5G+智慧教育在中小學(xué)的實踐與探索

劉勁松 王寒之 王瑜 石廣興 王夢琦

摘要：5G技術(shù)的發(fā)展給學(xué)校教育場景帶來了更多想象的空間，寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校積極探索、實踐基于5G的智慧教育場景，建設(shè)全息未來沉浸式教室以及名師講堂，探索未來智慧教育及雙師課堂等創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教育教學(xué)的效果，并在實踐中不斷完善，形成具有寶中實驗特色的5G+智慧教育模板，期望為未來5G+智慧教育開辟新的思路。

關(guān)鍵詞：5G;智慧教育;名師講堂;雙師課堂

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）21-0068-03

前言

在教育信息化2.0時代，高科技賦能教育[1]，教育也為科技的發(fā)展帶來更多的想象空間和應(yīng)用場景。5G技術(shù)具備了更高的信號傳輸效率和更多的承載量，讓萬物可以智能感知互聯(lián)。5G網(wǎng)絡(luò)的理論下行速度為10Gb/s[2]，在此傳輸速度下高清視頻或者大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延，人體幾乎感知不到。5G技術(shù)兼具高傳輸效率、超高可靠低時延通信的特性，智慧教育與5G技術(shù)的結(jié)合，為優(yōu)化師生獲取學(xué)校數(shù)字資源和處理海量信息的交互方式、提升學(xué)校教育教學(xué)的效率、優(yōu)化課堂教學(xué)的體驗和效果、實時銜接校園現(xiàn)實空間和數(shù)字空間等開辟了新路徑[3]，使得師生能夠享受更智能的教育、教學(xué)和生活環(huán)境，線上和線下學(xué)習(xí)變得更便捷。

5G全息未來沉浸式教室

1.硬件方面探索

筆者所在的寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校（以下簡稱寶中實驗）的全息沉浸式未來教室利用5G高寬帶、低延時的特性，通過攝像頭實時采集及圖像合成處理，將采集點的人像通過5G專網(wǎng)傳輸至遠端。遠端的全息成像系統(tǒng)實時接收下行數(shù)據(jù)，并將授課教師的影像1∶1立體地還原在遠端的師生面前，大幅提升師生沉浸式課堂的體驗。下圖所示為寶中實驗在全息未來教室的設(shè)備布局圖。

2.教育實踐探索

（1）身臨其境式的科普體驗

全息沉浸式未來教室成為學(xué)生的科普場館，它通過軟硬件一體化全息技術(shù)將全息互動鏡面墻和互動投影墻有機組合，提供了海洋主題、熱帶雨林主題等多主題沉浸式空間，通過全息中控來切換全息主題場景，為學(xué)生提供更加豐富的全息體驗。

（2）開展互動化、多元化的課堂教學(xué)實踐

下面筆者以寶中實驗的科創(chuàng)特色課程——機器人課程為例進行探索。機器人課程是一門通過積木組裝拼接搭建相應(yīng)功能的物品，并通過編程賦予感知和動作能力的課程。在這個過程中，直觀感知幫助學(xué)生獲取豐富的物理學(xué)、機械學(xué)的直觀體驗，學(xué)生在玩的過程中，不僅培養(yǎng)了動手搭建能力，更重要的是發(fā)展了空間想象能力、問題分析解決能力、邏輯思維能力以及合作能力。

以《奔騰的野馬》一課為例，教學(xué)內(nèi)容是搭建一匹在馬達驅(qū)動下做奔跑狀的野馬。教學(xué)內(nèi)容分析：首先，野馬奔跑起來是一只前腳先抬，再抬另一只腳，這就要考驗學(xué)生的觀察能力。其次，如何用馬達帶動野馬做“奔騰”運動（“奔騰”運動采用連接桿和齒輪非軸心點的連接轉(zhuǎn)動），做到上下顛簸奔騰的視覺效果，這極其考驗學(xué)生的想象力。這樣的介紹學(xué)生難以想象如何搭建，而全息沉浸式教室的三面都是展示屏，實現(xiàn)3D沉浸式的體驗效果，方便學(xué)生身臨其境地了解野馬的搭建方法。

課前準備階段。全息未來教室目前還沒有相應(yīng)的資源，所有需要的資源需要自制，可準備兩種適用于全息未來教室的資源：①準備課堂導(dǎo)入階段的3D影片資源;②準備課程搭建的VR/AR資源。奔騰的野馬，一要搭建野馬的身體，二要搭建固定馬達的底座，再用連桿將馬和齒輪的非軸心點相連。搭建的過程需要注意步驟和很多的細節(jié)，因此應(yīng)提前把搭建的流程、每一步需要的零件、如何搭建、搭建注意事項做成微課，再利用VR/AR技術(shù)將搭建過程制作成可以拆分教學(xué)步驟的VR/AR模型，以備課程使用。

課堂開展階段。①沉浸式引入，利用全息沉浸教室播放3D影片，學(xué)生置身遼闊的呼倫貝爾大草原，從左邊屏幕出來一匹健碩奔騰的野馬，穿越到中間屏幕，再到右邊屏幕，最后消失在視野里，主要展現(xiàn)野馬奔騰的姿勢，同時，沉浸式的課堂體驗?zāi)軌驑O大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。②VR/AR技術(shù)協(xié)助新知講解，本節(jié)任務(wù)的重點和難點都是“奔騰”運動的搭建，教師利用課前準備的VR/AR模型講解搭建積木類機器人的步驟。③學(xué)生小組合作完成任務(wù)。全息未來教室的VR/AR模型為學(xué)生帶來個性化教學(xué)內(nèi)容，全息教室里的三塊屏幕可以多點觸碰操控，課前準備的VR/AR模型分散放置在三塊顯示屏上，三面屏幕配合呈現(xiàn)多個關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點的個性化講解，學(xué)生可以根據(jù)自己的情況選取任務(wù)節(jié)點進行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了個性化教學(xué)。④學(xué)生作品展示，學(xué)生的作品用實時展示系統(tǒng)呈現(xiàn)給全班鑒賞，極大地提升了任務(wù)完成展示環(huán)節(jié)的可視化、互動化。⑤課堂總結(jié)。教師總結(jié)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，屏幕呈現(xiàn)學(xué)生最終實現(xiàn)的模型。

課后資料留存階段。①可將學(xué)生展示的模型進行電子存檔;②教室有實時錄課功能，可以保存課程視頻。

從課前準備到課上各個教學(xué)環(huán)節(jié)，再到課后資料留存，各個階段都滲透著5G技術(shù)、VR/AR技術(shù)的使用，全息未來沉浸式教室在5G技術(shù)的支持下能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)和教學(xué)完美結(jié)合，促進智慧教育的發(fā)展。

基于5G技術(shù)的名師講堂

1.硬件方面探索

基于5G技術(shù)的名師講堂包含視頻采集（AI分析）系統(tǒng)、跟蹤控制系統(tǒng)、聲音采集系統(tǒng)、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、環(huán)境改造系統(tǒng)，能夠通過5G網(wǎng)絡(luò)進行直播錄播、遠程教研等教學(xué)活動，并根據(jù)需求實時上傳至資源管理應(yīng)用進行直播、點播、應(yīng)用?；?G技術(shù)的雙師課堂，能夠?qū)崿F(xiàn)校內(nèi)教室與教室間、學(xué)校與學(xué)校之間同步互動。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時延等特性可以實現(xiàn)可移動性的靈活開課，同時可以支撐4K高清視頻傳輸以及低時延互動的雙師課堂應(yīng)用。

2.教育實踐探索

（1）基于5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)本校特色的名師講堂

寶中實驗聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院、深圳清華大學(xué)研究院、深圳大學(xué)等科研單位和高等學(xué)府，邀請專家博士進課堂，為學(xué)生們介紹當(dāng)前我國乃至全世界領(lǐng)先的尖端科技，開拓學(xué)生的知識和視野。而在5G技術(shù)的支持下更有利于名師課堂的推廣：①實時直播，擴大同步受眾面;②實時互動交流、旁聽、點評;③記錄“院士博士大講堂”，制作成系列在線課堂資源。

（2）將名師課堂進行推廣實現(xiàn)雙師課堂模式教學(xué)

名師講堂容納人數(shù)的限制導(dǎo)致無法保障學(xué)生同時聽取名師講座。為了保障每個學(xué)生都能夠接收到前沿的知識，學(xué)校將名師講堂推廣到教室，實現(xiàn)雙師模式的課堂教學(xué)，即名師主講，班級教師組織，與主講名師互補式教學(xué)，實現(xiàn)兩點或多點的校際互動教室之間的互動教學(xué)?；?G高傳輸效率的雙師課堂已經(jīng)成為推動未來優(yōu)質(zhì)教育資源普及的利器。

5G+智慧教育優(yōu)勢

1.5G技術(shù)提升學(xué)校教育教學(xué)的效率，優(yōu)化課堂教學(xué)的體驗

5G技術(shù)在降低信息傳播延遲的同時，也使得物聯(lián)網(wǎng)的容量得到極大擴展，教學(xué)記錄也將共享和保存更長時間，對于網(wǎng)絡(luò)速度和容量要求極高的VR技術(shù)來說其性能將得到極大地提升。5G技術(shù)全面增加了學(xué)習(xí)的參與性、主動自主性，大大降低教學(xué)中的安全風(fēng)險，達到了真實、實時的互動體驗。教師在課堂中能夠更好地開展個性化、多樣化、高效化的教學(xué)，師生之間的溝通更加暢通無阻。

2.5G技術(shù)提升名師講堂、雙師課堂教學(xué)效果

5G網(wǎng)絡(luò)全息課堂同時可以進行一對多、多對一及多對多的直播互動，線上教師實時實操演示指導(dǎo)，打破地域限制瓶頸，實現(xiàn)遠程課堂無延遲的師生溝通，增加沉浸式學(xué)習(xí)效果。VR虛擬現(xiàn)實課堂，在安全可靠、穩(wěn)定持續(xù)等層面，帶給師生革命性的沉浸化交互方式使用體驗。

3.5G技術(shù)優(yōu)化師生獲取學(xué)校數(shù)字資源和處理海量信息的交互方式

在5G技術(shù)支撐下建立學(xué)校的大數(shù)據(jù)交換和處理中心，將部門協(xié)調(diào)、師生互動、家校聯(lián)系、辦事流程等諸多學(xué)校工作布置在學(xué)校云端大數(shù)據(jù)中心。5G+智慧教育首先賦能學(xué)校的管理工作，可以全程、全鏈條、全方位記錄、跟蹤和分享學(xué)校各方面工作的細節(jié)，做到可溯源、可量化和可視化，搭建高效、可靠、全面的大數(shù)據(jù)交換和處理中心，打造基于5G技術(shù)的教育2.0時代下的智慧校園，實現(xiàn)內(nèi)部資源協(xié)同互聯(lián)、外部資源高效互換。

5G+智慧教育方法和模式目前尚處在前期探索階段，寶中實驗根據(jù)教學(xué)實踐，探索了一些經(jīng)驗，在后面的教育教學(xué)實踐中還將不斷探索。

參考文獻：

[1]祝智庭，彭紅超.技術(shù)賦能智慧教育之實踐路徑[J].中國教育學(xué)刊，2020（10）.

[2]郭素雅.5G在教育信息化中的應(yīng)用方案與實踐探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（20）.

[3]蔣志輝，何向陽，余劍波.“5G+智慧教育”視域下的教師支持服務(wù)模式構(gòu)建與行動路徑研究[J].遠程教育雜志，2020（01）：9.

作者簡介：劉勁松，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校，高級教師;王寒之，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校，二級教師;王瑜，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校，一級教師;石廣興，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校，二級教師;王夢琦，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團）實驗學(xué)校，信息員教師。

本文為“基于5G的雙師課堂實踐研究”（課題號：15267）項目研究成果。