5G賦能學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型：內(nèi)涵與方式

摘要：學(xué)習(xí)空間的發(fā)展轉(zhuǎn)型是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要任務(wù)，在新技術(shù)的推動(dòng)下，學(xué)習(xí)空間呈現(xiàn)智能化的轉(zhuǎn)型趨勢(shì)。本文分析了學(xué)習(xí)空間智能化的內(nèi)涵，提出5G助力學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型的方式主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)方式智能化、學(xué)習(xí)資源智能化、學(xué)習(xí)情境智能化以及學(xué)習(xí)裝備智能化，并指出，對(duì)于5G賦能學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型實(shí)踐中存在的問(wèn)題，可從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、師生數(shù)字素養(yǎng)和用戶(hù)體驗(yàn)的角度推動(dòng)解決。

關(guān)鍵詞：5G；學(xué)習(xí)空間；人工智能

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）20-0000-04

引言

數(shù)字技術(shù)的興起推動(dòng)了社會(huì)各領(lǐng)域和各行業(yè)的深入變革，在加快建設(shè)“數(shù)字中國(guó)”的要求下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是學(xué)校發(fā)展的必然趨勢(shì)，而學(xué)習(xí)空間的發(fā)展轉(zhuǎn)型是數(shù)字化轉(zhuǎn)型中至關(guān)重要的組成部分，在5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)空間呈現(xiàn)出智能化的升級(jí)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)。5G技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用是國(guó)家政策的焦點(diǎn)，歷年的政府年度工作報(bào)告均提及要推進(jìn)規(guī)模化的5G技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。國(guó)家“十四五”規(guī)劃也明確提出各行業(yè)要形成“基于5G應(yīng)用情境的技術(shù)生態(tài)圈”，同時(shí)，在《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃》中明確了在教育領(lǐng)域要加大5G技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。5G技術(shù)最突出的優(yōu)勢(shì)是低延遲和高速率，它在可用性、穩(wěn)定性以及承載性能方面全面超越4G技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于電力、能源、交通以及醫(yī)療行業(yè)，并取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在教育行業(yè)中，業(yè)界已經(jīng)開(kāi)展了關(guān)于5G技術(shù)的理論探討和應(yīng)用研究，如將5G技術(shù)應(yīng)用于在線學(xué)習(xí)、混合式學(xué)習(xí)，以及助力教學(xué)和學(xué)習(xí)模式的創(chuàng)新等。[1]

學(xué)習(xí)空間智能化的內(nèi)涵

廣義的學(xué)習(xí)空間泛指學(xué)習(xí)活動(dòng)的發(fā)生區(qū)域，建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)校應(yīng)提供支持學(xué)生主動(dòng)認(rèn)知和主動(dòng)學(xué)習(xí)的條件和環(huán)境，學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為中心，因此，學(xué)習(xí)空間的構(gòu)建應(yīng)以學(xué)生的需求為出發(fā)點(diǎn)，本文所提及的學(xué)習(xí)空間是校園內(nèi)學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)的區(qū)域，其中包含學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)裝備等。

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)空間是真實(shí)的、物理的學(xué)習(xí)空間，隨著人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和5G技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)，學(xué)習(xí)空間迎來(lái)了新的發(fā)展階段（如下頁(yè)圖1），主要表現(xiàn)為虛擬化教學(xué)、混合式學(xué)習(xí)以及人工智能的應(yīng)用。[2]近年來(lái)，《地平線報(bào)告》均提及智能化、虛擬化對(duì)學(xué)習(xí)空間的重要性，并提倡將智能技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)場(chǎng)景中，認(rèn)為智能技術(shù)的普及不僅是“智慧教學(xué)的愿景”，也是學(xué)習(xí)方式演變的“必然趨勢(shì)”。學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型需建立在教育信息化基本規(guī)范的基礎(chǔ)上，其出發(fā)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為中心，可借助5G、人工智能等前沿技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)情境以及學(xué)習(xí)裝備的智能化，以達(dá)到優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、提高學(xué)習(xí)效率的目標(biāo)。

5G助力學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型的方式

學(xué)習(xí)空間智能化是必然趨勢(shì)，但也存在一定的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在校園基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方面。當(dāng)前，學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型主要存在學(xué)習(xí)方式不夠便利、學(xué)習(xí)資源不夠豐富、學(xué)習(xí)情境較為單一以及學(xué)習(xí)裝備的基礎(chǔ)承載設(shè)施條件不足等問(wèn)題。而5G技術(shù)具有萬(wàn)物互聯(lián)、低延遲和大帶寬等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還支持大連接場(chǎng)景，能滿足校園中高密度人群進(jìn)行集中學(xué)習(xí)的場(chǎng)景需求，也能滿足大規(guī)模、多樣化的智能學(xué)習(xí)終端的接入需求。[3]5G對(duì)學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型的作用主要體現(xiàn)在助力學(xué)習(xí)方式的智能化、賦能教育資源的智能化、推動(dòng)學(xué)習(xí)情境的智能化以及推進(jìn)學(xué)習(xí)裝備的智能化四個(gè)方面，如下頁(yè)圖2所示。

1.5G助力學(xué)習(xí)方式的智能化：學(xué)習(xí)的“中心轉(zhuǎn)換”和學(xué)習(xí)精準(zhǔn)性

智能化的學(xué)習(xí)空間要求學(xué)習(xí)方式具備較高的便利性和精準(zhǔn)性，應(yīng)達(dá)到“有利于學(xué)習(xí)者主動(dòng)學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)”的水準(zhǔn)。在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式中，教師是知識(shí)的“中心”，課堂是學(xué)習(xí)的“中心”，學(xué)生處于從屬地位，學(xué)生只能在特定的時(shí)間、特定的場(chǎng)所進(jìn)行學(xué)習(xí)，時(shí)間與空間限制成為制約主動(dòng)學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)的主要原因之一。5G技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)的新的發(fā)展階段，5G網(wǎng)絡(luò)極大地提升了知識(shí)傳輸、復(fù)制和轉(zhuǎn)移的便利性和快捷性，教師和書(shū)本不再是知識(shí)獲取的主要渠道，學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)地點(diǎn)也不再需要進(jìn)行約定，學(xué)習(xí)方式從“以教師和課堂為中心”轉(zhuǎn)換為“以學(xué)生為中心”。此外，5G技術(shù)助力人工智能技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步加快了“中心轉(zhuǎn)換”的速度，使得學(xué)習(xí)者的“中心地位”更加明顯，人工智能不僅能主動(dòng)提供精確的知識(shí)內(nèi)容，還能對(duì)學(xué)生進(jìn)行基于習(xí)慣和偏好的“用戶(hù)畫(huà)像”，并提供行之有效的學(xué)習(xí)方法，大幅度提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的精準(zhǔn)性。

2.5G賦能學(xué)習(xí)資源的智能化：資源多樣化與生成式AI

在5G時(shí)代，高速率、廣連接以及低資費(fèi)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為視頻形式知識(shí)內(nèi)容的大規(guī)模傳輸提供了可行性，在此基礎(chǔ)上，新媒體教育平臺(tái)得以蓬勃發(fā)展，學(xué)習(xí)資源內(nèi)容的形式有了更多的選擇，使得學(xué)生能隨時(shí)隨地獲取豐富多樣的教育資源。手機(jī)、平板等手持終端的網(wǎng)絡(luò)接入速率的提升、接入?yún)^(qū)域的擴(kuò)展以及接入成本的降低，推動(dòng)了手持終端上的生成式AI的普及，生成式AI可對(duì)結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行“深層加工”，并能夠進(jìn)行精準(zhǔn)匹配，以應(yīng)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，學(xué)生學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感、交互感有較大幅度的提升。

3.5G推動(dòng)學(xué)習(xí)情境的智能化：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

《情境學(xué)習(xí)：合法的邊緣性參與》一書(shū)提出：“學(xué)生應(yīng)在特定的社會(huì)情境或者物理情境下，通過(guò)主動(dòng)參與的方式對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行意義層面的協(xié)商，同時(shí)在學(xué)習(xí)團(tuán)體中與其他學(xué)生互相幫助、配合和溝通，達(dá)到沉浸式學(xué)習(xí)、代入式學(xué)習(xí)的目的。”AR、VR以及XR能模擬“情境學(xué)習(xí)理論”所提及的知識(shí)產(chǎn)生的“社會(huì)情境或者物理情境”，并且支持學(xué)生與特定情境進(jìn)行互動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)本身的“意義建構(gòu)”，達(dá)到強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果的目的。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用離不開(kāi)5G技術(shù)的支持，其原因是在虛擬學(xué)習(xí)空間中學(xué)生對(duì)“進(jìn)階體驗(yàn)”的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容有強(qiáng)烈需求。所謂的進(jìn)階體驗(yàn)，指的是高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容以及低延遲的虛擬交互功能，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)功能體系中的“高分辨率近眼顯示功能”及“低延遲感知交互功能”，這兩個(gè)功能模塊是高質(zhì)量虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際學(xué)習(xí)情境的關(guān)鍵，但傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線網(wǎng)均不能滿足4K/8K分辨率的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容傳輸需求，需借助5G技術(shù)的大上行帶寬和低延遲等優(yōu)勢(shì)。[4]因此，5G是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)達(dá)到進(jìn)階體驗(yàn)水準(zhǔn)的“數(shù)字技術(shù)底座”，是虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)空間中必不可少的組成部分。

4.5G支持學(xué)習(xí)裝備的智能化：智能終端的大規(guī)模應(yīng)用

在課堂學(xué)習(xí)中，手持終端、多媒體設(shè)備、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成了校園內(nèi)智慧教室的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)環(huán)境，但隨著數(shù)字孿生（元宇宙）技術(shù)、Web3.0技術(shù)以及自媒體平臺(tái)的出現(xiàn)，新型的數(shù)字媒體內(nèi)容迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，信息傳輸形式的多樣化達(dá)到了前所未有的高度，學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的形式、品質(zhì)的要求更高，因此需要兼容性更好、性能更強(qiáng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在實(shí)際教學(xué)中，引入智能化設(shè)備的主要目標(biāo)是提升學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)感、參與感和體驗(yàn)感，從而保證學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)思考和創(chuàng)新。而智能化設(shè)備中智能技術(shù)的使用，需要大量的傳感器、圖像采集設(shè)備、語(yǔ)音交互設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施作為支撐，需滿足數(shù)量巨大、種類(lèi)繁多的智能終端接入需求，同時(shí)還存在高清圖像、視頻和語(yǔ)音數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量需求，在智能系統(tǒng)的人機(jī)交互方面，智能技術(shù)的應(yīng)用也需要較高的交互實(shí)時(shí)性和交互快捷性。因此，基于智能系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式也需要5G網(wǎng)絡(luò)的支撐。在教學(xué)服務(wù)端層面，5G網(wǎng)絡(luò)不僅能為智能系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施提供大帶寬、廣連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，還能滿足人機(jī)交互實(shí)時(shí)性要求，為學(xué)生帶來(lái)良好的用戶(hù)體驗(yàn)；在數(shù)據(jù)采集端層面，5G技術(shù)支持傳感器、攝像頭以及其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接入；在用戶(hù)終端層面，5G技術(shù)能為學(xué)生提供快速的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，學(xué)生獲取知識(shí)內(nèi)容的速度更為快捷。

存在的問(wèn)題和解決方法

5G是學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)支撐，但在實(shí)踐環(huán)節(jié)還存在不小的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：①高校人群較為密集，不同的學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)5G設(shè)施的容量需求、功能需求極不均衡，5G設(shè)施部署較為困難；②不同學(xué)科的學(xué)生的信息化素養(yǎng)不同，對(duì)智慧學(xué)習(xí)空間的熟練程度呈現(xiàn)較大差別，可能加大數(shù)字鴻溝的影響；③智慧學(xué)習(xí)空間中各功能模塊互相孤立的問(wèn)題較為嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為各功能模塊缺乏整體規(guī)劃、數(shù)據(jù)共享機(jī)制缺乏、數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題較為突出；④建設(shè)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃、規(guī)范以及管理，同時(shí)還存在重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象。因此，應(yīng)從基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字素養(yǎng)和用戶(hù)體驗(yàn)的角度出發(fā)解決問(wèn)題。

1.推進(jìn)5G新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

建設(shè)校園新型基礎(chǔ)設(shè)施的目的是提升校園信息化裝備水平，支撐新技術(shù)在校園學(xué)習(xí)空間中的應(yīng)用，打造智慧校園“數(shù)字底座”。新型基礎(chǔ)設(shè)施聚焦智慧校園的各個(gè)層面，包括智慧校園建設(shè)、體系與平臺(tái)建設(shè)、基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、教學(xué)資源建設(shè)、信息安全防范以及開(kāi)發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用等，涵蓋了學(xué)習(xí)空間智能化的全過(guò)程需求。其中，在5G基礎(chǔ)設(shè)施方面，學(xué)校可與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商合作，根據(jù)學(xué)習(xí)空間建設(shè)的實(shí)際需求建設(shè)區(qū)域性專(zhuān)用5G網(wǎng)絡(luò)，引入定制化、輕量化的5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，充分利用運(yùn)營(yíng)商的技術(shù)、人員、設(shè)備和運(yùn)維模式，實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)和降低成本的雙重目的。[5]在智能化基礎(chǔ)設(shè)施方面，應(yīng)重視大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境等所需要的基本算力的配備，如高性能計(jì)算設(shè)施等，構(gòu)建算力、算法、數(shù)據(jù)、應(yīng)用的智能技術(shù)生態(tài)圈。

2.推進(jìn)師生數(shù)字素養(yǎng)的提升

師生是學(xué)習(xí)空間的使用者，師生的數(shù)字素養(yǎng)是使用學(xué)習(xí)空間的基本條件，提升數(shù)字素養(yǎng)的目的是提升學(xué)習(xí)者的數(shù)字勝任力，從學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)技能、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等方面全面適應(yīng)新技術(shù)背景下的校園學(xué)習(xí)。數(shù)字素養(yǎng)不僅表現(xiàn)為對(duì)數(shù)字技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能技術(shù)的掌控程度，也表現(xiàn)為對(duì)智能技術(shù)倫理危機(jī)的防范意識(shí)。師生數(shù)字化素養(yǎng)提升是一項(xiàng)系統(tǒng)的復(fù)雜工程，需要借助制度建設(shè)、師生培訓(xùn)、考核評(píng)價(jià)等手段提升師生的數(shù)字倫理安全相關(guān)的法律法規(guī)認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)師生的自我權(quán)益保護(hù)意識(shí)，構(gòu)建公平公正、具備道德底線的智能技術(shù)應(yīng)用生態(tài)。同時(shí)，應(yīng)重視數(shù)字化學(xué)習(xí)資源審查制度的建設(shè)，建立更專(zhuān)業(yè)的審查機(jī)制，以應(yīng)對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)渠道對(duì)倫理道德、意識(shí)形態(tài)等方面的沖擊。

3.注重用戶(hù)體驗(yàn)，加強(qiáng)資源開(kāi)發(fā)

5G+虛擬現(xiàn)實(shí)、5G+生成式AI以及5G+人機(jī)協(xié)同等智能化應(yīng)用目前尚處于探索階段，在用戶(hù)體驗(yàn)方面還存在很多細(xì)節(jié)問(wèn)題，如人機(jī)互動(dòng)較為生硬、裝備過(guò)于笨重、內(nèi)容過(guò)少以及軟件體驗(yàn)不佳等，對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)造成較大的負(fù)面影響?？傮w而言，目前5G技術(shù)對(duì)重塑智慧學(xué)習(xí)空間的作用和價(jià)值并未充分發(fā)揮，應(yīng)在5G技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)智能化學(xué)習(xí)軟件和硬件的探索和開(kāi)發(fā)，如在教育倫理規(guī)約下研發(fā)教育類(lèi)生成式AI軟件以及5G+“雙師課堂”、5G+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室等軟硬件，不斷提升現(xiàn)有軟硬件的用戶(hù)體驗(yàn)水平，同時(shí)探索發(fā)現(xiàn)全新的教育應(yīng)用場(chǎng)景，從而形成良好的教育類(lèi)產(chǎn)品生態(tài)。

總結(jié)與展望

新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)校園數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)了全新的機(jī)遇，在當(dāng)前人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)普及的背景下，5G技術(shù)支撐學(xué)校學(xué)習(xí)空間的建設(shè)是大勢(shì)所趨。對(duì)學(xué)校而言，智能化學(xué)習(xí)空間的建設(shè)既強(qiáng)調(diào)軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施水平的提升，也強(qiáng)調(diào)師生信息化觀念的轉(zhuǎn)變，要求以數(shù)字化意識(shí)推動(dòng)教育模式和學(xué)習(xí)方式的變革，而隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，學(xué)習(xí)空間智能化轉(zhuǎn)型過(guò)程中存在的問(wèn)題也有望逐步得到解決。

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作者簡(jiǎn)介：沈振興，中南民族大學(xué)信息化建設(shè)管理處（現(xiàn)代教育技術(shù)中心）教師，研究方向?yàn)榻逃畔⒒?、智慧教育?/p>

本文系中南民族大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“5G技術(shù)驅(qū)動(dòng)高校智慧學(xué)習(xí)空間發(fā)展途徑研究”資助（項(xiàng)目編號(hào)：CSQ22035）。