基于5G通讯的智能教学系统设计与应用

蒋洪

【摘 要】本文论述基于5G通讯的智能教学系统设计与应用，该教学系统包括发送端、接收端和反馈端，发送端包括第一VR摄像模块、第一视频信息发送模块和教学主机，接收端包括视频信息接收模块、显示模块、第二VR摄像模块、操作分机和第二视频信息发送模块，反馈端包括视频信息对比模块、硬件操作步骤对比模块和警示模块。经过实践应用，证明该教学系统能促进优势互补，解决线下教学质量参差不齐、线上教学互动困难等问题。

【关键词】5G技术 智能教学系统 精准教学

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）35-0172-02

在5G技术飞速发展的今天，传统的在线教育方式过于单一，越来越无法满足教育高质量发展的需要。“互联网+”、5G技术、VR的应用，为传统在线教育向智能化在线转变提供了技术支持，通过个性化、精细化、沉浸式学习，推动教育水平由中低水平向高水平、高质量发展。同时，结合“互联网+”、5G技术建成高度信息化教学的数字校园，推动学校师资力量、教学资源庫、实验设备的共享。因此，有必要通过5G通讯技术，开发一种智能教学系统。5G融合AR技术的教学模式是一种利用高速的数据通信网，实现实时互动，并置身于虚拟与现实相结合的环境中，从而帮助完成教学任务的教学方法。

一、智能教学系统的设计

（一）系统结构

5G智能教学系统主要包括发送端、接收端和反馈端，发送端包括第一VR摄像模块、第一视频信息发送模块和教学主机，接收端包括视频信息接收模块、显示模块、第二VR摄像模块（包括主、副多台高清摄像机）、操作分机和第二视频信息发送模块（包括主、副多台高清摄像机），反馈端包括视频信息对比模块、硬件操作步骤对比模块和警示模块。本项目通过5G通讯进行实时教学，在运用上主要通过模块化结构方式，使系统数据库既相互独立，又局域共享，并通过视频反馈和操作反馈两种方式进行实时反馈，更能完成精准教学，做到维护简单。系统结构如图1所示。

（二）发送端和接收端

第一VR摄像模块用于拍摄教师在教学主机的操作动作，显示模块用于显示第一VR摄像模块拍摄视频的信息;第二VR摄像模块用于拍摄学生在操作分机上的操作动作;教学主机和操作分机均与硬件操作步骤对比模块电性连接，视频信息对比模块用于比对第一VR摄像模块与第二VR摄像模块的视频信息，并将比对信息传输给警示模块;硬件操作步骤对比模块用于将教学主机和操作分机的执行步骤进行比对，并将比对的信息传输给警示模块。

（三）显示模块

显示模块包括VR显示芯片，VR显示芯片采用的型号为STM32F4。

（四）视频信息

视频信息对比模块包括第一视频信息接收子模块、第二视频信息接收子模块和视频信息比对子模块，第一视频信息接收子模块用于接收第一VR摄像模块的视频信息，第二视频信息接收子模块用于接收第二VR摄像模块的视频信息，视频信息比对子模块用于将第一视频信息接收子模块和第二视频信息接收子模块的视频信息进行比对。

视频信息比对子模块包括第一视频信息存储单元、第二视频信息存储单元和视频信息数据处理单元，第一视频信息存储单元用于存储第一视频信息接收子模块接收的视频信息，第二视频信息存储单元用于存储第二视频信息接收子模块接收的视频信息，视频信息数据处理单元用于将第一视频信息存储单元与第二视频信息存储单元中的视频信息进行数据处理并比对。

（五）硬件操作步骤

硬件操作步骤对比模块包括第一硬件操作步骤信息子模块、第二硬件操作步骤信息子模块和硬件操作步骤比对子模块，第一硬件操作步骤信息子模块用于接收并存储教学主机的操作步骤信息，第二硬件操作步骤信息子模块用于接收并存储操作分机的操作步骤信息，硬件操作步骤比对子模块用于将第一硬件操作步骤信息子与第二硬件操作步骤信息子模块存储的操作步骤信息进行比对。硬件操作步骤比对子模块包括操作步骤信息数据处理单元，操作步骤信息数据处理单元用于将第一硬件操作步骤信息子模块与第二硬件操作步骤信息子模块中的操作步骤信息进行数据处理并比对。

（六）警示模块

警示模块包括警示信息接收子模块、警示信息显示子模块和警示信息扬声子模块，警示信息接收子模块用于接收视频信息对比模块和硬件操作步骤对比模块的信息比对结果，警示信息显示子模块用于显示视频信息对比模块和硬件操作步骤对比模块的信息比对结果，警示信息扬声子模块用于告知教师视频信息对比模块和硬件操作步骤对比模块的信息比对结果。

二、智能教学系统的应用

（一）教师教学操作

发送端模块主要根据教学要求，教师通过第一VR摄像模块对教师操作步骤进行拍摄，第一VR摄像模块将所拍摄的视频数据通过5G通讯方式，实时发送至显示模块和视频信息对比模块，为学生操作提供具体操作教学方法。在教学过程中，教师也可依靠视频数据5G通讯方式收集学生操作反馈的信息，以此完善教学策略库。同时，教学主机将教师在教学主机上操作的操作步骤信息传输至第一硬件操作步骤对比模块（如教学策略库），通过协作机制实现知识共享。教师操作如图2所示。

（二）学生学习操作

接收端模块的第二VR摄像模块将学生在操作分机上的操作步骤进行拍摄，第二视频发送模块通过5G通讯方式将视频数据发送至视频信息对比模块，该视频数据能够较准确反映上课班级学生学习操作技能的水平，为系统硬件提供每名学生个性化学习依据。同时，操作分机将学生在操作分机上操作的操作步骤信息传输至第二硬件操作步骤对比模块（如教学协调代理模块等）。该硬件操作步骤依据自身规则库，使用人工智能推理评估规则方式，为学生完成教学指导内容提供指导性意见。学生操作如图3所示。

（三）评价反馈操作

反馈端模块依据学习模块和教师教学模块提供的数据，结合系统自身规则库，使用人工智能推理评估规则方式，将第一VR摄像模块的视频信息、第二VR摄像模块的视频信息进行比对，对学生在学习操作过程中各种行为、操作标准、演示结果等方面进行评估。当两个视频信息比对不匹配时，通过协作机制实现知识共享，将比对结果传递到学生显示模块和警示模块中，通过警示信息显示子模块进行显示。在教学过程中，智能系统可根据教学大纲和教学指导书内容，及时调整自身规则库，从而根据调整后的教学管理发送的数据及教学策略，调整学习评价要求。

（四）教学系统功能软件应用操作

整个系统软件应用完全基于人工智能，系统后台使用SQL Server 2000作为数据库服务器 ，使用Internet Information Server 5.1作为信息服务器，以C#为设计语言。系统采用浏览器模式，不受硬件条件制约，并能够实现跨平台应用。

三、仿真实验效果

为验证基于5G通讯的智能教学系统设计的合理性，对国际1901班、建智1901班、人工智能2001班在电工技能教学中的效果進行对比分析，教师运用一个摄像头（或两个摄像头）、一台电脑进行教学，每个教学频道内可以播放该频道里教师的实时教学画面，不能互动的普通远程教学系统与应用智能教学系统进行比较，得到学生教学成绩如表1所示。

当学生班级人数较少时，使用普通远程教学系统获取平均成绩分数为87分，但当学生班级人数较多时，使用普通远程教学系统平均成绩分数只有81分，使用智能教学系统平均成绩分数为90分。通过以上分析可知，使用智能教学系统更能提升人数较多班级的学习成绩，这对有效缓解教师与学生班级人数不匹配是很有帮助的。本项目通过5G网络实现实时视频教学，学生紧跟教师操作，通过视频反馈和操作反馈的两种方式，将学生实践情况实时反馈给教师，可以帮助教师开展精准教学。

未来，5G技术将与云计算、物联网、大数据、人工智能、VR等多种新型学习技术方式深度融合，推动教育方式向个性化、智能化、智慧化方向发展，未来教育教学方式的发展方向将是5G技术在教育领域的应用。5G技术与教学方式的融合，是现阶段技术与教育教学发展的必然趋势，有利于促进技术与教育的共赢。

【参考文献】

[1]吴越，杨进中.5G时代下教学模式发展新趋势[J].教育教学论坛，2021（1）.

[2]张凌.基于人工智能网络的远程教学系统设计[J].现代电子技术，2021（2）.

[3]罗俊，易亚军.可变负载下嵌入式智能转接插座的远程节能控制方法[J].科技通报，2018（5）.

注：2017年度广西机电职业技术学院规划课题项目“基于‘互联网+在电工实训教学的应用研究”（2017YKY010）

【作者简介】蒋 洪（1967— ），男，广西机电职业技术学院高级实验师，研究方向为电子技术、网络应用。