近几年受新冠疫情影响,全球数亿学生开启“网课模式”。由于同时大规模的网络授课让网络持续处于高峰期,学生经常会遇到画面卡顿、音频不同步,甚至画面长时间缓冲等问题,在线教育对无线网络提出了更高的要求。
· 传统的网络环境和技术环境下,学习教育资源干人一面,很难打破时间、空间、内容、媒介的限制实现数据的汇聚和跨空间的传输,教育服务的柔性化调节不足,教育信息很难完成无缝流通。
· 教育资源分配不均仍是未解决难题,乡村教学区域缺师少教、课程开设不全,设备、老师、资源等都是追求教育公平路上的“艰难石阶”。
· 传统教育无法针对学生个性化差异进行“因材施教”,随着科技的进步与发展,人们对教学模式、教育质量的要求也越来越高。
针对教育业务需求,通过5G与AR/VR、云计算等技术的融合应用,人们在学校接入多种形态的智联终端和教育装备,提供具备管理、安全等能力的应用使能平台,可有效解决教学资源老旧、教学手段落后的问题,全面提升教育信息化和智能化水平,促进区域间教育质量均衡发展,建设智慧校园,推动教育数字化进程。
随着5G技术的飞速发展,从传统的课堂教育到现在的智慧教育,5G技术的演进为各个领域的教育带来了智能化学堂。5G互动教学、5G远程全息投影教学、5G+XR沉浸式教学等逐渐走入课堂,为学生带来声情并茂的学习体验。
互动教学是在基于智能交互大屏、平板计算机、答题反馈器等智能终端所构建的智慧课堂中实现的一种教学模式,可以支撑课堂习题下发与上交等教学信息的智能互动,是推动课堂教学数字化、网络化和智能化发展的重要应用。
互动教学一般以智慧黑板为中心,通过连接手机、答题器等移动终端,以及摄像机、空调等设备,可以实现老师与学生之间“一对多”互动教学以及对教室环境的智能感知与控制。在教学过程中,可以实现多屏分组合作学习,并通过智能录播设备和智能终端等自动采集课堂教学数据。具体而言,在智慧课堂的互动教学中,教师可以将课堂教学内容、课堂提问等同步发送到学生的手机等智能学习终端,学生通过智能终端将回答结果实时同步反馈给老师,并由系统基于图像识别、大数据分析,实时自动批阅,减轻了老师的工作量,提高了课堂教学效率,并且所有的课堂问答数据都会被采集,从而作为后续智能分析和学习评价的重要支撑。
5G与互动教学相结合主要是将5G大带宽、低时延的优势应用于支撑互动教学中,解决原有系统成本高、灵活性差、网络不稳定等问题,使互动教学更块、更好、更流畅。5G+互动教学将进一步提高数据传输效率,提高互动教学的空间灵活性,支持更大范围的移动教学,并且可以支撑高清视频与AR/VR等教学内容的实时传输。例如,老师可以随时调用5G边缘云平台的教学应用,基于5G网络将形式多样的教学内容分组推送,分发到不同学生小组的学习终端上,并且支持互动教学中的常态化录播以及直播。此外,可以通过5G将远程教学与互动教学结合,实现更大范围的互动教学,进一步提高优质教学资源覆盖度,实现传统教学无法达到的教学效果。
5G还能结合AR/VR、全息投影等技术实现场景化交互教学,打造5G沉浸式智慧课堂,让知识更易懂、学习更快乐,让天文、地理、生物、化学等知识通过更加生动的形式传播,提高学习效率。
远程教学是基于互联网进行授课和学习的在线教育形式,在线教育被视为学校课堂教育的重要补充,以满足随时随地产生的学习需求。
5G网络的大规模商用将极大改善在线教育的学习环境。首先,5G可以支持远距离移动环境的在线教育,满足更多情境下的远程教学需求;其次,5G融合人工智能技术可对在线教育进行实时分析,在远程教学过程中,帮助教师及时获取学生的学习效果反馈,进行个性化的学习辅导;最后,5G高速率、低时延的特性将支持音/视频流、XR等需大带宽的技术,丰富远程课堂的内容,为师生带来毫无时延感的沟通交流体验。
5G远程教学可以实现多地区的优质教育资源共享,针对各地区教育资源分配不均的问题,5G远程教学借助5G技术对海量数据的超低时延传输和实时的图形图像处理、画面渲染,可实现一对一、一对多及多对多直播互动的模式。以名师名校网络课堂等方式,开展联校网教、数字学校建设与应用,实现“互联网+”条件下公平而有质量的教育,促进优质教育资源的均衡分配。最终通过打破时间、空间、内容、媒介的限制,推进网络条件下的精准扶智。如山区学生通过5G远程教育与重点中学学生同上一堂课。
此外,在远程教学中,可以用全息投影的方式,将老师的真人影像以及相关课件和教学用具以立体效果呈现在远程课堂的学生面前,并实现远程同步实时互动,为学生营造定的课堂环境,大大提升远程教学的课堂体验感。但是,实时传输的全息投影技术对网络传输宽带有很高的要求,传统远程教学中应用的Wi-Fi等网络往往难以满足。而5G的实际传输速率超百兆,可以达到4G的10倍以上,而时延可以达到10ms左右,基于这些技术特性,5G网络可以有效承载全息和XR等需要大带宽、低时延的应用,支持更具沉浸感与体验度的远程教学。因此,作为5G远程教学的重要形式,5G+全息课堂可以进一步突破时空壁垒,将不同地区、不同学校的老师和学生聚集在一个虚拟化的共享课堂上进行实时的互动交流。
在各类教学应用中,可以利用AR、VR以及MR等XR技术,为学生营造虚实融合的学习环境,以形象化的方式为学生讲解抽象的概念和理论,或使学生体验现实中难以经历的场景和活动,突破现实环境的限制,创造沉浸式的教学环境,提高老师的教学效率和学生的学习体验。
但是各类XR技术的高质量应用对于传输宽带与时延要求很高,既要画质好,又要交互快,沉浸体验层次也要更高。以VR技术为例,在画面质量方面,部分沉浸阶段带宽需求达百兆,而4G网络速率难以满足,5G网络速率是4G的10倍以上,能够支持百兆甚至千兆传输。在交互响应方面,用户移动到相应画面完成显示的时间应控制在20ms以内,以避免产生的眩晕感。如果仅依靠终端的本地处理,将导致终端复杂、价格昂贵。若将视觉计算放在云端,能够显著降低终端复杂度,但会引入额外的网络传输时延。目前,4G空口时延在几十毫秒,难以满足要求。而5G空口时延可以达到10ms以内,能够满足交互响应时延要求。
基于5G的高速率、低时延、广连接等特性,还可以将XR教学内容存储在云端,并利用云端的计算能力实现XR应用的运行、渲染、展现和控制,同时将XR画面和声音高效地编码成音/视频流,通过5G网络实时传输至终端。通过建设XR云平台,包括虚拟实验课、虚拟科普课等教学体验,将使学生更加沉浸式地体验学习内容,并对数字化学习内容进行可操作化的交互式系统学习。
在教学中,许多昂贵的实验、培训器材,由于受到价格的限制而无法普及。利用XR技术,在云端建立虚拟实验室,进这个虚拟实验室,身临其境般地操作虚拟仪器,仪表显示反馈给学生,以判断操作是否正确。这种实验既不消耗器材也不受场地等外界条件限制,还能有效解决实验条件与实验效果之间的矛盾,在获得同样效果的情况下避免教学中的安全隐患。
利用5G高速网络和强大算力,广和通5G系列模组可广泛地应用于智慧教育终端设备,如:5G CPE、XR眼镜、高清直播视讯终端等,提供高速稳定的无线连接,加速5G智慧教育应用。
广和通基于多芯平台布局了5G模组产品,相继推出全球领先的工业级品质FG160、FM160、FG650、FM650、FG360等数十款5G模组系列产品,满足智慧教育终端客户多样化的应用需求。
广和通5G模组FG160/FM160基于高通X62芯片平台,目前已正式调通国内四大运营商5G SA组网实网,实现全网通。同时,其Open CPU模式下能扩展的Wi-Fi性能也更强(可支持160MHz频宽,4K QAM高阶调制技术,Wi-Fi 6E),可更广泛满足5G CPE、5G MiFi,5G工业路由器等设备的要求。
广和通5G模组FG360基于MediaTek T750芯片平台,可支持5G NR Sub-6GHz下双载波聚合(2CC CA)200MHz频率,保证更广的5G信号覆盖,为适用于家庭、企业及移动用户的FWA终端设备接入5G网络,带来卓越的高速无线体验。
广和通5G模组FG650/FM650基于紫光展锐V510芯片平台,支持中国三大运营商的全部5G频段和全球主流频段。广和通 FM650 5G模组同时支持广电700MHz n28频段,充分满足当前国内市场对5G高、中、低频段的不同需求;同时具备完整的5G网络切片功能,能够自主灵活地选择网络切片,满足不同行业客户对网络差异化、定制化的无线连接需求。