5G+智慧教育在中小学的实践与探索

刘劲松 王寒之 王瑜 石广兴 王梦琦

摘要：5G技术的发展给学校教育场景带来了更多想象的空间，宝安中学（集团）实验学校积极探索、实践基于5G的智慧教育场景，建设全息未来沉浸式教室以及名师讲堂，探索未来智慧教育及双师课堂等创新教学模式，提升教育教学的效果，并在实践中不断完善，形成具有宝中实验特色的5G+智慧教育模板，期望为未来5G+智慧教育开辟新的思路。

关键词：5G;智慧教育;名師讲堂;双师课堂

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）21-0068-03

前言

在教育信息化2.0时代，高科技赋能教育[1]，教育也为科技的发展带来更多的想象空间和应用场景。5G技术具备了更高的信号传输效率和更多的承载量，让万物可以智能感知互联。5G网络的理论下行速度为10Gb/s[2]，在此传输速度下高清视频或者大容量数据传输的时延，人体几乎感知不到。5G技术兼具高传输效率、超高可靠低时延通信的特性，智慧教育与5G技术的结合，为优化师生获取学校数字资源和处理海量信息的交互方式、提升学校教育教学的效率、优化课堂教学的体验和效果、实时衔接校园现实空间和数字空间等开辟了新路径[3]，使得师生能够享受更智能的教育、教学和生活环境，线上和线下学习变得更便捷。

5G全息未来沉浸式教室

1.硬件方面探索

笔者所在的宝安中学（集团）实验学校（以下简称宝中实验）的全息沉浸式未来教室利用5G高宽带、低延时的特性，通过摄像头实时采集及图像合成处理，将采集点的人像通过5G专网传输至远端。远端的全息成像系统实时接收下行数据，并将授课教师的影像1∶1立体地还原在远端的师生面前，大幅提升师生沉浸式课堂的体验。下图所示为宝中实验在全息未来教室的设备布局图。

2.教育实践探索

（1）身临其境式的科普体验

全息沉浸式未来教室成为学生的科普场馆，它通过软硬件一体化全息技术将全息互动镜面墙和互动投影墙有机组合，提供了海洋主题、热带雨林主题等多主题沉浸式空间，通过全息中控来切换全息主题场景，为学生提供更加丰富的全息体验。

（2）开展互动化、多元化的课堂教学实践

下面笔者以宝中实验的科创特色课程——机器人课程为例进行探索。机器人课程是一门通过积木组装拼接搭建相应功能的物品，并通过编程赋予感知和动作能力的课程。在这个过程中，直观感知帮助学生获取丰富的物理学、机械学的直观体验，学生在玩的过程中，不仅培养了动手搭建能力，更重要的是发展了空间想象能力、问题分析解决能力、逻辑思维能力以及合作能力。

以《奔腾的野马》一课为例，教学内容是搭建一匹在马达驱动下做奔跑状的野马。教学内容分析：首先，野马奔跑起来是一只前脚先抬，再抬另一只脚，这就要考验学生的观察能力。其次，如何用马达带动野马做“奔腾”运动（“奔腾”运动采用连接杆和齿轮非轴心点的连接转动），做到上下颠簸奔腾的视觉效果，这极其考验学生的想象力。这样的介绍学生难以想象如何搭建，而全息沉浸式教室的三面都是展示屏，实现3D沉浸式的体验效果，方便学生身临其境地了解野马的搭建方法。

课前准备阶段。全息未来教室目前还没有相应的资源，所有需要的资源需要自制，可准备两种适用于全息未来教室的资源：①准备课堂导入阶段的3D影片资源;②准备课程搭建的VR/AR资源。奔腾的野马，一要搭建野马的身体，二要搭建固定马达的底座，再用连杆将马和齿轮的非轴心点相连。搭建的过程需要注意步骤和很多的细节，因此应提前把搭建的流程、每一步需要的零件、如何搭建、搭建注意事项做成微课，再利用VR/AR技术将搭建过程制作成可以拆分教学步骤的VR/AR模型，以备课程使用。

课堂开展阶段。①沉浸式引入，利用全息沉浸教室播放3D影片，学生置身辽阔的呼伦贝尔大草原，从左边屏幕出来一匹健硕奔腾的野马，穿越到中间屏幕，再到右边屏幕，最后消失在视野里，主要展现野马奔腾的姿势，同时，沉浸式的课堂体验能够极大地激发学生的学习兴趣和主动性。②VR/AR技术协助新知讲解，本节任务的重点和难点都是“奔腾”运动的搭建，教师利用课前准备的VR/AR模型讲解搭建积木类机器人的步骤。③学生小组合作完成任务。全息未来教室的VR/AR模型为学生带来个性化教学内容，全息教室里的三块屏幕可以多点触碰操控，课前准备的VR/AR模型分散放置在三块显示屏上，三面屏幕配合呈现多个关键任务节点的个性化讲解，学生可以根据自己的情况选取任务节点进行学习，实现了个性化教学。④学生作品展示，学生的作品用实时展示系统呈现给全班鉴赏，极大地提升了任务完成展示环节的可视化、互动化。⑤课堂总结。教师总结本节课学习的内容，屏幕呈现学生最终实现的模型。

课后资料留存阶段。①可将学生展示的模型进行电子存档;②教室有实时录课功能，可以保存课程视频。

从课前准备到课上各个教学环节，再到课后资料留存，各个阶段都渗透着5G技术、VR/AR技术的使用，全息未来沉浸式教室在5G技术的支持下能够实现技术和教学完美结合，促进智慧教育的发展。

基于5G技术的名师讲堂

1.硬件方面探索

基于5G技术的名师讲堂包含视频采集（AI分析）系统、跟踪控制系统、声音采集系统、多媒体教学系统、环境改造系统，能够通过5G网络进行直播录播、远程教研等教学活动，并根据需求实时上传至资源管理应用进行直播、点播、应用。基于5G技术的双师课堂，能够实现校内教室与教室间、学校与学校之间同步互动。5G网络的高带宽、低时延等特性可以实现可移动性的灵活开课，同时可以支撑4K高清视频传输以及低时延互动的双师课堂应用。

2.教育实践探索

（1）基于5G网络实现本校特色的名师讲堂

宝中实验联合中国科学院深圳先进技术研究院、深圳清华大学研究院、深圳大学等科研单位和高等学府，邀请专家博士进课堂，为学生们介绍当前我国乃至全世界领先的尖端科技，开拓学生的知识和视野。而在5G技术的支持下更有利于名师课堂的推广：①实时直播，扩大同步受众面;②实时互动交流、旁听、点评;③记录“院士博士大讲堂”，制作成系列在线课堂资源。

（2）将名师课堂进行推广实现双师课堂模式教学

名师讲堂容纳人数的限制导致无法保障学生同时听取名师讲座。为了保障每个学生都能够接收到前沿的知识，学校将名师讲堂推广到教室，实现双师模式的课堂教学，即名师主讲，班级教师组织，与主讲名师互补式教学，实现两点或多点的校际互动教室之间的互动教学。基于5G高传输效率的双师课堂已经成为推动未来优质教育资源普及的利器。

5G+智慧教育优势

1.5G技术提升学校教育教学的效率，优化课堂教学的体验

5G技术在降低信息传播延迟的同时，也使得物联网的容量得到极大扩展，教学记录也将共享和保存更长时间，对于网络速度和容量要求极高的VR技术来说其性能将得到极大地提升。5G技术全面增加了学习的参与性、主动自主性，大大降低教学中的安全风险，达到了真实、实时的互动体验。教师在课堂中能够更好地开展个性化、多样化、高效化的教学，师生之间的沟通更加畅通无阻。

2.5G技术提升名师讲堂、双师课堂教学效果

5G网络全息课堂同时可以进行一对多、多对一及多对多的直播互动，线上教师实时实操演示指导，打破地域限制瓶颈，实现远程课堂无延迟的师生沟通，增加沉浸式学习效果。VR虚拟现实课堂，在安全可靠、稳定持续等层面，带给师生革命性的沉浸化交互方式使用体验。

3.5G技术优化师生获取学校数字资源和处理海量信息的交互方式

在5G技术支撑下建立学校的大数据交换和处理中心，将部门协调、师生互动、家校联系、办事流程等诸多学校工作布置在学校云端大数据中心。5G+智慧教育首先赋能学校的管理工作，可以全程、全链條、全方位记录、跟踪和分享学校各方面工作的细节，做到可溯源、可量化和可视化，搭建高效、可靠、全面的大数据交换和处理中心，打造基于5G技术的教育2.0时代下的智慧校园，实现内部资源协同互联、外部资源高效互换。

5G+智慧教育方法和模式目前尚处在前期探索阶段，宝中实验根据教学实践，探索了一些经验，在后面的教育教学实践中还将不断探索。

参考文献：

[1]祝智庭，彭红超.技术赋能智慧教育之实践路径[J].中国教育学刊，2020（10）.

[2]郭素雅.5G在教育信息化中的应用方案与实践探索[J].中国现代教育装备，2020（20）.

[3]蒋志辉，何向阳，余剑波.“5G+智慧教育”视域下的教师支持服务模式构建与行动路径研究[J].远程教育杂志，2020（01）：9.

作者简介：刘劲松，任教于广东省深圳市宝安中学（集团）实验学校，高级教师;王寒之，任教于广东省深圳市宝安中学（集团）实验学校，二级教师;王瑜，任教于广东省深圳市宝安中学（集团）实验学校，一级教师;石广兴，任教于广东省深圳市宝安中学（集团）实验学校，二级教师;王梦琦，任教于广东省深圳市宝安中学（集团）实验学校，信息员教师。

本文为“基于5G的双师课堂实践研究”（课题号：15267）项目研究成果。