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5G+智慧教育在中小学的实践与探索

刘劲松王寒之王瑜石广兴王梦琦

中图分类号：G434?文献标识码：A?论文编号：1674-2117（2021）21-0068-03

在教育信息化2.0时代，高科技赋能教育[1]，教育也为科技的发展带来更多的想象空间和应用场景。5G技术具备了更高的信号传输效率和更多的承载量，让万物可以智能感知互联。5G网络的理论下行速度为10Gb/s[2]，在此传输速度下高清视频或者大容量数据传输的时延，人体几乎感知不到。5G技术兼具高传输效率、超高可靠低时延通信的特性，智慧教育与5G技术的结合，为优化师生获取学校数字资源和处理海量信息的交互方式、提升学校教育教学的效率、优化课堂教学的体验和效果、实时衔接校园现实空间和数字空间等开辟了新路径[3]，使得师生能够享受更智能的教育、教学和生活环境，线上和线下学习变得更便捷。

5G全息未来沉浸式教室

1.硬件方面探索

笔者所在的宝安中学（集团）实验学校（以下简称宝中实验）的全息沉浸式未来教室利用5G高宽带、低延时的特性，通过摄像头实时采集及图像合成处理，将采集点的人像通过5G专网传输至远端。远端的全息成像系统实时接收下行数据，并将授课教师的影像1∶1立体地还原在远端的师生面前，大幅提升师生沉浸式课堂的体验。下图所示为宝中实验在全息未来教室的设备布局图。

2.教育实践探索

（1）身临其境式的科普体验

全息沉浸式未来教室成为学生的科普场馆，它通过软硬件一体化全息技术将全息互动镜面墙和互动投影墙有机组合，提供了海洋主题、热带雨林主题等多主题沉浸式空间，通过全息中控来切换全息主题场景，为学生提供更加丰富的全息体验。

（2）开展互动化、多元化的课堂教学实践

下面笔者以宝中实验的科创特色课程——机器人课程为例进行探索。机器人课程是一门通过积木组装拼接搭建相应功能的物品，并通过编程赋予感知和动作能力的课程。在这个过程中，直观感知帮助学生获取丰富的物理学、机械学的直观体验，学生在玩的过程中，不仅培养了动手搭建能力，更重要的是发展了空间想象能力、问题分析解决能力、逻辑思维能力以及合作能力。

以《奔腾的野马》一课为例，教学内容是搭建一匹在马达驱动下做奔跑状的野马。教学内容分析：首先，野马奔跑起来是一只前脚先抬，再抬另一只脚，这就要考验学生的观察能力。其次，如何用马达带动野马做“奔腾”运动（“奔腾”运动采用连接杆和齿轮非轴心点的连接转动），做到上下颠簸奔腾的视觉效果，这极其考验学生的想象力。这样的介绍学生难以想象如何搭建，而全息沉浸式教室的三面都是展示屏，实现3D沉浸式的体验效果，方便学生身临其境地了解野马的搭建方法。

课前准备阶段。全息未来教室目前还没有相应的资源，所有需要的资源需要自制，可准备两种适用于全息未来教室的资源：①准备课堂导入阶段的3D影片资源;②准备课程搭建的VR/AR资源。奔腾的野马，一要搭建野马的身体，二要搭建固定马达的底座，再用连杆将马和齿轮的非轴心点相连。搭建的过程需要注意步骤和很多的细节，因此应提前把搭建的流程、每一步需要的零件、如何搭建、搭建注意事项做成微课，再利用VR/AR技术将搭建过程制作成可以拆分教学步骤的VR/AR模型，以备课程使用。

课堂开展阶段。①沉浸式引入，利用全息沉浸教室播放3D影片，学生置身辽阔的呼伦贝尔大草原，从左边屏幕出来一匹健硕奔腾的野马，穿越到中间屏幕，再到右边屏幕，最后消失在视野里，主要展现野马奔腾的姿势，同时，沉浸式的课堂体验能够极大地激发学生的学习兴趣和主动性。②VR/AR技术协助新知讲解，本节任务的重点和难点都是“奔腾”运动的搭建，教师利用课前准备的VR/AR模型讲解搭建积木类机器人的步骤。③学生小组合作完成任务。全息未来教室的VR/AR模型为学生带来个性化教学内容，全息教室里的三块屏幕可以多点触碰操控，课前准备的VR/AR模型分散放置在三块显示屏上，三面屏幕配合呈现多个关键任务节点的个性化讲解，学生可以根据自己的情况选取任务节点进行学习，实现了个性化教学。④学生作品展示，学生的作品用实时展示系统呈现给全班鉴赏，极大地提升了任务完成展示环节的可视化、互动化。⑤课堂总结。教师总结本节课学习的内容，屏幕呈现学生最终实现的模型。

课后资料留存阶段。①可将学生展示的模型进行电子存档;②教室有实时录课功能，可以保存课程视频。

从课前准备到课上各个教学环节，再到课后资料留存，各个阶段都渗透着5G技术、VR/AR技术的使用，全息未来沉浸式教室在5G技术的支持下能够实现技术和教学完美结合，促进智慧教育的发展。

基于5G技术的名师讲堂

1.硬件方面探索

基于5G技术的名师讲堂包含视频采集（AI分析）系统、跟踪控制系统、声音采集系统、多媒体教学系统、环境改造系统，能够通过5G网络进行直播录播、远程教研等教学活动，并根据需求实时上