5G技術在智慧教學領域的應用探究

張俊哲 張豐 張小涵 張正

摘要：智慧教學作為教育信息化的重要應用之一，是解決教學管理問題和提升教學質量的重要方式;5G技術為智慧教學提供了創新方法，為完善智慧教學體系提供了有力保障，探究5G技術在智慧教學領域的應用，是進一步推動教學教育變革的必然要求。

關鍵詞：5G技術;智慧教學;教學應用

中圖分類號：G642? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）14-0102-02

5G，即第五代移動通信技術，它作為4G的延伸，不僅具備大帶寬、大連接和低延時等網絡能力，同時具備人工智能、物聯網、云計算、大數據和邊緣計算等基礎共性能力，另外還具備超高清視頻、視頻監控、VR/AR、無人機及機器人等行業共性能力。5G網絡能力、基礎共性能力和行業共性能力的融合，一方面大幅度提升了個人用戶高帶寬移動互聯網業務體驗，創造出新的生活娛樂應用場景;另一方面構成了新一代信息基礎設施，成為推動傳統數字化轉型升級與數字經濟社會發展的重要基石。

智慧教學，利用智能感知以及物聯網技術，通過攝像頭、傳感器等各類采集設備全面采集校園課堂的信息，然后利用人工智能、大數據等技術對采集到的信息進行全方位的分析，并最終將分析結果投射到具體的學校教學及科研等工作當中，進一步實現教學工作的多樣化[1]。

目前，國家相繼推出相應政策強調教育信息化在推動教育現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境建設、軟硬件支持，更通過建設多實踐領域、多應用場景、全環節覆蓋、全民全域普及的實施路徑，使得教育逐漸智慧化，智慧教學正是信息化教育逐漸成熟后必然產生的教學方式。5G與人工智能、VR/AR，超高清視頻、云計算、大數據等技術的融合，將為智慧教學工作進一步提供強大的網絡支撐，解決線上理論與實踐教學不均衡的問題。因此在校園建立以5G為基礎的智慧教學體系，將為進一步推動教學教育變革提供強大動力。

1 智慧教學的現狀

1.1 教學管理不規范

目前，在教育教學領域中，利用手機和電腦等終端設備聯網學習已經越來越普及，然而，當前無線網傳輸過程中存在網絡連接不穩定、數據延時嚴重、傳輸速率低下等問題，嚴重影響教師的網絡教學效果，從而導致教學過程中存在的問題無法及時得到反饋和解決，教學情況分析存在較大偏差，無法形成規范的網絡教學管理體系。

1.2 教學方法較單一

當前教育模式下，受限于網絡技術及設備等原因，日常教學方法仍然以教師主講學生被動接受為主，導致學生學習積極性不高、學習效率低，教學質量不高。倘若能夠在課堂中融入人工智能、虛擬仿真、 VR/AR 等技術，將能充分調動學生的視覺、聽覺和感覺等多感官參與，為學生提供更加真實的教學環境，使學生將被動學習變為主動學習。同時，針對具有一定危險系數較高的實踐訓練項目，通過上述方式同樣能發揮教學效果，還可以保障師生的身心健康。

1.3 教學資源較匱乏

目前，智慧教學過程中存在著教學資源重復、數量匱乏、教學資源不均衡等問題。一方面，受限于當前網絡技術和設備的原因，移動互聯網教學平臺數量有限，內容重復率高，另一方面，城城間、城鄉間、校際間存在著較為嚴重的教學資源分配失衡的問題。倘若5G技術能夠提供大量的通信網絡與教學傳輸設備，使得傳統的課堂空間限制能被打破，課內外的信息數據壁壘將不復存在，從而進一步突顯網絡教學資源的豐富性。

2 5G技術對智慧教學的意義

在2017年1月國家發布的教育事業“十三五”規劃中，規劃提出要支持各級各類學校建設智慧校園體系，綜合利用大數據、人工智能來探索教學教育模式。眾多學校紛紛建立自己的規劃，探索如何把新的技術應用到教學里面去。2019年，中國移動通信集團發布《5G智慧教育白皮書》，并聯合多家互聯網、教育等領域的高校、科研機構和企事業單位，成立了5G智慧教育合作聯盟，該聯盟以5G技術為主導，建立了“教育”“學習”“生產”“研發”的教育合作系統，5G智慧教學應運而生[2]。5G智慧教學是對傳統智慧教學的一次革新，它通過將5G技術應用到軟硬件設備中，結合更高速率、低延時、大帶寬的5G網絡，將使得教學過程更為流暢，為教育工作者和學習者帶來更愉悅的學習體驗。

2.1 教學管理更規范

隨著5G技術的應用，教學工作將更加智能化，任何類型的教學工作能夠在任何時間以任何形式被提供，極大解決了網絡教學體系無法形成閉環的問題。同時，更加完善的教學環境可以給教師和學生帶來更直觀和暢通的互動模式，從而打破了教學管理工作在時間、空間、內容等方面受到的限制。

2.2 教學方法更多樣

基于5G技術的智慧教學模式無限接近線下教育模式，同步在線教學、異步在線教學、在線翻轉課堂教學等模式使得教師與學生之間的實時交互更加有效。而全息遠程技術、VR/AR則通過“沉浸式”教學方法讓學生獲得更加身臨其境的學習體驗[3]，從而更好地將被動接受知識轉化為積極主動地吸收知識。

2.3 教學資源更豐富

5G技術所具備的能力有效拓展了在線教學工作中大數據之間的聯通，打破了空間和時間上的壁壘，擴大了課堂空間，加大了校際之間的課程共享及共建，豐富了互聯網教學資源，使得偏遠地區的學生通過網絡也可以獲得豐富的課程資源，有效避免了課程資源的浪費。

3 5G技術在智慧教學領域的應用

智慧教學的目標是使教師完成對學生智慧型學習內容的傳授，并基于學生的反饋提供交互性的支持。通過借助5G網絡技術大帶寬、低延時、高速率的特性，結合5G基礎共性能力和行業共性能力，應用5G技術將使得智慧教學的效果及創新等方面得到全面提升。而5G技術在智慧教學領域的應用可以歸納為以下三個方面。

3.1 直播互動課堂的應用

2019年，中國移動聯合廣東實驗中學打造“5G·我即校園”5G 智慧教育應用。借助5G 網絡切片技術，通過高清音視頻與多媒體協作，為師生們提供直播互動課堂應用。學生可以在線觀看上課過程，對教師授課過程中的表現進行打分，系統將對打分進行評估并提供改進意見。該應用不僅提升了師生之間的交互性，同時能夠幫助教師發現教學過程中的問題并進行及時改進，有助于提升教學質量。

3.2 VR/AR 課堂的應用

借助5G技術能夠用虛擬現實技術（VR）將課堂中較為抽象且難以理解的知識點以更加形象直觀的形式表達出來。例如，中國移動聯合蘇州工業園區星洲學校打造了5G網絡環境下課堂交互式體驗教學項目，為中小學課堂教學帶來新活力。該項目主要采用 5G+MR 智能沙箱，學生可以通過佩戴頭顯設備，將沙箱中的沙子塑造成各種地理形狀，自由創作交互內容，在虛擬的地理地貌中漫步，獲得沉浸式體驗。極大地提升了學生自主學習的興趣。

另外，基于5G技術的增強現實技術（AR）也能夠通過還原場景讓學生形成更加全面的整體認知能力，并且達到完成教學目標的任務。比如北京郵電大學采用5G網絡與全息直播技術，實現了兩校區同上一門課。在遠端教室，授課教師的三維全息投影人像清晰呈現，如同站在本教室講臺上為大家實時授課。通過在教室里配備AI助學機器人，在現場針對課程內容進行提問互動，從而完成教學目標。

3.3 校園安全監控的應用

在教學過程中，校園安全無疑是最重要的。通過5G網絡，搭載人工智能視頻分析，對校園進行360度全方位、全天候的監控管理和智能分析，以確保校園的絕對安全。北京師范大學在昌平校區通過360度攝像機在校園內巡邏過程中實時采集圖片及視頻數據，通過5G網絡傳送至監控平臺，利用人臉識別分析，與授權獲取的校園數據庫中的師生身份信息進行比對，精確區分人員身份，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技術在智慧教學領域應用中的注意事項

4.1 搭建閉環教學管理模式

基于5G技術的智慧教學模式下，學生的學習對網絡和平臺的依賴程度更強，因而學校需要搭建閉環教學管理模式，使教師進行所承擔課程的全程監管，在以引導學生自主學習為原則的基礎上進行監督管理，以保證課堂教學的效果。

4.2 構建智能教學分析體系

在大數據時代，教學數據貫穿于教學活動的始終，因此數據信息化的應用極為必要，在現有網絡技術下，教學分析體系尚存在一定缺陷，無法做到精準分析教學數據，導致教師缺乏對教學情況的精準掌控。要想精準挖掘、分析教學數據，打通數據之間的聯系，必須加強構建智能教學分析體系，有效建立“5G+智慧教學”模式，借助良好的智慧教學應用機制，結合學校自身教學現狀，從而達到5G技術在智慧教學中的良好應用，提升教學質量。

4.3 重點關注教學薄弱環節

由于基于5G技術下的智慧教學模式同屬于線上教育模式，因而在應用過程中必定存在一定的漏洞，這就需要教師及時針對課堂教學過程進行復盤，重點關注教學過程中存在的薄弱環節，加強智慧教學體系建設與教學課程的聯系，使其能夠保障教學工作的順利開展 [4]。另一方面，將5G技術應用在課堂當中，初期會引發學生的新鮮感，學生在初始階段會保持一定的好奇心，然而到了中期，隨著適應力的提升，新鮮感會逐步下降，使得學習效果下降，因此教師也需要對此進行重視。

5 結論

隨著網絡技術和教育形式的不斷發展變革，基于5G技術的智慧教學應用范圍逐漸擴大。5G技術大大提高了智慧教學模式中師生、生生、人機間的互動交流，不僅有利于創造更加輕松愉悅的教學氛圍，而且有利于教學質量的進一步提升。因此，在教學中應用5G技術具有前瞻性和時代性，有助于推動教育的發展與變革。

參考文獻：

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

[2] 孫立會，劉思遠，李芒.面向2035的中國教育信息化發展圖景*——基于《中國教育現代化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時代推動高職院校在線教育高質量發展的策略研究[J].數字技術與應用，2020，38（10）：203-205.

[4] 王琦，黃宗偉.基于5G時代下的高校教學模式創新探究[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，湖北當陽人，碩士，助教，空軍預警學院雷達士官學校，主要研究醫療設備開發、傳感器開發。