5G技術(shù)下智慧教育的實踐研究

徐春霞

【摘要】5G技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為我國信息技術(shù)綜合水平的躍進式發(fā)展提供了強勁的動力和保障。文章闡述了5G的概念，分析了5G技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上提出，強化5G技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用效果，要從加快基礎(chǔ)建設(shè)、加大教師培訓、建設(shè)支撐平臺等方面入手。

【關(guān)鍵詞】5G技術(shù)；教育領(lǐng)域；現(xiàn)狀；實踐路徑

【中圖分類號】G640【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）10—0109—04

5G技術(shù)因其高速率、低延時、高寬帶、低能耗、高接入數(shù)、低成本以及萬物萬聯(lián)、安全重構(gòu)等特點，已由最初的通信行業(yè)應(yīng)用被逐步擴展應(yīng)用到了社會發(fā)展的方方面面。教育領(lǐng)域也提出5G+智慧教育的應(yīng)用模式。利用5G技術(shù)的一系列信息傳播優(yōu)勢，結(jié)合VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)、AR增強現(xiàn)實技術(shù)、情景感知技術(shù)、全息投影技術(shù)、人工智能技術(shù)等，能為師生提供沉浸式、互動化、個性化的課堂教學體驗，增強了學生的學習興趣，提升了課堂教學效率。

一、5G的概念及5G技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

1. 5G的概念。5G是5th-Generation的簡稱，是1G、2G、3G、4G之后的第五代移動通信技術(shù)。其具有高速率、低延時、高寬帶、低能耗、高接入數(shù)、低成本以及萬物萬聯(lián)、安全重構(gòu)的特點，能在很大程度上方便人們生活的方方面面。

2. 5G技術(shù)進入教育領(lǐng)域的現(xiàn)狀。隨著《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》的發(fā)布，我國教育領(lǐng)域正式啟動了5G技術(shù)應(yīng)用。如今，教育領(lǐng)域已構(gòu)建了初步應(yīng)用的雛形，“5G+智慧教育”“智慧課堂”“智慧校園”的打造已取得了初步成效[1]，虛擬現(xiàn)實實驗、多媒體遠程教育、多類型媒體網(wǎng)絡(luò)融合課程已成為現(xiàn)實。但同時，5G技術(shù)在推廣應(yīng)用中尚存在需要努力解決的問題。一是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面存在問題。5G技術(shù)建設(shè)成本和后期運維成本都比較高，5G基站等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尚未全面改造升級，尤其是在偏遠鄉(xiāng)村，這一問題尤為突出。5G網(wǎng)絡(luò)信號尚未實現(xiàn)大規(guī)模普及和全面覆蓋，當前很多地方均處于先試先推階段，這些現(xiàn)實問題需要政府部門引起高度重視，并加大在政策、資金上的支持力度。二是技術(shù)人才建設(shè)方面存在問題。5G技術(shù)還在不斷發(fā)展中，其與教育的融合還在應(yīng)用探索中，既懂IT尤其是5G技術(shù)，又熟悉教育教學具體工作的人才比較短缺。如何培養(yǎng)這方面的綜合人才，為“5G+智慧教育”提供有力的技術(shù)支撐，開發(fā)出更多更好更適應(yīng)“5G+教育”的新模式，并根據(jù)課程教學的需要，為廣大教育工作者提供優(yōu)質(zhì)的教學資源是現(xiàn)實考慮的首要問題。三是教師素質(zhì)儲備方面存在問題。有些教師原本在教學組織、課堂教學及評價管理等方面對信息技術(shù)的應(yīng)用還不夠熟練、不夠深入，而適應(yīng)5G技術(shù)支撐下復雜多變的教育場景，教師不僅要具備基本的學科素養(yǎng)，還需要具備基本的數(shù)據(jù)素養(yǎng)、網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)、人工智能素養(yǎng)及多媒體素養(yǎng)等。四是因材施教方面存在問題。5G技術(shù)支持下的遠程教學，可以實現(xiàn)多地區(qū)、多學校的線上教學場景共享，一名優(yōu)秀教師可以為成千上萬的學生同時上課，但因時空分離造成的師生臨場感缺失、師生情感交互困難等問題也會隨之產(chǎn)生，不利于教師根據(jù)學生的個性化特點因材施教，影響整體的教育教學效果。

二、5G技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的價值意義

1.“5G+智慧教育”將有助于優(yōu)化傳統(tǒng)教學模式。5G技術(shù)在教育領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用將深刻變革傳統(tǒng)教育模式，首先，憑借5G虛擬現(xiàn)實技術(shù)、情境感知技術(shù)、全息投影技術(shù)、人工智能技術(shù)等與課堂教學的緊密結(jié)合，將在沉浸式課堂教學、超高清視頻遠程教學和情境感知自主學習等方面發(fā)揮重要作用，有利于打造“萬物互聯(lián)”的智能教學環(huán)境，創(chuàng)設(shè)更加具體化、形象化的教學情境，為師生帶來個性化、互動化、沉浸式的課堂體驗。其次，教學方式和內(nèi)容將迎來升級，學生可通過VR/AR技術(shù)的智能眼鏡將書本上抽象、平面的內(nèi)容變得立體生動形象。如，利用眼動儀感受日月星體間的立體運轉(zhuǎn)。再如，化學、物理、生物等學科一些在傳統(tǒng)實驗室內(nèi)無法完成的易燃易爆、有毒性或具有一定危險性的實驗，通過VR/ AR技術(shù)支持下的虛擬實驗，能夠在課堂中輕松實現(xiàn)，并能獲取同樣的實驗效果。最后，利用5G技術(shù)可以讓遠程互動教學成為現(xiàn)實。近兩年疫情期間，“云課堂”等線上教育模式展現(xiàn)出了特殊時期的重要價值。而融入5G技術(shù)，能有效解決延時、卡頓等問題，使得遠程教育變得更加流暢、實時和生動，且可以實現(xiàn)可移動的課堂教學，隨需隨用，效果會遠超現(xiàn)有的線上教學。

2.“5G+智慧教育”將有助于促進教育公平。我國教育一直存在教育資源嚴重不足、區(qū)域教育不均衡等問題，一方面鄉(xiāng)村學校師資力量、教育資源比較短缺，另一方面優(yōu)質(zhì)資源都集中在發(fā)達地區(qū)和城區(qū)，我國東西部之間、城鄉(xiāng)之間教育資源差距較大。5G技術(shù)與教育的融合，將加速“5G+智慧教育”進程，推動教育均衡發(fā)展。首先，基于5G技術(shù)下的遠程教學模式雙師課堂，主要是為了解決偏遠鄉(xiāng)村學校普遍存在的缺師少教、師資水平參差不齊、課程開設(shè)不齊全等難題。通過5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低時延等特性，能夠有效解決現(xiàn)有雙師課堂推廣中存在的采用有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工期長、成本高、靈活性差，采用無線WiFi網(wǎng)絡(luò)又導致音視頻延遲、卡頓等問題，而5G技術(shù)下的遠程教育同時可以支撐4K高清視頻傳輸以及低時延互動的沉浸式雙師課堂應(yīng)用，有效解決傳統(tǒng)雙師的交互體驗問題，為雙師課堂的長遠發(fā)展提供有力保障[2]。其次，通過AR/VR技術(shù)，以全息投影的方式，將名校名師的智慧教學場景或者課堂實錄通過裸眼3D的效果呈現(xiàn)在遠端聽課學生面前，通過一對一遠程教學，同時可以一對多、多對一及多對多的直播互動模式，實現(xiàn)自然式交互遠程教學，多地區(qū)共享優(yōu)質(zhì)資源，解決資源不均、教學場景無法共享的問題。

3.“5G+智慧教育”將有利于拓展課堂教學活動資源。在5G技術(shù)的輔助下，教師可以更為流暢地下載和整理教學課件和網(wǎng)絡(luò)教學資源，有利于教師更為全面地利用海量網(wǎng)絡(luò)教學資源。教師可以在5G技術(shù)的輔助下去各大網(wǎng)站下載資源，幫助教師有效組織教學內(nèi)容，拓展教學活動組織形式，促進教育教學工作的多元化轉(zhuǎn)變。智慧學習環(huán)境是數(shù)字學習環(huán)境的高端形態(tài)，充分利用智能技術(shù)的功能，創(chuàng)造學習社群和教學社群，識別學習的情景，記錄學習的過程，分析學習的結(jié)果，為教學和學習提供基于數(shù)據(jù)的支撐[3]。

4.“5G+智慧教育”將有利于促進教育的網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型。在5G技術(shù)支持下，信息技術(shù)的發(fā)展進入到一個全新的層次，資源更加豐富，教師可以更好地結(jié)合信息技術(shù)設(shè)計教學方案，優(yōu)化“互聯(lián)網(wǎng)+教學模式”。通過積極做好相關(guān)工作，教師可以充分發(fā)揮信息技術(shù)的導學價值，有利于開拓學生的思維能力，促進了教學工作模式的合理拓展與持續(xù)優(yōu)化[4]。

5.“5G+智慧教育”將有利于強化校園管理。5G可以通過視頻監(jiān)控的方式，滲透到教學管理、校舍管理、校車管理、教室照明監(jiān)測、教室溫度/水分監(jiān)測等環(huán)節(jié)之中，讓學校的各方面管理更加高效和精準，營造更加健康、安全且溫馨的校園教學氛圍，為教育教學管理的提質(zhì)增效和高質(zhì)量發(fā)展帶來全方面的促進和提升。利用智能感知以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過攝像頭、傳感器等各類采集設(shè)備全面采集校園環(huán)境和人群的信息，智能分析采集到的海量數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果應(yīng)用到學校的教學、科研、管理服務(wù)工作當中，實現(xiàn)能耗管理、狀態(tài)監(jiān)測、資產(chǎn)管理、設(shè)備控制、環(huán)境監(jiān)測、安防監(jiān)控、車輛管理等功能，由此保障校園智慧化運營[5]。

三、5G技術(shù)與教育教學的融合路徑

1.加快推進基于“5G+智慧教育”的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。5G網(wǎng)絡(luò)基站等基礎(chǔ)設(shè)施是實現(xiàn)推動5G技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。一是要加快網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。5G通訊設(shè)施是確保人機物互聯(lián)的重要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和載體，在5G基站和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，雖然可以先行先試，分層推進，可以有先后之分，但不能有主次之分，不能僅以城市為主，要做到地區(qū)與地區(qū)之間、城市與鄉(xiāng)村之間的公平和全面，有時候更需要向鄉(xiāng)村等偏遠地區(qū)傾斜。二是加強企業(yè)合作及人才建設(shè)?！?G+智慧教育”的推進既涉及學校、培訓機構(gòu)等教育機構(gòu)，也涉及5G技術(shù)運營商和相關(guān)企業(yè)。這些主體間要保持緊密合作，加強溝通銜接，更要加強相互間的業(yè)務(wù)交流和專題聯(lián)合培訓，讓技術(shù)開發(fā)人員熟悉教育工作，讓教育機構(gòu)人員熟悉相關(guān)技術(shù)操作。三是要建立完善法律監(jiān)管和行業(yè)標準。5G技術(shù)與教育教學工作融合，學生的相關(guān)身份信息、在校期間學習生活的實時監(jiān)控畫面等都會形成大數(shù)據(jù)，可以在家校等一定的網(wǎng)絡(luò)中共享，但這也會產(chǎn)生一定的網(wǎng)絡(luò)安全問題，師生的身份信息、隱私有可能造成泄漏，這就需要通過建立完善的法律監(jiān)管，制訂嚴格的行業(yè)標準，為師生打造健康、安全、有序的學習和生活環(huán)境。

2.加大學習培訓力度，提升教師的信息技術(shù)素養(yǎng)。想要5G技術(shù)全面融入教育教學，作為5G技術(shù)在教育領(lǐng)域真正實踐者的教師是關(guān)鍵，必須加強對教師的學習和專題培訓，提升教師熟練掌握設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用數(shù)字教育資源的能力。首先，需要組織教師系統(tǒng)地學習信息技術(shù)，熟練應(yīng)用各類信息技術(shù)手段組織教學，讓教師對5G技術(shù)有全面了解和認識，包括5G的概念、發(fā)展歷史以及5G技術(shù)支持下的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、情境感知技術(shù)、全息投影技術(shù)等一系列新型信息技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用場景。其次，教師要緊跟新時期教育理念、教學方式變革的步伐，利用業(yè)余時間主動學習掌握各類信息化教學技術(shù)，思考與學科教學內(nèi)容結(jié)合的方法，并在具體教學過程中不斷學習、探索、實踐。同時，要通過培訓或?qū)W習，盡快掌握文字處理、圖形圖像處理、微課制作等信息化處理技術(shù)以及VR/AR、遠程教學等5G核心技術(shù)，以便5G技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用后能夠很快適應(yīng)新的教育教學模式。最后學校要加強與5G技術(shù)運營商和設(shè)備供應(yīng)相關(guān)企業(yè)的溝通銜接，建立相應(yīng)的合作培訓機制，組織邀請這些專業(yè)技術(shù)人員加強對全體教師的專題培訓，以便教師盡快熟悉運用尖端技術(shù)，推動“5G+智慧教育”“智慧課堂”“智慧校園”盡快實現(xiàn)。

3.要利用信息技術(shù)加快建設(shè)相應(yīng)支撐平臺。5G技術(shù)在教育教學中的實踐應(yīng)用，還要有強大的信息技術(shù)平臺作支撐。首先，要在教室部署遠程同步課堂錄播系統(tǒng)。5G技術(shù)下的“智慧課堂”需要學校在滿足課堂教學、講座會議等常規(guī)應(yīng)用需求的同時，建設(shè)聲光效果都達到標準的高質(zhì)量錄播教室，在滿足常態(tài)化同步錄播、精品錄播和雙師課堂功能的同時，要為名師課堂教學錄制與直播、精品課堂等提供良好的錄制平臺，實現(xiàn)跨區(qū)域、跨學校、跨班級的互動教學，跨校、跨區(qū)域的遠程教學，以及名師教學資源共享、跨區(qū)域?qū)W術(shù)交流、遠程聽評課、視頻會議、培訓會議等多種應(yīng)用。其次，要建立信息采集系統(tǒng)。在教室內(nèi)布置多個AI攝像頭，負責采集視頻并抓取圖像信息，通過對學生行為表情等信息的自動模型分析，判斷出學生個人和班級整體的學習專注度，生成課堂教情大數(shù)據(jù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)將各種行為統(tǒng)計結(jié)果實時地回傳給授課教師以及學校管理系統(tǒng)，實現(xiàn)教學的實時互動和教學管理的聯(lián)動[6]。同時，要搭建網(wǎng)絡(luò)教學資源儲備平臺。在5G技術(shù)的支持下，學校積極利用信息技術(shù)搭建相應(yīng)的校園網(wǎng)絡(luò)教學平臺，為教師順利開展教學提供支持。將同步錄播系統(tǒng)錄制的精品課程、優(yōu)課資源自動存儲到教學資源儲備平臺，教師也可以將自己設(shè)計的課件或從網(wǎng)絡(luò)上收集到的優(yōu)質(zhì)資源上傳到網(wǎng)絡(luò)儲備平臺，逐步擴展網(wǎng)絡(luò)平臺優(yōu)質(zhì)資源儲備量，為學校教師資源共享、提升教育教學質(zhì)量提供堅實的資源基礎(chǔ)。

總之，將5G技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域，既是推動教育信息化建設(shè)，促進教育公平、實現(xiàn)沉浸式教學、個性化教育、打通線上線下教學隔閡的現(xiàn)實需要，也是適應(yīng)5G技術(shù)革新，打造智慧城市、智慧社會，迎接AI人工智能時代、大數(shù)據(jù)時代的必然要求。作為教育工作者，應(yīng)該緊跟時代步伐、緊跟社會科技發(fā)展趨勢，立足于自身實際，盡早謀劃布局5G技術(shù)的運用，按照要求打造“智慧校園”“智慧課堂”，整合優(yōu)質(zhì)資源，創(chuàng)新教學模式，推動教育高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻

[1]盧向群，孫禹.基于5G技術(shù)的教育信息化研究[J].中國工程科學，2019（06）：126.

[2]高源澤.5G技術(shù)對義務(wù)教育帶來的機遇與挑戰(zhàn)，[J].科技風2021（05）：93-94.

[3]莊榕霞，楊俊鋒，黃榮懷.5G時代教育面臨的新機遇新挑戰(zhàn)[J].中國電化教育，2020（12）：05-06.

[4]付思墁，張麗，呂婷，等.5G技術(shù)應(yīng)用于教育的現(xiàn)狀分析[J].通信電源技術(shù)，2020（01）：179-180.

[5]譚琳，熊斌，高春艷.5G時代高校教師信息化教研能力提升路徑探析[J].廣西廣播電視大學學報，2022（02）：18-26.

[6]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）：14-16.

（本文系2021年度甘肅省“十四五”教育科學規(guī)劃一般課題“5G技術(shù)下教育信息技術(shù)應(yīng)用實踐探索”的研究成果，課題立項號：GS[2021]GHB1981）

編輯：謝穎麗