蔡蘇 焦新月 楊陽 蔣林帆 余勝泉

摘要：5G技術(shù)的普及將推動(dòng)教學(xué)向個(gè)性化、精準(zhǔn)化、智能化、融合化方向發(fā)展。然而，目前國(guó)內(nèi)對(duì)5G技術(shù)與教育融合的研究多為理論探索與理念構(gòu)建，缺乏課堂應(yīng)用實(shí)踐案例。因此，探討5G環(huán)境下多模態(tài)融合教學(xué)的智慧課堂教學(xué)方式，有助于將理論與實(shí)踐相結(jié)合，為智慧課堂的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。北京師范大學(xué)“移動(dòng)學(xué)習(xí)”教育部—中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)開發(fā)了5G環(huán)境下的多模態(tài)智慧課堂實(shí)踐案例——“彩虹的秘密”，通過多模態(tài)資源整合、多模態(tài)互動(dòng)、多模態(tài)評(píng)估的多模態(tài)智慧教學(xué)方式，利用5G高帶寬、低時(shí)延、大連接的技術(shù)特性，接入VR/AR/MR設(shè)備、全息投影、智能白板、移動(dòng)終端、智慧學(xué)習(xí)筆等多種形態(tài)的智聯(lián)終端和教育裝備，實(shí)現(xiàn)多種軟硬件設(shè)備間的無縫互聯(lián)、協(xié)同工作，為學(xué)習(xí)者提供沉浸式的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)?？偨Y(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施多模態(tài)智慧課堂，需要“以學(xué)生為本”構(gòu)建多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境和多通道融合的多模態(tài)資源，鼓勵(lì)學(xué)生通過自主探究，實(shí)現(xiàn)新舊概念的交互。此外，多模態(tài)智慧課堂還倡導(dǎo)多元、動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，以幫助教師進(jìn)行精準(zhǔn)決策和調(diào)控。

關(guān)鍵詞：5G;多模態(tài);智慧課堂;模型構(gòu)建;實(shí)踐案例

中圖分類號(hào)：G434 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1009-5195（2021）05-0103-10 ? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2021.05.011

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評(píng)測(cè)研究”（61977007）。

作者簡(jiǎn)介：蔡蘇，博士，副教授，北京師范大學(xué)教育學(xué)部“VR/AR+教育”實(shí)驗(yàn)室，“移動(dòng)學(xué)習(xí)”教育部—中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心（北京 100875）;焦新月，碩士研究生，北京師范大學(xué)教育學(xué)部教育技術(shù)學(xué)院（北京 100875）;楊陽，教師，云南大學(xué)附屬中學(xué)大學(xué)城校區(qū)（云南昆明 650000）;蔣林帆，碩士研究生，北京師范大學(xué)教育學(xué)部教育技術(shù)學(xué)院（廣東珠海 519000）;余勝泉，博士，教授，博士生導(dǎo)師，北京師范大學(xué)“移動(dòng)學(xué)習(xí)”教育部—中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心（北京 100875）。

一、5G技術(shù)催生智慧教育新命題

自2012年世界無線電通信（World Radiocomnication Conferences，WRC）會(huì)議后，世界各國(guó)和組織紛紛開始投入第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5th-Generation Mobile Communication Technology，簡(jiǎn)稱5G）技術(shù)的開發(fā)建設(shè)（蘭國(guó)帥等，2019）。2018年，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布，提出加快面向下一代網(wǎng)絡(luò)的高校智能學(xué)習(xí)體系建設(shè)要求，要求“適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，服務(wù)全時(shí)域、全空域、全受眾的智能學(xué)習(xí)新要求”，“形成泛在化、智能化學(xué)習(xí)體系，推進(jìn)信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過程”（中華人民共和國(guó)教育部，2018）。2020年的《政府工作報(bào)告》也明確指出要“發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò)，拓展5G應(yīng)用”（新華社，2020）。

相對(duì)于4G，5G技術(shù)具有更強(qiáng)的關(guān)鍵性能力：傳輸峰值速率達(dá)到20Gbps、用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)率達(dá)到100Mbps、頻譜效率提升3倍、移動(dòng)性達(dá)500公里/小時(shí)、時(shí)延達(dá)到1毫秒、連接密度每平方公里達(dá)到10Tbps、能效比IMT-A提升100倍、流量密度每平方米達(dá)到10Mbps（IMT-2020（5G）推進(jìn)組，2015）?；?G技術(shù)的三大核心使用情境：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、超可靠和低延遲通信、大規(guī)模機(jī)器類型通信（ITU-R，2015），云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)將獲得賦能發(fā)展和更好的融合應(yīng)用機(jī)會(huì)（張坤穎等，2019），進(jìn)而可以對(duì)人們的工作、生活和學(xué)習(xí)領(lǐng)域產(chǎn)生綜合影響（蘭國(guó)帥等，2019）。有研究者提出5G應(yīng)該被視為一個(gè)平臺(tái)（袁磊等，2019），通過它與各類服務(wù)的無線連接，移動(dòng)通信技術(shù)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的互聯(lián)互通，完成從經(jīng)典的流量服務(wù)模式向全要素生態(tài)鏈模式轉(zhuǎn)變（趙興龍等，2019）。

5G技術(shù)對(duì)于教育領(lǐng)域的影響也將體現(xiàn)在對(duì)整個(gè)教育生態(tài)體系的深刻改變和重塑（張坤穎等，2019）。5G技術(shù)將促成其他技術(shù)在學(xué)習(xí)環(huán)境中的“超快獲取”“超多連接”和“超強(qiáng)可靠”（趙興龍等，2019），讓師生的技術(shù)使用體驗(yàn)得到優(yōu)化。當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)大多限于桌面式的應(yīng)用，5G技術(shù)憑借傳輸速度的提升將實(shí)現(xiàn)資源應(yīng)用客戶端模式向云端模式的轉(zhuǎn)變（趙興龍等，2019），使分布式和沉浸式的VR/AR應(yīng)用得到較好的應(yīng)用和普及（張坤穎等，2019），實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)和流暢再現(xiàn)。5G低時(shí)延的特征也將改善當(dāng)前多媒體傳輸?shù)难舆t、卡頓、低清晰度現(xiàn)象，支撐超高清視頻和全息影像的實(shí)時(shí)流暢呈現(xiàn)，讓多個(gè)空間的師生可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，達(dá)成與課堂外實(shí)景的全方位、立體化互動(dòng)（趙興龍等，2019）。5G技術(shù)還將通過助力大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更好地測(cè)量、收集、分析和報(bào)告（趙興龍等，2019），使信息收集更多元、更全面?？偟膩碚f，5G技術(shù)將促使學(xué)習(xí)環(huán)境向更加個(gè)性化、精準(zhǔn)化、智能化、融合化的方向發(fā)展，助力師生實(shí)時(shí)獲取豐富的多模態(tài)學(xué)習(xí)資源，從而推動(dòng)教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。

二、5G技術(shù)促進(jìn)多模態(tài)教與學(xué)模式重構(gòu)

模態(tài)是交流的渠道和媒介，包括語言、文字、技術(shù)、圖像、顏色、音樂等符號(hào)（夏穎，2016）。事件中模態(tài)的使用實(shí)現(xiàn)了人類感官與外界環(huán)境的交互（Kress et al.，2001）。當(dāng)多個(gè)感官參與到與環(huán)境的互動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)的互動(dòng)就是多模態(tài)的，人們?nèi)粘５幕?dòng)都是多模態(tài)的（顧曰國(guó)，2007）。課堂環(huán)境中可以包含豐富的模態(tài)，如PPT課件、視頻等相關(guān)文字和音頻、視頻材料，支持學(xué)生通過視覺、聽覺、觸覺等，與教師及課程內(nèi)容之間建立起多模態(tài)互動(dòng)（戴志敏等，2013）。

5G技術(shù)催生的教育應(yīng)用所引發(fā)的教育變革，促進(jìn)了全息技術(shù)、高清晰視頻、VR/AR、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)+教育等教學(xué)形態(tài)的涌現(xiàn)，使得意義表征和信息交流更加多模態(tài)化，為多模態(tài)融合的智慧課堂創(chuàng)造了機(jī)會(huì)（田陽等，2019）。在此背景下，教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的重構(gòu)成為促進(jìn)5G課堂環(huán)境下多模態(tài)交互的關(guān)鍵。多模態(tài)融合的智慧課堂需要我們改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，實(shí)施多模態(tài)教學(xué)，以促進(jìn)課堂教學(xué)最優(yōu)化（王慧君等，2015）。多模態(tài)教學(xué)是在多模態(tài)理論指導(dǎo)下，將語言、圖像、聲音、動(dòng)作等的多模態(tài)要素整合成為最有效的意義表達(dá)和交流方式，并指導(dǎo)學(xué)生借助多模態(tài)手段構(gòu)建意義。多模態(tài)教學(xué)法強(qiáng)調(diào)身體和大腦調(diào)動(dòng)多個(gè)感官通過多種媒體協(xié)同參與教學(xué)過程（沈洪等，2015）。在多模態(tài)教學(xué)中，教師運(yùn)用多模態(tài)系統(tǒng)對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助VR、AR、全息等技術(shù)，建設(shè)多模態(tài)課程資源，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生感官潛能，為學(xué)習(xí)者提供多模態(tài)的交互學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的多模態(tài)理解和意義建構(gòu)。師生在這種多模態(tài)的交互過程中，將會(huì)促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生（田陽等，2019）。

由此可見，在5G技術(shù)的支持下，多模態(tài)融合的智慧課堂將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的教育方式產(chǎn)生巨大的沖擊。因此，探討5G環(huán)境下多模態(tài)融合的智慧課堂教學(xué)方式具有重要的理論價(jià)值與實(shí)踐意義。然而，目前國(guó)內(nèi)對(duì)5G技術(shù)與教育融合的研究多為理論探索與理念構(gòu)建，由于技術(shù)的限制，鮮有將5G技術(shù)應(yīng)用于課堂的實(shí)踐案例。因此，本研究擬通過5G環(huán)境下的多模態(tài)智慧課堂實(shí)踐，探討5G環(huán)境下多模態(tài)融合教學(xué)的智慧課堂教學(xué)方式。2019年7月26日，中國(guó)移動(dòng)在深圳發(fā)布“5G+智能教育”行業(yè)應(yīng)用首發(fā)暨“5G智慧課堂”開課儀式。北京師范大學(xué)“移動(dòng)學(xué)習(xí)”教育部—中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、“VR/AR+教育”實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)開發(fā)了一節(jié)5G多模態(tài)智慧課堂實(shí)踐案例——“彩虹的秘密”。現(xiàn)場(chǎng)通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了全息信號(hào)傳輸，并利用全息投影、AR、智慧學(xué)習(xí)筆等新技術(shù)進(jìn)行了一堂跨越深圳、北京、貴陽三地的小學(xué)科學(xué)示范課。本文將以這一節(jié)5G課堂為案例，展現(xiàn)5G環(huán)境中的技術(shù)應(yīng)用和多模態(tài)交互過程，分析多個(gè)技術(shù)在5G環(huán)境下的教學(xué)作用，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出5G環(huán)境下多模態(tài)智慧課堂的實(shí)施建議，以期為后續(xù)5G與教育的深入融合提供案例參考。

三、5G多模態(tài)智慧課堂模型構(gòu)建

在5G 技術(shù)的支持下，各種多模態(tài)資源之間的交互會(huì)變得更加便捷，這為教與學(xué)模式的創(chuàng)新、諸多教育要素的整合重組提供了契機(jī)。教師、學(xué)生、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)環(huán)境是5G支持下教育場(chǎng)景的四大基本要素，他們之間相互作用，相互影響（袁磊等，2019）。多模態(tài)的智慧課堂需要充分發(fā)揮各要素的優(yōu)勢(shì)，利用5G環(huán)境下多模態(tài)的信息技術(shù)，使學(xué)生與教師、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)環(huán)境之間的交互更加多樣化、個(gè)性化，發(fā)掘各模態(tài)的潛能，使各要素之間相輔相成（王慧君等，2015）。

基于上述設(shè)計(jì)思路，我們結(jié)合實(shí)踐構(gòu)建了5G環(huán)境下多模態(tài)智慧課堂模型，如圖 1所示。5G網(wǎng)絡(luò)下的多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)充分利用5G高帶寬、低時(shí)延、大連接的技術(shù)特性，通過接入多種形態(tài)的智聯(lián)終端和教育裝備（如VR/AR/MR設(shè)備、全息投影、智能白板、移動(dòng)終端、智慧學(xué)習(xí)筆等），實(shí)現(xiàn)多種軟硬件設(shè)備間的無縫互聯(lián)、協(xié)同工作，為學(xué)習(xí)者提供真正沉浸式的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬和低時(shí)延的特性，使全息投影技術(shù)能支持學(xué)生與異地的學(xué)科專家進(jìn)行實(shí)時(shí)的交流，全息立體地顯示教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空教學(xué)資源的多屏投射（張坤穎等， 2019），讓師生交互脫離時(shí)空的限制;5G 的低時(shí)延讓沉浸式/交互式的AR環(huán)境更具個(gè)性化與情景化，學(xué)生可以在真實(shí)課堂中觀察到現(xiàn)實(shí)生活中難以觀測(cè)或操縱的虛擬物體，具有與世界零距離接觸的真實(shí)感知體驗(yàn);智慧學(xué)習(xí)筆的筆跡識(shí)別引擎、機(jī)器學(xué)習(xí)批改引擎、個(gè)性化推薦引擎能夠以多種方式連接到網(wǎng)絡(luò)，教師和異地專家能實(shí)時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;5G超100Mbps的用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率，可以大大增強(qiáng)AI的數(shù)據(jù)分析能力，使不同模態(tài)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)跨媒體的學(xué)習(xí)和推理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能管控、智能測(cè)評(píng)以及個(gè)性化推薦（蘭國(guó)帥等， 2019）。5G技術(shù)高帶寬、低時(shí)延、大連接的特性為多模態(tài)學(xué)習(xí)資源和信息交互以及多終端互通互聯(lián)提供了傳輸條件，有助于實(shí)現(xiàn)更加智能化的多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建。

我們將5G多模態(tài)智慧課堂教學(xué)過程總結(jié)概括為多模態(tài)資源整合、多模態(tài)互動(dòng)和多模態(tài)評(píng)估三個(gè)階段。

1.多模態(tài)資源整合——情境導(dǎo)入

5G環(huán)境下的多模態(tài)課堂需要教師在課程設(shè)計(jì)階段整合多模態(tài)的資源，幫助學(xué)生從多個(gè)感官通道進(jìn)行信息獲取。在情境導(dǎo)入階段，教師利用多種信息化手段，制定優(yōu)質(zhì)的多模態(tài)學(xué)習(xí)資源，如VR/AR課程資源、音視頻資源、含多種媒體（圖片、文本、動(dòng)畫等）的PPT等，使多種模態(tài)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生多種感官的刺激，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力。

2.多模態(tài)互動(dòng)——知識(shí)建構(gòu)

5G環(huán)境下的多模態(tài)互動(dòng)除了包括教學(xué)中的師生、生生等交互外，還包括教師、學(xué)生和環(huán)境中的設(shè)備三者之間的交互。學(xué)生可以通過移動(dòng)終端設(shè)備（如手機(jī)、平板等）與多模態(tài)資源（VR/AR、全息、視音頻等）或教師進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)視覺、聽覺、觸覺等多通道的輸入和輸出，調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官協(xié)同參與，與教師和同學(xué)展開深入的交流和討論，從而獲得深層次的知識(shí)建構(gòu)（王慧君等，2015），促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化。多模態(tài)互動(dòng)能有效提升學(xué)生的問題解決和協(xié)作溝通等高階思維能力，這也是當(dāng)今中國(guó)創(chuàng)新發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一個(gè)重要著力點(diǎn)。

3.多模態(tài)評(píng)估——應(yīng)用檢測(cè)與反饋

在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下，各種移動(dòng)終端的跨時(shí)空性和便捷性使得教師使用多種模態(tài)方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果或過程進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和跟蹤成為可能。多模態(tài)評(píng)估強(qiáng)調(diào)從多種信息渠道收集學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果數(shù)據(jù)。5G的高帶寬、低時(shí)延等特性允許教師從不同的信息通道，收集學(xué)生多方面的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)。如AI驅(qū)動(dòng)評(píng)估，基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)，可為教師、學(xué)生和家長(zhǎng)提供學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展的持續(xù)反饋;智慧筆的自動(dòng)筆跡識(shí)別，可將所有學(xué)生的過程性或總結(jié)性結(jié)果傳至終端，生成學(xué)情分析報(bào)告，從而對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化推薦。此外，多模態(tài)評(píng)估還體現(xiàn)在評(píng)價(jià)方式的多模態(tài)、評(píng)價(jià)手段的多模態(tài)、評(píng)價(jià)維度的多模態(tài)等方面（王慧君等，2015）。因此，多方法、多渠道、全方位的多模態(tài)評(píng)估將使學(xué)習(xí)變得更加數(shù)字化、智能化，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化教學(xué)模態(tài)、提高智慧教學(xué)成效的目標(biāo)。

總之，5G支持下的多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)生、教師、學(xué)校搭建了一個(gè)更為暢通互聯(lián)的大場(chǎng)域，其中所蘊(yùn)含的多模態(tài)資源整合、多模態(tài)互動(dòng)和多模態(tài)評(píng)估，構(gòu)成了未來5G多模態(tài)智慧課堂的新生態(tài)。

四、5G多模態(tài)課堂之實(shí)踐案例：彩虹的秘密

1.課程概況

基于5G多模態(tài)智慧課堂的模型，我們以小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)科教版第二單元《光》和蘇教版第二單元《光與色彩》為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了綜合拓展課——“彩虹的秘密”，并在深圳、北京、貴陽三地進(jìn)行了實(shí)時(shí)同步教學(xué)，教學(xué)時(shí)間為40分鐘。在本節(jié)課中，學(xué)生需要結(jié)合單元所學(xué)知識(shí)解釋彩虹的成因和顏色特征，總結(jié)出形成彩虹的條件、時(shí)間和方位，簡(jiǎn)單敘述彩虹是拱形的原因。

彩虹是一種生活中不常見且難以人為操控的自然現(xiàn)象，學(xué)生難以在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行仔細(xì)的觀察和探究。在5G環(huán)境下，使用AR眼鏡和基于平板的AR應(yīng)用重現(xiàn)彩虹，可以豐富學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生與環(huán)境進(jìn)行交互，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究關(guān)于彩虹的自然規(guī)律。在教學(xué)過程中，每一位學(xué)生的智慧學(xué)習(xí)筆與教師終端互聯(lián)，通過筆跡識(shí)別和自動(dòng)批改，教師可以實(shí)時(shí)得到學(xué)情分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的精準(zhǔn)教學(xué)。同時(shí)，基于5G傳輸?shù)娜⒓夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了異地學(xué)科專家進(jìn)課堂與師生對(duì)話，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源的互通共享，拓展了課堂的信息面，幫助師生從更深層次認(rèn)識(shí)自然。

本課程主要分為四個(gè)環(huán)節(jié)。教師在課程中通過對(duì)不同技術(shù)的運(yùn)用，促進(jìn)師生、生生、學(xué)生與學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間進(jìn)行多模態(tài)交互，基于彩虹這一生活中具體的現(xiàn)象促進(jìn)學(xué)生對(duì)于光學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用和深入理解。

2.環(huán)節(jié)一：多模態(tài)資源整合——AR情境導(dǎo)入

本環(huán)節(jié)通過AR眼鏡為師生提供沉浸式的彩虹觀測(cè)體驗(yàn)作為課程的情境導(dǎo)入環(huán)節(jié)。教師引導(dǎo)學(xué)生在虛實(shí)結(jié)合的AR環(huán)境下觀察彩虹形成的過程和現(xiàn)象，形成感性認(rèn)識(shí)，獲取彩虹現(xiàn)象中的關(guān)鍵事物及其特征。在彩虹的形成這一AR場(chǎng)景中，學(xué)生可以觀察到烏云聚集、大雨滂沱、雨過天晴這一彩虹形成的氣象過程，并在彩虹出現(xiàn)的情境下，觀察到雨后云層和太陽與彩虹的相對(duì)位置，通過刺激學(xué)生視覺、聽覺等多種感官，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。圖 2為師生通過AR眼鏡觀察彩虹現(xiàn)象。教師在學(xué)生觀察的過程中，將推進(jìn)觀察的進(jìn)程，并且通過提問引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)觀察到的現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和AR環(huán)境中觀察到現(xiàn)象提出科學(xué)問題，并基于色散、反射和折射等光學(xué)知識(shí)，對(duì)彩虹的顏色數(shù)量、顏色排列、形成原因等問題進(jìn)行解答。

本環(huán)節(jié)在課件之外主要使用了基于AR眼鏡的學(xué)習(xí)資源，旨在以虛實(shí)結(jié)合的方式在真實(shí)空間中呈現(xiàn)彩虹的形成，創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)環(huán)境，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，為學(xué)生觀察彩虹的形成提供理想條件，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)通過整合AR資源調(diào)動(dòng)了學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等多種感官，實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)的交互，從而使學(xué)生全身心地投入到多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境中來。

3.環(huán)節(jié)二：多模態(tài)互動(dòng)——師生全息交流

本環(huán)節(jié)中教師根據(jù)上一環(huán)節(jié)學(xué)生的解答，提出更深入的問題：“彩虹為什么是拱形的？”我們基于5G傳輸?shù)娜⑼队埃瑢⒈本┑膶W(xué)科專家的影像、聲音、課件和板書實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在課堂中（如圖 3所示），深圳師生們的影像和聲音等信息也通過5G實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖本┖唾F陽。北京的專家和深圳的現(xiàn)場(chǎng)師生進(jìn)行實(shí)時(shí)的問答和交流。專家通過課件為師生們介紹了不同顏色光線的彩虹角，揭示彩虹是拱形的原理，并啟發(fā)學(xué)生根據(jù)彩虹的形成推斷霓的形成光路。學(xué)生通過智慧學(xué)習(xí)筆進(jìn)行繪圖，每位學(xué)生所畫的圖案通過智慧學(xué)習(xí)筆捕捉呈現(xiàn)在教師端，實(shí)現(xiàn)教師對(duì)學(xué)生作答的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本環(huán)節(jié)主要使用基于5G傳輸?shù)娜⒓夹g(shù)，讓異地專家以生動(dòng)形式走進(jìn)課堂，帶來專業(yè)化的深層信息，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。為實(shí)現(xiàn)專家、教師對(duì)學(xué)生的精準(zhǔn)指導(dǎo)，課題組使用智慧學(xué)習(xí)筆捕捉學(xué)生的作答圖像，并將圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇處煻?，輔助教師實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師、異地專家的多模態(tài)互動(dòng)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官的協(xié)同參與，使學(xué)生獲得深層次的知識(shí)建構(gòu)。

4.環(huán)節(jié)三：多模態(tài)互動(dòng)——生生協(xié)作探究

本環(huán)節(jié)是上一環(huán)節(jié)的延伸和拓展。在學(xué)生深入理解彩虹的形成過程和形成條件后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)彩虹出現(xiàn)的時(shí)間段和方位，以及降雨方位對(duì)彩虹出現(xiàn)的影響。學(xué)生使用平板上的AR課件以小組為單位進(jìn)行交互式探究，分別通過控制時(shí)間滑塊改變太陽的位置，旋轉(zhuǎn)識(shí)別卡片以全局視角觀察彩虹出現(xiàn)的場(chǎng)景，旋轉(zhuǎn)虛擬人物的朝向以人物視角觀察彩虹變化的場(chǎng)景，如圖 4所示。學(xué)生在交互和觀察現(xiàn)象的時(shí)候進(jìn)行交流討論，并用智慧學(xué)習(xí)筆記錄探究發(fā)現(xiàn)。同時(shí)教師發(fā)揮主導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生從太陽的位置和空氣中水珠的位置解釋觀察到的現(xiàn)象，并啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用AR技術(shù)組織探究結(jié)論，進(jìn)行分享交流。

本環(huán)節(jié)主要采用了基于平板交互的AR學(xué)習(xí)資源，以小組探究的形式促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)規(guī)律、建構(gòu)知識(shí)。通過AR技術(shù)呈現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的城市彩虹沙盤場(chǎng)景，支持學(xué)生控制實(shí)際不可操作的事物，觀察現(xiàn)象的變化，自主發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，實(shí)現(xiàn)生生之間的協(xié)作探究以及學(xué)生與AR學(xué)習(xí)資源之間的多模態(tài)互動(dòng)。

5.環(huán)節(jié)四：多模態(tài)評(píng)估——實(shí)時(shí)反饋，提升學(xué)生情感價(jià)值觀

本環(huán)節(jié)是課程的總結(jié)和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。教師通過課件呈現(xiàn)情境問題，學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行判斷，并使用智慧學(xué)習(xí)筆作出選擇，教師實(shí)時(shí)得到學(xué)生作答結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，判斷學(xué)生的知識(shí)掌握情況，如圖 5所示。在判斷題之后，學(xué)生填寫一份邀請(qǐng)卡，生成一個(gè)彩虹形成的虛擬情境，并邀請(qǐng)伙伴在合適的時(shí)間一起去觀察彩虹。在課堂的最后，師生們一起再次通過沉浸式的AR觀察彩虹，帶著對(duì)知識(shí)的理解再次感受虛實(shí)結(jié)合的彩虹，深化對(duì)彩虹的理解和感受，促進(jìn)學(xué)生情感價(jià)值觀的提升。

本環(huán)節(jié)使用智慧學(xué)習(xí)筆作為多模態(tài)評(píng)價(jià)的工具。智慧學(xué)習(xí)筆實(shí)時(shí)捕捉和統(tǒng)計(jì)學(xué)生的答案，使教師可以得到實(shí)時(shí)的學(xué)情統(tǒng)計(jì)，幫助教師精準(zhǔn)獲取學(xué)生的理解難點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性的講解，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)方式（小組評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)）、評(píng)價(jià)手段（智慧學(xué)習(xí)筆過程檢測(cè)）、評(píng)價(jià)維度（認(rèn)知、情感等）的多模態(tài)應(yīng)用。

五、5G多模態(tài)智慧課堂實(shí)踐案例中技術(shù)對(duì)教育的影響分析

基于5G的三大使用情境，“彩虹的秘密”這一堂課實(shí)現(xiàn)了異地實(shí)時(shí)全息投影、沉浸式和交互式AR技術(shù)和智慧學(xué)習(xí)筆的使用，并構(gòu)成了師生平板、智慧學(xué)習(xí)筆、AR眼鏡、教室白板和云端的互聯(lián)互通。在課堂中，多元技術(shù)的運(yùn)用拓充了媒體的形式，設(shè)備間的互聯(lián)使得教學(xué)過程中使用的資源和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以在多個(gè)終端傳遞、呈現(xiàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生多個(gè)感官對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的感知和加工，形成多模態(tài)的交互。

5G技術(shù)、全息投影技術(shù)、AR技術(shù)和智慧學(xué)習(xí)筆是本課程中主要使用的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，每一種技術(shù)和設(shè)備都在課堂中為實(shí)現(xiàn)多模態(tài)的互動(dòng)教學(xué)起到了重要的作用。

1. 5G對(duì)教學(xué)的支撐作用

本課程中，5G技術(shù)支撐了其他技術(shù)的運(yùn)用。首先，5G技術(shù)保證了全息影像的實(shí)時(shí)傳輸，使北京、深圳、貴陽三地的圖像和聲音信號(hào)可以幾乎零時(shí)延地傳送到另一個(gè)場(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)了不同空間師生的實(shí)時(shí)交流。由于5G傳輸?shù)母呷萘刻匦?，異地的教師可以靈活使用課件和板書輔助講解，學(xué)生可以清晰看到教師、課件和板書的動(dòng)態(tài)影像。其次，5G技術(shù)保證了AR技術(shù)的沉浸性和交互實(shí)時(shí)性。基于5G技術(shù)提供的增強(qiáng)型寬帶，AR應(yīng)用中可以采用云端復(fù)雜模型和多音頻營(yíng)造更為逼真的情境，在使用過程中也不會(huì)出現(xiàn)因視角轉(zhuǎn)換和交互引起的卡頓和延時(shí)現(xiàn)象。第三，5G技術(shù)保證了教學(xué)過程中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、統(tǒng)計(jì)和報(bào)告。多名學(xué)生的智慧學(xué)習(xí)筆實(shí)現(xiàn)了與教師終端的互聯(lián)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的選擇、畫圖和書寫結(jié)果都可以被記錄和分析，并以報(bào)告的形式呈現(xiàn)在教師的終端上，輔助教師監(jiān)控學(xué)情，作出決策。最后，5G技術(shù)保證了多設(shè)備的互聯(lián)互通，教師可以通過課堂中的大屏幕展示AR情境、課件、學(xué)生答題情況。教師的平板和學(xué)生的學(xué)習(xí)筆均能以無線形式與大屏幕進(jìn)行連接，增加了教學(xué)過程的互動(dòng)性。

總之，5G技術(shù)可以成為課堂教學(xué)環(huán)境構(gòu)建的底層核心技術(shù)，為課堂引入更豐富的學(xué)習(xí)資源和信息交互提供傳輸條件，使教學(xué)環(huán)境更加智能、融合、個(gè)性、精準(zhǔn)。除了本次課堂中的技術(shù)應(yīng)用，5G技術(shù)還可以用于實(shí)現(xiàn)其他自然環(huán)境在教室中的呈現(xiàn)、大型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展、分布式AR探究的進(jìn)行以及更多類型數(shù)據(jù)的記錄、處理和報(bào)告?？偟膩碚f，5G技術(shù)環(huán)境下，更多真實(shí)、虛擬的空間可以被無縫接入課堂，各教學(xué)元素之間將具備更強(qiáng)的聯(lián)通性和互動(dòng)性，教學(xué)過程的數(shù)據(jù)將會(huì)得到更全面的記錄和更實(shí)時(shí)的處理。

2.全息技術(shù)在智慧課堂的應(yīng)用

全息即完全信息，全息技術(shù)即利用光的干涉原理，將整個(gè)物體發(fā)射的特定光波以干涉條紋的形式把物體的全部信息記錄下來，并在一定條件下形成與物體本身具有極高相似度的三維圖像（李佩佩等，2017）。在本課程中，不同顏色光線的彩虹角是理解彩虹顏色排列和拱形的重點(diǎn)，講解該知識(shí)點(diǎn)需要分析多種光路情況，這對(duì)普通教師來說有一定難度。通過全息技術(shù)讓專家參與課堂，學(xué)生可以通過與專家教師的交流形成對(duì)這一知識(shí)更清晰的認(rèn)識(shí)，從而更好地理解彩虹的形成。通過全息技術(shù)，北京專家講課的影像被呈現(xiàn)在深圳的課堂上，學(xué)生可以看到異地教師的動(dòng)作和表情，與其進(jìn)行實(shí)時(shí)的交流。相比于電話、視頻等形式的連接方式，全息技術(shù)可以保留更多的信息，并使兩個(gè)分離的空間連接、融合起來，讓學(xué)生和異地教師及資源的交互擺脫時(shí)空分離的限制。

全息技術(shù)的使用可以更生動(dòng)地將其他空間的事物呈現(xiàn)在課堂中，除了像本節(jié)課中這樣引入其他專家教師為學(xué)生進(jìn)行知識(shí)講解外，全息技術(shù)也可以用于引入一個(gè)具體的事物到課堂中進(jìn)行全方位的展現(xiàn)，如一個(gè)文物、動(dòng)物或者器械。隨著光學(xué)設(shè)備的發(fā)展，未來全息技術(shù)還可以用于將另一場(chǎng)景疊加到教室空間中，讓學(xué)生在教室中體驗(yàn)置身于任何地方的感覺。

3. AR在智慧課堂的應(yīng)用

AR是一項(xiàng)支持將虛擬對(duì)象和真實(shí)世界融合并協(xié)同顯示在真實(shí)環(huán)境中的技術(shù)。一個(gè)基于AR的系統(tǒng)具有以下三個(gè)特征：虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊(cè)（蔡蘇等，2016;Azuma，1997;Azuma et al.，2001）。本課程在第一環(huán)節(jié)和第三環(huán)節(jié)中分別使用了基于Realmax的AR眼鏡和基于平板的AR技術(shù)。在第一個(gè)環(huán)節(jié)，基于AR眼鏡的沉浸式環(huán)境在學(xué)生所處的真實(shí)課堂中疊加虛擬對(duì)象，支持師生之間、同伴之間進(jìn)行多模態(tài)的交流。通過AR眼鏡，學(xué)生可以在教室中直接觀察彩虹形成的過程和現(xiàn)象，通過直接體驗(yàn)深化學(xué)生對(duì)于彩虹的感性認(rèn)識(shí)，支持學(xué)生對(duì)過程性的自然現(xiàn)象進(jìn)行完整細(xì)致地觀察。在第三個(gè)環(huán)節(jié)，基于平板的AR技術(shù)支持學(xué)生通過與卡片和平板呈現(xiàn)的模型之間的交互控制現(xiàn)實(shí)生活中不可能操控的物體，從空中和地面的視角同步觀察彩虹，總結(jié)彩虹出現(xiàn)的時(shí)間和方位。通過AR技術(shù)，學(xué)生可以得到更多的觀察和探究機(jī)會(huì)。他們可以觀察需要一定條件才能在現(xiàn)實(shí)生活中看到的現(xiàn)象，也可以控制現(xiàn)實(shí)條件下不能操控的現(xiàn)象，通過虛擬仿真獲得探究體驗(yàn)，并通過主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式完成知識(shí)建構(gòu)。

已有研究證明AR在有助于提升學(xué)習(xí)滿意度和效果（Akcayir et al.，2017）之余，還能幫助學(xué)習(xí)者形成對(duì)抽象概念的理解（陳穎博等，2020;Cai et al.，2017;Strzys et al.，2018;Cai et al.，2019），以及有選擇性地進(jìn)行學(xué)習(xí)（Ruiz-Ariza et al.，2018）。在本節(jié)課所用的眼鏡沉浸式AR技術(shù)和平板交互式AR技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步使用分布式的AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同作業(yè)，促進(jìn)教學(xué)過程中學(xué)生之間的協(xié)作與交流。

4.智慧學(xué)習(xí)筆的作用

智慧學(xué)習(xí)筆通過自動(dòng)筆跡識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)個(gè)性化推薦，有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)輔導(dǎo)并減輕教師負(fù)擔(dān)。智慧學(xué)習(xí)筆裝載了筆跡識(shí)別引擎、機(jī)器學(xué)習(xí)批改引擎、個(gè)性化推薦引擎和泛在連接裝置。它能夠以多種方式連接到網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)客觀題的自動(dòng)批改和主觀題的自適應(yīng)批改，形成學(xué)情分析報(bào)告。在本節(jié)課中，每位學(xué)生都擁有一支與教師終端連接的智慧學(xué)習(xí)筆。第二個(gè)環(huán)節(jié)中學(xué)生使用智慧學(xué)習(xí)筆進(jìn)行畫圖分析，答案實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給教師和異地專家，使教師和專家能夠更為及時(shí)、精準(zhǔn)地攻克教學(xué)難點(diǎn)。第三和第四個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生使用智慧學(xué)習(xí)筆進(jìn)行選擇和記錄，教師通過學(xué)情分析報(bào)告實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的作答情況，對(duì)教學(xué)進(jìn)程進(jìn)行更好的安排。

智慧學(xué)習(xí)筆的運(yùn)用促進(jìn)了教育領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的收集和學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用。在獲得更多作業(yè)數(shù)據(jù)的情況下，結(jié)合推薦算法，智慧學(xué)習(xí)筆可以定位學(xué)生的薄弱知識(shí)點(diǎn)，推送強(qiáng)化練習(xí)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、精準(zhǔn)化的教學(xué)。對(duì)于教師來說，批改系統(tǒng)可以大幅提升作業(yè)批改效率，學(xué)情分析報(bào)告能夠輔助教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行更深入細(xì)致的挖掘，幫助教師從數(shù)據(jù)的層面對(duì)教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)習(xí)過程形成更精確的認(rèn)識(shí)。

六、面向5G的多模態(tài)智慧課堂的反思及實(shí)施建議

本次教學(xué)實(shí)踐在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下，綜合創(chuàng)設(shè)了具有AR、全息、智慧學(xué)習(xí)筆、交互白板等技術(shù)且可以和云端互通的多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)資源整合、多模態(tài)互動(dòng)和多模態(tài)評(píng)估，是從理論到實(shí)踐的一次嘗試，可為今后開展5G網(wǎng)絡(luò)下的多模態(tài)智慧課堂教學(xué)提供借鑒。盡管此次聯(lián)合示范課堂取得圓滿成功，從教學(xué)及技術(shù)角度來說仍然存在一些問題?？偨Y(jié)和反思此次實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文提出以下5G多模態(tài)智慧課堂的實(shí)施建議。

1. 5G多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)——以學(xué)生為本

“彩虹的秘密”這堂課基于5G的三大使用情境，實(shí)現(xiàn)了異地實(shí)時(shí)全息投影、沉浸式和交互式AR技術(shù)和智慧學(xué)習(xí)筆的使用，構(gòu)成了師生平板、智慧學(xué)習(xí)筆、AR眼鏡、教室白板和云端的互聯(lián)互通。在課堂中，多技術(shù)的運(yùn)用拓充了媒體的形式，設(shè)備間的互聯(lián)使得教學(xué)過程中使用的資源和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以在多個(gè)終端傳遞、呈現(xiàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生多個(gè)感官對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的感知和加工，形成了多模態(tài)的交互。但在教學(xué)過程中研究者也發(fā)現(xiàn)：多種技術(shù)的綜合使用給學(xué)生帶來了一些困擾，如AR眼鏡等專用設(shè)備對(duì)小學(xué)生來說質(zhì)量過重，容易讓學(xué)生產(chǎn)生疲勞;教師的教學(xué)活動(dòng)需要在多種技術(shù)之間進(jìn)行交替操作，容易分散學(xué)生的注意力等。

5G技術(shù)促進(jìn)了全息技術(shù)、VR/AR、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，營(yíng)造了更為智能化、融合化的教學(xué)環(huán)境。當(dāng)多個(gè)技術(shù)被運(yùn)用到教學(xué)中時(shí)，恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮每個(gè)技術(shù)的作用，促進(jìn)技術(shù)之間的互相加成是實(shí)現(xiàn)技術(shù)賦能教育的重要議題，也是實(shí)現(xiàn)融創(chuàng)式智慧教學(xué)的重要方面（陳琳等，2016）。因此如何促進(jìn)技術(shù)之間相互協(xié)同，激發(fā)學(xué)生發(fā)揮更大的潛能是當(dāng)前教育信息化的主要目標(biāo)。然而大多數(shù)教育工作者寄望技術(shù)會(huì)對(duì)教育教學(xué)帶來革命性變革，但卻以為加大設(shè)備的投入和使用即可達(dá)到。事實(shí)上，智慧課堂構(gòu)建成功與否，最主要的標(biāo)志是看課堂教學(xué)中信息化的作用是否由提供便利和提高效率升級(jí)為支撐教學(xué)創(chuàng)新（鐘紹春等，2020）。因此學(xué)科教師應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)習(xí)者特征和智慧課堂理念進(jìn)行多模態(tài)教學(xué)活動(dòng)的再設(shè)計(jì)，立足于讓學(xué)生提高問題解決能力、創(chuàng)新能力等高階思維能力來應(yīng)用AR/VR等技術(shù)創(chuàng)建的多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境。同時(shí)，推進(jìn)5G技術(shù)與教育新技術(shù)的融合，提供能方便師生課堂應(yīng)用的輕量級(jí)設(shè)備，也是保障多模態(tài)智慧課堂能夠落地實(shí)施的重要舉措。

2. 5G多模態(tài)資源整合——注重多通道融合

“彩虹的秘密”課程中主要使用了AR軟件讓學(xué)生身臨其境地感受雨過天晴等場(chǎng)景，動(dòng)畫、聲音、圖片等調(diào)動(dòng)了學(xué)生的視聽等多通道，實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)的感官刺激。多模態(tài)資源是學(xué)生獲取知識(shí)的主要來源，不同的學(xué)生有著不同的感官傾向，多模態(tài)的刺激有利于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)注和記憶，因此要盡可能多地設(shè)計(jì)和構(gòu)建多種模態(tài)的課程資源。教師在教學(xué)過程中，可以通過合理使用全息、VR/AR等技術(shù)，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的空間，豐富學(xué)生可以獲取的信息類型，為學(xué)生進(jìn)行自主探究提供支持。此外，在進(jìn)行多模態(tài)學(xué)習(xí)資源的創(chuàng)設(shè)過程中，同樣應(yīng)以學(xué)生為本，使課堂能夠幫助學(xué)生提高自身的多元互動(dòng)能力和各種器官協(xié)同工作的能力，使學(xué)習(xí)者輕松快樂地學(xué)習(xí)，而且使師生、生生相互協(xié)作，相互促進(jìn)，形成學(xué)習(xí)共同體，激發(fā)出更大潛能。

3. 5G多模態(tài)互動(dòng)——重視自主探究、概念交互

本次5G多模態(tài)課堂的教學(xué)嘗試中使用了全息技術(shù)、AR技術(shù)、智慧學(xué)習(xí)筆等技術(shù)讓學(xué)生與同伴、教師、學(xué)習(xí)環(huán)境之間進(jìn)行了多模態(tài)的交互。學(xué)生在本節(jié)課堂中達(dá)到了較好的學(xué)習(xí)效果，這得益于課程設(shè)計(jì)階段教師注重學(xué)生的自主探究以及概念交互。

多模態(tài)互動(dòng)的過程中應(yīng)以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，重視學(xué)生的自主探究。教師不僅要關(guān)注學(xué)生的知識(shí)獲得，也要關(guān)注學(xué)生的能力培養(yǎng)，重視學(xué)生已有概念和新概念的交互。在本案例中，彩虹的形成條件等知識(shí)都是在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生通過自主與多模態(tài)資源進(jìn)行交互探究所得。陳麗（2004）指出學(xué)生與媒體的交互旨在促進(jìn)學(xué)生與學(xué)習(xí)資源、同伴和教師的交互，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生自身已有概念和新概念的交互。教師應(yīng)將實(shí)現(xiàn)學(xué)生的概念交互作為技術(shù)媒體引入的衡量標(biāo)準(zhǔn)。教師需要在技術(shù)進(jìn)入課堂時(shí)形成清晰的作用路徑，即技術(shù)將如何促進(jìn)學(xué)生與教學(xué)要素的信息交互，從而如何推動(dòng)哪些新舊概念的交互。在技術(shù)使用的過程中，教師要時(shí)刻關(guān)注路徑中要素交互的觸發(fā)，實(shí)時(shí)推動(dòng)學(xué)生概念交互的發(fā)生，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)（王志軍等，2017）。

此外，在多模態(tài)互動(dòng)的過程中還應(yīng)注意通過多模態(tài)信息和支架降低技術(shù)帶來的認(rèn)知負(fù)荷。綜合使用多種技術(shù)必然會(huì)給學(xué)生帶來較高的認(rèn)知負(fù)荷，但已有研究證明教學(xué)中多模態(tài)的信息在一定程度上能夠降低學(xué)生對(duì)于知識(shí)學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷（郇怡斌，2013）。新技術(shù)進(jìn)入課堂，教師需要給予學(xué)生一定的時(shí)間熟悉操作。在初始階段，教師需要進(jìn)行一定的示范操作，通過投屏演示與解說相結(jié)合的方式介紹技術(shù)產(chǎn)品使用方式，幫助學(xué)生盡快熟悉產(chǎn)品。在課堂過程中，教師需清晰地發(fā)布技術(shù)應(yīng)用的任務(wù)，避免學(xué)生過度探索。結(jié)構(gòu)清晰的任務(wù)單等支架工具也可以起到引導(dǎo)學(xué)生合理使用技術(shù)的作用。

4. 5G多模態(tài)評(píng)估——多元、動(dòng)態(tài)評(píng)估

多模態(tài)智慧課堂倡導(dǎo)多元化的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系（周曉春，2020）。本次多模態(tài)課堂中使用了智慧學(xué)習(xí)筆對(duì)學(xué)生進(jìn)行多模態(tài)評(píng)估，但由于技術(shù)的限制，在多元、動(dòng)態(tài)評(píng)估方面仍有欠缺，還未能全面、動(dòng)態(tài)地對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，多元化、動(dòng)態(tài)的評(píng)估方式可以對(duì)學(xué)習(xí)主體在某一特定階段的學(xué)業(yè)表現(xiàn)作出準(zhǔn)確、全面、合理的評(píng)價(jià)與反饋。如使用學(xué)習(xí)分析技術(shù)，捕捉、處理活動(dòng)過程中的學(xué)生數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生使用其他技術(shù)的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);智能設(shè)備實(shí)時(shí)捕捉學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的多模態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和報(bào)告呈現(xiàn)。隨著筆跡識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，教師可以根據(jù)課程內(nèi)容啟發(fā)學(xué)生利用圖像、文字等多種方式進(jìn)行記錄，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的類型。此外，數(shù)據(jù)的分析可以幫助教師對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，也可以用于檢測(cè)學(xué)生應(yīng)用其他技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的成果。具體來說，通過對(duì)學(xué)生探究過程數(shù)據(jù)的分析，教師可以了解不同小組的探究過程和結(jié)果，對(duì)學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)指導(dǎo);通過統(tǒng)一問答測(cè)試，教師可以掌握全體同學(xué)的學(xué)習(xí)情況，抓住教學(xué)難點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性的講解。

未來5G多模態(tài)智慧課堂的建設(shè)將建立5G環(huán)境下的學(xué)習(xí)分析、情感識(shí)別、情境感知等智能感知環(huán)境，形成教與學(xué)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集規(guī)范，動(dòng)態(tài)采集教與學(xué)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)多模態(tài)的教學(xué)創(chuàng)新提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，幫助教師進(jìn)行精準(zhǔn)決策和調(diào)控。

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收稿日期 2020-12-20責(zé)任編輯 汪燕

Practice of Multimodality Smart Classroom Under 5G Environment

CAI Su， JIAO Xinyue， YANG Yang， JIANG Linfan， YU Shengquan

Abstract： The popularization of 5G technology will promote the teaching to be more personalized， precise， intelligent， and integrated. However， the current domestic research on the integration of 5G technology and education is mostly theoretical exploration and concept construction， and there is a lack of practical cases in real classrooms. Therefore， exploring the smart classroom teaching method of multimodality teaching in the 5G environment will help to combine theory with practice， and provide a reference for the development and application of smart classrooms. Joint Lab for Mobile Learning of MOE-CMCC in Beijing Normal University and China Mobile Communications Corporation （CMCC） have developed a case of multimodality smart classroom under the 5G environment： “The Secret of Rainbow”. This smart classroom adopted a multimodality smart teaching method which consists of the integration of multimodality resources， multimodality interaction and multimodality evaluation， and connected to a variety of intelligent terminals and educational equipment including VR/AR/MR equipment， holographic projection， smart whiteboard， mobile terminal， smart learning pen， taking advantages of the technical characteristics of 5G-wide bandwidth， low latency， and large connection. It realized the seamless interconnection and collaborative work between a variety of hardware and software devices， providing learners with an immersive real-time learning experience. This study summarized that when implementing multimodality smart classrooms， it is necessary to take the “student-oriented” as a principle to construct a multimodality learning environment and multimodality resources integration of multi-channel， and encourage students to realize the interaction between new and old concepts through independent exploration. In addition， the multimodality smart classroom also advocates a diversified and dynamic learning evaluation system to help teachers make precise decisions and adjustments.

Keywords： 5G; Multimodality; Smart Classroom; Model Construction; Practical Case