5G+远程教学在医学课程教学中的应用探索与思考

岳梅 张叶江

远程教学是利用网络技术、多媒体技术等现代信息技术手段开展起来的新型教育形式，具有开放性、延伸性、灵活性、管理性等特征。远程教学在扩大教育规模、提高教育质量、增强办学效益、建立终身教育体系等方面发挥着重要作用。正如高速公路是汽车的基础设施一样，通信网络是远程教学的基础设施。2019年6 月6 日，工信部向中国移动等四家电信运营企业发放了5G 商用牌照，中国进入了5G 元年。当前，全国5G 网络建设如火如荼，增强现实/虚拟现实（augmented reality/virtual reality，AR/VR）、4K/8K 视频编码等新技术也方兴未艾。5G 技术作为基础设施，将助力以远程教学为代表的新型教学手段，深刻改变医学课程教学模式。

1 当前远程教学存在的问题

作为互联网的诞生地，美国在1995 年就已有大学开展远程教学活动，是全球最早开展远程教学的国家。远程教学与传统教学模式不同，教学活动开展不受时间和空间的限制，能提升学生学习的积极性和主动性[1]。近年来远程教学在我国医学课程教学中的应用也蓬勃发展，出现了函授教学、电视教学、广播教学、远程网络教学等形态。以网易公开课为代表的慕课（massive open online courses，MOOCs），汇集了来自清华、北大及哈佛、牛津、耶鲁等国内外顶尖名校的优质教学资源，取得了较好的社会效益。与此同时，医学课程在进行远程教学时，仍然存在诸多问题亟待解决，主要表现如下。

1.1 远程教学师资欠缺，优质教学资源匮乏

在高校远程教学中，教学资源是一个核心问题[2]。医学院校的教师是医学课程教学资源的主要贡献者。但是，目前熟谙远程教学系统使用的教师不多，能自主开发远程教学课件的老师欠缺，掌握远程教学规律的就更是寥寥无几。以至于在部分学校里，远程教学的课程教材、教学方法都是原来的内容，远程教学只是线下课堂的简单直播或者录播。录制好的教学资源长期不更新，部分资源已经与当前最新的医学实践脱节。优质教学资源已经成为医学远程教学的制约因素。与此同时，又出现各医学院校远程教学课程建设各自为政独立开发，协同机制不足，资源共享困难。

1.2 师生教学互动不足，效果评价机制落后

以部分直播课程为例，教师授课完毕后，一般会安排答疑时间。但受限于直播时长，往往只有极少数学生有机会与教师进行沟通，而大部分学生即使有疑惑也无法当场获得解答。远程教学逐渐退化成了信息单向传播的模式。这样的学习方式师生互动严重不足，教师对学生的指导缺乏时效性，学习者缺乏过程性支持，进而对学生的学习积极性和学习质量造成不利影响[2]。远程教学课程的学习效果评价机制落后，主要采用强制性的学习时长进行过程管理，以考试成绩作为该门课程是否通过的最终依据。参加过网络远程学习的学生都知道，学习时长可以闭着眼刷，考试可以有多种方式作弊，远程机考更是如此。最终的结果是远程教学效果大打折扣。

1.3 课程内容以理论为主，实践教学严重不足

众所周知，传统医学课程由于课时有限，理论课往往占据大部分时间，而实践课较少。远程教学中，由于师生处于不同地理位置，部分录播课程甚至连上课时间都是分离的，实践教学课时安排就几乎为零，加剧了实践不足的现象。以超声诊断学课程为例，超声检查的手法十分关键，但手法需要大量实践才能掌握。由于时空差异，远程教学的授课教师无法将学生组织在一起进行超声诊断设备的实操培训。由于缺乏操作手法的现场示范和指导，远程教学课程成了枯燥的纯理论教学，学了就忘已是常态。考试的结束往往意味着学习的结束，工作岗位的实际超声诊断工作完全靠自己的悟性和责任心，出现误诊或漏诊的情况时有发生，有可能会耽误患者最佳治疗时机，造成难以挽回的损失。

除此之外，传统远程教学往往需要建设远程教学教室，或者要求学生自行配备电脑和网线，成本较高且使用不便，不符合当前用户学习习惯。远程教学受限于传输带宽不足，经常会出现视频卡顿、不清晰、音频和视频不同步的现象，学生感知较差。

2 5G 及相关技术特点分析

教学的实施过程本质上是信息的传递与交流的过程。因此，信息技术的发展与应用也会影响到教育的形态。当前，5G、增强现实/虚拟现实（AR/VR）、4K/8K 视频编码等技术正快速发展，并加快应用落地。分析上述技术的优势和特征，有利于正确理解其应用场景。

2.1 5G 技术特点分析

5G（the fifth generation network）是指第五代移动通信网络。5G 按传输速率、可靠性以及大规模连接三个方向可划分增强型移动宽带（enhanced mobile broadband，eMBB）、超高可靠低时延通信（ultra-reliable low latency communications，URLLC）、海量机器类通信（massive machine type communications，mMTC）三大应用场景。5G 采用了大规模天线（64T6R）、多发多收（missive MIMO）、超密组网等最新无线通信技术，覆盖范围比4G 网络更广，网络可获得性更强[3]。作为下一代移动通信网络技术，5G 与4G 相比，其网络性能将会有显著提升。主要表现为：（1）eMBB 场景下，5G 下行理论峰值速率可达20 Gbps，上行峰值速率达10 Gbps，用户速率可达100 Mbps～1 Gbps，能够支持AR/VR 及4K/8K 等大带宽业务。（2）URLLC 场景下，5G 网络用户面传输时延可降低到毫秒量级[4]，可满足远程会诊、远程手术等对传输时延和可靠性要求极高的业务需求。（3）mMTC 场景下，5G 连接密度可以达到106/km2，即1 平方公里区域内支持的设备连接数可以达到1 000 000 个，可以将医学院校的仪器、仪表等设备全部联网进行监测和维护。

2.2 其他新技术特点分析

2.2.1 增强现实/虚拟现实（Augmented Reality/Virtual Reality，AR/VR）AR 可通过捕捉辨识现实环境的图像信息特征调取相关虚拟信息数据，虚拟信息数据可依据使用者的空间位置、观看角度及肢体动作与现实环境产生及时、准确的互动关联，提高信息索取的效率、实用性及交互性[5]。VR 虚拟现实是利用电脑及外部设备模拟仿真三维空间环境和人类的感觉（视觉、听觉、触觉等），在计算机上生成可交互的三维环境的沉浸感技术。AR 广义上是VR的扩展。大量实验表明，AR/VR 具有促进教育发展，增强学生注意力和学习兴趣的优势，能提高学生沉浸感和想象力，增加学习深度和广度；AR/VR 还能创设探究与体验式情境，使学生由被动学习变为自主学习、体验学习、探究式学习，由此提高了学习效果[6]。

2.2.2 4K/8K 电视技术 4K/8K 是最新的超高清视频编码技术，以超高清的画质带给用户极致的观看体验。4K 超高清视频的水平清晰度3 840，垂直清晰度2 160，宽高比16：9，单帧画面达830 万像素；8K 超高清视频的水平清晰度7 680，垂直清晰度4 320，宽高比16：9，单帧画面达3 320 万像素。4K/8K 视频在本质上提升了电视的表现力，使用户感受到前所未有的视觉盛宴。但4K/8K 视频对码率和分辨率的要求远高于传统标清及高清视频，4K 视频传输带宽要求≥50 Mbps，8K 则要≥100 Mbps[7]，这对网接入带宽提出了极高的要求，而这也是5G 的优势所在。

3 5G+远程教学在医学课程教学中的应用场景初探

根据北京大学心理与认知科学学院发布的《95 后手机使用心理与行为白皮书》显示，95 后平均每天使用手机的时长达8.33 小时，55%的95 后最渴求学习类APP。美国心理学家霍华德·加德纳将当今信息时代的年轻人称为“APP 一代”，他们习惯于从网络、电视、动画中学习，对依赖课本和辅助材料获得信息的学习与授课方式越来越没有耐心。从这个意义上来讲，5G 时代的医学课程远程教学要结合学生心理，设法让学生的注意力重回学习本身上来。笔者认为，可以从以下方向努力：

（1）利用5G 技术低成本特点，做好优质医学资源储备

1931 年，梅贻琦清华大学校长就职演讲中曾说“所谓大学者，非谓有大楼之谓也，有大师之谓也”。高校整体实力主要由师资决定，优秀的师资力量意味着较高的教学和科研水平，不同的学校师资力量差别较大。远程教学系统本应成为打破时空距离、实现优质教学资源共享的解决之道。但由于公网传输带宽小和时延大，远程传播时会频繁出现视频卡顿、图像和音频不同步等现象，教学感知较差。而专网成本费用较高，部分院校办学经费本来就捉襟见肘，在开通专网时就望而却步，导致远程教学在推广时出现困难。5G 技术将配合网络切片功能，按照用户使用场景进行资源分配和收费，确保效果更好费用更低。关于优质医学教育资源，纳入到教育部“双万计划”建设中的医学类专业，基本可以认为是优质的医学教育资源。在教育部门主导下，可以建立顶尖医学院校与普通医学院校的协作和帮扶关系，利用5G 技术，低成本开辟更多的双师课堂[8]。把优质医学课程教学资源放到云端，学生可以通过APP 快速访问，充分满足学生学习需求。

（2）5G+AR/VR 提升教学互动，真实案例丰富教学实践

5G+AR/VR 教学是一种多人同步、实时互动、让参与者置身于虚实结合的教学方式，是教学领域的发展方向。在教学环节，可以引入竞争、协同和角色扮演等方式，提升远程教学互动性；在实验环节，学生们在AR 设备的帮助下，能以不同的视角看到老师操作虚拟化的实验器材，在现实世界共同打造虚拟世界[9]。例如，教师可以通过5G 网络访问PACS 系统，寻找真实合适的病案作为授课案例。再利用AR/VR、全息投影等高科技进行呈现，给学生以身临其境的感觉。另外，针对目前医学教学实践缺位的情况，可以通过5G 技术，将远程手术、远程救援、远程医疗监测和护理等场景在课堂中进行呈现。比如，在应急救援教学中，可以看到车上的“院前”急救人员与医院“院内”急诊抢救医护团队将真正实现“零时差”融合，诊断时间的缩短，能最大限度挽救伤员的生命[10]。这样的教学能让医学生深刻体会“对生命的尊重是最大的医学伦理”的含义。

（3）注重医学教育公平，实现优质医学资源下沉

我国是一个地域广阔、教育资源又相对短缺、各地发展不均衡的教育大国[11]。通过高清摄像头+5G+4K 视频技术融合，可以解决目前顶尖医学院校与普通医学院校优质教育资源不均，校校连接难以全面打通的局面，实现跨区域跨校际优质资源共享。让普通医学院校的学生，也能像北京大学医学部的学生一样，足不出校门就能与千里之外最顶尖的大师进行实时沟通[9]。对于基础性和实践性较强的优质医学课程，可以将培训半径延伸到深度贫困区域的乡村医院级别，开展跨地区、跨学校、多层次的“超级大课”[12]，带动贫困地区医疗技术水平的进步，实现精准医疗扶贫。另外，5G+远程教学模式也能给“一带一路”沿线国家人民带来福音，提升当地医疗健康水平[13]，展现中国作为负责任大国的形象。

4 结语

正如中国移动2019 年4 月发布的《5G+智慧教育白皮书》中所指出，要达到5G 支持的成熟教育模式变革需5 年以上。当前阶段的5G+远程教学尚处于初始应用阶段，实现的仅是体验式教学，只停留在新鲜感上。学生参与性与体验式的学习是否真能达到预期的教学效果，仍有待实践检验[8]。另外，技术进步应该为教学进步服务，但技术是把“双刃剑”，在医学课程教学实践中，要注意评估在没有教师的督促情况下，学生是否具备不受网络侵害的能力，是否能积极主动学习，是否能培养独立的思维能力。我们不仅要欣喜新事物发展带来的积极效应，也要警惕发展中可能存在的问题，只有具备全局意识，才能不断地推动事物发展的进程[14-15]。