5G在线课堂促进偏远农村地区教育公平

摘要：伴随着移动互联网蓬勃发展的同时，在线教育的信息化进程也在稳步推进。为落实教育部“停课不停学”政策，全国范围内的广大师生投入了一场大规模的在线教育热潮。为了让边远农村地区的每一个学生也能同步享有公平而有质量的教育，该文从目前5G应用优势的角度出发，分析了基于Cloud VR和大数据架构的5G远程课堂端到端的解决方案。发展在线教育不仅有利于加速5G商用步伐，也有利于促进偏远农村地区教育的公平发展。

关键词：在线教育;Al;5G移动通信;eMBB;教育公平

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）18-0059-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

为防范新型冠状病毒肺炎这场疫情，在教育部门“停课不停教、停课不停学”的总体要求下，广大学校立即响应开展在线教育。这场突发的疫情，在一定程度上加速了在线教育的发展进程。随着各级各类中专学校的学生自5月起分期、分批、错峰返校，一场疫情过后让我们重新思考教与学。

1 防疫期间在线教育现状分析

在线教育是通过移动互联网技术开展的精准化、个性化的教育方式，实现师生异地交互的教学过程。在防范疫情的特殊背景下，各大院校积极为响应教育部“停课不停学”的相关政策，快速组织教育者、学生、家长开展在线教育。目前大部分在线教育的平台资源开放、灵活便利、具有一定的交互性功能，学生能在家通过手机、平板等移动工具开展在线学习。广大师生主要选择钉钉、腾讯直播、企业微信、职教云、中国大学MOOC等平台，开展在线教育，部分平台有配套一定的教学资源辅助学习，实现线上教学服务为主的教育过程[1]。为配合开展在线学习，学生需要在终端侧安装各种应用APP，包括点播平台、直播软件、QQ和微信答疑互动等，使用手机在几个APP之间来回切换、学习科目多、时间长、交流频繁、灵活性偏弱。防疫期间开展的在线教育不仅考验教师和学生，更考验家长的有效监督，在线教学过程缺乏层次性和个性化，教学效果参差不齐。

受我国长期历史影响、城乡发展差异、家庭背景条件等原因的影响，部分学生缺乏终端设备或网络资源不足，无法正常参与在线学习。由于在线学习课程多，手机终端在多个应用APP来回切换，导致学习终端不够用。再加上部分边远地区4G网络覆盖率低，物理网络资源不稳定，在线教育的教学效果评估困难。以广东省湛江市精准扶贫地区为例，部分家庭贫困的学生缺乏学习终端或家中无网络环境，不能正常参与在线学习。由于受历史地域因素、经济条件和教学资源分配不均衡等原因影响，我国东西部区域、城乡、学校之间的教育资源存在很大差异[2]，偏远农村地区长期处于不公平教育状态。

2 教育信息化2.0发展新阶段

2018年4月，《教育信息化2.0行动计划》标志着我国教育信息化道路从1.0迈进2.0时期。教技[2018]6号文件提出，在移動互联网高速发展新时期，构建“互联网+”在线教育人才培养新模式、发展基于互联网的公平教育服务新模式。在教育信息化2.0发展新时期，应用5G和人工智能发展成果来支撑教育强国建设，解决我国教育资源分配不均衡的现状，助力教育信息化全面发展。

3 5G商用加速在线教育发展进程

3.1 5G商业应用落地

3.1.1政府主导推进5G商用

随着我国ITU - 5G网络持续不断地演进，再加上移动通信重大科技项目的技术攻关，在线教育的技术解决方案不断创新。3GPP标准R15增强移动宽带eMBB于2018年已经冻结，并成为IMT-2020 NSA&SA商用的基线版本。工业信息产业部已在2019年6月分别给我国四大运营商正式发布5G商用牌照，同年10月正式启动5G商用[3]。工信部积极大力推进SG发展和持续演进，教育部门负责统筹协调，顶层支持并布局在线教育发展。通过在线教育管理实践，重塑”以学生发展为本”的教学理念，健全在线教育质量管理机制，促进教育公平发展。

3.1.2端到端的5G在线教育应用，共享高质量教育资源

随着5G技术、云计算、大数据、人工智能AI等技术的不断发展创新，端到端的物联网解决方案迎来了新的突破。在疫情期间，上班族在线办公，广大中小学在线开学，高流量并发在线视频业务，使各大云厂商紧急扩容。据统计，得益于云计算的发展，有多达5000多万学生在钉钉在线课堂学习，钉钉的技术支持阿里云迅速在8天内调拨、打包、运输、调度、上架、发布了十万台服务器。

信息技术的飞速发展为新的教学模式提供了技术保障，也为开展大规模开放在线课程提供了机遇。增强移动宽带eMBB场景下的高带宽、低延时特征，适应远程在线课堂的应用，实现实时课堂教学视频共享。5G在时延、吞吐率、连接数和网络架构方面优势明显，运用独立组网方式，加强SG Core基站建设，实现优质连续覆盖的大宽带视频业务要求[4]。5G在线课堂按视频类业务进行切片，分别根据不同的专业课程进行分类。在接入网应用边缘计算技术，初步处理后再上传;在汇聚网利用软件定义网络功能，完全解耦控制面和转发面，从而大大提升网络的扩展性[5];在核心网采用网络功能虚拟化技术，将通信设备网元云化，实现弹性收缩，有利于提升运维效率[6]。通过应用5G远程课堂，加强在线教学资源建设，使在线教育发展成果遍及全国各地市的每一所学校，让偏远地区的学生也可以通过在线课堂获得最优质的教学资源，让每一个学生都能通过在线教育获得平等的学习机会，重点解决农村学校师资不足、课程单一、教育资源短缺等问题，体现教育的公平性。基于CloudVR和大数据架构的在线教育架构，如图1所示。

3.2 人工智能加强在线教育用户体验

3.2.1 基础设施硬件的持续升级

1）加强5G基站建设，持续促进流量降费。随着移动互联网5G网络切片技术的广泛应用和超大带宽、超低时延、超高可靠性优势的发展，为在线教育视频业务的进一步发展和普及提供了通信保障。为保证5G基站的全覆盖，四大运营商加快基站的建站步伐，全面覆盖广大农村边远地区，持续降低流量费用，推出无限量套餐。

2）加强终端研发和量产，降低成本。基于目前智能眼镜等终端的高价现状，力求在AI数字微镜芯片、视频处理模组、传感器件、微投器件、激光雷达、显示屏、摄像头、智能穿戴终端设备方面加大创新能力，拓宽终端设施的品类，通过工业化量产，持续降低生产总成本。

3）加大财政支持力度，开放对各地市校园的基础设施布局，保障各级学校教育资源的合理配置与均衡。通过在边远农村地区的校园配套智能显示屏、摄像头、智能穿戴设备等教学终端，以保证远程课堂的同步共享，解决农村地区教师资源分配不均等问题。例如，广东省针对防疫期间贫困学生缺乏教学终端硬件资源的情况，由广东省教育基金会专为省内2277个精准扶贫村建档立卡的贫困家庭中9262名普通高中三年级和初中三年级的学生，提供了一台平板电脑，并给省内30万建档立卡的贫困学生，每月免费赠送30G助学流量包，计划体制下的教育资源配置在防疫助学方面发挥了积极作用，解决了贫困学生当下困难。

3.2.2人工智能AI创新发展，全面提高远程在线教学质量

主张以学生为中心的AI课堂在线教学，通过高清视频、语音识别、学习动作捕获、教育者从以专业教学为主，转变成辅助教学过程为主的班级管理者。完善学校人力资源组织结构，减少专业教师数量，形成以校长、网管和班主任为主体的运营为主的智慧校园。优化在线教育的各个教学环节，改革在线考核方式，创新课中评价过程，构建基于教、管、学、考、评场景下的5G远程课堂业务，如图2所示。

1）发展5G远程课堂，共享远程优质教学内容

在当今移动互联网高速发展的时代，AI+教育已经成为在线教育发展的未来导向。受益于5G网络的高带宽和低延时，远程共享VR/AR虚拟课堂，全程息影教师上课过程，实现Cloud VR全息投影，为学生提供浸入式的学习感受。5G远程课堂实现了远程的在线学习同步，通过云端服务完成图像渲染，在虚实整合的环境进行在线学习，在AI教学体验中真正加强学生的感官沉浸[5]，极大提升了用户参与感和存在感，解决教师资源供需不平衡。

2）教学过程实时监控记录，提高教学质量

发展在线教育过程中大力推广AI技术，在教室安装布局各类视频监控传感模组，在线课堂大量应用视觉传感、眼球追踪、动作识别、触觉反馈等技术，结合AI机器学习与深度学习算法，实现在線教学互动和监督。识别课堂上学生的动作、对话、表情，通过多维度的沉浸监测教学过程，动态调整授课节奏。关注学生的情感体验，融合知识分享的游戏式教学互动环节，培养学习兴趣，激发学习动机，充分发挥学生的主观能动性。

3）个性化精准教学辅助，提升学生主观能动性

针对参与在线课堂的不同阶段的学生，探索适合学生发展的个性化AI辅助教学。通过制定差异化的在线学习教学计划，使校内在线教育过程更注重学生的个性体验。人工智能AI机器学习算法应用于在线教育，实现精准教学服务，促进个体成长和教学质量的持续改进。在大数据平台分析学生日常综合表现，动态地呈现学生的学习状态、身体素质、心理成长等信息，通过可视化、智能化和个性化的图表显示学生的过程成长曲线，让班主任从平台数据分析查阅日常个人数据变化的源头、过程和趋势预测，从多个角度重新认识学生，有针对性地引导学生发展进步。

4 加强在线教育教学质量控制

4.1 加强教学资源管理，集成优质资源，共建共享教学成果

优质的教学资源来源于一线实践经验丰富的教育者队伍，加强教育者能力提升，有计划地对各级教师进行交流培训。加强教师教学教研能力，联合广大教师集体智慧，贯通虚拟世界和现实课堂，创新在线课堂教学设计，共同参与国家规划教材和网络精品课程的编制，结合VR技术辅助设计教学情境，同步配套制作课件、微课、习题、考试等适应网络教学特点的优质资源，联合多方教育工作者的力量，为校内在线课堂教育提供高质量的教学资源，共建共享在线教学成果。

4.2 加强师资队伍建设，以赛促改，全面提高专业教师综合能力

师资力量是基础教育健康发展的基本保障，直接决定教学质量和效果。我国师资力量分配与发展不均衡，是影响教育不公平的主要因素之一[6]。全息投影5G在线课堂有效地解决了我国东西部地区教育师资均衡配置问题。教育工作者除了有丰富的专业知识外，更用创新精神适应在线课堂。各省每年组织信息化教学过程和班主任技能比赛，加强师资队伍建设。通过组织各类比赛扩大影响，在竞争中培养优质教师，全面提高专业教师综合素质。各科优秀专业教师录制VR在线课堂，全程共享至全省边远山区学校的每个教室。为了丰富整个教学体验，教师基于平台模块化的课程资源，设计在线课堂互动环节，重新组织平台教学资源，开发差异化、高质量的教学设计，优化教学设计过程中的各个环节。让重组的在线教学内容更充实，让在线课堂更丰富多彩。

4.3 大数据使能平台反馈提高

在线教育云平台大数据分析反馈，全过程的控制教学质量。班主任引导学生参与在线课堂，学生集体参与教学过程。在线实时对学生的行为进行追踪记录，对学生学时、作业、考试等情况进行分析汇总，实时掌握学生的学习状态，并通过智能导学、题库推荐、在线机器人等人工智能机器学习算法增强在线教学服务能力，在教师资质、教学内容、教学过程、教学评估等环节中，通过平台数据分析有针对性地进行监控，有目的性的引导学生参与学习，全过程的控制在线学习的质量。

疫情“黑天鹅”事件给在线教育提供了新的契机，推动了在线教育的普及和发展，让教师与学生在“教”与“学”互动过程中不断反思、全面成长。校内线下教育以班集体为单位的教学管理活动，集体课堂互动氛围好，较好地达到教学育人的目标。在线教育打破时空界限，实现资源开放共享，教学方面优势突出，是对传统教育的进一步补充和完善。随着复学复工来临，校内线下教育班级管理与在线教育优质教学内容两者有机结合、相互补充、相互融合将是未来教育行业发展的必然趋势。在我国计划体制下教育政策的保证下，随着各类资本的助力和人工智能的广泛应用，校内5G在线课堂必将迎来新的发展。

参考文献：

[1]王兰.云教学时代教师信息素养提升和角色转换研究[J].无线互联科技，2019（15）：85-86.

[2]吴永军.教育公平：当今中国基础教育发展的核心价值[J].教育发展研究，2012，32（18）：1-6.

[3]刘大畅，贺嘉敏.5G无线网络关键技术[Jl.信息与电脑（理论版），2019（15）：166-167，170.

[4]阿里达摩院发布2019十大科技趋势：Al等将开始成熟[EB/01]. [2019-12-28].https：//fnance.sina.com.c n/c hina/gncj/2019-01-02/doc-ihqfskcn3290983.shtml.

[5]陈郁周，方跃.转控分离的电信级云化高性能vBRAS的研究及试点验证[Jl.科技视界，2017（32）：66-68.

[6]林晓凡，朱倩仪，吴倩意，等.增强现实体验式教学资源的科学教育应用：策略与案例[J].中国电化教育，2019（9）： 60-67.

【通联编辑：谢媛媛】

作者简介：贺辉平（1987-），女，湖南湘潭人，广东省农工商职业技术学校教师，管理科学与工程讲师，网络工程师，信息系统项目管理师，硕士，主要研究方向为计算机网络。