5G技術下智慧教育的實踐研究

徐春霞

【摘要】5G技術的發展和廣泛應用，為我國信息技術綜合水平的躍進式發展提供了強勁的動力和保障。文章闡述了5G的概念，分析了5G技術在教育中的應用現狀，在此基礎上提出，強化5G技術在教育領域的應用效果，要從加快基礎建設、加大教師培訓、建設支撐平臺等方面入手。

【關鍵詞】5G技術；教育領域；現狀；實踐路徑

【中圖分類號】G640【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）10—0109—04

5G技術因其高速率、低延時、高寬帶、低能耗、高接入數、低成本以及萬物萬聯、安全重構等特點，已由最初的通信行業應用被逐步擴展應用到了社會發展的方方面面。教育領域也提出5G+智慧教育的應用模式。利用5G技術的一系列信息傳播優勢，結合VR虛擬現實技術、AR增強現實技術、情景感知技術、全息投影技術、人工智能技術等，能為師生提供沉浸式、互動化、個性化的課堂教學體驗，增強了學生的學習興趣，提升了課堂教學效率。

一、5G的概念及5G技術在教育領域的應用現狀

1. 5G的概念。5G是5th-Generation的簡稱，是1G、2G、3G、4G之后的第五代移動通信技術。其具有高速率、低延時、高寬帶、低能耗、高接入數、低成本以及萬物萬聯、安全重構的特點，能在很大程度上方便人們生活的方方面面。

2. 5G技術進入教育領域的現狀。隨著《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》的發布，我國教育領域正式啟動了5G技術應用。如今，教育領域已構建了初步應用的雛形，“5G+智慧教育”“智慧課堂”“智慧校園”的打造已取得了初步成效[1]，虛擬現實實驗、多媒體遠程教育、多類型媒體網絡融合課程已成為現實。但同時，5G技術在推廣應用中尚存在需要努力解決的問題。一是基礎設施建設方面存在問題。5G技術建設成本和后期運維成本都比較高，5G基站等基礎網絡結構尚未全面改造升級，尤其是在偏遠鄉村，這一問題尤為突出。5G網絡信號尚未實現大規模普及和全面覆蓋，當前很多地方均處于先試先推階段，這些現實問題需要政府部門引起高度重視，并加大在政策、資金上的支持力度。二是技術人才建設方面存在問題。5G技術還在不斷發展中，其與教育的融合還在應用探索中，既懂IT尤其是5G技術，又熟悉教育教學具體工作的人才比較短缺。如何培養這方面的綜合人才，為“5G+智慧教育”提供有力的技術支撐，開發出更多更好更適應“5G+教育”的新模式，并根據課程教學的需要，為廣大教育工作者提供優質的教學資源是現實考慮的首要問題。三是教師素質儲備方面存在問題。有些教師原本在教學組織、課堂教學及評價管理等方面對信息技術的應用還不夠熟練、不夠深入，而適應5G技術支撐下復雜多變的教育場景，教師不僅要具備基本的學科素養，還需要具備基本的數據素養、網絡素養、人工智能素養及多媒體素養等。四是因材施教方面存在問題。5G技術支持下的遠程教學，可以實現多地區、多學校的線上教學場景共享，一名優秀教師可以為成千上萬的學生同時上課，但因時空分離造成的師生臨場感缺失、師生情感交互困難等問題也會隨之產生，不利于教師根據學生的個性化特點因材施教，影響整體的教育教學效果。

二、5G技術應用于教育領域的價值意義

1.“5G+智慧教育”將有助于優化傳統教學模式。5G技術在教育領域的推廣和應用將深刻變革傳統教育模式，首先，憑借5G虛擬現實技術、情境感知技術、全息投影技術、人工智能技術等與課堂教學的緊密結合，將在沉浸式課堂教學、超高清視頻遠程教學和情境感知自主學習等方面發揮重要作用，有利于打造“萬物互聯”的智能教學環境，創設更加具體化、形象化的教學情境，為師生帶來個性化、互動化、沉浸式的課堂體驗。其次，教學方式和內容將迎來升級，學生可通過VR/AR技術的智能眼鏡將書本上抽象、平面的內容變得立體生動形象。如，利用眼動儀感受日月星體間的立體運轉。再如，化學、物理、生物等學科一些在傳統實驗室內無法完成的易燃易爆、有毒性或具有一定危險性的實驗，通過VR/ AR技術支持下的虛擬實驗，能夠在課堂中輕松實現，并能獲取同樣的實驗效果。最后，利用5G技術可以讓遠程互動教學成為現實。近兩年疫情期間，“云課堂”等線上教育模式展現出了特殊時期的重要價值。而融入5G技術，能有效解決延時、卡頓等問題，使得遠程教育變得更加流暢、實時和生動，且可以實現可移動的課堂教學，隨需隨用，效果會遠超現有的線上教學。

2.“5G+智慧教育”將有助于促進教育公平。我國教育一直存在教育資源嚴重不足、區域教育不均衡等問題，一方面鄉村學校師資力量、教育資源比較短缺，另一方面優質資源都集中在發達地區和城區，我國東西部之間、城鄉之間教育資源差距較大。5G技術與教育的融合，將加速“5G+智慧教育”進程，推動教育均衡發展。首先，基于5G技術下的遠程教學模式雙師課堂，主要是為了解決偏遠鄉村學校普遍存在的缺師少教、師資水平參差不齊、課程開設不齊全等難題。通過5G網絡高帶寬、低時延等特性，能夠有效解決現有雙師課堂推廣中存在的采用有線網絡建設工期長、成本高、靈活性差，采用無線WiFi網絡又導致音視頻延遲、卡頓等問題，而5G技術下的遠程教育同時可以支撐4K高清視頻傳輸以及低時延互動的沉浸式雙師課堂應用，有效解決傳統雙師的交互體驗問題，為雙師課堂的長遠發展提供有力保障[2]。其次，通過AR/VR技術，以全息投影的方式，將名校名師的智慧教學場景或者課堂實錄通過裸眼3D的效果呈現在遠端聽課學生面前，通過一對一遠程教學，同時可以一對多、多對一及多對多的直播互動模式，實現自然式交互遠程教學，多地區共享優質資源，解決資源不均、教學場景無法共享的問題。

3.“5G+智慧教育”將有利于拓展課堂教學活動資源。在5G技術的輔助下，教師可以更為流暢地下載和整理教學課件和網絡教學資源，有利于教師更為全面地利用海量網絡教學資源。教師可以在5G技術的輔助下去各大網站下載資源，幫助教師有效組織教學內容，拓展教學活動組織形式，促進教育教學工作的多元化轉變。智慧學習環境是數字學習環境的高端形態，充分利用智能技術的功能，創造學習社群和教學社群，識別學習的情景，記錄學習的過程，分析學習的結果，為教學和學習提供基于數據的支撐[3]。

4.“5G+智慧教育”將有利于促進教育的網絡化轉型。在5G技術支持下，信息技術的發展進入到一個全新的層次，資源更加豐富，教師可以更好地結合信息技術設計教學方案，優化“互聯網+教學模式”。通過積極做好相關工作，教師可以充分發揮信息技術的導學價值，有利于開拓學生的思維能力，促進了教學工作模式的合理拓展與持續優化[4]。

5.“5G+智慧教育”將有利于強化校園管理。5G可以通過視頻監控的方式，滲透到教學管理、校舍管理、校車管理、教室照明監測、教室溫度/水分監測等環節之中，讓學校的各方面管理更加高效和精準，營造更加健康、安全且溫馨的校園教學氛圍，為教育教學管理的提質增效和高質量發展帶來全方面的促進和提升。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環境和人群的信息，智能分析采集到的海量數據，將分析結果應用到學校的教學、科研、管理服務工作當中，實現能耗管理、狀態監測、資產管理、設備控制、環境監測、安防監控、車輛管理等功能，由此保障校園智慧化運營[5]。

三、5G技術與教育教學的融合路徑

1.加快推進基于“5G+智慧教育”的基礎設施建設。5G網絡基站等基礎設施是實現推動5G技術在教育領域應用的基礎。一是要加快網絡基站建設，實現5G網絡全覆蓋。5G通訊設施是確保人機物互聯的重要網絡基礎和載體，在5G基站和網絡等基礎設施建設中，雖然可以先行先試，分層推進，可以有先后之分，但不能有主次之分，不能僅以城市為主，要做到地區與地區之間、城市與鄉村之間的公平和全面，有時候更需要向鄉村等偏遠地區傾斜。二是加強企業合作及人才建設。“5G+智慧教育”的推進既涉及學校、培訓機構等教育機構，也涉及5G技術運營商和相關企業。這些主體間要保持緊密合作，加強溝通銜接，更要加強相互間的業務交流和專題聯合培訓，讓技術開發人員熟悉教育工作，讓教育機構人員熟悉相關技術操作。三是要建立完善法律監管和行業標準。5G技術與教育教學工作融合，學生的相關身份信息、在校期間學習生活的實時監控畫面等都會形成大數據，可以在家校等一定的網絡中共享，但這也會產生一定的網絡安全問題，師生的身份信息、隱私有可能造成泄漏，這就需要通過建立完善的法律監管，制訂嚴格的行業標準，為師生打造健康、安全、有序的學習和生活環境。

2.加大學習培訓力度，提升教師的信息技術素養。想要5G技術全面融入教育教學，作為5G技術在教育領域真正實踐者的教師是關鍵，必須加強對教師的學習和專題培訓，提升教師熟練掌握設計、開發、應用數字教育資源的能力。首先，需要組織教師系統地學習信息技術，熟練應用各類信息技術手段組織教學，讓教師對5G技術有全面了解和認識，包括5G的概念、發展歷史以及5G技術支持下的虛擬現實技術、情境感知技術、全息投影技術等一系列新型信息技術在現實生活中的應用場景。其次，教師要緊跟新時期教育理念、教學方式變革的步伐，利用業余時間主動學習掌握各類信息化教學技術，思考與學科教學內容結合的方法，并在具體教學過程中不斷學習、探索、實踐。同時，要通過培訓或學習，盡快掌握文字處理、圖形圖像處理、微課制作等信息化處理技術以及VR/AR、遠程教學等5G核心技術，以便5G技術在教育領域應用后能夠很快適應新的教育教學模式。最后學校要加強與5G技術運營商和設備供應相關企業的溝通銜接，建立相應的合作培訓機制，組織邀請這些專業技術人員加強對全體教師的專題培訓，以便教師盡快熟悉運用尖端技術，推動“5G+智慧教育”“智慧課堂”“智慧校園”盡快實現。

3.要利用信息技術加快建設相應支撐平臺。5G技術在教育教學中的實踐應用，還要有強大的信息技術平臺作支撐。首先，要在教室部署遠程同步課堂錄播系統。5G技術下的“智慧課堂”需要學校在滿足課堂教學、講座會議等常規應用需求的同時，建設聲光效果都達到標準的高質量錄播教室，在滿足常態化同步錄播、精品錄播和雙師課堂功能的同時，要為名師課堂教學錄制與直播、精品課堂等提供良好的錄制平臺，實現跨區域、跨學校、跨班級的互動教學，跨校、跨區域的遠程教學，以及名師教學資源共享、跨區域學術交流、遠程聽評課、視頻會議、培訓會議等多種應用。其次，要建立信息采集系統。在教室內布置多個AI攝像頭，負責采集視頻并抓取圖像信息，通過對學生行為表情等信息的自動模型分析，判斷出學生個人和班級整體的學習專注度，生成課堂教情大數據，通過5G網絡將各種行為統計結果實時地回傳給授課教師以及學校管理系統，實現教學的實時互動和教學管理的聯動[6]。同時，要搭建網絡教學資源儲備平臺。在5G技術的支持下，學校積極利用信息技術搭建相應的校園網絡教學平臺，為教師順利開展教學提供支持。將同步錄播系統錄制的精品課程、優課資源自動存儲到教學資源儲備平臺，教師也可以將自己設計的課件或從網絡上收集到的優質資源上傳到網絡儲備平臺，逐步擴展網絡平臺優質資源儲備量，為學校教師資源共享、提升教育教學質量提供堅實的資源基礎。

總之，將5G技術應用到教育領域，既是推動教育信息化建設，促進教育公平、實現沉浸式教學、個性化教育、打通線上線下教學隔閡的現實需要，也是適應5G技術革新，打造智慧城市、智慧社會，迎接AI人工智能時代、大數據時代的必然要求。作為教育工作者，應該緊跟時代步伐、緊跟社會科技發展趨勢，立足于自身實際，盡早謀劃布局5G技術的運用，按照要求打造“智慧校園”“智慧課堂”，整合優質資源，創新教學模式，推動教育高質量發展。

參考文獻

[1]盧向群，孫禹.基于5G技術的教育信息化研究[J].中國工程科學，2019（06）：126.

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[3]莊榕霞，楊俊鋒，黃榮懷.5G時代教育面臨的新機遇新挑戰[J].中國電化教育，2020（12）：05-06.

[4]付思墁，張麗，呂婷，等.5G技術應用于教育的現狀分析[J].通信電源技術，2020（01）：179-180.

[5]譚琳，熊斌，高春艷.5G時代高校教師信息化教研能力提升路徑探析[J].廣西廣播電視大學學報，2022（02）：18-26.

[6]郭素雅.5G在教育信息化中的應用方案與實踐探索[J].中國現代教育裝備，2020（20）：14-16.

（本文系2021年度甘肅省“十四五”教育科學規劃一般課題“5G技術下教育信息技術應用實踐探索”的研究成果，課題立項號：GS[2021]GHB1981）

編輯：謝穎麗