辛 萍

（吉林工商學院 基礎部，吉林 長春130507）

2017 年《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》頒布以來，教育部加大了推進教育信息化的力度。至2020年，我國的5G技術（第5代移動通信技術）進入商用階段。隨著網(wǎng)絡基礎設施的不斷發(fā)展和5G技術的不斷成熟，5G也必將進入高校，對高校教學服務與教學形態(tài)產(chǎn)生深遠影響，催生智能化信息技術在教育教學中的應用，為廣大師生的教學和學習提供前所未有的體驗。

一、5G技術與教育的融合

（一）5G技術的特點[1]

1.數(shù)據(jù)的傳輸能力高。相比于第4代移動通訊技術4G，5G技術在更高的頻段傳輸，使得傳輸和應答速度有了極大的提高，滿足了人們在移動數(shù)據(jù)業(yè)務中對資源傳輸高速的要求。

2.容量大消耗低。5G技術打破了4G對終端密度的限制條件，支持每平方公里百萬終端數(shù)目的連接數(shù)密度，滿足了無限量、低消耗的需求。

3.超高可靠低時延。在視頻資源的實時傳輸方面，5G技術可以提供毫秒級的端到端時延，極大地提高了傳輸應答的效率。

（二）5G技術與教育教學的融合

5G所帶來的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和虛擬技術等，將會給學校的管理、教學和科研等活動帶來全新的變革。5G不僅支持了學習網(wǎng)絡教學資源時海量終端的接入，也極大地提高了資源平臺的應答速率。人工智能在教學生成、教學評價及提供個性化學習方案方面有很好的應用前景，虛擬教學給學習者帶來全新的獲取知識的體驗和極大的學習能動性，給多元化教學奠定了良好的信息化技術基礎。

二、大學物理應用型教學模式初探

（一）重構大學物理教學系統(tǒng)，使其向信息化教學方向看齊

首先，在教學系統(tǒng)的空間架構上，從系統(tǒng)論的一般觀點出發(fā)，圍繞教師、學生、教學內(nèi)容和教學媒體這四個基本要素之間的關系，明確教學目標和教學策略[2]。在5G技術支持下，教師和學生的角色都將發(fā)生深刻變化，教學不再是教師的“一言堂”，而是從4G的因嚴重延時所支撐的單向式教學向5G時代的實時交互式教學演變。此外，教學內(nèi)容也隨著教學媒體的信息化而從傳統(tǒng)課堂中解構出來，涵蓋知識目標、技術和能力目標、方法和思想目標三個方面。

其次，從教學系統(tǒng)的時間維度上，通過課前預置、課中展現(xiàn)和課后反饋這一時間軸來架構課程體系。課前部分，對物理知識中的概念、定性分析、簡單推理部分以慕課、微課的形式放到網(wǎng)絡教學平臺，加上教師預置的問題設計，使學生帶著對物理問題的基本了解進入課堂；課中部分，教師利用智慧教學工具和手段，對經(jīng)過篩選的難點內(nèi)容或可提煉成主題的內(nèi)容開展深入的引導，啟發(fā)學生思維；課后部分，教師通過教學反思促進下一步的教學；學生通過參與測試、答疑和討論等活動，實時反饋學習動態(tài)。對于課前、課中和課后這三部分的有機融合，借助信息化技術手段，實現(xiàn)實時交互溝通，使得學生隨時隨地進行學習，激發(fā)學習原動力，養(yǎng)成良好的學習習慣。

（二）移動端資源共享，打造智慧課堂

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”帶來了海量的網(wǎng)絡教學資源，教師在備課階段，應當給學生提供優(yōu)質教學資源。一方面，在實際教學中，我們采用了麻省理工學院開放課程中Walter Lewin教授的演示實驗視頻，非常實用并且深受學生歡迎。另一方面，教學資源也可以是由教師上傳個人制作的教學視頻。在信息化時代的背景下，教師也應當學會精品教學視頻的制作，掌握優(yōu)秀的微課制作技術。從課程特點來看，大學物理課程在視頻資源制作上有很大的優(yōu)勢，例如聲音、波動、光的干涉和衍射等很多物理的現(xiàn)象和原理，都可以通過可視化的動畫來演示[3]。

在移動端資源學習得到強化的同時，教師將從單一的課堂中解放出來，物理知識的單純講授由第三方（直播、視頻、遠程教學資源）來完成，教師主要起到主導課程學習走向的作用。在占比較少且時間有限的課堂時間內(nèi)，利用智慧教學工具（如云班課、學習通、雨課堂等），完成所設計的頭腦風暴、物理專題的討論、指導學生分組合作等。例如，在設計“靜電場中的導體”一堂課時，學生通過課前對導體電荷分布特點的視頻學習之后，在課堂中，通過分組討論的形式，有步驟地布置以下幾個問題。問題一：避雷針為什么能夠使建筑物避免遭受雷擊？當學生通過討論給出避雷針需接地的結論之后，提出問題二：接地銅纜可以將放電電流導入大地，但飛機無法通過這一途徑來避免雷擊，在飛機設計時如何解決這一問題？解決這個問題之后，為了引入接下來的靜電屏蔽知識，可提出問題三：當遭受雷電襲擊時，飛機內(nèi)部的人是否安全？通過學生中持不同意見的互相討論，最終接近結論。整堂課在學生的討論和展示結論、展開辯論中進行，隨著問題的走向，教師在關鍵點時予以總結和評價。

（三）創(chuàng)新教學評價，促進師生共同提高

首先，學生評教師。學生變被動為主動，從單向接受教師測評到反過來對教師的授課能力進行評價。這種評價方式，在5G網(wǎng)絡技術支持下，可以很方便地通過移動端來進行。在實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享的同時，教師面對的不再僅僅是固定教室上課的班級學生，而是面向所有可能接入的移動端對象。而對移動端的個體來說，面對海量的可共享教學資源，他們會傾向于選擇什么樣的教師的物理課呢？一定是選擇如下的課程：不是把傳統(tǒng)課堂全盤搬到線上，而是物理知識與應用互相融合；不是授人以魚，而是結合物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程來培養(yǎng)學生的理論聯(lián)系實際的科學精神；不是把視野只局限在知識講授上，而是結合物理學家和物理學發(fā)展史帶給學生情感和價值觀的教育。因此對教師來說，學生評教師的這一環(huán)節(jié)，形成了教師自我提高的最直接的促進性動力。

其次，學生間互評。在提升學生的主體地位方面，讓學生參與教學過程的評價能夠讓學生重新審視自己的學習過程。學生參與學習的過程都會在移動端形成數(shù)據(jù)化的痕跡，所以學生可以對其他學生、其他學習小組進行學生間互評，例如對資源的學習程度、在討論專題中參與和發(fā)表的頻率、尋求教師釋疑的頻次等等，都可以作為學生互相評價的參考依據(jù)。學生間的互評一方面改變了以往只由教師評價的弊端，另一方面可以在學生中間形成競賽激勵，形成“你追我趕”的有益循環(huán)，最終有益于形成良好的學風。此外，在5G技術的支持下，不僅課前和課后能夠生成學習數(shù)據(jù)，課堂上也可以監(jiān)督學生的學習狀態(tài)，是否積極參與教師的課堂設計，是否積極參與小組的話題討論等，這對于提高學生學習效果、提升學生的課堂參與度是大有裨益的。

三、基于5G的大學物理教學展望

（一）智慧教學情境的設立提高教育資源的共享

戴爾的“經(jīng)驗之塔”理論認為：“學習者參與到實際經(jīng)驗中能獲得直接、具體和有目的的經(jīng)驗?！痹?G技術軟硬件條件支持下的VR教室，通過全新3D投影所打造的虛擬物理問題情境，可使學生沉浸在虛擬的物理問題中，去發(fā)現(xiàn)、探究和判斷，再結合現(xiàn)實中的推理、學習、合作與討論，這種體驗將對還原物理知識的攝取過程、加深對物理規(guī)律的理解起到關鍵作用。另外，基于5G的覆蓋范圍廣的特點，利用5G技術手段實現(xiàn)名師的遠程教學，借助于5G的數(shù)據(jù)高傳輸和低時延特性，把4G時代教師“一言堂”的教學形式轉變?yōu)榭蓪崿F(xiàn)師生的實時交互功能的活潑課堂。

（二）基于人工智能的交互式學習提升學習體驗

基于云計算技術，利用人工智能云端服務器來解決移動端學習中遇到的問題，將極大地提高自主學習效率。對于大學物理課程來說，物理概念的厘清、物理定理適用的條件及結論，有些知識點是學生容易產(chǎn)生混淆的誤區(qū)，就可以通過人機實時交互來進行實時提問和解答。這樣的做法，一方面，課堂時間就不必在這些基本知識點上花費時間，而是可以開展更多開放性的討論專題，去培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、推理判斷、解決問題的思維過程，更好地還原物理知識從實際中來、到實際中去的課程實質，極大地提升了學生的學習參與感與學習體驗；另一方面，能夠形成學生學習數(shù)據(jù)的自動梳理，從而形成學習行為和學習習慣評價，有利于教師掌握學情，從而進行因材施教。

（三）物理實驗能夠很大程度上享受5G所帶來的便捷

物理知識離不開實踐教學過程，5G將帶來達100Mbps至1Gbps的用戶體驗速率，我們寄希望于VR、AR等移動虛擬現(xiàn)實技術成熟后，利用虛擬引擎技術手段，使大學物理實驗教學達到可視化教學。通過開發(fā)具有交互功能的虛擬仿真實驗，讓學生通過浸入式的學習，結合可視化實驗儀器的操作，直觀地在儀器內(nèi)部看到儀器的運作過程，去充分體會實驗原理，達到更深刻的學習效果。此外，虛擬實驗教學可以實現(xiàn)多人在線協(xié)作實驗以及多人共享實驗儀器，顛覆了傳統(tǒng)實驗室的教學模式。對于某些高校物理實驗室來說，有了這樣的技術，就可以不必配置全套的儀器設備就能夠給學生帶來同樣精彩的實驗課學習體驗。

5G 時代不僅僅是通訊技術的更新?lián)Q代，也是萬物互聯(lián)的時代，經(jīng)濟社會更是借由5G 技術向數(shù)字化轉型。高校教育教學要抓住5G時代所帶來的人工智能、大數(shù)據(jù)云計算、虛擬現(xiàn)實等技術與教育的深度融合契機，使教育教學的方式方法呈現(xiàn)出飛躍式的發(fā)展。