基于5G通信的智慧课堂设计与应用

基于 5G通信的智慧课堂设计与应用

李奔

浙江瑞盈通信设计股份有限公司 浙江杭州 310006

摘要：5G是第五代移动通信技术的缩写。5G弥补了4G的缺点，系统性能在吞吐量、时延、连接数和能耗等方面得到进一步提高。同时，5G通过提供多样化业务需求和业务特性的能力，能够适应大宽带、低时延、大规模连接、高可靠性等灵活多样的应用场景需求。随着5G技术的普及，云计算、大数据、人工智能、物联网的逐步推广，教育正逐步从传统教育向智慧教育转变，以课堂教学为基础的教学方法也在慢慢地发生着变化。更重要的是，在教学环境中，同时借助虚拟现实手段和技术，通过个性化的沉浸式学习，提高学生学习兴趣。

关键词：5G通信；智慧课堂；设计与应用

引言

5G可以说是2019年最流行的词，5G的相关报道从年初开始就被报道了。2019年10月31日，随着工交通部与三大运营商举行5G商业启动仪式，中国正式进入了5G商业时代。5G网络的参与率高、网络广、能耗低、时间短*项目来源:示范项目和促进广东省基础教育中的创新和信息融合:STEAM概念中的创造性学习(项目n 123，州基本字母(2018 ) 167)。作者:陈国华，郭正民，广州大学教育学院研究生(51906)。扩展等功能具有卓越的网络性能(表1)，可以支持各种类型的业务、终端和服务，为用户提供终极的网络体验，带领人类社会进入万物相互关联的时代。5G的浪潮席卷了全世界，也给教育界带来了新的机遇。5G时代智能教室的建设将翻开新的篇章。

15G+智慧课堂

智慧课堂是超越传统单向教学，实现更好师生互动的创新教学模式。以教学理念为指导的智慧课堂，首先是教学，其次是教学后学习，构建了微观教学模式 并最终实现教学内容数字化、教学决策数据数字化和交互传播多样性评价。 传统的智能教室配备校园网有线网络、无线Wi-Fi和蓝牙、ZiGbee、NB-IoT类对象网络结构。但是，由于网络的限制，当今的智能课堂存在着很大的不足:在课堂学习行为更加集中和网络竞争激烈的阶段，网络资源无法满足用户的需求；教室的硬件设备连接不透明，使用的网络多且复杂，情报水平不高；施工周期长，维护成本高，施工无法大量全面进行。5G时代的到来将给智能课堂带来新的面貌相较于传统的智慧课堂，5G智慧课堂利用5G网路的技术与商业优势，将每个硬体终端机转换成更快、更好、更顺畅的智慧课堂，供学校使用者使用。5G环境中的智能课堂将具有创新性:超宽带将使学校不再需要部署多个网络，并整合5G网络负载；高比率和低延迟将为远程教育创造一个新的局面，双师和全息图远程教室将成为远程教育的常用教学方法；智能课堂教学涉及新的应用，如VR/AR教学、高清3d显示、全息课堂、远程考试跟踪、学习行为跟踪和探索、智能实验系统和智能教学系统。

2智慧课堂存在问题分析

2.1学校硬件配套建设不足

课堂教学效果与教学环境息息相关，不同的教学环境往往会产生不一样的教学效果。目前，5G移动通信和物联网在学校尚未全面普及，数据采集和处理技术的设备不够先进。在智慧课堂建设中，学校网络环境建设尚处在初步阶段，学校没有配备基础专业教室，导致教师在课前无法推送要学习的学习资料，学生下载资料困难；课中缺乏及时的反馈机制，教师难以调整教学计划；课后，学生无法进行自主补习，教师难以提供个性化的指导。

2.2地区、学校和学生的需求

由于国家在教育领域给予了相当大的关注和支持，该国取得了相当大的进展，但仍然存在挑战。首先，我国的教育资源发展不平衡，优质教育资源集中在发达地区，西部地区严重缺乏教育资源。在同一区域，城乡教育资源差距也很大。第二，在城市和一些州修建了多媒体教室，但终端主要限于计算机和平板电脑，视频学习资源的传播往往是网络问题造成的，这严重影响了教育的有效性。第三，现有的网上课程通常提前注册并下载到学习库中，然后根据需要以单一的方式提供给学生，教师与学生之间的互动很少，经验很差，不利于兴趣的发展第四，尽管互联网的持续发展大大丰富了教学资源，但青年学生的选择能力差，因此不能满足自己的个性化发展。此外，在教学和学习中对教师的专业能力进行了独特和主观的评估，没有科学和智能的教师专业能力评估系统，教师培训效率低下。

2.3学生认知能力存在问题

首先，学生对智慧课堂的理解错误，对智慧课堂缺少兴趣，错误地认为智慧课堂对于他们的学习没有太大的帮助；其次，学生对于如何在新的教学方式下自主学习的认识还不明确，很多学生不知道如何高效获取相关信息，不知道如何更好地开展学习，学生很难形成完整的学科知识和相应的应用能力体系，对于较难学得知识，缺乏帮助学生理解和探索难学知识的有效手段，导致学生慢慢失去兴趣和信心，降低学生在课后学习的效率；另外，很多学生在长期的应试教育中，已经习惯了被动接受老师传授的知识点，缺乏自主学习能力和探究问题的动力，也不愿主动去探索新知识，这种被动的学习态度不利于学生全面素质的发展和智慧课堂的开展建设和普及。

3 5G智慧课堂架构

基于5G技术和物联网技术的智慧课堂的架构如图1所示。智慧课堂融合了大数据、物联网、云计算等技术，采用端云架构，提供多应用服务，利用5G高带宽、低延迟、大连接的技术特点，通过接入各种形式的智联终端和教育装备，实现各种软硬件设备间的无缝互联和协同工作，为学习者提供真正沉浸式的实时学习体验，并采用大数据中心、云平台等技术实现多功能应用业务的数据共享和多功能应用业务的实现，提供高效、迅捷的数据传输和分析，实现对学习行为的智能分析和可视化的管理，实时了解学习情况、获取需求反馈，实现师生良好互动。根据智慧课堂的系统结构和技术特点可以将基础架构分为4个层次，主要包含了基础层、通信层、数据层和应用层。基础层。基础层集数据采集和数据传输于一体，结合物联网技术、VR技术，利用录播互动、实训互动、教学互动、物联管控、全息投影、云计算等设备对教学课堂全过程相关信息进行数据采集，通过5G网络技术进行数据传输，对采集到的数据进行分析和处理，为平台进行数据云存储提供原始数据来源。通信层。通信层是为数据层提供服务的，通信层通过5G、NB-IoT、Cloud等向数据层传送数据，通过5G边缘计算技术就近提供边缘智能服务。数据层。对采集到的数据进行分类存储，为各应用提供基础数据，实现跨系统的信息共享以及综合利用，有效解决困扰已久的信息孤岛问题，为系统提供核心应用的数据支撑。应用层基于通信层和数据层，通过各种中间件提供数据共享和数据支撑，向用户提供可视化的操作业务功能，如互动平台、全息投影、实训教学、全景课件、远程互动等功能。

结束语

当前，教育信息化成为教育发展的主旋律，5G网络时代即将到来，在这种背景下，智能教室的建立和推广提供了良好的发展机遇。本文根据5G应用的三种典型情景和教学场景的深度融合，对5G网络下的智慧课堂进行应用研究。5G+智慧课堂将比当前智慧课堂的硬件、技术和教学资源丰富，创造一个能给广大师生带来愉快教学、学习体验的智能教学环境，促进教学质量、教学效果的提高，优化学生学习过程，提高学生学习效率，实现核心教学的发展。

参考文献

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[2]杨丽丽.5G时代下高职英语网络教学的改进与思考[J].科技资讯,2019

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[4]贾颖.5G技术在智慧教育领域的应用研究[J].河南教育(职成教),2019

[5]张恋,陈坤定,范祖良,袁秀云.虚拟仿真技术在移动通信智慧课堂中的应用[J].无线互联科技,2019

李奔 男 1985 浙江杭州 310006 浙江瑞盈通信设计股份有限公司 硕士 通信设计方向