5G技術(shù)支持下的中小學(xué)數(shù)字化教材應(yīng)用

黃詩敏

摘? 要 從5G技術(shù)的低延遲、高速率、網(wǎng)絡(luò)全覆蓋、低功耗等特點(diǎn)入手，提出5G技術(shù)在數(shù)字化教材建設(shè)中的應(yīng)用設(shè)想，以期使未來的數(shù)字化教材能滿足教師教學(xué)和中小學(xué)生學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞 中小學(xué);數(shù)字化教材;5G技術(shù);VR技術(shù)

1 前言

近年來，我國(guó)中小學(xué)教育信息化不斷發(fā)展，《教育信息化2.0》中就提到：推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)融合，建成和完善國(guó)家教育資源公共服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源的有效共享，讓各大高校和師生能夠有序地開展信息化教學(xué)應(yīng)用[1]。促進(jìn)中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)資源的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源共享，有利于縮小城鄉(xiāng)資源鴻溝，也是提高中小學(xué)教育信息化水平的重要舉措，師生在使用資源平臺(tái)的同時(shí)，也會(huì)潛移默化地掌握信息化技能。

2020年初，面對(duì)疫情的突然襲擊，各地區(qū)積極響應(yīng)“停課不停學(xué)”的號(hào)召，眾多專家學(xué)者聚焦在在線教學(xué)這一領(lǐng)域。教材是教學(xué)內(nèi)容的承載者，是教學(xué)的核心資源，為積極應(yīng)對(duì)線上教育教學(xué)的發(fā)展，應(yīng)高度重視數(shù)字化教材建設(shè)。如何構(gòu)建智能化、一體化、多涵蓋的數(shù)字化優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源以支撐線上教學(xué)，是目前亟待解決的問題。

數(shù)字化教材能利用多媒體手段將各種教學(xué)內(nèi)容、資源等進(jìn)行數(shù)字化處理 [2]。目前，數(shù)字化教材呈現(xiàn)出內(nèi)容泛濫、資源零散、形式陳舊、獲取方式不易、互動(dòng)性低等問題，這些問題導(dǎo)致目前現(xiàn)有的大量數(shù)字化學(xué)習(xí)資源無法發(fā)揮價(jià)值。中小學(xué)生的數(shù)字化教材需求不僅僅是資源豐富，還需要富含趣味性，能讓學(xué)生產(chǎn)生積極主動(dòng)探索知識(shí)的激情和動(dòng)力。隨著智能手機(jī)、平板電腦、電子閱讀器等多種移動(dòng)設(shè)備的普及，傳統(tǒng)的紙質(zhì)書籍?dāng)?shù)字化已成為大趨勢(shì)?；诖?，研究5G技術(shù)支持下的數(shù)字化教材的開發(fā)路徑，使數(shù)字化資源得以發(fā)展，讓更多的中小學(xué)生特別是鄉(xiāng)村學(xué)生都能獲取同等的、更具意義的學(xué)習(xí)資源。

2 5G技術(shù)簡(jiǎn)介

什么是5G技術(shù)？5G技術(shù)是最新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，是繼我國(guó)應(yīng)用2G、3G、4G技術(shù)以來第五代通信技術(shù)，能夠顛覆互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。與4G技術(shù)相比，5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達(dá)到10 Gbit/s，提升將近100倍，能夠滿足虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸;目前的4G技術(shù)可以讓人們實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通話，但在此基礎(chǔ)上的5G技術(shù)能夠?yàn)槿藗兊膶?shí)時(shí)移動(dòng)通話帶來更優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，大幅度縮短延緩期;不僅如此，還能融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，讓生活更便捷。

5G技術(shù)在教育中的應(yīng)用場(chǎng)景從教育教學(xué)細(xì)化到學(xué)校管理等方面，能夠帶來教育的巨大變革。疫情期間在線教育掀起一陣熱潮，5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用為在線教育提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。數(shù)字化教材也是在線教育發(fā)展的重要支撐，那么，5G技術(shù)在數(shù)字化教材發(fā)展中有哪些優(yōu)勢(shì)？

資料傳輸速度快? 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源都依托手持終端，而普通學(xué)生的手持終端大部分的性能并不強(qiáng)大。大量的數(shù)字化資源只能存儲(chǔ)在“云端”，學(xué)生可以按需索取。5G技術(shù)高速率的特點(diǎn)能夠讓用戶體驗(yàn)速率達(dá)到Gbps量級(jí)，學(xué)生能夠在互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)所下載相關(guān)資源，不需要漫長(zhǎng)時(shí)間等待;也可以選擇在“云端”獲取，就如打開書本一樣輕松自如。

網(wǎng)絡(luò)全覆蓋? 未來在生活中的各個(gè)地方都會(huì)覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，這樣的泛在網(wǎng)能讓用戶達(dá)到更高品質(zhì)的使用體驗(yàn)。數(shù)字化學(xué)習(xí)資源在這樣的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的環(huán)境下讀取，體現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)理念，在不用攜帶厚重的紙質(zhì)書本的情況下，學(xué)生一樣可以隨時(shí)隨地展開學(xué)習(xí)。

低功耗[3]? 聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的高功耗，比如一些虛擬現(xiàn)實(shí)的外置設(shè)備、人工智能的終端等，都會(huì)由于功耗高而導(dǎo)致用戶的體驗(yàn)感差。而5G高速寬帶時(shí)代的到來，基于連續(xù)輻射區(qū)域廣、低功耗支持多連接等技術(shù)，能夠打破過去的技術(shù)瓶頸。基于5G技術(shù)低功耗的特點(diǎn)，呈現(xiàn)數(shù)字化教材的終端設(shè)備給用戶帶來良好的使用感，避免由于設(shè)備帶來的不必要的障礙而消耗學(xué)習(xí)的興趣。

低延遲? 5G技術(shù)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用離不開當(dāng)前教育技術(shù)的應(yīng)用，如大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等。5G技術(shù)的延遲是指從通信的一端到另一端的傳輸過程，能將延時(shí)特性降低到5毫秒級(jí)別[4]?，F(xiàn)有的虛擬教學(xué)資源以其沉浸感、臨場(chǎng)感，能夠讓學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，而5G技術(shù)的低延遲讓這些容量較大的資源達(dá)到實(shí)時(shí)傳輸功能。

3 中小學(xué)數(shù)字化教材的新形態(tài)[4]

數(shù)字化教材是一種與在線教學(xué)等相匹配的課程教材。數(shù)字化教材的建設(shè)要嚴(yán)格遵循教材研發(fā)的原則，具備教學(xué)中教材所產(chǎn)生的功能與價(jià)值[5]。數(shù)字化教材全部?jī)?nèi)容要經(jīng)過科學(xué)的分析選取，滿足教師課上課下需求，涵蓋對(duì)應(yīng)的案例分析、視頻、例題、動(dòng)畫演示、練習(xí)等;同時(shí)應(yīng)當(dāng)拓展課外的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)生的課外學(xué)習(xí)。

當(dāng)前線上的數(shù)字化教材資源非常豐富，可以融合文字和音頻、視頻、圖片、動(dòng)畫等多種元素，但是由于開發(fā)成本高，又未形成盈利模式，因此，很多數(shù)字化出版單位的數(shù)字化教材都是知識(shí)單純的圖文結(jié)合，如人民出版社的課程數(shù)字化教材平臺(tái)、廣西出版社數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)等數(shù)字化教學(xué)集成平臺(tái)。中小學(xué)數(shù)字化教材的新形態(tài)，主要是融合紙質(zhì)教材，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、內(nèi)容連貫，又借助新型創(chuàng)新技術(shù)更新數(shù)字化教材，即以多種形式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，滿足教師的教學(xué)需求、學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。新形態(tài)數(shù)字化教材包含以下特點(diǎn)。

增強(qiáng)互動(dòng)性? 過去教材的傳輸方式是單向的，而新形態(tài)下數(shù)字化教材可以實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。很多中小學(xué)生的閱讀能力不強(qiáng)，對(duì)于某些課堂內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)生進(jìn)行提前預(yù)習(xí)，如語文課文中的文言文，對(duì)于一些不能理解的語句，在這種情況下很多學(xué)生都是囫圇吞棗，未能很好達(dá)到預(yù)習(xí)效果。因此，新形態(tài)下的數(shù)字化教材可以實(shí)現(xiàn)在學(xué)生不明白的地方直接搜索相關(guān)的閱讀內(nèi)容，幫助學(xué)生理解，這樣的傳輸方式可以實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。

內(nèi)容形象化? 在融合傳統(tǒng)教材邏輯嚴(yán)密的知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為了使紙質(zhì)書籍中圖文形式的教學(xué)內(nèi)容展示方式更加具體化，可以借助AR技術(shù)將某些抽象內(nèi)容立體化，比如小學(xué)數(shù)學(xué)中圖形知識(shí)點(diǎn)，采用AR技術(shù)能夠?qū)D形立體呈現(xiàn)，便于學(xué)生深入探索，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

資源系統(tǒng)化? 新形態(tài)下的數(shù)字化教材能夠參照傳統(tǒng)紙質(zhì)書籍嚴(yán)密的邏輯進(jìn)行整合，不再零散散落在云平臺(tái)中，而是由具體的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。很多中小學(xué)生信息檢索能力不強(qiáng)，難以在大范圍內(nèi)搜集有效的信息。資源系統(tǒng)化可以幫助學(xué)生在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如作文協(xié)作，可以在模塊當(dāng)中給予一些寫作技巧、參考例文等。

4 5G技術(shù)在中小學(xué)教育數(shù)字化教材建設(shè)中的應(yīng)用設(shè)想

現(xiàn)有大部分的中小學(xué)數(shù)字化教材只是某些企業(yè)以盈利為目的開發(fā)的各類學(xué)習(xí)APP，如學(xué)習(xí)幫、猿輔導(dǎo)、作業(yè)幫等，這些平臺(tái)就是簡(jiǎn)單把教材按照?qǐng)D文形式從紙質(zhì)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化，增加了習(xí)題練習(xí)或問題解答等，缺乏互動(dòng)性和個(gè)性化資源補(bǔ)充。從5G技術(shù)的低延遲、高速率、網(wǎng)絡(luò)全覆蓋、低功耗等特點(diǎn)入手，結(jié)合中小學(xué)新形態(tài)下數(shù)字化教材的特性，本文提出5G技術(shù)在數(shù)字化教材建設(shè)中的應(yīng)用設(shè)想，以期未來的數(shù)字化教材可滿足教師教學(xué)使用，滿足中小學(xué)生的學(xué)習(xí)。

5G技術(shù)融合VR技術(shù)拓展沉浸式教材資源[7]? 目前虛擬校園、虛擬教室的研究還在進(jìn)行，應(yīng)用新的技術(shù)手段，不僅能夠消除學(xué)生對(duì)技術(shù)的距離感，更重要的是能夠給學(xué)生帶來沉浸式、真實(shí)感的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生的意義建構(gòu)。但虛擬校園、虛擬教室涉及的設(shè)備多，投入成本大，欠發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)難度高。過去虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)受限于無線網(wǎng)傳輸速率，而5G時(shí)代的到來，獨(dú)有的便攜式基站能夠讓VR+數(shù)字化教材在偏遠(yuǎn)極端的環(huán)境下也能正常運(yùn)行，它的高速率運(yùn)行能夠讓VR技術(shù)展示得更加流暢，讓學(xué)生沉浸其中。如在初中物理課程電學(xué)模塊教學(xué)中，很多學(xué)生對(duì)正負(fù)極、電壓與電阻的大小等內(nèi)容沒有清晰的界定，依靠簡(jiǎn)單的平面圖學(xué)習(xí)非常困難。教師可以利用VR對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行整理，如在如何接通電線這一知識(shí)點(diǎn)上，利用VR方式，讓學(xué)生手動(dòng)連接，正確了，燈就會(huì)亮;錯(cuò)誤了，電壓表就會(huì)損壞。學(xué)生在學(xué)習(xí)這一模塊內(nèi)容時(shí)借助屏幕式VR理解所學(xué)知識(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)在真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)。

5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)游戲化學(xué)習(xí)，增強(qiáng)教材互動(dòng)性? 杜威的寓學(xué)習(xí)于游戲的理論在中小學(xué)教學(xué)中具有深遠(yuǎn)意義，中小學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力不夠集中，把游戲融入教材中，可激發(fā)學(xué)生的興趣。市面上很多學(xué)習(xí)APP都傾向于游戲化學(xué)習(xí)的開發(fā)，如學(xué)習(xí)闖關(guān)游戲，因此，數(shù)字化教材以游戲形式將習(xí)題、測(cè)評(píng)、記憶類知識(shí)等枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容展示出來。游戲有助于學(xué)生減壓，把學(xué)習(xí)內(nèi)容恰當(dāng)融于游戲中，學(xué)生所擁有的不只是一本可以讀、看、聽的教材，還能夠與教材實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。

英語口語一直都是中小學(xué)生的薄弱點(diǎn)，課堂中口語練習(xí)時(shí)間不足，大班教學(xué)無法兼顧所有學(xué)生，有部分學(xué)生羞于開口，這就形成英語學(xué)科的痛點(diǎn)——應(yīng)試教育下“啞巴英語”。市面上的英語口語APP，如流利說、懶人英語等，都擁有互動(dòng)對(duì)答方式，并且積攢時(shí)間長(zhǎng)就可以晉級(jí)。參考這種互動(dòng)對(duì)答的方式，可以在英語教材中嵌入人機(jī)互動(dòng)對(duì)話的練習(xí)，在課堂上沒有參與互動(dòng)的學(xué)生可以在課下進(jìn)行自主練習(xí)。

構(gòu)建多元教學(xué)資源云平臺(tái)? 自2006年起，隨著在線教育的發(fā)展，數(shù)字化教學(xué)資源不斷涌現(xiàn)，特別是2015年以后，微課被引入，眾多教學(xué)資源被推到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，但大部分資源針對(duì)的是高校課程，中小學(xué)線上教學(xué)資源大部分是零散的，未進(jìn)行系統(tǒng)整合。在5G技術(shù)支持下，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將教學(xué)資源整合在一個(gè)云平臺(tái)上，形成一個(gè)全國(guó)中小學(xué)數(shù)字化教材資源云平臺(tái)。創(chuàng)設(shè)一個(gè)融合多個(gè)出版社、面向全面學(xué)科的數(shù)字化教材網(wǎng)頁平臺(tái)，涵蓋每個(gè)學(xué)科，不同知識(shí)板塊融合多種知識(shí)呈現(xiàn)方式，使全國(guó)中小學(xué)生都能夠在同一平臺(tái)上獲取不同地區(qū)的知識(shí)內(nèi)容。5G技術(shù)的移動(dòng)性使偏遠(yuǎn)地區(qū)也能接收寬帶信號(hào)，從資源上消除地區(qū)差異;5G技術(shù)的低時(shí)延能夠讓平臺(tái)切換自如，猶如打開書本一般。

5G技術(shù)融合超鏈接支持深層閱讀? 數(shù)字化教材的特點(diǎn)是容量大、內(nèi)容廣。在教材中應(yīng)用超鏈接方式，學(xué)生在閱讀教材時(shí)可根據(jù)自己的認(rèn)知程度和知識(shí)閱讀喜好展開閱讀。這種超鏈接的方式可避免學(xué)生盲目檢索資源，特別是小學(xué)生，對(duì)信息的鑒別和評(píng)價(jià)能力低，難以鑒別出有價(jià)值的學(xué)習(xí)資源。如在學(xué)習(xí)《魯濱孫漂流記》時(shí)，學(xué)生被這篇文章吸引，但又因修訂教材篇幅有限，無法閱讀全文。采用超鏈接方式，將涉及的內(nèi)容嵌入文章中，如作者簡(jiǎn)介、寫作背景、全文閱讀、讀者讀后感等，讓學(xué)生獲得更深層次的閱讀體驗(yàn)。

5 現(xiàn)實(shí)問題

技術(shù)人才缺乏? 新形態(tài)下數(shù)字化教材要進(jìn)行系統(tǒng)整合并非易事。整合知識(shí)點(diǎn)并采用多種形式呈現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容，還需要考慮中小學(xué)生的認(rèn)知水平、心理問題、興趣喜好等。為避免技術(shù)濫用和內(nèi)容復(fù)雜化，教材數(shù)字化處理需要依靠技術(shù)型人才，而考慮到教材知識(shí)點(diǎn)整合和中小學(xué)生的特點(diǎn)，則需要一線專業(yè)教師參與。因此，數(shù)字化教材的更迭要組建強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)。

投入成本高，盈利模式未成形? 由于工作量大，而且面向的范圍廣，技術(shù)要求高，因此，數(shù)字化教材建設(shè)投入成本較高，未形成固定的盈利模式，出版社即使看準(zhǔn)了數(shù)字化教材市場(chǎng)，但是為了生存也不敢冒險(xiǎn)。當(dāng)前部分企業(yè)如亞馬遜利用銷售電子設(shè)備盈利，但其開發(fā)程度低，無法滿足中小學(xué)生需求。

6 結(jié)語

綜上所述，5G技術(shù)給各行各業(yè)帶來很大機(jī)遇，特別是教育行業(yè)，目前我國(guó)教育正積極推進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科融合。數(shù)字化教材是教學(xué)內(nèi)容的重要載體，是信息化教學(xué)的核心組成部分。雖然5G技術(shù)為數(shù)字化教材發(fā)展帶來空間和機(jī)遇，但現(xiàn)階段仍然存在一定的現(xiàn)實(shí)問題，如技術(shù)人員缺乏，投入成本高等，仍需在實(shí)踐中不斷完善。

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