5G賦能學習空間智能化轉型：內涵與方式

摘要：學習空間的發(fā)展轉型是教育數(shù)字化轉型的重要任務，在新技術的推動下，學習空間呈現(xiàn)智能化的轉型趨勢。本文分析了學習空間智能化的內涵，提出5G助力學習空間智能化轉型的方式主要表現(xiàn)為學習方式智能化、學習資源智能化、學習情境智能化以及學習裝備智能化，并指出，對于5G賦能學習空間智能化轉型實踐中存在的問題，可從基礎設施建設、師生數(shù)字素養(yǎng)和用戶體驗的角度推動解決。

關鍵詞：5G；學習空間；人工智能

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）20-0000-04

引言

數(shù)字技術的興起推動了社會各領域和各行業(yè)的深入變革，在加快建設“數(shù)字中國”的要求下，數(shù)字化轉型是學校發(fā)展的必然趨勢，而學習空間的發(fā)展轉型是數(shù)字化轉型中至關重要的組成部分，在5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術的基礎上，學習空間呈現(xiàn)出智能化的升級轉型趨勢。5G技術在教育領域的應用是國家政策的焦點，歷年的政府年度工作報告均提及要推進規(guī)模化的5G技術應用，促進各行業(yè)的數(shù)字化轉型。國家“十四五”規(guī)劃也明確提出各行業(yè)要形成“基于5G應用情境的技術生態(tài)圈”，同時，在《5G應用“揚帆”行動計劃》中明確了在教育領域要加大5G技術的創(chuàng)新應用。5G技術最突出的優(yōu)勢是低延遲和高速率，它在可用性、穩(wěn)定性以及承載性能方面全面超越4G技術，已廣泛應用于電力、能源、交通以及醫(yī)療行業(yè)，并取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。在教育行業(yè)中，業(yè)界已經(jīng)開展了關于5G技術的理論探討和應用研究，如將5G技術應用于在線學習、混合式學習，以及助力教學和學習模式的創(chuàng)新等。[1]

學習空間智能化的內涵

廣義的學習空間泛指學習活動的發(fā)生區(qū)域，建構主義理論認為，學校應提供支持學生主動認知和主動學習的條件和環(huán)境，學習環(huán)境應當以學生為中心，因此，學習空間的構建應以學生的需求為出發(fā)點，本文所提及的學習空間是校園內學生開展學習活動的區(qū)域，其中包含學習方式、學習資源、學習情境和學習裝備等。

傳統(tǒng)的學習空間是真實的、物理的學習空間，隨著人工智能技術、區(qū)塊鏈技術、虛擬現(xiàn)實技術和5G技術等新技術的出現(xiàn)，學習空間迎來了新的發(fā)展階段（如下頁圖1），主要表現(xiàn)為虛擬化教學、混合式學習以及人工智能的應用。[2]近年來，《地平線報告》均提及智能化、虛擬化對學習空間的重要性，并提倡將智能技術應用于實際教學環(huán)境和學習場景中，認為智能技術的普及不僅是“智慧教學的愿景”，也是學習方式演變的“必然趨勢”。學習空間智能化轉型需建立在教育信息化基本規(guī)范的基礎上，其出發(fā)點應當以學生為中心，可借助5G、人工智能等前沿技術實現(xiàn)學習方式、學習資源、學習情境以及學習裝備的智能化，以達到優(yōu)化教學過程、提高學習效率的目標。

5G助力學習空間智能化轉型的方式

學習空間智能化是必然趨勢，但也存在一定的問題，主要表現(xiàn)在校園基礎設施，尤其是網(wǎng)絡基礎設施方面。當前，學習空間智能化轉型主要存在學習方式不夠便利、學習資源不夠豐富、學習情境較為單一以及學習裝備的基礎承載設施條件不足等問題。而5G技術具有萬物互聯(lián)、低延遲和大帶寬等優(yōu)勢，同時還支持大連接場景，能滿足校園中高密度人群進行集中學習的場景需求，也能滿足大規(guī)模、多樣化的智能學習終端的接入需求。[3]5G對學習空間智能化轉型的作用主要體現(xiàn)在助力學習方式的智能化、賦能教育資源的智能化、推動學習情境的智能化以及推進學習裝備的智能化四個方面，如下頁圖2所示。

1.5G助力學習方式的智能化：學習的“中心轉換”和學習精準性

智能化的學習空間要求學習方式具備較高的便利性和精準性，應達到“有利于學習者主動學習、高效學習”的水準。在傳統(tǒng)學習方式中，教師是知識的“中心”，課堂是學習的“中心”，學生處于從屬地位，學生只能在特定的時間、特定的場所進行學習，時間與空間限制成為制約主動學習、高效學習的主要原因之一。5G技術是互聯(lián)網(wǎng)的新的發(fā)展階段，5G網(wǎng)絡極大地提升了知識傳輸、復制和轉移的便利性和快捷性，教師和書本不再是知識獲取的主要渠道，學習時間和學習地點也不再需要進行約定，學習方式從“以教師和課堂為中心”轉換為“以學生為中心”。此外，5G技術助力人工智能技術的發(fā)展，進一步加快了“中心轉換”的速度，使得學習者的“中心地位”更加明顯，人工智能不僅能主動提供精確的知識內容，還能對學生進行基于習慣和偏好的“用戶畫像”，并提供行之有效的學習方法，大幅度提升了學生學習的精準性。

2.5G賦能學習資源的智能化：資源多樣化與生成式AI

在5G時代，高速率、廣連接以及低資費的移動互聯(lián)網(wǎng)為視頻形式知識內容的大規(guī)模傳輸提供了可行性，在此基礎上，新媒體教育平臺得以蓬勃發(fā)展，學習資源內容的形式有了更多的選擇，使得學生能隨時隨地獲取豐富多樣的教育資源。手機、平板等手持終端的網(wǎng)絡接入速率的提升、接入?yún)^(qū)域的擴展以及接入成本的降低，推動了手持終端上的生成式AI的普及，生成式AI可對結構化的學習資源進行“深層加工”，并能夠進行精準匹配，以應對學生的個性化學習需求，學生學習的體驗感、交互感有較大幅度的提升。

3.5G推動學習情境的智能化：虛擬現(xiàn)實技術的應用

《情境學習：合法的邊緣性參與》一書提出：“學生應在特定的社會情境或者物理情境下，通過主動參與的方式對所學知識進行意義層面的協(xié)商，同時在學習團體中與其他學生互相幫助、配合和溝通，達到沉浸式學習、代入式學習的目的。”AR、VR以及XR能模擬“情境學習理論”所提及的知識產生的“社會情境或者物理情境”，并且支持學生與特定情境進行互動，以實現(xiàn)知識本身的“意義建構”，達到強化學習效果的目的。而虛擬現(xiàn)實技術的應用離不開5G技術的支持，其原因是在虛擬學習空間中學生對“進階體驗”的虛擬現(xiàn)實內容有強烈需求。所謂的進階體驗，指的是高質量的虛擬現(xiàn)實內容以及低延遲的虛擬交互功能，即虛擬現(xiàn)實技術功能體系中的“高分辨率近眼顯示功能”及“低延遲感知交互功能”，這兩個功能模塊是高質量虛擬現(xiàn)實技術應用于實際學習情境的關鍵，但傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡以及無線網(wǎng)均不能滿足4K/8K分辨率的虛擬現(xiàn)實內容傳輸需求，需借助5G技術的大上行帶寬和低延遲等優(yōu)勢。[4]因此，5G是虛擬現(xiàn)實技術達到進階體驗水準的“數(shù)字技術底座”，是虛擬現(xiàn)實學習空間中必不可少的組成部分。

4.5G支持學習裝備的智能化：智能終端的大規(guī)模應用

在課堂學習中，手持終端、多媒體設備、計算機和互聯(lián)網(wǎng)構成了校園內智慧教室的基礎學習環(huán)境，但隨著數(shù)字孿生（元宇宙）技術、Web3.0技術以及自媒體平臺的出現(xiàn)，新型的數(shù)字媒體內容迎來爆發(fā)式增長，信息傳輸形式的多樣化達到了前所未有的高度，學習者對學習內容的形式、品質的要求更高，因此需要兼容性更好、性能更強的基礎網(wǎng)絡環(huán)境。在實際教學中，引入智能化設備的主要目標是提升學生學習的真實感、參與感和體驗感，從而保證學習效率，激發(fā)學生的主動思考和創(chuàng)新。而智能化設備中智能技術的使用，需要大量的傳感器、圖像采集設備、語音交互設備等基礎設施作為支撐，需滿足數(shù)量巨大、種類繁多的智能終端接入需求，同時還存在高清圖像、視頻和語音數(shù)據(jù)的傳輸質量需求，在智能系統(tǒng)的人機交互方面，智能技術的應用也需要較高的交互實時性和交互快捷性。因此，基于智能系統(tǒng)的學習方式也需要5G網(wǎng)絡的支撐。在教學服務端層面，5G網(wǎng)絡不僅能為智能系統(tǒng)基礎設施提供大帶寬、廣連接的網(wǎng)絡服務，還能滿足人機交互實時性要求，為學生帶來良好的用戶體驗；在數(shù)據(jù)采集端層面，5G技術支持傳感器、攝像頭以及其他數(shù)據(jù)采集設備的接入；在用戶終端層面，5G技術能為學生提供快速的網(wǎng)絡服務，學生獲取知識內容的速度更為快捷。

存在的問題和解決方法

5G是學習空間智能化轉型的重要技術支撐，但在實踐環(huán)節(jié)還存在不小的問題，主要表現(xiàn)在：①高校人群較為密集，不同的學習環(huán)境對5G設施的容量需求、功能需求極不均衡，5G設施部署較為困難；②不同學科的學生的信息化素養(yǎng)不同，對智慧學習空間的熟練程度呈現(xiàn)較大差別，可能加大數(shù)字鴻溝的影響；③智慧學習空間中各功能模塊互相孤立的問題較為嚴重，具體表現(xiàn)為各功能模塊缺乏整體規(guī)劃、數(shù)據(jù)共享機制缺乏、數(shù)據(jù)孤島問題較為突出；④建設缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃、規(guī)范以及管理，同時還存在重復建設的現(xiàn)象。因此，應從基礎設施、數(shù)字素養(yǎng)和用戶體驗的角度出發(fā)解決問題。

1.推進5G新型基礎設施建設

建設校園新型基礎設施的目的是提升校園信息化裝備水平，支撐新技術在校園學習空間中的應用，打造智慧校園“數(shù)字底座”。新型基礎設施聚焦智慧校園的各個層面，包括智慧校園建設、體系與平臺建設、基礎信息網(wǎng)絡建設、教學資源建設、信息安全防范以及開發(fā)創(chuàng)新應用等，涵蓋了學習空間智能化的全過程需求。其中，在5G基礎設施方面，學校可與網(wǎng)絡運營商合作，根據(jù)學習空間建設的實際需求建設區(qū)域性專用5G網(wǎng)絡，引入定制化、輕量化的5G基礎網(wǎng)絡，充分利用運營商的技術、人員、設備和運維模式，實現(xiàn)快速建設和降低成本的雙重目的。[5]在智能化基礎設施方面，應重視大數(shù)據(jù)技術、虛擬現(xiàn)實教學環(huán)境等所需要的基本算力的配備，如高性能計算設施等，構建算力、算法、數(shù)據(jù)、應用的智能技術生態(tài)圈。

2.推進師生數(shù)字素養(yǎng)的提升

師生是學習空間的使用者，師生的數(shù)字素養(yǎng)是使用學習空間的基本條件，提升數(shù)字素養(yǎng)的目的是提升學習者的數(shù)字勝任力，從學習模式、學習技能、學習評價等方面全面適應新技術背景下的校園學習。數(shù)字素養(yǎng)不僅表現(xiàn)為對數(shù)字技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、智能技術的掌控程度，也表現(xiàn)為對智能技術倫理危機的防范意識。師生數(shù)字化素養(yǎng)提升是一項系統(tǒng)的復雜工程，需要借助制度建設、師生培訓、考核評價等手段提升師生的數(shù)字倫理安全相關的法律法規(guī)認識，加強師生的自我權益保護意識，構建公平公正、具備道德底線的智能技術應用生態(tài)。同時，應重視數(shù)字化學習資源審查制度的建設，建立更專業(yè)的審查機制，以應對數(shù)字化學習資源、學習渠道對倫理道德、意識形態(tài)等方面的沖擊。

3.注重用戶體驗，加強資源開發(fā)

5G+虛擬現(xiàn)實、5G+生成式AI以及5G+人機協(xié)同等智能化應用目前尚處于探索階段，在用戶體驗方面還存在很多細節(jié)問題，如人機互動較為生硬、裝備過于笨重、內容過少以及軟件體驗不佳等，對用戶體驗造成較大的負面影響。總體而言，目前5G技術對重塑智慧學習空間的作用和價值并未充分發(fā)揮，應在5G技術的基礎上，加強智能化學習軟件和硬件的探索和開發(fā)，如在教育倫理規(guī)約下研發(fā)教育類生成式AI軟件以及5G+“雙師課堂”、5G+虛擬仿真實驗室等軟硬件，不斷提升現(xiàn)有軟硬件的用戶體驗水平，同時探索發(fā)現(xiàn)全新的教育應用場景，從而形成良好的教育類產品生態(tài)。

總結與展望

新技術的應用對校園數(shù)字化轉型帶來了全新的機遇，在當前人工智能、數(shù)字孿生等新技術普及的背景下，5G技術支撐學校學習空間的建設是大勢所趨。對學校而言，智能化學習空間的建設既強調軟硬件基礎設施水平的提升，也強調師生信息化觀念的轉變，要求以數(shù)字化意識推動教育模式和學習方式的變革，而隨著數(shù)字化轉型的推進，學習空間智能化轉型過程中存在的問題也有望逐步得到解決。

參考文獻：

[1]莊榕霞，楊俊鋒，黃榮懷.5G時代教育面臨的新機遇新挑戰(zhàn)[J].中國電化教育，2020（12）：1-8.

[2]趙瑞斌，楊現(xiàn)民，張燕玲，等.“5G+AI”技術場域中的教學形態(tài)創(chuàng)新及關鍵問題分析[J].遠程教育雜志，2021，39（02）：44-52

[3]李小娟，劉清堂，王姣陽，等.智慧學習空間中師范生自我導向學習實證研究[J].現(xiàn)代教育技術，2022，32（01）：54-63.

[4]李涵，許文靜.5G時代開放教育生態(tài)的內涵、理論模型與發(fā)展趨勢[J].成人教育，2023，43（02）：54-59.

[5]李倩倩，張?zhí)鹛穑?5G校園專網(wǎng)部署方案探究[J].中國教育網(wǎng)絡，2022（09）：78-80.

作者簡介：沈振興，中南民族大學信息化建設管理處（現(xiàn)代教育技術中心）教師，研究方向為教育信息化、智慧教育。

本文系中南民族大學中央高校基本科研業(yè)務費項目“5G技術驅動高校智慧學習空間發(fā)展途徑研究”資助（項目編號：CSQ22035）。