5G+智慧教育解决方案2020(可编辑)Word文件下载.docx

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5.3教管 24

5.3.1校园安防 25

5.3.2装备管理 32

5.4评价 34

5.4.1学习过程评价 34

5.4.2学生健康评价 36

5.5区域治理 39

5.5.1远程巡考 39

5.5.2远程督导 42

5.5.3控辍保学 43

5.6终身学习 44

5.6.1移动学习 44

5.6.2慕课 46

五、 未来教育的发展展望 47

5.1沉浸式教育走向课堂 47

5.2教育系统将互联互通融为一体 48

5.3教育公平将成为现实 48

第3页

一、项目概述

1.1教育信息化的发展

教育是民族振兴、社会进步的基石。

中国未来发展、中华民族伟大复兴，关键靠人才，基础在教育。

习近平总书记在党的十九大报告中强调，必须把教育事业放在优先位置，加快教育现代化。

当今教育的发展，不仅要基于过去人类知识和技能的传递，还应该面向当下经济社会的现实需求，更应该着眼于人类社会未来的发展趋势。

我们认为，未来的教育，应该是更加开放的教育，突破时空界限和教育群体的限制，人人、时时、处处可学;

应该是更加适合的教育，更加重视学生的个性化和多样性，实现因材施教、有教无类；

应该是更加人本的教育，更加关注学生的心灵和幸福;

应该是更加平等的教育，让所有孩子都能享受到优质教育资源；

应该是更加可持续的教育，强调学习能力的养成和终身教育的需求。

可以看到，教育对象和教育环境正在发生巨大的改变，伴随着互联网和智能终端的普及，未来的受教育对象在全新的社会环境中成长，人的学习正逐渐转为“网络化、数字化、个性化”的方式，智能化的学习环境及自主学习活动将成为未来学习的新形态。

教育发展与变革的现实需求，对我们的教育教学的信息化和智能化提出了全新的挑战。

教育信息化是教育现代化的核心动力。

2018年4月教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》、2019年2月国务院印发了《中国教育现代化2035》，也相继强调教育信息化在推动教育现代化过程中的地位和作用。

当前时代的教育信息化将不仅涵盖信息环境建设、软硬件支持，更应结合教育理论，分析技术应用的多种潜力和层次，建设多应用场景、多实践领域、宽技术场域的实施路径，在此过程中应依赖智能技术（特别是大数据、人工智能、云计算等技术）推动教育服务的智能化、教育应用的情境化和普及化，实现教育的革命性转型。

1.2面临的主要挑战

在教育信息化的实践过程中，技术的不断发展和应用给人类社会带来了显著影响：

（1）4G/5G，宽带等网络技术迅速普及，提高了信息化应用的潜力；

（2）在各类高速通信网络的支持下，云计算正重构信息产业竞争格局，大数据、人工智能、语义网络等智能技术，正在重构教育服务的组织方式，各类教育公共服务系统正向大众普遍参与、形成群体智慧方向发展，云、网、端一体是大势所趋；

（3）智能服务正在加速普及，以人为本，信息设备以“不可见”方式嵌入到用户环境与日常工具中，形成了以泛在感知网络为支撑的无缝的、沉浸式的智能教育体验。

在此背景下，教育信息化建设将体现出如下特征：

（1）教育环境将更加智慧化，主动适应个体的需求。

既可以通过无处不在的通信网络和传感设备智能感知学习者的场景和特征，主动为其营造学习环境、规划学习路径、推送适应性的学习资源，实现从人找信息到信息找人的转换。

（2）教育的各类数据和信息将实现无缝流通：

数据分析是实现智能教育服务的基础，而教育信息化建设将为各类数据的采集和分析建立标准化模型，通过对物理环境的感知，实现对数据的汇聚和跨空间传输，增强教育服务的调节功能，从而打破时间、空间、内容、媒介的限制，实现教育信息的无缝流通。

（3）教育业务将实现智能协同：

在智能技术和泛在高速通信环境下，各类教育业务在任何地方、任何时间、任何方式下都能进行便利、快捷、高效、智能的连通与协同，各类教育业务将不再以孤立的方式提供服务，教育领域的管理业务、教学业务、培训业务与服务业务将实现智能协同，进而达到业务流程的重组和创新服务形态的目的。

（4）优质教育资源将实现按需供给：

传统的网络环境和技术环境下，学习资源的供给千人一面，而智能时代的网络传输技术使得智能环境传输全过程的学习数据成为可能，在此背景下，智能学习服务系统将实现对个体的精准分析，进而按照个体的特定需求为其提供优质的资源和服务。

（5）将实现学习机会的均等供给：

教育公平问题一直以来是教育领域的难题，教育信息化的实现使得优质的教育资源和服务可以通过网络进行互通，可将学习的嵌入到正式教育之外的日常生活中，实现“当技术无处不在，学习也就无处不在”的学习机会人人平等局面。

上述特征的实现有赖于5G时代以人工智能、虚拟现实、大数据为代表的技术的成熟和应用，而5G网络环境为上述特征的实现带来最大的优势是可以最大程度上克服传统网络在实现上述技术创新过程中速度、延迟、传输容量等的限制，为教育领域的变革提供更强大的动力。

尽管如此，在应用过程中教育领域也面临着如下挑战：

（1）通过信息技术构建智能环境促进教学的转型，使得教学从知识的传递转向学习者的认知建构。

（2）利用5G通信技术和数据分析技术打通课内外的数据壁垒，促进线上线下课程的无缝融合。

（3）通过沉浸式环境的营造使学习者的学习从被动的接受转向主动参与。

（4）利用5G的边缘计算技术实现教育管理中的特定需求和业务的智能管控。

（5）促进教育的决策由经验导向转向数据驱动。

（6）利用5G和智能技术从根本上进行重新设计的学校，使得未来的学校形态由统一走向个性化和自组织。

二、5G时代教育网络

2.1教育网络的发展现状

为满足教育信息化业务需求，目前学校部署了多张网，包括有线网、WiFi、校园网、物联网、电视网等，用来承载科研信息共享、多媒体教学、电子阅览、资料存储等相关的校园业务，以及行政管理、教师办公、学校论坛生活及社交等其他业务。

随着数字化转型深入，智能网络终端和越来越多的创新应用正在推动教育信息化的转型升级，学生和教师的期望在不断提高，他们希望可以获得更好的网络服务、获得更丰富的多媒体体验，包括在线学习、沉浸式虚拟环境教学、线上备课、智慧化管理等等，并且希望能够在学校公共场所、教室、图书馆、礼堂、会议室、宿舍等任何地方，任何时间，实现高效便捷的网络体验。

然而，目前教育网络仍然存在很多挑战，主要体现在如下几方面：

●教育信息系统资源共享难。

教学、科研、管理、技术服务、生活服务等信息化系统采用烟囱式建设模式，导致出现信息孤岛现象，业务流程整合度低。

●新型教育业务承载能力不足。

4K/8K直播课堂、AR/VR课堂、全息教育、4K高清监控、学校移动巡逻车等新型业务对网络带宽提出更高需求。

●数据安全风险大。

跨校区的共享资源、学生家长信息等存在泄漏风险，教育大数据的汇聚也将进一步加剧数据安全风险。

●建设与运维成本高。

教育信息系统建设以及多网融合导致的建设、运维成本高昂。

2.25G时代的教育网络解决方案

针对教育业务需求，结合5G特性，通过接入多种形态的智联终端和教育装备，构建全连接教育专网，部署整合计算、存储、AI、安全能力的教育边缘云，提供具备管理、安全等能力的应用使能平台，来建设智慧校园并打造多样化教育应用。

图2-15G智慧校园整体架构

2.2.1基于5G的全连接教育专网

相对于4G移动网络，5G可以通过网络切片和边缘计算来满足行业用户的应用需求。

在教育行业中，通过网络切片可以实现教育专网。

具体架构如下图所示：

图2-25G教育专网架构

5G教育专网是以5G切片技术来实现的，切片为教育业务在一个物理网络之上构建多个专用的、虚拟的、隔离的、按需定制的逻辑网络，来满足业务对网络能力的不同要求（如时延，带宽，连接数等），通过全连接使能5G、4G、NB-IoT、专线网络的数据共享，避免不同网络之间的数据孤岛，构建数据共享网络基础。

同时，对师生、家长等隐私数据进行本地化传输与存储，保证用户数据安全。

5G切片基于SA架构实现，具有以下特征：

a） 基于不同的业务提供不同专网，在不同业务调度时，优先保障高优先级业务

b） 提供业务安全，保障学校隐私数据安全

c） 基于业务对专网带宽，时延等网络要求，做按需调整

d） 学校间（附属学校，分校）通过专网共享4K/8K,AR/VR等业务

三、5G智慧教育整体架构

3.15G智慧教育的基础架构

5G时代要实现智慧的教育，需要整合各类智能技术建立"

基础设施层、数据支撑层、平台能力层、业务应用层、用户层"

的五位一体式基础架构。

通过一套多种技术制式的泛在基础网络、基于物联网络和感知终端设备的基础设施层，汇聚校园基础数据库和校园大数据规划的数据支撑层，五大能力的平台能力层，覆盖教学、教研、教育管理、评价、家校共育、区域治理、终身学习以及教育公共服务等业务应用层，从而为学生、教师、家长、教育管理人员、技术人员提供智能化的支持服务和解决方案。

图3-15G智慧教育整体架构

基础设施层：

5G网络环境因其大带宽、低延时以及边缘计算和管控的能力将成为未来智慧教育环境的基础，而传统的2G/3G/4G、宽带、WIFI等网络仍然存在，因此以5G为基础，打造多网融合的泛在基础网络接入层，实现对感知数据和信息的无缝、高效、实时传输，同时通过电脑、手机、iPad、传感器、摄像头、可穿戴设备等进行全体系的物联网终端布局，实现对校园“人-物-景”的全方位感知，是基础设施层的主要功能。

数据支撑层：

数据支撑层主要通过对教育教学过程中规律的分析、模式的总结建立校园基础数据库、个体教育数据库、课程教育数据库、班级教育管理数据库以及学校教育管理数据库等。

以此为基础，可以为教育变革过程中缺乏路径、模式、理念等问题提供客观的支持。

与传统的数据支撑不同，本层依赖5G网络的高速传播和边缘计算将采集的教育领域各类主体（如教师、学习者、管理决策者）进行快速的、无偏的建模，进而可以为服务层的智能服务提供精准的支持。

平台能力层：

平台能力层依赖5G融合网络和各类智能技术实现面向智慧校园物联网应用的平台能力支撑服务的构建，包括统一的用户认证和开放接口接入能力、安全认证能力、云计算与存储的服务能力、大数据分析与决策支持能力、情境感知能力。

与此同时基于5G边缘端可计算的特性可进行基于安全协议和规范的信息处理，打造强有力的安全认证能力，通过大数据能力对数据信息进行智能分析，提供决策支撑及预警预判。

业务应用层：

基于5G网络技术，本架构可以从根本上变革传统通信网络环境下的教育业务。

在高速率低时延的5G网络的支持下，教学、教研、教管、评价、家校共育、区域治理、终身学习、教育公共服务等各类业务可以通过实施感知采集更加全面的数据，通过5G建设在各个网络节点的私有基站，可以实现快速的数据处理和计算，进而提供更加优质和安全的服务。

用户层：

用户层涵盖了对不同情境、终端设备下不同角色的智能支持，如针对学习者的个性化学习服务、针对教师的精准教学教研服务、针对管理者的数据驱动的管理服务以及教育治理服务等

3.25G给教育带来机遇

传统智慧课堂的数据网络承载依赖于校园网内的有线网络、无线WiFi覆盖，物联层面则通过蓝牙、Zigbee、NB-IoT等实现。

存在如下痛点：

• 设备无缝互联，不能智能化信息采集与控制，智慧化发展遇到障碍

• 网络终端无法有效管控，面对学生的风险大

• 学习行为比较集中，网络并发访问高，需要网络访问质量控制服务与边缘服务缓冲服务相较于传统智慧课堂，5G智慧课堂通过各组成硬件终端的5G化，充分利用5G网络与生俱来的技术和业务优势，带给学校用户更快、更好、更流畅的体验。

• 网络承载统一，学校不再需要部署多种网络；

• 超高带宽，保证了智慧课堂中的交互显示终端设备，信号传输及处理终端设备，不仅能够完美的再现4K级别的画面效果，还能够承载即将到来的8K交互终端设备；

• 速率更快，延时更低。

保证了智慧课堂中常态化录播，在远程授课时，远端会场可以毫无延迟感知地体验到“名师优课”高达4K甚至更清晰的课堂画面；

• 在教育教学上产生了新的应用场景，比如：

游戏化课程、VR实验环境、虚拟现实控制环境、高清立体显示、远程考试监测、学习行为追踪和挖掘、智能实验系统和智能教学系统等。

3.3万物互联的智能环境

5G是信息高速公路，物联网是其典型方面。

5G网络性能将达到端到端之间1毫秒超低时延，10Gb/s级高吞吐量，单位平方公里内百万连接，已经在网络内的高速移动性。

5G新特性赋能物联网，实现“万物沟通”，构建具有全面感知、可靠传送、智能处理特征的连接物理世界的网络，实现了任何时间、任何地点及任何物体的连结。

5G物联网可助力实现教育用户与校园环境、设施、终端、平台的有机结合，使用户可以以更加精细和动态的方式管理生产、学习和生活，从而提高整个教学管理的信息化能力。

图3-2万物互联示意图

3.3.1教育物联广泛全面

未来多种形态的智能教学终端，包括智能教学终端、录播室/远程教室XR设备、智慧图书馆终端、实验设备、监控设备、便携智能终端等将带有5G通信模块,全面覆盖智慧教育各大应用场景。

同时，在校园范围内将广泛部有具备物联网通信能力的传感器，触发器，智能微尘，全面透彻的感知和采集校园内交通道路、建筑消防、空气、水质、植被、生态、能源、空间、人流、车辆等人与物的状况和数据，并通过5G通信网络、互联网等实现人与人、人与物、物与物的任意互联和通信，使原本静默的设备具有连接网络的能力。

“物联网”+智慧教育将种类繁多的设备、终端、系统连接起来，通过对教学、教研、教管各环节领域数据的实时感知、采集、监控和利用，促进能智慧教育行业全价值链的信息交互和集成协作。

图3-3教育泛在感知网络示意图

3.3.2集中化智能化管理的物联网

为实现5G物联网集中化智能化管理的目的，应建设集中化管理标准。

基于开放、合作、共赢的理念，面向公共服务，提炼和实现基础能力，通过开放自身能力API和整合第三方服务能力的方式对外提供服务，建立以5G物联网开放平台为中心的物联网生态环境、管理底层终端设备、接入子系统数据，为5G时代教育应用层提供支撑。

通过各系统的信息交互联动，大大提升校区的信息化程度，便于管理，助力教育业务发展。

避免管理方式分散，应用之间烟囱式发展带来的管理效率低下。

图3-4物联网架构图

物联网使能平台需要具有设备接入、多协议适配、兼容各种网络环境、海量连接、设备管理、数据存储、可控触发、轻量应用孵化、管理与维护等功能，并有针对性的对部署的各类传感器、智能终端、RFID射频标签等数据采集展示设备进行综合管理，实现现场对象与管理者间的互联互通，提升对校园“万物”精细化管理和智能化管理水平。

依托5G通信技术，物联网结合智能感知终端、云计算、边缘计算等技术，构建融合泛在的智慧物联网，并采用云数据计算处理技术，提升万物互联和决策的实时性和可靠性，提升万物互联的智慧，并最终实现人与人、人与物、物与物之间信任可控的5A（Anytime，Anywhere，Anything，Anyone，Anydevice）泛在交流的物联网驱动的软件定义自动化智能世界。

四、5G智慧教育解决方案

在 5G网络技术和环境的支撑下，教育的核心业务也面临着转型和重构。

由于教育领域用户的多元性、情境的多样性，其需求也相对广泛，针对每种需求的业务也相对精准。

由于5G环境主要可以提供高速度、高带宽、低时延、快速缓存等服务，这也是传统教育服务中面临的重要问题。

在此基础上解决方案整理了5G可能重构的核心业务，其分类涵盖：

教学、教研、教育管理、评价、区域治理、终身学习。

5.1教学

教学是教育领域的核心业务，其目标是完成对学习内容的传授、并基于学习者与内容和教学过程的反馈提供交互性的支持。

在此过程中5G可以发挥重要作用，如在远程教学中通过AR/VR/全息技术改善学习体验；

在互动教学中通过提供低延时、高速率的反馈促进教学效果的提升；

在实验课堂中通过模拟实验环境和实验过程促进沉浸式的体验。

5.1.1远程教学

场景一双师课堂

（1）场景说明

双师课堂是远程教学的主要场景，双师课堂主要解决乡村教学点缺师少教、课程开设不齐的难题，促进城乡教育均衡发展。

（2）方案价值

针对现有双师课堂采用有线网络承载业务存在的建设工期长、成本高、灵活性差等问题，以及采用WiFi网络承载业务导致的音视频延迟、卡顿等问题，5G网络的高带宽、低时延等特性，可以实现可移动性的灵活开课，随需随用，同时，可以支撑4K高清视频传输以及低时延互动的沉浸式双师课堂应用，有效解决传统双师的交互体验问题，为双师课堂的长远发展提供有力保障。

（3）方案架构

图5-1双师课堂部署架构

为了进一步提升双师课堂的沉浸式用户体验，并保障网络服务质量的稳定性，5G双师课堂解决方案将采用5G边缘计算技术实现双师课堂的低时延互动，并通过5G网络切片技术提供双师专网服务，真正将远端听课学生打造为名师侧的一个近端模块。

（4）关键技术点

•高带宽、低时延

业务名称

通信需求

基于4k高清的双师课堂（按35人/班计算）

上行速率

下行速率

传输时延

≤150Mbps

≤430Mbps

≤20ms

•移动性

传统双师大多采用有线或WiFi连网，存在建设周期长、成本高等问题，5G时代，双师课堂部署的终端设备只需嵌入5G通信模块，即可随时随地接入5G网络，大大缩短业务开通时间。

场景二远程全息课堂

针对我国教育资源分配不均问题，通过虚拟现实、增强现实技术，以全息投影的方式，将名校名师的真人影像以及课件内容通过裸眼3D的效果呈现在远端听课学生面前，实现自然式交互远程教学。

“5G+全息投影”技术，可以解决目前中心学校与教学点资源不均，校校连接难以全面打通的局面，以全息技术为基础的智慧教学场景，通过一对一远程教学,同时可以一对多、多对一及多对多的直播互动模式，实现多地区共享优质资源，同时，全息课堂实现了不改变师生交互习惯的远程教学，教学适应性强。

预计5G的速率将超百兆，是当前4G的10-30倍左右，而5G端到端的时延为20-40毫秒，基于这些特性，其突出的亮点在于，音视频流、AR应用等需要大带宽的内容可以以极低延时传播，能够支持远程课堂无延迟的师生沟通，全息AR面对面的课堂思路更是将沉浸化体验、革命性的交互方式带给大家。

图5-2远程全息课堂部署架构

全息课堂通过建设“全息讲台”和“全息直播教学区”实现远程全息授课，主要应用于教育参观培训、国际文化展示、学生上课体验、实操技能训练等典型教育场景。

• 全息直播教学区

全息直播教学区用来采集名校名师授课音视频数据，与标准绿幕摄影棚相似，无需增加特殊装备，教师在直播区内通过高清显示器实时了解远端学生的听课状态，并实时互动。

图5-3全息直播教学区示意图

• 全息讲台

全息讲台部署在听课教室，通过全息屏幕将传输过来的授课教师的影像数据呈现裸眼3D的投影效果进行显示，听课教室通过部署高清摄像机及麦克风，拍摄课堂上学生的情况，并即时传送到授课教师端实现互动教学。

图5-4全息课堂效果图

l高带宽、低时延

远程全息课堂（按照2路4K视频/班计算）

80Mbps

100ms

l移动性

远程全息课堂多用于大型讲座、大型公开课等场景，现有的有线连网方案大大限制了全息课堂的应用范围，并且有线连网存在建设周期长、成本高、灵活性差等问题，5G的移动大带宽打破了远程全息课堂的地域瓶颈限制，未来的远程全息课堂可实现随需随用，灵活开课。

5.1.2互动教学

5G互动教学是在传统各种类型、各种布局的智慧课堂中，将其必要组成软硬件模块进行5G化处理，从原来的有线网络、无线WiFi、蓝牙、Zigbee、NB-IoT等网络承载，转变为高带宽、高速率、高安全、低延时，网络数据传输与服务于一体的5G网络承载，在安全可靠，稳定持续，响应速度，免维护等层面，带给学校师生全新的使用体验。

图5-5三种典型智慧教室场景

5G互动教学的核心是智慧课堂中各个必要的硬件模块像手机终端一样进行5G化匹配。

图5-6智慧课堂全景图

如图所示，5G化的硬件终端包括：

• 交互智能平板/记易黑板/一体化黑板等用于教师电子授课的交互大屏终端；

• 智慧学习笔；

• 侧重课程常态化录制和播放，传递“名师优课”的常态化录播套装（包含了录播主机、摄像头、麦克风等）；

• 展现学校、班级文化风采，并支撑高考改革走班排课指引，实现走班考勤的班牌终端；

• 提升教师课堂教学互动效率的授课宝终端；

• 用于教师纸质教材展示及学生课堂生成展示的高拍仪/移动展台终端；

• 用于以学生为中心，翻转课堂、小组研讨教学场景的学生终端/反馈器。

相较于传统智慧课堂，5G智慧课堂通过各组成硬件终端的5G化，充分利用5G网络与生俱来的技术和业务优势，带给学校用户更快、更好、更流畅的体验：

• 网络承载统一，学校不再需要部署多种网络，所有电教终端均像手机一样，接入5G网络，开机即用。

所有教学的后台应用都可承载于运营商的5G边缘云平台或者学校的5G边缘云平台中。

安全更有保障，管理实现免维护。

• 超高带宽，保证了智慧课堂中的交互显示终端设备，信号传输及处理终端设备，不仅能够完美的再现4K级别的画面效果，还能够承载即将到来的8K交互终端设备，从而为师生带来清晰、自然、完美的显示呈现效果，还能保证智慧课堂的技术领先性。

保证了智慧课堂中常态化录播，在远程授课时，远端会场可以毫无延迟感知地体验到“名师优课”高达4K甚至更清晰的课堂画面。

远程录播课堂时，多方交互以及更多方直播加入，也能够得到毫无延迟感的观看体验。

提升纸笔互动数据采集的高效、稳定、安全。

利用5G网络的低时延、高速率，可以采集学生时时书写数据，老师可以即时观察学生答题内容和进度，帮助老师及时发现学生问题，掌握学生的理解程度以及思考过程；

利用5G网络的高可靠性，可以保证数据采集与传输过程的稳定性与可靠性，为学生和老师带来更稳定、更丰富、更高效、更有价值的数据服务。

图5-75G智慧课堂整体架构

5G智慧课堂通过交互智能大屏、班牌、学生终端/