5G之教育應用：內涵探解與場景創新
——兼論新興信息技術優化育人生態的新思考

趙興龍，許 林，李雅瑄

(中央電化教育館，北京 100031)

一、5G之教育應用的內涵探解

當前，5G是新一代移動通信技術的引領者。從經典的流量服務模式向全要素生態鏈模式轉變，已經成為業界倡導的重要趨勢。全球范圍內很多國家把5G視為這一轉變的重要戰略機遇，致力于培育新的增長點，形成新的市場優勢，推動經濟社會發展。頻段劃分、技術突破、標準引領、基站建設、試商用等成為部署推進5G的重要著力點。我們國家也非常重視5G的發展。中央經濟工作會議確定的2019年的重點工作任務中提出“加快5G商用步伐”[1]。5G憑借其eMBB、mMTC、URLLC等三大應用場景[2][3]，對各個行業都產生了非常大的影響，教育領域也不例外。一些學者對5G在網絡教育中的應用以及5G的核心技術做了分析，并提出了5G環境下的課程建構、資源銀行等實現策略[4]，這是5G在網絡教育應用方面較早進行深入分析的文獻，對5G與教育教學實踐融合創新具有啟示意義。我們認為，5G的總體特征概括起來就是用戶對技術的使用體驗逼近了人類感知的自然捕獲：eMBB改變了人們對3D/超高清視頻等的使用體驗，終端用戶的體驗是“超快獲取”；mMTC創新了人們對于物物相連等的使用體驗，終端用戶的體驗是“超多連接”；URLLC提升了人們對于操控作業等的使用體驗，終端用戶的體驗是“超強可靠”。

然而，將5G應用到教育領域所帶來的改變需要認真考量和積極探索。傳統意義上的技術驅動觀認為，技術是引發變革的重要因素，技術總是會以更加強勁的力量驅動教育的快速發展，即技術會以驅動的姿態呈現在教育的各個環節和要素中，驅動成為關鍵的機制。然而，隨著5G的不斷普及，以往阻礙技術使用的壁壘(比如，速度慢、連接少、有延時、耗能高等)逐漸被攻克，當師生習慣于5G帶來的新特性時，并不總是優先考慮將技術驅動的機制直接作用于課堂教學，而是考慮使用技術后會對課堂教學帶來的改變，乃至改變后師生重新適應形成課堂教學新秩序所需要付出的努力。雖然兩者都是將技術融入課堂教學，但是對于師生獲得感而言確實是有差別的。

我們將這種新型的理念稱之為應用啟發觀。應用啟發的理念源自于數據驅動和數據啟發之間的關系探討[5]，是指在立德樹人根本任務的統領下將技術融入具體的課堂教學實踐進而獲得啟發并不斷反思改進。技術融入越深入，師生在實際應用中獲得的啟發就越多，進行反思改進的意識就越強，對學科核心素養的領悟就會越豐富，就會更加聚焦學生未來學習、工作和生活中面臨的新的要求、機遇和挑戰。應用啟發觀是信息技術優化育人生態的新思考，這是5G之教育應用在新發展背景下所應有的內涵之解。

二、5G之教育應用的場景創新

(一)資源應用新場景

對于資源應用而言，5G的優勢體現在用戶對資源傳輸速度的感知體驗上。其實，以往的移動通訊技術并沒有影響到師生對常見數字教育資源形態的選擇和使用。然而，一些新型的數字教育資源需要從服務器端調用過大視頻、高清圖像以及復雜交互功能等所附帶的延遲、卡殼、低清晰度等現象，讓師生在使用過程中產生了諸多不舒適的體驗。近幾年，VR/AR資源、交互類的虛擬仿真資源和MOOC資源等“忽冷忽熱”，和這些不舒適的體驗有著很大關系。VR/AR資源由于較難進行多場景應用轉換使得師生在常態化課堂教學中的使用成本較為昂貴；交互類的虛擬仿真資源由于交互活動的高并發使得存儲在云端的資源調用緩慢從而影響了師生的學習進度；MOOC資源需要復雜的師生互動、生生互動、人機互動以及生成性資源的聯接與分享，對資源的技術指標和內容質量提出了很高的要求。5G為解決上述資源應用中出現的現實問題提供了可能性。對于VR/AR資源而言，5G憑借傳輸速度的提升，實現資源應用的客戶端服務模式向云端服務模式轉變，擴展了師生應用的常態化場景范圍，降低使用成本，提升共享效率；對于交互類的虛擬仿真資源而言，5G提升了云資源的調用速度，學生依據個人實際情況進行學習進度的靈活掌握，更加精準化的個性化學習體驗得以生成，基于虛擬工廠等的技能訓練模式的效果將會進一步顯現；對于MOOC資源而言，5G借助4G覆蓋范圍大的特點，把速度的優勢和便捷的移動性有機結合，讓師生能夠通過使用知識生成更多知識，使用資源生成更多資源，這種生成性的知識和資源使得MOOC資源具備了深度支持遠程學習與教學的特性，更加大規模的個性化教育供給得以實施[6]。

(二)環境設計新場景

近年來，智能化學習環境一直是智慧教育發展的重點探索領域。在教育教學中越來越重視利用智能化工具獲取學生數據，但是對于課堂本身的延伸或擴展尚未取得較大進展，超遠距離視頻雙向傳輸一直是亟待解決的技術問題，由此帶來的遠程學習中的雙向實時交互成為難題，構建能夠支持雙向實時交互的遠程學習環境遇到“瓶頸”。

依據5G的傳輸速度特性，可以把相距遙遠的兩個課堂實時連接起來進行師生可視化實時互動交流，還可以把課堂之外的實景通過移動終端直接嵌入到課堂教學的任何環節。這樣所形成的課堂場景與外界場景之間的全方位、立體化互動，對學生的學習方式和教師的教學方式帶來的影響是巨大的。在未來虛實融合的學習場景中，我們可能很難分清楚哪個場景是實景，哪個場景是虛景，實景和虛景交叉嵌入，共同促進學生學習。國際課堂的開展也會隨著技術的進步而變得更加普遍，集團化辦學、遠程網校、全息式課堂的優勢會進一步顯現。

此外，還有兩個環境設計新場景也會逐漸走向成熟：一是利用5G對區域內所有學校的終端進行遠程智能操控更加普及，每個終端所出現的異常情況基本上不用人工到現場解決，而是通過遠程智能預警、診斷與操作直接解決問題，物與物之間的連接將會使得這種遠程支持服務更加智能化、規模化和便捷化；二是5G促使數字校園的智能程度大幅度提升，智能化校園建設受到重視，柔性屏等技術在終端上的應用進程將會加快，“一鍵管控全校”的強管理模式將會成為學校管理的常態化模式，學校運行的透明化程度進一步提升，學校治理能力的提升將成為校園環境新場景設計的重要導向。

(三)課程開發新場景

隨著新興信息技術的不斷涌現以及應用模態的混合化，具有地方特色的校本課程開發依然是學校課程開發的“短板”，5G的支持為這類課程的開發提供了一種新的理念和實踐取向：一是圍繞學科核心素養開發課程。學校在課程開發過程中，要圍繞學科核心素養這個主線開展，形成對學科核心素養的深度達成。同時，課程在開發過程中，不要就課程說課程，就年級說年級，就班級說班級，要充分體現協同實施的理念，把協作育人、活動育人、文化育人、創新育人的理念貫穿其中，做到讓課程真正讀懂學生[7]；二是采用即取即用的課程開發思路。對于校本課程開發而言，要改變傳統課程開發的復雜思路，做到以育人為核心開發課程，人人可用，極簡培訓[8]。在5G的支持下，即取即用將成為校本課程開發的主要思路，富有啟發性、項目性、問題解決性、動手操作性等帶有增強核心素養的課程將會更加受到歡迎；三是從用戶生成內容轉變為用戶生成知識。師生不再滿足于零散的數據和信息，更加期待獲取結構化的、可視化的、情景化的、實踐性的知識，他們可以借助這些知識生成更加豐富的知識，完善認知結構，形成更加高階的思維狀態和更加主動的認知投入。

(四)管理細分新場景

5G帶給管理上的新變化是數據獲取的多樣性大幅增加。由于5G的特性，可以連接的終端設備越來越多，從各個終端設備上獲得的信息也會增多。評估分析這些數據并提供精準及時的反饋顯得非常重要。從師生發展的角度而言，獲得的信息越多，數據就會齊全，對師生的畫像就會越細致；從技術演化的角度而言，連接的設備越多，管理的難度就會越大，就越需要對管理的場景進行細分，區分不同的場景和層次，優化管理流程，提升管理效率。其實，5G促進管理細分產生的新問題是：我們能否通過畫像的辦法提煉出老師和學生的優秀特質，從而讓管理與服務育人更加精準有效？“好老師”和“好學生”的畫像，并不是像網絡用戶畫像那樣抽取用戶相關屬性作為數據標簽進行某種行為傾向分析，而是要在立德樹人這個根本任務的引領下，對師生的思想、認知、能力、行為等進行全面刻畫。連入網絡的終端越多，采集的數據信息越豐富，就越要畫出師生符合新時代要求和需求的“像”，真正做到讓新興信息技術為師生的發展服務，增強師生的獲得感和幸福感。

在這里，我們有必要重視5G給學校管理者帶來的進一步挑戰：究竟什么樣的管理是好的管理？層級式管理和扁平化管理，哪一種管理方式更適合學校優先選擇？是不是可能產生一種新型的管理方式，來適應未來學校管理變革的新方向呢？這都值得深入探索。

(五)教師培訓新場景

教師培訓包括培訓什么和如何培訓。培訓什么是培訓內容需要解決的問題，怎么培訓是培訓方式需要解決的問題。隨著培訓對象對培訓需求的變化，培訓內容和培訓方式都發生著深刻的變化[9]。新興信息技術對培訓內容和培訓方式都有著非常大的影響，5G使得真正意義上的個性化培訓成為可能：培訓內容更加趨向于那些能夠幫助教師解決現實問題的硬招實招；培訓方式更加趨向于和真實的專家學者進行直接溝通交流，這樣的培訓才會成為真正受歡迎的培訓。

教師培訓要真正發揮作用，關鍵是教研員、校長、教研組長、骨干教師和普通教師等之間的培訓一致性效應要發揮出來，教師、學生、家庭、學校和社會對教育期待[10]的一致性效應要發揮出來，借助5G形成區域內暢通的、本地化的、符合各自學校和師生實際消費需求的培訓效果轉化體系。如果培訓只是針對其中的“一者”，即使花費再高的代價，被培訓的人員回到學校實際工作中，將培訓效果完全轉化到實際教育教學中的效率也會不高，所發揮的作用也會非常有限。

在未來的培訓中，借助5G的優勢，綜合育人水平的提升是培訓的重要方向。虛實融合的培訓環境、新型的教學模式和組織方式、遠程教研都將獲得很大的發展，實景傳輸和實時互動將會變得非常普遍，但是正如我們在以前論述中談到的，教師培訓要針對教師消費的實際需求，把培養學生綜合素質的新方式和提升教師育人水平的新途徑有機統籌，通過完善教師教育的評價評估體系來促進培訓方式和內容的優化[11][12]。

(六)學生學習新場景

借助5G的優勢，能夠連接的學習空間數量會越來越多，空間連接的速度越來越快，空間中可以運行的應用也會越來越雜，空間中的學習交互，尤其是體現創新思維的高階交互越來越密，網絡學習空間將成為學生學習的新場景。網絡學習空間已經逐漸成為一種個體教育活動的生命樣式[13]。一些地方的網絡學習空間做得非常深入，形成了空間育人的特色。但是，網絡學習空間中學習方式與學習應用之間的弱協調性還需得到有效解決。目前，納入空間的學習應用大部分還不具備開放的特征，都是獨立的體系結構，相互之間不能打通，知識點之間也不能相互銜接，學生進入網絡學習空間中面對的都是一個個類似“蜂窩”的、具有獨立“通道”的學習應用。但是，實際教學中遇到的問題一般都是復雜的、綜合的，需要學生在獨立學習應用的基礎上借助豐富的情景資源和語境線索萌發創新思維，逐漸生成創新能力。所以，靈活無縫的場景切換更加符合學生學習創新的特質。

從長遠看，借助5G的優勢，網絡學習空間中的學習方式與學習應用之間弱協調性的問題將會得到解決。一些學者較早地關注了云卡片[14]，也正是要解決這個問題。借助5G的特性，學習應用注入學習空間之后即可耦合通聯，形成學生學習的智能個性桌面，學生在桌面通過調取各種應用進行學習，可以隨時隨地進行切換，保證學生認知和思維的流暢性，而不必擔心從這個應用進入，從那個應用出來，產生了思維的中斷。智能個性桌面的另外一個功能就是把學生在網絡學習空間的學習痕跡和學習過程全部進行記錄，讓學生更加充分地了解自己，發現自己的潛能。

(七)評價優化新場景

構建德智體美勞全面發展的學校教育評價體系是學校教育評價轉段升級的關鍵環節，也是學校教育落實立德樹人根本任務的重要著力點。5G助力學校教育評價優化，主要是利用5G的特性，可以把學生在課內與課外、線上與線下、現實與虛擬等諸多場景中的痕跡和數據能夠完整傳輸、記錄和保存，這樣便于學校對學生綜合素質的發展進行全面考察。5G對考試方式的轉變也帶來了新的思路。考察的全面性與考題的全面性需要同步開展。可以面向社會征集考題[15]，借助5G的特性構建既能及時吸納社會實際的相關素材、又能引領創新人才培養的高度智能化的云題庫，這樣把考題、考察與全面發展的時代要求高度統一起來。另外，在5G的支持下，遠程考試面試等方式會得到快速發展，基于視頻直播互動技術的個性化評價與交流將會更加普遍。

三、新興信息技術優化育人生態的新思考

世界知識產權組織(World Intellectual Property Organization，簡稱“WIPO”)最新發布的《2019年技術趨勢：人工智能》(Technology Trends 2019：Artificial Intelligence)將人工智能分為三個層次：技術、功能應用和應用領域[16]。這個分析框架雖然是從知識產權層面對人工智能作出分類，其實也反映了業界對新興信息技術應用共識性的分析思維：技術層面是統計和數學模型“打底”，功能應用層面是利用技術層面的成果實現應用上的突破，應用領域是為技術和功能應用在現實中找到行業應用典型。在此基礎上，我們將新興信息技術在教育中的應用分為三個層次：第一個層次是“物增強物”：即主要通過算法的優化促進技術產品的升級換代，也可以稱之為“算法增強”，這和上述報告中提出的“技術”層次是對應的；第二個層次是“物增強人或人增強物”：即主要通過軟件和硬件同步優化促進技術產品的升級換代，也可以稱之為“算具增強”，這和上述報告中提出的“功能應用”層次基本對應，但是在“人增強物”這一點上略有所不同；第三個層次是“人增強人”，即人借助高度發達的信息技術增強人本身的能力，以“人”育“人”，我們將這個階段簡稱為“算力增強”，而這是和上述報告中提出的“應用領域”截然不同的層次，甚至可以說是教育這個應用領域和其他應用領域在面對新興信息技術的融入時所呈現出的獨特之處。

(一)新興信息技術為優化育人生態提供了新的分析框架

分析框架的不同在一定程度上反映了領域應用的特性。雖然WIPO的分析框架和我們提出的分析框架都是三個層次，但是對于教育應用而言，不同之處也是顯而易見：一是WIPO的分析框架不含價值取向，而新興信息技術應用于教育必須考慮價值取向，要堅持立德樹人，以優化育人生態為導向；二是WIPO的分析框架關注“物增強人”，但是沒有明確涉及“人增強物”。其實對于一些新興信息技術應用走在前列的發達國家而言，技術的先進性和人們消費的現實性之間一直是需要平衡的兩個方面。“物增強人”和“人增強物”是人機協同的兩種類型。當物具備一定的智能時，通過人的幫助，使得物能夠更好地服務人，實現“半自動化的智能”，為人的能動性“預留”彈性空間，這也是一種發展趨勢；三是WIPO的分析框架沒有討論像教育這樣獨特領域中“人增強人”的特性，而這也恰好是新興信息技術應用于教育領域時最需要關注和研究的。由于工業領域和教育領域的目標、對象不同，工業領域更加注重效率和成本，而教育領域更加注重人的培養。新興信息技術與教育教學實踐融合創新最核心的層次不是“算法增強”，也不是“算具增強”，而是“算力增強”，即“人增強人”，是以“育人”為核心的“增強”，讓“疏于德”“弱于體美”“缺于勞”得到根本性轉變[17]，和“智育”一樣，都成為學生全面成長和幸福生活的“跑道”，這也是新興信息技術優化育人生態的本質所在。

(二)新興信息技術為優化育人生態提供了全要素圖景

可以這樣認為，互聯網顛覆了傳統的思維方式，云計算開啟了集約化大容量運算存儲時代；大數據闡釋了人和數據之間存在的映射關系，人工智能放大了人們意識中機器和人的相似度，5G讓逼近現實的技術體驗有了通道走進了人們的視野。從互聯網到云計算，再到大數據、人工智能、5G，看似每個階段都在倡導一種信息技術，但是從新興信息技術發展的歷程看，是從思維、存儲、關系、類人、通道為新興信息技術優化育人生態提供了一幅全要素圖景。而且，這些要素之間呈現出以互聯網為發端逐漸向人的現實需求逼近的融合關系。互聯網是云計算的重要推動力量，云計算是大數據的重要推動力量，大數據是人工智能的重要推動力量，這些重要推動力量綜合作用共同推動5G的發展，反過來說，它們之間又構成了一種依賴關系。目前，我們還無法預判5G能夠推動的下一個生態要素是什么，但是如果說傳統信息技術為人們認知和探索世界提供視角，那么新興信息技術則是為人們優化和解決現實問題提供了全要素的生態圖景。這種生態圖景不斷產生聚合，又會為新興信息技術的發展提供了新的契機。

(三)新興信息技術為優化育人生態提供了新的實施路徑

新興信息技術促進育人生態優化的實施路徑發生了轉變：一是從被動適應到主動適應轉變。與技術系統不一樣，教育系統是一個非常復雜、高度專業化、結構化的系統。未來信息技術將逐漸滲透到教育領域的各個環節。主動適應技術帶來的改變是保持育人生態穩定有序協調發展的重要手段；二是從部分參與到全面參與轉變。從信息技術與教育教學實踐深度融合的歷程來看，起步階段的應用都是有針對性地部分參與。隨著信息技術不斷發展，信息技術全面參與教育教學的時代已經來臨。教育信息化已經成“基因”[18]“共識”，甚至是常識。信息技術給教育教學帶來的影響必然是全面的、全方位的；三是從工具生態到育人生態的轉變。新興的信息技術真正需要解決的核心問題是育人生態的優化，從以往強化知識、提升分數的思維方式中解脫出來，把重點轉向構建新型的育人生態，促進師生獲得感提升。