5G時代,新型數(shù)字教育會是怎么樣?
5G 網(wǎng)絡(luò)與虛擬現(xiàn)實、人工智能以及大數(shù)據(jù)技術(shù)融合,將催生出VR/AR虛擬學(xué)習(xí)資源、全息互動教學(xué)資源、大規(guī)模超高清直播課程資源以及多維融合的個性化定制資源等新型數(shù)字教育資源。
(一)VR/AR虛擬學(xué)習(xí)資源
5G通信網(wǎng)絡(luò)的高傳輸率特性,可以將VR/AR虛擬學(xué)習(xí)資源部署在云端,利用云端的計算能力實現(xiàn)VR/AR程序的運行、渲染、展現(xiàn)和控制,同時將VR/AR畫面和聲音高效地編碼成音/視頻流,通過5G網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至用戶終端。由此,5G通信網(wǎng)絡(luò)為VR/AR虛擬學(xué)習(xí)資源的運行提供了技術(shù)支持保障。VR/AR虛擬學(xué)習(xí)資源借助虛擬現(xiàn)實技術(shù),將傳統(tǒng)二維(2D)學(xué)習(xí)內(nèi)容,由畫面躍升為三維(3D)場景,形象化展示抽象和微觀世界,有助于學(xué)習(xí)者的認知和理解。
5G網(wǎng)絡(luò)支持下的典型VR/AR虛擬學(xué)習(xí)資源有虛擬實驗課程、虛擬外語學(xué)習(xí)場景、虛擬場館交互系統(tǒng)等。虛擬實驗課程為學(xué)習(xí)者提供一個觀察和操作的虛擬空間,方便學(xué)習(xí)者掌握科學(xué)與技術(shù)原理,同時節(jié)省實驗耗材,降低化學(xué)、物理、生物等學(xué)科實際操作和試驗的安全風險。虛擬外語學(xué)習(xí)場景可為學(xué)習(xí)者提供各類社交活動模擬場景,方便各地學(xué)習(xí)者線上組織各種交際活動,在活動中促進外語交流技能提升。
虛擬場館交互系統(tǒng)則是以各級各類博物館、展覽館以及紀念館等為原型開發(fā)的線上交互學(xué)習(xí)系統(tǒng),其借助5G網(wǎng)絡(luò)部署在云端,為世界各地學(xué)習(xí)者提供線上參觀、交流以及研學(xué)等活動,方便學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)科普、歷史和人文知識。
(二)全息互動教學(xué)資源
全息投影技術(shù)利用光的干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像,空間成像色彩鮮艷,對比度、清晰度高,并具有強烈的縱深感和空間感。5G與全息投影技術(shù)的融合,可以投射三維全息人物或場景,達到人物或場景多場地分身的效果。借助“5G+全息投影”可跨越地域限制,將異地場景和人物“搬”到現(xiàn)場,實現(xiàn)多場景拼接,并與教育教學(xué)內(nèi)容相融合,生成全息互動教學(xué)資源。
學(xué)習(xí)者置身其中,可以和多地場景人物實時互動,且如同近距離交流一樣,具有較強的臨場感、真實感和即時感。典型的全息互動教學(xué)資源是跨校公開課,如青島萃英中學(xué)、成都教科院附中、上海格致中學(xué)、北京市第十八中學(xué)四校聯(lián)合的一堂物理課,將原本抽象難懂的電場、磁場、電磁理論等知識點轉(zhuǎn)化成了學(xué)生眼前可操作的、動態(tài)的混合現(xiàn)實全息3D模型。此外,浙江師范大學(xué)也通過“5G+全息投影”技術(shù)開展了跨越福州和金華兩地的互動課堂教學(xué)活動。全息互動教學(xué)資源通過多地協(xié)同授課,能夠促進教學(xué)交流,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享,促進教育公平。
(三)大規(guī)模超高清直播課程資源
大規(guī)模超高清直播課程在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下,采用8K超高清直播技術(shù),面向大規(guī)模人群,幾十所乃至上千所學(xué)校,實時直播教育教學(xué)內(nèi)容,使師生獲得較好的臨場感和沉浸感。大規(guī)模超高清直播課程資源可用于“三個課堂”,生成三種教育教學(xué)場景:5G+專遞課堂、5G+名師課堂和5G+名校網(wǎng)絡(luò)課堂。5G+專遞課堂對教室的軟硬件(交互屏幕、錄播設(shè)備以及學(xué)生的學(xué)習(xí)終端)進行5G化處理,利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低延時特性,保障中心教室和遠端教室的師生之間高效互動和交流,可開展基于雙師組織的全方位、多層次的教學(xué)活動。
5G+名師課堂則支持“區(qū)域教育主管部門-名校-普通學(xué)校”建立點對點或一對多的直播開講模式,實現(xiàn)教學(xué)研修異地互動和區(qū)域教育主管部門在線巡課,充分發(fā)揮名師名課效應(yīng),引領(lǐng)普通教師提高教學(xué)業(yè)務(wù)水平,促進專業(yè)發(fā)展,提升區(qū)域教育教學(xué)整體水平。
5G+名校網(wǎng)絡(luò)課堂則是區(qū)域優(yōu)質(zhì)學(xué)校將線上或線下優(yōu)質(zhì)課堂教學(xué)實錄上傳到云端網(wǎng)絡(luò)管理平臺,按照學(xué)科體系分門別類建立名校優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源庫,既面向本校教師開放學(xué)習(xí),也接入省市或國家平臺,向其他學(xué)校開放,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源跨校流通和共享,滿足學(xué)習(xí)者對各類學(xué)習(xí)資源的個性化需求,促進教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展。
(四)多維融合的個性化定制資源
以往的學(xué)習(xí)者動態(tài)特征數(shù)據(jù)采集主要來自于學(xué)習(xí)者鼠標和鍵盤輸入的信息,而5G+人工智能技術(shù)則可以采集學(xué)習(xí)者面部和肢體的圖像信息以及語音信息等,并實時進行多層面智能化分析和處理,為學(xué)習(xí)者提供以認知地圖為導(dǎo)向,融合文字、圖片、視頻和音頻等多維的個性化定制資源。這里的認知地圖是學(xué)習(xí)者對某一特定主題領(lǐng)域認知與理解的圖形化表達,由概念及其關(guān)系構(gòu)成有向圖,每一個關(guān)系即是概念之間的連接,連接具有強弱差異。
認知地圖的建構(gòu)需以知識圖譜為基礎(chǔ),知識圖譜是某一學(xué)科領(lǐng)域中所有概念及其語義關(guān)系的集合,是該領(lǐng)域知識和知識結(jié)構(gòu)的形式化表征。5G+人工智能技術(shù)采集學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)參與度、學(xué)習(xí)行為、目標達成度等數(shù)據(jù),計算學(xué)習(xí)者認知狀態(tài),并與知識圖譜相結(jié)合,生成反映學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)的認知地圖。
多維融合的個性化定制資源可應(yīng)用于遠程自主學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)者屏幕面前安裝攝像頭,抓取面部和肢體圖像,進行檢測分析,通過專注度分析模型,評價學(xué)生專注度狀態(tài),并與學(xué)習(xí)者語音、鍵盤、鼠標輸入信息相結(jié)合,研判學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài),通過5G網(wǎng)絡(luò)為學(xué)習(xí)者實時推送個性化定制資源。