摘要：隨著信息技術的日益進步，以互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為代表的信息技術在教育領域的應用越來越廣泛，智能教學系統(tǒng)（ITS）、智能計算機輔助教學（CAI）系統(tǒng)也迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已在課堂教學、課外學習和教育管理等方面得到應用，教育開始走向智能化，自動化和數(shù)字化。5G技術為萬物高速互聯(lián)提供了更多想象空間，將推動我國教育信息化融合創(chuàng)新發(fā)展，支撐教育理念更新、模式變革和體系重構。5G通信產(chǎn)業(yè)同教育產(chǎn)業(yè)，尤其是與在線教育關系密切，作為在線教育的底層網(wǎng)絡支撐，5G網(wǎng)絡高速率、大容量、低時延等特性為創(chuàng)新教育場景提供了更多的應用場景。文章將結(jié)合智慧校園的需求，綜合考慮網(wǎng)絡支持情況和信息安全要求，提出5G專網(wǎng)賦能教、考、評、管等各環(huán)節(jié)的應用解決方案，從而有效提升教學質(zhì)量和校園管理水平。

關鍵詞：5G應用；智慧教育；智慧校園

Analysis of 5G Private Network Empowering Smart Education in Teaching， Examination， Evaluation and Management

YANG Yunchao1， XU Shue2

（1. Chongqing Academy of Information and Communications Technology， Chongqing， 401336， China;

2. Tian Jiabing Experimental Middle School， Baishui County， Shaanxi Province， Baishui 715600， China）

Abstract： With the increasing progress of information technology， information technology represented by the Internet， cloud computing， big data， the Internet of Things， artificial intelligence， etc. is increasingly widely applied in the field of education. Intelligent teaching system（ITS）， intelligent computer-assisted instruction（CAI） system are also rapidly developing. The Internet of Things has been applied in classroom teaching， extracurricular learning and education management. Education is beginning to move towards intelligence， automation and digitalization. 5G technology provides more imagination for the high-speed interconnection of all things， and will promote the innovative development of China's educational informatization， supporting the renewal of educational concepts， mode changes and system reconstruction. The 5G communication industry is closely related to the education industry， especially online education. As the underlying network support for online education， the characteristics of high speed， large capacity and low latency provide more application scenarios for innovative education scenarios. This article will combine the needs of smart campuses， comprehensively consider network support and information security requirements， and propose application solutions for each link of teaching， examination， evaluation， management and other links enabled by 5G private networks， thereby effectively improving teaching quality and campus management level.

Key words： 5G application; smart education; smart campus

0" "引言

教育是國家支撐各類人力資源供給、國際人才培養(yǎng)與交流的基礎設施和核心體系，以5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術為支撐的智慧教育，成為促進“教育公平化、智能化、個性化”的基礎設施建設的必由之路。

1" "智慧教育發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國已建成全球規(guī)模最大、技術領先的5G網(wǎng)絡，5G技術在垂直行業(yè)應用方面的發(fā)展走在世界前列[1]。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等領域，差異化和定制化的5G專網(wǎng)服務已相對完備，然而它在教育行業(yè)的應用成效并不顯著。近年來，教育部相繼發(fā)布了《教育信息化2.0行動計劃》和“5G+智慧教育”應用試點項目，提出實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，加速推動智慧教育發(fā)展進程[2]。為落實教育數(shù)字化和信息化轉(zhuǎn)型升級的要求，全國各高校、中小學正在加速推進基礎設施建設。但結(jié)合我國新時代的政策與國情，智慧教育發(fā)展仍存在新機遇、新挑戰(zhàn)。

（1）4G網(wǎng)絡與校園網(wǎng)互聯(lián)互通融合管理難。4G網(wǎng)絡受制于運營商核心網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理與業(yè)務能力，無法實現(xiàn)與校園網(wǎng)的安全可信融合，從而獨立存在與校園中。

（2）教學互動不充分形式單一。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡教學方式存在交互形式單調(diào)、交互層次不深、情感交互缺失等眾多問題，特別是在信息化的教學手段中，更是缺乏有效的師生間以及學生間交互的手段。

（3）考試組織管理不靈活。在傳統(tǒng)的教育形態(tài)下，考試仍然以傳統(tǒng)紙質(zhì)考試方式為主，這種考試過程較為煩瑣，效率較低。

（4）對學生全方面綜合評價難?，F(xiàn)有方法難以解決學生德智體美勞方面的量化評價與預測問題和學業(yè)全過程建模與評價問題，考評方法缺乏過程性與總結(jié)性的結(jié)合，特別缺乏對體育、德育等具體活動的伴隨式采集分析導致其評價指標本身過于主觀寬泛，難以量化，且整體缺乏系統(tǒng)性，以致無法支撐學生個性化發(fā)展。

（5）校園安防智能化運維水平低。校園數(shù)據(jù)海量存儲、共享、利用難。在數(shù)據(jù)層面，安防視頻、教學錄播等系統(tǒng)每天產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)需要處理、保存和備份；在業(yè)務層面，許多學校重要的業(yè)務系統(tǒng)如一卡通、財務系統(tǒng)對架構的安全性和可靠性提出了很高的要求；在運維層面，大量的系統(tǒng)和網(wǎng)絡設備，對運維提出了很高的要求，客觀上需要進一步開展智能化運維。

2" "解決方案

5G網(wǎng)絡通過公共網(wǎng)絡和校園專網(wǎng)的方式，支持不同性能需求的教育應用場景，為師生、教育管理者和家長等用戶提供便捷、快速、安全的網(wǎng)絡服務?；诩用芩惴ā⒃L問控制、專網(wǎng)二次認證等技術，可防范數(shù)據(jù)竊取、身份仿冒、隱私泄露等安全風險，保障“5G+智慧教育”解決方案的網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)安全和師生隱私。

2.1 5G組網(wǎng)方案

為承接5G切片業(yè)務，本項目將新建一臺網(wǎng)側(cè)ASBR（網(wǎng)PE）設備作為承載5G網(wǎng)絡接入2B切片業(yè)務至UPF的路由協(xié)議網(wǎng)關；新建2臺云側(cè)ASBR（云PE）設備作為入云專線的網(wǎng)關設備。

網(wǎng)側(cè)ASBR與省級ER、2B UPF采用100GE鏈路對接，與云側(cè)ASBR采用10GE鏈路對接，與另一臺網(wǎng)側(cè)ASBR采用10GE鏈路互聯(lián)。如圖2所示。

（1）將網(wǎng)PE與MEC對接，應用部署在MEC平臺，同時與學校開通5G專線，打通5G網(wǎng)絡與校園內(nèi)網(wǎng)。

（2）訪問MEC應用及校園內(nèi)網(wǎng)：用戶通過無線基站接入運營商網(wǎng)絡，通過2B專用SMF及UPF設備將用戶業(yè)務指向MEC平臺，最終通過5G專線訪問校園內(nèi)網(wǎng)。

（3）普通用戶訪問公網(wǎng)：用戶通過無線基站接入運營商網(wǎng)絡，并通過2C UPF訪問公網(wǎng)。

（4）通過2B專用SMF及UPF網(wǎng)元，在核心網(wǎng)實現(xiàn)用戶隔離，保證客戶業(yè)務端到端隔離實現(xiàn)專網(wǎng)隔離。

2.2 應用方案

5G+智慧教育將5G技術與智慧教育相結(jié)合，通過全息技術，結(jié)合各種教學資源，提供多樣化的學習體驗，讓學生在輕松愉悅的環(huán)境中學習；也可以提高教師的教學效率，縮短學習周期，提高學生的學習興趣，推動教育領域的技術創(chuàng)新。

2.2.1 互動教學

通過全息投影技術和AR/VR/增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實技術，讓學生真正參與到課程中，學生通過5G網(wǎng)絡連接老師或助教的云端虛擬教室，在教室里進行各種視覺感官交互操作，獲得沉浸式的學習體驗，加強學生對于知識的深入理解、記憶等。

（1）沉浸式互動教學系統(tǒng)。基于5G網(wǎng)絡高帶寬、低延時和移動性強的特點，建設基于高清視頻和虛擬現(xiàn)實技術的沉浸式5G互動教學平臺，支持360度高清教學場景視頻直播應用場景和沉浸式互動學習應用場景[3]。

（2）遠程教學系統(tǒng)。5G+互動教學平臺管理系統(tǒng)為整個5G+教學平臺提供后臺服務支撐，將5G技術應用于整個教學過程，管理平臺負責整個教學業(yè)務邏輯的客戶端以及服務端業(yè)務管理，包括老師授課、學生聽課的所有邏輯功能實現(xiàn)，包括主講教室客戶端、聽講教室客戶端、App端、服務器、后臺數(shù)據(jù)管理功能的整體邏輯管理。

2.2.2 5G智慧考試

通過研究5G技術、高清視頻技術和人工智能（OCR、知識圖譜、智能推薦、智能問答等）在教育領域的應用，解決考試組織、監(jiān)考、閱卷等各環(huán)節(jié)的技術難題，提升用戶的考試體驗，實現(xiàn)便捷考試、公平考試、教考結(jié)合。

（1）5G+在線考試技術。利用5G網(wǎng)絡作為在線考試應用的網(wǎng)絡基礎設施，為用戶提供穩(wěn)定可靠且高速連接的網(wǎng)絡通道。根據(jù)用戶考試的需求，按照一定的組卷策略，為其完成試卷的智能組卷，在5G+在線考試中，應用一鍵式試卷分發(fā)功能，即通過穩(wěn)定可靠的5G網(wǎng)絡，向用戶提供組好的試卷并啟動考試。

（2）智能閱卷技術。智能閱卷技術是指基于人工智能技術、教育大數(shù)據(jù)、跨媒體分析及自然語言理解等，突破面向紙筆考試及作業(yè)的復雜版面分析、手寫圖文及公式識別、作文自動評分、文科答案語義理解評分、理科解題步驟分析評分及抄襲檢測等智能批閱的系列關鍵技術。具體的技術方案包括：①針對教育場景多種文字混排且互遮擋的難點，提出基于維度分解的文字檢測以及改進注意力機制的文字識別技術；②基于試卷版面復雜的問題，提出模擬人類閱讀習慣的卷面版面分析技術，全面支持開放試卷的版面分析和題目試題切分，實現(xiàn)真正意義上的開放試卷版面分析；③對于教學環(huán)境中文檔試卷拍照的高頻需求，提出融合邊緣檢測和物體分割的移動端文檔檢測和增強技術，提升綜合場景下的準確率。

（3）智能考試平臺。將人工智能技術和5G技術相結(jié)合，構建高速、穩(wěn)定、可靠的5G智能考試平臺。平臺具備考試編排、組織、監(jiān)考、批閱、分數(shù)分布等在線考試功能，并實現(xiàn)考試全程信息的高效傳輸、存儲與智能分析，在此基礎上，積極探索智能輔助批改技術，將智能批改與智能教學平臺進行高效對接，實現(xiàn)教學與考試的互相促進?？蓮V泛應用于學校的考試組織，以及考試智能閱卷等場景。

2.2.3 5G智能綜合評價

針對全過程綜合評價難題，擬面向?qū)W生利用5G+邊緣計算等技術分析出的數(shù)據(jù)，構建智慧大腦，對學生個體從德智體美勞全方位、全過程進行綜合評價分析，支撐學生個性化發(fā)展。

學生全息畫像與智慧大腦：利用5G、邊緣計算等技術從學生體育運動、志愿活動等場景的高清視頻中提取出學生行為數(shù)據(jù)、師生互動、生-生互動等數(shù)據(jù)，結(jié)合學生參加社團、幫扶、獲獎、競賽、體測活動、課業(yè)成績及一卡通流水數(shù)據(jù)，分析、挖掘?qū)W生姿態(tài)、心理、社交等數(shù)據(jù)，并構建學業(yè)、德育、體質(zhì)、志愿活動等全要素學生畫像和群體畫像，實現(xiàn)行為預警、成績分析預測、社交關系分析以及消費分析等功能。

結(jié)合5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術，實現(xiàn)對學生個體的德智體美勞全息畫像、智能分析與個性化幫扶與輔助決策。建立5G、光纖、Wi-Fi與物聯(lián)網(wǎng)等四網(wǎng)融合的大數(shù)據(jù)存儲平臺，構建包含學習、作息、消費、社交、身體素質(zhì)等在內(nèi)的全學生息畫像，實現(xiàn)個性化幫扶與輔助決策功能。運用5G技術采集學生數(shù)據(jù)信息，圍繞學生基礎信息、思想發(fā)展、學業(yè)水平、身心成長及業(yè)余生活等五大主題構建特征庫，實現(xiàn)從入學到畢業(yè)學生全口徑、全過程的大數(shù)據(jù)綜合分析，同時可針對不同時間段、不同主題對學生進行個性化分析并生成成長檔案。

2.2.4 5G校園智能管理

針對教育教學日常需求，結(jié)合5G特性，接入多種形態(tài)的智聯(lián)終端和教育裝備，全連接校園網(wǎng)，提供具備管理、安全等能力的應用使能平臺，部署整合計算、存儲、AI、安全能力的教育邊緣云，全面提升教育信息化和智能化水平，實現(xiàn)5G智慧校園管理和服務的全面數(shù)字化、網(wǎng)絡化與智能化，形成以學生為核心，覆蓋教師、管理者等主體的智能化學習空間[4]。

5G對智慧校園的賦能主要以促進網(wǎng)聯(lián)化水平的提升來支撐智能化水平的提升，并體現(xiàn)在具體的學校教學、管理服務等工作當中。教學和校園的管理服務是主要應用領域，面向?qū)W校教育的5G+智慧校園總體架構應當包括終端硬件、網(wǎng)絡層、云平臺層以及應用層，同時兼顧信息安全與標準規(guī)范等方面，如圖3所示。

3" "結(jié)束語

“5G+智慧教育”服務體系能帶來巨大的經(jīng)濟效益。教育行業(yè)具有點多、線長、需求剛性的特點，5G+智慧教育形成了巨大的市場潛力和產(chǎn)業(yè)鏈條。5G技術在教育領域的教、考、評、管等場景的創(chuàng)新運用，將會帶來新的產(chǎn)品和服務需求。圍繞教育信息化和技術創(chuàng)新發(fā)展，以5G技術為底座的產(chǎn)品和服務將噴涌而出，極大地豐富教育市場形態(tài)，推動教育產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，推動教育生態(tài)日益完善。

本文討論的5G互動教學平臺、5G智能考試平臺、5G綜合評價平臺、5G智慧校園平臺，可助力實現(xiàn)教學質(zhì)量提升、5G學生體質(zhì)體能訓練分析、5G+AI+大數(shù)據(jù)智慧教育教學管理、5G校園安全防控及在線督導、5G智能考試等應用，打破時間與空間的束縛，實現(xiàn)校園網(wǎng)絡的延伸，提升高校廣大師生群體的學習及工作效率，以及各機構的協(xié)同能力，具有可推廣、可復制的特點，可在全國高校、中小學推廣使用，從而促進整個教育生態(tài)的優(yōu)化和智慧教育的發(fā)展。

參考文獻

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[3] 盧向群，孫禹．基于5G技術的教育信息化應用研究[J]．中國工程科學，2019，21（06）：120-128.

[4] 張淼科．5G網(wǎng)絡在高校智慧校園中的應用研究[J]．電腦知識與技術，2021，17（20）：168-190.

作者簡介：楊昀潮（1995-），男，漢族，工程師，大學本科，現(xiàn)任信通院（西安）科技創(chuàng)新中心行政總監(jiān)，長期從事通信技術研究、推進5G融合應用、通信行業(yè)服務監(jiān)督管理等工作。

許淑娥（1971-），女，漢族，高級教師，大學本科，主要從事教育教學研究工作，擁有豐富的教學經(jīng)驗和深厚的教育情懷，教學風格和教育理念深受學生和家長的認可。