5G技术支持下的中小学数字化教材应用

黄诗敏

摘  要 从5G技术的低延迟、高速率、网络全覆盖、低功耗等特点入手，提出5G技術在数字化教材建设中的应用设想，以期使未来的数字化教材能满足教师教学和中小学生学习。

关键词 中小学;数字化教材;5G技术;VR技术

1 前言

近年来，我国中小学教育信息化不断发展，《教育信息化2.0》中就提到：推进信息技术与教学融合，建成和完善国家教育资源公共服务体系，实现数字资源的有效共享，让各大高校和师生能够有序地开展信息化教学应用[1]。促进中小学数字化教学资源的发展，实现资源共享，有利于缩小城乡资源鸿沟，也是提高中小学教育信息化水平的重要举措，师生在使用资源平台的同时，也会潜移默化地掌握信息化技能。

2020年初，面对疫情的突然袭击，各地区积极响应“停课不停学”的号召，众多专家学者聚焦在在线教学这一领域。教材是教学内容的承载者，是教学的核心资源，为积极应对线上教育教学的发展，应高度重视数字化教材建设。如何构建智能化、一体化、多涵盖的数字化优质学习资源以支撑线上教学，是目前亟待解决的问题。

数字化教材能利用多媒体手段将各种教学内容、资源等进行数字化处理 [2]。目前，数字化教材呈现出内容泛滥、资源零散、形式陈旧、获取方式不易、互动性低等问题，这些问题导致目前现有的大量数字化学习资源无法发挥价值。中小学生的数字化教材需求不仅仅是资源丰富，还需要富含趣味性，能让学生产生积极主动探索知识的激情和动力。随着智能手机、平板电脑、电子阅读器等多种移动设备的普及，传统的纸质书籍数字化已成为大趋势。基于此，研究5G技术支持下的数字化教材的开发路径，使数字化资源得以发展，让更多的中小学生特别是乡村学生都能获取同等的、更具意义的学习资源。

2 5G技术简介

什么是5G技术？5G技术是最新一代的蜂窝移动通信技术，是继我国应用2G、3G、4G技术以来第五代通信技术，能够颠覆互联网服务。与4G技术相比，5G技术的数据传输速率能够达到10 Gbit/s，提升将近100倍，能够满足虚拟现实等大数据量传输;目前的4G技术可以让人们实现移动通话，但在此基础上的5G技术能够为人们的实时移动通话带来更优质的体验，大幅度缩短延缓期;不仅如此，还能融合大数据、物联网、人工智能、虚拟现实等技术，让生活更便捷。

5G技术在教育中的应用场景从教育教学细化到学校管理等方面，能够带来教育的巨大变革。疫情期间在线教育掀起一阵热潮，5G技术的广泛应用为在线教育提供了坚实的技术支持。数字化教材也是在线教育发展的重要支撑，那么，5G技术在数字化教材发展中有哪些优势？

资料传输速度快  数字化学习资源都依托手持终端，而普通学生的手持终端大部分的性能并不强大。大量的数字化资源只能存储在“云端”，学生可以按需索取。5G技术高速率的特点能够让用户体验速率达到Gbps量级，学生能够在互联网场所下载相关资源，不需要漫长时间等待;也可以选择在“云端”获取，就如打开书本一样轻松自如。

网络全覆盖  未来在生活中的各个地方都会覆盖5G网络，这样的泛在网能让用户达到更高品质的使用体验。数字化学习资源在这样的网络全覆盖的环境下读取，体现移动学习理念，在不用携带厚重的纸质书本的情况下，学生一样可以随时随地展开学习。

低功耗[3]  联网设备中的高功耗，比如一些虚拟现实的外置设备、人工智能的终端等，都会由于功耗高而导致用户的体验感差。而5G高速宽带时代的到来，基于连续辐射区域广、低功耗支持多连接等技术，能够打破过去的技术瓶颈。基于5G技术低功耗的特点，呈现数字化教材的终端设备给用户带来良好的使用感，避免由于设备带来的不必要的障碍而消耗学习的兴趣。

低延迟  5G技术在教育领域的运用离不开当前教育技术的应用，如大数据、人工智能、虚拟现实等。5G技术的延迟是指从通信的一端到另一端的传输过程，能将延时特性降低到5毫秒级别[4]。现有的虚拟教学资源以其沉浸感、临场感，能够让学生体验到真实的学习情境，而5G技术的低延迟让这些容量较大的资源达到实时传输功能。

3 中小学数字化教材的新形态[4]

数字化教材是一种与在线教学等相匹配的课程教材。数字化教材的建设要严格遵循教材研发的原则，具备教学中教材所产生的功能与价值[5]。数字化教材全部内容要经过科学的分析选取，满足教师课上课下需求，涵盖对应的案例分析、视频、例题、动画演示、练习等;同时应当拓展课外的学习内容，以适应学生的课外学习。

当前线上的数字化教材资源非常丰富，可以融合文字和音频、视频、图片、动画等多种元素，但是由于开发成本高，又未形成盈利模式，因此，很多数字化出版单位的数字化教材都是知识单纯的图文结合，如人民出版社的课程数字化教材平台、广西出版社数字化教学平台等数字化教学集成平台。中小学数字化教材的新形态，主要是融合纸质教材，结构严密、内容连贯，又借助新型创新技术更新数字化教材，即以多种形式呈现教学内容，满足教师的教学需求、学生的个性化学习需求。新形态数字化教材包含以下特点。

增强互动性  过去教材的传输方式是单向的，而新形态下数字化教材可以实现双向互动。很多中小学生的阅读能力不强，对于某些课堂内容、知识点需要学生进行提前预习，如语文课文中的文言文，对于一些不能理解的语句，在这种情况下很多学生都是囫囵吞枣，未能很好达到预习效果。因此，新形态下的数字化教材可以实现在学生不明白的地方直接搜索相关的阅读内容，帮助学生理解，这样的传输方式可以实现双向互动。

内容形象化  在融合传统教材逻辑严密的知识点的基础上，为了使纸质书籍中图文形式的教学内容展示方式更加具体化，可以借助AR技术将某些抽象内容立体化，比如小学数学中图形知识点，采用AR技术能够将图形立体呈现，便于学生深入探索，激发学习兴趣。

资源系统化  新形态下的数字化教材能够参照传统纸质书籍严密的逻辑进行整合，不再零散散落在云平臺中，而是由具体的数据库存储。很多中小学生信息检索能力不强，难以在大范围内搜集有效的信息。资源系统化可以帮助学生在数据库中搜索相关的学习内容，如作文协作，可以在模块当中给予一些写作技巧、参考例文等。

4 5G技术在中小学教育数字化教材建设中的应用设想

现有大部分的中小学数字化教材只是某些企业以盈利为目的开发的各类学习APP，如学习帮、猿辅导、作业帮等，这些平台就是简单把教材按照图文形式从纸质转化为数字化，增加了习题练习或问题解答等，缺乏互动性和个性化资源补充。从5G技术的低延迟、高速率、网络全覆盖、低功耗等特点入手，结合中小学新形态下数字化教材的特性，本文提出5G技术在数字化教材建设中的应用设想，以期未来的数字化教材可满足教师教学使用，满足中小学生的学习。

5G技术融合VR技术拓展沉浸式教材资源[7]  目前虚拟校园、虚拟教室的研究还在进行，应用新的技术手段，不仅能够消除学生对技术的距离感，更重要的是能够给学生带来沉浸式、真实感的学习体验，能够帮助学生的意义建构。但虚拟校园、虚拟教室涉及的设备多，投入成本大，欠发达地区建设难度高。过去虚拟现实技术受限于无线网传输速率，而5G时代的到来，独有的便携式基站能够让VR+数字化教材在偏远极端的环境下也能正常运行，它的高速率运行能够让VR技术展示得更加流畅，让学生沉浸其中。如在初中物理课程电学模块教学中，很多学生对正负极、电压与电阻的大小等内容没有清晰的界定，依靠简单的平面图学习非常困难。教师可以利用VR对教材内容进行整理，如在如何接通电线这一知识点上，利用VR方式，让学生手动连接，正确了，灯就会亮;错误了，电压表就会损坏。学生在学习这一模块内容时借助屏幕式VR理解所学知识，能够实现在真实的情境中学习。

5G技术实现游戏化学习，增强教材互动性  杜威的寓学习于游戏的理论在中小学教学中具有深远意义，中小学生的学习注意力不够集中，把游戏融入教材中，可激发学生的兴趣。市面上很多学习APP都倾向于游戏化学习的开发，如学习闯关游戏，因此，数字化教材以游戏形式将习题、测评、记忆类知识等枯燥的学习内容展示出来。游戏有助于学生减压，把学习内容恰当融于游戏中，学生所拥有的不只是一本可以读、看、听的教材，还能够与教材实现互动。

英语口语一直都是中小学生的薄弱点，课堂中口语练习时间不足，大班教学无法兼顾所有学生，有部分学生羞于开口，这就形成英语学科的痛点——应试教育下“哑巴英语”。市面上的英语口语APP，如流利说、懒人英语等，都拥有互动对答方式，并且积攒时间长就可以晋级。参考这种互动对答的方式，可以在英语教材中嵌入人机互动对话的练习，在课堂上没有参与互动的学生可以在课下进行自主练习。

构建多元教学资源云平台  自2006年起，随着在线教育的发展，数字化教学资源不断涌现，特别是2015年以后，微课被引入，众多教学资源被推到网络平台，但大部分资源针对的是高校课程，中小学线上教学资源大部分是零散的，未进行系统整合。在5G技术支持下，可以利用大数据技术将教学资源整合在一个云平台上，形成一个全国中小学数字化教材资源云平台。创设一个融合多个出版社、面向全面学科的数字化教材网页平台，涵盖每个学科，不同知识板块融合多种知识呈现方式，使全国中小学生都能够在同一平台上获取不同地区的知识内容。5G技术的移动性使偏远地区也能接收宽带信号，从资源上消除地区差异;5G技术的低时延能够让平台切换自如，犹如打开书本一般。

5G技术融合超链接支持深层阅读  数字化教材的特点是容量大、内容广。在教材中应用超链接方式，学生在阅读教材时可根据自己的认知程度和知识阅读喜好展开阅读。这种超链接的方式可避免学生盲目检索资源，特别是小学生，对信息的鉴别和评价能力低，难以鉴别出有价值的学习资源。如在学习《鲁滨孙漂流记》时，学生被这篇文章吸引，但又因修订教材篇幅有限，无法阅读全文。采用超链接方式，将涉及的内容嵌入文章中，如作者简介、写作背景、全文阅读、读者读后感等，让学生获得更深层次的阅读体验。

5 现实问题

技术人才缺乏  新形态下数字化教材要进行系统整合并非易事。整合知识点并采用多种形式呈现知识内容，还需要考虑中小学生的认知水平、心理问题、兴趣喜好等。为避免技术滥用和内容复杂化，教材数字化处理需要依靠技术型人才，而考虑到教材知识点整合和中小学生的特点，则需要一线专业教师参与。因此，数字化教材的更迭要组建强大的团队。

投入成本高，盈利模式未成形  由于工作量大，而且面向的范围广，技术要求高，因此，数字化教材建设投入成本较高，未形成固定的盈利模式，出版社即使看准了数字化教材市场，但是为了生存也不敢冒险。当前部分企业如亚马逊利用销售电子设备盈利，但其开发程度低，无法满足中小学生需求。

6 结语

综上所述，5G技术给各行各业带来很大机遇，特别是教育行业，目前我国教育正积极推进信息技术与学科融合。数字化教材是教学内容的重要载体，是信息化教学的核心组成部分。虽然5G技术为数字化教材发展带来空间和机遇，但现阶段仍然存在一定的现实问题，如技术人员缺乏，投入成本高等，仍需在实践中不断完善。

参考文献

[1]徐靖程.教育部印发《教育信息化2.0行动计划》[J].中小学信息技术教育，2018（5）：4.

[2]邱兆福，徐伟，韩艳春，等.互联网+背景下医学院校体育教材数字化路径研究[J].中国高新区，2018（13）：104.

[3]翟雪松，孙玉琏，陈文莉，等.5G融合的教育应用、挑战与反思[J].开放教育研究，2019（6）：12-19.

[4]杨帆.新形态教材出版的探索与思考[J].传播与版权，2020（4）：96-98.

[5]韦艳.数字化教材开发应用与研究[J].现代经济信息，2018（20）：373，375.

[6]李绍良，姜灵美，任建峰.AR增强现实技术在职业教育数字化教材开发中的应用研究[J].教育现代化，2019（62）：177-179.

[7]李英.浅谈5G通信技术对教育的影响[J].科技风，2019（36）：14.