5G+智能技術教育應用：核心場景重構與挑戰

劉 露，溫小勇，金安琪

（贛南師范大學新聞與傳播學院，江西贛州 341000）

0 引言

通信技術與教育教學的深度融合促進多樣化、個性化學習需求的快速增長，4G 網絡承載能力有限，面臨的諸多挑戰無法得到有效解決，催生5G 技術發展。5G 作為新一代移動通信技術引領者，具有高速率、低時延、大連接三大顯著特性，與人工智能、VR/AR、大數據分析等智能技術結合，能夠有力化解當前困境。

分析相關文獻發現5G+教育研究仍處于起步階段，如王勝遠等［1］總結5G+教育的內涵、關鍵特征與傳播模型；李小平等［2］基于5G 特性探討5G 對網絡教育產生的影響；蘭國帥等［3］提出5G 時代智能教育新生態系統實現路徑。這些研究主要是基于5G 特性對未來教育的技術應用場景進行規劃和展望，涉及通信技術在教育中的應用研究很少。眾所周知，5G 網絡搭建完成后，必定給社會帶來諸多改變，但目前仍然有很長一段路要走。因此，應理性看待5G 對教育的影響。本研究在梳理通信技術教育應用發展概況基礎上，提出5G+智能技術將重構教育核心場景，包括課堂教學場景、教育管理場景、學生評價場景、終身學習場景等。結合當前教育現狀，提出5G+智能技術教育應用面臨的挑戰，以期為教育研究與實踐提供參考與借鑒。

1 移動通信技術教育應用發展概況

2019 年我國工信部向通信運營商發放5G 商用牌照，標志5G 時代正式開啟。縱觀移動通信技術發展歷程，其在教育的應用逐步深入，作用越來越大（見表1）。20 世紀80 年代，我國步入1G 時代，該時期通信工具性能僅停留在單一的語音通話，教育應用處于空白。20 世紀90 年代，2G技術問世并在原有語音業務的基礎上發展低數據業務，文本時代開啟。互聯網文本帶動校園網站、BBS 興起，低互動的在線交流打開人們求知的大門，計算機輔助教學（CAI）成為課堂教學改革的重要推手。CAI 課件作為承載教學內容、控制教學進展的計算機軟件，在各學科應用處于初步探索階段［4］。21 世紀，3G 技術在2G 技術基礎上增添多媒體業務［5］，多媒體網絡教學資源（如精品課程、教育博客、教育播客、農遠資源）促使網絡遠程教育取得長足發展，智能手機的出現讓數字化學習更為普遍。4G 技術于2010 年開始落地，4G 網絡頻譜寬、傳輸速度明顯提升［6］，能夠滿足在線視頻觀看、快速下載和上傳，各類APP 得到廣泛應用，豐富的學習資源以及廣闊的學習空間滿足學習者個性化需求，良好的網絡環境加速在線學習興起，創客教育、游戲化教學走進中小學課堂，大數據分析、云計算為精準教學提供方向。由于4G 網絡承載能力有限，面臨服務需求的爆炸式增長，無法有效解決諸多挑戰，由此快速催生5G 技術。5G 技術是“面向2020 年及以后移動通信需求而發展的新一代移動通信技術”［7］，是一個真正意義上的融合網絡。5G 賦能不同教育場景，在課堂教學、教育管理、學生評價、終身學習等方面給教育帶來新機遇。

表1 移動通信技術教育應用發展概況

2 5G 及智能技術基本概念

2.1 5G

自20 世紀80 年代以來，移動通信幾乎每10 年出現一次新一代革命性技術。經歷了從1G 到4G 近40 年的發展演變，5G 終于在2019 年呈現出“爆發”態勢。G 是英文Generation 的縮寫，5G 即第五代移動通信技術，國際電信聯盟（ITU）確定未來5G 的三大應用場景：增強型移動寬帶（eMBB）、大規模機器類型通信（mMTC）、超可靠和低時延通信（URLLC）［8］，以及5G 技術8 個關鍵性能指標（見表2）［9］。5G 技術特征主要體現在：①高速率。用戶體驗速率最高將達到1Gb 每秒，是4G 的100 倍，高速率幾乎可以忽略“本地”與“云端”的差別，保障在線學習、移動辦公、即時會議等場景體驗；②低時延。響應時間從4G 的平均10ms 降低到1ms。5G 這一特性主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求；③大連接。連接密度將達到100 萬/km2，意味著每平方公里可容納100 萬個移動終端接入網絡，能夠實現各類服務連接。可為接入網絡的物體建立檔案庫，實時觀察或發出指令，實現萬物皆可連，萬事皆智慧。

2.2 智能技術

智能技術在教育領域發揮越來越重要的作用，成為推動教育深層次變革的創新動力。嚴曉梅等［10］認為，智能技術對教育的革命性影響日趨凸顯，學習環境、教學模式以及教育系統治理都面臨從傳統向智能轉變的機遇與挑戰；李華等［11］認為，智慧學習通過與智能技術深度融合，推動我國教育信息化向更高層次發展；逯行等［12］提出智能技術變革教育的方向與行動路徑。

智能技術之所以在教育領域廣受歡迎，是由于它有著區別于一般技術的顯著特征，主要表現在：①擁有強大的算法。算法是智能技術核心，精準的算法使智能技術以毫秒為單位進行智能運算，大大縮短響應時間；②對數據依賴性較強。評價學習進度、發現潛在問題以及預測未來學習表現都必須建立在學習數據基礎上，脫離學習數據，其智能特性便無以體現；③對網絡環境要求較高。如網絡環境不佳，體驗效果將大打折扣。以VR 技術為例，早在20世紀70 年代初我國就開始VR 研究［13］，主要集中在航天領域，經歷近半個世紀發展，VR 領域仍未出現顛覆性突破，究其原因，網絡條件限制是阻礙其發展的重要因素。

表2 5G 與4G 關鍵性能指標對比

綜上所述，智能技術是指借助計算網絡，通過模仿人類思維，對客觀事物進行正確分析、判斷、推理并有效處理一系列復雜問題的相關技術，人工智能、VR/AR、大數據分析、深度學習、視頻分析與識別等技術都屬于智能技術范疇。需要說明的是，本文提及的智能技術不僅指代以上列舉的技術，還包括使用這些技術的經驗和方法，是“有形”技術和“無形”技術的結合。

3 5G+智能技術重構教育核心場景

3.1 課堂教學場景

課堂教學作為學校教育的主陣地一直備受關注。20世紀以來，“大班額”與“知識傳遞型教學”逐漸成為我國課堂教學的基礎［14］。在大班額課堂教學暫時無法得到有效解決的現實條件下，如何正確規避知識傳遞型教學缺陷并探尋高質量課堂發展可能路徑，是教育發展面臨的關鍵挑戰。

知識傳遞型教學存在注重知識傳遞、弱化知識育人等問題，5G+VR/AR 教學寓教于樂，學生互動性和參與性強，能破解當前困境。5G+VR/AR 教學主要采用虛擬+現實技術，將抽象的概念和理論更加直觀、形象地展現在學生面前。學生借助VR/AR 設備，不僅可以在虛擬環境中觀測幾何學中抽象的三維物體，還能觀看平日里肉眼看不見的原子、細胞、電波等模型，課堂體驗從2D 躍升到3D。形象化、情境化教學內容，充分調動了學習積極性和學習興趣。此外，5G+VR/AR 教學還能將異地師生聚集在同一個虛擬課堂中。浙江大學利用該教學方式，使本校與哈佛大學學生能共同選修VR 考古課程［15］，促進教育資源均等化。

3.2 教育管理場景

傳統的教育管理工作受網絡、技術等條件限制，手段落后、程序繁瑣。5G 新特性賦能物聯網技術，越來越多的終端設備連接入網，產生的數據逐步增多，借助豐富的數據采集方法以及AI 分析技術，構建一個全面感知、智能處理的教育網絡，為教育管理工作帶來新的契機。

在校園安全管理方面，從學生考勤、校內活動、宿舍進出，到消防、食堂衛生監控以及應急調度等等，所有細節都將被高清攝像頭記錄下來，大數據后臺結合視頻分析與識別技術，實時對監控視頻進行智能分析，一旦發現異常情況立即提供預警服務。在教務管理方面，管理人員使用大數據分析技術對教學數據和學習數據進行智能分析，為師生進行精準“畫像”，從而為教師提供改進教學建議，為學生學習查漏補缺。目前考場監控多采用人工監考、巡視與視頻監控組合方式，耗費大量人力、物力。5G 網絡支持下的4K/8K 智能監控系統結合深度學習、視頻分析與識別技術，能識別每位考生的考試狀態，實時標注并記錄與考試無關的異常行為，生成考試行為分析報告，有望實現人工監考為主向視頻監控為主的監考方式轉變。

3.3 學生評價場景

重分數輕能力、重結果輕過程等導致應試教育氛圍濃厚，素質教育推進十分困難。5G 支持下的教育評價將結合多元、多模態數據采集與分析技術，為學習者提供立體、多元、復雜的評價。

傳統的學習評價方法簡單且技術有限，往往進行總結性評價，這類評價對學生“容錯”率較低，出現高考“一考定終身”現象。隨著多元評價出現，傳統總結性評價日益向過程性評價轉變，學習評價與學生日常學習、行為關聯，不僅增添評價結果的真實性，還能挖掘學習的隱性特征，及時進行學習指導及個性化推送。傳統學習評價注重知識和技能，評價內容偏向學生智力，多元評價對學生社會技能、語言習得能力、信息素養以及高階問題解決能力等進行全面評價［16］。健康監測系統能夠依據學生體質健康數據和多維度心理數據實時生成監測報告，幫助學生了解身體健康情況，為管理部門開展學生心理健康工作提供依據。

3.4 終身學習場景

終身學習是人們適應社會發展、實現自我理想的必然途徑。隨著學習型社會來臨，終身學習得到前所未有的關注。5G 環境下終身學習將有力化解學習體驗不佳、個性化學習需求無法得到滿足等學習痛點問題，為學習者提供一站式、智慧化終身學習服務。

博物館等場館作為非正式學習場所，其教育功能越來越受到重視。有效利用智能技術提升場館學習體驗、增強互動性，是場館建設與場館學習的重要課題［17］。5G 結合移動技術、VR/AR 技術，有助于虛擬場館學習環境構建，參觀者足不出戶就能登陸博物館網站，瀏覽展品相關信息和視頻，完成真實環境下的親身體驗。5G 時代個性化學習成為最普遍的學習方式，學習者能夠借助人工智能、大數據分析等智能技術，把握學習重難點、學習質量和學習效果，監控學習進度，挖掘學習興趣點，以此探尋最佳學習路徑。

4 5G+智能技術教育應用面臨的挑戰

5G+智能技術給未來教育提供了豐富的應用場景。然而5G 尚處于起步階段，5G+智能技術與教育融合發展是一個漫長的探索過程，面臨諸多挑戰。

（1）5G+智能技術與教學深度融合，對教師信息素養提出更高要求。5G+智能技術教育應用能夠為教師減輕各種重復性、機械性工作負擔，但也對教師的信息素養提出了更高要求。信息素養作為一個多維度概念，在教師身上不僅表現為擁有信息獲取、加工、管理、表達與交流的基本能力，還包括使用技術手段，組織開展信息共享、合作交流的意識。信息素養提升重點不局限于使用智能技術并恰當地引入課堂教學，更重要的是要有意識地設計出恰當的學習內容，訓練學生借助智能技術發現并解決實際問題，激發高階思維能力。因此，為了適應5G 時代教育信息化發展步伐，教師在努力改善自身教學技能的同時，應該把信息素養提升放到同等高度。

（2）加強數據安全與個人隱私保護工作。網絡安全問題一直備受關注，智能技術的飛速發展引發人們對數據安全與個人隱私保護的擔憂。5G 時代來臨，萬物互聯成為常態，各大智能終端在給師生提供極大便利的同時，師生的個人隱私通過“大數據”形式也暴露無遺，這些數據包括學習數據、上網行為數據、消費數據，甚至包括個人生物體征數據。數據作為智能技術分析的“原料”，是5G 智能時代最為重要的基礎性戰略資源，其價值不言而喻。因此，學校應在優化校園管理的同時，加強師生數據安全保護工作。

（3）優質教育資源的開發與教育公平的實現依然任重道遠。教育公平是教育最核心的主題，李克強總理在十三屆全國人大二次會議作政府工作報告時提出“發展更加公平更有質量的教育”［18］。4G 時代，教育實現跨越式發展，但教育公平仍然沒有達到預期效果，于是人們寄希望于5G時代。利用5G 網絡可將諸多優勢，可將雙師課堂、全息課堂等優質教育資源從城市向農村偏遠地區流動，從而改變教育資源不均衡局面，促進教育公平實現。5G 技術雖然解決了網絡時延問題，但如果缺少相配套的教育資源，傳輸速率再快也無濟于事。因此，不能簡單將5G 突出特性與教育公平劃等號，應借助多方力量加快優質教育資源的開發。教育公平并不是簡單地把城市的優質資源照搬到農村，而是要直面、尊重甚至開發差異，讓農村教育獨具風格和內涵［19］。總之，5G 時代教育公平還有很長一段路要走。

（4）智能技術教育應用標準與規范制定。隨著智能技術在教育領域應用的逐步深入，其與教育深度融合是發展趨勢。為確保教育教學良性有序發展，制定智能技術教育應用標準與規范迫在眉睫。作為一項引領未來的戰略技術，人工智能在教育、經濟、醫療、養老、環境保護等方面應用潛力巨大，但可能帶來侵犯個人隱私、沖擊法律法規與倫理道德、挑戰國際關系準則等問題。為降低人工智能在教育領域可能帶來的安全風險，教育主管部門在大力發展人工智能的同時，必須加緊制定人工智能教育應用標準與規范，確保人工智能在教育領域安全、可控發展。

5 結語

5G 作為新一代移動通信技術引領者，一經提出便受到廣泛關注。本文通過梳理移動通信技術教育應用情況，提出5G+智能技術教育應用將重構課堂教學、教育管理、學生評價、終身學習等核心場景觀點。結合當前教育現狀，從教師信息素養、數據安全與個人隱私保護、優質教育資源開發與教育公平、智能技術教育應用標準和規范等方面提出5G+智能技術教育應用面臨的挑戰。本文從理論層面探討了5G+智能技術給教育帶來的革新影響，未來將進一步開展5G+智能技術教育應用實證研究。