5G技術(shù)在智慧教學領(lǐng)域的應(yīng)用探究

張俊哲 張豐 張小涵 張正

摘要：智慧教學作為教育信息化的重要應(yīng)用之一，是解決教學管理問題和提升教學質(zhì)量的重要方式;5G技術(shù)為智慧教學提供了創(chuàng)新方法，為完善智慧教學體系提供了有力保障，探究5G技術(shù)在智慧教學領(lǐng)域的應(yīng)用，是進一步推動教學教育變革的必然要求。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);智慧教學;教學應(yīng)用

中圖分類號：G642? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）14-0102-02

5G，即第五代移動通信技術(shù)，它作為4G的延伸，不僅具備大帶寬、大連接和低延時等網(wǎng)絡(luò)能力，同時具備人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和邊緣計算等基礎(chǔ)共性能力，另外還具備超高清視頻、視頻監(jiān)控、VR/AR、無人機及機器人等行業(yè)共性能力。5G網(wǎng)絡(luò)能力、基礎(chǔ)共性能力和行業(yè)共性能力的融合，一方面大幅度提升了個人用戶高帶寬移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗，創(chuàng)造出新的生活娛樂應(yīng)用場景;另一方面構(gòu)成了新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，成為推動傳統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級與數(shù)字經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基石。

智慧教學，利用智能感知以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過攝像頭、傳感器等各類采集設(shè)備全面采集校園課堂的信息，然后利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對采集到的信息進行全方位的分析，并最終將分析結(jié)果投射到具體的學校教學及科研等工作當中，進一步實現(xiàn)教學工作的多樣化[1]。

目前，國家相繼推出相應(yīng)政策強調(diào)教育信息化在推動教育現(xiàn)代化過程中的地位和作用。新型教育信息化不僅涵蓋信息環(huán)境建設(shè)、軟硬件支持，更通過建設(shè)多實踐領(lǐng)域、多應(yīng)用場景、全環(huán)節(jié)覆蓋、全民全域普及的實施路徑，使得教育逐漸智慧化，智慧教學正是信息化教育逐漸成熟后必然產(chǎn)生的教學方式。5G與人工智能、VR/AR，超高清視頻、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的融合，將為智慧教學工作進一步提供強大的網(wǎng)絡(luò)支撐，解決線上理論與實踐教學不均衡的問題。因此在校園建立以5G為基礎(chǔ)的智慧教學體系，將為進一步推動教學教育變革提供強大動力。

1 智慧教學的現(xiàn)狀

1.1 教學管理不規(guī)范

目前，在教育教學領(lǐng)域中，利用手機和電腦等終端設(shè)備聯(lián)網(wǎng)學習已經(jīng)越來越普及，然而，當前無線網(wǎng)傳輸過程中存在網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)延時嚴重、傳輸速率低下等問題，嚴重影響教師的網(wǎng)絡(luò)教學效果，從而導(dǎo)致教學過程中存在的問題無法及時得到反饋和解決，教學情況分析存在較大偏差，無法形成規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)教學管理體系。

1.2 教學方法較單一

當前教育模式下，受限于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及設(shè)備等原因，日常教學方法仍然以教師主講學生被動接受為主，導(dǎo)致學生學習積極性不高、學習效率低，教學質(zhì)量不高。倘若能夠在課堂中融入人工智能、虛擬仿真、 VR/AR 等技術(shù)，將能充分調(diào)動學生的視覺、聽覺和感覺等多感官參與，為學生提供更加真實的教學環(huán)境，使學生將被動學習變?yōu)橹鲃訉W習。同時，針對具有一定危險系數(shù)較高的實踐訓練項目，通過上述方式同樣能發(fā)揮教學效果，還可以保障師生的身心健康。

1.3 教學資源較匱乏

目前，智慧教學過程中存在著教學資源重復(fù)、數(shù)量匱乏、教學資源不均衡等問題。一方面，受限于當前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備的原因，移動互聯(lián)網(wǎng)教學平臺數(shù)量有限，內(nèi)容重復(fù)率高，另一方面，城城間、城鄉(xiāng)間、校際間存在著較為嚴重的教學資源分配失衡的問題。倘若5G技術(shù)能夠提供大量的通信網(wǎng)絡(luò)與教學傳輸設(shè)備，使得傳統(tǒng)的課堂空間限制能被打破，課內(nèi)外的信息數(shù)據(jù)壁壘將不復(fù)存在，從而進一步突顯網(wǎng)絡(luò)教學資源的豐富性。

2 5G技術(shù)對智慧教學的意義

在2017年1月國家發(fā)布的教育事業(yè)“十三五”規(guī)劃中，規(guī)劃提出要支持各級各類學校建設(shè)智慧校園體系，綜合利用大數(shù)據(jù)、人工智能來探索教學教育模式。眾多學校紛紛建立自己的規(guī)劃，探索如何把新的技術(shù)應(yīng)用到教學里面去。2019年，中國移動通信集團發(fā)布《5G智慧教育白皮書》，并聯(lián)合多家互聯(lián)網(wǎng)、教育等領(lǐng)域的高校、科研機構(gòu)和企事業(yè)單位，成立了5G智慧教育合作聯(lián)盟，該聯(lián)盟以5G技術(shù)為主導(dǎo)，建立了“教育”“學習”“生產(chǎn)”“研發(fā)”的教育合作系統(tǒng)，5G智慧教學應(yīng)運而生[2]。5G智慧教學是對傳統(tǒng)智慧教學的一次革新，它通過將5G技術(shù)應(yīng)用到軟硬件設(shè)備中，結(jié)合更高速率、低延時、大帶寬的5G網(wǎng)絡(luò)，將使得教學過程更為流暢，為教育工作者和學習者帶來更愉悅的學習體驗。

2.1 教學管理更規(guī)范

隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，教學工作將更加智能化，任何類型的教學工作能夠在任何時間以任何形式被提供，極大解決了網(wǎng)絡(luò)教學體系無法形成閉環(huán)的問題。同時，更加完善的教學環(huán)境可以給教師和學生帶來更直觀和暢通的互動模式，從而打破了教學管理工作在時間、空間、內(nèi)容等方面受到的限制。

2.2 教學方法更多樣

基于5G技術(shù)的智慧教學模式無限接近線下教育模式，同步在線教學、異步在線教學、在線翻轉(zhuǎn)課堂教學等模式使得教師與學生之間的實時交互更加有效。而全息遠程技術(shù)、VR/AR則通過“沉浸式”教學方法讓學生獲得更加身臨其境的學習體驗[3]，從而更好地將被動接受知識轉(zhuǎn)化為積極主動地吸收知識。

2.3 教學資源更豐富

5G技術(shù)所具備的能力有效拓展了在線教學工作中大數(shù)據(jù)之間的聯(lián)通，打破了空間和時間上的壁壘，擴大了課堂空間，加大了校際之間的課程共享及共建，豐富了互聯(lián)網(wǎng)教學資源，使得偏遠地區(qū)的學生通過網(wǎng)絡(luò)也可以獲得豐富的課程資源，有效避免了課程資源的浪費。

3 5G技術(shù)在智慧教學領(lǐng)域的應(yīng)用

智慧教學的目標是使教師完成對學生智慧型學習內(nèi)容的傳授，并基于學生的反饋提供交互性的支持。通過借助5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大帶寬、低延時、高速率的特性，結(jié)合5G基礎(chǔ)共性能力和行業(yè)共性能力，應(yīng)用5G技術(shù)將使得智慧教學的效果及創(chuàng)新等方面得到全面提升。而5G技術(shù)在智慧教學領(lǐng)域的應(yīng)用可以歸納為以下三個方面。

3.1 直播互動課堂的應(yīng)用

2019年，中國移動聯(lián)合廣東實驗中學打造“5G·我即校園”5G 智慧教育應(yīng)用。借助5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，通過高清音視頻與多媒體協(xié)作，為師生們提供直播互動課堂應(yīng)用。學生可以在線觀看上課過程，對教師授課過程中的表現(xiàn)進行打分，系統(tǒng)將對打分進行評估并提供改進意見。該應(yīng)用不僅提升了師生之間的交互性，同時能夠幫助教師發(fā)現(xiàn)教學過程中的問題并進行及時改進，有助于提升教學質(zhì)量。

3.2 VR/AR 課堂的應(yīng)用

借助5G技術(shù)能夠用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）將課堂中較為抽象且難以理解的知識點以更加形象直觀的形式表達出來。例如，中國移動聯(lián)合蘇州工業(yè)園區(qū)星洲學校打造了5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下課堂交互式體驗教學項目，為中小學課堂教學帶來新活力。該項目主要采用 5G+MR 智能沙箱，學生可以通過佩戴頭顯設(shè)備，將沙箱中的沙子塑造成各種地理形狀，自由創(chuàng)作交互內(nèi)容，在虛擬的地理地貌中漫步，獲得沉浸式體驗。極大地提升了學生自主學習的興趣。

另外，基于5G技術(shù)的增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）也能夠通過還原場景讓學生形成更加全面的整體認知能力，并且達到完成教學目標的任務(wù)。比如北京郵電大學采用5G網(wǎng)絡(luò)與全息直播技術(shù)，實現(xiàn)了兩校區(qū)同上一門課。在遠端教室，授課教師的三維全息投影人像清晰呈現(xiàn)，如同站在本教室講臺上為大家實時授課。通過在教室里配備AI助學機器人，在現(xiàn)場針對課程內(nèi)容進行提問互動，從而完成教學目標。

3.3 校園安全監(jiān)控的應(yīng)用

在教學過程中，校園安全無疑是最重要的。通過5G網(wǎng)絡(luò)，搭載人工智能視頻分析，對校園進行360度全方位、全天候的監(jiān)控管理和智能分析，以確保校園的絕對安全。北京師范大學在昌平校區(qū)通過360度攝像機在校園內(nèi)巡邏過程中實時采集圖片及視頻數(shù)據(jù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控平臺，利用人臉識別分析，與授權(quán)獲取的校園數(shù)據(jù)庫中的師生身份信息進行比對，精確區(qū)分人員身份，辨別陌生人及訪客，為校園安全提供了有力的信息化保障手段。

4 5G技術(shù)在智慧教學領(lǐng)域應(yīng)用中的注意事項

4.1 搭建閉環(huán)教學管理模式

基于5G技術(shù)的智慧教學模式下，學生的學習對網(wǎng)絡(luò)和平臺的依賴程度更強，因而學校需要搭建閉環(huán)教學管理模式，使教師進行所承擔課程的全程監(jiān)管，在以引導(dǎo)學生自主學習為原則的基礎(chǔ)上進行監(jiān)督管理，以保證課堂教學的效果。

4.2 構(gòu)建智能教學分析體系

在大數(shù)據(jù)時代，教學數(shù)據(jù)貫穿于教學活動的始終，因此數(shù)據(jù)信息化的應(yīng)用極為必要，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，教學分析體系尚存在一定缺陷，無法做到精準分析教學數(shù)據(jù)，導(dǎo)致教師缺乏對教學情況的精準掌控。要想精準挖掘、分析教學數(shù)據(jù)，打通數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，必須加強構(gòu)建智能教學分析體系，有效建立“5G+智慧教學”模式，借助良好的智慧教學應(yīng)用機制，結(jié)合學校自身教學現(xiàn)狀，從而達到5G技術(shù)在智慧教學中的良好應(yīng)用，提升教學質(zhì)量。

4.3 重點關(guān)注教學薄弱環(huán)節(jié)

由于基于5G技術(shù)下的智慧教學模式同屬于線上教育模式，因而在應(yīng)用過程中必定存在一定的漏洞，這就需要教師及時針對課堂教學過程進行復(fù)盤，重點關(guān)注教學過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，加強智慧教學體系建設(shè)與教學課程的聯(lián)系，使其能夠保障教學工作的順利開展 [4]。另一方面，將5G技術(shù)應(yīng)用在課堂當中，初期會引發(fā)學生的新鮮感，學生在初始階段會保持一定的好奇心，然而到了中期，隨著適應(yīng)力的提升，新鮮感會逐步下降，使得學習效果下降，因此教師也需要對此進行重視。

5 結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育形式的不斷發(fā)展變革，基于5G技術(shù)的智慧教學應(yīng)用范圍逐漸擴大。5G技術(shù)大大提高了智慧教學模式中師生、生生、人機間的互動交流，不僅有利于創(chuàng)造更加輕松愉悅的教學氛圍，而且有利于教學質(zhì)量的進一步提升。因此，在教學中應(yīng)用5G技術(shù)具有前瞻性和時代性，有助于推動教育的發(fā)展與變革。

參考文獻：

[1] 艾倫，張鵬.5G技術(shù)在教育信息化中的作用辨析[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（16）：1-3.

[2] 孫立會，劉思遠，李芒.面向2035的中國教育信息化發(fā)展圖景*——基于《中國教育現(xiàn)代化2035》的描繪[J].中國電化教育，2019（8）：1-8，43.

[3] 王官，杜建軍，李愛華.5G時代推動高職院校在線教育高質(zhì)量發(fā)展的策略研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2020，38（10）：203-205.

[4] 王琦，黃宗偉.基于5G時代下的高校教學模式創(chuàng)新探究[J].中國成人教育，2020（20）：52-54.

收稿日期：2022-01-13

作者簡介：張俊哲（1990—），女，湖北當陽人，碩士，助教，空軍預(yù)警學院雷達士官學校，主要研究醫(yī)療設(shè)備開發(fā)、傳感器開發(fā)。