5G技術(shù)促進教育公平的理論模型與實現(xiàn)路徑研究

童莉莉 周偉 張鵬

摘要：教育公平是中國教育現(xiàn)代化進程的基本原則之一。5CJ是新一代信息技術(shù)體系的重要代表，對平抑教育不公平現(xiàn)象有促進作用。該文提煉了硬件、軟件、師資、學(xué)生等4個方面存在的教育不公平問題，將超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)等5類第五代通信技術(shù)核心構(gòu)成要素融入教育場景，該文通過理論模型設(shè)計與實踐探索，尋求5G技術(shù)促進教育公平的解決之道。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);教育公平;學(xué)校教育

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、教育公平發(fā)展中的癥結(jié)分析

教育公平，是指國家對教育資源進行配置時所依據(jù)的合理性的規(guī)范或原則。自古希臘柏拉圖最早在世界范圍內(nèi)提出教育公平的思想、中國大教育家孔子提出的有教無類理念起，教育公平追求已經(jīng)跨越了數(shù)千年的發(fā)展， “起點公平、過程公平、結(jié)果公平”成為得到普遍共識的三個具體實現(xiàn)層次。

2020年4月習(xí)近平同志在陜西考察時強調(diào)“要推進城鄉(xiāng)義務(wù)教育一體化發(fā)展，縮小城鄉(xiāng)教育資源差距，促進教育公平，切斷貧困代際傳遞?！?019年2月中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018 - 2022年）》，教育部對兩個文件的解讀中強調(diào)：教育要面向人人、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)均衡的義務(wù)教育。在政府的高度重視下，教育公平進程取得了顯著成效：截至2019年，學(xué)前毛入園率達(dá)83.4%，小學(xué)學(xué)齡兒童凈入學(xué)率99.94%，初中階段毛入學(xué)率102.6%，高中階段毛入學(xué)率89.5%，高等教育毛入學(xué)率51.6%[1]。教育的起點公平得到社會廣泛關(guān)注和共同努力。

近年來，以“5G”為代表的新一代信息技術(shù)應(yīng)用不斷走向成熟，與教育場景的深度融合成為發(fā)展趨勢，新技術(shù)有望促進教育的過程公平進程。與此同時，在全國共有各級各類學(xué)校53.01萬所，各級各類學(xué)歷教育在校生2.82億人，專任教師1732.03萬人的教育大國現(xiàn)狀下，如何促進新技術(shù)助力教育公平性問題需要更科學(xué)的設(shè)計先行。

本文基于對2018年4月《教育信息化2.0行動計劃》中提到的“三區(qū)三州”深度貧困地區(qū)近600所學(xué)校校長訪談提煉出當(dāng)前學(xué)校教育場景下教育過程公平的癥結(jié)問題[2]如表1所示。

以5G為代表的新一代信息技術(shù)將在學(xué)校、家庭和社會等多個環(huán)境中對教育產(chǎn)生深刻的影響。但新技術(shù)的應(yīng)用具有雙刃性，應(yīng)用不當(dāng)將會帶來教育不公的代際傳遞、引起社會數(shù)字鴻溝進一步拉大等新的問題。因此，本文將致力于從教育公平的癥結(jié)為目標(biāo)，以5G核心技術(shù)為手段設(shè)計科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用模型，通過初步實踐為技術(shù)促進教育公平探索系統(tǒng)化可行路徑。

二、5G核心特點及教育應(yīng)用場景

第五代移動通信技術(shù)（5th Generation MobileNetworks，簡稱5G）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，其性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。

自2019年10月通信運營商正式商用5G技術(shù)開始，一年來筆者對5G核心技術(shù)進行了梳理，并就其對教育場景中的非公平性癥結(jié)進行了應(yīng)對探索。

5G核心特點1：峰值速率達(dá)到Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)高清大數(shù)據(jù)量傳輸。高清大數(shù)據(jù)傳輸能力的實現(xiàn)對學(xué)生能夠更多地接觸先進多媒體類視頻課程提供了廣泛可能，VR、AR及眾多虛擬現(xiàn)實課程在信息化基礎(chǔ)薄弱校的推廣有了通信保障。

5G核心特點2：空中接口時延水平在1ms左右，滿足遠(yuǎn)程實時交互需要。特崗計劃、銀齡計劃等人員補充性師資政策能夠緩解師資不均衡的問題，但與根本性解決尚有較大差距。低時延的5G技術(shù)能夠促進跨校際、跨區(qū)域的課堂共享，更大效率的平抑師資層面的非公平性問題[3]。

5G核心特點3：超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。在縣鄉(xiāng)村三級學(xué)校的調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備層面的兩個突出問題是：第一，部分設(shè)備老舊零散，難以組合使用;第二，新進設(shè)備配置頂級，缺乏聯(lián)動使用的機制。5G的物聯(lián)網(wǎng)通信能力能夠激活信息孤島、通過硬件設(shè)備間的通信使其成為一整套服務(wù)于校園管理和教學(xué)的支持環(huán)境。

5G核心特點4：連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達(dá)到lOOMbit/s。2020年3月3日，中華人民共和國教育部發(fā)布《教育部關(guān)于加強“三個課堂”應(yīng)用的指導(dǎo)意見》.直接指向基礎(chǔ)教育階段促進教育公平、提升教育質(zhì)量的現(xiàn)實需求。三個課堂的可持續(xù)實施，師生良好體驗是基礎(chǔ)，而SG是這一用戶體驗的能力保障[4]。

5G核心特點5：系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現(xiàn)為多用戶，多點，多天線，多攝取的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動調(diào)整。在教學(xué)主陣地的同時，校園管理水平的提升也是促進教育公平的重要方面，如先進的軟件應(yīng)用水平、集成的硬件設(shè)施環(huán)境等。當(dāng)下，基于云計算、邊緣計算的教育大數(shù)據(jù)集成指揮平臺已在寧夏建成，5G技術(shù)為平臺縱貫省、市、縣跨區(qū)域暢通數(shù)據(jù)流提供了重要保障，為教育管理系統(tǒng)集成化的大規(guī)模實現(xiàn)進行了有益的探索[5]。

三、5G技術(shù)促進教育公平的理論模型

基于對學(xué)校場景下教育公平癥結(jié)的4類分析、5G核心技術(shù)及其在教育場景中的5類針對性應(yīng)用，本文提出“5G技術(shù)促進教育公平的理論模型”，如圖1所示。

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：教育信息化的不斷深入、智能化進程的逐步加快，都將使得學(xué)校師生的移動數(shù)據(jù)流量使用需求持續(xù)增長：教師需要更多的上下載共享教學(xué)資源、跨校際跨區(qū)域協(xié)同教研交流;面向?qū)W生提供服務(wù)的校內(nèi)IPAD、電子課桌等智能感知設(shè)備需要實時的與教師端交互數(shù)據(jù)……這些教學(xué)活動的實現(xiàn)，將實質(zhì)性促進師資水平不高、師資隊伍不穩(wěn)定的區(qū)域更廣泛的共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源;更大限度地在技術(shù)的支持下幫助學(xué)生感受智能技術(shù)對綜合能力培養(yǎng)的有益之處。而5G環(huán)境中的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是實現(xiàn)這些教學(xué)活動的重要技術(shù)保障：它可以通過縮小通信半徑、增加低功率節(jié)點數(shù)量、多個干擾源協(xié)調(diào)算法等方式優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保障多個移動教/學(xué)終端的協(xié)作性[6]。

自組織網(wǎng)絡(luò)：在信息化基礎(chǔ)薄弱的地區(qū)，學(xué)校支撐教學(xué)工作和校園管理的軟件系統(tǒng)常態(tài)化維護成為阻礙教育公平的一個瓶頸，軟件升級不及時、出現(xiàn)問題長時間未修復(fù)等限制了教學(xué)效率的提升和資源共享的范圍。5G環(huán)境下的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Self-organizing Network，SON）。通過網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃/自配和網(wǎng)絡(luò)維護階段的自優(yōu)化/自愈合來替代傳統(tǒng)的人工運維。SON致力于解決各種無線接入技術(shù)并存的環(huán)境下、各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋能力不同時，網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)自優(yōu)化以減少工作量、可以實現(xiàn)自巡檢及容量擴展等需求，大大減少維護成本并避免對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)：在優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源大規(guī)模共享以促進教育質(zhì)量公平的過程中，邊遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)校不斷增加的大規(guī)模用戶音頻、視頻、圖像等資源交互需求急劇增長。5G環(huán)境下的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Distribution Network，CDN）技術(shù)將通過增加“智能虛擬網(wǎng)絡(luò)層”來確保大流量業(yè)務(wù)內(nèi)容的有序分發(fā)，充分發(fā)揮低時延的技術(shù)特性，降低傳輸中路由阻塞和延遲、網(wǎng)站服務(wù)器的處理能力等因素的影響。

D2D通信：設(shè)備到設(shè)備通信（Device-to-DeviceCommunication.D2D）是5G體系中的近距離數(shù)據(jù)直傳技術(shù)。在信息化基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)校，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境常常面臨損壞、存在覆蓋盲區(qū)的困境，D2D技術(shù)可以實現(xiàn)終端之間的直接數(shù)據(jù)會話，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，這對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境尚需要時間去完善的薄弱地區(qū)，不錯過優(yōu)質(zhì)的教學(xué)共享資源、保障師資的跨?；?、激活現(xiàn)有設(shè)備的效率都有現(xiàn)實意義[7]。

M2M通信：M2M（Machine to Machine.M2M）狹義上看就是機器與機器的通信，廣義上看還包含了人與機器、移動網(wǎng)絡(luò)和機器之間的通信，是更完善的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。這對于當(dāng)前相對落后地區(qū)在5G時代借助科技優(yōu)勢，更集成的加入云計算中心實現(xiàn)校園治理現(xiàn)代化、實現(xiàn)廣區(qū)域的教學(xué)互動有扎實的促進作用[8]。

四、5G技術(shù)促進教育公平的實現(xiàn)路徑與實踐探索

5G技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的典型代表之一，要助力于教育公平進程，除了科學(xué)的理論模型設(shè)計，更需要務(wù)實的技術(shù)路徑去實現(xiàn)。

（一）實現(xiàn)路徑

1.5G的超大網(wǎng)絡(luò)容量特性促成了省/市/縣/校4級新型云端教育管理架構(gòu)，淡化了各層級主觀水平差異帶來的教育管理不公平

教育行政管理正在加快走向智能化集成化，省級教育大數(shù)據(jù)指揮中心已在寧夏試點運營。融合了云計算、邊緣計算、人工智能等多項信息技術(shù)的省級集成平臺是4級行政管理架構(gòu)，5G技術(shù)保障了它們之間的實時通信和能夠納含全省數(shù)千所學(xué)校、逾10萬名教師、百余萬在校生的超大網(wǎng)絡(luò)云端管理規(guī)模，這一管理架構(gòu)的實現(xiàn)，大大提高了一線校園管理現(xiàn)代化水平，避免區(qū)域化差異帶來的管理滯后。

2.5G的高峰值速率、低接口時延特性促成了教育供給/教育服務(wù)的泛在化，提升了教育資源公平性感知

優(yōu)質(zhì)教育資源共享，是國家戰(zhàn)略，更需要技術(shù)保障。2020年疫情期間，國家教育云平臺快速構(gòu)建了全學(xué)科的優(yōu)質(zhì)課程體系、北京市在網(wǎng)上共享了幾萬個微課、北京師范大學(xué)組織14000余名教師為學(xué)生提供開放性答疑，充分反映出5G網(wǎng)絡(luò)在優(yōu)質(zhì)資源流轉(zhuǎn)及輻射方面的重要作用[9]。

3.5G的D2D、M2M等技術(shù)推動了教師從重復(fù)性知識講授中釋放出必要精力投入育人、校園治理等工作，彌合了老師/學(xué)生/家長之間的育人互動投入不公平問題

2018年出臺的《教育信息化2.0行動計劃》、2019年召開的“國際人工智能與教育”大會，大大推動了校園的智能化進程。5G的D2D、M2M等技術(shù)將推動學(xué)習(xí)過程的及時反饋、教師端智能分析的即時生成，將教師從重復(fù)的知識講述、試題評閱的密集型勞動中解放出來，關(guān)注學(xué)生的個性化培養(yǎng)、內(nèi)心動態(tài)、家?；?，更多發(fā)揮育人的作用。這一改變，也將彌合相對落后地區(qū)素質(zhì)培養(yǎng)缺口、家?；硬蛔愕男@治理不公平問題。

（二）實踐探索與典型案例

5G技術(shù)走向?qū)嵺`應(yīng)用近3年來，在教育行業(yè)也有了多個層面的探索。本文關(guān)注了在省級教育管理領(lǐng)域和遠(yuǎn)程課堂領(lǐng)域的2個典型應(yīng)用。

1.教育智能管理駕駛艙

2019年初寧夏在全國范圍率先建設(shè)了省級集中教育智能化管理平臺。建成數(shù)字統(tǒng)一認(rèn)證管理系統(tǒng)，實施教育基礎(chǔ)管理、教學(xué)應(yīng)用數(shù)據(jù)梳理和遷移，提升教育云平臺服務(wù)水平。2020年該平臺還將實現(xiàn)教育云與國家平臺數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通、協(xié)同服務(wù)。在寧夏教育大數(shù)據(jù)指揮平臺的建設(shè)過程中，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促成了區(qū)級/市級/_縣級/學(xué)校級4類運營中心扁平化數(shù)據(jù)互通、保障了邊遠(yuǎn)教學(xué)點與中心教學(xué)區(qū)在教學(xué)資源上的公平共享;D2D通信、M2M通信等技術(shù)協(xié)助應(yīng)急響應(yīng)中心在網(wǎng)絡(luò)異常情況下的短時正常運轉(zhuǎn)，保障了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相對較差的邊遠(yuǎn)教學(xué)點及時反饋情況、即時收達(dá)通知，保障校園管理的正常有序[10]。教育智能管理駕駛艙建設(shè)如下頁圖2所示。

2.雙城異地5G直播

2019年12月，一場連接上海和深圳兩地的5G+全息投影課堂生動開講。當(dāng)身處上海的老師全息出現(xiàn)在深圳的中學(xué)課堂上、當(dāng)課本中的原子核爆炸、電子和原子核發(fā)生作用的過程3D形式呈現(xiàn)在眼前，孩子們對科技的向往和求學(xué)的熱情隨著他們目不轉(zhuǎn)睛的神情而更加堅定。2020年8月，本文作者所在的北京師范大學(xué)主持召開了“2020年全球智慧教育大會”，論壇中我們邀請了四川涼山州冕寧縣先鋒鄉(xiāng)巴姑小學(xué)的校長參與分享孩子們的心愿和對科技服務(wù)的需求，遠(yuǎn)隔千里的孩子們在校內(nèi)通過老師們的5G手機觀看了大會現(xiàn)場直播。我們不僅通過5G技術(shù)的支持，讓疫情下不可能大規(guī)?，F(xiàn)場參會的小學(xué)生們身臨其境般的感受了全球智慧教育發(fā)展的動態(tài)、領(lǐng)略了自己校長的參會風(fēng)采，更增強了對先進科技的學(xué)習(xí)自信和熱情。

五、研究展望

本文的研究致力于剖析5G環(huán)境下，核心技術(shù)族群在促進教育公平進程中的關(guān)鍵作用。全文的主要成果體現(xiàn)在3個方面：

針對600所學(xué)校的調(diào)研、提煉出4類教育不公平表現(xiàn)。自2018年至2020年，本文作者團隊追蹤了三區(qū)三州范圍的600所學(xué)校校長群體，提煉出當(dāng)前國內(nèi)教育公平問題在學(xué)校場景下的主要表現(xiàn)：硬件設(shè)備有差異，軟件運維保障性低，師資水平不穩(wěn)定，學(xué)生缺乏科學(xué)引導(dǎo)。這為本文研究奠定了問題導(dǎo)向。

梳理5G時代的5個核心技術(shù)，結(jié)合教育場景提出促進公平理論模型。第五代通信技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的代表之一，是平抑教育不公平問題的重要手段。本文遴選了當(dāng)前已有應(yīng)用的5種核心技術(shù)進行分析，為后續(xù)5G關(guān)鍵技術(shù)支撐實際問題的解決提供了路徑基礎(chǔ)[11]。

分析2個實踐案例，為系統(tǒng)化推進5G平抑教育不公平問題奠定基礎(chǔ)。本文第四部分的2個案例，一個致力于分析體現(xiàn)公平性的扁平化教育管理中5G技術(shù)的作用發(fā)揮，一個致力于5G技術(shù)對邊遠(yuǎn)課堂教學(xué)創(chuàng)新提供的新能力。這是5G技術(shù)促進新時代教育公平的2類典型探索。

研究過程中尚有兩處局限性，有待今后的深入工作不斷尋找解決方案。關(guān)于教育公平需兼顧的場景還有家庭環(huán)境、社會環(huán)境有待設(shè)計。本文的研究主要是在學(xué)校教育場景下開展，如教育管理系統(tǒng)主要是以省級教育行政主管部門面向市級、縣級、學(xué)校級進行扁平化管理。實現(xiàn)教育公平，家庭場景和社會場景都將發(fā)揮更重要的作用，如家庭共同生活者對智能時代的態(tài)度、所處社區(qū)可使用的先進科技資源等，這些會在今后的研究中逐步有序納入。關(guān)于5G技術(shù)還有信息網(wǎng)絡(luò)中心等更多技術(shù)要素可以進入應(yīng)用范疇。本文關(guān)注了超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)等5個當(dāng)前5G體系的核心技術(shù)，未來更多算法支持下的信息網(wǎng)絡(luò)中心等技術(shù)也將在緩解教育不公平現(xiàn)象上發(fā)揮更多作用。我們會隨著技術(shù)的成熟度進程加以關(guān)注。

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作者簡介：

童莉莉：副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為數(shù)據(jù)科學(xué)與智能信息系統(tǒng)、教育信息工程（tonglili@bnu.edu.cn）。

周偉：在讀博士，研究方向為教育技術(shù)及應(yīng)用（zhouwei@bnu.edu.cn）.

張鵬：在讀碩士，研究方向為教育技術(shù)學(xué)，信息技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用（550440697@qq.com）。