劉勁松 王寒之 王瑜 石廣興 王夢(mèng)琦

摘要：5G技術(shù)的發(fā)展給學(xué)校教育場(chǎng)景帶來(lái)了更多想象的空間，寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校積極探索、實(shí)踐基于5G的智慧教育場(chǎng)景，建設(shè)全息未來(lái)沉浸式教室以及名師講堂，探索未來(lái)智慧教育及雙師課堂等創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教育教學(xué)的效果，并在實(shí)踐中不斷完善，形成具有寶中實(shí)驗(yàn)特色的5G+智慧教育模板，期望為未來(lái)5G+智慧教育開(kāi)辟新的思路。

關(guān)鍵詞：5G;智慧教育;名師講堂;雙師課堂

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2021）21-0068-03

前言

在教育信息化2.0時(shí)代，高科技賦能教育[1]，教育也為科技的發(fā)展帶來(lái)更多的想象空間和應(yīng)用場(chǎng)景。5G技術(shù)具備了更高的信號(hào)傳輸效率和更多的承載量，讓萬(wàn)物可以智能感知互聯(lián)。5G網(wǎng)絡(luò)的理論下行速度為10Gb/s[2]，在此傳輸速度下高清視頻或者大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，人體幾乎感知不到。5G技術(shù)兼具高傳輸效率、超高可靠低時(shí)延通信的特性，智慧教育與5G技術(shù)的結(jié)合，為優(yōu)化師生獲取學(xué)校數(shù)字資源和處理海量信息的交互方式、提升學(xué)校教育教學(xué)的效率、優(yōu)化課堂教學(xué)的體驗(yàn)和效果、實(shí)時(shí)銜接校園現(xiàn)實(shí)空間和數(shù)字空間等開(kāi)辟了新路徑[3]，使得師生能夠享受更智能的教育、教學(xué)和生活環(huán)境，線(xiàn)上和線(xiàn)下學(xué)習(xí)變得更便捷。

5G全息未來(lái)沉浸式教室

1.硬件方面探索

筆者所在的寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校（以下簡(jiǎn)稱(chēng)寶中實(shí)驗(yàn)）的全息沉浸式未來(lái)教室利用5G高寬帶、低延時(shí)的特性，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)采集及圖像合成處理，將采集點(diǎn)的人像通過(guò)5G專(zhuān)網(wǎng)傳輸至遠(yuǎn)端。遠(yuǎn)端的全息成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收下行數(shù)據(jù)，并將授課教師的影像1∶1立體地還原在遠(yuǎn)端的師生面前，大幅提升師生沉浸式課堂的體驗(yàn)。下圖所示為寶中實(shí)驗(yàn)在全息未來(lái)教室的設(shè)備布局圖。

2.教育實(shí)踐探索

（1）身臨其境式的科普體驗(yàn)

全息沉浸式未來(lái)教室成為學(xué)生的科普?qǐng)鲳^，它通過(guò)軟硬件一體化全息技術(shù)將全息互動(dòng)鏡面墻和互動(dòng)投影墻有機(jī)組合，提供了海洋主題、熱帶雨林主題等多主題沉浸式空間，通過(guò)全息中控來(lái)切換全息主題場(chǎng)景，為學(xué)生提供更加豐富的全息體驗(yàn)。

（2）開(kāi)展互動(dòng)化、多元化的課堂教學(xué)實(shí)踐

下面筆者以寶中實(shí)驗(yàn)的科創(chuàng)特色課程——機(jī)器人課程為例進(jìn)行探索。機(jī)器人課程是一門(mén)通過(guò)積木組裝拼接搭建相應(yīng)功能的物品，并通過(guò)編程賦予感知和動(dòng)作能力的課程。在這個(gè)過(guò)程中，直觀(guān)感知幫助學(xué)生獲取豐富的物理學(xué)、機(jī)械學(xué)的直觀(guān)體驗(yàn)，學(xué)生在玩的過(guò)程中，不僅培養(yǎng)了動(dòng)手搭建能力，更重要的是發(fā)展了空間想象能力、問(wèn)題分析解決能力、邏輯思維能力以及合作能力。

以《奔騰的野馬》一課為例，教學(xué)內(nèi)容是搭建一匹在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下做奔跑狀的野馬。教學(xué)內(nèi)容分析：首先，野馬奔跑起來(lái)是一只前腳先抬，再抬另一只腳，這就要考驗(yàn)學(xué)生的觀(guān)察能力。其次，如何用馬達(dá)帶動(dòng)野馬做“奔騰”運(yùn)動(dòng)（“奔騰”運(yùn)動(dòng)采用連接桿和齒輪非軸心點(diǎn)的連接轉(zhuǎn)動(dòng)），做到上下顛簸奔騰的視覺(jué)效果，這極其考驗(yàn)學(xué)生的想象力。這樣的介紹學(xué)生難以想象如何搭建，而全息沉浸式教室的三面都是展示屏，實(shí)現(xiàn)3D沉浸式的體驗(yàn)效果，方便學(xué)生身臨其境地了解野馬的搭建方法。

課前準(zhǔn)備階段。全息未來(lái)教室目前還沒(méi)有相應(yīng)的資源，所有需要的資源需要自制，可準(zhǔn)備兩種適用于全息未來(lái)教室的資源：①準(zhǔn)備課堂導(dǎo)入階段的3D影片資源;②準(zhǔn)備課程搭建的VR/AR資源。奔騰的野馬，一要搭建野馬的身體，二要搭建固定馬達(dá)的底座，再用連桿將馬和齒輪的非軸心點(diǎn)相連。搭建的過(guò)程需要注意步驟和很多的細(xì)節(jié)，因此應(yīng)提前把搭建的流程、每一步需要的零件、如何搭建、搭建注意事項(xiàng)做成微課，再利用VR/AR技術(shù)將搭建過(guò)程制作成可以拆分教學(xué)步驟的VR/AR模型，以備課程使用。

課堂開(kāi)展階段。①沉浸式引入，利用全息沉浸教室播放3D影片，學(xué)生置身遼闊的呼倫貝爾大草原，從左邊屏幕出來(lái)一匹健碩奔騰的野馬，穿越到中間屏幕，再到右邊屏幕，最后消失在視野里，主要展現(xiàn)野馬奔騰的姿勢(shì)，同時(shí)，沉浸式的課堂體驗(yàn)?zāi)軌驑O大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。②VR/AR技術(shù)協(xié)助新知講解，本節(jié)任務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)都是“奔騰”運(yùn)動(dòng)的搭建，教師利用課前準(zhǔn)備的VR/AR模型講解搭建積木類(lèi)機(jī)器人的步驟。③學(xué)生小組合作完成任務(wù)。全息未來(lái)教室的VR/AR模型為學(xué)生帶來(lái)個(gè)性化教學(xué)內(nèi)容，全息教室里的三塊屏幕可以多點(diǎn)觸碰操控，課前準(zhǔn)備的VR/AR模型分散放置在三塊顯示屏上，三面屏幕配合呈現(xiàn)多個(gè)關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點(diǎn)的個(gè)性化講解，學(xué)生可以根據(jù)自己的情況選取任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化教學(xué)。④學(xué)生作品展示，學(xué)生的作品用實(shí)時(shí)展示系統(tǒng)呈現(xiàn)給全班鑒賞，極大地提升了任務(wù)完成展示環(huán)節(jié)的可視化、互動(dòng)化。⑤課堂總結(jié)。教師總結(jié)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，屏幕呈現(xiàn)學(xué)生最終實(shí)現(xiàn)的模型。

課后資料留存階段。①可將學(xué)生展示的模型進(jìn)行電子存檔;②教室有實(shí)時(shí)錄課功能，可以保存課程視頻。

從課前準(zhǔn)備到課上各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，再到課后資料留存，各個(gè)階段都滲透著5G技術(shù)、VR/AR技術(shù)的使用，全息未來(lái)沉浸式教室在5G技術(shù)的支持下能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)和教學(xué)完美結(jié)合，促進(jìn)智慧教育的發(fā)展。

基于5G技術(shù)的名師講堂

1.硬件方面探索

基于5G技術(shù)的名師講堂包含視頻采集（AI分析）系統(tǒng)、跟蹤控制系統(tǒng)、聲音采集系統(tǒng)、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、環(huán)境改造系統(tǒng)，能夠通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直播錄播、遠(yuǎn)程教研等教學(xué)活動(dòng)，并根據(jù)需求實(shí)時(shí)上傳至資源管理應(yīng)用進(jìn)行直播、點(diǎn)播、應(yīng)用?；?G技術(shù)的雙師課堂，能夠?qū)崿F(xiàn)校內(nèi)教室與教室間、學(xué)校與學(xué)校之間同步互動(dòng)。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時(shí)延等特性可以實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)性的靈活開(kāi)課，同時(shí)可以支撐4K高清視頻傳輸以及低時(shí)延互動(dòng)的雙師課堂應(yīng)用。

2.教育實(shí)踐探索

（1）基于5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)本校特色的名師講堂

寶中實(shí)驗(yàn)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、深圳清華大學(xué)研究院、深圳大學(xué)等科研單位和高等學(xué)府，邀請(qǐng)專(zhuān)家博士進(jìn)課堂，為學(xué)生們介紹當(dāng)前我國(guó)乃至全世界領(lǐng)先的尖端科技，開(kāi)拓學(xué)生的知識(shí)和視野。而在5G技術(shù)的支持下更有利于名師課堂的推廣：①實(shí)時(shí)直播，擴(kuò)大同步受眾面;②實(shí)時(shí)互動(dòng)交流、旁聽(tīng)、點(diǎn)評(píng);③記錄“院士博士大講堂”，制作成系列在線(xiàn)課堂資源。

（2）將名師課堂進(jìn)行推廣實(shí)現(xiàn)雙師課堂模式教學(xué)

名師講堂容納人數(shù)的限制導(dǎo)致無(wú)法保障學(xué)生同時(shí)聽(tīng)取名師講座。為了保障每個(gè)學(xué)生都能夠接收到前沿的知識(shí)，學(xué)校將名師講堂推廣到教室，實(shí)現(xiàn)雙師模式的課堂教學(xué)，即名師主講，班級(jí)教師組織，與主講名師互補(bǔ)式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)的校際互動(dòng)教室之間的互動(dòng)教學(xué)?；?G高傳輸效率的雙師課堂已經(jīng)成為推動(dòng)未來(lái)優(yōu)質(zhì)教育資源普及的利器。

5G+智慧教育優(yōu)勢(shì)

1.5G技術(shù)提升學(xué)校教育教學(xué)的效率，優(yōu)化課堂教學(xué)的體驗(yàn)

5G技術(shù)在降低信息傳播延遲的同時(shí)，也使得物聯(lián)網(wǎng)的容量得到極大擴(kuò)展，教學(xué)記錄也將共享和保存更長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度和容量要求極高的VR技術(shù)來(lái)說(shuō)其性能將得到極大地提升。5G技術(shù)全面增加了學(xué)習(xí)的參與性、主動(dòng)自主性，大大降低教學(xué)中的安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了真實(shí)、實(shí)時(shí)的互動(dòng)體驗(yàn)。教師在課堂中能夠更好地開(kāi)展個(gè)性化、多樣化、高效化的教學(xué)，師生之間的溝通更加暢通無(wú)阻。

2.5G技術(shù)提升名師講堂、雙師課堂教學(xué)效果

5G網(wǎng)絡(luò)全息課堂同時(shí)可以進(jìn)行一對(duì)多、多對(duì)一及多對(duì)多的直播互動(dòng)，線(xiàn)上教師實(shí)時(shí)實(shí)操演示指導(dǎo)，打破地域限制瓶頸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程課堂無(wú)延遲的師生溝通，增加沉浸式學(xué)習(xí)效果。VR虛擬現(xiàn)實(shí)課堂，在安全可靠、穩(wěn)定持續(xù)等層面，帶給師生革命性的沉浸化交互方式使用體驗(yàn)。

3.5G技術(shù)優(yōu)化師生獲取學(xué)校數(shù)字資源和處理海量信息的交互方式

在5G技術(shù)支撐下建立學(xué)校的大數(shù)據(jù)交換和處理中心，將部門(mén)協(xié)調(diào)、師生互動(dòng)、家校聯(lián)系、辦事流程等諸多學(xué)校工作布置在學(xué)校云端大數(shù)據(jù)中心。5G+智慧教育首先賦能學(xué)校的管理工作，可以全程、全鏈條、全方位記錄、跟蹤和分享學(xué)校各方面工作的細(xì)節(jié)，做到可溯源、可量化和可視化，搭建高效、可靠、全面的大數(shù)據(jù)交換和處理中心，打造基于5G技術(shù)的教育2.0時(shí)代下的智慧校園，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源協(xié)同互聯(lián)、外部資源高效互換。

5G+智慧教育方法和模式目前尚處在前期探索階段，寶中實(shí)驗(yàn)根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，探索了一些經(jīng)驗(yàn)，在后面的教育教學(xué)實(shí)踐中還將不斷探索。

參考文獻(xiàn)：

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[3]蔣志輝，何向陽(yáng)，余劍波.“5G+智慧教育”視域下的教師支持服務(wù)模式構(gòu)建與行動(dòng)路徑研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2020（01）：9.

作者簡(jiǎn)介：劉勁松，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校，高級(jí)教師;王寒之，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校，二級(jí)教師;王瑜，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校，一級(jí)教師;石廣興，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校，二級(jí)教師;王夢(mèng)琦，任教于廣東省深圳市寶安中學(xué)（集團(tuán)）實(shí)驗(yàn)學(xué)校，信息員教師。

本文為“基于5G的雙師課堂實(shí)踐研究”（課題號(hào)：15267）項(xiàng)目研究成果。