葛蘇慧，高鳳毅，胡 鑫，白成杰

（1.青島工程職業(yè)學(xué)院 信息工程學(xué)院，山東 青島 266112；2.山東師范大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250358）

1 引言

2019年2月，國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，強(qiáng)調(diào)教育信息化在推動教育現(xiàn)代化過程中的地位和作用[1]。教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》明確指出：構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)支持環(huán)境，推進(jìn)技術(shù)開發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用。大力推進(jìn)智能教育，開展以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)[2]，利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，探索泛在、靈活、智能的教育教學(xué)新環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用模式[3]。伴隨著5G的到來，教育形態(tài)發(fā)生了巨大變化，智慧教育作為5G的重要應(yīng)用，呈現(xiàn)出多種場景?；?G智慧場景，以大數(shù)據(jù)、云計算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和VR/AR等核心技術(shù)為支撐，將5G移動通信、大數(shù)據(jù)、智能感知等技術(shù)與企業(yè)項(xiàng)目真實(shí)場景相結(jié)合，通過構(gòu)建智慧化的學(xué)習(xí)環(huán)境，打造泛在學(xué)習(xí)、云學(xué)習(xí)和無縫學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)空間，建立高效的5G快速網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，打造沉浸式課堂場景，使教學(xué)形式更多樣，教學(xué)效果更有效，從而呈現(xiàn)全新的教學(xué)新生態(tài)。

為切實(shí)促進(jìn)“工學(xué)結(jié)合”的人才培養(yǎng)模式改革，構(gòu)建符合學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，本文在新一代信息技術(shù)特色專業(yè)群——移動通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能、信息安全、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件技術(shù)六大專業(yè)中，推廣基于5G智慧場景的沉浸式教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐，將企業(yè)實(shí)踐和學(xué)校學(xué)習(xí)無縫銜接，實(shí)現(xiàn)“工作崗位分析－典型任務(wù)拆解－知識技能重構(gòu)－教學(xué)模式構(gòu)建－實(shí)訓(xùn)平臺設(shè)計”的系統(tǒng)化設(shè)計方法[4]。借助5G通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，打造智能化、感知化、泛在化的智慧教育新模式，體驗(yàn)沉浸式的教學(xué)感知，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)一種智慧場景的新型云平臺教學(xué)模式，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，為基于企業(yè)真實(shí)教學(xué)場景的教育新模式的實(shí)踐創(chuàng)新發(fā)展提供新契機(jī)[5]。

2 新一代沉浸式互動教學(xué)體系架構(gòu)

新一代5G+沉浸式互動教學(xué)體系架構(gòu)如圖1所示，包括教室和終端、技術(shù)支撐層和應(yīng)用場景，通過教學(xué)大屏、AR/VR頭盔等智能學(xué)習(xí)終端，利用5G通信、大數(shù)據(jù)、人工智能以及計算機(jī)視覺等技術(shù)，搭建校內(nèi)學(xué)習(xí)工場，采用沉浸式教學(xué)場景，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)和企業(yè)遠(yuǎn)程互動教學(xué)，教學(xué)效果由校內(nèi)教師和企業(yè)工程師共同完成，并實(shí)現(xiàn)AI智能評測。

圖1 5G+沉浸式互動教學(xué)體系架構(gòu)

（1）打造沉浸式、智能化教育新模式

改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，利用5G網(wǎng)絡(luò)、超清視頻、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)XR、人工智能等新技術(shù)，打破校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件與真實(shí)企業(yè)工作場景之間的時間和空間壁壘，實(shí)現(xiàn)沉浸式、個性化、精細(xì)化學(xué)習(xí)，打造混合式、智能化、泛在式教育新模式。青島工程職業(yè)學(xué)院遠(yuǎn)程云系統(tǒng)在線實(shí)訓(xùn)平臺如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程云系統(tǒng)在線實(shí)訓(xùn)平臺

（2）探索智慧場景下沉浸式教育新生態(tài)

借助我院已有的校企合作辦學(xué)機(jī)制特色，拓展實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，探索5G智慧場景下基于企業(yè)真實(shí)環(huán)境的沉浸式教學(xué)模式新范式，打造基于工學(xué)結(jié)合、可延伸的混合式教學(xué)模式，為智慧教育背景下混合式教學(xué)模式的改革創(chuàng)新發(fā)展提供參考依據(jù)。校企合作共享共用的U+新工科智慧云實(shí)訓(xùn)平臺如圖3所示。

圖3 U+新工科智慧云實(shí)訓(xùn)平臺

3 5G+賦能智慧教學(xué)場景創(chuàng)新研究

3.1 5G+智慧教學(xué)場景創(chuàng)新研究策略

5G+智慧教學(xué)場景首先要結(jié)合企業(yè)真實(shí)的項(xiàng)目場景，利用智慧教室、互動白板、云終端等構(gòu)建校內(nèi)的“學(xué)習(xí)工場”。以5G為支撐，通過遠(yuǎn)程教育云平臺，搭建虛擬空間，實(shí)現(xiàn)企業(yè)校內(nèi)互動課堂、工匠講堂、全景課堂和AR虛擬實(shí)驗(yàn)場景，讓學(xué)生在校內(nèi)即可感受到企業(yè)的真實(shí)工作環(huán)境，為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)感受?；ヂ?lián)企業(yè)項(xiàng)目和校內(nèi)理論兩個課堂，結(jié)合線上、線下混合式學(xué)習(xí)模式，學(xué)生對企業(yè)場景可以感性體驗(yàn)。5G+智慧教學(xué)應(yīng)用場景如圖4所示。

圖4 5G+智慧教學(xué)場景

（1）基于工學(xué)結(jié)合培養(yǎng)模式，構(gòu)建“學(xué)習(xí)工場”。結(jié)合企業(yè)與學(xué)校雙方需求，對接產(chǎn)業(yè)鏈人才技能標(biāo)準(zhǔn)、基于工學(xué)結(jié)合的育人體系，構(gòu)建校內(nèi)學(xué)習(xí)工場，運(yùn)用5G、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段，打破傳統(tǒng)意義上課堂教學(xué)與企業(yè)實(shí)踐之間的時間和空間壁壘，讓學(xué)生更好地沉浸到虛擬現(xiàn)實(shí)教育環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)智慧教育場景中教學(xué)模式的創(chuàng)新發(fā)展。

（2）以5G為支撐，搭建智慧教學(xué)應(yīng)用場景。借助“5G+”虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用場景，通過自然的交互方式，將抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容可視化、形象化，構(gòu)建虛擬空間、構(gòu)造虛擬場景，為學(xué)生提供傳統(tǒng)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升學(xué)生獲取知識的主動性，實(shí)現(xiàn)更高的知識保留度。

（3）構(gòu)建“三個課堂”混合式教學(xué)模式。利用5G智慧場景及合作企業(yè)的優(yōu)勢資源，打造線上、線下、企業(yè)授課的混合式教學(xué)模式，解決校內(nèi)實(shí)訓(xùn)條件與教學(xué)目標(biāo)之間的矛盾?；?G智慧場景建立虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，可讓學(xué)習(xí)者足不出戶便可身臨企業(yè)環(huán)境，這種沉浸式的教學(xué)場景讓枯燥乏味的課堂教育、在線教育變得生動，讓抽象的知識觸手可及，使學(xué)生獲得與企業(yè)真實(shí)工程項(xiàng)目一樣的體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)多種資源共享、富媒體互動、集中管理、互聯(lián)互通、靈活智能、共享開放的教學(xué)模式[6]。

3.2 5G+智慧教學(xué)場景實(shí)施路徑

基于與青軟創(chuàng)新科技集團(tuán)股份有限公司、中國移動青島分公司共建“新一代信息技術(shù)產(chǎn)教融合學(xué)院”、與華為共建“華為ICT學(xué)院”、“華為－青工職院應(yīng)用型人才創(chuàng)新中心”的校企合作實(shí)踐，提出以下改革方案。圖5為5G+智慧教學(xué)場景校企聯(lián)合實(shí)施的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖。

圖5 5G+智慧教學(xué)場景校企聯(lián)合實(shí)施關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

（1）校企深度融合，構(gòu)建企業(yè)教學(xué)場景。搭建“學(xué)習(xí)工場”，建設(shè)以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境，融合5G網(wǎng)絡(luò)、智能感知開放平臺，以真實(shí)的企業(yè)工程項(xiàng)目為載體，提供邊緣智能服務(wù)，構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)支撐環(huán)境，開發(fā)立體綜合教學(xué)場，探索泛在、無縫、智能的教育教學(xué)新環(huán)境應(yīng)用模式。

（2）借助數(shù)字化技術(shù)，推動智慧教學(xué)資源庫建設(shè)。搭建5G網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，通過整合教育教學(xué)資源，建立基于移動互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境。開發(fā)、收集、組織一批豐富的教育教學(xué)信息資源，形成智慧教學(xué)資源庫。建設(shè)智慧教室，錄制高清教學(xué)視頻，將5G與云平臺相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)AR/VR應(yīng)用的運(yùn)行、渲染、展現(xiàn)和控制。

（3）實(shí)施混合式教學(xué)模式，推進(jìn)“課堂革命”。借助5G智慧環(huán)境，在“校企合作、工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式的理念下，以深度產(chǎn)教融合培養(yǎng)為主線，推行校內(nèi)校外同步課堂。校內(nèi)課堂傳授基本知識，完成理論學(xué)習(xí)；企業(yè)課堂完成真實(shí)場景訓(xùn)練，提升實(shí)戰(zhàn)技能，從而實(shí)現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”的個性化學(xué)習(xí)和以企業(yè)深度參與的職業(yè)教育“課堂革命”。

（4）5G技術(shù)賦能，構(gòu)建“虛擬現(xiàn)實(shí)+遠(yuǎn)程教學(xué)”。借助5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐，采用遠(yuǎn)程智慧教學(xué)方法，打造沉浸式學(xué)習(xí)模式，實(shí)現(xiàn)AR虛擬課堂、全景課堂、智慧教室等創(chuàng)新場景，體驗(yàn)靈活、無縫的移動學(xué)習(xí)。

4 5G+賦能智慧場景沉浸式教學(xué)關(guān)鍵技術(shù)

5G+賦能的智慧場景沉浸式教學(xué)實(shí)施過程中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)為構(gòu)建泛在的智慧學(xué)習(xí)支撐環(huán)境，建立校內(nèi)虛擬交互式體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，將企業(yè)真實(shí)場景引入校內(nèi)，搭建智能在線教育平臺及智能評測系統(tǒng)，用于企業(yè)工程師和教師共同指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。圖6為基于5G、人工智能、大數(shù)據(jù)及移動計算技術(shù)的智慧教學(xué)平臺。

圖6 5G+沉浸式智慧教學(xué)平臺

（1）構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)的支撐環(huán)境。加強(qiáng)智慧場景教學(xué)模式的頂層設(shè)計，推進(jìn)技術(shù)開發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用，開展以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)，實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)體系資源共享，多媒體智慧教室與在線教學(xué)、移動教學(xué)緊密結(jié)合，建設(shè)泛在、靈活、智能的教育教學(xué)新環(huán)境。

（2）創(chuàng)新工學(xué)結(jié)合的育人模式。充分利用5G智慧場景，改變之前學(xué)生去企業(yè)實(shí)習(xí)的現(xiàn)狀，把企業(yè)真實(shí)場景引入到校內(nèi)，以學(xué)校提供實(shí)訓(xùn)場地為基礎(chǔ)、企業(yè)提供輔助器材為延伸，以企業(yè)工程技術(shù)人員和校內(nèi)專任教師共同指導(dǎo)實(shí)踐過程為目標(biāo)，建設(shè)校內(nèi)虛擬交互體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式和教學(xué)方法的改革。

（3）基于“大數(shù)據(jù)+人工智能”建立教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系?；诖髷?shù)據(jù)智能在線教育學(xué)習(xí)平臺，建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，搭建學(xué)情分析、督導(dǎo)評價、預(yù)警決策等多種功能于一體的智能教學(xué)評測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)大數(shù)據(jù)的“伴隨式采集”和“即時化分析”。借助工程教育云平臺，結(jié)合校企共同評價機(jī)制，將評價反饋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)納入教學(xué)考評范圍，全面衡量學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果，將信息化教學(xué)理念和機(jī)制深度融合，使校企雙方共同完成育人規(guī)劃、評價和反饋。

5 結(jié)語

5G+賦能智慧教學(xué)場景，引入企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目環(huán)境，實(shí)現(xiàn)沉浸式的教學(xué)感知體驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了一種智慧場景的新型云平臺教學(xué)模式。本文基于工學(xué)結(jié)合的“學(xué)習(xí)工場”，充分利用了5G智慧教學(xué)場景，幫助學(xué)生體驗(yàn)企業(yè)真實(shí)工作場景，使學(xué)生提前融入企業(yè)、快速進(jìn)入工作狀態(tài)，彰顯了高職院?！捌髽I(yè)元素”的育人特色。