5G背景下智慧教育建設(shè)方案初探

邵華 吳華芹

摘要：隨著全球教育信息化戰(zhàn)略推進和教育投入持續(xù)穩(wěn)步增長，各國的教育信息化建設(shè)取得了重大進展，教學(xué)水平持續(xù)提升。追求教育公平和質(zhì)量、教育創(chuàng)新、個性化教育、能力培養(yǎng)已成為當(dāng)今教育的共同主題?；诘谖宕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)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(shè)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(shè)新方案。

關(guān)鍵詞：5G;智慧教育;建設(shè)方案

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0164-02

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》發(fā)布后2012年3月教育部發(fā)布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)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(xiàn)代化、建設(shè)教育強國”戰(zhàn)略，2018年4月教育部發(fā)布了《教育信息化2.0行動計劃》。教育信息化2.0強調(diào)以信息化全面推動教育現(xiàn)代化，到2022年基本實現(xiàn)“三全兩高一大”發(fā)展目標(biāo)，即教學(xué)應(yīng)用覆蓋全體教師、學(xué)習(xí)應(yīng)用覆蓋全體適齡學(xué)生、數(shù)字校園建設(shè)覆蓋全體學(xué)校，信息化應(yīng)用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高，建成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺，推動從教育專用資源向教育大資源轉(zhuǎn)變，努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式。同時，國務(wù)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(fā)應(yīng)用，在醫(yī)療、養(yǎng)老、教育、文化、體育等多領(lǐng)域推進“互聯(lián)網(wǎng)+”，強調(diào)發(fā)展公平而有質(zhì)量的教育?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能（A1）的逐步應(yīng)用，教育逐步從傳統(tǒng)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(guān)注“物、人、教、育”的基礎(chǔ)上，借助互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)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(xué)習(xí)教學(xué)，提高課堂教學(xué)效果，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效率。

1智慧教育+5G定義

第五代通信網(wǎng)絡(luò)（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(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的多種應(yīng)用場景。同時，5G網(wǎng)絡(luò)通過提供多樣化業(yè)務(wù)需求和業(yè)務(wù)特征的能力，適應(yīng)不同應(yīng)用場景的靈活性和多樣化的業(yè)務(wù)需求，如超寬帶、超低時延、海量連接、超高可靠性等。借助5G網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)實技術(shù)、人工智能等新技術(shù)的引人，智慧教育將在教學(xué)效果、教學(xué)智能、教學(xué)創(chuàng)新和教學(xué)網(wǎng)絡(luò)覆蓋等方面得到極大的提升，實現(xiàn)沉浸式學(xué)習(xí)體驗、豐富靈活的教學(xué)方法、高速快捷的用戶組網(wǎng)與接入。智慧教育+5G應(yīng)用服務(wù)有助于教育行業(yè)改革，人工智能、虛擬現(xiàn)實、全息互動教學(xué)的應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)校園管理流程的優(yōu)化等可以提升教育資源的協(xié)作，助力教育智能化發(fā)展。

2 5G智慧教育方案

2.1 5G+VR教學(xué)

虛擬現(xiàn)實教育即教育VR化，是指在教育領(lǐng)域（教育管理、教育教學(xué)和教育科研）全面深入地運用現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)來促進教育改革與發(fā)展的過程。其技術(shù)特點是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化，基本特征是開放、共享、交互、協(xié)作。以教育VR化促進教育現(xiàn)代化，用虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變傳統(tǒng)模式。

通過5G技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域。目前虛擬現(xiàn)實內(nèi)容需要實時進行圖形渲染，導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實終端價格昂貴、設(shè)備笨重、同時需要HDMI線連接終端影像移動性，內(nèi)容也以本地為主，得不到高效的分發(fā)，用戶無輕便的渠道獲取VR內(nèi)容，內(nèi)容廠商版權(quán)也無法得到有效保護，從而制約了虛擬現(xiàn)實教育領(lǐng)域的發(fā)展。而通過5G的大帶寬、低時延，將虛擬現(xiàn)實的渲染功能放到云端，將終端無繩化、渲染實時云化、內(nèi)容統(tǒng)一分發(fā)，讓學(xué)生能夠更好地沉浸到虛擬現(xiàn)實教育內(nèi)容中，提升學(xué)習(xí)效果;同時讓廠商優(yōu)質(zhì)內(nèi)容得到保護，促進整個虛擬現(xiàn)實教育生態(tài)鏈的發(fā)展。VR教育技術(shù)可以實際應(yīng)用與課堂教學(xué)、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(xué)是指通過高清視音頻通訊與多媒體協(xié)作，實現(xiàn)師生實時交流，為學(xué)習(xí)者提供身臨其境的課堂體驗效果和隨時隨地的遠程學(xué)習(xí)服務(wù)，支持并滿足各種網(wǎng)絡(luò)條件下的教學(xué)、培訓(xùn)、研討、會議、考試等業(yè)務(wù)。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(xiàn)實技術(shù)、人工智能等新技術(shù)的引入，新一代遠程互動教學(xué)將在教學(xué)體驗和教學(xué)效果上獲得顛覆性的改觀和提升，實現(xiàn)超清視頻的沉浸式互動學(xué)習(xí)、AR虛擬課堂、遠程AR實驗與協(xié)作、全景課堂錄播與直播、智慧教室等創(chuàng)新應(yīng)用，并通過高速快捷的用戶組網(wǎng)與接入，實現(xiàn)靈活的移動學(xué)習(xí)和廣闊的地域覆蓋。同時，借助5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、邊緣計算、云計算和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，新一代的云教育資源與管理平臺將支持遠程互動教學(xué)實現(xiàn)多種教學(xué)體系資源共享，富媒體互動、多媒體智慧教室與在線教學(xué)、移動教學(xué)緊密結(jié)合，有效延伸，形成集中管理、統(tǒng)一維護、互聯(lián)互通、靈活智能、共享開放的應(yīng)用模式。新一代遠程互動教學(xué)體系架構(gòu)如下圖所示，包括了教室和終端、傳輸與接入網(wǎng)絡(luò)、媒體支撐、遠程教育云平臺以及在上述基礎(chǔ)上實現(xiàn)的各類互動遠程教學(xué)業(yè)務(wù)。其中值得特別關(guān)注的是在5G網(wǎng)絡(luò)支持下，超清視頻、XR、人工智能三大新技術(shù)對傳統(tǒng)遠程互動教學(xué)帶來的體驗提升和應(yīng)用創(chuàng)新。實現(xiàn)多點遠程互動教學(xué)，教學(xué)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(jié)合，主要集中在教育的教、學(xué)、考、評、管方面。通過數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)教學(xué)數(shù)字化到數(shù)據(jù)化，為老師減負增效，減少教師重復(fù)工作時間;實現(xiàn)對學(xué)生個性化分析、以學(xué)定教、提升學(xué)習(xí)的效率與質(zhì)量;能夠為教學(xué)管理提供大數(shù)據(jù)輔助決策與建議，為科學(xué)治理提供支撐。未來，人工智能在教育領(lǐng)域會起到“穿針引線”的作用，給學(xué)生、老師、學(xué)校管理者提供輔助或者決策性的分析，利用人工智能技術(shù)提高教育教學(xué)水平。5G是萬物互聯(lián)的基石，AI是萬物互聯(lián)的助推器，二者作為新時代的生產(chǎn)力，將帶來整個社會生產(chǎn)方式的改變和生產(chǎn)力的提升。兩者相加，相互作用，AI將使能于5G網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)，推動5G網(wǎng)絡(luò)落地。5G同樣能夠使能于AI，改變生產(chǎn)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(xié)同起來，讓AI更好地融人萬物互聯(lián)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(shù)據(jù)通過有限的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸至位于集中式數(shù)據(jù)中心的分析引擎進行數(shù)據(jù)分析，未來，當(dāng)大量用戶接人數(shù)據(jù)中心時，中心化的數(shù)據(jù)機房就出現(xiàn)響應(yīng)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(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本也令運營商難以接受。通過5G邊緣計算技術(shù)，能夠解決這些難題，邊緣計算靠近物理設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，來滿足AI快速連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求技術(shù)，使得AI應(yīng)用的性能、整體可靠性大大提升。邊緣計算的另一大優(yōu)勢也在AI領(lǐng)域得以發(fā)揚光大，就是實時性。例如AR/VR，互聯(lián)汽車，無人駕駛、遠程醫(yī)療，以及智慧城市，上述這些智能終端產(chǎn)品及解決方案，都是無法容忍超過數(shù)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(lián)汽車要求低時延、高帶寬，并基于接近于用戶計算和內(nèi)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(yīng)時間必須保證在幾十毫秒內(nèi)，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(xué)系統(tǒng)，不但可實現(xiàn)基礎(chǔ)的課程音視頻錄制、直播、教學(xué)互動等功能，更能通過教室中的攝像頭收集視頻，通過5G網(wǎng)絡(luò)將視頻上傳至MEc邊緣云，部署在邊緣云的人工智能服務(wù)器對視頻進行分析收集數(shù)據(jù)，5G的大帶寬、低時延的特性可以使AI助教系統(tǒng)仿佛部署在本地一樣快速反應(yīng)。

3結(jié)束語

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”是國之大計，民之所向。建設(shè)教育強國辦好人民滿意教育、解決教育發(fā)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(shù)。中國移動作為5G行業(yè)的先行者，基于5G綜合大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等前沿技術(shù)，將更好賦能教育行業(yè)，加快“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展進程，推動實現(xiàn)教育現(xiàn)代化、助力教育公平化。