5G技術支持下的中小學遠程教學發展策略探究

陳金玲　曾夢霞　劉凌波

摘要：本文介紹了5G技術的特點及其對遠程教育教學的影響，分析了VR、AR等多媒體技術為載體的中小學遠程教學的現狀及典型應用場景，并從學習空間重構、教學模式創新、評價方式創新三個方面闡述了5G技術支持下的中小學遠程教學發展策略與方法。

關鍵詞：5G;遠程教學;雙師課堂;VR;AR

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）17-0000-03

隨著“5G”時代的到來，人工智能、物聯網和虛擬現實等技術的快速發展對傳統教學課堂產生顛覆式的變革。教育部在2018年發布的《教育信息化2.0行動計劃》中強調了發展“互聯網+教育”的重要性，倡導“人人皆學、處處能學、時時可學”的教學理念。與此同時，中國移動在2019年發布的《5G+智慧教育白皮書》中也提出，利用“5G”網絡的高速度、高帶寬和低時延等特性對傳統遠程教學模式的變革發揮重要作用，如在遠程教學中通過AR/VR/全息技術改善學習體驗，能夠通過推送低時延、強互動性的沉浸式雙師課堂資源來促進教育公平等。[1]因此，對5G技術支持下的教育應用場景進行分析并探討相應的遠程教學發展策略，有助于推動未來教育模式的變革與創新。

● 5G技術特點及其對教育的影響

1.5G技術的內涵及其特點

5G即第五代移動通信技術，是最新一代蜂窩移動通信技術，通信技術從1G到4G的不斷發展，使得“信息高速公路”更寬更快，信息的便捷、可視化給各個行業注入活力，促進了行業內部結構的改造以及生產作業方式的改進，帶動了經濟的發展與社會的進步，同時加速了線上教育的發展。5G技術不僅是4G的延伸[2]，更是質的改變，實現由“修路”到“造城”的轉變，它的高速度、高帶寬、低延時、廣連接、穩定可靠等特性將實現萬物互聯，使4G的不足得以解決，為教育工作帶來了更廣泛更深層次的探索空間。

2. 5G技術對未來教育的影響與意義

通信技術的不斷發展極大地豐富了線上教育資源，逐步突破了在線教育的技術壁壘，使遠程教學形式多樣化。盡管4G技術可將網絡傳遞的教育信息載體從圖文和音頻延伸到視頻，但5G技術可以更為巧妙地整合線上與線下、軟件與硬件等多方面優質教育資源，使網絡資源的共享與交互更為便捷，構建更多教學內容的呈現形式，能較大程度地解決教育資源分布不均衡的問題。[3]5G與人工智能、虛擬現實、大數據、物聯網等技術的結合，為重構當下“教學交互模式”提供了技術支持，更加明晰了線上線下融合式教學的未來教育發展方向，有利于發展和建立新一代教育生態系統的創造力。

● 5G技術支持下中小學遠程教學的典型應用場景

1. 5G技術支持下的雙師課堂

雙師課堂指主講教師基于線上視頻直播平臺進行遠程授課，輔導教師負責配合主講教師完成線下課堂管理等工作。[4]近年來，雙師課堂的雙師互動教學已經被應用到部分K-12教育機構中，特別是2020年新冠疫情防控期間，“停課不停學”政策的推廣，催生了多種新型的“雙師課堂”在線教學模式，如“直播導師+錄播導師”共同合作的“雙師課堂”。[5]但由于網絡基礎設施建設存在地區差異，不少地區雖然采取了雙師課堂教學模式，可收效甚微。例如，由于存在網絡延時長以及卡頓等問題，上課直播平臺的服務器承擔了巨大的壓力，教師與學生、主講教師與輔導教師的交流互動仍有較大阻礙，影響了教學效果。而5G時代下，雙師互動教學的效率、應用效果和應用范圍將更為顯著。[6]5G技術支持下的雙師課堂比較容易部署終端設備的網絡，接入5G通信模塊后即可隨時使用5G網絡，能夠有效解決傳統雙師課堂建設成本高、周期長等問題。[7]

2.5G+VR/AR支持下的遠程教學

VR（Virtual Reality，虛擬現實）技術能夠用一個虛擬世界來代替現實環境，給人以沉浸式、交互式的體驗。AR技術是VR的延伸，它具有實時交互性，能將虛擬世界的信息與真實世界的信息混合在一起，使用情境性強的場景信息豐富學習環境會給人超越現實的感官體驗。在教學應用中，VR可較為真實地模擬出一些特定的教學情境，如地震、火災演練、歷史考古、實驗操作等;AR可將抽象的、空間感較強的畫面加強展示，學生可以通過適當的視覺、聽覺和觸覺界面整合學習資源。[8]VR/AR支持下的遠程教學以提供沉浸式體驗對教育服務形式進行創新。

在4G技術支持下，傳感設備及傳感網絡還不足以支持獲取并實時傳輸物理環境和教育主體等所產生的各種原始高維數據。[9]現階段，VR設備成像帶來的眩暈感在具有超低時延的5G技術下得到了有效降低，為VR/AR教學應用場景的迭代更新創造了更多機會。5G基礎設施與邊緣計算的結合通過將大容量的場景內容存儲至云節點，在服務器上執行處理能夠減少網絡流量和網絡延時，使遠程分布在不同位置的學生共享學習體驗成為可能。[10]除此之外，結合全息投影技術與虛擬現實技術，可以將千里之外的“真人”名師投影至講臺，使之與學生如面對面般交談，減少了在線遠程教育師生交流互動上的障礙，并且可應用于緩解偏遠地區優質師資缺乏的狀況，大大縮短了城鄉教育差距。

3.5G技術支持下的超高清視頻遠程直播互動教學

視頻遠程教學可以使教師和學生即使身處不同空間，仍能進行教學與學習活動，促進了教育資源的傳播，而遠程直播教學的開放、共享、交互、協作、實時等特點也貼合了運用現代信息技術促進教育改革與發展的目標。

但目前遠程視頻直播過程中容易受網絡狀態、直播設備和在線人數等因素影響，仍存在學生端接收到的視頻清晰度不夠、提問有所延時、學生評論區的回答被連續覆蓋、教師不易統計信息和掌握學生學習效果、在連麥互動階段的質量較低以及多方連麥雜音較多等問題。

而5G的高速率、低時延、穩定可靠性使得在線遠程直播能毫無延時地呈現4K/8K甚至更清晰的課堂畫面，可保證多方順暢交互，在提升學生視覺感知的同時，還避免了畫面卡頓給學生帶來的煩躁感，對模糊線上線下學習邊界起到了重要作用。

● 5G技術支持下的中小學遠程教學發展策略

1.學習空間重構

學校是實現“5G+智慧教育”的重要場所，學校在大力支持校園5G網絡的全面部署與物聯網硬件設備升級的同時，應將物理空間與虛擬空間融合，積極迎合未來教育的發展趨勢，將5G、人工智能等新技術的優勢充分應用于智慧教育。在物理空間方面，學?？稍诮淌以O計能自由組合的桌椅，安裝多個可變屏幕，并在AI技術支持下制訂個性化的教學課堂。在虛擬空間方面，學校應搭建并使用云平臺，教師可根據學生的需求上傳網絡教育資源或開展在線教學活動，學生可以自由選擇時間和空間進行自主學習。學校還可以拓寬優質資源獲取渠道，通過加強城鎮學校與片區內其他學校的交流合作，形成校與校的網絡互聯，實現各校優質教育資源的整合并以開放、共享的形式傳輸至偏遠農村學校。

2.教學模式創新

未來的學習模式將是一個國際化、即時化、虛擬化和交互式的環境，注重以學生為中心，以技能為中心，以按需制訂實現個性化教學。[11]當下的混合式教學、啟發探究式教學、小組合作教學多元化融合創新教學模式雖然改善了傳統教學模式的弊端，但迫于技術原因，一些模式只停留在理論創新上，在實踐領域難以發揮其優勢。5G的出現改變了這一現象，以混合式教學為例，教師可采用線下教師與遠程名師雙師協同的教學模式，為學生帶來仿真度高、互動性強的學習體驗。

3.評價方式創新

傳統的評價標準以最終成績為依據，并由此判斷學生的學習效果，難以呈現教學過程中所存在的問題，一些影響教學效果的細節因素也會被忽略。所以，應構建完整的、立體的評價體系，確保評價的多元化、數據化，從多個維度并且有深度地剖析教學過程，將細節量化計數，保證評價的準確性。5G技術+遠程課堂將多臺設備互聯，利用AI助教工具，學生在學習過程中的突出表現抑或不足之處都可被記錄。學生可以生成自己的課堂監測報告，為查缺補漏提供保障;教師在教師端可以及時觀察學生的數據統計，并及時調整課程架構和評價標準。

● 結語

信息技術的飛速發展必然對教育教學工作帶來積極的影響，教育工作者應時刻以創新的思維、發展的眼光看待教育事業，在傳統課堂教學的基礎上，充分利用5G+人工智能、VR/AR等技術。新技術在基礎教育領域飛速發展，教師應提高自身信息化素養，以學生為中心，深度思考并挖掘新技術對教育教學活動的正面應用，與時俱進，做好學生的引路人。

參考文獻：

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[6]陳潔.基于學科核心素養的高中信息技術教學設計及應用研究[D].蘭州：西北師范大學，2018.

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[10]Baratè A， Haus G， Ludovico L A， et al. 5G Technology for augmented and virtual reality in education[C]//Proceedings of the International Conference on Education and New Developments.2019：512-516.

[11]OPINCARIU M. Education in the 5G and the ai context[J].Educatia Plus， 2019，23（SP IS）：97-103.

作者簡介：陳金玲（1995.12—），女，漢族，廣東湛江人，在讀碩士，研究方向為教育信息化、創客教育、信息技術教育、人工智能教育。