5G技术下智慧教育的实践研究

徐春霞

【摘要】5G技术的发展和广泛应用，为我国信息技术综合水平的跃进式发展提供了强劲的动力和保障。文章阐述了5G的概念，分析了5G技术在教育中的应用现状，在此基础上提出，强化5G技术在教育领域的应用效果，要从加快基础建设、加大教师培训、建设支撑平台等方面入手。

【关键词】5G技术；教育领域；现状；实践路径

【中图分类号】G640【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2023）10—0109—04

5G技术因其高速率、低延时、高宽带、低能耗、高接入数、低成本以及万物万联、安全重构等特点，已由最初的通信行业应用被逐步扩展应用到了社会发展的方方面面。教育领域也提出5G+智慧教育的应用模式。利用5G技术的一系列信息传播优势，结合VR虚拟现实技术、AR增强现实技术、情景感知技术、全息投影技术、人工智能技术等，能为师生提供沉浸式、互动化、个性化的课堂教学体验，增强了学生的学习兴趣，提升了课堂教学效率。

一、5G的概念及5G技术在教育领域的应用现状

1. 5G的概念。5G是5th-Generation的简称，是1G、2G、3G、4G之后的第五代移动通信技术。其具有高速率、低延时、高宽带、低能耗、高接入数、低成本以及万物万联、安全重构的特点，能在很大程度上方便人们生活的方方面面。

2. 5G技术进入教育领域的现状。随着《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》的发布，我国教育领域正式启动了5G技术应用。如今，教育领域已构建了初步应用的雏形，“5G+智慧教育”“智慧课堂”“智慧校园”的打造已取得了初步成效[1]，虚拟现实实验、多媒体远程教育、多类型媒体网络融合课程已成为现实。但同时，5G技术在推广应用中尚存在需要努力解决的问题。一是基础设施建设方面存在问题。5G技术建设成本和后期运维成本都比较高，5G基站等基础网络结构尚未全面改造升级，尤其是在偏远乡村，这一问题尤为突出。5G网络信号尚未实现大规模普及和全面覆盖，当前很多地方均处于先试先推阶段，这些现实问题需要政府部门引起高度重视，并加大在政策、资金上的支持力度。二是技术人才建设方面存在问题。5G技术还在不断发展中，其与教育的融合还在应用探索中，既懂IT尤其是5G技术，又熟悉教育教学具体工作的人才比较短缺。如何培养这方面的综合人才，为“5G+智慧教育”提供有力的技术支撑，开发出更多更好更适应“5G+教育”的新模式，并根据课程教学的需要，为广大教育工作者提供优质的教学资源是现实考虑的首要问题。三是教师素质储备方面存在问题。有些教师原本在教学组织、课堂教学及评价管理等方面对信息技术的应用还不够熟练、不够深入，而适应5G技术支撑下复杂多变的教育场景，教师不仅要具备基本的学科素养，还需要具备基本的数据素养、网络素养、人工智能素养及多媒体素养等。四是因材施教方面存在问题。5G技术支持下的远程教学，可以实现多地区、多学校的线上教学场景共享，一名优秀教师可以为成千上万的学生同时上课，但因时空分离造成的师生临场感缺失、师生情感交互困难等问题也会随之产生，不利于教师根据学生的个性化特点因材施教，影响整体的教育教学效果。

二、5G技术应用于教育领域的价值意义

1.“5G+智慧教育”将有助于优化传统教学模式。5G技术在教育领域的推广和应用将深刻变革传统教育模式，首先，凭借5G虚拟现实技术、情境感知技术、全息投影技术、人工智能技术等与课堂教学的紧密结合，将在沉浸式课堂教学、超高清视频远程教学和情境感知自主学习等方面发挥重要作用，有利于打造“万物互联”的智能教学环境，创设更加具体化、形象化的教学情境，为师生带来个性化、互动化、沉浸式的课堂体验。其次，教学方式和内容将迎来升级，学生可通过VR/AR技术的智能眼镜将书本上抽象、平面的内容变得立体生动形象。如，利用眼动仪感受日月星体间的立体运转。再如，化学、物理、生物等学科一些在传统实验室内无法完成的易燃易爆、有毒性或具有一定危险性的实验，通过VR/ AR技术支持下的虚拟实验，能够在课堂中轻松实现，并能获取同样的实验效果。最后，利用5G技术可以让远程互动教学成为现实。近两年疫情期间，“云课堂”等线上教育模式展现出了特殊时期的重要价值。而融入5G技术，能有效解决延时、卡顿等问题，使得远程教育变得更加流畅、实时和生动，且可以实现可移动的课堂教学，随需随用，效果会远超现有的线上教学。

2.“5G+智慧教育”将有助于促进教育公平。我国教育一直存在教育资源严重不足、区域教育不均衡等问题，一方面乡村学校师资力量、教育资源比较短缺，另一方面优质资源都集中在发达地区和城区，我国东西部之间、城乡之间教育资源差距较大。5G技术与教育的融合，将加速“5G+智慧教育”进程，推动教育均衡發展。首先，基于5G技术下的远程教学模式双师课堂，主要是为了解决偏远乡村学校普遍存在的缺师少教、师资水平参差不齐、课程开设不齐全等难题。通过5G网络高带宽、低时延等特性，能够有效解决现有双师课堂推广中存在的采用有线网络建设工期长、成本高、灵活性差，采用无线WiFi网络又导致音视频延迟、卡顿等问题，而5G技术下的远程教育同时可以支撑4K高清视频传输以及低时延互动的沉浸式双师课堂应用，有效解决传统双师的交互体验问题，为双师课堂的长远发展提供有力保障[2]。其次，通过AR/VR技术，以全息投影的方式，将名校名师的智慧教学场景或者课堂实录通过裸眼3D的效果呈现在远端听课学生面前，通过一对一远程教学，同时可以一对多、多对一及多对多的直播互动模式，实现自然式交互远程教学，多地区共享优质资源，解决资源不均、教学场景无法共享的问题。

3.“5G+智慧教育”将有利于拓展课堂教学活动资源。在5G技术的辅助下，教师可以更为流畅地下载和整理教学课件和网络教学资源，有利于教师更为全面地利用海量网络教学资源。教师可以在5G技术的辅助下去各大网站下载资源，帮助教师有效组织教学内容，拓展教学活动组织形式，促进教育教学工作的多元化转变。智慧学习环境是数字学习环境的高端形态，充分利用智能技术的功能，创造学习社群和教学社群，识别学习的情景，记录学习的过程，分析学习的结果，为教学和学习提供基于数据的支撑[3]。

4.“5G+智慧教育”将有利于促进教育的网络化转型。在5G技术支持下，信息技术的发展进入到一个全新的层次，资源更加丰富，教师可以更好地结合信息技术设计教学方案，优化“互联网+教学模式”。通过积极做好相关工作，教师可以充分发挥信息技术的导学价值，有利于开拓学生的思维能力，促进了教学工作模式的合理拓展与持续优化[4]。

5.“5G+智慧教育”将有利于强化校园管理。5G可以通过视频监控的方式，渗透到教学管理、校舍管理、校车管理、教室照明监测、教室温度/水分监测等环节之中，让学校的各方面管理更加高效和精准，营造更加健康、安全且温馨的校园教学氛围，为教育教学管理的提质增效和高质量发展带来全方面的促进和提升。利用智能感知以及物联网技术，通过摄像头、传感器等各类采集设备全面采集校园环境和人群的信息，智能分析采集到的海量数据，将分析结果应用到学校的教学、科研、管理服务工作当中，实现能耗管理、状态监测、资产管理、设备控制、环境监测、安防监控、车辆管理等功能，由此保障校园智慧化运营[5]。

三、5G技术与教育教学的融合路径

1.加快推进基于“5G+智慧教育”的基础设施建设。5G网络基站等基础设施是实现推动5G技术在教育领域应用的基础。一是要加快网络基站建设，实现5G网络全覆盖。5G通讯设施是确保人机物互联的重要网络基础和载体，在5G基站和网络等基础设施建设中，虽然可以先行先试，分层推进，可以有先后之分，但不能有主次之分，不能仅以城市为主，要做到地区与地区之间、城市与乡村之间的公平和全面，有时候更需要向乡村等偏远地区倾斜。二是加强企业合作及人才建设。“5G+智慧教育”的推进既涉及学校、培训机构等教育机构，也涉及5G技术运营商和相关企业。这些主体间要保持紧密合作，加强沟通衔接，更要加强相互间的业务交流和专题联合培训，让技术开发人员熟悉教育工作，让教育机构人员熟悉相关技术操作。三是要建立完善法律监管和行业标准。5G技术与教育教学工作融合，学生的相关身份信息、在校期间学习生活的实时监控画面等都会形成大数据，可以在家校等一定的网络中共享，但这也会产生一定的网络安全问题，师生的身份信息、隐私有可能造成泄漏，这就需要通过建立完善的法律监管，制订严格的行业标准，为师生打造健康、安全、有序的学习和生活环境。

2.加大学习培训力度，提升教师的信息技术素养。想要5G技术全面融入教育教学，作为5G技术在教育领域真正实践者的教师是关键，必须加强对教师的学习和专题培训，提升教师熟练掌握设计、开发、应用数字教育资源的能力。首先，需要组织教师系统地学习信息技术，熟练应用各类信息技术手段组织教学，让教师对5G技术有全面了解和认识，包括5G的概念、发展历史以及5G技术支持下的虚拟现实技术、情境感知技术、全息投影技术等一系列新型信息技术在现实生活中的应用场景。其次，教师要紧跟新时期教育理念、教学方式变革的步伐，利用业余时间主动学习掌握各类信息化教学技术，思考与学科教学内容结合的方法，并在具体教学过程中不断学习、探索、实践。同时，要通过培训或学习，尽快掌握文字处理、图形图像处理、微课制作等信息化处理技术以及VR/AR、远程教学等5G核心技术，以便5G技术在教育领域应用后能够很快适应新的教育教学模式。最后学校要加强与5G技术运营商和设备供应相关企业的沟通衔接，建立相应的合作培训机制，组织邀请这些专业技术人员加强对全体教师的专题培训，以便教师尽快熟悉运用尖端技术，推动“5G+智慧教育”“智慧课堂”“智慧校园”尽快实现。

3.要利用信息技术加快建设相应支撑平台。5G技术在教育教学中的实践应用，还要有强大的信息技术平台作支撑。首先，要在教室部署远程同步课堂录播系统。5G技术下的“智慧课堂”需要学校在满足课堂教学、讲座会议等常规应用需求的同时，建设声光效果都达到标准的高质量录播教室，在满足常态化同步录播、精品录播和双师课堂功能的同时，要为名师课堂教学录制与直播、精品课堂等提供良好的录制平台，实现跨区域、跨学校、跨班级的互动教学，跨校、跨区域的远程教学，以及名师教学资源共享、跨区域学术交流、远程听评课、视频会议、培训会议等多种应用。其次，要建立信息采集系统。在教室内布置多个AI摄像头，负责采集视频并抓取图像信息，通过对学生行为表情等信息的自动模型分析，判断出学生个人和班级整体的学习专注度，生成课堂教情大数据，通过5G网络将各种行为统计结果实时地回传给授课教师以及学校管理系统，实现教学的实时互动和教学管理的联动[6]。同时，要搭建网络教学资源储备平台。在5G技术的支持下，学校积极利用信息技术搭建相应的校园网络教学平台，为教师顺利开展教学提供支持。将同步录播系统录制的精品课程、优课资源自动存储到教学资源储备平台，教师也可以将自己设计的课件或从网络上收集到的优质资源上传到网络储备平台，逐步扩展网络平台优质资源储备量，为学校教师资源共享、提升教育教学质量提供坚实的资源基础。

总之，将5G技术应用到教育领域，既是推动教育信息化建设，促进教育公平、实现沉浸式教学、个性化教育、打通线上线下教學隔阂的现实需要，也是适应5G技术革新，打造智慧城市、智慧社会，迎接AI人工智能时代、大数据时代的必然要求。作为教育工作者，应该紧跟时代步伐、紧跟社会科技发展趋势，立足于自身实际，尽早谋划布局5G技术的运用，按照要求打造“智慧校园”“智慧课堂”，整合优质资源，创新教学模式，推动教育高质量发展。

参考文献

[1]卢向群，孙禹.基于5G技术的教育信息化研究[J].中国工程科学，2019（06）：126.

[2]高源泽.5G技术对义务教育带来的机遇与挑战，[J].科技风2021（05）：93-94.

[3]庄榕霞，杨俊锋，黄荣怀.5G时代教育面临的新机遇新挑战[J].中国电化教育，2020（12）：05-06.

[4]付思墁，张丽，吕婷，等.5G技术应用于教育的现状分析[J].通信电源技术，2020（01）：179-180.

[5]谭琳，熊斌，高春艳.5G时代高校教师信息化教研能力提升路径探析[J].广西广播电视大学学报，2022（02）：18-26.

[6]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）：14-16.

（本文系2021年度甘肃省“十四五”教育科学规划一般课题“5G技术下教育信息技术应用实践探索”的研究成果，课题立项号：GS[2021]GHB1981）

编辑：谢颖丽