淺談“5G+VR”技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

摘?要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來快速發(fā)展的模擬人與環(huán)境的交互技術(shù)，伴隨著5G時(shí)代的來臨，“5G+VR”技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大的潛力，文章對教育教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用5G技術(shù)進(jìn)行了理論闡述，分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在當(dāng)前教育教學(xué)中的問題，并以成都天府七中為例探討了5G時(shí)代下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用及“5G+VR”技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);虛擬現(xiàn)實(shí);教育教學(xué)

一、 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)利用特殊的輸入設(shè)備和一些能實(shí)現(xiàn)三維圖形和三維音效的特殊輸出設(shè)備來模擬人和環(huán)境之間的交互技術(shù)，該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)模擬出一個(gè)三維空間的虛擬世界，通過傳感設(shè)備，提供視覺、聽覺、觸覺等實(shí)時(shí)感知，令用戶“沉浸”于模擬環(huán)境中，可以即時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物，具有多感知性、存在性感交互性、自主性的特點(diǎn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已經(jīng)在軍事、醫(yī)學(xué)、教育、制造、娛樂等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛發(fā)展。在教育教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在建立虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過建立與真實(shí)環(huán)境相近的學(xué)習(xí)場景，使學(xué)生感覺自身似乎處于真實(shí)環(huán)境之中，可以通過該環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和流程，還可以表達(dá)深?yuàn)W的概念以及復(fù)雜的概念。

5G技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)萬物互聯(lián)，使虛擬現(xiàn)實(shí)、全息視頻、自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、穿戴式設(shè)備等技術(shù)普及化，并能讓當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度發(fā)生質(zhì)的飛躍，在教育教學(xué)領(lǐng)域，5G能夠滿足VR全景視頻及3D音效傳輸所需要耗費(fèi)的大量數(shù)據(jù)流量，同時(shí)可提供長期穩(wěn)定的大帶寬連接性能，滿足VR教室中大量VR設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的帶寬要求，并且可以使直播視頻，以及遠(yuǎn)程同步課程等在線教學(xué)更加穩(wěn)定流暢，這將更好地推動(dòng)線上線下同步學(xué)習(xí)以及校內(nèi)外教育資源共享。

二、 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在當(dāng)前教育教學(xué)中的問題

VR課堂能夠?yàn)閷W(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)場景和虛擬實(shí)景化的教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的理解，因此在中小學(xué)的課堂教學(xué)中非常受歡迎，而目前應(yīng)用的VR教學(xué)模式主要包括以下四種：

（一）PCVR教學(xué)方式

采用一臺(tái)PC單機(jī)支持一路VR設(shè)備的方式，必須以有線方式連接VR設(shè)備，學(xué)生體驗(yàn)不佳。對學(xué)校而言，PC硬件的采購，線路設(shè)計(jì)，部署及日常維護(hù)工作繁重，且資源閑置時(shí)無法實(shí)現(xiàn)校間共享。

（二）一體機(jī)VR教學(xué)方式

教育內(nèi)容直接在無線VR一體機(jī)上運(yùn)行，雖然解決了無線和移動(dòng)性問題，但一體機(jī)自身運(yùn)算能力弱，導(dǎo)致畫面質(zhì)量不高，流暢度差。

（三）云VR教育+寬帶方式

采用VR云平臺(tái)部署，通過FTTX寬帶連接教室，可以實(shí)現(xiàn)無線輕量化VR設(shè)備教學(xué)，但普通寬帶的帶寬穩(wěn)定性及時(shí)延抖動(dòng)指標(biāo)差，無法滿足商用且穩(wěn)定性差。

（四）云VR教育+專線方式

采用VR云平臺(tái)部署，通過專線連接教室，可實(shí)現(xiàn)無線輕量化VR設(shè)備教學(xué)。專線帶寬及時(shí)延性能優(yōu)良，但部署工期長，且由于VR教學(xué)帶寬要求很高（每個(gè)VR教室至少需600Mbps下行帶寬），專線租用成本非常高昂。

綜上所述，目前的VR教學(xué)還存在設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)以及成本等問題。由于網(wǎng)絡(luò)速度的限制，VR課堂的流暢度并不高，這使得學(xué)習(xí)效果大打折扣。

三、 5G技術(shù)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

（一）“5G+VR”技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

5G技術(shù)支持下的VR課堂更加高效，這將有效提升VR課堂的體驗(yàn)感，使之成為教師在課堂教學(xué)中的有力工具。教育資源地區(qū)分配不平衡一直是國家的一道大難題，而5G和VR技術(shù)的結(jié)合可以使得不同地區(qū)間共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，以成都市天府七中為例，2019年5月31日，四川省首個(gè)5G云教育基地落戶成都天府七中，天府七中在“5G+VR”的技術(shù)支持下，為涼山州昭覺縣萬達(dá)愛心學(xué)校學(xué)生送去了兩堂優(yōu)質(zhì)精彩的情景課程。在5G高速率、低延遲的技術(shù)支持下，涼山州昭覺縣萬達(dá)愛心學(xué)校學(xué)生能夠零延遲、多角度的感受課堂氛圍，利用VR沉浸式頭盔同步感受天府七中的課堂。這種以多個(gè)視角和天府七中的師生們共享優(yōu)秀教學(xué)資源，體驗(yàn)身臨其境學(xué)習(xí)的方式，為教育資源均衡發(fā)揮重大作用。

（二）“5G+VR”技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢

5G+云VR教育方案在實(shí)踐過程中，具有以下優(yōu)勢：

1. 硬件維護(hù)簡單，可用性高

學(xué)校僅需要對VR頭戴設(shè)備進(jìn)行日常管理，維護(hù)的難度及強(qiáng)度很小。VR云平臺(tái)配置冗余硬件資源以保障高可用度運(yùn)行，硬件故障不會(huì)影響學(xué)校課程的開展。

2. 無線連接方式增強(qiáng)使用體驗(yàn)

每臺(tái)VR頭戴設(shè)備均以無線方式，通過5G網(wǎng)絡(luò)從VR云平臺(tái)獲取運(yùn)行內(nèi)容，學(xué)生使用體驗(yàn)好，課堂整潔線纜少，保證安全。

3. 內(nèi)容無縫更新升級

所有課件內(nèi)容升級更新或新增課程都在非上課時(shí)間直接在VR云平臺(tái)上進(jìn)行，升級更新不會(huì)對教學(xué)安排產(chǎn)生影響，學(xué)校也不需要再提供另外的管理人力。

4. 無須考慮硬件升級或兼容性

所有新引入的課件均預(yù)先在云平臺(tái)上調(diào)試到最佳運(yùn)行狀態(tài)，再投放給各學(xué)校使用。由于渲染運(yùn)算在云端進(jìn)行，故校方無須顧慮運(yùn)行效果或硬件兼容性問題，引入新課件也不會(huì)對學(xué)校有硬件升級需求。

5. 軟硬件資源共享

基于VR云平臺(tái)部署的業(yè)務(wù)模式支持同一組軟硬件資源被多個(gè)學(xué)校的VR教室共享，提高資源利用率同時(shí)降低使用成本。VR云平臺(tái)的軟硬件資源可根據(jù)其支持的教學(xué)點(diǎn)數(shù)量及開課率的變化，進(jìn)行按需平滑擴(kuò)容調(diào)整，而該過程不會(huì)對學(xué)校授課安排造成影響。

四、 結(jié)語

5G下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠超越時(shí)空和距離的限制，讓不同地點(diǎn)的師生同處在一個(gè)虛擬環(huán)境當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享;可以通過提供直觀形象的材料，對學(xué)生進(jìn)行圖文聲像多種感官刺激，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性;同時(shí)可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的不足，在虛擬環(huán)境中嘗試各種實(shí)驗(yàn)，獲得真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)，獲得直接經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)可能帶來的危險(xiǎn)，這對教育教學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展具有重大的作用，然而，5G技術(shù)的發(fā)展還沒有普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用也還在探索階段，如何避免隨之而來的問題，利用好“5G+VR”技術(shù)發(fā)揮出最大的教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)教育普及等問題還值得進(jìn)一步探究。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜學(xué)智，李忠華.國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（4）.

[2]卞鋒，江漫清，桑永英.虛擬現(xiàn)實(shí)及其應(yīng)用進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)仿真，2007（6）.

[3]胡衛(wèi)紅，劉道光，王倩，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].山東省青年管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（11）.

作者簡介：

張巧智，遼寧省大連市，遼寧省大連市第五中學(xué)。