使是普通醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生，也能像北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部的學(xué)生一樣，足不出校門(mén)就能聆聽(tīng)到最前沿的醫(yī)學(xué)講座，并能與最頂尖的大師進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，接觸到最優(yōu)質(zhì)的教育資源[16]。

4 結(jié)語(yǔ)

5G 網(wǎng)絡(luò)具有“大帶寬、大連接、低時(shí)延”等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將和AR/VR 與AI 等技術(shù)一起，對(duì)醫(yī)學(xué)課程教學(xué)產(chǎn)生巨大影響。醫(yī)學(xué)院校要提前研究搶先布局，積極與中國(guó)移動(dòng)等領(lǐng)頭羊企業(yè)合作，打造5G智慧校園，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)教育數(shù)字化、信息化和智能化[17]，提升醫(yī)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、課程教學(xué)互動(dòng)能力和優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源整合能力。