當前位置: 首頁  教學研究     發布時間: 2019-12-19
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翟雪松 孙玉琏等MOOC

本文由《開放教育研究》授權發布

作者:翟雪松 孙玉琏 陈文莉 束永红 史聪聪

摘要

5G作爲一項顛覆性網絡通訊技術,必將深刻挑戰現有的學習方式、教學手段和師生生涯發展,從而引起教育生態的變化。本研究從5G的高速率、低延遲、移動性、低功耗和廣覆蓋五大特點入手分析了5G教育應用的典型場景,並通過對相關文獻的回顧,從政府、企業和教育界三個層面比較了國內外5G在教育研究和實踐的異同進而提出我國發展5G融合教育中面臨的五大挑戰:缺乏對前置條件的界定、對建設進程的把握不准、對平台和資源建設平衡不夠、研究對象不全和技術倫理討論不足等,並提出對應的建議。本研究從5G對社會生態整體影響的角度,反思5G在教育研究中的地位和挑戰,以期推進我國的教育研究與實踐在5G時代的健康發展。

關鍵詞:5G;通信技術;校企合作;優質教育資源


一、引言


2019年2月中共中央、國務院聯合發布的《中國教育現代化2035》文件,提出推進教育現代化的指導思想以及教育信息化的重要內容,要求加快信息化時代的教育變革,建設智能化校園,統籌建設一體化和智能化的教學、管理與服務平台(國務院,2019:2)。2019被稱爲5G元年。5G的到來引起各界的廣泛關注。作爲5G的先行者,移動、電信、聯通三大運營商紛紛通過與教育行業的深度融合,利用5G技術創造更多新應用、新業態、新價值,打造專業、開放、包容的高水平教育研究與實踐平台。與此同時,教育界也紛紛圍繞教學內容、教學設計和教學管理等問題,探索5G教育的資源開發和應用場景。5G+教育形態勢必逐步成爲未來教育發展的重要走向。


然而,需思考的是,5G作爲新一代通訊技術,尚未得到大面積應用,更缺乏教育應用的實證研究。現有國內外研究主要基于5G的技術特點,對某種應用場景的技術應用進行展望和規劃。很少有研究探索5G對教育帶來的挑戰與反思,這其中包括對技術的誤判,校企合作的兩難境地,師生對新技術的接受度與新評估方式及技術倫理等問題。衆所周知,5G作爲一股注入教育的新力量,教育界如沒有形成系統性的研究,可能會誤解甚至誇大5G對教育的影響。本研究在分析5G內涵及典型應用的基礎上,總結國內外對5G教育研究的目標和基本內容,並透過5G+教育所迎來的機遇,提出5G技術教育應用帶來的挑戰及其未來發展可能面臨的困境,以期引導我國教育研究與實踐在5G時代健康發展。


二、5G的內涵及典型教育應用


5G即第五代移動通信技術,與早期的2G、3G和4G移動網絡一樣,5G網絡也是數字蜂窩網絡。移動通信技術從以往的1G、2G、3G、4G發展到現在的5G,每一代的移動通信速率幾乎是上一代的1000倍。網絡通訊主要通過電磁波攜帶信息,不同頻率的電磁波産生不同的傳輸速度,其主要特征是頻率越高,信號傳輸帶寬越高,信息的傳輸率越大。從頻段上看,5G利用高頻段解決低頻段的信息傳遞問題,從峰值速率的特性看,5G的峰值速率是4G的200倍。4G時代通過蜂窩網絡和WiFi促使人與物的相連,從而引發一場由物聯網帶來的技術革命,而5G時代是物聯網連接的網絡(West,2016)。然而,馬呂斯(Marius,2019)認爲,對5G要有清醒的認識,在某種程度上,5G只是網絡運行速度的提升,沒有提高數據的精准度,5G需要與人工智能的結合才能發揮效能。其特點總結爲五個方面(見圖1):高速率、低延迟、移动性、低功耗和广覆盖(Ivanova et al.,2015)。



(一)高速率


5G網絡的峰值速率高達20Gkbps,傳輸速率高達10Gbpso速度的大幅度提升,可以拓展信息資源的采集和提高信息資源的上傳、下載速度。


其典型教學案例體現在5G與機器人或無人機等大數據處理量設備的應用。機器人和無人機一旦用于教育場景都會面臨大數據量運算、存儲和傳遞問題。爲了減少數據運算量,若將數據運算采取固化的形式,那麽就可能導致機器人與學習者的交互性差,自適應能力低,不利于開展個性化學習。而無人機雖然不牽涉大的運算量,但主要問題體現在大數據量的存儲和傳遞上。5G能較好地解決這兩大困境,在數據運算上可以借助雲計算的形式,甚至可以將學習者的行爲數據、小組合作數據共同分析,提供個性化的教學策略,使機器人更具“人情味”。


(二)低延遲


通讯延迟指通讯端到另一端的传输时间,5G通信技术已将延时特性降低到5毫秒级别。其典型性应用体现在5G与VR/AR以及全息技术的教育应用。VR/AR技术运用到教学领域,可以让抽象场景变得更生动形象,增强学习的沉浸性和临场感,激发学生的创新思维和能力。现有的开放教育形式无论是虚拟教室还是虚拟校园,主要通过教师的干预实现。5G时代新的移动通讯技术和网络连接设备将不断促使学生通过探索、发现和同侪互助学习(Ever et al.,2018)。另一个典型应用体现在触觉互联网(tactile internet)。为了体验更真实的学习场景,除环境的模拟外还需要提高触觉感知,5G的低延迟性为其他传感器设备带来大量新机遇,触觉互联网将借助传感器和5G的实时传输功能,使触觉能远程传输,这将使得教育实验的远程控制设备和远程协作成为现实。


(三)移動性


5G除在傳統4G基礎上的技術升級外,最大的創新在于增強其移動性的效能。移動性體現在以下三方面:一是指在高鐵和汽車等高速移動的場域可以作爲移動通訊的載體存在;二是基站將以更便攜的形式存在;三是各種資源的傳輸和運算可以在雲服務器中完成。


5G的移動性教育應用是互惠互利的,體現在兩方面:一是讓泛在學習成爲可能。大量場館甚至是偏遠地區都會因地制宜地開設學習體驗活動,便攜式基站將會讓極端環境地區成爲學習體驗場所。可以預測,在5G的推動下,未來的學習場景及評估方式會更多考慮學習過程的行爲、體驗和感知。二是越來越多的學習需要借助移動基站時,同樣會促進個性化移動基站技術的發展和推進。愛立信公司在2019年世界移動通信大會上展示了基于柔性電路和無線模塊的貼膠基站。中國電信也加速了貼膠基站的研發與應用。未來便攜式基站的發展主要依靠應用場景的設置和變化,而教育的應用場景和模式較爲豐富,兩者相互促進、共同發展將成爲可能。特別是5G借助人工智能的機器算法後,會隨時隨地運算和反饋學習者的表情識別、語音識別、筆迹識別等,對學生在不同場域內的情感、行爲進行分析和判斷。


(四)低功耗


5G要支持大規模物聯網應用,降低功耗是重要手段。功耗的降低不僅能節能,同樣會帶來學習、生活方式的改變。因爲低功耗是實現設備移動性的重要技術支撐,更重要的是可以幫助5G網絡與人工智能走向高效、低耗的融合之路,改善用戶使用體驗。雖然人工智能已開始深入到教育的方方面面,但是人工智能的高功耗使得移動性減弱,數據采集的面就較爲局限,更難以實施物聯網間相互的連接。在4G環境下,學習者的在線學習情感主要通過對社交媒體的文本和表情符號進行挖掘,但是這種分析手段局限于個人層面,沒有通過個人與組織間的交互關系去分析集體情感(翟雪松等,2019)。而5G的低功耗特點有助于協同多方碎片數據,結合優化後的算法,進行更爲豐富的數據處理信息,從而實現智能學生管理和智能教育研究。


(五)廣覆蓋


5G的廣覆蓋指無線網絡覆蓋範圍廣,結構布局密集,其無線網絡節點部署將超過現有站點10倍以上,在宏站覆蓋區內,站點間距離保持10米以內,甚至達到用戶與服務節點間的一一對應。這種站點與站點間的短距離使萬物相互感知,從而實現互聯互通。我國5G覆蓋面目前采取較爲靈活的布局,對人口密集型地區會擴大基站建設,對于人口稀疏型地區將采用4G+5G共存的布局,合理建設基站,提高利用率。廣覆蓋的特點還體現在5G發展規劃是站在國際化共同發展的高度,提高5G國際化的共同研發和互惠互利。


其典型應用體現在開放教育資源的國際化共建與共享。《中國教育現代化2035》明確指出:開創教育對外開放新格局,紮實推進“一帶一路”教育行動,加強與聯合國教科文組織等國際組織和多邊組織的合作,拓展人文交流領域,促進中外民心相通和文明交流互鑒,健全對外教育援助機制(國務院,2019:2)。未來,我國大規模開放課程不僅要走向國內的學校和家庭,更要利用5G技術和“一帶一”发展契机,推进国际教育交流,传递中华文化的 价值观和内涵。


三、實踐進展與研究現狀


5G作爲一項顛覆性網絡通訊技術,必將深刻改變人類發展軌迹、生産生活方式和社會形態。未來5G的發展不僅是企業界的技術競爭,更是國家綜合實力發展的博弈。因而,5G引起了國家政府、運營機構和應用組織三方的高度重視。本研究從政府/組織、企業和教育三個層面總結5G時代下我國的戰略布局與措施。


(一)從政府層面而言,我國5G發展的規劃和意識一直處于世界領先地位


早在2013年2月,国家工信部、发改委与科技部联合成立IMT-2020(5G)推进组,对5G技术性能和应用场景做了设想和规划。与此同时,欧盟于2014年制定欧盟Horizon 2020,并设立5G Infrastructure PPP(Public-Private Partnership,公私合作研究组织)以吸引各类组织参加。2016年11月,国务院签发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,确定了5G在联合研发、试验和预商试用点的发展计划,明确5G的发展方向(国务院,2016:11)。2019年4月,美国无线通信与互联网协会才发布《全球5G竞赛》。同期,2019年6月我国工信部正式向中国移动、中国联通等三家网络运营商颁发5G牌照,这标志我国5G发展正式从规划走向市场应用。


(二)從企業層面而言,國內三大網絡運營商聯合研發機構和下遊應用機構,共同致力于5G的全面推進


多家運營機構試圖從行業性應用平台,如學校、醫院入手,通過建設産業聯盟、打造示範場景、建立合作基地等確立研發與應用的關系。如2019年4月,中國移動發布《5G+智慧教育白皮書》,與北京師範大學、華爲等40余家單位構築5G智慧教育合作聯盟。在研發層面上,華爲、小米等企業2019年推出了包括5G手機在內的一系列5G産品和技術方案。美國在世界範圍內最早啓用5G商用化,Verizon于2018年10月宣布推出5GHome服務。但是Verizon商用的5G不是3GPP標准,而只是固定無線服務。2018年12月韓國SKT、KT以及LGU+三大電信運營商表示將會同期開啓基于移動無線服務的5G信號的商用傳播。隨後,美國AT&T公司基于3GPP標准在美國十幾個城市正式推出“5G+”服務。由此可見,在商業化推廣方面,發達國家略早于國內。在推廣路徑上,西方國家走“社區路線”,我國推進的是“行業路線”。


(三)從教育層面而言,國內外主流數據庫的文獻數量和內容差別較犬


本研究以5G为主题词,以教育研究为类别,从中国知网CSSCI核心数据库和SCOPUS数据库共搜索到12篇研究论文。其中中文11篇,英文1篇。从主流期刊发表论文数量看,我国教育界在5G+教育研究主题上远高于其他国家。从研究内容看,国内研究主要聚焦在三方面:第一类是5G技术促进教育技术手段的应用,如5G+无人机(朱珂等,2019)和5G+智能学习平台(卢文辉,2019)等。这类研究主要聚焦现有教育技术手段如何通过5G的技术特点,设计教学应用场景及预期获得的学习能力提升。第二类属于5G技术下的教与学的形态变化研究,如协作学习模式的转变,未来网络教育形态的构建(李小平等,2019)等。第三类研究探讨5G环境下教育理论的丰富与延展。如基于行为主义、情景认知等理论,看待5G能否推动教育理论和实践发展的理论依据及实践情境(李小平等,2019)。另一篇英文论文以实验法为研究方法,以查找特定区域的直播电台为研究课题,探索了大学生如何在5G环境下应用USRP设备作为频谱分析仪。由此可见,虽然国际研究在主流数据库的发文量少,但已经开始将5G技术及理念运用于教育实践(So-manaidu et al.,2018)。


四、挑戰與反思


5G給教育發展描繪了多彩的應用情景和未來方向。然而,基于現有的研究基礎和技術發展現狀,探索5G技術的教育發展問題時,仍需要保持謹慎的態度。作爲教育者如何正確面對這些挑戰必將形成一系列的必要研究議題,主要體現在以下五個方面:


(一)發展願景缺乏對前置條件的反思


現有的研究聚焦在5G核心技術,及其教育應用場景的展望,但是缺乏對影響教育效果前置條件的判斷。第一個前置條件是優質資源的定義和評價。缺乏對優質教育資源的前置判斷,空談傳播途徑不具備教育意義。如果僅僅從5G傳輸速率上判斷,認爲5G解決了傳輸的延遲問題,促進教育資源可以從傳統的文字圖像到高階的影音方式地傳遞,從而解決教育公平問題,甚至是學區房源問題是不嚴謹的。實質而言,與4G相比,5G旨在通過提升傳播速率和低延遲率實現大規模的物聯網連接,然而與無人駕駛應用相比,教育領域對延遲時間的容忍度高,因此5G教育應用的核心理念不是聚焦在傳播率和延遲技術上。不可否認,5G能大信息量的傳遞,但是信息的篩選和精准性,以及對優質資源的定義和評價需要有明確標准。5G能使教育資源以什麽樣的形態出現?如何辨別和定義這些資源的有效性?這些問題對學生和家長本身就是痛點,甚至會産生嚴重誤區:一是誤認爲優質資源就是優質學校制作的資源,而優質學校即是升學率高的學校。二是誤認爲被名校錄制的“優質資源”一定可以用于欠發達地區的普通學校。因此,教育實踐者需警醒的是,不同校際間的管理模式、教育背景、生源質量不同,簡單的資源傳遞未必能有效改善受試學校的困境,甚至會産生擅苗助長現象。


第二個前置條件是教育實踐的可重複性。5G技術目前尚處于開發和測試階段,對于初步的交叉教育實驗如5G與全息或VR等,尚沒有可重複性的教育研究結論。新技術有不同于傳統課堂所帶來新鮮度,學習者可能會付諸熱情或更多課外時間投入學習,基于此評估和測量學習績效的顯著性是不可靠的,更不具備教育實踐的可重複性。究其原因,媒體的誘導式宣傳與應試教育體制單一的評價標准是兩個潛在影響因素。一方面,5G的技術特點可能會被媒體放大,從而誇大5G對該領域的顛覆性作用。另一方面,長期應試教育體制下,成績容易作爲教育實驗的導向評價標准。5G技術帶來的多邊協作環境、知識共建體系及學生形成的創新能力、領導力等高階思維和認知能力容易被忽視(翟雪松等,2018)。


(二)“搶先建設”還是“保持觀望”


在5G來臨時刻,運營商的市場反應最靈敏。它們通過與學校建立産業聯盟,打造示範課程,實施示範項目等加速5G推向市場,以期實現協同發展並迅速轉化爲生産力。但5G的技術設備引進和更替,無疑是“重資産”,無論是學校還是國家都將面臨財政壓力,由此産生一部分學校搶先建設,另一部分學校維持觀望的態勢。另外,對重資産的教育項目,學校往往采取謹慎的態度,將其作爲展示性“示範”課程而非推廣課程去對待。這就導致企業推廣設想難以實現,無力進行下一輪的維護與開發,使得“示範”項目停滯不前。對于這一兩難境地,運營商和學校要共同面對兩個問題:


首先,面對5G帶來海量且多元的教育手段和數據,如何協同多方力量推進教育規律探索、學習評價以及數據治理是雙方面臨的第一個問題。由于5G教育應用目前還處于探索階段,主要運營商和相關企業的投入趨于基礎研發,5G與教育場景的結合及推廣還存在相當大的挑戰。學習者的成長並非需要保持和網絡技術的換代速度一致。5G融合教育的發展應有別于在其他行業的市場化推進模式。它一方面需要剖析當前教育問題的社會本質,思考5G對社會形態的影響,利用5G的技術優勢解決教育問題。另一方面,5G的高速率和移動性雖然有助于收集多元、海量的教育數據,但對于這些數據的處理和分析,還需要遵循教育發展本身規律。


其次,學校既需要與主流市場趨勢保持一致,也要提供更好的個性化教育服務。未來5G場景的“一對多”模式將會成爲一種重要特征和主流模式。大規模同時在線課程讓師生、生生交互成爲可能,5G可以高效地幫助和聯通更多學習者參與,解決資源共建共享和學生協作問題,但同時可能引發個性化學習環境建設的思考,對5G的個性化學習策略提出挑戰。從5G市場化的規律看,國家鼓勵5G與新興技術交叉,在某些領域現行先試,存留容錯機制;也提出全國漸進式推廣推進,在局部地區倡導“4G+5G”互補應用的策略。學校同樣需要分清教育研究和教育實踐的聯系與區別。教育研究方面可以積極探索5G融合新興技術帶來的教學手段和學習策略的變化,主動接納發展主流;而在教學實踐方面要思考技術的成熟度和帶來的接受度,采取”傳統+革新混合循序推進的策略。


綜上可見,5G的各行業發展包括教育在內必定是個快速更替形態,教育部門過早參與建設可能會陷入進退兩難的境地。同時“重資産”技術項目的投入一旦缺乏教育手段實施者——教師的職業發展關懷,也必然會讓技術形同虛設、黯然失色。


(三)豐富的合作框架和平台建設與匮乏的資源建設間的矛盾


基于5G的校企合作或政企合作主要體現在合作框架和平台建設層面,而高品質、有針對性的平台資源開發不足。如果一旦形成“重平台輕資源”的合作格局,將會造成財政投入的嚴重浪費和學習資源的濫用。5G從本質來講是傳播途徑的提升,並非是資源本身的開發與創新,沒有資源的學習平台也就成爲僞平台。大量研究預測了5G爲3D視頻、全息影像等高品質學習資源提供必要的通訊渠道和教學模式。但是資源開發過程複雜,涉及編程、模擬和渲染等步驟,是集多媒體技術、信息技術和數字創意等爲一體的多學科交叉工作。大量的合作框架和平台建設如果僅僅建立在5G的傳播功能上,必將成爲概念化平台而無法産生教育實際影響力。


在这种矛盾下,基于5G的校企合作必须严格遵守资源建设的两条原则:资源的规范性和知识产权保护体系。规范性指教育资源的内容覆盖面和建设质量需要严格审核和把控,并对资源进行科学、合理、规范地使用。根据学习者实际需求,开发门类更细致、学习目标更明确的资源,避免为了减少开发成本,将资源在基础教育、职业教育和企业培训等中混用的现象,避免将5G作为“便捷”的手段去堆砌网络资源,将填鸭式学习模式从线下搬到线上。那势必造成学习者面对更多纷繁的教育资源而无从判断和选择。另一条原则是建立资源的知识产权保护体系。《中国教育现代化2035》明确指出,“建立数字教育资源共建共享机制,完善利益分配机制、知识产权保护制度和新型教育服务监管制度”(国务院,2019:2)。就资源建设方而言,未来新媒体形式的知识产权保护是教师创作的重要保障。相比于传统媒体形式,5G将加速以编程、建模和渲染等多种混合方法进行资源建设的传播,比如,全息资源在初始阶段只能在部分技术平台展示,无法在传统平台面向大众学习者,那么知识产权部门对此监管就比较受限;再如,远程触觉实验等资源属即时性资源(real一time resource),并非可存留性的资源(permanent resource),但是这些复杂信息媒体的呈现如何获得知识产权保护,需要得到知识产权体系的认定。而美国高校则开辟专门的法务部门,帮助教师处理课程资源开发等相关的知识产权认定和保护,值得我国借鉴。


(四)對5G環境下的于教育管理、執行和受衆學生的研究較爲缺乏


當前研究對5G技術探討較多,而對于5G帶來教育革命後的教育管理層、教師和學生的研究較少。首先,對于教育管理層而言,傳播途徑的便捷性和信息載體的豐富將會讓知識以更多創新形式出現,如自媒體對知識的傳播,教育衆籌等形式的出現。但對5G環境下的未來教育形態,教育管理層尚未做好教育管理方面的頂層設計和規劃。如各類在線授課形式如何定義?多場景學習空間下,學生的學習形式和考核方式是否要做相應的調整?這些都亟待教育管理部門制定和商議更爲細致的辦法。


5G不僅豐富了TPACK理論,更對實施主體——教師提出新的挑戰。雖然教育技術類研究已經探討過技術接受模型在現代教育技術中的構建,但是5G與人工智能的結合會打破傳統技術接受度的易用性、有用性等簡單的影響維度。正如《教育信息化2.0行動計劃》指出的,要將“人工智能”等新信息素養內容納入教師信息素養提升體系之中(教育部,2018:4)。5G時代下,人工智能將會被賦予新的含義和概念。教師的信息素養除了必備的傳統信息素養外,還將賦予數據素養、網絡素養、元素養以及媒介素養等內涵。因此在大面積推進5G融合教育發展前,先要對教師開展5G技術的信息化素養培養、接受程度的分析和應用技術的培訓。


5G對學習者的影響是多元的,如學習場所的遷移、學習評價方式的變化和學習趣味性的增強。然而,教育研究也較少討論5G帶來豐富的學習環境外,學習者的學習成效判斷標准如何變化。传统教育理念下,我们一般认为学习者的成效(learning performance)评估来自两个维度:一是學習成績(outcomes),一是學習感知(perceptions)。由于5G能提供多元大数据的运算,包括情感计算和行为分析,那么学习成绩的判断就不能仅仅依据传统的应试方式判断,而需要综合考虑其社会活动能力、领导力、人文素养等维度。而学习感知也将从传统的满意度评价扩展到信念(believing)、坚毅(grit)和幸福感(well beings)等指标。更需注意的是,學習成效需要增加第三個維度的標准,即健康(health),包括生理健康和心理健康。這是由于5G與信息技術産生的VR和全息等新媒體學習場景,一旦以視力衰退和自閉情緒等損害學習者健康爲代價,就不能認定爲有效的學習模式。


(五)5G技術引發倫理問題


5G能高效地整合和分析学习者多元的学习和生活行为,结合人工智能算法给予学习推荐策略。然而,作为教育者而言,尊重学习者的成长规律和人格塑造,远重要于新技术的应用和实现。较有代表性的是人脸识别和脑波检测等生理参数的采集运算的教育应用模式。首先,生理参数的采集在实验心理学领域程序复杂,采取简单的采样手段很难获得准确数据,从而可能对受试学生带来误判,这就会造成技术伦理的争议。其次,教育研究与教育实践虽然关系紧密,但依然差别较大。将教育研究的范式运用到教育实践中,如果遭遇失败,将对学习者产生难以逆转的后果。因此,面对5G“高调”进入教育实践,我们要冷静反思技术伦理问题。5G时代的伦理学讨论既不同于人与人的关系,也不同于人与自然的关系,而是人与其自身创造的产品之间的关系。结合微软发表的《未来计算》(The future Computed),本研究从两个方面阐述5G教育带来的伦理问题。




作者简介:翟雪松,北京师范大学教育技术学院博士后,安徽建筑大学智能建筑实验室副教授,研究方向:智慧学习环境;教育信息系统与管理;孙玉琏,安徽建筑大学智能建筑实验室硕士研究生,研究方向:虚拟现实、智慧教室;陈文莉,新加坡南洋理工大学国殳教育学院副教授,研究方向:移动学习、计算机支持的协作学习;束永红,安徽建筑大学智能建筑实验室硕士研究生,研究方向:智能学习环境、教育信息系统与管理;史聪聪,安徽建筑大学公共管理学院硕士研究生,研究方向:社区管理、 教育信息化。
基金項目:2018教育部産學合作新項目“基于眼球隨動技術的智慧學習大數據分析研究”(201801065004);2018年中國博士 後科學基金面上項目“基于生理反饋信號的線上學習行爲的情感計算與分析研究(2018M630092)。

本期编辑 | 慕编组 郭嘉玮
轉載自:《開放教育研究》2019年 第6
排版、插圖來自公衆號:MOOC(微信號:openonline)


MOOC執行主編:李國麗

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