5G技术在医学课程教学改革中的应用场景研究

岳梅 张叶江

教育部在2018年发布的《教育信息化2.0行动计划》中明确指出：加快面向下一代网络的高校智能学习体系建设。适应5G 网络技术发展，服务全时域、全空域、全受众的智能学习新要求[1]。国际电信联盟（ITU）已批准了国际标准化组织3GPP 提交的NR 方案作为5G 标准化方案。作为面向未来的IT 形式，5G 将凭借其“大带宽、低时延、大连接”的优势，和人工智能（artificial intelligence，AI）、增强现实/虚拟现实（augmented reality/virtual reality，AR/VR）等技术一起，深刻改变医学教育形态。当前，医学课程教学改革正处于关键时期，如何在未来医学教学中借助5G 网络，使得医学类院校信息化学习环境建设与应用水平得到提升，使得师生信息技术应用能力和创新能力得到提高，具有十分重要的现实意义。

1 医学课程教学现状分析

以1994年中国第一条64K 的国际专线接入国际互联网作为标志[2]。中国互联网已诞生25个年头。当前，医学院校的本科生及研究生，都是真正的数字时代原住民，享受着数字红利。但目前医学院校校仍然以传统教学模式为主，表现为以下几点。

1.1 课程重理论轻实践，自主学习欠缺

由于课时有限，导致理论课和实践课课时安排分布不合理，理论课往往占据大部分时间，实践课较少或没有。课程评价方式一般由日常出勤率、平时作业及期末理论考试三部分组成，一般除见习及一年实习外，社会实践较少。结果是课程考试完毕，学习就结束，学生自主学习及终身学习严重不足。

1.2 教学仍以面授为主，课堂互动不足

教学过程管理主要以学生到教室签到为主，如果学生不到教室就会影响教学活动的正常开展，而有些在职学习的学生因为一些原因参加面授教学存在一定的困难。教学内容以书本为主，课程讲授时常缺乏最新的研究成果，十分枯燥。部分青年教师由于经验或技巧不足，导致课堂氛围沉闷，师生间缺乏正常的互动，往往是老师自说自话，学生则专心致志玩手机或一心一意上自习，课堂氛围尴尬[3]。

1.3 教育资源分布失衡，知识共享困难

教育资源分布不均衡，如东部发达地区与西部贫穷地区区域间存在的不均衡，顶尖名校和普通高校校际间存在的不均衡，优质医学教育资源主要聚集在东部几所顶尖的医学院校。由于技术条件和经济条件限制，前沿知识共享困难。设备、教师、资源的缺乏阻碍了教育公平的实现，长期以来，教育不公平迫切解决但又难以解决。

因此，如何破解医学教学长期存在的重理论轻实践，提升教学互动效果让学生注意力重回课堂，促进优质教育资源均衡分布，成为当前亟待解决的课题。

2 5G与基础医学教育的契合点分析

5G（the fifth generation network）是指第五代移动通信网络。按照传输速率、可靠性以及大规模连接三个方向可将5G 划分成增强移动宽带eMBB（enhanced mobile broadband）、海量机器类通信mMTC（massive machine type communications）、超高可靠低时延通信URLLC（ultra-reliable low latency communications）三大应用场景[4]。

2.1 更好的网络覆盖（better）

5G 网络采用大规模天线（64T6R）、多发多收（missive MIMO）、超密组网等最新无线通信技术，与4G 网络相比，覆盖范围更广，网络可获得性更强[5]。4G 网络最小接入电平为-122 dBm，此时语音和上网业务已无法正使用；而5G 网络覆盖电平在-122 dBm下行速率能达到100 Mbps，下载速率可与4G 理论速率媲美，5G在-128 dBm 时仍可正常接入。同等条件下，5G 网络覆盖能力是4G 的2 倍，可为医疗教学提供无处不在的网络连接。

2.2 更快的连接速度（faster）

根据香农定理C=W×log2（1+S/N）可知，系统容量C 与系统带宽W 成正比[6]。由于历史原因，全球无线频谱6 GHz 以下的低频段已基本划分完毕，供广播电视、军用、卫星通信及2/3/4G 移动通信网络使用。5G 网络引入了24.25～52.6 GHz 高频段进行数据传输，突破了低频段无连续大带宽的限制，可满足5G 最高400 MHz 的带宽需求，较4G 20 M 提升了20 倍。5G 下行理论峰值速率可达20 Gbps，上行峰值速率达10 Gbps，是4G 理论速率的100倍以上；5G 用户速率可达100 Mbps～1 Gbps，能够支持移动虚拟现实等极致业务体验。另外，5G 传输时延可降低到毫秒量级[7]，可满足对时延和可靠性要求极高的业务需求，如远程医疗等。

2.3 更强的技术融合（stronger）

当前，人工智能（artificial intelligence，AI）、增强现实/虚拟现实（augmented reality/virtual reality，AR/VR）、大数据（big data）、移动边缘计算（mobile edge computing，MEC）、4K/8K 视频传输等技术方兴未艾。5G 网络作为基础设施，将与AI 等技术融合发展，让AI 模拟“人的思维方式”，更好地辅助学生学习、帮助老师教学。一方面，自然语言处理、自适应等功能可帮助学生获取满足个人需求的课程，提供精准教学；另一方面，在线学习的各个环节均渗透着视觉识别、语音识别等技术，迭代出更加智能化的工具，提高各环节效率[8]。可以预见，5G 与其他技术的结合，也将深刻改变医学教育形态。

3 5G 技术在医学课程教学改革中的应用场景研究

5G 网络将与人工智能（AI）、增强现实/虚拟现实（AR/VR）等最新技术一起，赋能传统医学教育，重构医学教学模式，对个人自主学习、学校课堂教学及全社会教育资源共享产生深远影响。

3.1 5G+自主学习，构建泛在学习网络

高校课堂有开放性强、知识面广、教师水平高的优点，是信息化运用的主阵地。人工智能（AI）、云计算等技术将与5G 网络融合发展，提供前所未有的知识触达方式。把学校建成新型学习中心，利用5G 技术背景下教育资源获取的便利性、即时性、共享性特点，对现在的学校进行重构，建立国家优质教育资源中心[9]。医学生可通过各种智慧媒介（如手机屏、电脑屏、电视屏等），借助超高速、低时延的5G 网络，快速访问云端丰富的医学资源。几公斤重的医学书籍将逐步退出历史舞台，医学知识的获取将以前所未有的方式实现。人工智能技术（AI）将根据学生搜寻内容，智能推荐医学资讯、文献、慕课（MOOC）等资源[10]，实现所想即所见，所见即所得。5G 技术的到来，将实现任何人、任何时间、任何地点都可以通过任何设备访问网络进行学习，即4A学习模式（anybody，anytime，anywhere，anydevice，4A）。将颠覆性地改变传统的在职学习模式，5G+AR/VR 远程教育将解决面授困局，学生通过智慧媒介即可完成实时学习。每个医学生都将拥有自己的移动图书馆和在线资源库，最大限度地利用各项资源，做到自主学习、终身学习。

3.2 5G+互动教学，提升医学教学质量

依托5G 统一的网络承载，能实现万物互联，打造智慧化的教学实践环境[11]。交互智能大屏（如4/8K 屏）、学生终端、高清摄像头、展台等硬件终端都将实现5G 化，所有终端均能像手机一样，可随时接入5G 网络。超高带宽不仅保证智慧课堂中的交互显示终端、信号传输及处理设备能够完美的再现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[12]。借助“高清摄像头+5G 网络+显示屏”的系统，构建双师课堂，将检查室、手术室、救护车等空间及其有限的实战场景进行跨空间传输，并进行高清立体显示。使得每个学生都能真实感受到整个检查、手术或抢救的全部过程、要点和细节，存在的疑问也能即时得到解答。真实直播实战环境，将直接提高教学互动水平，有效降低纯粹理论教学的枯燥，解决医学生见习中走马观花看热闹的弊端。

3.3 5G+远程教学，均衡教育资源供给

由于历史发展原因及经济水平差距，我国优质教育资源分配不均客观存在[13]。5G 网络、增强现实/虚拟现实（AR/VR）和全息投影等技术融合，将实现名校名师的真人影像以及课件内容以裸眼3D 的效果呈现在远端听课学生面前，交互远程教学如同自然式进行[14]。“5G+全息投影”技术，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。5G 超大带宽及超低时延特性，能全面支持AR/VR 等需要大带宽的内容传播，学生将获得沉浸式体验、革命性的交互体验，实现师生沟通无延迟[15]。在5G时代，即使是普通医学院校的学生，也能像北京大学医学部的学生一样，足不出校门就能聆听到最前沿的医学讲座，并能与最顶尖的大师进行实时沟通，接触到最优质的教育资源[16]。

4 结语

5G 网络具有“大带宽、大连接、低时延”等优势，未来将和AR/VR 与AI 等技术一起，对医学课程教学产生巨大影响。医学院校要提前研究抢先布局，积极与中国移动等领头羊企业合作，打造5G智慧校园，实现医学教育数字化、信息化和智能化[17]，提升医学生自主学习能力、课程教学互动能力和优质教学资源整合能力。