淺談5G時(shí)代教育信息化的思考

李芬芳

摘? 要：4G改變生活，5G改變世界。隨著2018年以來世界主要經(jīng)濟(jì)體中國、美國、日本、韓國等相繼宣布5G商用，并在全球范圍內(nèi)爭奪5G標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的主導(dǎo)權(quán)，5G重要性不言而喻，5G、人工智能將引爆第四次工業(yè)革命，未來5G對于人就像空氣和水一樣重要，將滲透到人們生活、工作、學(xué)習(xí)的方方面面。梁啟超說過的少年強(qiáng)則國強(qiáng)，少年富則中國富，教育為立國之本、強(qiáng)國之基。未來2-3年內(nèi)5G與云計(jì)算、人工智能結(jié)合將促進(jìn)教育信息化發(fā)展，重塑現(xiàn)代教育教學(xué)方式、教育理念。

關(guān)鍵詞：5G;云VR/AR;AI;教育

一、5G技術(shù)，改變教育生態(tài)體系

移動通信技術(shù)誕生于上世紀(jì)80年代，每10年演進(jìn)一代，經(jīng)歷了1G、2G、3G、4G，今天人類開始步入到5G時(shí)代。1G突破了有線的限制，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地和任何人接打電話的夢想。2G解決了通話質(zhì)量提升、終端小型化及短信傳輸。3G出現(xiàn)一個(gè)非常重大的技術(shù)突破，創(chuàng)造移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景，人們可通過手機(jī)隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)，在線瀏覽新聞、游戲及社交等。隨著各種應(yīng)用對帶寬帶的要求越來越高，4G應(yīng)運(yùn)而生，4G速度100～150Mbps，比3G快20—30倍，催生了在線高清視頻播放、網(wǎng)絡(luò)直播、在線游戲等一系列新應(yīng)用，給我們的生活、工作、學(xué)習(xí)帶來巨大的改變。作為4G技術(shù)的演進(jìn)，5G光纖般的接入速度、幾乎零時(shí)延的感知、千億設(shè)備的連接能力，將驅(qū)動移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用呈現(xiàn)爆炸式增長，重塑各行各業(yè)的生態(tài)體系，比如4K/8K超高清視頻在線播放、3D游戲、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無人駕駛、智能化工廠等等。

我國著名科學(xué)家錢學(xué)森曾對未來教育做了如此論述：“未來教育=人腦+電腦+網(wǎng)絡(luò)?！毙畔⒓夹g(shù)集幻燈片、錄像機(jī)等視聽功能與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交互功能于一體，具有生動、直觀、形象特點(diǎn)，能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)過程中眼、耳、手、腦等身體各部位的協(xié)同配合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率。改革開放至今，教育信息化雖然在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上成果顯著，但由于受技術(shù)、觀念限制，教育信息化存在重建設(shè)輕應(yīng)用，未納入學(xué)校的整體發(fā)展規(guī)劃，只是把教育信息化作為后勤管理工作;師生信息化素養(yǎng)不高，對教育信息化的理解和應(yīng)用大部分還只局限于教授學(xué)生計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識，在課堂上播放PPT、音視頻等多媒體教學(xué)。隨著5G技術(shù)普及，利用人工智能、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與教育深度融合，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式、回歸以人為本的教育本質(zhì)、促進(jìn)教育現(xiàn)代化是教育信息化的目標(biāo)。2018年4月教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計(jì)劃》，明確提出“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”“以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)為基礎(chǔ)，依托各類智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范”。

5G超高速率、幾乎零時(shí)延的良好交互能力、超高密度的接入能力，將為人工智能AI、VR/AR插上騰飛的翅膀，5G+AI、5G+云VR/AR將提供新的教育解決方案，改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)及在線教學(xué)單向被動接收的方式，真正實(shí)現(xiàn)教育以人為本，為人們在知識大爆炸時(shí)代提供全方位的智能學(xué)習(xí)支持，重構(gòu)教育生態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化。

二、5G+VR/AR交互式教學(xué)，體現(xiàn)“人本”教育理念

傳統(tǒng)課堂教學(xué)通常是以教師、課堂、書本為中心，形成老師單向傳授知識、學(xué)生被動接收知識的局面，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性及學(xué)習(xí)效率均被壓制，互動不足的學(xué)習(xí)過程枯燥無味。即使課程內(nèi)容本身是有趣的，但由于教學(xué)手段單一，學(xué)生只能通過書本上呈現(xiàn)的文字描述、彩色繪畫最多是老師下載的視頻來豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生的課堂參與度仍舊有限。當(dāng)前社會培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在線教學(xué)過程中雖然通過動畫、游戲寓教于樂，一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但仍然存在手段單一，體驗(yàn)不佳的缺陷。

5G的超高速率、超低時(shí)延能夠?qū)?shí)現(xiàn)云端與VR頭顯的良好交互，并將3D建模及計(jì)算上移到云端，依靠云端強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲及高速運(yùn)算能力來構(gòu)建一個(gè)又一個(gè)完全虛擬的3D世界，并通過5G網(wǎng)絡(luò)將超高清的360度全景視頻圖像迅速傳輸?shù)絍R頭顯。未來5G+云VR相結(jié)合的技術(shù)將使以教師傳授知識為中心的傳統(tǒng)課堂轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的智慧課堂。讓學(xué)生進(jìn)入到虛擬世界中，與虛擬世界中的人物、環(huán)境互動，身臨其境的去觀察、學(xué)習(xí)、探索，培養(yǎng)學(xué)生主動觀察的能力，激發(fā)學(xué)生主動獨(dú)立思考、推演的能力以及創(chuàng)造力。5G+云VR教學(xué)應(yīng)用場景有：①用于史前時(shí)代、太空、人體結(jié)構(gòu)等科普教學(xué)。②用于火災(zāi)、洪水、地震救援等事故、災(zāi)害場景教學(xué)。③追溯歷史事件、語文詩詞中歷史背景解讀等。

我們可以想象未來的關(guān)于“了解人體結(jié)構(gòu)”的智慧課堂所呈現(xiàn)的畫面——人體被做成一個(gè)巨大的迷宮，孩子們帶上VR頭顯，想象自己就像電影《蟻人》中的蟻人一樣，身體不斷縮小，從鼻腔進(jìn)入氣管、咽喉、胃、小腸、大腸，然后進(jìn)入血液、在密密麻麻的血管里穿梭，進(jìn)入心臟、動脈、靜脈、肺部等，每到一個(gè)地方，孩子們對所有好奇的東西不斷提出各種問題，老師實(shí)時(shí)講解，在這個(gè)虛擬的世界里除了自己、老師，還有熟悉的同學(xué)們，真正實(shí)現(xiàn)師生互動、生生互動，實(shí)現(xiàn)智慧的碰撞，思想的交鋒。這種全沉浸式的教學(xué)真正從學(xué)生需求出發(fā)，不但能讓學(xué)生更立體的認(rèn)識人體器官和結(jié)構(gòu)，更能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的主觀能性被激發(fā)的狀態(tài)更高效地學(xué)習(xí)。

三、5G+AI精準(zhǔn)教學(xué)，提升教師工作效率

傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式標(biāo)準(zhǔn)化，老師嚴(yán)格按照教學(xué)大綱進(jìn)行備課、講課、布置作業(yè)，同時(shí)由于1個(gè)課堂50多個(gè)學(xué)生，短短的40分鐘內(nèi)老師無法通過有限的師生互動掌握每個(gè)學(xué)生真實(shí)的上課狀態(tài)，知曉自己授課內(nèi)容是否被每個(gè)學(xué)生所吸收。同時(shí)老師大部分精力花費(fèi)在講課、批改作業(yè)及成績統(tǒng)計(jì)上，沒有充足時(shí)間對教學(xué)情況、學(xué)生作業(yè)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并依據(jù)分析結(jié)果做出教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整、課程內(nèi)容的完善，無法真正做到因材施教。而“5G+AI課堂精準(zhǔn)教學(xué)”則能解決這一難題。

5G+AI課堂精準(zhǔn)教學(xué)可應(yīng)用于以下場景中——布放在課堂的監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)時(shí)收集學(xué)生面部表情、行為視頻數(shù)據(jù)并通過5G網(wǎng)絡(luò)傳送到教育平臺，AI技術(shù)對視頻進(jìn)行學(xué)生情感、行為識別分析，比如分析面部表情、眼睛轉(zhuǎn)動，舉手、站立、側(cè)身、趴桌、端正等課堂行為，從而分析出每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、專注程度、課堂關(guān)鍵的活躍環(huán)節(jié)、學(xué)生的活躍區(qū)域分布等等，幫助老師進(jìn)行更細(xì)致的課堂教學(xué)評估，調(diào)整教學(xué)計(jì)劃、授課方式，引導(dǎo)教師對有需要的學(xué)生進(jìn)行更有效的關(guān)注。

在日常的教學(xué)工作中，教師們經(jīng)常要花大量時(shí)間來批改作，如若對作業(yè)情況進(jìn)行分析、點(diǎn)評更是費(fèi)時(shí)。未來AI可以通過圖像識別方式完成對學(xué)生的主觀、客觀等全科目作業(yè)的智能批改，并對成績進(jìn)行多維度分析，統(tǒng)計(jì)學(xué)生的知識掌握情況。同時(shí)還可以針對性分析哪些學(xué)生常常解錯(cuò)哪一類題目，甚至可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，自動輸出評測結(jié)果、學(xué)業(yè)情況，針對每一位同學(xué)的不同情況，精準(zhǔn)化推送學(xué)習(xí)資源。從而幫助老師從繁重的重復(fù)工作中解脫出來，將更多精力投放在個(gè)性化教學(xué)中，最終實(shí)現(xiàn)因材施教。

隨著5G+AI、云VR/AR，未來5G+大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等信息化技術(shù)在教育行業(yè)中廣泛應(yīng)用，必將徹底顛覆傳統(tǒng)教育的生態(tài)體系，打造一種全新的教育教學(xué)模式，教育將從標(biāo)準(zhǔn)化、被動式知識傳授的模式走向個(gè)性化、智能化的樣態(tài)。老師、家長、學(xué)生都急需提升自身的信息素養(yǎng)、主動適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變。5G未來已來，讓我們拭目以待5G對教育的重構(gòu)。

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