5G 技術(shù)賦能智慧課堂教學(xué)研究

李美林

（四川文理學(xué)院，四川 達(dá)州 635000）

0 引言

2021年7月初，教育部在《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》中提出，教育新型基礎(chǔ)設(shè)施(以下簡稱“教育新基建”）是以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，以信息化為主導(dǎo)，面向教育高質(zhì)量發(fā)展需要，聚焦信息網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)體系、數(shù)字資源、智慧校園、創(chuàng)新應(yīng)用、可信安全等方面的新型基礎(chǔ)設(shè)施體系［1］。 教育新基建是國家新基建的重要組成部分，是信息化時(shí)代教育變革的牽引力量，是加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國的戰(zhàn)略舉措。

2018年教育部印發(fā)的《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》提出智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)，并指出智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)要加快面向下一代網(wǎng)絡(luò)的高校智能學(xué)習(xí)體系建設(shè)，適應(yīng)5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，服務(wù)全時(shí)域、全空域、全受眾的智能學(xué)習(xí)新要求，以增強(qiáng)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)及素質(zhì)提升的效率和效果為重點(diǎn)［2］。 近年來隨著“金課”建設(shè)的發(fā)展，線上“金課”、線下“金課”、混合式“金課”、虛擬仿真“金課”等課程建設(shè)都離不開信息技術(shù)，尤其是5G 技術(shù)的支持。 基于5G 技術(shù)的教學(xué)探索不僅符合“互聯(lián)網(wǎng)＋”教育的需求，也滿足了學(xué)習(xí)者運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)的個(gè)性化需要。

傳統(tǒng)教學(xué)主要是教師采取講授的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行單向知識(shí)輸入，造成學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，加上教材知識(shí)陳舊以及更新速度緩慢，不適合學(xué)生的知識(shí)生長和實(shí)際需要。 同時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋主要是教師根據(jù)學(xué)生的作業(yè)、單元測試以及期末考試等紙質(zhì)作業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)具有滯后性，影響了教學(xué)指導(dǎo)的及時(shí)性。 另外，傳統(tǒng)的面對(duì)面教學(xué)互動(dòng)受到課堂教學(xué)時(shí)間的局限，參與課堂互動(dòng)的學(xué)生范圍較小，從而影響了互動(dòng)內(nèi)容的廣度和深度。 在教師的引導(dǎo)下，借助5G 技術(shù)的支持，幫助學(xué)生開展有效的主動(dòng)學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行交流、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造，提升學(xué)生的高階認(rèn)知能力，培養(yǎng)學(xué)生的交流協(xié)作能力，以適應(yīng)信息化時(shí)代的學(xué)習(xí)需要。 認(rèn)識(shí)到5G 技術(shù)對(duì)智慧課堂以及學(xué)生培養(yǎng)具有重要意義，有助于將5G 技術(shù)賦能智慧課堂教學(xué)放入教育教學(xué)改革的大背景中，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。

1 5G 技術(shù)的特征

5G 技術(shù)是指第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP 定義了5G 技術(shù)應(yīng)用的三大場景：一是3D/超高清視頻等大流量增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，提升用戶體驗(yàn)速度；二是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)海量機(jī)器類通信，突破人與人之間的通信，使得人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器的通信成為可能；三是超高可靠超低時(shí)延通信，這樣確保了網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定性，在運(yùn)行過程中不會(huì)擁堵和不被干擾［3］。 在這三大場景中，5G 的高速度、泛在網(wǎng)、低時(shí)延、萬物互聯(lián)等特點(diǎn)體現(xiàn)較為明顯。 高速度是5G 的最突出特征，5G的高速度可以為VR 提供速度支持，實(shí)現(xiàn)高清傳輸。其次是泛在網(wǎng)，5G 的微基站部署使得所有的智能終端都能突破時(shí)間、地點(diǎn)和空間的限制，為移動(dòng)學(xué)習(xí)和混合式教學(xué)提供支持。 三是低時(shí)延，5G 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延將會(huì)縮小至1～10 ms，比4G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延更低，可以優(yōu)化在線學(xué)習(xí)以及互動(dòng)。 5G 的其他特點(diǎn)，包括萬物互聯(lián)、低功耗、重構(gòu)安全體系等都為5G 網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用提供了支持，為混合式教學(xué)、遠(yuǎn)程教育、在線互動(dòng)等教育教學(xué)應(yīng)用提供了技術(shù)保障，有助于優(yōu)化教學(xué)資源，提升教學(xué)質(zhì)量。

2 5G 技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)推動(dòng)著人類的進(jìn)步，為教育服務(wù)提供了新動(dòng)能，相應(yīng)地對(duì)人才提出了更高的要求。 具備批判性思維、創(chuàng)造性思維、團(tuán)隊(duì)合作與溝通、遷移、元認(rèn)知等一系列技能的高階能力人才成為教育培養(yǎng)人才的重要目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的高階能力已經(jīng)成為國際教育界的共識(shí)［4］。 在新時(shí)代新發(fā)展理念的指引下，高校人才培養(yǎng)離不開教育新基建的技術(shù)支持。 深入應(yīng)用5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，充分發(fā)揮教育新基建的作用，提高課程教學(xué)質(zhì)量，是落實(shí)立德樹人的重要舉措。

5G 的高速度、泛在網(wǎng)、低時(shí)延、萬物互聯(lián)等特征一是為開展在線教學(xué)和遠(yuǎn)程教育等提供了技術(shù)支持，可以實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)的可視化、規(guī)?；蛯?shí)時(shí)化，打破傳統(tǒng)教學(xué)時(shí)間、地點(diǎn)和資源的局限，有助于節(jié)約教育教學(xué)的經(jīng)濟(jì)和資源成本，實(shí)現(xiàn)資源共享。 二是支持全方位移動(dòng)學(xué)習(xí)。 傳統(tǒng)的教學(xué)不具備移動(dòng)性，學(xué)習(xí)的時(shí)間、空間以及資源都有所限制。 基于有線網(wǎng)絡(luò)的端到端教學(xué)突破了傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制，擴(kuò)大了受教對(duì)象，但是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和教學(xué)設(shè)備要求較高。 然而，通過泛在網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)全方位全過程全員的移動(dòng)學(xué)習(xí)，支持開展多種形式的混合式教學(xué)。 不論是課前指導(dǎo)、課中教學(xué)與互動(dòng)還是課后評(píng)價(jià)都支持教師和大規(guī)模學(xué)生進(jìn)行同步異步在線教學(xué)。 三是促進(jìn)新興教育場景應(yīng)用。 5G 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延相比4G 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延更低，可以為用戶提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和高可靠性的業(yè)務(wù)保證。 在教育領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)的提高不僅有助于推進(jìn)包括AR，VR，MR 以及AI 等新興技術(shù)的研發(fā)和實(shí)踐，還能為在線教學(xué)的同步互動(dòng)和及時(shí)互動(dòng)提供支持。 傳統(tǒng)教育資源的地域差異性可以通過5G 網(wǎng)絡(luò)得到改善，通過“專遞課堂”“名師課堂”“網(wǎng)絡(luò)名校課堂”等網(wǎng)絡(luò)課堂，東西部、城鄉(xiāng)之間可以共享優(yōu)質(zhì)教育資源，開展虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等教學(xué)活動(dòng)。

3 5G 技術(shù)支持下的智慧課堂

在以5G 技術(shù)為主的多元技術(shù)綜合應(yīng)用下，教學(xué)環(huán)境日益豐富和完善，為教學(xué)提供了基礎(chǔ)性的保障。在面對(duì)面實(shí)體一維課堂的基礎(chǔ)上利用5G 技術(shù)，增加網(wǎng)絡(luò)在線課堂，形成雙通道混合式教學(xué)環(huán)境，結(jié)合新興網(wǎng)絡(luò)硬件資源和軟件資源的優(yōu)勢為課堂教學(xué)增加了新的動(dòng)力。

關(guān)于智慧課堂的概念，學(xué)界還無定論。 孫曙輝等［5］指出智慧課堂是依據(jù)建構(gòu)主義，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)＋”的思維方式和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)構(gòu)建的，支持課前、課中、課后全過程應(yīng)用智能、高效的課堂。 然而，卞金金等［6］進(jìn)一步指出基于智慧課堂的學(xué)習(xí)模式主要是指利用系統(tǒng)環(huán)境中面向?qū)W習(xí)者的智能化、個(gè)性化和多元化學(xué)習(xí)服務(wù)，使用可移動(dòng)的終端設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)特定教學(xué)目標(biāo)而進(jìn)行的深度、高效、自主和開放的課堂學(xué)習(xí)模式。 基于前面的觀點(diǎn)，本研究所指的智慧課堂是基于5G 技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)為一體，運(yùn)用智慧教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合移動(dòng)智能終端，實(shí)現(xiàn)在線備課預(yù)習(xí)、教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)資源共享、作業(yè)提交與評(píng)價(jià)反饋等，支持師生開展課前課中課后的教學(xué)與互動(dòng)，構(gòu)建全方位的開放教學(xué)系統(tǒng)。

3.1 智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建

在社會(huì)建構(gòu)主義看來，人的學(xué)習(xí)是一種情境認(rèn)知。 情境認(rèn)知不是封閉于個(gè)人頭腦之中的認(rèn)知過程，而是同周圍環(huán)境中的工具、符號(hào)、語言乃至人際關(guān)系等媒體和功能性資源交互作用生成的認(rèn)知過程［7］。具身認(rèn)知理論視角下的學(xué)習(xí)環(huán)境體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者主體參與性、學(xué)習(xí)資源的具身性、技術(shù)應(yīng)用的融入性、環(huán)境動(dòng)態(tài)發(fā)展性和學(xué)習(xí)結(jié)果的交互生成性等屬性，給當(dāng)今學(xué)習(xí)問題的解決和技術(shù)豐富下的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)提供了很好的啟示。 新技術(shù)和創(chuàng)新界面的發(fā)展使用戶直接操控的層次不斷提高，允許用戶不使用外部控制設(shè)備(如鼠標(biāo)、鍵盤等），而是使用自己的身體和姿勢動(dòng)作操控信息及虛擬對(duì)象［8］，形成身體與媒體界面的操作交互。

課堂環(huán)境的智慧升級(jí)是智慧課堂發(fā)展的第一步。在引入智慧教學(xué)系統(tǒng)之后，基于5G 技術(shù)的支持形成涵蓋智能學(xué)習(xí)終端、智慧學(xué)習(xí)管理平臺(tái)、智慧學(xué)習(xí)軟件與資源的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境，形成了靈活、開放、共享、便捷、有痕智能學(xué)習(xí)空間［9］，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種軟硬件設(shè)備間的無縫互聯(lián)、協(xié)同工作，為學(xué)習(xí)者提供真正沉浸式的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)［10］。 在智慧環(huán)境下的線上教學(xué)、線下教學(xué)、混合式教學(xué)、虛擬仿真教學(xué)等多種教學(xué)形式有助于融合多元化的線上線下學(xué)習(xí)資源，優(yōu)化教學(xué)路徑、提升教學(xué)效果以及完善教學(xué)評(píng)價(jià)等。

3.2 精準(zhǔn)學(xué)情跟蹤

教師運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)全面記錄、跟蹤、掌握、預(yù)測和研判學(xué)習(xí)者的不同學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)行為，為不同的學(xué)生建立學(xué)習(xí)模型，并為不同類型的學(xué)習(xí)者打造個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，提供符合個(gè)人學(xué)習(xí)水平的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并生成學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)軌跡［11］。 通過大數(shù)據(jù)理解、評(píng)估、反饋、改進(jìn)教學(xué)，找出教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源、學(xué)生認(rèn)知、教師個(gè)性等相關(guān)變量同最終學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系，從而解密“教學(xué)黑箱”，提升教學(xué)質(zhì)量。

在5G 技術(shù)的支持下，學(xué)生課前通過教師提供的學(xué)習(xí)資料和預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)任務(wù)，開展自主學(xué)習(xí)并主動(dòng)完成學(xué)習(xí)測試，主要完成事實(shí)性知識(shí)的學(xué)習(xí)。 在課中，通過教師的講授和引導(dǎo)，學(xué)生不斷地進(jìn)行概念性知識(shí)以及程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)和思考，并通過課后的練習(xí)和實(shí)踐，進(jìn)行鞏固和學(xué)習(xí)遷移，最終完成元認(rèn)知知識(shí)的學(xué)習(xí)。 教師通過大數(shù)據(jù)技術(shù)采集學(xué)生的課前預(yù)習(xí)作業(yè)、在線學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)疑問等，為課中的教學(xué)做好準(zhǔn)備以及答疑；課中針對(duì)學(xué)生課前的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分布式深入講解和探討，通過人臉識(shí)別技術(shù)捕捉學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)表情，從而掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和情感；教師通過學(xué)生課后提交的作業(yè)，對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行及時(shí)批改和反饋。 從課前、課中到課后，教師通過智慧教學(xué)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行記錄、觀察與分析，從而對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)效果有準(zhǔn)確的把握，以便于針對(duì)薄弱知識(shí)點(diǎn)、重難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)練習(xí)和作業(yè)及時(shí)評(píng)價(jià)與反饋。

3.3 多場景教學(xué)互動(dòng)

基于5G 技術(shù)支持的智慧課堂可以支持多場景互動(dòng)。 教師通過音視頻與學(xué)生及時(shí)交流與互動(dòng)，解答學(xué)習(xí)疑問，引導(dǎo)學(xué)生深層次思考。 一方面，基于5G 技術(shù)支持的泛在網(wǎng)結(jié)合VR，AR 等虛擬技術(shù)開展人機(jī)互動(dòng)，兼容線下課堂的混合式教學(xué)互動(dòng)，幫助學(xué)生強(qiáng)化感官體驗(yàn)，交流體驗(yàn)感想，增進(jìn)師生情感。 另一方面，針對(duì)教育基礎(chǔ)設(shè)施欠缺、教學(xué)資源薄弱、師資配備不齊的農(nóng)村學(xué)校，利用5G 技術(shù)開展“雙師課堂”以及“三個(gè)課堂”教學(xué)互動(dòng)，以優(yōu)質(zhì)學(xué)校為主體，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)校、網(wǎng)絡(luò)課程等形式，系統(tǒng)性、全方位地推動(dòng)優(yōu)質(zhì)教育資源在全國范圍內(nèi)共享，滿足學(xué)生對(duì)個(gè)性化發(fā)展和高質(zhì)量教育的需求，實(shí)現(xiàn)基于5G 技術(shù)的“雙師課堂”。

近年來，隨著直播教學(xué)引發(fā)的直播互動(dòng)通過5G技術(shù)的穩(wěn)定性和低時(shí)延支持多人多元化的同步在線互動(dòng)，通過文字互動(dòng)、語音互動(dòng)以及視頻互動(dòng)完善了教學(xué)互動(dòng)的內(nèi)容和方式，獲得了師生的認(rèn)可。 基于5G 技術(shù)支持的多場景互動(dòng)，彌補(bǔ)了師生面對(duì)面互動(dòng)受時(shí)間、空間以及參與范圍的限制，還通過多元化的文字、語音、視頻等形式互動(dòng)，拓展了互動(dòng)內(nèi)容的廣度和深度，優(yōu)化了互動(dòng)路徑的技術(shù)，提高了互動(dòng)的質(zhì)量和效果。

4 結(jié)語

基于5G 技術(shù)的智慧課堂教學(xué)不僅構(gòu)建了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)場景的具身體驗(yàn)，同時(shí)幫助教師監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程并進(jìn)行教學(xué)大數(shù)據(jù)分析，還通過多場景互動(dòng)，擴(kuò)大了學(xué)生互動(dòng)參與范圍和互動(dòng)深度。 在教育新基建背景下，運(yùn)用5G 技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能測評(píng)技術(shù)、多媒體網(wǎng)絡(luò)傳播技術(shù)等多種技術(shù)支持智慧課堂、未來學(xué)校等開展教學(xué)，為學(xué)習(xí)者提供移動(dòng)的學(xué)習(xí)資源庫、多樣化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、靈活性的學(xué)習(xí)方式，有效地支持各類學(xué)生進(jìn)行多元化多層次的學(xué)習(xí)，促進(jìn)高階能力的發(fā)展，以滿足各層次人才培養(yǎng)的需求。