5G背景下教育均衡發(fā)展技術(shù)探究

陳子卉 馮思雨 梁雅欣 韋思宇 孫婷

摘 要：近年來，5G技術(shù)不斷取得重大突破，特別是疫情背景下更是凸顯了其對教育發(fā)展的促進作用。本文通過對當前我國教育發(fā)展的現(xiàn)狀及背景的分析，對科技發(fā)展趨勢進行合理展望，探究“5G+”技術(shù)應用下我國遠程教育與虛擬實驗發(fā)展的可能性，并進一步展開情景塑造，以期解決我國教育發(fā)展不均衡的問題。

關(guān)鍵詞：5G;教育公平;遠程教育;虛擬實驗;情景塑造

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）03-058-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.026

黨的十九大報告指出，中國特色社會主義進入了新時代，我國社會主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。而在教育層面，這種不平衡突出表現(xiàn)為教育資源分配不均導致區(qū)域間教育水平相差較大。

教育扶貧是國家扶貧的重要內(nèi)容之一，近年來，國家對邊遠落后地區(qū)的教育問題尤為重視。20世紀90年代末，國家開始持續(xù)關(guān)注遠程教育對教育公平的提升作用，推出“全覆蓋”項目及“一師一優(yōu)課、一課一名師”等重大工程[1]，為遠程教育在貧困地區(qū)的發(fā)展提供了政策保障與資金支持。目前，落后地區(qū)使用網(wǎng)絡教育的學校已不在少數(shù)，大部分學校可通過網(wǎng)絡獲取在線名師教育資源，但由于技術(shù)不完善、師生間缺少互動、硬件設施缺乏等問題亟待解決，遠程教育的效果并不理想。

5G技術(shù)的快速發(fā)展為遠程教育在邊遠地區(qū)的應用和普及提供了契機：高穩(wěn)定性、高利用率、覆蓋面積大、傳播速度快的特點，能帶來更為高速、便捷的使用體驗，從而為教育的改革與普及提供技術(shù)支持，進而推動邊遠地區(qū)遠程教育的普及進程。5G背景下衍生的AI、VR技術(shù)，促進了師生間教學反饋與互動交流，使在線教育更加互動化、真實化和有效化，也使虛擬實驗類課程的開展成為可能。針對我國教育不平衡的現(xiàn)狀，結(jié)合5G技術(shù)的發(fā)展，本文對未來全國遠程教育與虛擬實驗提出了合理展望，以期更好地探究教育均衡發(fā)展。

1 遠程教育

1.1 5G在遠程教育上的技術(shù)應用

在5G通信技術(shù)快速發(fā)展的背景下，許多智能化、自動化、高速度、高效率的技術(shù)隨之衍生，全息投影便是其中之一。全息投影屬于3D技術(shù)的一種，原指利用干涉原理記錄并再現(xiàn)物體真實三維圖像的技術(shù)，可將三維畫面懸浮在實景的半空中成像，打破傳統(tǒng)平面演示文稿顯示的局限與枯燥，營造出亦幻亦真的氛圍。就教育而言，其能將無形化為有形，給學生以視覺的沖擊和深刻的記憶，激發(fā)學生的學習興趣。

全息技術(shù)作為一項前瞻性技術(shù)，目前仍處于探索階段。5G技術(shù)的發(fā)展將帶動全息技術(shù)的進步，一旦突破了這項技術(shù)難關(guān)，遠程教育將迎來巨大推進，使教育煥發(fā)新的生命力。全息投影技術(shù)能夠讓傳統(tǒng)的教育工作者充分利用先進技術(shù)的教學優(yōu)勢，摒棄“一本書、一張嘴、一支粉筆和一塊黑板‘打天下’的模式”[2]，彌補傳統(tǒng)課堂教育依賴語言文字描述和想象的缺陷，為莘莘學子提供了更多可能。

1.2 對于遠程教育的情景塑造

借助5G技術(shù)，不僅能將身處城市的教師的立體空中幻象呈現(xiàn)在偏遠地區(qū)的課堂中，還可使這個“分身”與學生實時互動，進行面對面交流，及時給予學生全面的反饋和指導，實現(xiàn)真正意義上的身臨其境。走出教室，偏遠地區(qū)的孩子也可體驗多彩多樣的戶外課程：身處城市中的體育老師可以“面對面”為線上另一端的學生介紹各種體育知識、展示3D立體球類、傳授運動技巧與方法，幫助學生填補知識盲區(qū)，開闊視野，豐富學生課余生活，進一步促進德智體美勞全面發(fā)展。與此同時，偏遠地區(qū)的學生也可以利用5G技術(shù)，通過場景變換，將當?shù)鬲毺氐娜宋娘L俗、山川美景介紹給線上另一端的師生，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)兩端的知識傳輸與雙向互動，讓城市的學生在掌握“圣賢書”的同時，了解“窗外事”，實現(xiàn)“手拉手教學”，共同成長進步。除了專業(yè)知識外，通過實踐類課程，即在一個學期中電腦兩端的學生共同開展鄉(xiāng)村或城市的實踐活動，體驗兩種不同環(huán)境下的生活與氛圍，能夠激發(fā)其對生活與未來的更加深刻的思考，促進師生之間的教學相長。

從長遠來看，這項技術(shù)的運用可有效實現(xiàn)老師與學生的沉浸式互動與教學，體現(xiàn)“1+2”的教學模式，大大改善偏遠地區(qū)教育資源不足、教師力量薄弱、教師結(jié)構(gòu)不均衡等問題，填補時空限制的缺點，優(yōu)化網(wǎng)絡教學下師生教學互動性不足的問題，滿足新時代下學生的多樣化需求。

1.3 技術(shù)具有雙面性

然而也應認識到，新技術(shù)具有雙面性，應用不當將會加大教育鴻溝、引起不同地區(qū)教育失衡等新問題。首先，偏遠地區(qū)的信息化教學硬件設施存在經(jīng)常閑置或者維修不及時等問題，即使技術(shù)條件成熟了，也可能因設備問題無法應用。其次，軟件設施存在供應商分散、系統(tǒng)數(shù)據(jù)不同享、賬號密碼混亂等情況。如果在整個社會大環(huán)境下，“5G+教育”成為新常態(tài)，而偏遠地區(qū)學校的技術(shù)條件未得到改善，那么教育失衡問題將進一步惡化，所以，在應用新技術(shù)時應對此給予特別關(guān)注。因而，在具體實現(xiàn)環(huán)節(jié)要充分考慮其利弊得失，取其利、防其弊，使其最大程度地推動教育事業(yè)進步和實現(xiàn)教育公平。

2 虛擬實驗

2.1 虛擬實驗存在的問題

如今，我國實驗教學主要存在三個問題。一是實驗用具不足。對于中小學生來說，教學實驗操作簡單、危險性較小，若能親自動手感受科學的魅力，將極大提高學生對科學技術(shù)探索的興趣和動手能力，但一些地區(qū)由于實驗用具不足，通常是多人合作一個實驗甚至僅觀看教師操作，極大地限制了學生的自主性。二是實驗具有危險性。一些探索性實驗往往存在不確定性，若操作不當，可能出現(xiàn)爆炸、濺射、腐蝕等傷害，這也給在校科學實驗造成了一定阻礙。三是偏遠地區(qū)專業(yè)師資匱乏。偏遠地區(qū)不僅教學物資相對匱乏，教師資源也十分緊缺，由于技術(shù)教學力量不足，一些科普類實驗和開拓性實驗更是難以進行。

2.2 5G在虛擬實驗上的技術(shù)應用

5G+全息技術(shù)、5G+VR技術(shù)、5G+AR等技術(shù)的進一步發(fā)展，在虛擬背景下可以實現(xiàn)更真實、更完美的三維成像與模擬，依托互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展構(gòu)建智慧學習模式，從而擺脫觀看視頻教學和視頻講解的固化模式，使學生真正參與其中，鍛煉創(chuàng)造性思維，提高動手能力[3]。基于此，完善的虛擬實驗模擬改變實驗模式，能使教學過程中的實驗操作更加安全有效。例如，可以通過電路仿真軟件Multisim進行模擬電路實驗。Multisim采用最直觀的圖形界面創(chuàng)建電路，繪制電路圖需要的元器件可直接從平面上選取[4]。這種方式可防止觸電，且易于檢查錯誤，避免了現(xiàn)實中因出現(xiàn)一個錯誤就要拆解整塊電路板的麻煩。

2.3 對于虛擬實驗的情景塑造

虛擬實驗可以解決生物實驗中實驗對象缺乏、無法反復解剖病體的問題。通過虛擬實驗數(shù)據(jù)模擬出與現(xiàn)實一樣的病體，學生可放心大膽操作，無需擔心下錯刀導致病體損壞。只需將一具病體的數(shù)據(jù)存入檔案，就可以通過機器在不同地區(qū)、不同環(huán)境虛擬出這具病體，以便對疑難雜癥進行深層次研究。

在5G技術(shù)的加持下，虛擬實驗可以打破空間與時間的限制，打破實驗不可逆的限制，讓實驗具有中止和反復功能，使得參與者獲得更真實的體驗與趨避危害的能力。對于實踐教學來說，有效提高教師的教學和學生的學習效率，打破傳統(tǒng)教學模式在聲音、光亮等各方面的限制，以一種更加立體、美觀、直觀的方式，將物體對應的畫面、信息等呈現(xiàn)在學生的視野中[5]。

3 結(jié)語

21世紀以來，隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應用，在線教育這一新的教育模式開始走向偏遠地區(qū)，使得當?shù)貙W生能夠擁有與城市學生同樣的學習機會。然而，由于軟硬件基礎設施還不夠完善，運用在線教育的技術(shù)水平還有待提高，遠程教育尚處于發(fā)展階段，難以為師生帶來及時有效的互動反饋和真實體驗感。由于網(wǎng)絡傳輸速度限制，受眾有限，無法解決偏遠落后地區(qū)大量學生的教育問題，因此，遠程教育目前仍不能成為其主流教育模式。

5G賦能教育為教育資源分配的公平化、效率化提供了全新可能。5G背景下衍生的AI、VR技術(shù)增強了師生的互動性和體驗的真實性，全息投影技術(shù)能夠豐富遠程教育的內(nèi)容、拓寬教學邊界，使學生不僅主動接受知識，而且能夠進行沉浸式學習，而虛擬實驗則增加了現(xiàn)實教育環(huán)境中存在客觀條件限制的實踐項目。5G高速度、低時延的特點有利于保證線上教育的穩(wěn)定性和高質(zhì)量，其大容量的特點能使一位優(yōu)秀教師有機會同時面對成千上萬的學生，讓偏遠地區(qū)的廣大學生真正享受公平的教育資源，實現(xiàn)教育的互聯(lián)互通，給教育帶來深刻變革。

誠然，科技進步需要政策環(huán)境和觀念引導，才能在教育領(lǐng)域得到真正落實，目前談到的所有5G賦能教育的可能性，需要社會的共同推動，才能給教育失衡問題帶來轉(zhuǎn)機。在5G高速發(fā)展時期，抓住契機是前提，實施落實是關(guān)鍵，從思路的誕生到方案最終的應用和普及是一個漫長的過程，因此，要積極探索、熱切期待5G在未來教育領(lǐng)域煥發(fā)全新的生命力，為促進教育公平作出新貢獻。

參考文獻

[1] 陳麗雯，陳耀華，陳琳.以現(xiàn)代遠程教育提升教育公平的政策支持和實踐[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（11）：81-86.

[2] 李佳威，裴彥鵬.5G全息投影在高等教育中的應用分析[J].科技風，2021（9）：7-8.

[3] 李凱.基于遠程教育的理工科虛擬實驗技術(shù)研究[J].高教刊，2020（6）：56-59.

[4] 李玉琴，余金永，謝金媚.基于Multisim虛擬實驗在高職《數(shù)字電子技術(shù)》課程中的應用研究[J].計算機產(chǎn)品與流通，2020（2）：174，252.

[5] 邊香玉.全息立體投影技術(shù)研究及在教學中的應用[J].中國新通信，2020，22（24）：86-87.