5G背景下智慧教育建设方案初探

邵华 吴华芹

摘要：随着全球教育信息化战略推进和教育投入持续稳步增长，各国的教育信息化建设取得了重大进展，教学水平持续提升。追求教育公平和质量、教育创新、个性化教育、能力培养已成为当今教育的共同主题。基于第五代通信网络技术、互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等技术打造智能化、感知化、泛在化的智慧教育新模式，成为教育建设主旋律，开启教育新阶段。本文基于该背景，探究基于5G背景下的智慧教育建设新方案。

关键词：5G;智慧教育;建设方案

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）28-0164-02

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》发布后2012年3月教育部发布《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》，开启我国“教育信息化1.0”时代。为深入落实十九大的“教育现代化、建设教育强国”战略，2018年4月教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》。教育信息化2.0强调以信息化全面推动教育现代化，到2022年基本实现“三全两高一大”发展目标，即教学应用覆盖全体教师、学习应用覆盖全体适龄学生、数字校园建设覆盖全体学校，信息化应用水平和师生信息素养普遍提高，建成“互联网+教育”大平台，推动从教育专用资源向教育大资源转变，努力构建“互联网+”条件下的人才培养新模式。同时，国务院总理李克强在2018年《政府工作报告》中，进一步明确了加强新一代人工智能研发应用，在医疗、养老、教育、文化、体育等多领域推进“互联网+”，强调发展公平而有质量的教育。互联网的发展，云计算、大数据、人工智能（A1）的逐步应用，教育逐步从传统教育向智慧教育变革，开启了教育信息化新时代。智慧教育在全面关注“物、人、教、育”的基础上，借助互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术打造智能化、感知化、泛在化的教育新模式，通过个性化、精细化、沉浸式学习教学，提高课堂教学效果，增强学生学习兴趣，提升学习效率。

1智慧教育+5G定义

第五代通信网络（5G）通过提供人人通信、人机通信和机器之间通信的多种方式，支持移动因特网和物联网的多种应用场景。同时，5G网络通过提供多样化业务需求和业务特征的能力，适应不同应用场景的灵活性和多样化的业务需求，如超宽带、超低时延、海量连接、超高可靠性等。借助5G网络超宽带、超低时延、海量连接、超高可靠性的特性，受益于4K/8K高清、XR虚拟与增强现实技术、人工智能等新技术的引人，智慧教育将在教学效果、教学智能、教学创新和教学网络覆盖等方面得到极大的提升，实现沉浸式学习体验、丰富灵活的教学方法、高速快捷的用户组网与接入。智慧教育+5G应用服务有助于教育行业改革，人工智能、虚拟现实、全息互动教学的应用、物联网校园管理流程的优化等可以提升教育资源的协作，助力教育智能化发展。

2 5G智慧教育方案

2.1 5G+VR教学

虚拟现实教育即教育VR化，是指在教育领域（教育管理、教育教学和教育科研）全面深入地运用现代虚拟现实技术来促进教育改革与发展的过程。其技术特点是数字化、网络化、智能化和多媒体化，基本特征是开放、共享、交互、协作。以教育VR化促进教育现代化，用虚拟现实技术改变传统模式。

通过5G技术和虚拟现实技术结合应用于教育教学领域。目前虚拟现实内容需要实时进行图形渲染，导致虚拟现实终端价格昂贵、设备笨重、同时需要HDMI线连接终端影像移动性，内容也以本地为主，得不到高效的分发，用户无轻便的渠道获取VR内容，内容厂商版权也无法得到有效保护，从而制约了虚拟现实教育领域的发展。而通过5G的大带宽、低时延，将虚拟现实的渲染功能放到云端，将终端无绳化、渲染实时云化、内容统一分发，让学生能够更好地沉浸到虚拟现实教育内容中，提升学习效果;同时让厂商优质内容得到保护，促进整个虚拟现实教育生态链的发展。VR教育技术可以实际应用与课堂教学、实验课堂以及远程研究等方面。

2.25G+远程交互

远程互动教学是指通过高清视音频通讯与多媒体协作，实现师生实时交流，为学习者提供身临其境的课堂体验效果和随时随地的远程学习服务，支持并满足各种网络条件下的教学、培训、研讨、会议、考试等业务。借助5G eMBB增强移动宽带和uRLLC超可靠低时延通讯的支撑，受益于4K/8K超高清视频、xR虚拟与增强现实技术、人工智能等新技术的引入，新一代远程互动教学将在教学体验和教学效果上获得颠覆性的改观和提升，实现超清视频的沉浸式互动学习、AR虚拟课堂、远程AR实验与协作、全景课堂录播与直播、智慧教室等创新应用，并通过高速快捷的用户组网与接入，实现灵活的移动学习和广阔的地域覆盖。同时，借助5G网络切片技术、边缘计算、云计算和大数据的应用，新一代的云教育资源与管理平台将支持远程互动教学实现多种教学体系资源共享，富媒体互动、多媒体智慧教室与在线教学、移动教学紧密结合，有效延伸，形成集中管理、统一维护、互联互通、灵活智能、共享开放的应用模式。新一代远程互动教学体系架构如下图所示，包括了教室和终端、传输与接入网络、媒体支撑、远程教育云平台以及在上述基础上实现的各类互动远程教学业务。其中值得特别关注的是在5G网络支持下，超清视频、XR、人工智能三大新技术对传统远程互动教学带来的体验提升和应用创新。实现多点远程互动教学，教学场景自动跟踪，识别和切换。

2.3 5G+人工智能教育

人工智能和教育的结合，主要集中在教育的教、学、考、评、管方面。通过数据采集，实现教学数字化到数据化，为老师减负增效，减少教师重复工作时间;实现对学生个性化分析、以学定教、提升学习的效率与质量;能够为教学管理提供大数据辅助决策与建议，为科学治理提供支撑。未来，人工智能在教育领域会起到“穿针引线”的作用，给学生、老师、学校管理者提供辅助或者决策性的分析，利用人工智能技术提高教育教学水平。5G是万物互联的基石，AI是万物互联的助推器，二者作为新时代的生产力，将带来整个社会生产方式的改变和生产力的提升。两者相加，相互作用，AI将使能于5G网络，优化5G网络，推动5G网络落地。5G同样能够使能于AI，改变生产方式、改变社会生活，5G使AI无处不在。未来，5G与AI相辅相成，边缘计算能够加速AI的部署落地，通过“超级大脑”，云、边、端会进一步協同起来，让AI更好地融人万物互联的世界。人工智能离不开大量的计算资源及存储资源，大量的数据通过有限的网络连接传输至位于集中式数据中心的分析引擎进行数据分析，未来，当大量用户接人数据中心时，中心化的数据机房就出现响应不及时、延时过高等情况，同时大带宽的成本不但令用户难以接受，中心化的机房的网络建设成本也令运营商难以接受。通过5G边缘计算技术，能够解决这些难题，边缘计算靠近物理设备或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，来满足AI快速连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求技术，使得AI应用的性能、整体可靠性大大提升。边缘计算的另一大优势也在AI领域得以发扬光大，就是实时性。例如AR/VR，互联汽车，无人驾驶、远程医疗，以及智慧城市，上述这些智能终端产品及解决方案，都是无法容忍超过数毫秒的时延，并对于抖动或时延变化极其敏感的。举例来说，互联汽车要求低时延、高带宽，并基于接近于用户计算和内容存储，这些条件都使得边缘核心成为必备项。在很多场景下，尤其是使用封闭式自动化操作来维护高可用性的场景，响应时间必须保证在几十毫秒内，而这种条件除边缘计算外是无法达成的。人工智能智慧教学系统，不但可实现基础的课程音视频录制、直播、教学互动等功能，更能通过教室中的摄像头收集视频，通过5G网络将视频上传至MEc边缘云，部署在边缘云的人工智能服务器对视频进行分析收集数据，5G的大带宽、低时延的特性可以使AI助教系统仿佛部署在本地一样快速反应。

3结束语

“互联网+教育”是国之大计，民之所向。建设教育强国办好人民满意教育、解决教育发展不平衡不充分的问题、让每个孩子通过教育获得美好人生均需要不断采用新技术。中国移动作为5G行业的先行者，基于5G综合大数据、人工智能、云计算等前沿技术，将更好赋能教育行业，加快“互联网+”发展进程，推动实现教育现代化、助力教育公平化。