基于5G技術的新一代智慧校園探索

摘要：5G技術的出現(xiàn)，突破了現(xiàn)有智慧校園建設中諸如帶寬不足、速率偏低等瓶頸問題，將全面推進新一代智慧校園的建設進程，并將改變智慧校園的碎片化建設現(xiàn)狀，整體提升高校教學、科研、管理等方面的使用效能。基于此，文章首先闡釋了智慧校園的發(fā)展現(xiàn)狀，并剖析了5G技術對新一代智慧校園建設的推動作用；之后，文章構建了新一代智慧校園建設模型，并從教、考、評、防、管五個方面對5G環(huán)境下的新一代智慧校園應用場景進行了探索；最后，文章以浙江大學的5G新一代智慧校園建設與應用為例，從網(wǎng)、教、考、評、防、管等多個方面探索了基于5G技術的新一代智慧校園建設路徑。基于5G技術的新一代智慧校園建設將整體提升智慧校園的智慧化水平，推動新一代智慧校園在高校教學、科研、管理等方面的融合應用，可為后續(xù)高校智慧校園的建設指明方向。

關鍵詞：5G技術；新一代智慧校園；應用場景；人工智能

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）03—0116—11 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.03.012

智慧校園建設是一個隨著技術發(fā)展、教育發(fā)展不斷迭代升級的過程，有其自身的客觀規(guī)律。回溯發(fā)展歷程，智慧校園經(jīng)歷了校園網(wǎng)、校園信息化、數(shù)字校園、智慧校園等多個階段。隨著Wi-Fi 6、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生、元宇宙等技術的發(fā)展，智慧校園建設邁入了一個新的階段。2020年，國家提出將“5G+智慧教育”作為七大5G創(chuàng)新應用工程之一[1]。2021年6月，教育部等六部門提出“通過5G循序漸進推動教育新基建，夯實信息化時代教育變革的基礎條件，堅持創(chuàng)新引領，深入應用5G新場景”[2]；7月，工信部聯(lián)合教育部等十個部門印發(fā)《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》，強調加快基于5G技術的教學終端、教學數(shù)字內容、教學場景的開發(fā)，推動5G技術對教育專網(wǎng)的支撐，加大5G技術在校園各類場景中的推廣，提升教學、管理、科研、服務等各環(huán)節(jié)的信息化能力[3]。可見，國家開始高度重視5G技術在教育領域的應用，5G成為新一代智慧校園建設的關鍵技術。新一代智慧校園將呈現(xiàn)八大特征：高智慧化、高體驗感、高滿意度、智慧互聯(lián)、超高速網(wǎng)絡、智能分析、智慧決策、教育系統(tǒng)性變革[4]。目前，清華大學、北京師范大學、華中科技大學、廣東工業(yè)大學等高校在智慧校園、雙師課堂、虛擬實驗、校園安全等方面進行了探索和嘗試[5][6]，但都處于起步階段，基于5G技術的新一代智慧校園建設還存在巨大的探索空間。基于此，本研究結合智慧校園發(fā)展現(xiàn)狀，嘗試構建基于5G技術的新一代智慧校園建設模型，并探索基于5G技術的新一代智慧校園應用場景和建設路徑，以期為新一代智慧校園建設提供理論參考和實踐指導。

一 智慧校園與5G技術

1 智慧校園的發(fā)展現(xiàn)狀

作為智慧校園的前身，“數(shù)字校園”的概念起源于20世紀70年代美國麻省理工學院提出的E-campus計劃。2008年，浙江大學在國內首次提出“智慧校園”概念[7]。與數(shù)字校園相比，智慧校園更加立體，覆蓋范圍更廣，形成了一個完整的生態(tài)環(huán)境[8]。近年來，國家出臺了一系列推進和夯實智慧校園建設工作的文件，如《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出“支持各級各類學校建設智慧校園，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術探索未來教育教學新模式”[9]；《教育部2022年工作要點》明確指出實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，并將“智慧校園新型基礎設施”列為六大類新型基礎設施建設之一[10]；《“十四五”國家信息化規(guī)劃》明確指出提升教育信息化基礎設施建設水平，完善國家數(shù)字教育資源公共服務體系，推進深度融合信息技術、智能技術的教育教學變革與數(shù)字化變革[11]。有調研結果顯示，我國2638所高校的信息化建設整體進入成熟階段，整體指標達成率為75%以上，部分指標達成率甚至達到了100%[12]。清華大學的雙師課堂、四川大學的智慧教室、浙江大學的全鏈路一體化智慧教育新生態(tài)、復旦大學基于智慧融合的高校數(shù)字化治理體系等，是高校在基礎建設、智慧教室、在線教學、教育信息化治理等方面取得的標志性成果。

而在國外，美國教育部在發(fā)布的報告《重新構想技術在教育中的角色：2017年國家教育技術規(guī)劃更新版》中，強調了云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術的創(chuàng)新應用[13]，提出技術必須滿足不同學生群體尋求獲得高質量高等教育學習經(jīng)歷的需求[14]；新加坡的“未來學校”計劃、聯(lián)合國教科文組織的“智慧校園全球倡議”也相繼推出，旨在鼓勵學校充分利用高科技信息通訊技術手段，擴大學校教學和學習的內涵與外延，提升學習成效，提高學生技能水平，以應對未來的挑戰(zhàn)。此外，各國高校也在積極推進校園智能化建設，如哈佛大學的智慧教室建設、遠程虛擬教學，斯坦福大學基于大數(shù)據(jù)分析的智慧校園，劍橋大學以用戶為中心的智慧校園深入應用，挪威科技大學提出的“智慧校園發(fā)展愿景2060”等[15]，都從不同層面對智慧校園進行了藍圖規(guī)劃并取得了顯著成效。

綜上，國內外智慧校園在基礎建設、系統(tǒng)建設、資源建設等方面都已取得一定進展，這為推動5G技術的發(fā)展與應用、全面進入5G時代做好了準備。

2 5G技術對新一代智慧校園建設的推動作用

5G技術是新一代智慧校園建設的基礎，其核心技術是無線技術和網(wǎng)絡技術。在無線技術方面，與4G支持中低頻不同，5G同時支持中低頻和高頻，既滿足中低頻覆蓋和容量的需求，又滿足高頻在熱點區(qū)域提升容量的需求，并支持100MHz的基礎帶寬。同時，通過LDPC、Polar新型信道編碼方案、性能更強的大規(guī)模天線等支持高速率傳輸和更優(yōu)覆蓋，并應用短幀、快速反饋、多層/多站數(shù)據(jù)重傳等技術支持低延時和高可靠。在網(wǎng)絡技術方面，5G采用全服務化設計，提供模塊化網(wǎng)絡功能，支持按需調用，實現(xiàn)功能重構；支持靈活部署，實現(xiàn)硬件和軟件解耦，控制和轉發(fā)分離；同時，支持邊緣計算，支持基于應用的網(wǎng)關靈活選擇和邊緣分流，并通過網(wǎng)絡切片滿足5G差異化需求。

高校作為5G技術的重要應用領域之一，在學校教學、管理、安防等各方面都有較高的要求。目前，校園4G的平均傳輸速率約為100Mbps，延遲約在60～70毫秒之間，而其全IP化網(wǎng)絡架構難以支持高移動性、高流量密度的應用場景，無線Wi-Fi在穩(wěn)定性和安全性方面也存在隱患，難以滿足新一代智慧校園的高清視頻、高清直播、教育大數(shù)據(jù)分析等需求，特別是其AR、VR、MR等場景的視頻帶寬、音頻延時需求。目前，校園5G網(wǎng)絡平均下載速率達到500Mbps以上（比4G網(wǎng)絡提升了10倍），峰值傳輸速率可達到10Gbps（是4G的100倍），同時延遲可以控制在25毫秒以內（不到4G平均時延的40%）。同時，相較于4G，5G有10～100倍的用戶體驗率，20倍的峰值數(shù)據(jù)傳輸速度。另外，憑借5G低延時、高速率的特性，結合AR、VR、全息影像等技術，可以實現(xiàn)教學影像的實時傳輸，提升教學體驗；通過5G網(wǎng)絡收集教學全場景數(shù)據(jù)，結合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，可以精準繪制學生畫像，提升教育教學的針對性；基于超高清視頻的安防系統(tǒng)可以為校園提供遠程巡考、門禁管理等功能，提高校園管理的效率和水平；基于AI圖像分析、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）等技術，可以為學生的出行、活動、飲食安全等提供全方位的安全保障服務，并為學生打造安全的學習環(huán)境。隨著5G技術不斷成熟，智慧校園將從規(guī)模化建設轉為內涵式發(fā)展，繼而轉為在新技術加持下以應用場景為著力點的融合應用，即進入新一代智慧校園發(fā)展時期[16]。

二 基于5G技術的新一代智慧校園建設模型

基于現(xiàn)有的智慧校園建設框架，應用5G技術，本研究構建了基于5G技術的新一代智慧校園建設模型，如圖1所示。該建設模型包含五個層級：①5G統(tǒng)一訪問層，作為校園的即時動態(tài)感知入口，充分連接各類應用場景，根據(jù)不同角色的不同需求設置權限，形成千人千面的信息展示，為不同層級的科學決策提供數(shù)據(jù)支持；②5G智慧應用層，包含智能教學、智能評測、智能管理和校園安全等多個場景，實現(xiàn)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等多種技術的融合，實現(xiàn)多種應用場景的全面落地與數(shù)據(jù)系統(tǒng)的全面融合；③5G智慧大腦層，作為連接應用場景和網(wǎng)絡基座的關鍵層級，以數(shù)據(jù)中臺、BIM引擎、業(yè)務中臺為核心，同時配備MEC基座，通過開放接口實時匯集各應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)計算完成各方面的數(shù)據(jù)管理并形成知識庫，支持各應用場景的順利開展；④5G智能網(wǎng)絡層，通過公專雙網(wǎng)、超密組網(wǎng)等不同部署方式和網(wǎng)絡切片，將校園要態(tài)中教、考、評、防、管等各項行為通過各類傳感設備形成大容量數(shù)據(jù)即時匯集到智慧大腦，實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)流動；⑤5G智能感知層，通過各類設施設備、傳感器，完成校園物聯(lián)網(wǎng)上各類數(shù)據(jù)的采集。

總的來講，基于5G技術的新一代智慧校園建設模型以校園網(wǎng)絡和5G網(wǎng)絡環(huán)境為支撐，以人工智能和物聯(lián)網(wǎng)為數(shù)據(jù)智能感知手段，能完成對校園孿生數(shù)據(jù)、師生行為數(shù)據(jù)的全面采集和分析，并將物理校園抽象映射到數(shù)字校園。基于數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務中臺，利用各類數(shù)據(jù)AI分析服務引擎，該模型提供基于場景應用域的數(shù)據(jù)清洗、歸類、加工、分析等服務，這有助于實現(xiàn)全校數(shù)據(jù)域的準確、安全、可用，并推動校園大腦的逐步形成。該模型的構建，將創(chuàng)造性地解決“5G+云服務”的大并發(fā)接入、“5G+云渲染+AR/VR”的高帶寬交互、“5G+Wi-Fi”的開放性無線漫游等核心技術在智慧校園建設中的應用落地，搭建出多類示范應用場景，開創(chuàng)高校智慧教育新局面。可以預見，新一代智慧校園將依托虛擬現(xiàn)實、可視化、人機交互、場景定位、媒體流控、人工智能等技術手段，提供教學、考試、評測、安防、管理五大領域的場景化應用服務，形成“5G+感知+數(shù)據(jù)分析+多場景應用”的高校新一代智慧校園建設模型，全面助推高校基于5G條件下各領域的數(shù)字化改革，實現(xiàn)高校新育人、新評估、新治理的目標。

三 5G環(huán)境下的新一代智慧校園應用場景

依托基于5G技術的新一代智慧校園建設模型，本研究從教、考、評、防、管五個方面積極探索5G環(huán)境下的新一代智慧校園應用場景。

1 5G環(huán)境下的教學空間

（1）5G環(huán)境下的新型教學空間建設

5G環(huán)境下的新型教學空間以網(wǎng)絡智能調度、應用級智能選路兩大關鍵技術為支撐，以教學平臺為載體，開展大規(guī)模實時教學互動和沉浸式教學場景建設，并利用時域資源切分技術，通過識別課程平臺的教學互動、教學直播重要業(yè)務流，優(yōu)先保障時效要求較高的實時互動和音視頻業(yè)務流暢運行。在兩大關鍵技術的支持下，課程平臺在教學形式上進行了兩大創(chuàng)新：①支持泛在性學習，突破時空限制，擴大教學的廣度，向廣大學生群體提供高質量的教學互動服務；②支持沉浸式學習，增強學習的交互性與臨場感，提升教學的深度[17]。

（2）場景應用

結合5G環(huán)境下新型教學空間建設的相關討論，萬人上課、無感知異地授課、全真互連課堂、AR實驗教學、VR遠程教學等場景應用將成為可能：①萬人上課。憑借5G校園網(wǎng)帶來的高帶寬、低延時網(wǎng)絡保障，課程教學平臺將滿足全校上萬老師同時在線授課和互動教學的需求，實現(xiàn)數(shù)萬師生并發(fā)進行智慧課堂互動教學、教學資源與教室大屏無縫鏈接、任意終端加入課堂互動、實時記錄課堂內容，形成課堂報告。校內平臺將和國家公益平臺無縫對接，實現(xiàn)校內課堂與線上教學空間互聯(lián)互通，打造全新的授課模式和學習方式，實現(xiàn)“萬人上課”、師生“萬人互動”。②無感知異地授課。借助5G網(wǎng)絡技術構建多校區(qū)融合校園網(wǎng)，可破解目前高校普遍存在的多校區(qū)線上、線下教學環(huán)境融合不佳的問題。通過智慧教室升級，將所有教室的音視頻硬件與課程平臺對接，可實現(xiàn)大屏、板書、課堂全景多畫面的“百室互連”無感知異地授課，并實現(xiàn)任意兩間或多間教室之間的實時互動。③全真互連課堂。通過5G校園網(wǎng)和5G互聯(lián)網(wǎng)的結合，將打造出泛在的教學環(huán)境和無邊界課堂。利用云端平臺提供實時3D渲染引擎和虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實類教學資源，建設基于VR、AR的虛擬教學空間，可實現(xiàn)無邊界、全真互連、混合現(xiàn)實、真實體驗的無邊界課堂教學。④AR實驗教學。利用AR虛實結合的特點，促進實驗教學過程中的交互、引導、分享，將提升實驗的學習樂趣、操作規(guī)范和實驗效率，有效減少實驗環(huán)境中人員移動、聚集觀看所造成的安全隱憂，并適應不同學生的學習進度差異，以第一視角的畫面加深學習印象，實現(xiàn)知識技能的內化。⑤VR遠程教學。通過教學終端與VR眼鏡的適配，將實現(xiàn)多種混合現(xiàn)實教學模式：一是師生通過VR眼鏡進入虛擬課堂，系統(tǒng)生成每個人的3D虛擬形象并共聚一堂，實現(xiàn)基于VR的遠程虛擬授課；二是教師在教室、學生在線上，教室里的特殊拍攝硬件（如VR攝像機）可將課堂轉換成3D立體畫面?zhèn)魉椭罺R虛擬教室，學生通過VR設備接入后便可身臨其境般地體驗課堂教學；三是教師在教室、學生分散在本地教室或遠程教室，真實課堂與虛擬課堂融合，學生可以通過虛擬課堂實時參與線下課堂的師生互動，實現(xiàn)隔空混合現(xiàn)實課堂教學。

2 5G環(huán)境下的新型考試環(huán)境建設及其應用場景

（1）5G環(huán)境下的新型考試環(huán)境建設架構

5G環(huán)境下的新型考試環(huán)境建設需以能實現(xiàn)百萬用戶同時在線并已積累海量數(shù)據(jù)的考試平臺架構為基礎，同時需開發(fā)考試過程中試題、答案、視頻等數(shù)據(jù)的加密技術以作為安全保障。為保障考試的可信度，防止考試中的作弊行為，需通過平臺實時檢測考生的行為感知、筆觸感知、考場感知、網(wǎng)絡流量等情況，實現(xiàn)安全可信的異域考場監(jiān)測與管控。從技術架構來看，5G環(huán)境下新型考試環(huán)境可以分為四個層次，由上到下分別為：①用戶角色層，主要涉及管理人員、教務人員、教師、學生、助教等角色。②終端門戶層，考試環(huán)境應該支持目前行業(yè)中的各終端類型，包括移動APP、網(wǎng)絡門戶、小程序、H5應用，同時要支持專家終端，以適應不同場景的需要。③應用服務層，以考試相關的各功能模塊為主，包括權限模塊、題庫模塊、考試模塊/補考終端、監(jiān)考模塊、成績模塊、題庫分析模塊。④技術支撐層，主要包括支撐信息安全環(huán)境（如考試數(shù)據(jù)加密）的有線、無線網(wǎng)絡，支撐監(jiān)考服務環(huán)境（如設備網(wǎng)絡檢測）的云計算、存儲技術，以及支撐終端（如音視頻終端設備）監(jiān)控服務的人臉識別、姿態(tài)檢測等AI技術。

（2）場景應用

結合5G環(huán)境下新型考試環(huán)境建設的相關討論，在線萬人考場、遠程綜合考評、智能組卷閱卷等場景應用將成為可能：①在線萬人考場。基于5G技術構建支持海量信息實時穩(wěn)定傳輸、安全可靠的大型在線考試移動服務平臺，通過5G網(wǎng)絡提供高帶寬、低延遲無線移動的網(wǎng)絡接入環(huán)境，將使考生考試時不受空間的限制。基于視頻流、文本文件，通過對數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用埽踩尚诺目荚嚻脚_，可實現(xiàn)考試文件傳輸保護、考試文件預覽保護、考試文件盜鏈保護，并可實現(xiàn)考試平臺海量信息的安全傳輸。②遠程綜合考評。對于技能型考試（如運動表現(xiàn)）、操作型考試（如手術操作）的考評，可通過學習空間中的全景攝像頭、全向麥等硬件設備，利用5G網(wǎng)絡高速、信息處理量大的特性，最大化地收集學生的現(xiàn)場聲音、肢體動作等數(shù)據(jù)。之后，可應用AI視頻人物行為分析技術，檢測、解析、呈現(xiàn)學生的專注度、面部表情、肢體姿態(tài)等，并實時提供給遠程評分者，使其即使不在現(xiàn)場也能身臨其境般地進行查看，從而獲得更全面的數(shù)據(jù)參考，弱化個人的主觀判斷。③智能組卷閱卷。基于AI文本分析的知識點識別與提取技術，可實現(xiàn)智能化試題的分類與管理，并根據(jù)教學主題范圍自動組卷，從個人題庫、小組題庫或校本題庫中自動抽題，有效分擔教師前期的試題設計與管理負擔。考試結束后，教師可以在線查看學生的提交記錄和作答詳情，其中客觀題可以通過輔助閱卷功能根據(jù)設定的正確答案自動判分，并通過5G網(wǎng)絡提高判分速度、正確性與穩(wěn)定性；主觀題則由教師手動打分、在線完成批閱，并根據(jù)文檔、圖片類附件的答題結果添加評語和劃線，畫圈標注批閱。

3 5G環(huán)境下的智能評測環(huán)境

（1）5G環(huán)境下的智能評測環(huán)境建設架構

5G評測環(huán)境的建設，旨在科學化、自動化地采集師生的相關數(shù)據(jù)并進行AI智能分析，產(chǎn)生即時、可視且有意義的分析結果，據(jù)此提出有針對性的建議。5G智能評測環(huán)境以教學質量管理平臺為底座，利用5G網(wǎng)絡的高性能、高保真特點，完成學生組織、體能表現(xiàn)、課堂管理等數(shù)據(jù)的采集分析，最后同步到師生大數(shù)據(jù)綜合可視分析系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的可視化與業(yè)務的可洞察。

（2）場景應用

結合5G環(huán)境下智能評測環(huán)境建設的相關討論，AI學習評測、教學督導、師生大數(shù)據(jù)綜合可視分析等場景應用將成為可能：①AI學習評測。應用5G的高速運算功能，可實現(xiàn)對教學過程中多種數(shù)據(jù)的完整挖掘與存儲。同時，應用AI分析技術，可解析學生的學習狀態(tài)，形成學生畫像與數(shù)字化成長檔案，據(jù)此可以定向推送知識點，提供個性化學習服務。另外，采集學生課前、課中、課后全教學過程的行為數(shù)據(jù)，應用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法，可自動生成學生的學習情況分析報告，精準識別學生個體對知識點的掌握程度，實現(xiàn)智能分組，并結合知識圖譜的知識推理功能，調整教師的授課安排，向學生智能化推送知識點、布置個性化作業(yè)等。②教學督導。線上巡課及督導將實現(xiàn)遠程無感接入，不影響課堂教學秩序，減少對師生的干擾。督導可在課中觀看課程直播或課后觀看課程錄像，并在線查看課程節(jié)次、自由點播、預覽課程、隨看隨評。而通過對接教學系統(tǒng)，可為督導員集中呈現(xiàn)備課數(shù)據(jù)、課堂教學數(shù)據(jù)、互動數(shù)據(jù)、AI分析數(shù)據(jù)、學生評價結果[18]，提供遠超線下聽課的全方位、多角度數(shù)據(jù)支撐，以在感性評判中融入更多理性分析。③師生大數(shù)據(jù)綜合可視分析。應用可視分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)智能化采集并匯總課程視頻錄像、師生教學行為數(shù)據(jù)、教學資源使用數(shù)據(jù)等，支持個性化自定義數(shù)據(jù)展示、多種數(shù)據(jù)源接入、自由組合數(shù)據(jù)圖表，以及縱向與橫向的數(shù)據(jù)比對。為保障科學化測評的可行性與安全性，可對學生、教師、課堂等全方位的數(shù)據(jù)進行智能化采集與運算，并通過大數(shù)據(jù)綜合可視分析平臺匯集與呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，通過AI分析、數(shù)學建模等操作生成即時、可視且有意義的結果，并提出有針對性的建議，以貼合高校教學質量測評的業(yè)務需求，實現(xiàn)以評促改、數(shù)據(jù)導向的評測閉環(huán)。

4 5G環(huán)境下的校園安防環(huán)境

（1）5G環(huán)境下的校園安防環(huán)境建設

校園安防以建立重點公共區(qū)域的全覆蓋、全天候、智能化校園立體防控系統(tǒng)為主[19]，借助5G網(wǎng)絡與AR智能眼鏡，利用計算機技術、圖像分析技術、物聯(lián)網(wǎng)技術，構建智能監(jiān)控指揮中心，配合身份識別、車輛識別、超速識別、人員行為識別等先進智能分析技術，完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、報警管理系統(tǒng)等的建設，提升智能感知、智能輔助、智能分析決策等能力，實現(xiàn)整個校園的安防專網(wǎng)智能化應用，建立一套“高清化、網(wǎng)絡化、智能化”的校園立體防控系統(tǒng)。

（2）場景應用

結合5G環(huán)境下校園安防環(huán)境建設的相關討論，校園智能巡邏、校園門禁管控等場景應用將成為可能：①校園智能巡邏。校園智能巡邏將通過前端攝像機代替?zhèn)鹘y(tǒng)安保人員現(xiàn)場巡邏，通過視頻巡邏功能制定巡邏路線、巡邏計劃，通過調用巡邏路線上攝像頭的監(jiān)控視頻代替現(xiàn)場巡邏，巡邏過程中隨機顯示打卡框并提示安保人員打卡確認，如發(fā)現(xiàn)異常，可以截圖或錄像并提交告警事件描述，統(tǒng)一由事件中心調度處理。巡邏任務完成后，生成巡邏報告，對巡邏報告、巡邏視頻進行歸檔，便于事后稽核。基于5G網(wǎng)絡，巡視人員將可以通過AR眼鏡掃描巡邏二維碼進行巡邏打卡，并對整個巡邏過程進行音視頻錄像。②校園門禁管控。為解決高校人員眾多、管理較難的問題，學校安防部門以“高效率、高準確率”為原則，實現(xiàn)人員管理可視化、高效化和智能化。結合校園5G網(wǎng)絡建設，基于人員管控系統(tǒng)、人臉門禁系統(tǒng)、人證比對系統(tǒng)和人流統(tǒng)計系統(tǒng)，可構建“技術手段先進、人員管理高效、應急處理及時”的校園人員管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將對進出校園重點區(qū)域的人員嚴格把控，對指定區(qū)域的客流量進行統(tǒng)計，將校園安防滲透到高校校園人員管理的各層業(yè)務，通過智能手段打造平安智慧校園。

5 5G環(huán)境下的高校校園管理

（1）5G校園數(shù)據(jù)駕駛艙生態(tài)建設

在IoT通信技術、AIoT數(shù)據(jù)智能感知技術的支持下，5G環(huán)境下的高校各類業(yè)務信息系統(tǒng)每天都會接收海量的校園孿生數(shù)據(jù)和師生行為數(shù)據(jù)，通過升級全校云服務平臺和大數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一數(shù)據(jù)接入、統(tǒng)一數(shù)據(jù)開發(fā)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)資產(chǎn)存儲，經(jīng)由數(shù)據(jù)算法中心，實現(xiàn)全校數(shù)據(jù)資產(chǎn)的準確、安全、可用，并逐步形成校園大腦。在此基礎上，建設5G校園數(shù)據(jù)駕駛艙生態(tài)成為高校管理的重要抓手。5G校園數(shù)據(jù)駕駛艙生態(tài)以智慧校園數(shù)據(jù)大腦為底層依托，支撐數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心和兩大應用形式（即決策分析中心、數(shù)據(jù)可視化），其架構設計如圖2所示。5G校園數(shù)據(jù)駕駛艙生態(tài)以大屏、報表、網(wǎng)頁等不同形式呈現(xiàn)，可以滿足不同場景、不同對象的需求，推動高校數(shù)字化改革創(chuàng)新。

（2）場景應用

結合5G環(huán)境下高校校園管理的相關討論，“人、財、物”數(shù)據(jù)駕駛艙、教學駕駛艙、校園大腦等場景應用將成為可能：①“人、財、物”數(shù)據(jù)駕駛艙。大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等技術的應用將加速高校全域數(shù)據(jù)資產(chǎn)化，通過數(shù)據(jù)駕駛艙呈現(xiàn)學校的“人、財、物”，不僅可以解決各部門報表天天做、月月做的問題，還能解決實時性差、查看不便等問題。師資引進、招生就業(yè)、學校及學院資產(chǎn)負債、學校房地產(chǎn)信息等數(shù)據(jù)，借由數(shù)據(jù)可視化、5G、大數(shù)據(jù)技術將可以實現(xiàn)隨時隨地精準查看。②教學駕駛艙。5G技術將極大地提升數(shù)據(jù)的實時性，海量師生的屬性、學情數(shù)據(jù)都能實現(xiàn)高性能的傳輸和分析，進而更有力地支撐教育者的管理和響應。對教學數(shù)據(jù)進行挖掘分析，形成教學數(shù)據(jù)駕駛艙，可以快速讓輔導員、教師等教學管理工作者及時了解課堂動態(tài)和學生的學習情況。③校園大腦。校園大腦是校園的人工智能樞紐，通過應用物聯(lián)網(wǎng)技術，形成校園工作、學習和生活的一體化環(huán)境。5G的千兆級速率、高帶寬、深度感知等特點，有助于完美地解決數(shù)據(jù)駕駛艙建設時所面臨的海量數(shù)據(jù)傳輸、響應、處理、展示等難題。無論是迎新現(xiàn)場的數(shù)據(jù)大屏、會議展廳的業(yè)務展示，還是校領導的辦公桌面，都可以成為數(shù)據(jù)駕駛艙的觸達場景。5G校園數(shù)據(jù)駕駛艙生態(tài)的形成，將會對校園的治理、教學、科研等業(yè)務的運轉模式帶來一場意義非凡的變革，讓數(shù)據(jù)以更加直接、更有價值、更生動形象的形式去展示，實現(xiàn)更加高效、智能的管理。

四 浙江大學的5G新一代智慧校園建設與應用

作為國內首個提出“智慧校園”概念的學校，浙江大學的智慧校園建設圍繞學校建設中國特色世界一流大學的愿景，發(fā)揮信息化驅動學校綜合改革發(fā)展的重要作用，不斷強化信息化基礎設施，優(yōu)化技術架構，持續(xù)推動信息化服務創(chuàng)新，初步形成了“網(wǎng)上浙大”新式辦學空間。當前，浙江大學的信息化已基本覆蓋各業(yè)務領域，初步實現(xiàn)了校務管理、教育教學、學術研究、校園生活等業(yè)務領域的“一切業(yè)務數(shù)據(jù)化”。隨著5G技術的成熟，浙江大學于2018年啟動5G新一代智慧校園建設工作，從網(wǎng)、教、考、評、防、管等多個方面探索了基于5G技術的新一代智慧校園建設路徑。

1 網(wǎng)：基于5G+邊緣計算的校園移動網(wǎng)絡建設

為滿足學校教學科研和師生校園生活的需求，浙江大學完成了泛在高速支撐專網(wǎng)建設，設計了5G校園網(wǎng)絡架構，如圖3所示。該架構基于5G網(wǎng)絡覆蓋，在邊緣側新增建設2B2C UPF與校園內網(wǎng)對接，通過切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）接入，實現(xiàn)了校園內網(wǎng)隔離安全訪問，比傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)+VPN的訪問方式更加便捷、安全，極大地降低了業(yè)務擁塞風險。該架構的落地，有助于推動5G網(wǎng)絡在各校區(qū)的全面無縫覆蓋，實現(xiàn)校內外無縫接入、教學資源傳輸全球快速分發(fā)，并跨時空支撐大規(guī)模融合教學。截至2023年，浙江大學完成總面積9000余畝的5G基站網(wǎng)絡全覆蓋，基本覆蓋學校辦公樓和教學樓等重點建筑物。另外，浙江大學與中國移動就5G網(wǎng)絡和校園無線網(wǎng)絡無縫對接開展合作，共建“浙大5G 2B2C校園雙域專網(wǎng)”環(huán)境，實施UPF下層，開展無線二次認證，目前已完成全國首例基于“5G+邊緣計算”的專屬校園安全網(wǎng)絡搭建，建成紫金港、玉泉雙認證中心，可以實現(xiàn)5G環(huán)境下師生隨時隨地訪問校園內網(wǎng)、公網(wǎng)內網(wǎng)無縫漫游等功能，并達到了5G條件下可管、可控、可溯源的高標準信息安全要求。

2 教：全過程、超大規(guī)模、線上線下融合的教學創(chuàng)新體系建設

結合5G環(huán)境下的新型教學空間建設思路，浙江大學在各應用場景都進行了有益的探索：建立了以知識圖譜為核心，融合智慧教室、“學在浙大”教學平臺、智云課堂等智能教學空間于一體的網(wǎng)上辦學空間，形成了支持全過程、超大規(guī)模、線上線下融合的教學創(chuàng)新體系。在5G技術的支持下，該體系能有效支持多種教學場景的軟硬件環(huán)境建設、保障線上線下教學實質等效，能實現(xiàn)教學過程管理、課堂教學與線上教學的融合應用，能支持師生開展混合式教學、互動教學、移動教學、翻轉教學、AR教學、VR教學等多種教學形態(tài)，為異地辦學、海外辦學提供了基礎環(huán)境。

3 考：十萬人同時在線考試承載功能的實現(xiàn)

結合5G環(huán)境下的新型考試環(huán)境建設思路，浙江大學利用“易考”平臺和“浙大釘”終端，有效支持學校相關課程的在線考試、研究生新生面試、畢業(yè)答辯等多種應用場景。在線萬人考場已全面投入使用，在5G技術環(huán)境下，學校于2023年首次開展期末全校課程在線考試，共承載考生總人數(shù)達65052人次，其中63.2%的學生通過人臉識別登錄測試，單場最多考生同時在線人數(shù)達5959人。后續(xù)，浙江大學將規(guī)劃萬人同時在線考試承載功能的實現(xiàn)。

4 評：以學生能力培養(yǎng)為中心的教學質量保障體系建設

結合5G環(huán)境下的智能評測環(huán)境建設思路，教學督導和大數(shù)據(jù)綜合分析場景在浙江大學得到了有效的應用。同時，結合KAQ 2.0人才培養(yǎng)模式，浙江大學啟動了教學質量保障體系建設，其以學生能力培養(yǎng)為中心，開展教學全流程過程性評價；同時，構建了以學生成長為中心的多元智能教學評價指標體系，其以全過程、多模態(tài)教學數(shù)據(jù)為核心，基于數(shù)智平臺、數(shù)字駕駛艙、學業(yè)預警系統(tǒng)，開展學前診斷、學中預警、學后分析等多元智能教學評價。2022年，結合教育部教師培養(yǎng)工作，浙江大學率先啟動虛擬教研室和課堂教學質量提升系統(tǒng)建設，從教師、學生兩方面發(fā)力健全人才培養(yǎng)體系。

5 防：基于5G網(wǎng)絡的校園安防體系建設

結合5G環(huán)境下的校園安防環(huán)境建設思路，根據(jù)學校的實際需求，浙江大學強化了數(shù)字校園安防的建設力度，提供基于5G網(wǎng)絡的校園智能巡邏、校園門禁管控、校園安防、“小蠻驢”等多場景智慧校園服務，搭建校園物聯(lián)感知大數(shù)據(jù)與可視化平臺，打造全校5G支持的智慧校園精準管控環(huán)境。其中，“小蠻驢”無人車應用定位、感知、規(guī)劃、決策、控制等技術，結合5G網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)全自動通行、避障、調度等功能，且多種手段實時監(jiān)控，可全方位保障安全，適應各類應用場景。

6 管：整體、高效的校務服務運行體系建設

結合5G環(huán)境下的高校校園管理體系建設思路，浙江大學已完成包含人力資源管理、資產(chǎn)管理、學生管理、協(xié)同辦公管理、聲譽管理五大管理職能的校園信息系統(tǒng)構建，推動了數(shù)據(jù)共享和跨部門協(xié)作，網(wǎng)上辦事空間基本成型，數(shù)據(jù)駕駛艙和教學駕駛艙的場景得到有效應用，校務治理水平顯著提升。后續(xù)，浙江大學將結合5G技術，完成現(xiàn)代治理空間建設，并圍繞“管”和“服”推進校務治理全方位、系統(tǒng)性、重塑性改革，構建整體、高效的校務服務運行體系，開展全域智慧的協(xié)同治理，推動“校園大腦”的形成。

五 結語

本研究結合智慧校園的發(fā)展現(xiàn)狀和5G技術的超低時延、超高速率等特性，分析了5G技術對新一代智慧校園建設的推動作用，構建了基于5G技術的新一代智慧校園建設模型，并從教、考、評、防、管五個方面對5G環(huán)境下的新一代智慧校園應用場景進行了探索；同時，文章通過案例分析，從網(wǎng)、教、考、評、防、管等多個方面探索了基于5G技術的新一代智慧校園建設路徑。在國內高校智慧校園建設整體進入成熟階段的情況下，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、AR/VR等技術的快速發(fā)展和5G技術的應用，打破了智慧校園的應用瓶頸，讓更多的應用場景成為可能，有助于在更大范圍內提升學校教學、科研、治理等方面的效能。首先，基于5G技術的新一代智慧校園將為學校提供開放的人才培養(yǎng)環(huán)境。例如，通過5G 2B2C雙域專網(wǎng)，可以加速打通現(xiàn)實世界辦學與數(shù)字信息世界辦學的“最后一公里”[20]，為學校提供一個高效、安全、便捷、開放的教育環(huán)境。其次，基于5G技術的新一代智慧校園建設將支持學校做出科學決策。通過接入多種形態(tài)的智聯(lián)終端，構建全鏈路教育網(wǎng)絡[21]，實現(xiàn)5G、4G、NB-IoT、專線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)共享，建成數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡，有助于學校在教學、科研、服務、安全等多方面做出科學決策。再次，基于5G技術的新一代智慧校園建設將為學校提供合理的人才評價機制。憑借5G技術的優(yōu)勢，智慧教室、智能助教機器人等將被廣泛應用于學習活動中，協(xié)助學校全方位收集教學、科研數(shù)據(jù)，從而全面了解人才培養(yǎng)動態(tài)，形成一個完善的人才評價機制。

展望未來，基于5G技術的新一代智慧校園將成為高校教育智慧化真正發(fā)揮成效的主陣地，同時將打破目前各類系統(tǒng)孤島、信息孤島、信息碎片，形成全鏈路一體化的智慧校園體系與無邊界開放教學環(huán)境，從實踐意義上為改變教學科研模式、推動學校治理變革提供落腳點，并為數(shù)字孿生校園的建成鋪平道路，推動智慧校園建設進入內涵式發(fā)展階段。隨著5G技術在教育領域的大范圍使用，以學生為中心的數(shù)字孿生校園環(huán)境將無痕融合于物理環(huán)境，從而引發(fā)對一系列新的教學范式、科研范式、管理范式的研究與思考，推動教育信息化在理論研究范疇的發(fā)展。

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Exploration of a New Generation of Smart Campus Based on 5G Technology

——Take the Construction and Application of the 5G New Generation of Smart Campus in Zhejiang University for Example

SHEN Li-Yan""" ZHANG Zi-Hui""" WANG Yong-Chao""" CHEN Wen-Zhi

（Information Technology Center， Zhejiang University， Hangzhou， Zhejiang， China 310027）

Abstract： The emergence of 5G technology has broken through the bottleneck problems such as insufficient bandwidth and low speed in the current construction of smart campus， which will comprehensively promote the construction process of the new generation of smart campus， and change the status quo of fragmented construction of smart campus， and improve the application efficiency of teaching as a whole， scientific research， management and other aspects of colleges and universities. Based on this， the paper firstly explained the development status of smart campus， and analyzed the role of 5G technology in promoting the construction of a new generation of smart campus. After that， a new generation of smart campus construction model was constructed in this paper， and the application scenarios of the new generation of smart campus in the 5G environment were explored from five aspects of teaching， examination， evaluation， precaution and management. Finally， taking the construction and application of the 5G new generation of smart campus in Zhejiang University for example， this paper explored the construction path of the new generation smart campus based on 5G technology from the aspects of network， teaching， examination， evaluation， precaution and management. The construction of a new generation of smart campus based on 5G technology could improve the intelligent level of smart campus as a whole， promote the integrated application of a new generation of smart campus in college and university teaching， scientific research， management and other aspects， and point out the direction for the subsequent construction of smart campus in colleges and universities.

Keywords： 5G technology; a new generation of smart campus; application scenarios; artificial intelligence

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*基金項目：本文為浙江省科學技術廳省級重點研發(fā)計劃“智慧在線教學關鍵技術及產(chǎn)品研發(fā)——‘學在浙江’智慧學習廣場關鍵技術與產(chǎn)品研發(fā)”（項目編號：2021C0340）的階段性研究成果。

作者簡介：沈麗燕，工程師，碩士，研究方向為教育技術學、數(shù)字化學習，郵箱為shenliyan@zju.edu.cn。

收稿日期：2023年8月2日

編輯：小米