5G赋能学习空间智能化转型：内涵与方式

摘要：学习空间的发展转型是教育数字化转型的重要任务，在新技术的推动下，学习空间呈现智能化的转型趋势。本文分析了学习空间智能化的内涵，提出5G助力学习空间智能化转型的方式主要表现为学习方式智能化、学习资源智能化、学习情境智能化以及学习装备智能化，并指出，对于5G赋能学习空间智能化转型实践中存在的问题，可从基础设施建设、师生数字素养和用户体验的角度推动解决。

关键词：5G；学习空间；人工智能

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）20-0000-04

引言

数字技术的兴起推动了社会各领域和各行业的深入变革，在加快建设“数字中国”的要求下，数字化转型是学校发展的必然趋势，而学习空间的发展转型是数字化转型中至关重要的组成部分，在5G、人工智能、大数据等前沿技术的基础上，学习空间呈现出智能化的升级转型趋势。5G技术在教育领域的应用是国家政策的焦点，历年的政府年度工作报告均提及要推进规模化的5G技术应用，促进各行业的数字化转型。国家“十四五”规划也明确提出各行业要形成“基于5G应用情境的技术生态圈”，同时，在《5G应用“扬帆”行动计划》中明确了在教育领域要加大5G技术的创新应用。5G技术最突出的优势是低延迟和高速率，它在可用性、稳定性以及承载性能方面全面超越4G技术，已广泛应用于电力、能源、交通以及医疗行业，并取得了良好的社会效益和经济效益。在教育行业中，业界已经开展了关于5G技术的理论探讨和应用研究，如将5G技术应用于在线学习、混合式学习，以及助力教学和学习模式的创新等。[1]

学习空间智能化的内涵

广义的学习空间泛指学习活动的发生区域，建构主义理论认为，学校应提供支持学生主动认知和主动学习的条件和环境，学习环境应当以学生为中心，因此，学习空间的构建应以学生的需求为出发点，本文所提及的学习空间是校园内学生开展学习活动的区域，其中包含学习方式、学习资源、学习情境和学习装备等。

传统的学习空间是真实的、物理的学习空间，随着人工智能技术、区块链技术、虚拟现实技术和5G技术等新技术的出现，学习空间迎来了新的发展阶段（如下页图1），主要表现为虚拟化教学、混合式学习以及人工智能的应用。[2]近年来，《地平线报告》均提及智能化、虚拟化对学习空间的重要性，并提倡将智能技术应用于实际教学环境和学习场景中，认为智能技术的普及不仅是“智慧教学的愿景”，也是学习方式演变的“必然趋势”。学习空间智能化转型需建立在教育信息化基本规范的基础上，其出发点应当以学生为中心，可借助5G、人工智能等前沿技术实现学习方式、学习资源、学习情境以及学习装备的智能化，以达到优化教学过程、提高学习效率的目标。

5G助力学习空间智能化转型的方式

学习空间智能化是必然趋势，但也存在一定的问题，主要表现在校园基础设施，尤其是网络基础设施方面。当前，学习空间智能化转型主要存在学习方式不够便利、学习资源不够丰富、学习情境较为单一以及学习装备的基础承载设施条件不足等问题。而5G技术具有万物互联、低延迟和大带宽等优势，同时还支持大连接场景，能满足校园中高密度人群进行集中学习的场景需求，也能满足大规模、多样化的智能学习终端的接入需求。[3]5G对学习空间智能化转型的作用主要体现在助力学习方式的智能化、赋能教育资源的智能化、推动学习情境的智能化以及推进学习装备的智能化四个方面，如下页图2所示。

1.5G助力学习方式的智能化：学习的“中心转换”和学习精准性

智能化的学习空间要求学习方式具备较高的便利性和精准性，应达到“有利于学习者主动学习、高效学习”的水准。在传统学习方式中，教师是知识的“中心”，课堂是学习的“中心”，学生处于从属地位，学生只能在特定的时间、特定的场所进行学习，时间与空间限制成为制约主动学习、高效学习的主要原因之一。5G技术是互联网的新的发展阶段，5G网络极大地提升了知识传输、复制和转移的便利性和快捷性，教师和书本不再是知识获取的主要渠道，学习时间和学习地点也不再需要进行约定，学习方式从“以教师和课堂为中心”转换为“以学生为中心”。此外，5G技术助力人工智能技术的发展，进一步加快了“中心转换”的速度，使得学习者的“中心地位”更加明显，人工智能不仅能主动提供精确的知识内容，还能对学生进行基于习惯和偏好的“用户画像”，并提供行之有效的学习方法，大幅度提升了学生学习的精准性。

2.5G赋能学习资源的智能化：资源多样化与生成式AI

在5G时代，高速率、广连接以及低资费的移动互联网为视频形式知识内容的大规模传输提供了可行性，在此基础上，新媒体教育平台得以蓬勃发展，学习资源内容的形式有了更多的选择，使得学生能随时随地获取丰富多样的教育资源。手机、平板等手持终端的网络接入速率的提升、接入区域的扩展以及接入成本的降低，推动了手持终端上的生成式AI的普及，生成式AI可对结构化的学习资源进行“深层加工”，并能够进行精准匹配，以应对学生的个性化学习需求，学生学习的体验感、交互感有较大幅度的提升。

3.5G推动学习情境的智能化：虚拟现实技术的应用

《情境学习：合法的边缘性参与》一书提出：“学生应在特定的社会情境或者物理情境下，通过主动参与的方式对所学知识进行意义层面的协商，同时在学习团体中与其他学生互相帮助、配合和沟通，达到沉浸式学习、代入式学习的目的。”AR、VR以及XR能模拟“情境学习理论”所提及的知识产生的“社会情境或者物理情境”，并且支持学生与特定情境进行互动，以实现知识本身的“意义建构”，达到强化学习效果的目的。而虚拟现实技术的应用离不开5G技术的支持，其原因是在虚拟学习空间中学生对“进阶体验”的虚拟现实内容有强烈需求。所谓的进阶体验，指的是高质量的虚拟现实内容以及低延迟的虚拟交互功能，即虚拟现实技术功能体系中的“高分辨率近眼显示功能”及“低延迟感知交互功能”，这两个功能模块是高质量虚拟现实技术应用于实际学习情境的关键，但传统4G网络以及无线网均不能满足4K/8K分辨率的虚拟现实内容传输需求，需借助5G技术的大上行带宽和低延迟等优势。[4]因此，5G是虚拟现实技术达到进阶体验水准的“数字技术底座”，是虚拟现实学习空间中必不可少的组成部分。

4.5G支持学习装备的智能化：智能终端的大规模应用

在课堂学习中，手持终端、多媒体设备、计算机和互联网构成了校园内智慧教室的基础学习环境，但随着数字孪生（元宇宙）技术、Web3.0技术以及自媒体平台的出现，新型的数字媒体内容迎来爆发式增长，信息传输形式的多样化达到了前所未有的高度，学习者对学习内容的形式、品质的要求更高，因此需要兼容性更好、性能更强的基础网络环境。在实际教学中，引入智能化设备的主要目标是提升学生学习的真实感、参与感和体验感，从而保证学习效率，激发学生的主动思考和创新。而智能化设备中智能技术的使用，需要大量的传感器、图像采集设备、语音交互设备等基础设施作为支撑，需满足数量巨大、种类繁多的智能终端接入需求，同时还存在高清图像、视频和语音数据的传输质量需求，在智能系统的人机交互方面，智能技术的应用也需要较高的交互实时性和交互快捷性。因此，基于智能系统的学习方式也需要5G网络的支撑。在教学服务端层面，5G网络不仅能为智能系统基础设施提供大带宽、广连接的网络服务，还能满足人机交互实时性要求，为学生带来良好的用户体验；在数据采集端层面，5G技术支持传感器、摄像头以及其他数据采集设备的接入；在用户终端层面，5G技术能为学生提供快速的网络服务，学生获取知识内容的速度更为快捷。

存在的问题和解决方法

5G是学习空间智能化转型的重要技术支撑，但在实践环节还存在不小的问题，主要表现在：①高校人群较为密集，不同的学习环境对5G设施的容量需求、功能需求极不均衡，5G设施部署较为困难；②不同学科的学生的信息化素养不同，对智慧学习空间的熟练程度呈现较大差别，可能加大数字鸿沟的影响；③智慧学习空间中各功能模块互相孤立的问题较为严重，具体表现为各功能模块缺乏整体规划、数据共享机制缺乏、数据孤岛问题较为突出；④建设缺乏统一的规划、规范以及管理，同时还存在重复建设的现象。因此，应从基础设施、数字素养和用户体验的角度出发解决问题。

1.推进5G新型基础设施建设

建设校园新型基础设施的目的是提升校园信息化装备水平，支撑新技术在校园学习空间中的应用，打造智慧校园“数字底座”。新型基础设施聚焦智慧校园的各个层面，包括智慧校园建设、体系与平台建设、基础信息网络建设、教学资源建设、信息安全防范以及开发创新应用等，涵盖了学习空间智能化的全过程需求。其中，在5G基础设施方面，学校可与网络运营商合作，根据学习空间建设的实际需求建设区域性专用5G网络，引入定制化、轻量化的5G基础网络，充分利用运营商的技术、人员、设备和运维模式，实现快速建设和降低成本的双重目的。[5]在智能化基础设施方面，应重视大数据技术、虚拟现实教学环境等所需要的基本算力的配备，如高性能计算设施等，构建算力、算法、数据、应用的智能技术生态圈。

2.推进师生数字素养的提升

师生是学习空间的使用者，师生的数字素养是使用学习空间的基本条件，提升数字素养的目的是提升学习者的数字胜任力，从学习模式、学习技能、学习评价等方面全面适应新技术背景下的校园学习。数字素养不仅表现为对数字技术、互联网技术、智能技术的掌控程度，也表现为对智能技术伦理危机的防范意识。师生数字化素养提升是一项系统的复杂工程，需要借助制度建设、师生培训、考核评价等手段提升师生的数字伦理安全相关的法律法规认识，加强师生的自我权益保护意识，构建公平公正、具备道德底线的智能技术应用生态。同时，应重视数字化学习资源审查制度的建设，建立更专业的审查机制，以应对数字化学习资源、学习渠道对伦理道德、意识形态等方面的冲击。

3.注重用户体验，加强资源开发

5G+虚拟现实、5G+生成式AI以及5G+人机协同等智能化应用目前尚处于探索阶段，在用户体验方面还存在很多细节问题，如人机互动较为生硬、装备过于笨重、内容过少以及软件体验不佳等，对用户体验造成较大的负面影响。总体而言，目前5G技术对重塑智慧学习空间的作用和价值并未充分发挥，应在5G技术的基础上，加强智能化学习软件和硬件的探索和开发，如在教育伦理规约下研发教育类生成式AI软件以及5G+“双师课堂”、5G+虚拟仿真实验室等软硬件，不断提升现有软硬件的用户体验水平，同时探索发现全新的教育应用场景，从而形成良好的教育类产品生态。

总结与展望

新技术的应用对校园数字化转型带来了全新的机遇，在当前人工智能、数字孪生等新技术普及的背景下，5G技术支撑学校学习空间的建设是大势所趋。对学校而言，智能化学习空间的建设既强调软硬件基础设施水平的提升，也强调师生信息化观念的转变，要求以数字化意识推动教育模式和学习方式的变革，而随着数字化转型的推进，学习空间智能化转型过程中存在的问题也有望逐步得到解决。

参考文献：

[1]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）：1-8.

[2]赵瑞斌，杨现民，张燕玲，等.“5G+AI”技术场域中的教学形态创新及关键问题分析[J].远程教育杂志，2021，39（02）：44-52

[3]李小娟，刘清堂，王姣阳，等.智慧学习空间中师范生自我导向学习实证研究[J].现代教育技术，2022，32（01）：54-63.

[4]李涵，许文静.5G时代开放教育生态的内涵、理论模型与发展趋势[J].成人教育，2023，43（02）：54-59.

[5]李倩倩，张甜甜，江喻.5G校园专网部署方案探究[J].中国教育网络，2022（09）：78-80.

作者简介：沈振兴，中南民族大学信息化建设管理处（现代教育技术中心）教师，研究方向为教育信息化、智慧教育。

本文系中南民族大学中央高校基本科研业务费项目“5G技术驱动高校智慧学习空间发展途径研究”资助（项目编号：CSQ22035）。