浅谈“5G+VR”技术在教育教学中的应用

摘 要：虚拟现实技术是近年来快速发展的模拟人与环境的交互技术，伴随着5G时代的来临，“5G+VR”技术在教育教学领域显示出巨大的潜力，文章对教育教学领域应用5G技术进行了理论阐述，分析了虚拟现实技术在当前教育教学中的问题，并以成都天府七中为例探讨了5G时代下虚拟现实技术在教育教学中的应用及“5G+VR”技术发展的优势。

关键词：5G技术;虚拟现实;教育教学

一、 引言

虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪发展起来的一项利用特殊的输入设备和一些能实现三维图形和三维音效的特殊输出设备来模拟人和环境之间的交互技术，该技术通过计算机和电子技术模拟出一个三维空间的虚拟世界，通过传感设备，提供视觉、听觉、触觉等实时感知，令用户“沉浸”于模拟环境中，可以即时、没有限制地观察三维空间内的事物，具有多感知性、存在性感交互性、自主性的特点。

虚拟现实技术目前已经在军事、医学、教育、制造、娱乐等多个领域的广泛发展。在教育教学领域中，虚拟现实技术的作用主要体现在建立虚拟的学习环境，通过建立与真实环境相近的学习场景，使学生感觉自身似乎处于真实环境之中，可以通过该环境模拟实验操作环境和流程，还可以表达深奥的概念以及复杂的概念。

5G技术的应用能够实现万物互联，使虚拟现实、全息视频、自动驾驶、物联网、车联网、智能家居、穿戴式设备等技术普及化，并能让当前的网络传输速度发生质的飞跃，在教育教学领域，5G能够满足VR全景视频及3D音效传输所需要耗费的大量数据流量，同时可提供长期稳定的大带宽连接性能，满足VR教室中大量VR设备同时运行的带宽要求，并且可以使直播视频，以及远程同步课程等在线教学更加稳定流畅，这将更好地推动线上线下同步学习以及校内外教育资源共享。

二、 虚拟现实技术在当前教育教学中的问题

VR课堂能够为学生提供沉浸式的学习场景和虚拟实景化的教学，可以增强学生对知识的理解，因此在中小学的课堂教学中非常受欢迎，而目前应用的VR教学模式主要包括以下四种：

（一）PCVR教学方式

采用一台PC单机支持一路VR设备的方式，必须以有线方式连接VR设备，学生体验不佳。对学校而言，PC硬件的采购，线路设计，部署及日常维护工作繁重，且资源闲置时无法实现校间共享。

（二）一体机VR教学方式

教育内容直接在无线VR一体机上运行，虽然解决了无线和移动性问题，但一体机自身运算能力弱，导致画面质量不高，流畅度差。

（三）云VR教育+宽带方式

采用VR云平台部署，通过FTTX宽带连接教室，可以实现无线轻量化VR设备教学，但普通宽带的带宽稳定性及时延抖动指标差，无法满足商用且稳定性差。

（四）云VR教育+专线方式

采用VR云平台部署，通过专线连接教室，可实现无线轻量化VR设备教学。专线带宽及时延性能优良，但部署工期长，且由于VR教学带宽要求很高（每个VR教室至少需600Mbps下行带宽），专线租用成本非常高昂。

综上所述，目前的VR教学还存在设备和网络以及成本等问题。由于网络速度的限制，VR课堂的流畅度并不高，这使得学习效果大打折扣。

三、 5G技术下虚拟现实技术在教育教学中的应用

（一）“5G+VR”技术在教育教学中的应用

5G技术支持下的VR课堂更加高效，这将有效提升VR课堂的体验感，使之成为教师在课堂教学中的有力工具。教育资源地区分配不平衡一直是國家的一道大难题，而5G和VR技术的结合可以使得不同地区间共享优质教学资源，以成都市天府七中为例，2019年5月31日，四川省首个5G云教育基地落户成都天府七中，天府七中在“5G+VR”的技术支持下，为凉山州昭觉县万达爱心学校学生送去了两堂优质精彩的情景课程。在5G高速率、低延迟的技术支持下，凉山州昭觉县万达爱心学校学生能够零延迟、多角度的感受课堂氛围，利用VR沉浸式头盔同步感受天府七中的课堂。这种以多个视角和天府七中的师生们共享优秀教学资源，体验身临其境学习的方式，为教育资源均衡发挥重大作用。

（二）“5G+VR”技术发展的优势

5G+云VR教育方案在实践过程中，具有以下优势：

1. 硬件维护简单，可用性高

学校仅需要对VR头戴设备进行日常管理，维护的难度及强度很小。VR云平台配置冗余硬件资源以保障高可用度运行，硬件故障不会影响学校课程的开展。

2. 无线连接方式增强使用体验

每台VR头戴设备均以无线方式，通过5G网络从VR云平台获取运行内容，学生使用体验好，课堂整洁线缆少，保证安全。

3. 内容无缝更新升级

所有课件内容升级更新或新增课程都在非上课时间直接在VR云平台上进行，升级更新不会对教学安排产生影响，学校也不需要再提供另外的管理人力。

4. 无须考虑硬件升级或兼容性

所有新引入的课件均预先在云平台上调试到最佳运行状态，再投放给各学校使用。由于渲染运算在云端进行，故校方无须顾虑运行效果或硬件兼容性问题，引入新课件也不会对学校有硬件升级需求。

5. 软硬件资源共享

基于VR云平台部署的业务模式支持同一组软硬件资源被多个学校的VR教室共享，提高资源利用率同时降低使用成本。VR云平台的软硬件资源可根据其支持的教学点数量及开课率的变化，进行按需平滑扩容调整，而该过程不会对学校授课安排造成影响。

四、 结语

5G下虚拟现实技术能够超越时空和距离的限制，让不同地点的师生同处在一个虚拟环境当中，实现教学资源共享;可以通过提供直观形象的材料，对学生进行图文声像多种感官刺激，激发学生学习兴趣，调动学生参与教学活动的积极性;同时可以弥补实验教学条件的不足，在虚拟环境中尝试各种实验，获得真实实验一样的体会，获得直接经验，同时避免真实实验可能带来的危险，这对教育教学领域的进一步发展具有重大的作用，然而，5G技术的发展还没有普及，虚拟现实技术的使用也还在探索阶段，如何避免随之而来的问题，利用好“5G+VR”技术发挥出最大的教学效率，实现教育普及等问题还值得进一步探究。

参考文献：

[1]姜学智，李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工程技术大学学报，2004（4）.

[2]卞锋，江漫清，桑永英.虚拟现实及其应用进展[J].计算机仿真，2007（6）.

[3]胡卫红，刘道光，王倩，等.虚拟现实技术在教育教学中的应用与研究[J].山东省青年管理干部学院学报，2007（11）.

作者简介：

张巧智，辽宁省大连市，辽宁省大连市第五中学。