5G+AI赋能应用型高校混合式教学应用*

广东白云学院 朱婷婷

智能教育是将物联网、大数据、云计算、5G、人工智能等现代信息技术成果充分运用至传统教育的各个环节。5G借助高宽带、低延时、广接入等特点，可提供海量的数据，推进人工智能在教育领域的应用研究，助力智慧校园的发展。本文描述了应用型高校教育教学的特点，混合式教学的内涵，最后探讨了5G、AI技术助力应用型高校混合式教学方案探究，为高校教学改革和决策提供支撑。

在疫情防控期间，线上学习已开始成为常态，5G、人工智能等新技术的发展也让群众看到了教育变革发展的巨大潜能。5G时代的到来，让网络教育获得了更进一步的发展，许多以前难以实现的课堂场景将会得到有效的解决，移动宽带增强、海量连接、超高可靠性、超低时延等都为网络课堂带来更有力的技术保证。“AI+教育”的新提法，为教育改革创造了重要机遇，为教育工作者致力于教育信息化开辟了全新的视角。5G、人工智能技术将重塑教育生态，智能教育已成为当前及未来教育发展的必然趋势。

《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》中明确提出要“树立先进现代互联网信息化课堂教学理念，改善教学方式，推进优秀教学资源的研发使用，革新网络和传统混合的先进模式，运用信息技术手段来推进学习者的自主学习、合作教学活动”，进一步提高教学质量。2019年发布的《中国教育现代化2035》十大战略明确提出要进行信息化时代的高等教育改革，借助并充分运用现代网络技术和互联网信息化建设，实现高等教育培养模式的重大变革，丰富和革新教育课程形态，以达到规范化人才培养与个性化培养的有机融合。所以，在“5G、AI”的信息时代大潮下，运用计算机技术，对普通高等院校的教学环境、教学方法、授课模式、教学科研条件等方面进行更全面的改造，已成为学校适应信息时代潮流进行教学改革与技术创新的迫切需要。

1 应用型高校教育教学的主要特点

应用型高校以综合应用能力的人才培养为目标，以服务区域经济和社会发展为导向。重视实践性教学，强调应用能力训练，重视应用科学研究，推进产学研用的紧密结合。重点培养党政机关、企事业等基层单位所急需的能进行生产经营、工程建设、管理工作、服务活动等具备一定理论基础知识、理论应用水平和技术创新能力的应用型专业技术人才。应用型高校教育教学的主要特点表现在以下几个方面：

1.1 教学目标的应用性

应用型高校重点是培养能够从事一线生产、管理和服务工作的德智体美劳全面发展的应用型人才。所以，应用型高校应践行“以需求为导向、以学生为中心、以能力为本位、以服务为宗旨”的理念，突出教学目标的应用型，以学生的就业为导向，以为社会发展培养具有创新意识、技术工匠敬业精神和实践创新能力的优秀职业发展性应用类人才培养为总体目标。

1.2 教学内容的实用性

实用性是指应用型高校教学以实际岗位需求的知识技能和应具备的素养为主要教学内容。所以在人才培养方案制订时必须“认真考虑实际企业人才的需求”，以使课程设定符合并服务于各地区经济快速发展和工业振兴的实际需求，突出实践技能和实际工作能力的培养。否则，学生所学知识与将来要从事的岗位不相符，学非所用，用非所学。

1.3 教学过程的实践性

应用型人才培养更加强调对学生实践能力的培养，这是大力培养应用型人才的基本保证。高效地开展实践教学主要体现在以下几方面：(1)提高学生的主体性，通过案例教学、启发式教学、情景式教学引发学生积极参与、自主发挥；(2)提高了专业课的教学针对性和实用性，在开展理论教学的同时注重于对学生实际操作技能的锻炼；(3)要将教育过程与就业、创业紧密联系在一起，让学习者通过实验或实训等活动掌握职业的技巧和创造的本领。

1.4 教学模式的创新性

应用型人才培养在教学模式上必须克服传统的讲授方式，提出创新性的教学模式。教学的创新性重点主要体现在善于引入新颖的教学方式，充分调动学生的积极性、主动性，实现个性化教学，为学生多元化就业做好准备。

2 混合式教学的内涵

混合式教学是指线上+线下相结合的教学方法，将传统面对面的课堂教学与在线教学进行有机的结合，进而达到最佳教学效率和效果的一种教学模式。这种教学模式突破了传统教学的时间和空间限制，既能发挥教师的引导、启发、监控的作用，又充分体现学生学习过程的主动性、积极性和创造性。混合式教学方法与应用型高校教学特点要求高度契合，已成为当前众多应用型高校普遍推行的教学模式。在应用型高校课程教学中运用混合式教学模式具有重要意义，主要体现在以下几个方面：

(1)有利于学生自主化、个性化学习，混合式教学构建线上线下一体化教学环境，实现人人皆学、处处能学、时时可学。并针对不同学生处于不同阶段、不同层面、不同学习兴奋点，实现自动化推荐学习资源，满足学生个性化学习需求；

(2)有利于建设项目化、结构化、模块化、仿真化、视觉化、立体化的教学资源，有效的实现了项目化、沉浸式教学，有利于学生实践能力的培养，能够满足企业对应用型人才的需求；

(3)有利于教师对学生学习过程各阶段过程化、多元化和客观化的考核和管理，实现过程性评价与总结性评价相结合的教学评价体系，有利于培养应用型人才，适合应用型本科院校的发展现状；

(4)能够让教师通过学生线上学习情况，更有针对性地进行线下深度课堂教学，有利于提高课程教学的效率和质量，提高学生的综合素养。

3 5G、AI技术助力应用型高校混合式教学整体框架

5G、AI助力混合式教学的整体框架包括数据信息采集层、5G传输技术、平台层与应用层，如图1所示。可以帮助教师更快、更方便、更有效地收集学生们的学习状况，实现个性化教学。帮助学生实现沉浸式、深度学习，有利于提高学生创新、主动学习等综合能力。

图1 整体框架Fig.1 Overall framework

3.1 数据信息采集层

数据信息采集层包括智能传感设备、智能视频监控设备、可穿戴设备和其他设备。其中智能视频监控设备如普通摄像机，根据不同的应用需要，调整安装的位置与角度。主要负责拍摄上课学生整体情况、学生的人脸、学生的表情等。可穿戴设备主要是VR眼镜、智能手环等。将采集层收集的数据通过5G网络，可快速、准确的传送到数据中心或者平台层，进行分析后反馈给教师或者学生。以便教师做出教学策略的调整或者学生对自己更全面的认识。

3.2 5G传输技术

5G具有超高的速率、超低的时延性以及更稳定的网络连接，从而提高数据传输的速度与精准度，为线上线下课程的结合提供了基础的技术保障。并且在5G支持下的人机交互，将抽象的学习内容可视化、形象化，为学生提供传统教材无法实现的沉浸式学习体验，提升学生获取知识的主动性。

3.3 平台层

平台层主要是智能分析，包括AI算法分析和数据挖掘模块。前端智能传感器采集到的数据通过5G无线通信技术传输至平台层，平台层对采集到的数据进行基于深度学习的智能算法分析和数据挖掘，是整个框架的核心算法层。例如，自动表情识别、学生提交作业情况自动分析等。

3.4 应用层

应用层包括智能执行设备和终端设备。平台层得出的结果和方案通过5G无线通信技术传输至终端智能执行设备，进而做出智能化的决策。例如：智能推荐、智能评价、实时数据查看、数据曲线分析等。

4 5G、AI技术助力应用型高校混合式教学方案探究

4.1 智能混合式教学资源建设

为了保证混合式教学顺利开展，教学资料需要从教学平台、云服务和智慧教室方面进行建设。

(1)教学平台。教学平台是正常教学的入口，全面支持教学工作的正常开展，高度整合了智能设备的接入与查看、教学工具、教学管理、教学评价、课堂管理等子系统。

(2)云服务。云服务包括应用下载、账号权限、学情数据、社区资源、用户资产、课程资源等，其中课程资源主要包含教学资源、拓展资源、探究资源、软件安装资源、常见问题以及课堂教学视频。

(3)智慧教室。智慧教室的建设基于物理教室，支持教学平台、云服务、教师的移动教学智能终端以及学生的移动学习智能终端的智能教学环境。

4.2 智能教学活动设计

教学活动设计强调以学生为中心，分别从课前、课中、课后等进行智慧课堂的构建。通过5G、大数据、人工智能技术，可以减轻教师教学的压力，还可以帮助教师们更快、更方便、更有效地收集学生们的学习状况，因材施教，达到事半功倍的效果。

4.2.1 课前

(1)智能备课。利用学生画像、课程画像，明确每章节的重难点。在人工智能、大数据技术的支持下，自动推荐基础知识、应用、拓展等方面优质课程资源，丰富了课件的内容，拓展了学生的思维，提高了学生的兴趣，做到了精准化教学，真正实现因材施教。

(2)智能推送教学资源。随着学生的身心发展，不同学生的学习基础、学习需求、学习行为习惯存在一定的差异性，开展个性化教学才能激发每个学生的多元化创造力，而传统大班授课制受教学资源条件和师资的限制，将很难实现真正的差异化教学。现在通过教学平台所提供的课程资源库，将能够满足不同学生的学习需求，真正做到“因材施教”。通过运用大数据分析、人工智能等技术手段，对学生的学习结果和偏好实现数据挖掘、分类、预测，并在课前进行针对性的教学资料推送，进而实现精准化、个性化教育，让学生从宏观的层面动态的了解自己的学习状态，促进主动学习。

4.2.2 课中

(1)沉浸式教学。学校传统的人才培养模式，以教师和课堂为中心，教学方式、知识点展示比较单一，学生将不可避免地存在学习兴趣不高、参与度低、创新力欠缺、所学知识点不能很好的联系实际需求等局限性，无法满足当前社会应用型、复合型人才的培养需求。为了充分调动学生的主观积极性。学校在新课程中，积极倡导沉浸式课堂教学，并采用了虚实融合的新教学方法，以营造学生情景化、沉浸式的学习新体验。基于5G、VR技术的发展，出现大量可随身携带、可穿戴化的设备，学生利用这些设备可以边玩边学，真正实现随时随地、沉浸式、趣味性学习。学生如身临其境，学习专注度更高，愿意主动探索知识，在一定程度上也提高了学生的创新能力。

(2)深度学习。通过线上完成基本知识的学习，在课堂中通过讨论、项目、实践、团队合作等方式进行深度学习。在课堂中可将机器人、传感器设备、3D打印、VR等智能设备引入到智慧学习空间的课堂中，利用智能化的交互环境，激发学生的参与度、实践能力、想象力以及沟通能力，提升人机交互体验和综合素质。

4.2.3 课后

(1)智能分析反思教学。教师在课后不断的反思，不仅能提高教学技巧，而且及时、正向的反馈能够提高教师开展教学反思的积极性。在5G、AI技术的帮助下，教师可根据课堂中学生的情绪、学生的互动、抬头率等数据，及时、全面的获得每节课的分析报告，使教师明确在改变和调整的教学设计后，学生的情绪有没有提高，课堂的互动度和活跃度有哪些变化？经过不断的智能分析反馈，教师能及时获得每节课的反馈报告，及时调整教学方法和教学内容，提高教学效果。

(2)个性化辅导。对学生进行个性化辅导，解决每个孩子的问题，帮助他们快速掌握各阶段的知识点，是家长的期盼，是教育的目的。但限于学校的师生比，很多学校都很难做到对每个学生单独辅导。随着技术的发展，人工智能技术可以基于学生学习阶段全过程的数字画像，针对每个学生不同的学习能力、学习进度、学习疑难点问题，进行个性化辅导，满足每个学生的需求，提升自主学习能力。

4.3 智能学习评价

学习评价是对学生学习效果阶段性和整体性检验的一个有效手段。如何对每个学生进行客观的、阶段性的、全方位的、智能化评价，而不仅仅只是依赖教师片面的评价？可从评价主体、评价方式、评价内容三个方面进行分析。

(1)评价主体。评价主体由原来的以教师为主体的评价转换成学生自评、学生互评、教师评价、系统评价四主体相结合的综合性评价。学生自评体现了学生在某个知识点的自我认知；学生互评，促进学生之间的互相学习；系统评价，可利用大数据、人工智能技术在正确性、创新型、规范性、知识掌握度等方面做出评价。

(2)评价方式。评价方式包括形成性评价和总体性评价。形成性评价包括线上评价和线下评价。线上评价包括视频学习时长、单元测试、参与讨论情况、论坛区同伴互评等；线下评价包括讨论分析、小组项目、课堂互动、实际操作等。

(3)评价内容。评价内容包括基础知识掌握能力、团队合作能力、自主学习能力、创新能力等。这些基本能力很难通过教师或者一次的考核进行判断。但学生在一个学期的学习过程中，会产生大量的学习数据，利用数据挖掘、机器学习等新一代人工智能技术对学生的过程数据进行客观的分析，形成多维度的、全面的、精准的评价，不仅让学生从宏观的层面动态的了解自己的学习状态，促进主动学习，更为将来学习评价的方法提供了新的范式。

引用

[1] 韦柳丝,谭永平,唐贻发.基于高职教学特点的混合式课程建设研究[J].教育与职业,2021(3):103-106.

[2] 胡国良,黄美初.“5G+AI”视域下智慧学习空间的构建研究:基于开放大学的实践探索[J].远程教育杂志,2020,38(3):95-104.

[3] 谭永平,钟畅武,韦柳丝,等.高职院校实施混合式教学改革的策略研究[J].中国职业技术教育,2019(2):30-33.

[4] 韦柳丝,雷呈宝.混合式教学模式在计算机应用基础课堂教学中的有效运用[J].轻工科技,2019,35(11):144-145+179.