5G技術(shù)在智慧教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用探究

張俊哲 張豐 張小涵 張正

摘要：智慧教學(xué)作為教育信息化的重要應(yīng)用之一，是解決教學(xué)管理問題和提升教學(xué)質(zhì)量的重要方式;5G技術(shù)為智慧教學(xué)提供了創(chuàng)新方法，為完善智慧教學(xué)體系提供了有力保障，探究5G技術(shù)在智慧教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，是進(jìn)一步推動(dòng)教學(xué)教育變革的必然要求。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);智慧教學(xué);教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）14-0102-02

5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，它作為4G的延伸，不僅具備大帶寬、大連接和低延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)能力，同時(shí)具備人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和邊緣計(jì)算等基礎(chǔ)共性能力，另外還具備超高清視頻、視頻監(jiān)控、VR/AR、無人機(jī)及機(jī)器人等行業(yè)共性能力。5G網(wǎng)絡(luò)能力、基礎(chǔ)共性能力和行業(yè)共性能力的融合，一方面大幅度提升了個(gè)人用戶高帶寬移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，創(chuàng)造出新的生活?yuàn)蕵窇?yīng)用場景;另一方面構(gòu)成了新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，成為推動(dòng)傳統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基石。

智慧教學(xué)，利用智能感知以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過攝像頭、傳感器等各類采集設(shè)備全面采集校園課堂的信息，然后利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)采集到的信息進(jìn)行全方位的分析，并最終將分析結(jié)果投射到具體的學(xué)校教學(xué)及科研等工作當(dāng)中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)教學(xué)工作的多樣化[1]。

目前，國家相繼推出相應(yīng)政策強(qiáng)調(diào)教育信息化在推動(dòng)教育現(xiàn)代化過程中的地位和作用。新型教育信息化不僅涵蓋信息環(huán)境建設(shè)、軟硬件支持，更通過建設(shè)多實(shí)踐領(lǐng)域、多應(yīng)用場景、全環(huán)節(jié)覆蓋、全民全域普及的實(shí)施路徑，使得教育逐漸智慧化，智慧教學(xué)正是信息化教育逐漸成熟后必然產(chǎn)生的教學(xué)方式。5G與人工智能、VR/AR，超高清視頻、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的融合，將為智慧教學(xué)工作進(jìn)一步提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支撐，解決線上理論與實(shí)踐教學(xué)不均衡的問題。因此在校園建立以5G為基礎(chǔ)的智慧教學(xué)體系，將為進(jìn)一步推動(dòng)教學(xué)教育變革提供強(qiáng)大動(dòng)力。

1 智慧教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)管理不規(guī)范

目前，在教育教學(xué)領(lǐng)域中，利用手機(jī)和電腦等終端設(shè)備聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)已經(jīng)越來越普及，然而，當(dāng)前無線網(wǎng)傳輸過程中存在網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)延時(shí)嚴(yán)重、傳輸速率低下等問題，嚴(yán)重影響教師的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果，從而導(dǎo)致教學(xué)過程中存在的問題無法及時(shí)得到反饋和解決，教學(xué)情況分析存在較大偏差，無法形成規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理體系。

1.2 教學(xué)方法較單一

當(dāng)前教育模式下，受限于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及設(shè)備等原因，日常教學(xué)方法仍然以教師主講學(xué)生被動(dòng)接受為主，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)習(xí)效率低，教學(xué)質(zhì)量不高。倘若能夠在課堂中融入人工智能、虛擬仿真、 VR/AR 等技術(shù)，將能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺、聽覺和感覺等多感官參與，為學(xué)生提供更加真實(shí)的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生將被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。同時(shí)，針對(duì)具有一定危險(xiǎn)系數(shù)較高的實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目，通過上述方式同樣能發(fā)揮教學(xué)效果，還可以保障師生的身心健康。

1.3 教學(xué)資源較匱乏

目前，智慧教學(xué)過程中存在著教學(xué)資源重復(fù)、數(shù)量匱乏、教學(xué)資源不均衡等問題。一方面，受限于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備的原因，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)數(shù)量有限，內(nèi)容重復(fù)率高，另一方面，城城間、城鄉(xiāng)間、校際間存在著較為嚴(yán)重的教學(xué)資源分配失衡的問題。倘若5G技術(shù)能夠提供大量的通信網(wǎng)絡(luò)與教學(xué)傳輸設(shè)備，使得傳統(tǒng)的課堂空間限制能被打破，課內(nèi)外的信息數(shù)據(jù)壁壘將不復(fù)存在，從而進(jìn)一步突顯網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的豐富性。

2 5G技術(shù)對(duì)智慧教學(xué)的意義

在2017年1月國家發(fā)布的教育事業(yè)“十三五”規(guī)劃中，規(guī)劃提出要支持各級(jí)各類學(xué)校建設(shè)智慧校園體系，綜合利用大數(shù)據(jù)、人工智能來探索教學(xué)教育模式。眾多學(xué)校紛紛建立自己的規(guī)劃，探索如何把新的技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)里面去。2019年，中國移動(dòng)通信集團(tuán)發(fā)布《5G智慧教育白皮書》，并聯(lián)合多家互聯(lián)網(wǎng)、教育等領(lǐng)域的高校、科研機(jī)構(gòu)和企事業(yè)單位，成立了5G智慧教育合作聯(lián)盟，該聯(lián)盟以5G技術(shù)為主導(dǎo)，建立了“教育”“學(xué)習(xí)”“生產(chǎn)”“研發(fā)”的教育合作系統(tǒng)，5G智慧教學(xué)應(yīng)運(yùn)而生[2]。5G智慧教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)智慧教學(xué)的一次革新，它通過將5G技術(shù)應(yīng)用到軟硬件設(shè)備中，結(jié)合更高速率、低延時(shí)、大帶寬的5G網(wǎng)絡(luò)，將使得教學(xué)過程更為流暢，為教育工作者和學(xué)習(xí)者帶來更愉悅的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.1 教學(xué)管理更規(guī)范

隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，教學(xué)工作將更加智能化，任何類型的教學(xué)工作能夠在任何時(shí)間以任何形式被提供，極大解決了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系無法形成閉環(huán)的問題。同時(shí)，更加完善的教學(xué)環(huán)境可以給教師和學(xué)生帶來更直觀和暢通的互動(dòng)模式，從而打破了教學(xué)管理工作在時(shí)間、空間、內(nèi)容等方面受到的限制。

2.2 教學(xué)方法更多樣

基于5G技術(shù)的智慧教學(xué)模式無限接近線下教育模式，同步在線教學(xué)、異步在線教學(xué)、在線翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)等模式使得教師與學(xué)生之間的實(shí)時(shí)交互更加有效。而全息遠(yuǎn)程技術(shù)、VR/AR則通過“沉浸式”教學(xué)方法讓學(xué)生獲得更加身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[3]，從而更好地將被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為積極主動(dòng)地吸收知識(shí)。

2.3 教學(xué)資源更豐富

5G技術(shù)所具備的能力有效拓展了在線教學(xué)工作中大數(shù)據(jù)之間的聯(lián)通，打破了空間和時(shí)間上的壁壘，擴(kuò)大了課堂空間，加大了校際之間的課程共享及共建，豐富了互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源，使得偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)也可以獲得豐富的課程資源，有效避免了課程資源的浪費(fèi)。

3 5G技術(shù)在智慧教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

智慧教學(xué)的目標(biāo)是使教師完成對(duì)學(xué)生智慧型學(xué)習(xí)內(nèi)容的傳授，并基于學(xué)生的反饋提供交互性的支持。通過借助5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大帶寬、低延時(shí)、高速率的特性，結(jié)合5G基礎(chǔ)共性能力和行業(yè)共性能力，應(yīng)用5G技術(shù)將使得智慧教學(xué)的效果及創(chuàng)新等方面得到全面提升。而5G技術(shù)在智慧教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用可以歸納為以下三個(gè)方面。

3.1 直播互動(dòng)課堂的應(yīng)用

2019年，中國移動(dòng)聯(lián)合廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)打造“5G·我即校園”5G 智慧教育應(yīng)用。借助5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，通過高清音視頻與多媒體協(xié)作，為師生們提供直播互動(dòng)課堂應(yīng)用。學(xué)生可以在線觀看上課過程，對(duì)教師授課過程中的表現(xiàn)進(jìn)行打分，系統(tǒng)將對(duì)打分進(jìn)行評(píng)估并提供改進(jìn)意見。該應(yīng)用不僅提升了師生之間的交互性，同時(shí)能夠幫助教師發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中的問題并進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)，有助于提升教學(xué)質(zhì)量。

3.2 VR/AR 課堂的應(yīng)用

借助5G技術(shù)能夠用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）將課堂中較為抽象且難以理解的知識(shí)點(diǎn)以更加形象直觀的形式表達(dá)出來。例如，中國移動(dòng)聯(lián)合蘇州工業(yè)園區(qū)星洲學(xué)校打造了5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下課堂交互式體驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，為中小學(xué)課堂教學(xué)帶來新活力。該項(xiàng)目主要采用 5G+MR 智能沙箱，學(xué)生可以通過佩戴頭顯設(shè)備，將沙箱中的沙子塑造成各種地理形狀，自由創(chuàng)作交互內(nèi)容，在虛擬的地理地貌中漫步，獲得沉浸式體驗(yàn)。極大地提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

另外，基于5G技術(shù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）也能夠通過還原場景讓學(xué)生形成更加全面的整體認(rèn)知能力，并且達(dá)到完成教學(xué)目標(biāo)的任務(wù)。比如北京郵電大學(xué)采用5G網(wǎng)絡(luò)與全息直播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩校區(qū)同上一門課。在遠(yuǎn)端教室，授課教師的三維全息投影人像清晰呈現(xiàn)，如同站在本教室講臺(tái)上為大家實(shí)時(shí)授課。通過在教室里配備AI助學(xué)機(jī)器人，在現(xiàn)場針對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行提問互動(dòng)，從而完成教學(xué)目標(biāo)。

3.3 校園安全監(jiān)控的應(yīng)用

在教學(xué)過程中，校園安全無疑是最重要的。通過5G網(wǎng)絡(luò)，搭載人工智能視頻分析，對(duì)校園進(jìn)行360度全方位、全天候的監(jiān)控管理和智能分析，以確保校園的絕對(duì)安全。北京師范大學(xué)在昌平校區(qū)通過360度攝像機(jī)在校園內(nèi)巡邏過程中實(shí)時(shí)采集圖片及視頻數(shù)據(jù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控平臺(tái)，利用人臉識(shí)別分析，與授權(quán)獲取的校園數(shù)據(jù)庫中的師生身份信息進(jìn)行比對(duì)，精確區(qū)分人員身份，辨別陌生人及訪客，為校園安全提供了有力的信息化保障手段。

4 5G技術(shù)在智慧教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

4.1 搭建閉環(huán)教學(xué)管理模式

基于5G技術(shù)的智慧教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)的依賴程度更強(qiáng)，因而學(xué)校需要搭建閉環(huán)教學(xué)管理模式，使教師進(jìn)行所承擔(dān)課程的全程監(jiān)管，在以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)為原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)督管理，以保證課堂教學(xué)的效果。

4.2 構(gòu)建智能教學(xué)分析體系

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，教學(xué)數(shù)據(jù)貫穿于教學(xué)活動(dòng)的始終，因此數(shù)據(jù)信息化的應(yīng)用極為必要，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，教學(xué)分析體系尚存在一定缺陷，無法做到精準(zhǔn)分析教學(xué)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致教師缺乏對(duì)教學(xué)情況的精準(zhǔn)掌控。要想精準(zhǔn)挖掘、分析教學(xué)數(shù)據(jù)，打通數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，必須加強(qiáng)構(gòu)建智能教學(xué)分析體系，有效建立“5G+智慧教學(xué)”模式，借助良好的智慧教學(xué)應(yīng)用機(jī)制，結(jié)合學(xué)校自身教學(xué)現(xiàn)狀，從而達(dá)到5G技術(shù)在智慧教學(xué)中的良好應(yīng)用，提升教學(xué)質(zhì)量。

4.3 重點(diǎn)關(guān)注教學(xué)薄弱環(huán)節(jié)

由于基于5G技術(shù)下的智慧教學(xué)模式同屬于線上教育模式，因而在應(yīng)用過程中必定存在一定的漏洞，這就需要教師及時(shí)針對(duì)課堂教學(xué)過程進(jìn)行復(fù)盤，重點(diǎn)關(guān)注教學(xué)過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)智慧教學(xué)體系建設(shè)與教學(xué)課程的聯(lián)系，使其能夠保障教學(xué)工作的順利開展 [4]。另一方面，將5G技術(shù)應(yīng)用在課堂當(dāng)中，初期會(huì)引發(fā)學(xué)生的新鮮感，學(xué)生在初始階段會(huì)保持一定的好奇心，然而到了中期，隨著適應(yīng)力的提升，新鮮感會(huì)逐步下降，使得學(xué)習(xí)效果下降，因此教師也需要對(duì)此進(jìn)行重視。

5 結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育形式的不斷發(fā)展變革，基于5G技術(shù)的智慧教學(xué)應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。5G技術(shù)大大提高了智慧教學(xué)模式中師生、生生、人機(jī)間的互動(dòng)交流，不僅有利于創(chuàng)造更加輕松愉悅的教學(xué)氛圍，而且有利于教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提升。因此，在教學(xué)中應(yīng)用5G技術(shù)具有前瞻性和時(shí)代性，有助于推動(dòng)教育的發(fā)展與變革。

參考文獻(xiàn)：

[1] 艾倫，張鵬.5G技術(shù)在教育信息化中的作用辨析[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（16）：1-3.

[2] 孫立會(huì)，劉思遠(yuǎn)，李芒.面向2035的中國教育信息化發(fā)展圖景*——基于《中國教育現(xiàn)代化2035》的描繪[J].中國電化教育，2019（8）：1-8，43.

[3] 王官，杜建軍，李愛華.5G時(shí)代推動(dòng)高職院校在線教育高質(zhì)量發(fā)展的策略研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2020，38（10）：203-205.

[4] 王琦，黃宗偉.基于5G時(shí)代下的高校教學(xué)模式創(chuàng)新探究[J].中國成人教育，2020（20）：52-54.

收稿日期：2022-01-13

作者簡介：張俊哲（1990—），女，湖北當(dāng)陽人，碩士，助教，空軍預(yù)警學(xué)院雷達(dá)士官學(xué)校，主要研究醫(yī)療設(shè)備開發(fā)、傳感器開發(fā)。