5G背景下教育均衡发展技术探究

陈子卉 冯思雨 梁雅欣 韦思宇 孙婷

摘 要：近年来，5G技术不断取得重大突破，特别是疫情背景下更是凸显了其对教育发展的促进作用。本文通过对当前我国教育发展的现状及背景的分析，对科技发展趋势进行合理展望，探究“5G+”技术应用下我国远程教育与虚拟实验发展的可能性，并进一步展开情景塑造，以期解决我国教育发展不均衡的问题。

关键词：5G;教育公平;远程教育;虚拟实验;情景塑造

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）03-058-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.026

党的十九大报告指出，中国特色社会主义进入了新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。而在教育层面，这种不平衡突出表现为教育资源分配不均导致区域间教育水平相差较大。

教育扶贫是国家扶贫的重要内容之一，近年来，国家对边远落后地区的教育问题尤为重视。20世纪90年代末，国家开始持续关注远程教育对教育公平的提升作用，推出“全覆盖”项目及“一师一优课、一课一名师”等重大工程[1]，为远程教育在贫困地区的发展提供了政策保障与资金支持。目前，落后地区使用网络教育的学校已不在少数，大部分学校可通过网络获取在线名师教育资源，但由于技术不完善、师生间缺少互动、硬件设施缺乏等问题亟待解决，远程教育的效果并不理想。

5G技术的快速发展为远程教育在边远地区的应用和普及提供了契机：高稳定性、高利用率、覆盖面积大、传播速度快的特点，能带来更为高速、便捷的使用体验，从而为教育的改革与普及提供技术支持，进而推动边远地区远程教育的普及进程。5G背景下衍生的AI、VR技术，促进了师生间教学反馈与互动交流，使在线教育更加互动化、真实化和有效化，也使虚拟实验类课程的开展成为可能。针对我国教育不平衡的现状，结合5G技术的发展，本文对未来全国远程教育与虚拟实验提出了合理展望，以期更好地探究教育均衡发展。

1 远程教育

1.1 5G在远程教育上的技术应用

在5G通信技术快速发展的背景下，许多智能化、自动化、高速度、高效率的技术随之衍生，全息投影便是其中之一。全息投影属于3D技术的一种，原指利用干涉原理记录并再现物体真实三维图像的技术，可将三维画面悬浮在实景的半空中成像，打破传统平面演示文稿显示的局限与枯燥，营造出亦幻亦真的氛围。就教育而言，其能将无形化为有形，给学生以视觉的冲击和深刻的记忆，激发学生的学习兴趣。

全息技术作为一项前瞻性技术，目前仍处于探索阶段。5G技术的发展将带动全息技术的进步，一旦突破了这项技术难关，远程教育将迎来巨大推进，使教育焕发新的生命力。全息投影技术能够让传统的教育工作者充分利用先进技术的教学优势，摒弃“一本书、一张嘴、一支粉笔和一块黑板‘打天下’的模式”[2]，弥补传统课堂教育依赖语言文字描述和想象的缺陷，为莘莘学子提供了更多可能。

1.2 对于远程教育的情景塑造

借助5G技术，不仅能将身处城市的教师的立体空中幻象呈现在偏远地区的课堂中，还可使这个“分身”与学生实时互动，进行面对面交流，及时给予学生全面的反馈和指导，实现真正意义上的身临其境。走出教室，偏远地区的孩子也可体验多彩多样的户外课程：身处城市中的体育老师可以“面对面”为线上另一端的学生介绍各种体育知识、展示3D立体球类、传授运动技巧与方法，帮助学生填补知识盲区，开阔视野，丰富学生课余生活，进一步促进德智体美劳全面发展。与此同时，偏远地区的学生也可以利用5G技术，通过场景变换，将当地独特的人文风俗、山川美景介绍给线上另一端的师生，实现互联网两端的知识传输与双向互动，让城市的学生在掌握“圣贤书”的同时，了解“窗外事”，实现“手拉手教学”，共同成长进步。除了专业知识外，通过实践类课程，即在一个学期中电脑两端的学生共同开展乡村或城市的实践活动，体验两种不同环境下的生活与氛围，能够激发其对生活与未来的更加深刻的思考，促进师生之间的教学相长。

从长远来看，这项技术的运用可有效实现老师与学生的沉浸式互动与教学，体现“1+2”的教学模式，大大改善偏远地区教育资源不足、教师力量薄弱、教师结构不均衡等问题，填补时空限制的缺点，优化网络教学下师生教学互动性不足的问题，满足新时代下学生的多样化需求。

1.3 技术具有双面性

然而也应认识到，新技术具有双面性，应用不当将会加大教育鸿沟、引起不同地区教育失衡等新问题。首先，偏远地区的信息化教学硬件设施存在经常闲置或者维修不及时等问题，即使技术条件成熟了，也可能因设备问题无法应用。其次，软件设施存在供应商分散、系统数据不同享、账号密码混乱等情况。如果在整个社会大环境下，“5G+教育”成为新常态，而偏远地区学校的技术条件未得到改善，那么教育失衡问题将进一步恶化，所以，在应用新技术时应对此给予特别关注。因而，在具体实现环节要充分考虑其利弊得失，取其利、防其弊，使其最大程度地推动教育事业进步和实现教育公平。

2 虚拟实验

2.1 虚拟实验存在的问题

如今，我国实验教学主要存在三个问题。一是实验用具不足。对于中小学生来说，教学实验操作简单、危险性较小，若能亲自动手感受科学的魅力，將极大提高学生对科学技术探索的兴趣和动手能力，但一些地区由于实验用具不足，通常是多人合作一个实验甚至仅观看教师操作，极大地限制了学生的自主性。二是实验具有危险性。一些探索性实验往往存在不确定性，若操作不当，可能出现爆炸、溅射、腐蚀等伤害，这也给在校科学实验造成了一定阻碍。三是偏远地区专业师资匮乏。偏远地区不仅教学物资相对匮乏，教师资源也十分紧缺，由于技术教学力量不足，一些科普类实验和开拓性实验更是难以进行。

2.2 5G在虚拟实验上的技术应用

5G+全息技术、5G+VR技术、5G+AR等技术的进一步发展，在虚拟背景下可以实现更真实、更完美的三维成像与模拟，依托互联网和人工智能技术的发展构建智慧学习模式，从而摆脱观看视频教学和视频讲解的固化模式，使学生真正参与其中，锻炼创造性思维，提高动手能力[3]。基于此，完善的虚拟实验模拟改变实验模式，能使教学过程中的实验操作更加安全有效。例如，可以通过电路仿真软件Multisim进行模拟电路实验。Multisim采用最直观的图形界面创建电路，绘制电路图需要的元器件可直接从平面上选取[4]。这种方式可防止触电，且易于检查错误，避免了现实中因出现一个错误就要拆解整块电路板的麻烦。

2.3 对于虚拟实验的情景塑造

虚拟实验可以解决生物实验中实验对象缺乏、无法反复解剖病体的问题。通过虚拟实验数据模拟出与现实一样的病体，学生可放心大胆操作，无需担心下错刀导致病体损坏。只需将一具病体的数据存入档案，就可以通过机器在不同地区、不同环境虚拟出这具病体，以便对疑难杂症进行深层次研究。

在5G技术的加持下，虚拟实验可以打破空间与时间的限制，打破实验不可逆的限制，让实验具有中止和反复功能，使得参与者获得更真实的体验与趋避危害的能力。对于实践教学来说，有效提高教师的教学和学生的学习效率，打破传统教学模式在声音、光亮等各方面的限制，以一种更加立体、美观、直观的方式，将物体对应的画面、信息等呈现在学生的视野中[5]。

3 结语

21世纪以来，随着计算机和互联网技术的发展与应用，在线教育这一新的教育模式开始走向偏远地区，使得当地学生能够拥有与城市学生同样的学习机会。然而，由于软硬件基础设施还不够完善，运用在线教育的技术水平还有待提高，远程教育尚处于发展阶段，难以为师生带来及时有效的互动反馈和真实体验感。由于网络传输速度限制，受众有限，无法解决偏远落后地区大量学生的教育问题，因此，远程教育目前仍不能成为其主流教育模式。

5G赋能教育为教育资源分配的公平化、效率化提供了全新可能。5G背景下衍生的AI、VR技术增强了师生的互动性和体验的真实性，全息投影技术能够丰富远程教育的内容、拓宽教学边界，使学生不仅主动接受知识，而且能够进行沉浸式学习，而虚拟实验则增加了现实教育环境中存在客观条件限制的实践项目。5G高速度、低时延的特点有利于保证线上教育的稳定性和高质量，其大容量的特点能使一位优秀教师有机会同时面对成千上万的学生，让偏远地区的广大学生真正享受公平的教育资源，实现教育的互联互通，给教育带来深刻变革。

诚然，科技进步需要政策环境和观念引导，才能在教育领域得到真正落实，目前谈到的所有5G赋能教育的可能性，需要社会的共同推动，才能给教育失衡问题带来转机。在5G高速发展时期，抓住契机是前提，实施落实是关键，从思路的诞生到方案最终的應用和普及是一个漫长的过程，因此，要积极探索、热切期待5G在未来教育领域焕发全新的生命力，为促进教育公平作出新贡献。

参考文献

[1] 陈丽雯，陈耀华，陈琳.以现代远程教育提升教育公平的政策支持和实践[J].现代教育技术，2018，28（11）：81-86.

[2] 李佳威，裴彦鹏.5G全息投影在高等教育中的应用分析[J].科技风，2021（9）：7-8.

[3] 李凯.基于远程教育的理工科虚拟实验技术研究[J].高教刊，2020（6）：56-59.

[4] 李玉琴，余金永，谢金媚.基于Multisim虚拟实验在高职《数字电子技术》课程中的应用研究[J].计算机产品与流通，2020（2）：174，252.

[5] 边香玉.全息立体投影技术研究及在教学中的应用[J].中国新通信，2020，22（24）：86-87.