基于“5G+智慧教育”理念在遠程教學中的應用及發(fā)展趨勢

陳慶勇，薛雨偉

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東廣州，510000）

0 引言

隨著時代的變化和發(fā)展，教育行業(yè)對網(wǎng)絡技術(shù)提出了更高的要求，“大云移物智”(大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能)、VR/AR 等技術(shù)的出現(xiàn)，不斷豐富著智慧教育生態(tài)。相比之前的通信技術(shù)而言，5G 實現(xiàn)了本質(zhì)上的跨越，能夠?qū)崿F(xiàn)立體數(shù)字環(huán)境的構(gòu)建，提供高效、迅捷的數(shù)據(jù)傳輸和分析，能較好地支撐眾多教學方法的實施，將會為構(gòu)建智慧教育新生態(tài)提供多種可能。本文著重就“5G+智慧教育”理念在遠程教學中的應用及發(fā)展趨勢進行探討。

1 當前教育網(wǎng)絡的發(fā)展現(xiàn)狀

為滿足教育信息化業(yè)務需求，目前學校部署多張網(wǎng)，包括有線網(wǎng)、WiFi、校園網(wǎng)等。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型深入，以在線學習、沉浸式虛擬環(huán)境教學等為主的創(chuàng)新應用正重構(gòu)泛在智慧學習空間，推動教育信息化的轉(zhuǎn)型升級。

然而，目前教育網(wǎng)絡仍然存在很多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在如下幾方面：（1）教育信息系統(tǒng)資源共享難。教學采用煙囪式建設模式，導致出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象，業(yè)務流程整合度低。（2）新型教育業(yè)務承載能力不足。4K/8K 直播課堂、AR/VR 課堂、全息教育等新型業(yè)務對網(wǎng)絡帶寬提出更高需求。（3）數(shù)據(jù)安全風險大?？缧^(qū)的共享資源、學生家長信息等存在泄漏風險，教育大數(shù)據(jù)的匯聚也將進一步加劇數(shù)據(jù)安全風險。（4）建設與運維成本高。教育信息系統(tǒng)建設以及多網(wǎng)融合導致的建設、運維成本高昂。

2 5G 時代的教育網(wǎng)絡解決方案

針對教育業(yè)務需求，結(jié)合5G 特性，通過接入多種形態(tài)的智聯(lián)終端和教育裝備，構(gòu)建全連接教育專網(wǎng)，部署整合計算、存儲、AI、安全能力的教育邊緣云，提供具備管理、安全等能力的應用使能平臺，來建設智慧校園并打造多樣化教育應用。

圖1 5G 智慧校園整體架構(gòu)

3 “5G+智慧教育”理念在遠程教學中的應用

3.1 遠程教學

（1）場景說明。雙師課堂是遠程教學的主要場景，解決鄉(xiāng)村教學點缺師少教、課程開設不齊的難題，促進城鄉(xiāng)教育均衡發(fā)展。

（2）方案價值。5G 網(wǎng)絡的高帶寬、低時延等特性解決延遲、卡頓問題，實現(xiàn)可移動性的靈活開課，隨需隨用。

（3）方案架構(gòu)。通過建設“全息講臺”和“全息直播教學區(qū)”實現(xiàn)遠程全息授課，用于參觀培訓、文化展示、實操訓練等典型教育場景。

圖2 遠程全息課堂部署架構(gòu)

（4)關(guān)鍵技術(shù)點。打破遠程全息課堂的地域瓶頸限制，360°超沉浸式直播，安全可靠，易于維護。

3.2 互動教學

（1）場景說明。在各種類型、布局的智慧課堂中，將其必要組成軟硬件模塊進行5G 化處理，帶給學校師生全新的使用體驗。

圖3 智慧課堂全景圖

（2）方案架構(gòu)。通過交互智能大屏、學生終端、錄播等硬件終端的5G 化，在不同格局、不同類型的智慧課堂中，都可以實現(xiàn)如下功能：信息化教學。創(chuàng)新教學模式，實現(xiàn)高實時交互。全過程教學評價。同步記錄教學過程中全場景(課前、課中、課后)。 集中管控。對所有5G 終端設備進行統(tǒng)一管控，并進行可視化呈現(xiàn)。

（3）關(guān)鍵技術(shù)點。依托5G 網(wǎng)絡特性，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，打造智慧化教學環(huán)境，減少了數(shù)據(jù)泄露的技術(shù)風險。

3.3 AR/VR 教學

基于5G 的大帶寬、低時延等特性，將AR/VR 教學內(nèi)容上云端，利用云端的計算能力實現(xiàn)AR/VR 應用的運行、渲染、展現(xiàn)和控制，讓學習者可以在現(xiàn)實空間中去深入的了解所要學習的內(nèi)容，并對數(shù)字化內(nèi)容進行可操作化的系統(tǒng)學習。相對于傳統(tǒng)教育，AR/VR 教學可以解決諸多問題：

（1）三維直觀教學：學生們的課堂體驗從2D 躍升到3D，優(yōu)化學習過程。

（2）互動性和參與性強：詮釋了“學習是一種真實情境的體驗”的建構(gòu)主義學習理論，充分調(diào)動學生的學習熱情。

（3）主動的交互式學習:可視化、強互動，大幅度提升學生們的學習意愿、激發(fā)學習興趣，提高學習效果。

（4）促進教育資源平等化：實現(xiàn)不同地區(qū)的老師、學生聚集在同一個虛擬課堂中，達到體驗真實、實時的互動。

4 5G 智慧教育發(fā)展趨勢

在5G 環(huán)境支持下，智慧教育的演進呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢：

（1）5G 初始應用階段：5G 網(wǎng)絡環(huán)境尚處于調(diào)試階段，缺乏5G 下各類網(wǎng)絡融合標準、5G 教育應用標準。

（2）5G 標準發(fā)展成熟階段：1-2年內(nèi)技術(shù)成熟，促進教育領(lǐng)域基礎(chǔ)業(yè)務的發(fā)展，交互式應用初步探索成為可能。

（3）5G 教育網(wǎng)絡的成熟：建立起以不同教學場景為基礎(chǔ)的完善的教育服務網(wǎng)絡，具備強大的情境感知、數(shù)據(jù)處理和分析功能，為不同用戶提供個性化服務。

（4）5G 支持的教育模式的變革：依賴大數(shù)據(jù)計算，挖掘符合學習者、教師等認知的教學模式，重塑泛在學習空間。

幾個階段層層遞進，反映出5G 網(wǎng)絡技術(shù)對教育領(lǐng)域的推動作用，每個階段將以小步調(diào)的形式實現(xiàn)對教學、教研、教育管理等教育業(yè)務的轉(zhuǎn)型。

5 結(jié)語

5G+智能時代的到來為人們生活帶來了深刻變革，而教育作為社會發(fā)展的重要領(lǐng)域則更需要緊跟時代變化步伐，不斷完善智慧教學模式，確保為社會培育更多的智能型人才。智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，為教育行業(yè)注入了新鮮活力，教育系統(tǒng)還需要采用科學的應用策略，更好地提高教學質(zhì)量和水平。隨著5G+智能技術(shù)的不斷成熟以及數(shù)字資源運用環(huán)境的逐步改善，智慧教學體系將得到進一步完善，從中也推動了我國教育行業(yè)的迅速發(fā)展。