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5G场景下中小学教育信息化的布局
作者:王昊    发布于:2020-08-13 13:13:03    文字:【】【】【
摘要:随着5G技术的日趋成熟,各类设备应用也趋向完善,中小学的课程模式、教学教研、学校管理等方面都将发生变化……

摘要:随着5G技术的日趋成熟,各类设备应用也趋向完善,中小学的课程模式、教学教研、学校管理等方面都将发生变化,也将建构起5G环境下新的教育生态。文章基于5G的应用场景,分析思考了5G场景下教育的转型方向。用新的视角和认知,重新审视中小学教育中的构成元素,从终端、平台、管理、资源等四个方面进行了实质性的梳理和规划,以期让中小学在应对技术变革的过程中能明晰目标看清方向,懂得科学合理地规划部署,推动未来中小学信息化的发展。

 

5G技术的应用场景

第五代移动通信技术(俗称5G)的到来,将改变我们生活的方方面面,并且这种新的改变将渗透社会的各个领域。国际电信联盟(ITU)明确了5G技术的三大主要应用场景:①高速带宽:增强型移动宽带(eMBB),即3D/超高清视频等大流量增强移动宽带业务;②万物互联:海量物联(mMTC),满足需要低成本、低功耗、小流量通信网络需求的业务场景;③超低延时(uRLLC):超高可靠超低时延连接通讯需求,例如无人驾驶或远程管控等场景。

5G技术的三大应用场景涵盖了诸多领域,其中包括教育领域的云计算、物联网、智能网络终端等技术。在5G环境下,各种创新也不断升级,将会创造出一种全新的教育模式。这种教育模式下需要教师、学生以及教育管理者们不断思考变革,提升认知和实际操作能力,使教育能具有超强的科技感和创新力。

5G场景下教育信息化的转型方向

回溯技术驱动下的教育,每一次移动通信技术的发展都会掀起教育的变革浪潮。从最初电脑的普及到教育媒体技术的运用融合,再到校园数据中心、云计算等平台的搭建。数字校园的建设,推动着教育教学理念的改革与创新。随着通信技术的发展,学校信息化建设逐步从“数字化校园”发展升级为“智慧校园”,中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》和教育部发布的《教育信息化2.0行动计划》,多次提到“智慧教育”“智慧学习”和“智能化校园”等概念。智慧校园建设的价值取向、建设的规范标准、发展趋势等问题,成为业界需要深度思考的内容。因此,教育信息化智能化的转型升级,不仅得力于信息科技的发展和提升,在国家战略层面更有着明确的指导和规划。

5G的发展也使得教育的形态和模式即将被重新构建,随着5G对教育的试点服务以及部分学校的尝试体验,5G已经从理论研究阶段走进了教育应用领域。并且随着5G技术的日趋成熟,各类软硬件应用日趋完善的过程中,教学、教研、教育管理等理念和模式也在逐步转型。那么,中小学教育结合5G场景该如何规划部署?笔者认为首先应思考清楚5G场景下教育会有哪些转型的方向。

1.以人为逻辑

5G场景下,教育中的人的元素都与这场景下的各元素融合在一体,每个元素的功能指向都会是以人为逻辑、以场景为单位,更及时、更精准地连接体验。从以往的被动服务状态转变为以人为中心的主动响应模式,从“人找资源”变成“资源找人”。移动化、数据化和场景化,将成为5G场景下的一种表现,不仅是传统互联网从信息稀缺时代跨向以多种智能移动终端的一个过程,也将是未来5G场景下最基本、最关键的特征。

2.以体验为核心

在5G万物互联的场景下,校园的终端设施、课程内容、教学活动、信息资源等都将进行以人为本的信息化改造,也将进入“连通人类”的时代,人与设备的关系越来越紧密。基于大数据与传感器的终端设备已成为当下大热的产品,从谷歌眼镜到各种智能手环,从刷脸系统到个体身份识别,从虚拟仿真实验到VR数字孪生,未来会变得更为智能便捷,改变着人们的生活体验。人类与机器之间的密切关系将会使人变得更健康并更好地获得信息,更快地意识到环境的变化,同时更加安全、高效、多产。

3.以连接为中心

5G场景时代,最突出的特征就是连接,即互联、跨界与分享。

(1)互联

5G就是要让万物对话,是传感互联主宰一切的社会。比如:调整灯光亮度、控制教室温度、启动安保系统,等等。

(2)跨界

所谓跨界是指表象上不相搭的、距离比较远的两个场景的一个联合。比如:体育素养与造型能力的连接、学生阅读量跨界常规考勤……传统概念区隔被打破,跨界连接创造出新视角,也让我们看到跨界重构的神奇力量。

(3)分享

在5G场景下,分享变成了一种随时随地都可以发生的事情,也被赋予了非同一般的意义,它从个体社交行为进阶成了一种群体模式。个人与集体、学校与家庭、班级与班级等网络社交,催生了共享和彼此推荐的一种新的文化。

4.以群智化为特征  

随着5G互联的深入发展,教育将更深维度地以用户为中心、以实践为舞台、以共同创新、开放创新为特点。而创客中心、STEM、慕课等项目化的交流学习,在5G的场景下将会越来越凸显“群智”特征,也使得社群学习成为一种生活方式。比如:《结构思考力》的作者李忠秋建立的“结构思考力学院”群,是一个500人的学习社群,这个社群在每周四的晚上定期举办“在线学习沙龙”,每次都有上百人进行互动。上海的WorkFace现已成为全国性的大社群,也是一个非常成功的学习社群案例。学习社群没有自上而下的权威统治,是一种去中心化的运营模式,类似于“分布式领导”的一个个组织,未来以群智化为特征的学习社群将在5G这条高速路上越跑越快。

5G场景下中小学信息化的布局方向

当下5G已经有了初始应用,基于5G的应用场景也正在逐渐展开,各类软硬件平台技术逐步建立融通协作的机制和标准。因此在该阶段,一方面要深度挖掘提升已有的教育信息化能效;另一方面,要探究5G场景时代教育教学新的价值增长点、智慧校园建设的未来需求、未来课程的发展趋势等问题,为5G时代新一轮的教育布局做好提前量,这不仅是教育信息化建设必需要有的思维,更是未来教育事业发展的落脚点。

而新一轮运作体系中的所有技术和应用,绝不会独立存在于学校的时间、空间里,运用和发挥5G优势,以AI、AR/VR、大数据等为代表的前沿技术的成熟化和实际应用,都势必要与5G高效融合,为教育领域的变革提供基础性、关键性支撑。鉴于5G对教育信息化转型方向的影响,中小学教育可以尝试从以下四个方向落地思考,从而尽快“赋能”未来的教育信息化。

1.终端布局:5G时代的路基

传统互联网进入校园时,PC电脑是最主要的终端,有线宽带网络构建起学校的基础设施环境。随着移动互联网的到来,无线网(Wi-Fi)、校园网、物联网、电视网等开始并驾齐驱,校园网络从以信息传递开始进化为多样的教学服务。移动终端、智能手机、电子书包逐渐成为教育教学的重要终端设备。

5G场景下校园数字化的升级转型,大量智能终端势必占据校园信息化的重要角色。日常的普通设备也将会添加网络通信功能,并广泛渗透在校园的角角落落。各类终端的主要职能将涉及到信息资源的传输、网络学习的构建、教育管理实施等各个方面。因此,智能终端设备的5G化布局,将是实现现代化智慧校园高速信息供需和各类创新应用的必要前提。

5G化的硬件终端将会是教育管理、教学应用等的常态需求,是硬件终端性能发展的趋势和方向,未来智能硬件设备为校园用户解决实际教育需求,带来更好的教育体验,是构建智能化校园服务体系所要遵循的主要方向和原则,具体分为四个大类:

(1)信息显示终端

学生和教师期望获得更好的教学环境、更优化的多媒体体验,包括远程教学、沉浸式虚拟教学、VR控制环境、高清立体显示、在线互动操作以及可穿戴的设备等。因此,教学媒体显示终端就要具备能随时接入超宽无线网络的性能,能够传输承载4K/8K级别画面或全景VR资源等,全高清、大数据量的画面信息能无损低延时地及时传输。

(2)云计算处理终端

随着教育软件的升级,对智能终端的配置要求也会越来越高。但在学校统一管理的师生教学终端,如移动平板是不可能做到隔三差五、整批量地更新淘汰。那么配置部署云计算的移动终端,配合云计算数据处理中心,把教育教学中要处理的复杂计算、数据储存转移到云端,一方面可以降低设备配置能耗,规避移动终端储存空间的问题;另一方面,将数据储存在云端,降低了数据和应用丢失的概率,更便于学校的统一管理和维护。

(3)信息感知终端

5G化的信息感知终端的融合布设,是构建智能化校园生态系统的重要设施基础。校园感知管控系统,一方面在安全秩序方面,可以对学生的轨迹如考勤离校、车牌人脸识别以及对课堂走廊、厨房操场等进行实时查看记录,还可以对校外人员的到访实时预警。另一方面,不仅可以对校园的各项环境数据进行监控,也可以对课程实施、能源节流、活动规划等方面提供必要的信息保障。比如:校园农场种植课程中对土壤空气温湿度监测、学校水电使用的高低峰值、跑冒滴漏的管理等,这些感知终端采集的数据信息,都将成为校园教学管理决策的重要信息依据。

(4)智能服务终端

5G覆盖下的AI终端,在教育管理的过程中扮演着非常重要的角色,也是未来校园转型升级的重要标志。通过各类AI的服务终端系统,比如图书馆的自助借阅机、语音对话音箱、食堂的自助点餐支付设备、学校智能化的大屏终端,还有目前很多办公大厅的服务型机器人等,都可以满足学校不同人群关于自助查询、点餐、消费等诸多需求和操作。这些部署在校园各处的智能服务终端以不同的形式出现,极大地促进了教育信息在学校、家庭或社会部门以及教育事业链中参与者之间的实时信息共享,最大程度地降低了学习、咨询、沟通等教育的时间成本,提高了学校教学管理流程的高效率和透明度。

2.平台布局:迈向智慧的核心

随着5G技术的发展,智能教育设备的性能将进一步提升,教育教学的工作也会全面实现智能化。各类信息数据内容逐渐纷繁复杂,通过各类传感设备和数据终端采集的数据量从小到大、从少到多,采集的数据类型也会有诸多区分和门类。对于数据的分析研判,传统人力观察的方法已不能满足日常的需求,这就需要结合AI智能平台开展相应的运算研判。学校在未来5G场景下,需要部署科学合理的网络系统平台,用来承载教学信息、媒体资源、图书阅览、资产资料等学校业务,让学生和教师获得更好的数字化体验服务,应从统一身份认证、创新应用平台、数据安全管理以及智慧校园平台等四个方面合理部署,从而最终使整个校园拥有一个健康完善的“智慧大脑”。

(1)数据共享平台

未来5G的普及将开创数据流通的全新局面,学校用户数据能够在不同的平台之间相互关联,在教育教学、生活管理、设备维护等方面做到底层数据相连。因此,完善不同平台间的数据接口问题,能够帮助实现信息的流通共享,可以为校园数据的整体融合打好基础。

(2)创新应用平台

针对不同课程的教学特点以及学校管理需求,采用更为高效便捷的平台系统。结合5G技术的核心优势,围绕高清全景直播录播、VR/AR仿真实验平台、远程全息系统、无人巡检、自助服务、物联管控及各类AI智能应用,推动5G平台应用的部署,为智慧校园的发展起到强有力的推动作用。

(3)安全协同平台

数据的互通共享、物联网的全面部署、教育大数据的汇聚等信息安全问题会更加复杂。5G场景下的数据安全系统的提升和强化,要优先于各类应用计划和部署。学校可以根据其规模大小、数据类别,建立校际联盟、校区协同等方式,共同建立安全功能完善且可以共享使用的预警平台。整合校园平台应用,连同安全的功能和权限对信息加以分类,形成网络预警、物联安全服务、云端监察服务等安全防护措施。

(4)分析管理平台

整合教学课程、部门管理、个人认证和终端数据等,以云计算和数据处理平台为基础,结合人工智能、知识图谱等先进算法,对整个学校的多源数据开展及时动态分析,帮助学校实现对教育资源智能管理和合理调配,其类似“校园大脑”一样的公共管理系统,不仅可以通过摄像终端获取操场上学生聚集流动情况进行统计分析,为学校的安全提供依据保障;也可以在不同的系统中共享个体的认证信息,有效识别进行跟踪服务;还可以根据用户端的数据流量,实现优质资源的精准推送,并能针对个体需求为其营造学习环境、规划学习路径,将传统平台从“人找信息”切换到“信息找人”的状态。智慧校园云平台的最终目标一定是解决学校的问题,但学校之间面临的问题各不相同,智慧平台的规划建造并不是简单复制就可以,而是要根据学校的实际情况,在共性的基础上叠加个性的需求,走出自己的智慧之路。

3.管理布局:促成教育新生态

当学校各类5G终端和平台部署成熟后,在各方面都将建立起面向教育人群的场景服务。在AI、物联网等智能技术的高速通信环境中,实现全时全域、多形式的连通协作。5G下的教育教学、大数据的质量监测、高效的信息互通、全息全景的学习、远程在线的及时互动等场景的变化,都会让处于教育中的人的管理、组织和关系有所改变,传统教育教学的流程和组织管理形式要进行变革,以适应5G环境下的需求。学校要进一步思考建立新的教育教学方式和关系,符合5G环境的运作,切合学校特色,才能使教学教研、课堂管理、校园运作等工作管理更加便利高效、快捷智能,形成新的教育生态。

(1)完善个人信息系统

个人数据信息是5G场景下智慧校园生活、学习、工作的重要前提保障。通过底层数据系统,完善个人信息数据,提高师生身份识别的及时性和准确性,加强学校内部系统间的数据共享,让学校师生的教学工作、成绩统计、图书借阅、食堂消费、考勤签到等身份信息能够实现及时联动,对师生在校的安全维护、生活需求、作息时间、学习状况等可以进行统筹合理的预制。不管是教师还是学生,自入校之时就应该采集完善好个人的相关数据信息,不仅可以作为个人人事档案的存储和备份,其中的相关数据还可以与身份识别系统关联。而5G智慧校园的一项重要工作就是要确保此项工作的安全性和稳定性。

(2)制定远程管理协作规范

教育在5G的赋能下,用更机动灵活的方式进行远程管理和协作。整个校园也都会广泛部署传感器、触发装置等。在各个教室、直播室以及各类功能教室里,都会携带有5G的物联模块,让原本孤立的设备相互连接。通过平台软件可以远程调取公众数据,可以远程开关机器设备。针对这样的环境,就要求物联体系中的每个人都要合法合规地运用物联资源,对于远程管控的所属权限,要进行合理分配,不能把管理的便捷形成随便,不能将控制的权限养成权利,远程管控不等于无人管控。在物联种类繁多的系统中,只有科学合理的连接,规范地对教育教学、行政管理等各个环节数据的实时感知采集、监控利用,才能促进教育具有智慧价值的交互和集成协作。

(3)重建基于“证据”的个性评价方法

做好5G与AI的结合,帮助我们实现了对教学数据的多维度、多层面的收集和分析,重构了教学评价的模式。传统课堂教学的评价,主要依据评价者的主观经验观察,通过眼看耳听课堂中师生呈现的状态信息,实施对教与学的过程评价。评价者的评价反馈必然受限于自身的眼界和惯性,而在5G技术支持下的智能化教室可以多方位地采集师生的各类数据,可以全面获得每一位学生课堂上的视音频、精神面貌、五官微表情、身体动作、作业监测等数据,可以给每一位学生提供千人千面的个性化立体多元的评价,并根据个人情况进行精准的资源推送。与此同时,还可以通过模型分析对比对应整个班的课堂学习分析,以此来研判教师的教学状况。各种行为数据及时留存,成为教学评价反馈的重要依据。因此,5G智能环境下的教学评价,要充分灵活运用好实时证据,要把握评价过程中师生状态数据化,体现出评价方式的多样化,实现资源推送的精准化,达到学习指导的个性化,从而更好地促进教师专业发展与学生的成长。

(4)创设优质教育资源共享机制

5G场景下的远程互动直播教学,因为无线高带宽、低时延的特性,教师的教学场地更加灵活,根本性地解决了延时、不稳定卡顿等问题,提升了课堂互动和教学效果;还最大程度地还原了线下课堂教学的效果。让优质教育资源借助直播互动的方式无障碍地得以均衡化分布。随着资源流通方式的高速发展,优质教育资源的推送与覆盖就要统筹协调和安排。学校、区域乃至城市之间的联盟共享,可以建立资源的云共享、名师云课堂,通过双师课堂的模式,同步线上线下开展教学或者通过5G的视频互动开展多区域的集体备课,相互之间取长补短。推翻学校围墙,将好的资源流动起来,让所有的学生都能在最短的时间内获取优质的教育资源,让5G技术成为实现教育公平的重要手段。

4.资源布局:超越技术的价值

李克东教授曾说过:“数字化学习是指学习者在数字化学习环境中,利用数字化学习资源,以数字化方式进行学习的过程”。不难看出,数字化资源的建设与运用,在信息化教育中起着举足轻重的作用。5G场景下,教育资源要适配于5G环境才能充分发挥5G技术的作用,确保智慧教育的潜力和质量。对接5G特点,相关教育资源从内容、形式以及传输的方式上,都会有别于传统资源。学校在建立5G生态环境时,要同步进行对资源建设的规划,立足于适用未来5G云的应用,从虚拟实验教学、远程全息、资源推送机制等教育场景的几个层面开展思考:

(1)加强新型资源的建设

5G可以高效推动虚拟仿真、增强现实、全息课堂等的在线运用。这样的教学形式,让学生的体验从2D跃升到3D视角,从高清转向超高清,可以将那些极大、极小或抽象的教学内容进行清晰多角度的展示。4K/8K超高清的视频素材资源可以更好地带给学习者身临其境的体验感受,无论在直播课堂还是点播平台,超高清视频资源都将会有较大的需求。而3D仿真实验素材、AR三维场景、虚拟空间的互动资源等,也都可以在不同的学科中降低学科动手试验的安全风险,增加了操作的体验便捷性,更好地提升了学习者的兴趣和更真实直观的体验,使教学效果的互动性和参与性更强。增加这类新型资源的建设架构符合5G的性能,也更贴合学习的需求。

(2)传统优质资源的升级

传统优质的数字化资源,给教学带来巨大帮助。优质资源在形式上或许不能满足5G环境的教学需求,但就其内容应该还是有很多值得肯定的地方。在资源建设过程中,可以有意识地围绕这一类资源进行修订或升级。比如,可以利用4K/8K或者HDR(高动态范围成像)技术形成高清画质,再通过高分辨率实现高音质等等。这样既保留了原优质资源的内涵,而且还可以较低的成本进行资源内容的赋值,更好地适应5G环境的需求。

(3)强化资源内容的价值

5G场景下,随着资源内容的日益增加和下载的高速,学习者对资源的取舍,都会以最快的方式对资源内容的优劣进行判断和选择,对资源的筛选能力也会加大。因此在建设资源的过程中,资源要有可持续利用性,要有被使用的价值,不能花了大量时间却产生一大批无人问津的“网络垃圾”。在5G加人工智能的分析下,要关注到学习者的体验,学习者在使用过程中的操作性、现场感、参与感、共享性等,让我们在资源建设的过程中,可以从分析判断的数据中读取学习者的需求喜好,有针对性地创造有价值的资源,避免低效的人力物力浪费,获得学习者的认可,不断增加或扩展具有价值的服务和可持续利用的资源。

反思

关于信息化对教育的推动,要更多地思考如何将技术的协助角色转变为推动力量,让移动互联、数据分析、精准推送、智慧学习、智能感应、边缘计算等新兴技术的应用在5G的场景下进行高效整合。5G场景下未来中小学的布局方向绝不止以上所述的几项内容,这些只是学校教育教学中比较凸显的地方。同时,这四个方面不可能撇开彼此变化而独自运转,它们相互紧密关联并相互影响着。只有在复杂统筹后的系统思考,才能做到轻松简单的实践运用。

随着5G技术的不断成熟完善,势必会激发起人们更多的思考和创新,只有在发现需求的基础上,突破传统技术壁垒和限制,用技术思维来创造可以运用的场景,才能构建高效的教育运作体系,并让其渗透在校园管理的诸多方面。处在时代变革期的教育人要用创新变化的思维来思考教育,才能满足未来学校的发展需求。

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