5G+智慧教育解决方案2020(可编辑).docx

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5G+智慧教育解决方案

5G+智慧教育解决方案

目录

一、 项目概述 1

1.1 教育信息化的发展 1

1.2 面临的主要挑战 1

二、 5G时代教育网络 3

2.1教育网络的发展现状 3

2.25G时代的教育网络解决方案 3

2.2.1基于5G的全连接教育专网 4

三、 5G智慧教育整体架构 5

3.15G智慧教育的基础架构 5

3.25G给教育带来机遇 6

3.3万物互联的智能环境 7

3.3.1教育物联广泛全面 8

3.3.2集中化智能化管理的物联网 8

四、 5G智慧教育解决方案 10

5.1教学 10

5.1.1远程教学 10

5.1.2互动教学 14

5.1.2AR/VR教学 17

5.2教研 20

5.1.1远程听评课 20

5.1.2在线巡课 23

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