5G技术促进教育公平的理论模型与实现路径研究

2020-12-25童莉莉周伟张鹏

中国电化教育 2020年12期

童莉莉周伟张鹏

摘要：教育公平是中国教育现代化进程的基本原则之一。5CJ是新一代信息技术体系的重要代表，对平抑教育不公平现象有促进作用。该文提炼了硬件、软件、师资、学生等4个方面存在的教育不公平问题，将超密集异构网络、自组织网络等5类第五代通信技术核心构成要素融入教育场景，该文通过理论模型设计与实践探索，寻求5G技术促进教育公平的解决之道。

关键词：5G技术;教育公平;学校教育

中图分类号：G434

文献标识码：A

一、教育公平发展中的症结分析

教育公平，是指国家对教育资源进行配置时所依据的合理性的规范或原则。自古希腊柏拉图最早在世界范围内提出教育公平的思想、中国大教育家孔子提出的有教无类理念起，教育公平追求已经跨越了数千年的发展， “起点公平、过程公平、结果公平”成为得到普遍共识的三个具体实现层次。

2020年4月习近平同志在陕西考察时强调“要推进城乡义务教育一体化发展，缩小城乡教育资源差距，促进教育公平，切断贫困代际传递。”2019年2月中共中央、国务院印发了《中国教育现代化2035》，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《加快推进教育现代化实施方案（2018 - 2022年）》，教育部对两个文件的解读中强调：教育要面向人人、实现优质均衡的义务教育。在政府的高度重视下，教育公平进程取得了显著成效：截至2019年，学前毛入园率达83.4%，小学学龄儿童净入学率99.94%，初中阶段毛入学率102.6%，高中阶段毛入学率89.5%，高等教育毛入学率51.6%[1]。教育的起点公平得到社会广泛关注和共同努力。

近年來，以“5G”为代表的新一代信息技术应用不断走向成熟，与教育场景的深度融合成为发展趋势，新技术有望促进教育的过程公平进程。与此同时，在全国共有各级各类学校53.01万所，各级各类学历教育在校生2.82亿人，专任教师1732.03万人的教育大国现状下，如何促进新技术助力教育公平性问题需要更科学的设计先行。

本文基于对2018年4月《教育信息化2.0行动计划》中提到的“三区三州”深度贫困地区近600所学校校长访谈提炼出当前学校教育场景下教育过程公平的症结问题[2]如表1所示。

以5G为代表的新一代信息技术将在学校、家庭和社会等多个环境中对教育产生深刻的影响。但新技术的应用具有双刃性，应用不当将会带来教育不公的代际传递、引起社会数字鸿沟进一步拉大等新的问题。因此，本文将致力于从教育公平的症结为目标，以5G核心技术为手段设计科学的技术应用模型，通过初步实践为技术促进教育公平探索系统化可行路径。

二、5G核心特点及教育应用场景

第五代移动通信技术（5th Generation MobileNetworks，简称5G）是最新一代蜂窝移动通信技术，其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

自2019年10月通信运营商正式商用5G技术开始，一年来笔者对5G核心技术进行了梳理，并就其对教育场景中的非公平性症结进行了应对探索。

5G核心特点1：峰值速率达到Gbit/s的标准，可实现高清大数据量传输。高清大数据传输能力的实现对学生能够更多地接触先进多媒体类视频课程提供了广泛可能，VR、AR及众多虚拟现实课程在信息化基础薄弱校的推广有了通信保障。

5G核心特点2：空中接口时延水平在1ms左右，满足远程实时交互需要。特岗计划、银龄计划等人员补充性师资政策能够缓解师资不均衡的问题，但与根本性解决尚有较大差距。低时延的5G技术能够促进跨校际、跨区域的课堂共享，更大效率的平抑师资层面的非公平性问题[3]。

5G核心特点3：超大网络容量，提供千亿设备的连接能力，满足物联网通信。在县乡村三级学校的调研中，我们发现设备层面的两个突出问题是：第一，部分设备老旧零散，难以组合使用;第二，新进设备配置顶级，缺乏联动使用的机制。5G的物联网通信能力能够激活信息孤岛、通过硬件设备间的通信使其成为一整套服务于校园管理和教学的支持环境。

5G核心特点4：连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到lOOMbit/s。2020年3月3日，中华人民共和国教育部发布《教育部关于加强“三个课堂”应用的指导意见》.直接指向基础教育阶段促进教育公平、提升教育质量的现实需求。三个课堂的可持续实施，师生良好体验是基础，而SG是这一用户体验的能力保障[4]。

5G核心特点5：系统协同化，智能化水平提升，表现为多用户，多点，多天线，多摄取的协同组网，以及网络间灵活地自动调整。在教学主阵地的同时，校园管理水平的提升也是促进教育公平的重要方面，如先进的软件应用水平、集成的硬件设施环境等。当下，基于云计算、边缘计算的教育大数据集成指挥平台已在宁夏建成，5G技术为平台纵贯省、市、县跨区域畅通数据流提供了重要保障，为教育管理系统集成化的大规模实现进行了有益的探索[5]。

三、5G技术促进教育公平的理论模型

基于对学校场景下教育公平症结的4类分析、5G核心技术及其在教育场景中的5类针对性应用，本文提出“5G技术促进教育公平的理论模型”，如图1所示。

超密集异构网络：教育信息化的不断深入、智能化进程的逐步加快，都将使得学校师生的移动数据流量使用需求持续增长：教师需要更多的上下载共享教学资源、跨校际跨区域协同教研交流;面向学生提供服务的校内IPAD、电子课桌等智能感知设备需要实时的与教师端交互数据……这些教学活动的实现，将实质性促进师资水平不高、师资队伍不稳定的区域更广泛的共享优质教学资源;更大限度地在技术的支持下帮助学生感受智能技术对综合能力培养的有益之处。而5G环境中的超密集异构网络技术就是实现这些教学活动的重要技术保障：它可以通过缩小通信半径、增加低功率节点数量、多个干扰源协调算法等方式优化网络拓扑结构，保障多个移动教/学终端的协作性[6]。

自组织网络：在信息化基础薄弱的地区，学校支撑教学工作和校园管理的软件系统常态化维护成为阻碍教育公平的一个瓶颈，软件升级不及时、出现问题长时间未修复等限制了教学效率的提升和资源共享的范围。5G环境下的自组织网络技术（Self-organizing Network，SON）。通过网络部署阶段的自规划/自配和网络维护阶段的自优化/自愈合来替代传统的人工运维。SON致力于解决各种无线接入技术并存的环境下、各个网络节点覆盖能力不同时，网络可以实现自优化以减少工作量、可以实现自巡检及容量扩展等需求，大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。

内容分发网络：在优质教学资源大规模共享以促进教育质量公平的过程中，边远地区学校不断增加的大规模用户音频、视频、图像等资源交互需求急剧增长。5G环境下的内容分发网络（Content Distribution Network，CDN）技术将通过增加“智能虚拟网络层”来确保大流量业务内容的有序分发，充分发挥低时延的技术特性，降低传输中路由阻塞和延迟、网站服务器的处理能力等因素的影响。

D2D通信：设备到设备通信（Device-to-DeviceCommunication.D2D）是5G体系中的近距离数据直传技术。在信息化基础相对薄弱的学校，无线网络环境常常面临损坏、存在覆盖盲区的困境，D2D技术可以实现终端之间的直接数据会话，不需要通过基站转发，这对于网络环境尚需要时间去完善的薄弱地区，不错过优质的教学共享资源、保障师资的跨校互动、激活现有设备的效率都有现实意义[7]。

M2M通信：M2M（Machine to Machine.M2M）狭义上看就是机器与机器的通信，广义上看还包含了人与机器、移动网络和机器之间的通信，是更完善的物联网通信技术。这对于当前相对落后地区在5G时代借助科技优势，更集成的加入云计算中心实现校园治理现代化、实现广区域的教学互动有扎实的促进作用[8]。

四、5G技术促进教育公平的实现路径与实践探索

5G技术作为新一代信息技术的典型代表之一，要助力于教育公平进程，除了科学的理论模型设计，更需要务实的技术路径去实现。

（一）实现路径

1.5G的超大网络容量特性促成了省/市/县/校4级新型云端教育管理架构，淡化了各层级主观水平差异带来的教育管理不公平

教育行政管理正在加快走向智能化集成化，省级教育大数据指挥中心已在宁夏试点运营。融合了云计算、边缘计算、人工智能等多项信息技术的省级集成平台是4级行政管理架构，5G技术保障了它们之间的实时通信和能夠纳含全省数千所学校、逾10万名教师、百余万在校生的超大网络云端管理规模，这一管理架构的实现，大大提高了一线校园管理现代化水平，避免区域化差异带来的管理滞后。

2.5G的高峰值速率、低接口时延特性促成了教育供给/教育服务的泛在化，提升了教育资源公平性感知

优质教育资源共享，是国家战略，更需要技术保障。2020年疫情期间，国家教育云平台快速构建了全学科的优质课程体系、北京市在网上共享了几万个微课、北京师范大学组织14000余名教师为学生提供开放性答疑，充分反映出5G网络在优质资源流转及辐射方面的重要作用[9]。

3.5G的D2D、M2M等技术推动了教师从重复性知识讲授中释放出必要精力投入育人、校园治理等工作，弥合了老师/学生/家长之间的育人互动投入不公平问题

2018年出台的《教育信息化2.0行动计划》、2019年召开的“国际人工智能与教育”大会，大大推动了校园的智能化进程。5G的D2D、M2M等技术将推动学习过程的及时反馈、教师端智能分析的即时生成，将教师从重复的知识讲述、试题评阅的密集型劳动中解放出来，关注学生的个性化培养、内心动态、家校互动，更多发挥育人的作用。这一改变，也将弥合相对落后地区素质培养缺口、家校互动不足的校园治理不公平问题。

（二）实践探索与典型案例

5G技术走向实践应用近3年来，在教育行业也有了多个层面的探索。本文关注了在省级教育管理领域和远程课堂领域的2个典型应用。

1.教育智能管理驾驶舱

2019年初宁夏在全国范围率先建设了省级集中教育智能化管理平台。建成数字统一认证管理系统，实施教育基础管理、教学应用数据梳理和迁移，提升教育云平台服务水平。2020年该平台还将实现教育云与国家平台数据的互联互通、协同服务。在宁夏教育大数据指挥平台的建设过程中，超密集异构网络技术、自组织网络技术、内容分发网络技术促成了区级/市级/_县级/学校级4类运营中心扁平化数据互通、保障了边远教学点与中心教学区在教学资源上的公平共享;D2D通信、M2M通信等技术协助应急响应中心在网络异常情况下的短时正常运转，保障了网络环境相对较差的边远教学点及时反馈情况、即时收达通知，保障校园管理的正常有序[10]。教育智能管理驾驶舱建设如下页图2所示。

2.双城异地5G直播

2019年12月，一场连接上海和深圳两地的5G+全息投影课堂生动开讲。当身处上海的老师全息出现在深圳的中学课堂上、当课本中的原子核爆炸、电子和原子核发生作用的过程3D形式呈现在眼前，孩子们对科技的向往和求学的热情随着他们目不转睛的神情而更加坚定。2020年8月，本文作者所在的北京师范大学主持召开了“2020年全球智慧教育大会”，论坛中我们邀请了四川凉山州冕宁县先锋乡巴姑小学的校长参与分享孩子们的心愿和对科技服务的需求，远隔千里的孩子们在校内通过老师们的5G手机观看了大会现场直播。我们不仅通过5G技术的支持，让疫情下不可能大规模现场参会的小学生们身临其境般的感受了全球智慧教育发展的动态、领略了自己校长的参会风采，更增强了对先进科技的学习自信和热情。

五、研究展望

本文的研究致力于剖析5G环境下，核心技术族群在促进教育公平进程中的关键作用。全文的主要成果体现在3个方面：

针对600所学校的调研、提炼出4类教育不公平表现。自2018年至2020年，本文作者团队追踪了三区三州范围的600所学校校长群体，提炼出当前国内教育公平问题在学校场景下的主要表现：硬件设备有差异，软件运维保障性低，师资水平不稳定，学生缺乏科学引导。这为本文研究奠定了问题导向。

梳理5G时代的5个核心技术，结合教育场景提出促进公平理论模型。第五代通信技术作为新一代信息技术的代表之一，是平抑教育不公平问题的重要手段。本文遴选了当前已有应用的5种核心技术进行分析，为后续5G关键技术支撑实际问题的解决提供了路径基础[11]。

分析2个实践案例，为系统化推进5G平抑教育不公平问题奠定基础。本文第四部分的2个案例，一个致力于分析体现公平性的扁平化教育管理中5G技术的作用发挥，一个致力于5G技术对边远课堂教学创新提供的新能力。这是5G技术促进新时代教育公平的2类典型探索。

研究过程中尚有两处局限性，有待今后的深入工作不断寻找解决方案。关于教育公平需兼顾的场景还有家庭环境、社会环境有待设计。本文的研究主要是在学校教育场景下开展，如教育管理系统主要是以省级教育行政主管部门面向市级、县级、学校级进行扁平化管理。实现教育公平，家庭场景和社会场景都将发挥更重要的作用，如家庭共同生活者对智能时代的态度、所处社区可使用的先进科技资源等，这些会在今后的研究中逐步有序纳入。关于5G技术还有信息网络中心等更多技术要素可以进入应用范畴。本文关注了超密集异构网络、自组织网络等5个当前5G体系的核心技术，未来更多算法支持下的信息网络中心等技术也将在缓解教育不公平现象上发挥更多作用。我们会随着技术的成熟度进程加以关注。

参考文献：

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