教学组织形式的变迁及其未来趋向——基于5G技术的发展

孙川惠

(北华大学教育科学学院，吉林吉林，132013)

《中国教育现代化2035》指出，在信息化时代背景下，建设智能校园，创新教育服务业态，推进教育治理方式变革。本文从阐释技术介入教学组织形式的历史发展入手，结合5G技术的发展，探究教学组织形式的未来趋向。

一、历次工业革命背景下教学组织形式的变迁

生产力的发展、社会形态的变迁和科学技术的进步，是推动教学组织形式变迁的根本力量。

(一)蒸汽机时代

18世纪下半叶，英国开始了第一次工业革命，蒸汽机取代人力与畜力成为主要生产工具，社会对科技人才的需求增加，以口头讲授的简单形式传递生产知识无法支持产业的持续革新。教会学校、星期日学校逐渐兴起，夸美纽斯的班级授课制极大地提高了教学效率。可以说，这是一个“工业化”过程，机器化大生产的思想向教育领域渗透，使学校成为能够按照社会要求“批量化”生产人才的重要机构。

(二)电气化时代

19世纪下半叶，第二次工业革命兴起。随着社会内部分工的精细化，学校教育开始向中产阶层与工人阶层开放，班级内学生数量增多，导致教师教学任务繁重，学生学业成绩参差不齐。班级授课制存在局限性，不但不能适应工业社会对创新人才的需求，而且机械化教学不利于因材施教与良好个性的发展。[1]分层教学强调学生的自主选择性，金格尔以能力为分组标志，创办了“曼海姆能力班”。[2]20世纪上半叶，进步主义教育运动推动个别化分层教学广泛传播。以文纳特卡制、道尔顿制为代表，进步主义教育运动主张以学生为中心，教室不仅仅是学生学习的静态场所，还是学生开展实践活动的动态场所，学生能够自发地按照自己的兴趣、速度和能力完成每一个任务。[3]

(三)信息化时代

20世纪下半叶，以信息技术为代表的第三次工业革命兴起。教师不仅要传授知识，还要培养学生的创新意识、创造能力与批判精神，积极推行混合教学、小组合作学习、互动教学等以学生为主体的生态课堂，充分运用多元化的教育信息技术、互联网科技、大众传播媒介等手段适应第三次工业革命的需要。[4]

(四)智能化时代

智能时代的重要技术包括以5G为代表的通信技术、以人工智能为代表的智能技术以及以大数据为代表的信息技术，都是推动智能教育发展的关键力量。以数据驱动为核心，以人工智能为关键技术，智能时代能够进行大规模的个性化、精准化、差异化及智能化教学。第一，利用人工智能进行个性化教学，可以为学生推荐合适的学习途径与学习资源，客观地评估教学质量，帮助教师更好地调整和改进教学策略和课程设计。第二，利用人工智能进行精确教学，可以准确定位和纠正学生知识体系中的薄弱环节，使学生从根本上理解和掌握知识。第三，利用人工智能进行差异化教学，可以根据学生的优缺点设计课程，教师可以真正实现因材施教。第四，利用人工智能进行智能化教学，教师可以通过智能技术深入了解每位学生的具体情况，并根据学生的学习习惯和知识掌握程度，制订相应的课程计划，进行有针对性的人才培养。可见，先进的智能技术将会引发新一轮的教育变革，5G技术的诞生进一步引导人类向智慧教育阶段转型。

二、5G的概念及其基本特征

(一)5G的概念

第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Networks，简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，凭借容量大、速度快、低延迟等特点能够同时与多个大规模设备连接。[5]

(二)5G技术的基本特征

1.高速度

5G网络的数据传输速率一般可达1.25Gbs，比4G蜂窝网络快百倍。而毫米波技术的应用不仅解决了频谱资源有限的难题，而且提高了频谱利用率，使得5G网络的速度更加稳定。[6]如华为公司首次发布的5G商用芯片巴龙5G01，其在理论上可实现最高2.3Gbps的下载速率。[7]

2.泛在网

泛在网是指5G网络横向的广泛覆盖与纵向的深度连接。通过建立小基站消解高频导致的信号衰减问题，实现万物互联。小基站可以被建在任何场所，甚至包括图书馆、办公室等信号难以接收的地方。[8]

3.低延迟

5G技术具有较低的网络延迟与快速的响应时间的特点，其延迟低于1毫秒，而4G技术延迟一般为90毫秒—100毫秒。

4.低能耗

低能耗是5G技术的核心，高频段通信、超密集异构网络、波束成形等都为其提供了技术支撑。结合超精益设计与虚拟的网络功能，5G技术能保证用户在高速移动中正常通信，并减少设备中的能量消耗。[9]

三、教学组织形式的未来趋向

将5G技术运用于学校教育已成为必然趋势，教育部2018年印发的《教育信息化2.0行动计划》中指出，推动人工智能、大数据、物联网等新兴技术支持下的教育模式变革和生态重构。[10]5G技术不仅意味着网络速度的提升和网络容量的扩大，而且作为物物互联的基础，更意味着自动化与智能化，虚拟现实、增强现实、混合现实等都将成为常态。5G技术能够为教师和学生创造出与传统媒体、电化教学媒体不同的环境，教学组织形式在时间与空间上不受限制；教师由孤立教学转向多元主体教学，由线下教学转向实时教学；学生由人与人的交流学习转向人与万物交互学习，由单一的文本学习转向情境化体验学习。

(一)教学在时空上拓展

1.时间

以5G技术为依托，通过智能云端云服务、移动学习终端与云学习中心等媒介，教师可随时与学生进行线上交流，利用云端反馈机制对学生进行监督与评价，提升教学过程的灵活性，既可以向前延伸，了解知识的结构与内容，又可以向后延伸，掌握知识的重点与难点。

2.空间

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)能够通过计算机、图形工作站以及其他相关设备生成虚拟环境，并借助头戴显示器使学习者获得良好的沉浸感。[11]VR技术支持的教学不同于传统教学中主要基于教科书和数字符号的一维形式，也不同于主要基于教学视频和语音的二维形式。[12]以VR为教学的技术媒体，能让学生置身在听觉、触觉、视觉等多种传感器的相互作用之下。

与仅允许学生看到虚拟环境的虚拟现实技术相比，增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术可以使学生同时感受虚拟和现实环境。一些学者将AR技术归类为一种教育产品，包括AR阅读、教学演示、动作指导、教育游戏和开发工具五种类型。[13]在实际教学中，生动的示范和游戏可以更好地引起学生的注意和兴趣。例如，当一个人想了解“恐龙”这一概念时，通过增强现实技术，就可以准确地利用Earth 3D复制虚拟恐龙，让真实情况与虚拟世界连接起来。

5G作为低延迟的本地平台，可以使学习者在与世界零距离接触的情况下拥有真实的感知体验。例如，长时间佩戴VR和AR头盔会引起头晕，而5G网络可以消除与延迟相关的影响，并为学习者提供真正无缝和身临其境的学习体验。[14]

作为一种快速发展的新交互技术，混合现实(Mixed Reality，简称MR)技术已合并并创新了虚拟现实技术和增强现实技术。在扩展设备的支持下，MR允许教师和学生使用手势、体感、注视和触摸，与虚拟或真实对象进行交互并提供多种反馈的方式。[15]混合现实技术促进了虚拟教学环境与真实教学环境之间的联系。

(二)从教师角度分析

1.由孤立教学转向多元主体教学

一位教师面对多位学生的固定班级教学存在着诸多问题。例如，课堂教学过程固定化与形式化，不能容纳与适应更多的教学内容与教学方法，教师作为课堂的支配者，拥有绝对话语权，学生的主动性与创造性受到限制。随着教育信息化的发展，5G技术优化与创新了课堂教学，即使教师与学生相隔万里，利用5G网络进行信息传递，也能实现大范围的教学资源共享，让教师由孤立教学转向多元主体教学。首先，教师的角色被赋予新的内涵，教师由原来的“教书匠”成为学生心灵的“培育者”与“引导者”，更加关注学生的情感需求，体现多元主体课堂不同的价值与意义。其次，在具体的教学情境中，教师与学生共同拥有多种信息、任务与问题的选择，彼此能够进行协商性对话。最后，多元主体教学不再局限于固定的课本，生成性的动态知识也将受到重视。例如，华中师范大学附属中学借助5G网络与全息投影技术，使位于福州的蒋老师与位于武汉的苏老师连线，共同为学生展示了“光与通信的奇妙旅程”一课。

2.由线下教学转向实时教学

传统的班级授课制要求学生在同一时间进入固定教室进行学习，只能通过调整教室内桌椅的顺序来实现更好的教学效果，如秧田形、马蹄形以及圆形等。[16]如今，智能信息技术让课堂教学从固定不变的线下模式变为随时交流的线上模式，使教学活动走出固定教室。高速度与广覆盖的5G网络让偏远地区的学生也能接受高质量的教育。

(三)从学生角度分析

1.由人与人的交流学习转向人与万物交互学习

目前，学生主要通过师生交流、生生交流这种联动进行课堂交互，但这只是局限于人与人之间。在5G技术的支持下，学生在课堂上接触到的对象可以是万物。万物互联是5G信息技术时代的主要特点，学习过程是指人与物之间的协作，不仅包括学习者之间的人际互动，还包括图书馆、实习场所与实验室等组成的所有事物之间的相互作用，使传统的课堂教学从人与人之间的狭窄学习转向人与万物智能交互的学习。[17]

2.由单一的文本学习转向情境化体验学习

单一的文本学习不再是提高学生认知与思维能力的唯一途径，真实课堂与虚拟环境相互交融，能够为学习者提供丰富多彩的情境化体验，在一定程度上改变学生的学习方式。利用5G技术能够提升虚拟现实的真实感，优化增强现实的画面感，使混合现实的交互方式更加自然，学生学习与周围环境紧密联系，第一体验式学习将成为未来课堂的主要方式。例如，在认识24个字母的课上，教师可以利用混合现实技术将24个字母以3D的形式悬浮呈现，让学生使用声音、手势或动作与每个字母进行互动。