论文部分内容阅读
摘 要：4G改变生活，5G改变世界。随着2018年以来世界主要经济体中国、美国、日本、韩国等相继宣布5G商用，并在全球范围内争夺5G标准和技术的主导权，5G重要性不言而喻，5G、人工智能将引爆第四次工業革命，未来5G对于人就像空气和水一样重要，将渗透到人们生活、工作、学习的方方面面。梁启超说过的少年强则国强，少年富则中国富，教育为立国之本、强国之基。未来2-3年内5G与云计算、人工智能结合将促进教育信息化发展，重塑现代教育教学方式、教育理念。
关键词：5G;云VR/AR;AI;教育
一、5G技术，改变教育生态体系
移动通信技术诞生于上世纪80年代，每10年演进一代，经历了1G、2G、3G、4G，今天人类开始步入到5G时代。1G突破了有线的限制，实现了随时随地和任何人接打电话的梦想。2G解决了通话质量提升、终端小型化及短信传输。3G出现一个非常重大的技术突破，创造移动互联网的应用场景，人们可通过手机随时随地接入互联网，在线浏览新闻、游戏及社交等。随着各种应用对带宽带的要求越来越高，4G应运而生，4G速度100～150Mbps，比3G快20—30倍，催生了在线高清视频播放、网络直播、在线游戏等一系列新应用，给我们的生活、工作、学习带来巨大的改变。作为4G技术的演进，5G光纤般的接入速度、几乎零时延的感知、千亿设备的连接能力，将驱动移动互联网应用呈现爆炸式增长，重塑各行各业的生态体系，比如4K/8K超高清视频在线播放、3D游戏、远程医疗、无人驾驶、智能化工厂等等。
我国著名科学家钱学森曾对未来教育做了如此论述：“未来教育=人脑+电脑+网络。”信息技术集幻灯片、录像机等视听功能与计算机、网络交互功能于一体，具有生动、直观、形象特点，能充分调动学生学习过程中眼、耳、手、脑等身体各部位的协同配合，激发学生学习兴趣，提高课堂教学效率。改革开放至今，教育信息化虽然在基础设施建设上成果显著，但由于受技术、观念限制，教育信息化存在重建设轻应用，未纳入学校的整体发展规划，只是把教育信息化作为后勤管理工作;师生信息化素养不高，对教育信息化的理解和应用大部分还只局限于教授学生计算机、网络技术知识，在课堂上播放PPT、音视频等多媒体教学。随着5G技术普及，利用人工智能、云计算等新一代信息技术与教育深度融合，改变传统教学模式、回归以人为本的教育本质、促进教育现代化是教育信息化的目标。2018年4月教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，明确提出“适应5G网络技术发展，服务全时域、全空域、全受众的智能学习新要求”“以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范”。
5G超高速率、几乎零时延的良好交互能力、超高密度的接入能力，将为人工智能AI、VR/AR插上腾飞的翅膀，5G+AI、5G+云VR/AR将提供新的教育解决方案，改变传统课堂教学及在线教学单向被动接收的方式，真正实现教育以人为本，为人们在知识大爆炸时代提供全方位的智能学习支持，重构教育生态体系，实现教育现代化。
二、5G+VR/AR交互式教学，体现“人本”教育理念
传统课堂教学通常是以教师、课堂、书本为中心，形成老师单向传授知识、学生被动接收知识的局面，导致学生的学习主观能动性及学习效率均被压制，互动不足的学习过程枯燥无味。即使课程内容本身是有趣的，但由于教学手段单一，学生只能通过书本上呈现的文字描述、彩色绘画最多是老师下载的视频来丰富学习体验，学生的课堂参与度仍旧有限。当前社会培训机构在线教学过程中虽然通过动画、游戏寓教于乐，一定程度上激发了学生的学习兴趣，但仍然存在手段单一，体验不佳的缺陷。
5G的超高速率、超低时延能够将实现云端与VR头显的良好交互，并将3D建模及计算上移到云端，依靠云端强大的数据存储及高速运算能力来构建一个又一个完全虚拟的3D世界，并通过5G网络将超高清的360度全景视频图像迅速传输到VR头显。未来5G+云VR相结合的技术将使以教师传授知识为中心的传统课堂转变为以学生为中心的智慧课堂。让学生进入到虚拟世界中，与虚拟世界中的人物、环境互动，身临其境的去观察、学习、探索，培养学生主动观察的能力，激发学生主动独立思考、推演的能力以及创造力。5G+云VR教学应用场景有：①用于史前时代、太空、人体结构等科普教学。②用于火灾、洪水、地震救援等事故、灾害场景教学。③追溯历史事件、语文诗词中历史背景解读等。
我们可以想象未来的关于“了解人体结构”的智慧课堂所呈现的画面——人体被做成一个巨大的迷宫，孩子们带上VR头显，想象自己就像电影《蚁人》中的蚁人一样，身体不断缩小，从鼻腔进入气管、咽喉、胃、小肠、大肠，然后进入血液、在密密麻麻的血管里穿梭，进入心脏、动脉、静脉、肺部等，每到一个地方，孩子们对所有好奇的东西不断提出各种问题，老师实时讲解，在这个虚拟的世界里除了自己、老师，还有熟悉的同学们，真正实现师生互动、生生互动，实现智慧的碰撞，思想的交锋。这种全沉浸式的教学真正从学生需求出发，不但能让学生更立体的认识人体器官和结构，更能让学生在学习的主观能性被激发的状态更高效地学习。
三、5G+AI精准教学，提升教师工作效率
传统课堂教学模式标准化，老师严格按照教学大纲进行备课、讲课、布置作业，同时由于1个课堂50多个学生，短短的40分钟内老师无法通过有限的师生互动掌握每个学生真实的上课状态，知晓自己授课内容是否被每个学生所吸收。同时老师大部分精力花费在讲课、批改作业及成绩统计上，没有充足时间对教学情况、学生作业情况进行统计分析，并依据分析结果做出教学计划的调整、课程内容的完善，无法真正做到因材施教。而“5G+AI课堂精准教学”则能解决这一难题。
5G+AI课堂精准教学可应用于以下场景中——布放在课堂的监控摄像头实时收集学生面部表情、行为视频数据并通过5G网络传送到教育平台，AI技术对视频进行学生情感、行为识别分析，比如分析面部表情、眼睛转动，举手、站立、侧身、趴桌、端正等课堂行为，从而分析出每个学生的学习状态、专注程度、课堂关键的活跃环节、学生的活跃区域分布等等，帮助老师进行更细致的课堂教学评估，调整教学计划、授课方式，引导教师对有需要的学生进行更有效的关注。
在日常的教学工作中，教师们经常要花大量时间来批改作，如若对作业情况进行分析、点评更是费时。未来AI可以通过图像识别方式完成对学生的主观、客观等全科目作业的智能批改，并对成绩进行多维度分析，统计学生的知识掌握情况。同时还可以针对性分析哪些学生常常解错哪一类题目，甚至可以根据每个学生的历史学习数据，自动输出评测结果、学业情况，针对每一位同学的不同情况，精准化推送学习资源。从而帮助老师从繁重的重复工作中解脱出来，将更多精力投放在个性化教学中，最终实现因材施教。
随着5G+AI、云VR/AR，未来5G+大数据、区块链等信息化技术在教育行业中广泛应用，必将彻底颠覆传统教育的生态体系，打造一种全新的教育教学模式，教育将从标准化、被动式知识传授的模式走向个性化、智能化的样态。老师、家长、学生都急需提升自身的信息素养、主动适应这种转变。5G未来已来，让我们拭目以待5G对教育的重构。
参考文献
[1]郭绍青.人工智能对教育的革命性影响[N].学习时报，2019-5-31.
[2]袁磊.5G时代的教育场景要素变革与应对之策[J].远程教育杂志，2019.
[3]孙文.5G智联万物：轻松读懂5G应用与智能未来[M].海天出版社，2020（05）.
关键词：5G;云VR/AR;AI;教育
一、5G技术，改变教育生态体系
移动通信技术诞生于上世纪80年代，每10年演进一代，经历了1G、2G、3G、4G，今天人类开始步入到5G时代。1G突破了有线的限制，实现了随时随地和任何人接打电话的梦想。2G解决了通话质量提升、终端小型化及短信传输。3G出现一个非常重大的技术突破，创造移动互联网的应用场景，人们可通过手机随时随地接入互联网，在线浏览新闻、游戏及社交等。随着各种应用对带宽带的要求越来越高，4G应运而生，4G速度100～150Mbps，比3G快20—30倍，催生了在线高清视频播放、网络直播、在线游戏等一系列新应用，给我们的生活、工作、学习带来巨大的改变。作为4G技术的演进，5G光纤般的接入速度、几乎零时延的感知、千亿设备的连接能力，将驱动移动互联网应用呈现爆炸式增长，重塑各行各业的生态体系，比如4K/8K超高清视频在线播放、3D游戏、远程医疗、无人驾驶、智能化工厂等等。
我国著名科学家钱学森曾对未来教育做了如此论述：“未来教育=人脑+电脑+网络。”信息技术集幻灯片、录像机等视听功能与计算机、网络交互功能于一体，具有生动、直观、形象特点，能充分调动学生学习过程中眼、耳、手、脑等身体各部位的协同配合，激发学生学习兴趣，提高课堂教学效率。改革开放至今，教育信息化虽然在基础设施建设上成果显著，但由于受技术、观念限制，教育信息化存在重建设轻应用，未纳入学校的整体发展规划，只是把教育信息化作为后勤管理工作;师生信息化素养不高，对教育信息化的理解和应用大部分还只局限于教授学生计算机、网络技术知识，在课堂上播放PPT、音视频等多媒体教学。随着5G技术普及，利用人工智能、云计算等新一代信息技术与教育深度融合，改变传统教学模式、回归以人为本的教育本质、促进教育现代化是教育信息化的目标。2018年4月教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，明确提出“适应5G网络技术发展，服务全时域、全空域、全受众的智能学习新要求”“以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范”。
5G超高速率、几乎零时延的良好交互能力、超高密度的接入能力，将为人工智能AI、VR/AR插上腾飞的翅膀，5G+AI、5G+云VR/AR将提供新的教育解决方案，改变传统课堂教学及在线教学单向被动接收的方式，真正实现教育以人为本，为人们在知识大爆炸时代提供全方位的智能学习支持，重构教育生态体系，实现教育现代化。
二、5G+VR/AR交互式教学，体现“人本”教育理念
传统课堂教学通常是以教师、课堂、书本为中心，形成老师单向传授知识、学生被动接收知识的局面，导致学生的学习主观能动性及学习效率均被压制，互动不足的学习过程枯燥无味。即使课程内容本身是有趣的，但由于教学手段单一，学生只能通过书本上呈现的文字描述、彩色绘画最多是老师下载的视频来丰富学习体验，学生的课堂参与度仍旧有限。当前社会培训机构在线教学过程中虽然通过动画、游戏寓教于乐，一定程度上激发了学生的学习兴趣，但仍然存在手段单一，体验不佳的缺陷。
5G的超高速率、超低时延能够将实现云端与VR头显的良好交互，并将3D建模及计算上移到云端，依靠云端强大的数据存储及高速运算能力来构建一个又一个完全虚拟的3D世界，并通过5G网络将超高清的360度全景视频图像迅速传输到VR头显。未来5G+云VR相结合的技术将使以教师传授知识为中心的传统课堂转变为以学生为中心的智慧课堂。让学生进入到虚拟世界中，与虚拟世界中的人物、环境互动，身临其境的去观察、学习、探索，培养学生主动观察的能力，激发学生主动独立思考、推演的能力以及创造力。5G+云VR教学应用场景有：①用于史前时代、太空、人体结构等科普教学。②用于火灾、洪水、地震救援等事故、灾害场景教学。③追溯历史事件、语文诗词中历史背景解读等。
我们可以想象未来的关于“了解人体结构”的智慧课堂所呈现的画面——人体被做成一个巨大的迷宫，孩子们带上VR头显，想象自己就像电影《蚁人》中的蚁人一样，身体不断缩小，从鼻腔进入气管、咽喉、胃、小肠、大肠，然后进入血液、在密密麻麻的血管里穿梭，进入心脏、动脉、静脉、肺部等，每到一个地方，孩子们对所有好奇的东西不断提出各种问题，老师实时讲解，在这个虚拟的世界里除了自己、老师，还有熟悉的同学们，真正实现师生互动、生生互动，实现智慧的碰撞，思想的交锋。这种全沉浸式的教学真正从学生需求出发，不但能让学生更立体的认识人体器官和结构，更能让学生在学习的主观能性被激发的状态更高效地学习。
三、5G+AI精准教学，提升教师工作效率
传统课堂教学模式标准化，老师严格按照教学大纲进行备课、讲课、布置作业，同时由于1个课堂50多个学生，短短的40分钟内老师无法通过有限的师生互动掌握每个学生真实的上课状态，知晓自己授课内容是否被每个学生所吸收。同时老师大部分精力花费在讲课、批改作业及成绩统计上，没有充足时间对教学情况、学生作业情况进行统计分析，并依据分析结果做出教学计划的调整、课程内容的完善，无法真正做到因材施教。而“5G+AI课堂精准教学”则能解决这一难题。
5G+AI课堂精准教学可应用于以下场景中——布放在课堂的监控摄像头实时收集学生面部表情、行为视频数据并通过5G网络传送到教育平台，AI技术对视频进行学生情感、行为识别分析，比如分析面部表情、眼睛转动，举手、站立、侧身、趴桌、端正等课堂行为，从而分析出每个学生的学习状态、专注程度、课堂关键的活跃环节、学生的活跃区域分布等等，帮助老师进行更细致的课堂教学评估，调整教学计划、授课方式，引导教师对有需要的学生进行更有效的关注。
在日常的教学工作中，教师们经常要花大量时间来批改作，如若对作业情况进行分析、点评更是费时。未来AI可以通过图像识别方式完成对学生的主观、客观等全科目作业的智能批改，并对成绩进行多维度分析，统计学生的知识掌握情况。同时还可以针对性分析哪些学生常常解错哪一类题目，甚至可以根据每个学生的历史学习数据，自动输出评测结果、学业情况，针对每一位同学的不同情况，精准化推送学习资源。从而帮助老师从繁重的重复工作中解脱出来，将更多精力投放在个性化教学中，最终实现因材施教。
随着5G+AI、云VR/AR，未来5G+大数据、区块链等信息化技术在教育行业中广泛应用，必将彻底颠覆传统教育的生态体系，打造一种全新的教育教学模式，教育将从标准化、被动式知识传授的模式走向个性化、智能化的样态。老师、家长、学生都急需提升自身的信息素养、主动适应这种转变。5G未来已来，让我们拭目以待5G对教育的重构。
参考文献
[1]郭绍青.人工智能对教育的革命性影响[N].学习时报，2019-5-31.
[2]袁磊.5G时代的教育场景要素变革与应对之策[J].远程教育杂志，2019.
[3]孙文.5G智联万物：轻松读懂5G应用与智能未来[M].海天出版社，2020（05）.