基于5G通訊的智能教學系統設計與應用

蔣洪

【摘 要】本文論述基于5G通訊的智能教學系統設計與應用，該教學系統包括發送端、接收端和反饋端，發送端包括第一VR攝像模塊、第一視頻信息發送模塊和教學主機，接收端包括視頻信息接收模塊、顯示模塊、第二VR攝像模塊、操作分機和第二視頻信息發送模塊，反饋端包括視頻信息對比模塊、硬件操作步驟對比模塊和警示模塊。經過實踐應用，證明該教學系統能促進優勢互補，解決線下教學質量參差不齊、線上教學互動困難等問題。

【關鍵詞】5G技術 智能教學系統 精準教學

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）35-0172-02

在5G技術飛速發展的今天，傳統的在線教育方式過于單一，越來越無法滿足教育高質量發展的需要?！盎ヂ摼W+”、5G技術、VR的應用，為傳統在線教育向智能化在線轉變提供了技術支持，通過個性化、精細化、沉浸式學習，推動教育水平由中低水平向高水平、高質量發展。同時，結合“互聯網+”、5G技術建成高度信息化教學的數字校園，推動學校師資力量、教學資源庫、實驗設備的共享。因此，有必要通過5G通訊技術，開發一種智能教學系統。5G融合AR技術的教學模式是一種利用高速的數據通信網，實現實時互動，并置身于虛擬與現實相結合的環境中，從而幫助完成教學任務的教學方法。

一、智能教學系統的設計

（一）系統結構

5G智能教學系統主要包括發送端、接收端和反饋端，發送端包括第一VR攝像模塊、第一視頻信息發送模塊和教學主機，接收端包括視頻信息接收模塊、顯示模塊、第二VR攝像模塊（包括主、副多臺高清攝像機）、操作分機和第二視頻信息發送模塊（包括主、副多臺高清攝像機），反饋端包括視頻信息對比模塊、硬件操作步驟對比模塊和警示模塊。本項目通過5G通訊進行實時教學，在運用上主要通過模塊化結構方式，使系統數據庫既相互獨立，又局域共享，并通過視頻反饋和操作反饋兩種方式進行實時反饋，更能完成精準教學，做到維護簡單。系統結構如圖1所示。

（二）發送端和接收端

第一VR攝像模塊用于拍攝教師在教學主機的操作動作，顯示模塊用于顯示第一VR攝像模塊拍攝視頻的信息;第二VR攝像模塊用于拍攝學生在操作分機上的操作動作;教學主機和操作分機均與硬件操作步驟對比模塊電性連接，視頻信息對比模塊用于比對第一VR攝像模塊與第二VR攝像模塊的視頻信息，并將比對信息傳輸給警示模塊;硬件操作步驟對比模塊用于將教學主機和操作分機的執行步驟進行比對，并將比對的信息傳輸給警示模塊。

（三）顯示模塊

顯示模塊包括VR顯示芯片，VR顯示芯片采用的型號為STM32F4。

（四）視頻信息

視頻信息對比模塊包括第一視頻信息接收子模塊、第二視頻信息接收子模塊和視頻信息比對子模塊，第一視頻信息接收子模塊用于接收第一VR攝像模塊的視頻信息，第二視頻信息接收子模塊用于接收第二VR攝像模塊的視頻信息，視頻信息比對子模塊用于將第一視頻信息接收子模塊和第二視頻信息接收子模塊的視頻信息進行比對。

視頻信息比對子模塊包括第一視頻信息存儲單元、第二視頻信息存儲單元和視頻信息數據處理單元，第一視頻信息存儲單元用于存儲第一視頻信息接收子模塊接收的視頻信息，第二視頻信息存儲單元用于存儲第二視頻信息接收子模塊接收的視頻信息，視頻信息數據處理單元用于將第一視頻信息存儲單元與第二視頻信息存儲單元中的視頻信息進行數據處理并比對。

（五）硬件操作步驟

硬件操作步驟對比模塊包括第一硬件操作步驟信息子模塊、第二硬件操作步驟信息子模塊和硬件操作步驟比對子模塊，第一硬件操作步驟信息子模塊用于接收并存儲教學主機的操作步驟信息，第二硬件操作步驟信息子模塊用于接收并存儲操作分機的操作步驟信息，硬件操作步驟比對子模塊用于將第一硬件操作步驟信息子與第二硬件操作步驟信息子模塊存儲的操作步驟信息進行比對。硬件操作步驟比對子模塊包括操作步驟信息數據處理單元，操作步驟信息數據處理單元用于將第一硬件操作步驟信息子模塊與第二硬件操作步驟信息子模塊中的操作步驟信息進行數據處理并比對。

（六）警示模塊

警示模塊包括警示信息接收子模塊、警示信息顯示子模塊和警示信息揚聲子模塊，警示信息接收子模塊用于接收視頻信息對比模塊和硬件操作步驟對比模塊的信息比對結果，警示信息顯示子模塊用于顯示視頻信息對比模塊和硬件操作步驟對比模塊的信息比對結果，警示信息揚聲子模塊用于告知教師視頻信息對比模塊和硬件操作步驟對比模塊的信息比對結果。

二、智能教學系統的應用

（一）教師教學操作

發送端模塊主要根據教學要求，教師通過第一VR攝像模塊對教師操作步驟進行拍攝，第一VR攝像模塊將所拍攝的視頻數據通過5G通訊方式，實時發送至顯示模塊和視頻信息對比模塊，為學生操作提供具體操作教學方法。在教學過程中，教師也可依靠視頻數據5G通訊方式收集學生操作反饋的信息，以此完善教學策略庫。同時，教學主機將教師在教學主機上操作的操作步驟信息傳輸至第一硬件操作步驟對比模塊（如教學策略庫），通過協作機制實現知識共享。教師操作如圖2所示。

（二）學生學習操作

接收端模塊的第二VR攝像模塊將學生在操作分機上的操作步驟進行拍攝，第二視頻發送模塊通過5G通訊方式將視頻數據發送至視頻信息對比模塊，該視頻數據能夠較準確反映上課班級學生學習操作技能的水平，為系統硬件提供每名學生個性化學習依據。同時，操作分機將學生在操作分機上操作的操作步驟信息傳輸至第二硬件操作步驟對比模塊（如教學協調代理模塊等）。該硬件操作步驟依據自身規則庫，使用人工智能推理評估規則方式，為學生完成教學指導內容提供指導性意見。學生操作如圖3所示。

（三）評價反饋操作

反饋端模塊依據學習模塊和教師教學模塊提供的數據，結合系統自身規則庫，使用人工智能推理評估規則方式，將第一VR攝像模塊的視頻信息、第二VR攝像模塊的視頻信息進行比對，對學生在學習操作過程中各種行為、操作標準、演示結果等方面進行評估。當兩個視頻信息比對不匹配時，通過協作機制實現知識共享，將比對結果傳遞到學生顯示模塊和警示模塊中，通過警示信息顯示子模塊進行顯示。在教學過程中，智能系統可根據教學大綱和教學指導書內容，及時調整自身規則庫，從而根據調整后的教學管理發送的數據及教學策略，調整學習評價要求。

（四）教學系統功能軟件應用操作

整個系統軟件應用完全基于人工智能，系統后臺使用SQL Server 2000作為數據庫服務器 ，使用Internet Information Server 5.1作為信息服務器，以C#為設計語言。系統采用瀏覽器模式，不受硬件條件制約，并能夠實現跨平臺應用。

三、仿真實驗效果

為驗證基于5G通訊的智能教學系統設計的合理性，對國際1901班、建智1901班、人工智能2001班在電工技能教學中的效果進行對比分析，教師運用一個攝像頭（或兩個攝像頭）、一臺電腦進行教學，每個教學頻道內可以播放該頻道里教師的實時教學畫面，不能互動的普通遠程教學系統與應用智能教學系統進行比較，得到學生教學成績如表1所示。

當學生班級人數較少時，使用普通遠程教學系統獲取平均成績分數為87分，但當學生班級人數較多時，使用普通遠程教學系統平均成績分數只有81分，使用智能教學系統平均成績分數為90分。通過以上分析可知，使用智能教學系統更能提升人數較多班級的學習成績，這對有效緩解教師與學生班級人數不匹配是很有幫助的。本項目通過5G網絡實現實時視頻教學，學生緊跟教師操作，通過視頻反饋和操作反饋的兩種方式，將學生實踐情況實時反饋給教師，可以幫助教師開展精準教學。

未來，5G技術將與云計算、物聯網、大數據、人工智能、VR等多種新型學習技術方式深度融合，推動教育方式向個性化、智能化、智慧化方向發展，未來教育教學方式的發展方向將是5G技術在教育領域的應用。5G技術與教學方式的融合，是現階段技術與教育教學發展的必然趨勢，有利于促進技術與教育的共贏。

【參考文獻】

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[2]張凌.基于人工智能網絡的遠程教學系統設計[J].現代電子技術，2021（2）.

[3]羅俊，易亞軍.可變負載下嵌入式智能轉接插座的遠程節能控制方法[J].科技通報，2018（5）.

注：2017年度廣西機電職業技術學院規劃課題項目“基于‘互聯網+在電工實訓教學的應用研究”（2017YKY010）

【作者簡介】蔣 洪（1967— ），男，廣西機電職業技術學院高級實驗師，研究方向為電子技術、網絡應用。