探究5G时代下的中小学智慧校园建设与应用

侯俊晖 胡桔

摘要：随着信息化时代的到来，信息技术正以其迅猛态势渗透到社会的方方面面，改变着人们的社会空间和生活方式。在新一代5G技术下，5G+医疗、5G+交通、5G+医疗等一系列的创新应用欣然而起，为了满足更多教育智能化应用场景，本文提出基于5G移动通信网络技术的优势，研究5G+中小学智慧校园建设与应用，促进智慧校园向信息化、数字化、智能化发展。

关键词：5G;智能化场景;智慧校园

随着移动互联网的发展，越来越多的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，高端移动设备的迅猛增长和新型业务访问对移动数据网络的带宽、延时提出了更高的需求。在这种应用背景下，5G技术应运而生。2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。至此，5G在中国正式进入大规模商用时代。

一、5G时代背景分析

移动通讯技术自诞生以来，在不断地迅速发展。1G实现了移动通话，2G实现了短信、数字语音和手机上网，3G带来了基于图片的移动互联网，4G则推动了移动视频的发展。而5G网络因为高带宽、低延时的特点，则被视为未来物联网、车联网等万物互联的基础，可以应用于无人驾驶、云计算、可穿戴设备、智能家居、远程医疗等智慧场景。据IDC预测，到2025年，全球物联网设备数将达到416亿台，工业互联网、车联网、智能电网、智慧城市、军事网络等都将构架在5G网络上裂变发展。可以说，从人人互联、人物互联，到物物互联，再到人网物三者结合，5G技术最终将为我们构建起一个万物互联的智能世界，5G网络的理论下行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25GB/s）。

二、中小学智慧校园发展

党的十九大报告中明确提出“加快教育现代化”和发展网络教育，教育部在2018年已经启动了国家教育信息化2.0计划，我省也同步提出了实施“教育强省”计划。顺应新时代的发展要求，我市正紧跟着教育信息化步伐从1.0向2.0过渡。也就是说要在1.0阶段“三通两平台”的硬件建设基础上，推动教育信息化向深度應用转型，实现从专用资源向大资源转变，从提升学生信息技术应用能力向提升师生信息技术素养转变，从应用融合发展向创新融合发展转变。

根据我国中小学校园信息化建设发展历程，可大致分为五个阶段。在这五个阶段中，每一个阶段的信息化基础设施、信息技术应用能力都有明显的不同。

第一阶段：电化教育阶段（90年代中到2000年）：在这个时间段，各种信息化设备逐渐进入学校，电脑、数码相机、校园广播系统、多媒体教室陆续普及。在这一阶段信息化应用的主要特征表现为：中小学课堂从幻灯片教学升级为多媒体教学，使用计算机、投影、课件开展多媒体辅助教学。

第二阶段：校园信息化起步阶段（2001年到2005年）。在这个时间段，学校的信息化建设有了跨越式发展。在这一阶段信息化应用的主要特征表现为：学校信息化基础设施建设有了较大幅度的提升;信息化教学资源逐渐丰富，信息化教学逐渐常态化;信息化教育和现代远程教育发展迅速，并在扩大教育规模方面发挥了重要作用。

第三阶段：校园信息化普及阶段（2006年到2011年）。学校信息化基础设施建设基本实现现代化，班级多媒体投影、录播教室、校园网、互联网出口成为学校基础建设的标配，无线校园逐渐推广;在这一阶段信息化应用的主要特征表现为：教育信息化研究显著增多，学校硬件建设趋于完善，学校开始建设各类教育信息化应用平台，意识领先的省市区已经开始探索数字校园的建设模式，信息技术开始与课程进行整合，各种教育类软件逐渐增多等。

第四阶段：数字校园阶段（2012年到2017年）。“三通两平台”建设和教师信息技术应用能力提升成为作为全国中小学教育信息化的重点工作，这一阶段信息化应用的主要特征表现为：学校信息化基础设施、应用平台、资源建设等达到较高水平，校园教育信息化水平显著提升，信息技术与课程从整合走向融合。

第五阶段：智慧校园阶段（2018年至今）。出台了《中国教育现代化2035》等一系列文件，指导各中小学全面开展智慧校园建设，这一阶段信息化应用的主要特征表现为：5G、物联网、WIFI6等网络技术推动教育信息化进入高速时代;智慧校园在推动教育系统整体性变革、教育治理现代化、培养创新人才和智慧人才等方面的作用进一步增强;智慧校园的智慧化水平将会显著提升，能够为师生提供高体验感、高满意度的智慧教育服务;为中小学生提供未来教育、在线教育、线上线下混合教育（双师课堂）、微课视频、直播教育等多种智慧教育形态。

三、聚焦5G+中小学智慧校园深度融合

（一）5G+教育专网

5G+教育专网与传统有线专网的最大差异在于网络覆盖面的无限延伸以及网络建设的定制化服务。运营商可通过网络切片、逻辑、物理隔离、对基站、频段、网络资源专建专享等三种模式，为中小学提供专用5G网络服务、高隔离度的定制化网络服务，满足不同学校对网络速率、时延、丢包率等指标的业务诉求。

中小学在建设5G教育专网时无需进行布线施工，直接依托运营商的基站设施即可快速实现校园5G网络全覆盖，实现各类5G应用终端高速连接。同时，能够强化端到端的5G to B的安全能力，加入全新的安全管理运营机制，具备安全态势感知、安全服务化（MEC）、配置基线、配置审计、安全事件、App安全告警等多种形式。通过5G终端接入访问控制（身份、位置，2B/2C用户隔离）、传统终端接入CPE访问控制实现终端安全 （安全接入）;通过切片隔离、加密传输实现切片安全 （安全管道）;通过运营商与ToB客户界面（L形）安全防护、App安全防护实现MEC安全;通过边界防火墙/IPSec网关、MSCG边界网关控制、AAA服务器二次认证实现企业内网边界/私有云安全。

（二）5G+VR云平台

在教育部《教育信息化2.0行动计划》的第六点“数字校园规范建设行动”和第七点“智慧教育创新发展行动”中都提出要加快虚拟仿真教学环境的建设。5G和VR的高度融合则可以提升整体教育信息化水平，助力教育事业改革创新，推进VR+教育的应用示范，集中开发成体系的VR教育资源，推动资源共享与应用，培养、聚集相关企业和人才，进而拉动5G产业、VR产业的发展。依托5G技术、云计算、大数据、移动互联、智能终端等新兴信息技术与先进设备，构建基于VR优质资源的VR云平台，实现云端备课、在线教学的VR教学新模式则成为5G+VR的应用典范。

1. 5G+VR云端备课

VR云平台可将5G高带宽、低延时、大容量的技术优势发挥到极致。云端备课功能可面向全体教学工作者及课程制作团队，提供集“备课、教学、实验、测评”等功能。云平台海量的优质VR教学资源，可以通过5G技术可以实现个性化在线设计。教师通过简单操作即可完成VR教学课件的制作、线上虚拟仿真实验搭建、VR辅助授课等。

2. 5G+VR在线教学

在线教学则可以在5G网络下为教学提供优秀画质和低渲染延时，支持异地同步传输，实现远程VR课堂。利用云端进行VR资源的渲染，在降低本地终端的建设成本得同时可以保证高品质远程VR教学。后期在5G技术普遍应用的基础上，可以通过5G技术将常规教学设备如PC、互动白板/大屏、手机和主流VR教学设备如VR头盔、桌面式VR系统、VR动作捕捉系统、CAVE系统等进行融合，实现万物互联，多设备无缝衔接 享受最佳教学体验。

（三）5G+智能手环

在智慧校园建设中，学生各类数据的采集是校园智慧管理的基础，为了掌握学生的详细数据（学业、健康、定位、消费、图书借阅）等，除传统使用高扫设备对学生的作业、试卷数据的采集外，此次提出5G+智能手环应用模式，实现学生即时大数据可视化管理，提高智慧校园管理精度和细度，确保每个学生身心健康发展。

为了能够详细掌握每个学生的各种数据，利用智能手环对学生健康24小时监测能最大限度地帮助学生预防疾病和调整自身身体健康。特别是此次新冠疫情的爆发，各学校加大了对学生体温数据的监测力度，传统的体温监测设备只采集学生进校时的数据，无法做到实时跟踪，若使用智能手环对学生的健康数据进行跟踪，采集包括睡眠时间、体温、心率等数据，通过大数据分析功能，让学校医务人员能够在学生健康数据有趋向化的改变时，对学生提出健康指导乃至对某种疾病病症进行提前预判。

通过智能手环采集学生的消费数据、定位数据、图书借阅数据，基于大数据分析，有效改善食堂的菜品结构，优化合理化膳食及丰富图书馆藏书种类，帮助学生在学校更好地学习生活，也可以帮助管理者实现学校智慧管理。