5G全息投影在高等教育中的應(yīng)用分析

李佳威　裴彥鵬

摘 要：如今線上教育被廣泛推廣，然而學(xué)習(xí)效果不盡如人意，人們渴望新科技能夠促進(jìn)教育領(lǐng)域的不斷進(jìn)步。隨著5G時(shí)代的到來，3D全息技術(shù)取得了長足的發(fā)展，它所具有的全景式、高逼真度、交互性又為其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用帶來巨大潛力。本文對5G時(shí)代下3D全息技術(shù)對現(xiàn)代化高等教育的作用進(jìn)行了分析，望能為相關(guān)人員提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：全息投影;5G;高等教育

一、發(fā)展全息教學(xué)背景分析

2020年各地教育部門號召“停課不停學(xué)”，鼓勵(lì)在線教學(xué)，多家機(jī)構(gòu)也免費(fèi)開放直播課程。于是各地區(qū)普通中小學(xué)、高等院校均組織學(xué)生陸陸續(xù)續(xù)開始網(wǎng)上授課學(xué)習(xí)。全國范圍內(nèi)的教學(xué)活動(dòng)從線下轉(zhuǎn)移至線上，可以說是教育行業(yè)歷史上的首次，部分教師家長相信：網(wǎng)絡(luò)授課將會(huì)成為大趨勢。通過網(wǎng)上教學(xué)在一定程度上能夠彌補(bǔ)學(xué)生無法到校學(xué)習(xí)的損失，但許多實(shí)際問題如在線教育中師生互動(dòng)性有限、4G網(wǎng)絡(luò)卡頓、學(xué)生聽課效率低下、難以集中注意力等，這些問題尚需有效解決。

二、5G對全息教育的提升概述

相比于現(xiàn)今的4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，5G的“大帶寬、低時(shí)延、廣連接”的優(yōu)勢更加明顯[1]。其中，超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，廣覆蓋下的移動(dòng)性保證和實(shí)時(shí)傳輸高清教學(xué)音視頻在“大帶寬”下均可以實(shí)現(xiàn)，可穿戴設(shè)備如VR/AR落地應(yīng)用課堂場景，可使學(xué)生“身臨其境”，更容易觀察到課堂的細(xì)節(jié)。高頓教育的技術(shù)負(fù)責(zé)人就表示，5G能夠使在線網(wǎng)課承載老師更多的肢體語言、影音元素，甚至以全息影像的方式送達(dá)每一個(gè)學(xué)員，實(shí)現(xiàn)老師“立體化教學(xué)”。城市與農(nóng)村，大城市與小城市教育資源的不均衡一直存在，而5G的出現(xiàn)使廣域移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，這使多課堂的遠(yuǎn)程即時(shí)通信有了實(shí)現(xiàn)的希望。對于學(xué)生來說，無論他們在何方，只要有網(wǎng)絡(luò)，都能現(xiàn)跨地域的資源共享。5G的出現(xiàn)，可以提高教育資源應(yīng)用效率并且對消除教育的地域性不均衡矛盾有益。綜上所述，在5G通信技術(shù)的幫助下，全息教育擁有了更為廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。

三、全息教學(xué)的發(fā)展前景

這種授課手段的進(jìn)步也是社會(huì)發(fā)展的必然，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的課堂教學(xué)方式主要以教師為主體進(jìn)行課堂講授，學(xué)生為受體踐行筆記，絕大部分課程傳授基礎(chǔ)理論、抽象概念，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)吃力，理解不足，很難發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性;但當(dāng)我們通過現(xiàn)代化教學(xué)手段對教學(xué)內(nèi)容作一定的變換“處理”，教學(xué)信息得以通過形聲具備的方式呈現(xiàn)，增加了教學(xué)的時(shí)間與空間適應(yīng)性，教育、教學(xué)的質(zhì)量和教育的效率得以通過以上手段提高。作為一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)手段，3D全息投影技術(shù)，被認(rèn)為是對現(xiàn)代教學(xué)的有益補(bǔ)充，它是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)三維圖像的技術(shù)[2]。它以三維技術(shù)為主的立體投影所呈現(xiàn)的360度幻影成像，可以營造出一種似真似幻的現(xiàn)場氛圍，立體視覺效果讓人驚嘆，具有非常好的縱深感，讓人身臨其境。3D全息投影技術(shù)是將虛擬影像和實(shí)物的相結(jié)合，參觀者不需要配戴3D眼鏡就能看到虛擬的人物和場景。將3D全息投影技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)中去，全息圖像獲取能力必須要高和空間三維顯示能力的強(qiáng)大是必要的[3]。日漸成熟的云計(jì)算服務(wù)，使通過云計(jì)算快速獲取全息圖像成為了可能，但這需要快速數(shù)據(jù)傳輸。因而，5G時(shí)代的來臨，信號傳輸更加迅速快捷，本文就現(xiàn)階段5G全息影像技術(shù)在課堂上的推廣意義進(jìn)行了簡要分析。

首先，在政策層面，我國教育現(xiàn)代化必須走由上而下、強(qiáng)化政府行政主導(dǎo)作用的道路。教育現(xiàn)代化的時(shí)機(jī)必須被緊緊抓住，但是若無國家支持，僅靠民眾，這勢必會(huì)使資金積累極其緩慢，而這會(huì)使時(shí)機(jī)延誤，對我國教育的發(fā)展很是不利。先進(jìn)的教學(xué)手段在長三角、珠三角等地區(qū)已取得了成功。因此，對于5G全息投影技術(shù)，國家應(yīng)發(fā)揮政策性、權(quán)威性的指導(dǎo)作用。

其次，在技術(shù)層面，全息技術(shù)作為一項(xiàng)前瞻性技術(shù)，目前仍處于探索階段。全息資源設(shè)計(jì)和開發(fā)的軟硬件門檻高，多門學(xué)科的理論與技術(shù)被涉及，精通多方面學(xué)科并且熟悉制作全過程技術(shù)的人很少，所以專業(yè)教師應(yīng)該多與技術(shù)人員溝通，能提供足夠多的教學(xué)資源讓技術(shù)人員利用，以期建設(shè)一個(gè)相對完善的知識點(diǎn)的云端數(shù)據(jù)庫，方便課堂調(diào)用，降低建設(shè)成本。另一方面，加緊教育技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)，學(xué)校應(yīng)該培養(yǎng)出一批熟悉全息投影有關(guān)的專業(yè)知識、了解技術(shù)制作現(xiàn)代化教學(xué)手段、理解教育心理學(xué)的復(fù)合型人才。我國的教學(xué)軟硬件達(dá)到自立，教學(xué)手段更加現(xiàn)代化可以因此得到實(shí)現(xiàn)的希望。

再次，在思想層面，全息投影技術(shù)能夠讓傳統(tǒng)的教育工作者認(rèn)識到先進(jìn)技術(shù)的教學(xué)優(yōu)勢，使他們摒棄“一本書、一張嘴、一支粉筆再加一塊黑板就可以‘打天下的習(xí)慣”，只有與時(shí)俱進(jìn)，努力接受新教法的培訓(xùn)與使用，強(qiáng)化自身教育技能的提高，這樣才是合格的“園丁”。

全息教學(xué)在一定程度上兼具目前網(wǎng)上教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，對于目前的教學(xué)模式的拓展和探究，是一個(gè)提高教學(xué)質(zhì)量的契機(jī)。它將計(jì)算機(jī)網(wǎng)路強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)能力與教師優(yōu)良的教學(xué)能力結(jié)合，不僅更容易解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的疑難點(diǎn)加強(qiáng)對薄弱學(xué)科的理解程度，而且有益于學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。全息教學(xué)還可以將一些普通條件下難以實(shí)現(xiàn)、觀察到的過程形象的展示，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，增大信息量，有效提高教學(xué)效率。使得課堂更加活躍，通過高頻互動(dòng)來吸引學(xué)生的注意，學(xué)生更容易沉浸在教學(xué)內(nèi)容中，能加深學(xué)生對課程的印象，寓教于樂。且全息教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生的主體地位更加明確，能更好調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂的創(chuàng)造性和積極性，學(xué)生有更多機(jī)會(huì)自己支配學(xué)習(xí)節(jié)奏，并可以通過重復(fù)學(xué)習(xí)來加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。這種學(xué)習(xí)模式更注重個(gè)性化教學(xué)，能針對學(xué)生個(gè)體之間的差異做出調(diào)整。

四、全息教學(xué)存在的問題

同時(shí)我們也應(yīng)該看到，全息投影技術(shù)雖然“高大尚”，但也面臨一些問題與挑戰(zhàn)：第一，裸眼可見的高質(zhì)量3D效果是決定這項(xiàng)技術(shù)教學(xué)效果的重要因素之一。第二，在課堂上實(shí)施全息投影教學(xué)手段時(shí)，教師需要精心準(zhǔn)備教學(xué)活動(dòng)以保障師生間的交互行為。第三，非常重要的一點(diǎn)，不管任何類型的教學(xué)手段，我們始終應(yīng)該優(yōu)先考慮的是學(xué)習(xí)的結(jié)果而不是技術(shù)的本身，因?yàn)楹饬拷虒W(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)必然是學(xué)生獲取了知識并提高了自己的能力。第四，有新聞報(bào)道觀眾觀看3D電影后引發(fā)視覺疲勞，甚至視覺模糊和眩暈，那么全息投影技術(shù)也可能產(chǎn)生所謂的“電腦病”，這點(diǎn)需要想辦法克服。最后，檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)踐，全息投影技術(shù)的教育適用性還需要經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)。

五、總結(jié)

綜上所述，傳統(tǒng)教學(xué)與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，使師生之間的有機(jī)聯(lián)系被加強(qiáng)，可以提高教育效率這個(gè)本質(zhì)要求。檢驗(yàn)此目的是否達(dá)成的唯一標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在線網(wǎng)絡(luò)教育暴露的短板顯然是無法保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。全息投影這樣的新技術(shù)，作為教育教法的有力補(bǔ)充，在教育環(huán)境中展現(xiàn)了強(qiáng)大的潛在應(yīng)用，或許能為我們的教學(xué)方式帶來變革。伴隨著5G時(shí)代的到來，以及人工智能和光電信息處理技術(shù)的快速進(jìn)步，全息投影技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品在高等教育領(lǐng)域中的應(yīng)用已然不可逆轉(zhuǎn)，人們相信通過這項(xiàng)技術(shù)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會(huì)大大提升，課程的教學(xué)目標(biāo)也將順利達(dá)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]董清爽，吳兵.三維全息技術(shù)現(xiàn)狀及教育展望[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014（21）：314-315.

[2]鄧文婷.基于應(yīng)用的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2018（03）：104-106.

[3]周進(jìn).全息技術(shù)教育應(yīng)用與現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2017（03）：80-83.

作者簡介：李佳威（1997— ），女，漢族，山東威海人，本科，研究方向：化學(xué)工程與工藝。

*通訊作者：裴彥鵬。