5G背景下智慧教育建設方案初探

邵華 吳華芹

摘要：隨著全球教育信息化戰略推進和教育投入持續穩步增長，各國的教育信息化建設取得了重大進展，教學水平持續提升。追求教育公平和質量、教育創新、個性化教育、能力培養已成為當今教育的共同主題。基于第五代通信網絡技術、互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術打造智能化、感知化、泛在化的智慧教育新模式，成為教育建設主旋律，開啟教育新階段。本文基于該背景，探究基于5G背景下的智慧教育建設新方案。

關鍵詞：5G;智慧教育;建設方案

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0164-02

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》發布后2012年3月教育部發布《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》，開啟我國“教育信息化1.0”時代。為深入落實十九大的“教育現代化、建設教育強國”戰略，2018年4月教育部發布了《教育信息化2.0行動計劃》。教育信息化2.0強調以信息化全面推動教育現代化，到2022年基本實現“三全兩高一大”發展目標，即教學應用覆蓋全體教師、學習應用覆蓋全體適齡學生、數字校園建設覆蓋全體學校，信息化應用水平和師生信息素養普遍提高，建成“互聯網+教育”大平臺，推動從教育專用資源向教育大資源轉變，努力構建“互聯網+”條件下的人才培養新模式。同時，國務院總理李克強在2018年《政府工作報告》中，進一步明確了加強新一代人工智能研發應用，在醫療、養老、教育、文化、體育等多領域推進“互聯網+”，強調發展公平而有質量的教育。互聯網的發展，云計算、大數據、人工智能（A1）的逐步應用，教育逐步從傳統教育向智慧教育變革，開啟了教育信息化新時代。智慧教育在全面關注“物、人、教、育”的基礎上，借助互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術打造智能化、感知化、泛在化的教育新模式，通過個性化、精細化、沉浸式學習教學，提高課堂教學效果，增強學生學習興趣，提升學習效率。

1智慧教育+5G定義

第五代通信網絡（5G）通過提供人人通信、人機通信和機器之間通信的多種方式，支持移動因特網和物聯網的多種應用場景。同時，5G網絡通過提供多樣化業務需求和業務特征的能力，適應不同應用場景的靈活性和多樣化的業務需求，如超寬帶、超低時延、海量連接、超高可靠性等。借助5G網絡超寬帶、超低時延、海量連接、超高可靠性的特性，受益于4K/8K高清、XR虛擬與增強現實技術、人工智能等新技術的引人，智慧教育將在教學效果、教學智能、教學創新和教學網絡覆蓋等方面得到極大的提升，實現沉浸式學習體驗、豐富靈活的教學方法、高速快捷的用戶組網與接入。智慧教育+5G應用服務有助于教育行業改革，人工智能、虛擬現實、全息互動教學的應用、物聯網校園管理流程的優化等可以提升教育資源的協作，助力教育智能化發展。

2 5G智慧教育方案

2.1 5G+VR教學

虛擬現實教育即教育VR化，是指在教育領域（教育管理、教育教學和教育科研）全面深入地運用現代虛擬現實技術來促進教育改革與發展的過程。其技術特點是數字化、網絡化、智能化和多媒體化，基本特征是開放、共享、交互、協作。以教育VR化促進教育現代化，用虛擬現實技術改變傳統模式。

通過5G技術和虛擬現實技術結合應用于教育教學領域。目前虛擬現實內容需要實時進行圖形渲染，導致虛擬現實終端價格昂貴、設備笨重、同時需要HDMI線連接終端影像移動性，內容也以本地為主，得不到高效的分發，用戶無輕便的渠道獲取VR內容，內容廠商版權也無法得到有效保護，從而制約了虛擬現實教育領域的發展。而通過5G的大帶寬、低時延，將虛擬現實的渲染功能放到云端，將終端無繩化、渲染實時云化、內容統一分發，讓學生能夠更好地沉浸到虛擬現實教育內容中，提升學習效果;同時讓廠商優質內容得到保護，促進整個虛擬現實教育生態鏈的發展。VR教育技術可以實際應用與課堂教學、實驗課堂以及遠程研究等方面。

2.25G+遠程交互

遠程互動教學是指通過高清視音頻通訊與多媒體協作，實現師生實時交流，為學習者提供身臨其境的課堂體驗效果和隨時隨地的遠程學習服務，支持并滿足各種網絡條件下的教學、培訓、研討、會議、考試等業務。借助5G eMBB增強移動寬帶和uRLLC超可靠低時延通訊的支撐，受益于4K/8K超高清視頻、xR虛擬與增強現實技術、人工智能等新技術的引入，新一代遠程互動教學將在教學體驗和教學效果上獲得顛覆性的改觀和提升，實現超清視頻的沉浸式互動學習、AR虛擬課堂、遠程AR實驗與協作、全景課堂錄播與直播、智慧教室等創新應用，并通過高速快捷的用戶組網與接入，實現靈活的移動學習和廣闊的地域覆蓋。同時，借助5G網絡切片技術、邊緣計算、云計算和大數據的應用，新一代的云教育資源與管理平臺將支持遠程互動教學實現多種教學體系資源共享，富媒體互動、多媒體智慧教室與在線教學、移動教學緊密結合，有效延伸，形成集中管理、統一維護、互聯互通、靈活智能、共享開放的應用模式。新一代遠程互動教學體系架構如下圖所示，包括了教室和終端、傳輸與接入網絡、媒體支撐、遠程教育云平臺以及在上述基礎上實現的各類互動遠程教學業務。其中值得特別關注的是在5G網絡支持下，超清視頻、XR、人工智能三大新技術對傳統遠程互動教學帶來的體驗提升和應用創新。實現多點遠程互動教學，教學場景自動跟蹤，識別和切換。

2.3 5G+人工智能教育

人工智能和教育的結合，主要集中在教育的教、學、考、評、管方面。通過數據采集，實現教學數字化到數據化，為老師減負增效，減少教師重復工作時間;實現對學生個性化分析、以學定教、提升學習的效率與質量;能夠為教學管理提供大數據輔助決策與建議，為科學治理提供支撐。未來，人工智能在教育領域會起到“穿針引線”的作用，給學生、老師、學校管理者提供輔助或者決策性的分析，利用人工智能技術提高教育教學水平。5G是萬物互聯的基石，AI是萬物互聯的助推器，二者作為新時代的生產力，將帶來整個社會生產方式的改變和生產力的提升。兩者相加，相互作用，AI將使能于5G網絡，優化5G網絡，推動5G網絡落地。5G同樣能夠使能于AI，改變生產方式、改變社會生活，5G使AI無處不在。未來，5G與AI相輔相成，邊緣計算能夠加速AI的部署落地，通過“超級大腦”，云、邊、端會進一步協同起來，讓AI更好地融人萬物互聯的世界。人工智能離不開大量的計算資源及存儲資源，大量的數據通過有限的網絡連接傳輸至位于集中式數據中心的分析引擎進行數據分析，未來，當大量用戶接人數據中心時，中心化的數據機房就出現響應不及時、延時過高等情況，同時大帶寬的成本不但令用戶難以接受，中心化的機房的網絡建設成本也令運營商難以接受。通過5G邊緣計算技術，能夠解決這些難題，邊緣計算靠近物理設備或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，來滿足AI快速連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求技術，使得AI應用的性能、整體可靠性大大提升。邊緣計算的另一大優勢也在AI領域得以發揚光大，就是實時性。例如AR/VR，互聯汽車，無人駕駛、遠程醫療，以及智慧城市，上述這些智能終端產品及解決方案，都是無法容忍超過數毫秒的時延，并對于抖動或時延變化極其敏感的。舉例來說，互聯汽車要求低時延、高帶寬，并基于接近于用戶計算和內容存儲，這些條件都使得邊緣核心成為必備項。在很多場景下，尤其是使用封閉式自動化操作來維護高可用性的場景，響應時間必須保證在幾十毫秒內，而這種條件除邊緣計算外是無法達成的。人工智能智慧教學系統，不但可實現基礎的課程音視頻錄制、直播、教學互動等功能，更能通過教室中的攝像頭收集視頻，通過5G網絡將視頻上傳至MEc邊緣云，部署在邊緣云的人工智能服務器對視頻進行分析收集數據，5G的大帶寬、低時延的特性可以使AI助教系統仿佛部署在本地一樣快速反應。

3結束語

“互聯網+教育”是國之大計，民之所向。建設教育強國辦好人民滿意教育、解決教育發展不平衡不充分的問題、讓每個孩子通過教育獲得美好人生均需要不斷采用新技術。中國移動作為5G行業的先行者，基于5G綜合大數據、人工智能、云計算等前沿技術，將更好賦能教育行業，加快“互聯網+”發展進程，推動實現教育現代化、助力教育公平化。