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1、 0 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 1 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 版權聲明 本白皮書版權屬于 5G 應用產業方陣和中國互聯網協會,并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本白皮書文字或者觀點的,應注明“來源:5G 應用產業方陣和中國互聯網協會”。違反上述聲明者,將追究其相關法律責任。2 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 目錄 前言.3 一、“5G+智慧教育”發展背景及現狀.4 1.1 5G 與教育融合的意義.4 1.2“5G+智慧教育”國外發展現狀.5 1.3“5G+智慧教育”國內發展現狀.7 1.4 小結.8 二、“5G
2、+智慧教育”技術發展情況.9 2.1 技術架構概述.9 2.2 終端層.10 2.3 網絡層.10 2.4 平臺層.13 2.5 應用層.14 2.6 網絡和信息安全.15 三、“5G+智慧教育”典型應用場景.17 3.1 5G+智慧教學.17 3.2 5G+智慧考試.27 3.3 5G+智慧評價.33 3.4 5G+智慧校園.36 3.5 5G+區域教育管理.40 四、“5G+智慧教育”產業圖譜及產業發展情況.43 4.1 產業圖譜.43 4.2 產業發展情況.45 五、“5G+智慧教育”發展面臨的挑戰及建議.50 5.1“5G+智慧教育”發展面臨的挑戰分析.50 5.2 促進“5G+智慧教
3、育”發展的策略分析.51 3 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 前 言 當前,以 5G 為代表的新型基礎設施成為經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型的關鍵支撐。教育關系國計民生,是培育人才、提升國家競爭力的重要基石,智慧教育是教育在信息時代的新升華,也是 5G 賦能的重要領域?!?G+智慧教育”促進教育模式變革,推動教育體系重構,助力教育數字化戰略行動開展,有力支撐教育高質量發展,受到業界普遍關注,供給側和用戶側積極探索,技術和應用不斷創新。隨著“5G+智慧教育”融合持續深入,為研究最新發展情況,由 5G 應用產業方陣和中國互聯網協會共同組織,中國信息通信研究院聯合產學研用產業鏈主要單位,
4、編制“5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書。報告分析 5G 與教育融合的意義,梳理國內外“5G+智慧教育”的發展態勢,研究最新技術進展,歸納總結“5G+智慧教育”的典型應用場景,征集匯編各場景的代表性案例,繪制產業圖譜,并分析產業最新發展情況。本白皮書主要參編單位:中國信息通信研究院,中國電信集團有限公司,中國移動通信集團有限公司,中國聯合網絡通信有限公司,北京市教育委員會,北京市教育科學研究院,深圳大學,華僑大學,江南大學,華北電力大學,北京航空航天大學,國家開放大學,清華大學,北京郵電大學,江蘇金智教育信息股份有限公司,騰訊云計算(北京)有限責任公司,網易有道信息技術(北京)有限公司,北京
5、同方艾威康科技有限公司,訊飛幻境(北京)科技有限公司,長春吉大正元信息技術股份有限公司,華為技術有限公司,中興通訊股份有限公司,中教云智數字科技有限公司,北京微呼科技有限公司,廣東智慧教育研究院,北京世紀好未來教育科技有限公司,北京猿輔導線上學科培訓學校,北京愛學習博樂教育科技有限公司,上海松鼠云上人工智能技術有限公司,三盟科技股份有限公司,中關村互聯網教育創新中心,天立泰科技股份有限公司,山西云時代智慧城市技術發展有限公司,深圳市洲明科技股份有限公司,二六三網絡通信股份有限公司,樂跑體育互聯網(武漢)有限公司,北京京東方傳感技術有限公司 4 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 1.1 5
6、G 與教育融合的意義與教育融合的意義 隨著新一代信息通信技術的發展,智慧教育成為推動教育模式變革、促進教育質量提升的重要引擎,追求教育質量、公平、創新,注重個性化教育、能力全面培養已成為當今教育的共同主題。當前,在數字化轉型的背景下,我國的智慧教育發展仍面臨如下挑戰:一是新型教學模式和管理模式的不斷創新對網絡性能提出更高要求,虛擬仿真實驗/訓、全息課堂、智慧校園的安防升級和低碳環保等應用,需要更強的網絡靈活性和承載支撐能力。二是數據驅動的過程性教育評價仍待加強,目前教育評價以測試、考試成績等結果性評價為主,缺少對學生認知、行為、能力等多方面數據的采集,難以開展立體式綜合素養評價。三是隨著經濟發
7、展和國力提升,我國教育事業已取得重大進步,但是依然面臨著區域、城鄉、校際、群體之間的教育資源分配不均、以及數字鴻溝導致的教育發展不均衡發展等問題。5G 作為新一代信息通信技術的代表,已成為創新最活躍、跨界融合發展最廣泛,技術體系中最具活力和增長潛力的領域,5G 與教育教學深度融合,可以豐富智慧教育教學模式、教育管理、教學評價等內涵,能夠有效助力解決上述挑戰,對全面推動教育數字化轉型、支撐教育高質量發展具有重要意義。5G 豐富教育教學手段,提升教學效果。豐富教育教學手段,提升教學效果。5G 的大帶寬、廣連接、低延時特性,為增強現實(AR)和虛擬現實(VR)、4K/8K 高清直播、全息等技術手段融
8、入教學過程提供了有力的支撐。由 5G+AR/VR 等技術打造的互動教室,可以幫助學生更加直觀的觀察和理解有關理論,能夠在沒有風險的前提下進行危險物質的虛擬實驗;由 5G+4K/8K 等技術搭建的在線課堂,可以有效改善網絡延時卡頓、畫面不清晰等問題,為師生的在線交流和互動提供較好的體驗和便捷的手段;由 5G+全息技術實現的遠程教學,具有較強的臨場感、真實感和即時感,可以推動課堂教學模式的創新。5G 進一步豐富了教育教學手段,為學生帶來了情景化和沉浸式的學習體驗,能夠有效助力教學效果和教育質量的提升。5G 助力校園管理和服務,提升師生體驗。助力校園管理和服務,提升師生體驗。5G 可以打通校園網絡傳
9、輸方面的屏障,廣連接特性使“萬物互聯”的實現成為可能。借助于 5G、物聯網等技術,學校的網絡、硬件等各類基礎設施能夠全面升級,實現智慧感知、虛實融合的智慧教室等智能學習空間和教學環境。5G 技術可在視頻監控、校舍安全、校車管理、安消協同、環境監測、能耗監控、數字班牌、智能簽到和場館管理等方面發揮積極作用,打造自動、節能、綠色、安全的校園管理,師生、校內管理人員一、“一、“5G+5G+智慧教育”發展背景及現狀智慧教育”發展背景及現狀 5 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 可以獲得更好的網絡服務、計算服務、智能服務,帶來更豐富便捷的體驗效果。5G 促進教育評價改革,提高評價精準性。促進教育評
10、價改革,提高評價精準性。5G 與人工智能(AI)、大數據等技術結合,通過各類數據終端采集,對整個教學過程進行觀測和跟蹤,能夠記錄課內與課外、線上與線下、現實與虛擬等諸多場景中的學生痕跡和數據,并進行傳輸、保存和分析,實現對學生綜合素質的多維評價和全面考察。在 5G 技術加持下,基于視頻直播互動的遠程面試能夠打破時間、空間的限制,滿足疫情常態化需求,基于云計算、AI 等技術的云考場能夠實現考試全程有據可查,確??荚嚬?。5G 技術支撐的新型評價方式,能夠進一步助力教育評價方式的變革和創新,提高評價的智能化、個性化、客觀性和精準性。5G 優化資源分配,促進教育公平。優化資源分配,促進教育公平。5G
11、 在線教學、5G 雙師課堂、5G 全息投影等教學模式,為教育幫扶提供了新方法。5G 網絡的大帶寬、低時延等特性,能為偏遠地區學生提供畫面清晰、無抖動的學習資源,保障了學生享受優質教育資源的權利;通過 5G 網絡,可以幫助落后地區學校開齊開足國家規定課程資源,學生同步學習優質校本課程,教師也能借助 5G 網絡跨區域實時參與線上教研活動,從而促進教師專業發展,縮小教學質量差距,助力教育公平。1.2“5G+智慧教育智慧教育”國外發展現狀國外發展現狀 當前,全球多個國家和地區持續推進智慧教育建設,隨著 5G 在全球商用范圍不斷擴大,許多國家開始探索 5G 技術與智慧教育的結合。美國積美國積極嘗試極嘗試
12、 5G 技術在智慧教育多場景中的應用。技術在智慧教育多場景中的應用。Verizon、T-Mobile、AT&T 等基礎電信運營企業通過與學校合作、舉辦大賽、扶持初創企業、合作研發等多種方式,積極面向中小學、高校等不同學段開展多樣化嘗試。2019 年,Verizon 公司在俄亥俄州克利夫蘭的 Breakthrough SchoolsE Prep Cliffs 校區設立了全美首個 5G Verizon 創新學習實驗室,開展 AR/VR 在教育場景應用的實驗,并計劃在未來五年內增加 4 億美元的新投資,將 5G 帶到 100 所學校。Verizon 與紐約媒體實驗室合作舉辦 Verizon 5G E
13、dTech 挑戰賽,旨在利用 5G 技術提升學生專注力、開展教師培訓并滿足特殊學生群體的學習需求。同時,Verizon 設立 5G 孵化基地,對利用 5G 技術打造教育解決方案的初創企業進行培育,例如紐約大學未來現實實驗室的初創團隊就在此基地研發出開源的 AR 學習工具 ChalkTalk。T-Mobile 與堪薩斯大學合作,研發綜合利用 5G、AI 等技術的遠程護士培訓解決方案,涵蓋大學、實驗室、郊區診所及大型醫院不同培訓場景。從 2019年開始,AT&T 陸續與普渡大學、得克薩斯農工大學合作開發 5G 測試床,并在康涅狄格大學、6 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 邁阿密大學、田納西
14、大學諾克斯維爾分校等開展了 5G 技術教育場景的開發應用。2021 年,AT&T與知名 3D 和 AR 閱讀應用 Bookful 合作,共同推出基于 5G 網絡的大量 AR 童書,提升孩子們的閱讀體驗。盡管美國開展了多種“5G+智慧教育”嘗試,但是目前未在全美范圍內進行推廣和部署,還停留在介于初始規劃、試驗和部署之間,教育領域應用場景仍有限。韓國側重打造韓國側重打造 5G+AR/VR 的沉浸式和的沉浸式和 5G+AI 的交互式教育應用場景。的交互式教育應用場景。韓國在“5G+戰略”中針對教育和文化領域提出了(沉浸式教育)為地方和職業學校提供基于 5G、VR 和 AR 的遠程教育和培訓。在“5G
15、+智慧教育”實踐方面,韓國重點圍繞 5G+AR/VR 和遠程教育開展。2018年 12 月,韓國首爾延世大學宣布與電信公司 KT 合作推出全球首個 5G 演進網絡開放平臺,通過 5G 商業網絡連接延世大學首爾新村主校區和仁川松島國際校區,支撐師生開展基于 5G+AR的牙科治療和室內建筑設計等學科的研究和教學。2019 年,基礎電信運營企業 SK Telecom 與韓國陸軍學校合作,基于 5G 網絡打造智慧陸軍學校,將 5G+AR/VR 技術導入軍事訓練,提升訓練沉浸感。2020 年,SK Telecom 與光州教育廳合作,將采用 5G 網絡結合 AI 技術打造雙向交互式遠程教室,為光州 312
16、 所學校的 20 萬名學生提供 5G 交互式遠程教育服務。2021 年,韓國文化體育觀光部宣布將依托 5G 連接平臺,在 100 多所學校設立虛擬運動室,今后將使用虛擬運動室定期舉辦校際比賽。英國聚焦英國聚焦 5G 測試床研究以及測試床研究以及 5G+AR/VR 在多學段學校的應用探索。在多學段學校的應用探索。英國在下一代移動技術:英國 5G 戰略中,提出在教育領域重點發展 5G 支持的增強和虛擬現實應用程序,可以讓學生通過更加互動的方式以全新的方式學習。2019 年,布里斯托大學基于 5G 網絡,成功舉辦了連接倫敦音樂家和布里斯托音樂愛好者的音樂課,通過 5G 技術實現了兩地音樂合奏。202
17、0年英國考文垂大學采用沃達豐 5G 網絡,開展 5G+AR/VR 沉浸式教學,讓學生充分體驗交互式線上學習。2021 年英國首個 5G 沉浸式教室落戶蘇格蘭坎波諾爾德當地一所小學。其他主要國家也開始探索 5G 在校園中的應用。2018 年底,KDDI、三星和日本國際先進電信研究所合作,在東京一所小學實現了基于 5G 的超高清教學。2019 年 11 月,不列顛哥倫比亞大學聯合羅杰斯通信公司,打造了加拿大首個 5G 智慧校園,校園內的 5G 基站和邊緣計算數據中心支持師生進行 5G 應用測試。2020 年 9 月,加拿大滑鐵盧大學也與羅杰斯通信公司合作,開始建設 5G 智慧校園。7 “5G+智慧
18、教育”發展及產業圖譜白皮書 1.3“5G+智慧教育智慧教育”國內發展現狀國內發展現狀 政策支持引導,促進政策支持引導,促進 5G 等信息技術與智慧教育融合發展。等信息技術與智慧教育融合發展。國務院、教育部、工信部等多部門和地方政府分別從國家層面、部委層面和地方層面,持續出臺相關政策,促進 5G、AI、大數據等信息技術與教育深度融合,推動教育向更加公平、更高質量的方向發展。國家層面,2022年,二十大報告提出“深入實施科教興國戰略”、“加快建設高質量教育體系”、“推進教育數字化”。部委層面,2020 年 3 月,國家發改委、工信部印發關于組織實施 2020 年新型基礎設施建設工程(寬帶網絡和 5
19、G 領域)的通知,將“5G+智慧教育應用示范”作為 5G 創新應用提升工程重要方向。2021 年 7 月,工信部等十部門發布的5G 應用“揚帆”行動計劃(2021-2023 年)中將“5G+智慧教育”列為重點建設方向,探索典型應用場景,以提升教學、管理、科研、服務等各環節的信息化能力。同期,教育部等六部門聯合印發的關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見中明確提出,深入應用 5G、AI、大數據等新一代信息技術,充分發揮數據作為新型生產要素的作用,推動教育數字轉型,夯實智慧教育發展數字底座。地方層面,截至目前,全國 6 個地區(北京、天津、浙江、山東、河南、陜西)發布的教育信
20、息化“十四五”規劃,以及北京、上海、河北、四川等 25 個省、自治區和直轄市的教育發展“十四五”規劃,均明確對 5G 與教育融合進行部署,從加快 5G 等新基建建設、推進 5G 與校園網的深度融合等方面促進 5G 在教育領域的應用,其中天津、廣東、海南、重慶和云南等地的規劃中還明確提出了推動 5G+直播教學、5G 同步課堂、5G+虛擬實驗實訓等典型場景應用。我國我國 5G 發展秉持適度超前原則,網絡規模全球領先。發展秉持適度超前原則,網絡規模全球領先。工信部最新數據顯示,截至 2022 年底,我國累計建成開通 5G 基站總數達 231.2 萬個。全國所有地級市城區、縣城城區和 97.7%的鄉鎮
21、鎮區實現 5G 網絡覆蓋,已建成全球規模最大的 5G 網絡,成為全球首個基于獨立組網模式規模建設 5G 網絡的國家。我國 5G 商用三年來,中國電信、中國移動、中國聯通等基礎電信運營企業在 5G 上的投資分別達到 865 億元、3171 億元、736 億元,三年總投資共計 4772 億元。5G 加快與教育、工業、醫療、交通等多個行業融合賦能,5G 應用案例累計超過 2 萬個。通過競賽征集和試點培育,加快通過競賽征集和試點培育,加快“5G+智慧教育智慧教育”應用創新和規模發展。應用創新和規模發展。2021 年開始,已連續舉辦兩屆“綻放杯”5G 應用征集大賽首次設立“智慧教育”專題賽,賽事征集到的
22、智慧教學、智慧校園、智慧考試等 5G 相關的創新解決方案和應用實踐,涵蓋基礎教育、高等教育、職業教育 8 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 和校外教育培訓等教育類型,項目數量不斷增多,屬地呈現華東、中南地區引領,向西部地區擴散的態勢。2021 年 9 月,工信部與教育部聯合組織開展“5G+智慧教育”應用試點工作,遴選培育一批可規模復制的“5G+智慧教育”典型應用。試點充分調動了政產學研用各方力量,受到各級政府、學校和產業界高度關注和積極響應,全國共征集項目 1244 個,經過自主申報、地方推薦和專家評審等環節遴選出 109 個試點項目,涵蓋 5G+互動教學、5G+智能考試、5G+綜合評價
23、等多個方向。項目參與主體覆蓋學校、電教館、科研機構、基礎電信運營企業和科技企業等多種類型,呈現跨界協同創新特征。1.4 小結小結 國外國外“5G+智慧教育智慧教育”的應用場景和范圍有待拓展。的應用場景和范圍有待拓展。全球主要國家都重視將 5G 技術運用到教育領域,在推進基礎網絡建設的同時,開展了部分應用場景的科研和試用,但是目前大部分國家主要關注 5G+AR/VR、5G 遠程教學等有限應用場景,5G 在教育教學其他場景的應用有待探索。同時,大部分國家“5G+智慧教育”的應用范圍有限,以單校開展為主,覆蓋學校數量較少。我國我國“5G+智慧教育智慧教育”應用探索步伐快于國外。應用探索步伐快于國外。
24、目前我國 5G 網絡規模全球首位,我國企業聲明的 5G 標準必要專利數量蟬聯全球前列,5G 與行業融合程度不斷加深。我國教育規模全球領先,各地多所學校積極探索“5G+智慧教育”實踐落地,涌現出 5G 與“教、考、評、校、管”等教育重點環節結合的多樣化場景,5G 賦能教育的作用初顯。9 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 2.1 技術架構概述技術架構概述“5G+智慧教育”技術架構如圖 1 所示,分為橫向的智能終端層、網絡傳輸層、平臺數據層和業務應用層,以及縱向貫通的網絡和信息安全層。圖圖 1“5G+智慧教育智慧教育”技術架構圖技術架構圖 智能終端層作為與用戶交互的入口,提供多方位的數據采集和
25、多樣化的功能服務。終端層包括學生平板、智能黑板、可穿戴設備等多種感知終端,既是教育數據的采集入口,也是承載各種應用的載體,實現信息的匯總和展示。網絡傳輸層作為高速通道,架起各層之間信息實時高速傳輸的橋梁。5G 網絡通過公共網絡和校園專網的方式,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、安全的網絡服務。平臺數據層作為教育信息處理中樞,提供數據匯聚分析、智能終端管控和應用支撐等功能?;谠圃?、容器、機器學習等技術,實現對教育數據的存儲、處理和分析,并為 5G 應用提供AI、大數據、物聯網等能力輸出。業務應用層作為展示和交互環節,為學生、教師、教育管理者、家長等
26、用戶提供全方位、個性化的全流程服務。主要包括 5G+教育教學、考試、評價、校園和管理等應用場景,是 5G 與教育融合賦能的集中體現。二、“二、“5G+5G+智慧教育”技術發展情智慧教育”技術發展情況況 10 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 網絡和信息安全涵蓋從終端到應用各層,提供全方位的安全技術和管理能力?;诩用芩惴?、訪問控制、專網二次認證等技術,防范數據竊取、身份仿冒、隱私泄露等安全風險,保障“5G+智慧教育”解決方案的網絡安全、數據安全和師生隱私。2.2 終端層終端層 從使用場景和面向對象維度出發,教育智能終端主要分為學校機構級和個人消費級兩大類,種類多樣,功能豐富。學校機構級教
27、育終端主要包括教學平板、智慧大屏、智能黑板、VR 一體機、AR 眼鏡、高清直播設備、AI 攝像頭、全息設備等,用于學校和培訓機構線上線下的教、學、測、評、練等多個環節。個人消費級教育終端主要包括教育 PC、智能作業燈、詞典筆、掃描筆、教育電子紙、學習機、錯題打印機、手機等,提供學生日常的在線學習、查閱資料、整理錯題、快速查詞等多種功能。其中,掃描筆、書寫筆、學習機等教育智能終端具有較強的場景適配度,既可以用于學校機構,也可用于個人家庭學習。教育智能終端基本由“硬件+軟件+內容/服務”三大模塊構成,部分教育終端內嵌 Windows、Linux、android、IOS 等操作系統。由于終端形態各異
28、、支撐的功能場景眾多,涉及的技術也呈現多樣化,主要包括 AMOLED、OLEDoS、Micro-LED 等顯示技術,語音識別、機器視覺、手勢追蹤、人臉識別等感知交互技術,4K/8K 等超高清編解碼技術。多種技術快速發展,不斷促進教育智能終端的升級迭代,用戶體驗增強和功能提升。教育智能終端通過 5G CPE、5G 模組、USB Dongle、MiFi 等多種方式接入 5G 網絡,目前,由于 5G 芯片和模組價格較高、通用模組普適性好但功能冗余等原因,大部分教育智能終端尚未直接支持 5G,以 5G CPE 為主要接入方式,僅有平板、AR 眼鏡等少量終端集成了 5G 模組。未來,隨著 5G 模組價格
29、降低、應用門檻下降和“輕量化”5G RedCap 技術發展,支持 5G 接入的教育智能終端或將逐漸增多,催生更多“5G+智慧教育”的新產品、新應用,加速泛在學習環境構建,將通過多端聯動實現課內課外、校內校外場景無縫銜接,促進家校社緊密互聯。2.3 網絡層網絡層“5G+智慧教育”三種專網架構基本形成。第一種是基于公網切片的 5G 虛擬專網,通過 QoS和切片等技術,提供一張時延和帶寬等有特定 SLA 保障、與公網隔離的網絡,具備廣域跨省、業務加速、快速開通、業務隔離和成本低等特征,適用于小型學校。第二種是基于 UPF 下沉的5G 混合虛擬專網,通過多頻協同、超級上行、QoS 增強、無線資源預留、
30、DNN 等技術的靈活定制,提供一張帶寬增強、低時延、數據本地卸載的專有網絡,具備上下行帶寬增強、超低時延、11 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 數據不出場、覆蓋優化等特征,適用于對數據管控、時延要求高的學校。具體部署時,UPF 可部署于臨近校園的基礎電信運營企業機房內,根據客戶需求和業務特征,選擇獨享或與其他學校共享 UPF;也可將 UPF 直接部署于校園機房內,達到私有化部署,滿足數據不出校園的需求。第三種是端到端獨立部署的 5G 獨立專網,利用超級上行、干擾規避、5G 網絡切片和邊緣計算等技術,打造一張物理封閉、端到端高性能的專用網絡,可根據場景和業務特點,提供端到端全方位精細規劃
31、、設計、建設、維護及優化服務,具備超低時延、增強帶寬、數據不出場、高隔離、高安全等特征,適用于對安全、性能和自管理要求高的學校。目前,綜合考慮業務需求、成本、安全和建設周期等因素,大部分學校和教育機構普遍采用前兩種專網架構?;A電信運營企業推出了涵蓋上述三種類型的 5G 專網架構。中國電信推出了 5G 定制網,分為“致遠”、“比鄰”、“如翼”三種服務模式,如圖 2 所示,致遠模式是面向廣域優先型客戶提供的定制網服務模式;比鄰模式是面向時延敏感型客戶提供的定制網服務模式;如翼模式是面向安全敏感型客戶提供的定制網服務模式。中國移動推出了“優享”、“專享”、“尊享”三種模式,如圖 3 所示,優享網絡
32、提供數據不出教育專網、業務隔離和教育業務加速的網絡服務;專享網絡提供數據存儲不出校/區、無線網絡增強覆蓋的網絡業務;尊享提供數據流不出校、高安全、高隔離的專用網絡。中國聯通推出了“5G 虛擬專網”、“5G 混合專網”和“5G 獨立專網”三種模式,如圖 4 所示,5G 虛擬專網是基于聯通 5G 公網資源,提供與公網數據隔離的虛擬專有網絡;5G混合專網是以 5G 數據分流技術為基礎,構建的增強帶寬、低時延、數據不出園的基礎連接網絡;5G 獨立專網提供一張增強帶寬、低時延、物理封閉的基礎連接網絡。圖圖 2 中國電信中國電信 5G 定制網定制網“致遠致遠”、“比鄰比鄰”、“如翼如翼”組網架構組網架構
33、12 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 3 中國移動中國移動 5G 專網專網“優享優享”、“專享專享”、“尊享尊享”組網架構組網架構 圖圖 4 中國聯通中國聯通“5G 虛擬專網虛擬專網”、“5G 混合專網混合專網”、“5G 獨立專網獨立專網”組網架構組網架構 除了上述 5G 專網模式,面向師生在校內、本地和全國范圍無需 VPN 撥號,通過 5G 網絡訪問校內資源和公共互聯網的需求,基礎電信運營企業推出了雙域專網/融合專網,可通過基于ULCL 或 DNN 的方案實現校園內外網業務隔離和分流,為校園師生提供在校內、校外(含省內、國內漫游)“不換卡、不換號、無需設置”訪問校園內網和互聯網
34、的服務。具體部署時,分為共享型 UPF 和獨享型 UPF 兩大類。共享 UPF 方案架構如圖 5(a)所示,主要用于無特殊安全要求的校園,采用全?。ǖ厥校┕蚕?UPF 設備進行公私網分流,大網 2C UPF 作為主錨點和互聯網出口,地市建設 ULCL UPF 兼做輔錨點,通過數據專線與校園內網對接,實現校園專網用戶的數據分流。獨享型 UPF 方案架構如圖 5(b)所示,主要用于校園信息安全要求高、隔離要求嚴格、校園內網數據不能出園區等需求的學校,采用獨享型 UPF 入駐式部署到校園機房。13 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 5(a)共享)共享 UPF 方案示意圖方案示意圖 (b)
35、獨享)獨享 UPF 方案示意圖方案示意圖 目前,校園內存在光纖、專線等有線網絡和 WiFi、4G 等無線網絡,網絡類型多樣,然而這些網絡技術各有優勢和局限。有線網絡具備大帶寬、低時延、抗干擾性強等特點,存在缺乏移動性、建設周期相對較長的局限;WiFi 部署方便、成本較低,但覆蓋面積小、連接數低;4G 移動性強,但帶寬有限、時延較高。5G 網絡具備靈活性高、移動增強、大帶寬、廣連接等特點,通過與現有校園內其他網絡技術進行多網融合,能夠優勢互補,為師生提供高速、便捷、安全、無處不在、無感接入的校園網絡。未來,隨著 5G 網絡建設的持續推進,校園 5G 網絡覆蓋的廣度和深度將不斷增強,同時隨著 UL
36、CL 分流等技術不斷優化,雙域專網/融合專網帶來的用戶體驗也將持續提升。2.4 平臺層平臺層 隨著國家“互聯網+教育”戰略、教育信息化 1.0 和 2.0 等政策不斷推進落實,陸續建設了國家級、省市級的教育資源公共服務平臺、教育管理公共服務平臺和二者融合的“互聯網+教育”云平臺。各級學校也相繼建設了面向智慧教學、教研管理、教務管理等需求的校級云平臺。為深入實施國家教育數字化戰略行動,基于常態化疫情防控背景下線上教學的需求,國家智慧教育平臺于 2022 年 3 月正式上線并不斷升級,一期包含國家中小學智慧教育平臺、國家職業教育智慧教育平臺、國家高等教育智慧教育平臺、國家 24365 大學生就業服
37、務平臺;7 月進行了二期升級改版,新增了體育美育勞動教育、教育研修和研究生教育三大板塊,增設了考試服務、學歷學位和留學服務三大服務專區,并啟動了試點工作,從整省試點和分項試點兩個維度,將省級平臺與國家平臺進行對接。截至 7 月,國家智慧教育平臺的總訪客量達到了 4.3 億人,匯聚了3.4 萬條中小學資源、近萬門職教課程、2.7 萬門慕課、6.5 萬條高教資源和 1124 萬個就業崗位資源。上述平臺的建設離不開虛擬化、容器、云原生等云計算技術,數據庫、神經網絡、遺傳算法 14 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 等大數據技術,以及深度學習、知識計算、知識圖譜等 AI 技術的支撐。從構成模塊來
38、看,“5G+智慧教育”平臺層主要包括應用支撐平臺、教育數字中臺和數字資源平臺三大類子模塊,其中應用支撐平臺涵蓋教育 AI 能力平臺、物聯能力平臺、教學支撐平臺等,數據中臺包含數據標準管理、主數據管理、數據質量管理、數據交換共享、數據挖掘分析等,數字資源平臺囊括教學資源庫、數字圖書庫、科研資源庫等。平臺各子模塊“各司其職”、有機結合,共同支撐上層多種業務應用的開展。例如,教育 AI 能力平臺圍繞 AI 模型和算法提供數據標注、模型訓練、模型推理等能力。物聯能力平臺提供校園各種聯網設備的監測、調節、調度等管控能力。隨著智慧教育的快速發展,教育數據的規模激增,數據類型也更加多樣化,涵蓋結構化數據、半
39、結構化數據、非結構化數據等多種類型,帶來了數據管理、共享等挑戰。教育數據中臺解決數據難打通、數據資產難運營、數據價值難釋放等問題,幫助學校及教育主管部門打造數據資產,并向應用層提供敏捷的數據開放能力。教學資源庫匯聚了多學段、多學科、多學期的內容資源,包括文本、音頻、動畫、微課、AR/VR 資源等多種類型,為智慧教學應用的開展提供基礎資源。未來,隨著教育數字化轉型升級的持續推進,各級各類的教育平臺將加強互聯互通,有力促進公共數字教育資源體系和教育治理公共服務體系建設,不斷擴大優質資源共享范圍,提升服務有效供給能力。2.5 應用層應用層 5G 與“教、考、評、校、管”教育重點環節融合,催生了多種新
40、興應用場景。教學環節,5G+高清直播互動課堂、5G+雙師課堂、5G+虛擬仿真實驗/訓等應用為廣大師生打造遠程互動和沉浸式學習環境,增強課堂生動性和豐富性,擴大優質教育資源共享范圍,提升學生學習主觀能動性和實際動手能力,促進教學質量提高??荚嚟h節,5G+智慧考務、5G+云考場等應用可提升考前、考中和考后各環節的智慧化和可視化程度,支撐大規模在線考試的便捷開展。評價環節,5G+學生學習情況評價、5G+體質健康評價等應用可構建全面、客觀的師生綜合評價體系,推動評價的過程化、立體化和精準化變革。校園環節,5G+平安校園、5G+綠色校園等應用可實現校園設備的互聯互通,打造更加安全、節能、便捷的校園環境。
41、管理環節,5G+區域教育管理基于教育大數據采集匯聚,有效提升區域教育監管、服務和評估等的成效。應用層與用戶交互方式多樣,多屏聯動發展態勢明顯。目前,教育網站、教育 APP、小程序、教育智能終端等入口為用戶提供云端或本地教育資源訪問、教育信息分析展示、教育服務對接等多種功能。隨著終端互聯互通技術的發展,電腦、平板、手機、投影儀、電視等多種教育應用入口的多屏聯動不斷加速,實現以用戶為中心的資源便捷訪問。15 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 隨著信息化技術不斷發展,“5G+智慧教育”應用呈現智慧化、個性化、泛在化發展趨勢。智慧化方面,各應用場景的智能化水平日益增強,功能豐富度和性能不斷提升,
42、校園管理將逐漸降低人工依賴,向自主運行方向發展。個性化方面,AI 智能算法、知識圖譜等技術持續發展,促進學生畫像、定制化資源推送、教學精準化等進一步成熟,打造千人千面的個性化應用。泛在化方面,“5G+智慧教育”的應用范圍逐步擴展,應用場景持續挖掘,有力支持無邊界學習環境構建,助力教育泛在化開展。2.6 網絡和信息安全網絡和信息安全 5G 網絡為智慧教育帶來了從網絡接入到應用場景各層級新模式,同時也為智慧教育的網絡和信息安全保護提供了新手段,帶來了新需求。圖 6 展示了“5G+智慧教育”各層的網絡和信息安全需求,主要分為兩類,一類是傳統的網絡信息安全需求,如應用數據安全、用戶身份認證、平臺接入安
43、全、移動終端安全等,這些需求在 5G 網絡環境中會有不同的條件和解決手段;另一類是應用 5G 后產生的新場景新需求,如專網二次認證、網絡切片隔離等。針對上述需求,由多樣化的安全技術構建立體防護體系進行保障,本文重點介紹各層具有典型性和獨特性的網絡信息安全技術。圖圖 6“5G+智慧教育智慧教育”各層存在的網絡信息安全需求各層存在的網絡信息安全需求 終端層的核心需求是需要終端設備具備身份認證、數據加密、完整性驗證等安全能力基礎支撐,即終端設備需具備密鑰存管和密碼運算的基礎設施。對于 5G 教育終端而言,主要有 5G超級 SIM 卡、終端密碼模塊可以滿足該需求。針對集成 5G 芯片模組的教育終端,基
44、礎電信運營企業和芯片卡廠商結合 5G 技術特性和需求,對 SIM 卡進行了升級迭代,產生了各方面能力更強的超級 SIM 卡。通過在硬件層增加 SWP 接口、在 COS 層提供 SUCI 和 GBA 支持、在應用基礎能力層提供統一 API 等,5G 超級 SIM 卡能夠加密傳輸用戶永久標識 SUPI,并使 5G 終端設備具備加解密、簽名驗簽、電子印章等密碼安全能力。終端密碼模塊主要針對未內置硬件安 16 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 全芯片、通過 CPE 等方式接入的教育終端,基于軟件算法實現,可滿足終端設備在“5G+智慧教育”各場景中證書、密鑰使用安全需求。網絡層的核心需求主要是網絡
45、接入安全和網絡訪問安全。應用 5G 后,除了傳統的 VPN、安全網關、防火墻等技術外,網絡層還可針對 5G 網絡特點采用 5G 二次認證、零信任等安全技術。面向高安全保密需求的教育場景,除了通過移動網絡的主認證鑒權,通常還需通過數據網絡二次認證,包括安全網關、VPDN、5G SA 二次身份認證等方式,其中 5G SA 二次認證是國際標準協議里規定在 SA 組網模式下使用的認證方法,認證過程以基礎電信運營企業負責為主、用戶參與為輔。原有教育網絡與 5G 網絡融合后,網絡結構復雜度上升,原有邊界防護遇到挑戰,如“5G+智慧教育”多個場景中存在終端通過 CPE 接入 5G 網絡,導致難以通過 SIM
46、 卡驗證終端標識身份合法性,“永不做預設信任”的軟件定義邊界 SDP 零信任組網技術可有效應對上述挑戰。平臺層和應用層承載海量數據和眾多業務,涉及多種安全技術,此處重點介紹作為安全能力基石的密碼應用支撐體系,以及對于智慧教育中數據保護具有重要意義的隱私計算技術。作為保護網絡與信息安全的重要手段,密碼在智慧教育系統的身份識別、安全隔離、信息加密、完整性保護和抗抵賴等方面發揮著不可替代的重要作用。引入 5G 網絡后,“5G+智慧教育”密碼應用支撐體系應從密碼資源、密碼支撐、密碼服務等方面進行統一規劃設計,增加移動 CA、RA系統以及移動終端管理系統。海量教育數據有力支撐多種教育應用開展,隨之帶來的
47、問題是如何在數據采集、傳輸、計算、存儲中保障師生的數據和隱私安全。隱私計算可在保證數據不泄露的前提下開展隱私集合求交(PSI)、隱私信息檢索(PIR)、聯合建模、聯合預測等數據運算,最終達成在保護參與者隱私前提下,利用數據開展如學生綜合評價、個性化教學、AI 監考等智慧教育應用。隨著“5G+智慧教育”的不斷發展,所需的網絡和信息安全技術將有以下發展趨勢:一是輕量化,5G 教育終端的形式將更加豐富,大量終端小型化,需要輕量化的安全技術確保終端得到有效防護。二是異構化,“5G+智慧教育”中無論硬件、軟件、網絡均廣泛存在異構情況,相應的安全技術也需隨之具備異構化的適應能力。三是全程化,5G 網絡讓教
48、育連接隨處可及,安全技術應伴隨用戶行為和數據流動全流程,更加強調全程、持續、動態。四是智能化,隨著安全大腦等技術發展,安全技術的智能化水平不斷提升。17 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 3.1 5G+智慧教學智慧教學 3.1.1 5G+超高清直播互動課堂超高清直播互動課堂 當前我國不同地區、城鄉之間的教育水平存在差異,教育資源分布仍不均衡,借助信息化手段的在線互動教學能夠助力擴大優質資源共享范圍,同時持續的新冠疫情加劇了線上教學的需求。5G+超高清直播互動課堂充分利用 5G 網絡的超高速、高可靠、低時延的特性,結合 H.265等超高清視頻編解碼技術,可以實現 4K 及以上畫質、100m
49、s 以內延時、音視頻完全同步的在線互動。通過部署融合常態化直播/錄播互動教學、視頻會議等諸多功能的全互動終端、集成跟蹤功能的 4K 云鏡攝像機、無線拾音設備和音響等核心設備,綜合利用 5G MEC、4K/8K 超高清視頻編解碼、云計算等技術,5G+超高清直播互動課堂可以有效解決超高清視頻傳輸過程中的卡頓、丟幀和音視頻異步等現象,支持師生間、生生間的實時交互反饋,大幅提升師生在線教學的臨場感和課堂體驗。超高清直播互動課堂對超高清直播互動課堂對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+超高清直播互動課堂(按 35 人/班計算,4
50、K 高清)100Mbps 100Mbps 100ms 代表性案例:代表性案例:5G+超高清直播互動課堂超高清直播互動課堂-騰訊會議在北郵、吉大的落地實踐騰訊會議在北郵、吉大的落地實踐 騰訊為多所高校提供了以騰訊會議教育版為基礎,結合 5G 技術,連通教務教學的 5G+超高清直播互動課堂,滿足后疫情時代線上線下混合式教學、畢業答辯、學術交流等需求,有效支撐北京郵電大學、吉林大學等高校規?;_展 5G+超高清線上及混合式教學。技術方面,項目利用北郵和吉大的 5G、F5G 校園網絡和騰訊會議教育版搭建超高清課堂,騰訊會議教育版采用基于 Opus 編解碼器的 RTP 流媒體傳輸、帶內 FEC+PLC
51、等核心技術,有效降低超高清教學音視頻端到端延時,優化大并發情況下的上下行帶寬,確保視頻流丟包 70%情況下教學 PPT 畫面不花屏不卡頓、音頻流丟包 80%情況下師生語音互動仍然流暢。應用成效方面,有效解決了高校大規模線上教學、跨校區遠程教學、實時互動等難題,2021 年初北郵完成教學云平臺與騰訊會議教育版對接,截至 2022 年 6 月,直播課程 616 門、14705 節次,上課 59萬人次;吉林大學自 2022 年初使用騰訊會議教育版開展線上教學,668 間教室全部支持常態化三、“三、“5G+5G+智慧教育”典型應用場景智慧教育”典型應用場景 18 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書
52、 直錄播,超 3 千余門課程實現線上線下混合式教學,覆蓋近 5 萬師生。創新性方面,一是采用先進音視頻編碼和壓縮技術,解決 5G+超高清直播互動教學授課高峰期網絡擁堵問題;二是與學校教育教學系統對接,實現課表同步、一鍵實名上課等功能,提升線上教學體驗;三是支持實時巡課,提供線上課程課后報告、教學資源沉淀等功能,加強校園混合式教學管理精細化與高效化。圖圖 7 5G+超高清直播互動課堂技術架構圖超高清直播互動課堂技術架構圖 圖圖 8(a)北郵線上教學平臺)北郵線上教學平臺 (b)吉大線上線下混合式吉大線上線下混合式 C 語言編程課語言編程課 3.1.2 5G+雙師課堂雙師課堂 當前,偏遠地區的教學
53、點、區域內的薄弱校與優質校之間的教學水平、師資力量仍存在差距,廣大師生對優質教學資源的需求旺盛,針對此需求,雙師課堂孕育而生。5G 具備大帶寬、低時延等特性,能夠有效升級雙師課堂,實現靈活部署和高清視頻高速傳輸。5G+雙師課堂綜合利用 5G、云計算、CDN 等技術,通過 5G 網絡緊密連接主講教師和多個聽課教室的輔助教師、學生。主講教師通過一面屏幕實現 1:1 二維人像,以模擬真實課堂教學場景的授課形式。輔助教師在課堂上配合主講教師,開展維持課堂基本授課秩序、一對一答疑、針對性輔導、查漏補 19 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 缺、鞏固練習等課堂服務,學生通過答題器參與課堂互動問答,不
54、僅活躍了課堂互動,系統的即時統計還能讓授課教師快速掌握學生接收知識的總體實時情況。隨著 AI 技術的發展,出現了線上主講教師在部分授課環節引入 AI 虛擬教師,乃至部分課程采用 AI 虛擬教師替代線上主講教師的新型 AI 輔助型 5G+雙師課堂。AI 虛擬教師提供動畫特效、操作指導等講解,與真人教師合理分配教學任務,結合反饋的學生學習數據適時調整教學進度。5G+雙師課堂有效擴大優質教育資源共享范圍,幫助學生便捷獲得線上學習服務,推動教育均衡發展。雙師課堂對雙師課堂對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場應用場景景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+雙師課堂(按 35
55、人/班計算,4K高清)100Mbps 100Mbps 100ms 代表性案例:古藺縣代表性案例:古藺縣 5G+雙師課堂創新實踐項目雙師課堂創新實踐項目 中國移動四川瀘州分公司聯合古藺縣教體局、移動政企客戶分公司在古藺縣建設 5G+雙師課堂,目前已建成主播教室 40 間、聽課教室 128 間,形成 36 個共享課堂協作共同體,并引入優質教育資源,構建起以縣、鄉鎮、村三級互聯互通的數字化教育平臺,覆蓋古藺縣師生超 13萬人,促進優質教育資源均衡。技術方面,項目利用 5G 網絡+邊緣計算等新技術構建構云網端一體化架構,主講教室前后方各部署一臺 4K 非云臺攝像機,采集師生全景及特寫畫面,并部署高保真
56、全向拾音器、4K 電視機、交互式一體機等設備,提供全場聲音采集、遠端教室畫面顯示、課件同步等功能,智能跟蹤導播系統實現非云臺虛擬跟蹤定位、身高自適應及畫面自動切換,主講教師和遠端學生可進行音視頻完全同步的一對一實時互動。應用成效方面,5G 網絡保障雙師課堂的各終端之間音視頻流暢、直播互動順暢,將課堂效率提升 10%以上,該項目實現多個邊遠山區校點的 5G 網絡100%覆蓋,中心校帶偏遠校及省外名師同步課堂引入,保障教學點在音樂、美術、英語等師資短缺情況下開齊開足開好國家規定課程,助力鄉村教育可持續發展。項目建設應用模式已在 15個省份、37 個縣市得到推廣。創新性方面,一是采用自主研發的新一代
57、圖像跟蹤導播技術系統,通過非云臺的高清攝像機進行跟蹤,具備超大并發能力,可實現 800 所學校同時雙向互動;二是建立起教育資源三級傳遞模式,通過“鄉鎮中心校帶動教學點”、“城區學校帶動農村學?!?、“優質校帶動薄弱?!贝蛟於喾絽f同育人模式。20 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 9 古藺縣古藺縣 5G+雙師課堂基本架構雙師課堂基本架構 圖圖 10 5G+雙師課堂多方互動雙師課堂多方互動 3.1.3 5G+AR/VR 沉浸式教學沉浸式教學 傳統的課堂教學以板書、PPT、紙質教材等 2D 媒介為主,難以展示太空環境、地殼構造等抽象的學習內容。5G+AR/VR 沉浸式教學通過 5G 技術將
58、 AR、VR、3D 等數字內容融入到教學環節,提供豐富的沉浸式課程資源,將抽象的概念、日常無法觀察到的現象和用語言難以講解描述的內容直觀形象地展現在學生眼前。通過 AR/VR 技術,將平面知識進行立體化、實景化展示,全面調動學生的視覺、聽覺等多種感官,為學生打造高度仿真、沉浸式的學習場景,提升課堂的趣味性和生動性,助力學生認知和理解相關知識。5G+AR/VR 沉浸式教學綜合利用云計算、5G 云端渲染、邊緣計算等技術,實現 AR/VR 應用的渲染、展示和控制,將存儲在云端的 AR/VR教學內容通過 5G 網絡實時高速傳輸到頭顯、一體機等顯示終端,有效解決了傳統移動方案中AR/VR 內容傳輸速率低
59、和時延長的問題,適用于地理、天文、生物、機械、能動等多個學科。AR/VR 沉浸式教學對沉浸式教學對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 21 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 5G+AR/VR 沉浸式教學(按35人/班級)1Mbps/路 50Mbps/路 50ms 代表性案例:跨組織協同代表性案例:跨組織協同“智能工廠智能工廠”實踐教學場景實踐教學場景 哈爾濱工程大學以“智能工廠”為切入點,聯合黑龍江聯通、華為、中船重工第 703 研究所和西門子在學校龍江工程師學院打造跨組織協同的 5G+AR/VR“智能工廠”實踐教學應
60、用,目前已同 703 所開展“軸承拆裝”遠程實踐教學,下一步將擴展到西門子,助力培養“數字化+優勢專業”的復合人才。技術方面,項目依托聯通云聯網構建跨地域“5G+MEC”的校園廣域移動專網,并與校園網融合打通,校園側通過下沉 5G MEC 實現本地業務分流,企業側連通 703 所和西門子,利用 5G、數字孿生和 MR 等技術,開發再現工業企業數字化全流程、模塊化工程設計、產品仿真驗證等模式的虛擬實踐平臺,基于平臺開展跨組織協同“智能工廠”實踐教學授課。應用成效方面,構建了校企 5G+虛實融合的進階式實習實踐模式,學生可通過 MR 眼鏡對“軸承拆裝”等虛擬裝配全過程進行 3D 觀察與操作,同時整
61、個過程投送到大屏供其他學生實時觀看,幫助學生直觀理解實際工程應用場景,提高了專業學位研究生解決工程實際問題的能力,形成跨組織協同聯合培養卓越工程師的組合效應,為打破跨組織協同教學場域限制、產教融合等提供有效實施路徑。創新性方面,一是構建跨地域“5G+MEC”的校園廣域移動專網,與企業聯建“虛實融合”的新型數字孿生教學體系,實質性提升和改善虛擬環境學習體驗;二是利用“5G+MR”等新技術與實踐教學深度融合,推動專業學位實習實踐模式改革,推廣校企雙師型教學、案例沉浸式教學,形成多主體相融合的一體化校企聯合培養新路徑。圖圖 11 跨組織協同跨組織協同 5G+教學實踐場景架構教學實踐場景架構 22 “
62、5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 12 跨組織協同跨組織協同“智能工廠智能工廠”實踐教學實景實踐教學實景 3.1.4 5G+虛擬仿真實驗虛擬仿真實驗/訓訓 不同學段的實驗/訓教學均面臨難點:在中小學、高校的實驗教學中,對于具有高危險、高成本、難操作和抽象性等特性的實驗難以通過傳統手段開展,限制了實驗教學范圍且影響教學效果。職校、高校的傳統實訓教學存在“三高三難”(高投入、高難度、高風險,難實施、難觀摩、難再現)等難點和痛點問題,導致大量實訓環節難以有效開展,學生實訓效果不佳。5G+虛擬仿真實驗/訓面向中小學、職校、高校人才培養需求,基于“5G+云計算+XR”技術,通過 5G 網絡將
63、AR/VR 一體機、眼鏡、桌面式等 XR 智能終端,高速連接至集“云渲染+豐富實驗/訓內容+高效教學管理”于一體的虛擬仿真實驗/訓云平臺,實現高清、流暢、強交互的實驗/訓模式。采用 5G 云渲染和云流化技術,能夠將復雜運算渲染等放在云端,極大地降低終端復雜度和性能要求。5G 的大帶寬、低時延等特性,支持虛擬仿真內容資源的云端存儲和調用,將終端無繩化、圖形渲染實時化,實現內容統一分發和快速響應。此場景可為學校多個專業群提供“內容編輯+內容庫+教學管理+環境建設”四位一體的端到端解決方案能力,升級不同學段的虛擬仿真實驗/訓教學模式,對于中小學,可使抽象的內容形象化、微觀的內容可視化,幫助學生理解,
64、提升學習趣味性,激發學習興趣;對于職校,可建成對接真實生產環境的實訓新基地,加強學生動手和實踐能力培養,助力專業人才培養;對于高校,可建成面向多專業的虛擬仿真教學資源庫,加強資源共享,為師生帶來全新的沉浸式教學和學習體驗。虛擬仿真實驗虛擬仿真實驗/訓對訓對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+虛擬仿真實驗/訓(按 35 人/班級)30Mbps/路 100Mbps/路 20ms 23 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 代表性案例:電子科技大學代表性案例:電子科技大學 5G+虛擬仿真實驗項目虛擬仿真實驗項目 電子科技大
65、學聯合中移四川成都分公司、中移(成都)信息通信科技公司打造 5G+虛擬仿真實驗平臺,基于覆蓋沙河校區、清水河校區的 5G 雙域專網,建設涵蓋 14 個學院的虛擬仿真實驗課程,為超四萬名師生提供課程服務,助力高校人才培養、科學研究與成果轉化,建設模式已在四川大學、西華大學等川內高校進行推廣。技術方面,項目部署了基于 ULCL 方案的 5G 雙域專網,便于師生隨時隨地接入,部署了基于 iGW 的教育邊緣云平臺,采用 5G+云渲染方式搭建虛擬仿真實驗平臺和實驗室環境,同時提供 2D/3D 資源實時渲染能力,引入 XR 交互式內容編輯軟件及實時三維開發引擎軟件,打造“中心 XR 云平臺+邊緣云渲染”強
66、交互類高校虛擬仿真實驗解決方案。應用成效方面,極大降低網絡訪問時延,實現校內外流暢訪問校內資源,經測試,5G 雙域專網的校內外時延最高分別為20ms 和 37ms;目前虛擬仿真實驗課程已覆蓋 14 個學院的 12 類學科,滿足裝備制造、醫藥衛生、電子信息等專業的實操人才培養需求,并預留第三方系統數據共享接口,便于接入授權的第三方資源。創新性方面,一是建設 2B2C 的 5G 雙域專網,不新增 DNN 和號卡,師生可快速無感知訪問校園網和公網;二是實現 XR 系統跨平臺、跨終端應用,實時云渲染服務系統智能調度分配 GPU 算力資源,通過網絡優化以及擁塞控制算法,輕量化的泛終端以超低延時的交互方式
67、訪問云端應用,擺脫對終端硬件性能的依賴。圖圖 13 電子科技大學電子科技大學 5G 虛擬仿真實驗平臺架構示意圖虛擬仿真實驗平臺架構示意圖 24 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 14 電子科技大學虛擬仿真實驗平臺教學資源展示圖電子科技大學虛擬仿真實驗平臺教學資源展示圖 3.1.5 5G+全息課堂全息課堂 在線學習時,學生只能通過音視頻聽教師講課,缺乏線下學習的臨場感,導致在線教學與線下教學存在效果上的差異。5G+全息課堂可以將名師按 1:1 真人還原傳送到不同教室內進行授課,讓遠程的學生身臨其境和名師面對面交流。除直播互動教學外,基于全息材料和全息影像,可以進行虛擬場景和真實場景的
68、疊加,把抽象的知識具象化,并進行 360 度展示,獲得更好的教學效果。5G+全息課堂構成主要包括全息采集端、全息顯示端、全息服務器三部分。全息采集端指在標準的綠幕攝影棚內,搭配全息服務器進行攝像,設置簡便,并可根據環境需求,移至其他教室或場地。全息顯示端使用擁有專利技術的特殊涂層網格作為屏幕材料,搭配高亮度、4K 投影設備,全息服務器將采集端圖像通過全息方式呈現到本地。全息服務器提供多點、多路全息直播服務,可以實現主講教室與聽講教室的雙向直播連接。5G+全息課堂可營造出裸眼 3D的全息效果,帶來全方位立體化的沉浸式教學體驗,可廣泛應用于互動教學、思政教育、校慶活動等場景。全息課堂對全息課堂對
69、5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+全息課堂(按 2路 4K 視頻/班級)80Mbps 80Mbps 100ms 代表性案例:上海市盧灣高級中學和遵義市第五中學以代表性案例:上海市盧灣高級中學和遵義市第五中學以 5G+全息技術為依托的黨史思政互全息技術為依托的黨史思政互動課堂動課堂 25 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 2021 年 3 月,中國聯通上海分公司聯合聯通數科,支撐上海市盧灣高級中學及貴州省遵義市第五中學開展“上海遵義兩地中學生 5G 全息學黨史思政專題課”,以紅色資源為線索、以 5G+全息技術為依托
70、,通過 5G 網絡在全息顯示端上立體投影中共一大、遵義會議等會址和教師影像,創新黨史教育形式,讓師生身臨其境,讓課堂充滿科技感。技術方面,項目采用 5G+邊緣計算技術,主講教室通過攝像機、綠幕、服務器等設備搭建攝影大棚,聽課教室通過投影機、全息顯示屏、服務器等設備搭建全息舞臺,主講教室和聽課教室采用 5G 高速通信網絡,將軟件編碼視頻流雙向傳輸,實現兩端教室的遠程教學互動和實時溝通。應用成效方面,作為全國首次將“5G+全息技術”和黨史思政教育結合的實踐案例,拓展了5G+教育的應用場景,展示了全息技術用于互動教學的優勢,促進技術與教育的融合,讓傳統的黨史教育變得更加生動鮮活,豐富了思政教育的內容
71、和開展方式,提升了師生體驗效果,受到了多家媒體的關注和報道。創新性方面,一是采用云端多點全息顯示技術,支持多地同步參與教學,滿足多方師生同時參與互動教學的需求;二是全息系統具備便捷移動性,部署方便,可快速搭建教學環境,同時通過全息圖像 1:1 比例重建教師真人效果,能夠增強教學臨場感。圖圖 15 5G+全息系統架構圖全息系統架構圖 圖圖 16 會址和教師全息影像會址和教師全息影像 3.1.6 5G+在線泛在學習在線泛在學習 26 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 疫情的常態化防控推動了在線學習的發展,學校/機構級、區市級、省級和國家級等在線學習平臺大量涌現,在線學習資源豐富。在傳統在線學
72、習基礎上,5G 的大帶寬、低時延、廣連接等特性有力升級學習體驗,通過 5G 網絡,學生可通過學習機、學生平板、智能手機等學習終端便捷高速地訪問在線超高清教育資源,構建無邊界泛在學習環境。結合云計算、大數據等技術,5G+在線泛在學習通過多終端進行課程內容、筆記同步、教師評價、作業點評、課程推送等數據采集獲取以及結果快速輸送,基于知識圖譜和數據分析自動呈現學情報告,并持續進行個性化內容資源推送,來滿足學生的個性化學習與提升需求,助力翻轉課堂、混合式教學等教學方式開展,實現任何時間、任何地點均可進行在線學習。在線泛在學習對在線泛在學習對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行
73、速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+在線泛在學習 10Mbps 20Mbps 300ms 代表性案例:寧夏中小學數字教材資源與服務項目代表性案例:寧夏中小學數字教材資源與服務項目 中教云智數字科技為寧夏打造中小學數字教材資源與服務平臺,項目覆蓋寧夏全區 5 個地市義務教育階段 1500 余所學校,為 6.5 萬名教師、114.5 萬中小學生開通數字課程教材云平臺賬號,為廣大師生提供正版數字教材和數字資源,促進在線泛在學習開展,項目經驗推廣至河北、浙江、重慶等多個省市。技術方面,在 5G 支持下,學生可隨時通過多種學習設備開展多樣化形式學習,在虛實空間中,完成集體學習、小組合作學習、
74、獨立學習等不同形態的學習活動,平臺實時記錄學生學習軌跡,匯總學科分析報告,結合知識圖譜、大數據等技術,分析學生學習情況,并設定個性化學習計劃,推薦個性化的動態學習路徑,提升學生學習自主性,培養良好學習習慣。應用成效方面,項目以正版數字教材為核心,確保學習內容權威專業,以海量數字資源為輔助,確保學習內容豐富多樣,借助 5G 網絡,學生可隨時接入平臺進行學習,通過精準刻畫學生知識掌握情況,實現學習路徑規劃和學習資源個性化推薦,并不斷豐富在線學習工具種類和智能服務范圍,提升學生學習體驗。創新性方面,一是建立起數字資源質量標準和技術標準,對納入數字資源體系的多種學習資源進行規范,切實保障資源質量;二是
75、提升數字資源智能化服務水平,結合學生興趣愛好、認知條件等,記錄并分析學生學習軌跡,形成專屬學習報告,為學生推送適配的學習資源。27 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 17 5G+在線泛在學習體系圖在線泛在學習體系圖 圖圖 18 學生開展在線學習學生開展在線學習 3.2 5G+智慧考試智慧考試 3.2.1 5G+智慧考務智慧考務 考試的組織與實施關乎公平公正,關乎考生切身利益,如何提升考務管理水平、保障考試公平公正,一直以來都是各級教育主管部門和學校致力解決的重大問題。5G+智慧考務基于 5G網絡,提供智能考務管理系統和考試指揮中心與高清攝像頭、移動考務終端等智能考務設備的高速連接,
76、在身份認證、試卷流轉、網上巡查等考試組織實施各環節,通過 5G 快速采集和傳遞信息,并對考風考紀進行實時監控:考前,基于 5G 和物聯網實現移動智能終端考生報名信息采集,通過 5G 網絡高速傳輸,對考生的身份證信息、報名身份信息和現場采集信息進行三重比對,核驗考生身份信息;考中,通過在考場部署高清攝像頭,收集、整理音視頻等非結構化數 28 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 據,結合 5G 網絡大帶寬、低時延特性,隨時隨地通過高清視頻進行實時監考及巡考,分析考生異常行為,防止作弊等情況出現,支撐對突發事件進行實時指揮、事后追溯??己?,5G 網絡支持高并發的智能線上閱卷,結合 AI、OCR
77、等技術,實現輔助智能批改。同時,5G 網絡還可實現試卷押運、流轉等全過程的跟蹤管理和全流程數據可視化。5G+智慧考務有效提升考務管理工作效率,實現考試過程透明化,促進考試公平公正。智慧考務對智慧考務對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+智慧考務 10Mbps/路 4Mbps/路 50ms 代表性案例:廣東省代表性案例:廣東省 5G+考試智能綜合系統考試智能綜合系統 中國電信廣東分公司聯合中數通公司打造覆蓋廣東省的 5G+考試智能綜合系統,服務于高考、成人考試、自考等重要考試。項目從 2019 年建設以來,已累計開通 5
78、50 張 5G 卡,用于運卷車、移動手持終端、應急隔離考場設備和應急智慧調度設備,并開通 544 條云專線,視頻云存儲達到 2.8PB。技術方面,項目采用基于 5G 的智能考務一體化解決方案,根據考點類型和移動場景采用云專線+5G 接入混合組網,部署邊緣計算節點,搭建全省統一的考務綜合管理平臺,結合 5G+邊緣云 AI 智能分析,實現試卷押運監管、5G+隔離考場、防弊防控、身份驗證、AI 智能巡考、應急指揮調度等八大業務場景的創新應用。應用成效方面,針對全省考點分散、試卷運輸監控覆蓋不到位,應急隔離考場標準化部署響應慢等痛點,項目通過 5G+云網覆蓋,實現全省運卷車全程實時監控,連續 4 年運
79、卷無安全事故;考中通過 5G+高清攝像頭,實現小時級的標準化應急考場部署,助力全省上百個應急考點部署,并通過 5G+AI 實現智能監考;考后快速上報考務數據,通過 5G+云視頻會議應急指揮調度,實現省-市-縣-學校四級聯動指揮,提升決策扁平化程度。創新性方面,一是圍繞考務全環節,構建覆蓋多場景的綜合型解決方案,通過一門戶三中心建設,動態管理五大數據流,為四級考務機構提供服務,實現全省教育考試全局統一指揮、全程分級管理和全域實時監控;二是在疫情常態化防控下,通過 5G 網絡接入、5G 網橋實時備份,小時級搭建隔離考場,保障考生應考盡考。29 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 19 廣
80、東省廣東省 5G+考試智能綜合系統架構圖考試智能綜合系統架構圖 圖圖 20 部分業務場景:試卷押運監管、部分業務場景:試卷押運監管、5G+隔離考場隔離考場 3.2.2 5G+云考場云考場 為解決異地參加線下考試耗時長、成本高等痛點,以及滿足疫情防控常態化情況下大規模遠程考試的旺盛需求,5G+云考場綜合利用 5G、云計算、高清音視頻等技術,通過在線云考試平臺,結合線下考試艙、雙機位監考等配套考場設施,實現藝考、研究生入學等考試的大規模、智能化遠程開展。利用 5G 網絡打通在線考試各環節,考前通過人臉識別,核驗考生資格,確保本人進行考試;考中通過高清音視頻高速傳輸,實現考生與考官的實時互動,最大程
81、度還原線下考試現場,同時基于“雙機位監考”、“防縮屏”、“AI 異常行為識別”等技術,有效監測和識別考試作弊行為,并可實時將整個考試過程錄像上傳至云端存儲;考后,可隨時調取查閱考試錄像進行分析,確??荚嚬焦?。云考場對云考場對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+云考場 10Mbps/路 10Mbps/路 500ms 代表性案例:代表性案例:5G 智慧云考場智慧云考場 30 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 疫情防控期間,中國移動積極響應教育部“在線考試和遠程面試”要求,打造 5G 智慧云考場解決方案,為“全國藝
82、術類專業招生考試”和“全國碩士生招生考試復試”提供智能安全的考試服務,中移北京分公司聯合中移(成都)信息通信科技公司,為清華、北大、人大等 50 所院校、單位提供了 5G+智慧云考場服務,涵蓋考生近 6 萬人次。技術方面,5G 智慧云考場以“5G+云+大視頻”能力為基礎,采用人臉識別、雙機位監考、AI巡考等技術,部署“云、管、端”應用一體化的云考試架構,平臺采用 SaaS 方式建設,將資源消耗嚴重的部分(如 AI 智能監考、大流量視頻實時傳輸、數據采集等)云端化,系統底層使用可彈性擴展的分布式架構設計,并采用前后端分離的模式,保障系統高可用性和高并發性。應用成效方面,項目解決后疫情時代招考單位
83、考試組織成本高、考生實地參加考試不便等問題,基于移動“5G+千兆網+移動云”提供雙網雙備,利用新一代視頻處理和全新無損音頻傳輸技術,支持百萬高并發,保障考試過程中高清視頻傳輸、AI 智能監考等業務穩定可靠,平臺涵蓋面試、筆試、監考、閱卷、存儲等功能,實現考試全流程可管可控和防作弊能力提升,保障考試公平公正。創新性方面,一是提供“線上+線下”一體化考試解決方案,覆蓋考試全流程,線下支持自設考點、考試艙等多種部署模式,融合數據分析與巡考中心能力,提供整體考試數據視圖。二是基于 5G 網絡與音視頻底層能力,實現多方超高清視頻實時互動,提升考試臨場感,同時采用 AI智能分析加強防作弊能力提升。圖圖 2
84、1 5G 智慧云考場平臺架構智慧云考場平臺架構 31 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 22 雙機位考試示例雙機位考試示例 3.2.3 5G+智能體育考試智能體育考試 傳統的體育考試場景面臨如下痛點:一是存在主觀評分、測量誤差等人為因素帶來的影響,例如引體向上等姿態測試,考官評判尺度不一將導致得分偏差。二是傳統紅外體育考試設備部署繁瑣,而且功能單一,需要投入大量考務人員。5G+智能體育考試采用 5G、AI、大數據等技術,實現無感知智能化采集考試過程數據,自動精準測量考試結果,減少考務人員投入,有效節約大規模集中考試的人力成本?;跈C器視覺、深度學習等技術,通過人臉識別和跟蹤、運動姿
85、態和人體骨骼關鍵點識別分析,5G+智能體育考試實現考試項目的自動采集、精準測量,并實時反饋考試成績,避免人為主觀因素影響考試評判尺度,保證考試的公平公正。通過 5G 網絡高速連接 AI 考試設備和云端考試管理平臺,支持考試全程的高清視頻快速傳輸和考試結果及時分析導出,實現考試標準統一化、考試過程可視化,提升考試的智能化水平。智能體育考試對智能體育考試對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+智能體育考試 200Mbps 500Mbps 20ms 代表性案例:代表性案例:5G+AI 智慧體育考試智慧體育考試 中移(成都)信息
86、通信科技有限公司聯合恒鴻達科技,打造了 5G+AI 智慧體育考試系統,支撐 2022 年福建福州市中考體育開展,首次采用 AI 設備進行考試智能評定,實現了對 800/1000米、200 米游泳、籃球運球繞桿、50 米跑、仰臥起坐、雙手擲實心球等項目的考試智能評判,服務 6 萬多名考生、100 余所初中。技術方面,項目整體方案架構采用“網+端+平臺”模式,打造精準測量、無感體驗、數據賦能的新型體育考試模式,利用 5G 云網優勢保障體育考試環境,通過 AI 設備、紅外設備、人臉 32 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 檢錄設備進行考生身份驗證、成績采集,實時同步上傳體育中考系統平臺,實現線
87、下考試到線上管理的無縫對接。應用成效方面,提升考試公平性,采用 AI 技術統一考試評分標準,保證判罰尺度一致性,有效降低投訴率,從往年的上百例投訴下降至 10 例;助力考試整體效率提升,考務人員從往年 120 多名降低到 72 名,減少人員 40%,考生成績即考即查即可核對,提高離場效率,考場吞吐量提升 25%;采用 5G 無線組網和 AI 設備,縮短布場時間;考生從檢入到每項考試全程人臉識別,杜絕替考現象發生。創新性方面,一是作為全國首個真正采用 AI 智能技術進行體育考試的地級市中考項目,改變以往人工判罰,尤其是姿態類項目完全依賴裁判主管判罰方式,統一了考試評價標準。二是利用 5G 無線網
88、絡,實現 AI 采集設備的快速便捷部署,并保障數據傳輸安全,提升數據統計及時性。圖圖 23 5G+AI 智慧體育考試系統架構智慧體育考試系統架構 圖圖 24 仰臥起坐考試智能評判仰臥起坐考試智能評判 33 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 3.3 5G+智慧評價智慧評價 5G+智慧評價包含 5G+學生綜合素質評價、5G+教師立體式評價等場景,由于 5G 在學生德育、美育、勞育和教師教學實績、師風師德等方面評價的應用仍處于初期,因此本報告重點研究目前應用較廣的 5G+學生學習情況評價和 5G+學生體質健康評價兩個場景。3.3.1 5G+學生學習情況評價學生學習情況評價 傳統的學生學習情況評
89、價以考試成績為主,存在唯分數論的結果性導向,評價不夠全面。5G+學生學習情況評價綜合利用 5G、AI 和物聯網等技術,可對學生學習過程進行全環節記錄,增強評價的科學性和合理性。通過 5G 網絡,廣泛連接學生平板、智能電子紙、掃描筆等智能學習終端,動態無感采集學生“課前預習”、“課中學習”、“課后作業”、“考試測驗”、“實習實踐”等全周期學習數據,并將課堂音視頻、作業解答、紙質試卷照片等多模態學習數據實時快速上傳至綜合評價平臺,結合知識圖譜、大數據等技術精準分析學生學習情況,生成學生學習情況綜合畫像,充分了解學生學習軌跡和效果,找出薄弱環節,為每位學生定制專屬個性化學習方案,推薦個性化優質學習資
90、源,促進學生學習效率提升,并幫助教師更好地掌握學生學情,助力因材施教的精準教學開展。學生學習情況評價對學生學習情況評價對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+學生學習情況評價 20Mbps 10Mbps 300ms 代表性案例:網易有道代表性案例:網易有道“5G+智慧教育智慧教育”解決方案解決方案 有道智慧教育打造了涵蓋智慧作業、智慧課堂等多種解決方案的學習評價體系,覆蓋教育教學全場景,結合過程性數據采集分析,實現課前、課中、課后全流程閉環,幫助師生開展精準的學習評價。目前,已在全國 20 多個省/直轄市使用,深入 40
91、0 多所學校,其中包括廈門海滄實驗中學、北京理工大學附中等各地名校,服務近 8 千名教師、17 萬余名學生。技術方面,項目利用硬件設備(學生/教師專屬終端、路由 AP、微云主機等)+軟件系統(智慧課堂云平臺、精準教學系統)+教育內容資源打造智慧作業、智慧課堂解決方案。通過 5G 和有線網絡收集學生學習過程數據,基于動態數據、雙圖譜數據分析和“云、網、端”運用,建設項目式教學智能系統,提升學生學情分析精準性。應用成效方面,此學習評價體系以學習者為中 34 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 心,采集教、學、考、評、研、管全場景過程性數據,5G 技術的加持使得數據實時采集處理成為可能,結合 A
92、I、大數據等技術,實現智能批改、學生畫像、個性化學習指導等功能,將課堂效率提升 20%,開展基于學情分析的精準教和個性學,已在北京海淀、杭州濱江、廈門海滄、寧波奉化等多地實現規?;瘧?。創新性方面,一是建立了科學能力評價體系,形成了以學習者為中心的智能教學閉環,實現精準高效教學、個性化的學情分析及科學的伴學指導。二是基于學習評價體系實現“診斷-反饋-激勵-導向”的因材施教體系建設,促進課堂教學業務的流程再造與模式重構。圖圖 25 有道學習評價體系架構有道學習評價體系架構 圖圖 26 學生使用多種智能學習終端學生使用多種智能學習終端 3.3.2 5G+學生體質健康評價學生體質健康評價 傳統的體育
93、教學設備功能單一,課內運動數據難監測、難保存、難對比分析和難評價。面向建立健全學生體質健康監測評價體系需求,5G+學生體質健康評價綜合利用 5G、大數據、AI等技術,全面采集學生運動和健康數據,助力中小學針對中考體育項目進行精準教學,加速職校和高校的校園智慧體育建設,促進學生身體素質和體質健康水平提升。采用心率臂帶、智能手環、智慧跳繩、AI 攝像頭等智能終端采集學生心率、血壓、以及跳繩、跑步等不同類型的動態運動軌跡等各項數據,通過 5G 網絡實時上傳體育和身體素質評價平臺,采用 AI 智能分析與 35 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 評估,生成每位學生的體育體能畫像,針對每位學生不同的
94、身體情況給出個人運動健康處方,提供個性化指導訓練;并可自動整理生成運動成績分析,助力教師更精準、更有針對性地調整教學計劃。通過持續跟蹤記錄,構建學生體育運動、身體成長的健康檔案,還可建立全校、全區的學生體質健康監測評價體系,生成周期性評價報告,通過多維度的量化數據反饋,全面評價學生的體質健康狀況,促進學生身體素質提升。學生體質健康評價對學生體質健康評價對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+學生體質健康評價 200Mbps 500Mbps 20ms 代表性案例:代表性案例:5G+千兆光網賦能區域開放式體育運動管理平臺千兆
95、光網賦能區域開放式體育運動管理平臺 中國電信杭州分公司聯合浙江公眾信息產業公司、杭州聯禾體育科技等單位,為杭州聞濤中學和杭州高新實驗學校建設 5G+千兆光網智慧操場平臺,借助 5G 網絡的優勢,結合 AI 智能硬件,實時獲取學生運動數據,為學生建立全面的體質健康成長檔案,已覆蓋 2 所落地學校共2788 名學生,收集運動數據 15000 余份。技術方面,項目整體方案采用 4 層架構,打造集課堂、課間、課后為一體的多種體測場景,在學校運動場地安裝采集型設備,通過 5G 專網打通教育專網,提供高安全、高帶寬、低時延能力,將數據快速匯集到統一數據中心,利用 AI 算法、骨骼識別算法等,在運動時畫出人
96、的外骨骼,對比錯誤動作、不標準動作及標準動作模型。對學生多種運動數據進行分析,實時反饋分析結果和指導意見,為教師精準指導提供決策依據,同時可將結果發送到家長手機端。應用成效方面,項目為濱江區 2 所學校 2000 余名學生生成了體系化的學生體質健康檔案,體育課堂師生互動提升 30%、課堂學生參與率提升 22%,有效調動起學生運動的主動性與積極性,課后人均自主鍛煉從一月 8 次提高到一月 20 次,平均運動量提高 25 分鐘人/天,經過精準科學的動作指導,促進學生體育動作規范化,體育考試的平均成績得到提高。創新性方面,一是通過 5G、人工智能視覺等技術,及時精準分析學生運動動作問題并給出改進建議
97、,推動學生體質健康評價精準化。二是通過常態化應用,為學生建立全面的體育評測數據檔案,實現對學生體質數據全程化跟蹤和管理,促進學校體育教學工作成效提升。36 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 27 5G+千兆光網開放式體育運動管理平臺架構千兆光網開放式體育運動管理平臺架構 圖圖 28 骨骼識別算法骨骼識別算法 3.4 5G+智慧校園智慧校園 3.4.1 5G+平安校園平安校園 校園安全是政府、學校、家長以及全社會廣泛關注的重點,近年來校園暴力、食品安全、意外傷害等事件時有發生,暴露出傳統校園安全管理普遍存在的問題:以人工為主、缺乏有效的技術管理手段,已建的監控系統智能化程度不高、缺乏
98、主動式預警告警能力。5G+平安校園利用了 5G 網絡的超高速、高可靠等特性,結合邊緣計算、物聯網、AI 等技術,全面智能升級校園安全管理手段,化被動式安防為主動式防范,有效形成安全閉環管理。通過 5G 網絡將 AI 攝像頭、移動巡查機器人等緊密連接,打造無死角覆蓋校園全域的智能安防系統,通過采集校園的人、車、設備的監控視頻數據,進行實時分析處理,識別人員身份、車輛信息、設備運行狀態,加強校園邊界、校園入口、食堂、宿舍樓等校園重點區域的安全管理;通過 5GAI 深度學習技術,實時對校園智能終端采集的音視頻信息進行智能分析、身份鑒別、軌跡追蹤等,實現對校 37 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮
99、書 園霸凌、火災等安全風險隱患早發現、早預警、早處置,此外,除了保障人身安全,同時關注學生的心理健康,做到及時發現問題并進行情緒預警和心理疏導。通過形成“上聯下通”的高效運行防控體系,實現校園安全管理體系化、安全信息平臺化、安全預警智能化、應急處置可視化,達到學校安全工作人防、技防、物防的全面提升,鑄就全方位、立體化的校園安全防范體系。平安校園對平安校園對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+平安校園 10Mbps/路 4Mbps/路 50ms 代表性案例:代表性案例:5G 守護校園安全守護校園安全 中國移動安徽亳州分公
100、司聯合中移(成都)信息通信公司、亳州蕪湖現代產業園區管委會等單位,為亳州市第九小學新建校打造 5G 智慧平安校園,完成 5G 網絡、綜合布線系統、綜合安防系統、公共廣播系統等 16 項校園智能化建設任務,助力學校數智化發展,打造安全、智慧、創新的 5G 校園新環境。技術方面,項目采用 5G 智慧校園云網融合服務網關,建設 5G 和有線光纖網絡結合的融合網絡,可支持 5G 網絡+有線回傳,通過 5G 網絡切片、邊緣計算、AI 融合等關鍵技術,系統集成校園無死角智能監控、人像識別、人體測溫、人臉考勤、周界防范、車牌識別、信息發布、明廚亮灶等功能,打造 5G+平安校園,加強校園安全保障力度。應用成效
101、方面,項目利用 5G、AI技術,實現了校園管理區域內的 100%監控全覆蓋,校園入口智能測溫閘機具備測溫和安康碼核驗功能,通過技術手段解決疫情防控問題;建立明廚亮灶及食品溯源機制,讓食品可追溯、加工過程透明化,保障了學校師生舌尖上的安全;心理綜合管理系統通過心理科普、心理預警、心理檔案、心理測評等方式,及時發現孩子心理問題并進行疏導;充分利用原有設備,減少投入 30 余萬。創新性方面,一是利用 5G 網絡、教育邊緣云等,促進云網端融合,實現校園數據全平臺流通,打造智慧安全的校園環境。二是除傳統人身安全外,關注安全防疫、心理健康等全方位校園安全建設,提供多維度的校園安全視角,關愛師生健康,輔助校
102、園教學管理,全面提高學校安全管理水平,為學生健康成長保駕護航。38 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 29 5G 平安校園方案架構平安校園方案架構 圖圖 30 5G 平安校園安全監測平安校園安全監測 3.4.2 5G+綠色校園綠色校園 目前,校園能源使用存在諸多問題:能源管理信息化技術手段不足,大多采用人工巡檢方式,大量用能設備數據采集割裂,難以支撐校園整體的用能分析和優化,以及不少學校節能管理措施落實尚不到位、師生節能意識有待提高等。5G+綠色校園通過構建融合 5G 的校園物聯網,將校園能源運行情況進行統一監測、分析、管理和控制,實現校園供用能全景狀態感知與智能管控,助力不同學段
103、學校進行雙碳智慧管理,高校和職校(尤其是高校)由于師生人數眾多、具有大量宿舍樓和實驗室等設施,對 5G+綠色校園的需求尤為旺盛。通過 5G 網絡高效連接配電系統、空調系統、電梯系統、照明系統、供熱系統等能源設備,并將數據輸送至校園智慧能源管控平臺,結合邊緣計算和 AI 技術對海量數據進行就近計算分析,實現校園水、電、氣、冷、熱等能源設備設施的統一監測、協調控制和智能管理,打造“能源要素齊全、網架結構靈活、接口 智能數據交換5G專網光纖網絡移動云邊緣計算抓拍機抓拍機攝像機攝像機人證校驗機人證校驗機智能測溫智能測溫人臉識別人臉識別視頻流人臉分析圖片流人臉分析檢索行為分析時空庫布控庫人像庫人員防控人
104、員防控任務管理異常行為陌生人告警檢索中心檢索中心人臉檢索軌跡還原人員庫檢索訪客管理訪客管理人證核驗滯簽留提醒現場預約課堂點名課堂點名規則管理事件告警人員管理考勤管理考勤管理門禁視頻流人臉分析智能數據交換視頻流人臉分析5G云網5G云網業務中臺業務中臺端邊產品端邊產品智能應用智能應用 39 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 開放共享、信息安全融通、價值場景典型”的綠色校園。綠色校園對綠色校園對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+綠色校園 20Mbps 50Mbps 300ms 代表性案例:中國聯通代表性案例:中國聯通
105、 IOC 平臺助力西安電子科技大學平臺助力西安電子科技大學“5G+綠色校園綠色校園”聯通數科公司聯合中國聯通陜西分公司,為西安電子科技大學建設智慧校園運營中心 IOC,作為西電智慧校園的重要組成部分,通過建設校園 5G 物聯融合開放平臺,接入學校多種物聯終端,對校園能耗、環境等情況進行監測管理,助力西電打造綠色校園。技術方面,項目基于聯通格物 DMP 平臺高效/智能/安全的 AIoT 能力,實現萬物互聯,在學校內部建設 5G 校園虛擬專網,通過 UPF 下沉實現數據不出校,并進行四網融合,實現一張網承載多業務,基于網絡底座,打造智能監測、自動巡檢、預警體系、聯動預案、處置體系一體化的智能決策分
106、析平臺。應用成效方面,校園物聯融合開放平臺已接入學校多個部門的各類物聯終端,包括視頻、門禁、報警、消防、能源表計、環境控制、終端屏顯、智能家居等 11 種大類 4 萬余個。目前學校主要開展了基于 5G 技術的消防電氣火災監測、消防智能用水監測、感煙火災探測報警監測、大功率電器預警監測等場景應用,實現對校園試點區域的校園配電柜、消防水泵房、消防噴淋點、校園安保巡更公共區域、學生公寓的智能物聯應用,初步實現了試點場景中保衛處后勤保障部人員的日常業務處置使用。創新性方面,一是基于校園物聯平臺,實現物聯場景數字化的智能感知,促進相關業務流程數字化。二是在西電南北校園接入物聯設備4 萬個,平臺管控設備種
107、類多、規模大,有效助力學校節能減排。40 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 31 校園校園 5G 虛擬專網方案虛擬專網方案 圖圖 32 智慧校園運營中心智慧校園運營中心 IOC 3.5 5G+區域教育管理區域教育管理 3.5.1 5G+區域教育管理區域教育管理 區域教育管理涉及轄區內教育主管部門、學校、家庭和社會多元主體,包括教育監管、教育服務、教育評估和教育決策等多方面,面臨數據采集和共享難、數據標準不統一、管理能力仍待加強等痛點。5G+區域教育管理通過全方位教育數據采集匯聚,建立區、縣、校等多級可視化教育視圖,以教育大數據驅動區域教育質量和管理水平提升。綜合利用 5G、AI 等
108、技術建設升級區域教育大腦,通過 5G 網絡實時高速傳輸轄區內學校的運行狀態數據,動態掌握學校教學數據、學情數據、安全運行等情況,形成集教育決策、數據分析、動態展示、研判預警、綜合應用等功能于一體的教育駕駛艙,構建覆蓋轄區所有學校、班級、師生的管理體系,真正實現橫向 41 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 集成、縱向貫通、全局共享的信息資源及服務中心,為各級教育主管部門的科學決策提供數據支持。區域教育管理對區域教育管理對 5G 網絡通信需求網絡通信需求 應用場景應用場景 上行速率上行速率 下行速率下行速率 傳輸時延傳輸時延 5G+區域教育管理 200Mbps 600Mbps 100ms 代
109、表性案例:代表性案例:5G+大數據精準教學與管理大數據精準教學與管理 中國電信柳州分公司聯合柳州高級中學、云蝶科技、愛立信,采用 5G、大數據、AI 等技術,為柳州市城中區打造“管理自上而下,數據從下向上”的區域教育大數據應用中心,匯聚轄區內多所學校的教育數據,形成依托于教育大數據中心,帶動柳州高級中學及轄區內其他學校聯動發展的模式,促進區域教育質量均衡發展。技術方面,項目利用“5G 切片+邊緣云”,以融合網絡方式采集課堂、作業、教研等環節數據,在學校層面實現精準教學,并將校級數據上傳至區域教育大數據應用中心平臺,中心對匯聚的智慧課堂數據、考試數據等進行清洗、分析,結合 AI、大數據挖掘等技術
110、為各級教育主管部門開展教育治理和服務提供可視化、精準化支持。應用成效方面,基于教育大數據應用中心平臺,強化區校兩級應用一體化,通過匯聚分析教育大數據,即時掌握教育事業運行狀態,發現盲點和根源問題,合理調配教育資源,有效提升管理與服務效率,形成區域初中、高中階段無縫銜接的人才培養機制,助力區域教育事業的精準治理。應用龍頭高中清北錄取人數 2019 和2020 兩年合計超 50 人,重點幫扶初中 2022 年的中考 A+率提升 40%。創新性方面,一是開創聯動、協調、精準的教育新格局,支持利用教育大數據中心平臺開展跨校教研、教學等新型合作,通過數據融通共享提升區域教育公共服務能力;二是實現了跨學區
111、/學段學情跟蹤、高效群體補弱等創新應用,基于數據形成的全面學情視圖,優化教、學、管、評、策、育等多個教育環節,促進區域教育水平提升。42 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 33 區域教育大數據應用中心平臺架構區域教育大數據應用中心平臺架構 圖圖 34 區級和校級教育大數據駕駛艙區級和校級教育大數據駕駛艙 43 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 4.1 產業圖譜產業圖譜“5G+智慧教育”產業鏈包括教育終端、基礎設施、內容資源、應用服務和共性支撐等多個環節,共同服務于教育主管部門和學校等機構級用戶,以及學生、教師、家長等個人級用戶。本報告選取各環節代表性較強的企業和機構,形成如圖
112、 35 所示的“5G+智慧教育”產業圖譜?!?G+智慧教育”教育終端主要包括機構級、個人級教育智能硬件,作為各類業務的使用入口,同時也是教育數據采集的入口。主要提供商包括互聯網企業、教育設備商和教育信息化企業,如網易有道、希沃、科大訊飛、佳發教育等?!?G+智慧教育”基礎設施包括網絡和存算基礎設施以及平臺數據及軟件,提供各環節間教育資源高速傳輸的通道和業務開展的各種支撐能力。主要提供商包括基礎電信運營企業、互聯網企業、設備商和教育信息化企業,如中國電信、中國移動、中國聯通、騰訊、華為、金智教育等?!?G+智慧教育”內容資源為各學段、多學科提供 AR/VR 虛擬仿真實驗/訓、數字教材等內容,并提
113、供支撐運營平臺。內容資源提供商主要為教育企業和機構、教育信息化企業、出版商等,如好未來、愛學習、中教云、外研社等?!?G+智慧教育”應用服務提供應用邏輯和業務處理,涵蓋 5G+智慧教學、5G+智慧考試、5G+智慧評價、5G+智慧校園、5G+區域教育治理等多種應用場景。應用服務提供商主要包括教育信息化企業、基礎電信企業、通信企業和互聯網企業,如金智教育、猿輔導、中興通訊、阿里等。共性支撐包括標準組織、研究和服務機構、安全企業和聯盟協會等組織機構,提供“5G+智慧教育”的標準研制、規劃設計、咨詢服務、安全保障和產業推進等能力,與其他產業鏈企業和機構共同促進“5G+智慧教育”發展。四、“四、“5G+
114、5G+智慧教育”產業圖譜及產業發展情況智慧教育”產業圖譜及產業發展情況 44 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 圖圖 35“5G+智慧教育智慧教育”產業圖譜產業圖譜 45 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 4.2 產業發展情況產業發展情況 4.2.1 全球智慧教育市場呈現高速增長態勢全球智慧教育市場呈現高速增長態勢 內外部動力驅動智慧教育快速發展。外部驅動力方面,全球主要國家和地區對智慧教育的需求旺盛,隨著新冠疫情的持續,OMO 線上線下融合教學成為教育新常態,同時,隨著全球數字經濟發展,智慧教育成為支撐教育數字化升級的關鍵引擎。內部驅動力方面,5G、AI、大數據等技術加速與教育融
115、合賦能,推動智慧教育快速發展,新應用、新業態、新模式不斷涌現。數據顯示,2021 年全球智慧教育市場規模達到 5439 億美元,預計未來 5 年的年均復合增長率為22.7%,到 2027 年,市場規模將達到 18563 億美元。全球范圍內,美國、歐洲、日韓和我國的智慧教育發展較快,處于全球頭部發展梯隊。我國教育規模全球領先,智慧教育發展具備廣闊空間。教育部發布的 2021 年全國教育事業發展統計公報顯示,我國共有各級各類學校 52.93 萬所,各級各類學歷教育在校生 2.91 億人,比上年增長 0.02 億人;專任教師 1844.37 萬人,比上年增加 51.4 萬人,保持增長態勢。目前,我國
116、城鄉、校際間教育水平發展不均衡、優質教育資源稀缺的情況仍存在,龐大的受教育群體對優質教育資源需求旺盛,大力發展智慧教育是促進教育公平、提升教育質量的強大動力。在政策指引和產業各方持續投入的推動下,我國智慧教育市場規模逐年擴大,從 2016 年接近 5000億增長至 2020 年的 8000 多億,預計在 2023 年將突破萬億大關。我國智慧教育的經費投入持續增長,投融資經歷波動后熱度不減。經費來源方面,全國各地教育信息化經費基本來自財政撥款,按一定比例從教育經費中撥付,近十年我國教育經費統計情況如圖 36 所示,保持穩步增長,教育信息化建設經費也持續逐年增加。投融資方面,智慧教育領域處于穩定成
117、長期。如圖 37 所示,從近年我國教育信息化投融資數量和金額可以看出,投融資處于數量波動上漲、平均每起投融資金額保持增長的態勢,2020 年投融資金額漲幅較大,全年達到 117.76 億元,較 2019 年增加了 65.30 億元,同比增長 124.48%,2021 年投融資金額和每起投融資的金額穩步上漲,1-11 月共有 85 起投融資事件,金額為 146.63 億元。46 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 來源:教育部 圖圖 36 2012 年年-2021 年全國教育經費執行情況統計年全國教育經費執行情況統計 來源:IT 桔子 圖圖 37 2014 年年-2020 年全國教育信息化產
118、業投融資情況統計年全國教育信息化產業投融資情況統計 4.2.2“5G+智慧教育智慧教育”產業鏈企業積極布局產業鏈企業積極布局 如圖 35 所示,“5G+智慧教育”產業鏈企業類型眾多,主要包括基礎電信運營企業、ICT 設備商、互聯網企業、教育硬件廠商、教育軟件提供商、教育企業和機構、教育系統集成商、內容資源提供商、安全廠商等,不同類型企業基于各自優勢進行延伸式布局?;A電信運營企業的優勢在于網絡服務能力和云服務能力,網絡服務是其主場戰,基礎電 47 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 信運營企業深度參與 5G 國際國內標準制定,圍繞 5G 業務和商業模式、網絡智能化、網絡融合等開展了深入研究
119、,部署了覆蓋廣泛、持續擴大的 5G 基礎網絡。云服務方面,基礎電信運營企業具有規模領先、云網融合的云平臺,如天翼云、移動云和聯通云,可全面支撐 5G 云化的部署和發展?;诨A連接和云網能力,基礎電信運營企業向上層的“5G+智慧教育”解決方案和底層的教育智能硬件和教育內容進行布局,通過自研/合作研發模式,打造涵蓋互動教學、教育管理、考試考務、綜合評價、校園管理等教育全場景的產品和服務。ICT 設備商的優勢在于網絡通信設備等技術能力,標準方面,設備商也深度參與 5G 國際國內標準制定,圍繞 5G 關鍵技術、網絡設備等開展了深入研究,并向基礎電信運營企業提供 5G基站、CPE、核心網等設備,與基礎
120、電信運營企業緊密合作。同時,設備商以通信設備為基礎,積極向研制教育智能終端、打造教育平臺和上層應用拓展,不斷擴大“5G+智慧教育”的布局環節。如華為推出 5G Matepad 教育平板、華為小精靈學習智慧屏等教育終端,以及智慧教室、智慧校園等應用;中興打造 5G 云 XR 平臺 ZTE XRExplore 和智慧校園應用;新華三提供 5G 智慧教學、智慧校園等應用?;ヂ摼W企業的優勢在于云服務、算法等能力,以云平臺為基礎進行輸出,通過混合云和 5G云網融合打造彈性伸縮、支持高并發的高清在線教學等場景,支持多種教育數據和資源的云端存儲,打造以云計算、云數據、邊緣能力和云服務支撐的 5G 教育應用。
121、如騰訊、網易有道等企業構建了“基礎云技術+教育云平臺+教育大數據”的底座,并提供 5G+智慧課堂、5G+智慧考試和 5G+智慧校園等應用。除了布局向解決方案延伸,互聯網企業也積極打造教育智能硬件和配套內容資源,如騰訊推出了教育 PC、有道發布了詞典筆、百度打造了小度學習平板等。教育硬件廠商的優勢在于硬件方面的技術能力,推出了智能黑板、類紙護眼類學習終端、智能交互一體機、學習機等多款學校機構級和個人消費級硬件產品。布局方面,教育硬件廠商積極向教育平臺打造、軟硬件系統開發和解決方案研制拓展,如希沃推出三個課堂應用管理平臺、松鼠 AI 建設大數據精準教學管理平臺、京東方藝云打造校園多媒體管理平臺、洲
122、明科技研發沉浸式直播教學和 5G+8K 直播課堂等解決方案。教育軟件提供商的優勢在于具備與學校業務深度融合的軟件開發能力,針對 5G 賦能教學、評價、管理等多個場景,提供涵蓋教、學、測、評、練和管等多種用途的軟件產品。布局方面,教育軟件提供商逐漸從軟件向涵蓋軟硬件一體化解決方案拓展,如金智研發出高校疫情防控整體解決方案,三盟科技推出“教育大腦”智慧校園整體解決方案,樂跑打造校園智慧體育解決方案。48 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 教育企業和機構的優勢在于深耕教育行業,具有多年品牌內容和技術積累,隨著“雙減”等系列政策的發布,頭部企業進一步加強教育與技術融合的布局,提供更多樣化、素質化
123、、個性化的教育服務。如好未來設立人工智能實驗室和腦科學實驗室,承建國家智慧教育新一代人工智能開放創新平臺;猿輔導孵化飛象星球,成立人工智能研究院,主要面向政府和學校提供全場景人工智能解決方案;愛學習打造學科知識圖譜、自適應學習系統等產品。教育系統集成商長期布局于教學、教研、教務、管理等多種應用場景,提供包括軟硬件、配套資源和服務的綜合性系統,隨著 5G 時代的到來,教育系統集成商逐漸將 5G 技術融入到多種綜合系統中。如同方艾威康提供 5G+4K 高清教學、5G+同步課堂、5G+智慧校園等解決方案,訊飛幻境建設 5G+虛擬仿真的創新實驗室和科普角,天立泰打造 5G+智慧評價、5G+智慧課堂等產
124、品。內容資源提供商的優勢在于豐富的數字教材、沉浸式教學等教育資源,涵蓋多學段多學科的校內資源,以及職業培訓、數字圖書等終身學習資源,布局向圍繞內容資源的教育平臺和服務延伸,如中教云開發 5G+數字課程教材云平臺、教師研訓服務平臺,重慶出版集團建設重慶市 5G+智慧教育資源公共服務平臺。安全廠商的優勢在于安全技術能力,面向教育領域提供終端安全、網絡安全和綜合性安全解決方案等多種安全技術和服務,針對 5G 時代面臨的網絡安全挑戰,安全廠商推出了零信任、端到端安全方案等多種安全技術和方案,如奇安信發布了 5G 安全框架體系,從基礎設施、5G應用、5G 安全運營三大層面應對各種安全挑戰;吉大正元推出了
125、移動端密碼模塊、教育密碼應用基礎支撐與共享服務平臺等多種“5G+智慧教育”安全產品和方案。4.2.3“5G+智慧教育智慧教育”產業呈現三大發展趨勢產業呈現三大發展趨勢 一是應用為王,智慧教育需求持續擴大。隨著教育新基建、國家教育數字化戰略行動等政策方針的出臺和推進,教育數字化轉型是未來教育領域發展的必然趨勢。教育數字化轉型是指將網絡化、數字化和智能化技術整合到教育各個層面,推動教育模式、組織架構、教育評價等教育全環節和全方位的創新和變革,構建智慧教育新生態。這是一個長期的發展變遷過程,在此過程中,驅動力將從供給驅動向需求驅動轉變,產業鏈的供給方將圍繞教師、學生、教育管理者等用戶的實際應用需求,
126、綜合利用 5G、大數據、云計算等新型 ICT 技術,深刻融入教育全流程,積極推動泛在化、個性化、終身化的教育體系構建,打造人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會。二是合作共贏,產業鏈上下游企業將進一步加強協作?!?G+智慧教育”產業鏈較長,大中小 49 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 企業林立,呈現百花齊放、百家爭鳴的發展態勢,各類型企業具備各自優勢。隨著我國智慧教育進一步從點到面縱深推進,對一站式智慧教育產品、解決方案和服務的需求日益旺盛,不同類型的企業將進一步加強合作,進行優勢互補。頭部企業積極打造生態圈,強化與上下游生態伙伴的互通交流,如中國電信成立了將教育作為重點領域的“5G
127、 產業創新聯盟”,中國移動打造了“5G 智慧教育合作聯盟”,中國聯通建立了“5G+智慧教育合作聯盟”。三是數據驅動,將催生更多新服務和新應用。隨著 5G 夯實智慧教育網絡底座,帶動多種技術促進課前、課中和課后及教學、考試、評價等教育全環節的數字化程度升級,5G 有效拓寬教育數據采集的類型和范圍,教育數據量將高速增長,為教育數字化轉型提供關鍵驅動要素?;诮逃髷祿?,將進一步推動教學、評價和管理模式變革。5G 與大數據、AI 等技術的融合,能為區域、學校建立學生畫像,構筑“五育并舉”的高質量教育體系,側重對學生的個性化發展和核心素養的培養,支持立體化的師生全面評價開展,同時促進校園和區域教育管理
128、的精準化升級。50 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 5.1“5G+智慧教育智慧教育”發展面臨的挑戰分析發展面臨的挑戰分析 當前,“5G+智慧教育”發展主要面臨以下挑戰:一是一是“5G+智慧教育智慧教育”仍處于應用探索初期。仍處于應用探索初期。5G 在教育各環節不同場景中的應用程度不一,5G+超高清直播互動課堂、5G+虛擬仿真實驗/訓等場景發展較快,但總體來看 5G 與教育融合仍處于起步階段,5G 賦能教育成效尚未完全發揮。5G 與教學、評價、管理等核心場景的融合深度不足,需要逐步培育。目前“5G+智慧教育”應用實踐以單點或區域試點為主,尚未實現常態化、規?;瘧?,5G 對教育數字化轉型
129、的促進作用仍待加強。二是二是“5G+智慧教育智慧教育”基礎應用環境有待提升?;A應用環境有待提升。目前,我國不同區域間、城鄉間、群體間的教育發展水平仍然存在差異,“5G+智慧教育”應用開展的基礎參差不齊。同時,5G 網絡尚未覆蓋全國各級各類學校,對于 5G 已覆蓋的學校,隨著承載的智慧應用增多,覆蓋深度需進一步加強。偏遠落后地區雖然在網絡、基礎設施等方面有了較大改善,但仍面臨 5G 網絡部署困難、智能教育設施缺乏、師生信息素養薄弱等問題,消弭“數字鴻溝”,夯實智慧教育發展底座尚需時日。三是三是“5G+智慧教育智慧教育”產業發展基礎仍待夯實。產業發展基礎仍待夯實。由于 5G 芯片模組價格偏高、A
130、R/VR 等沉浸式內容資源存在開發門檻且研發成本高等原因,導致 5G 教育終端產品匱乏。雖然 5G 模組價格已降至 500 元人民幣左右,但仍接近 4G 模組價格的 7 倍。2022 年 10 月 GSA 最新數據顯示,全球商用 5G 設備數量超過 1200 款,以智能手機、CPE、無人機等形態為主,用于教育場景的專用 5G 終端較少。目前,“5G+智慧教育”的生態體系以基礎電信運營企業主導為主,產業鏈其他環節參與方的影響力有待加強,集群發展生態仍待完善。四是教育數字化趨勢下師生的信息素養仍待加強。四是教育數字化趨勢下師生的信息素養仍待加強。通過教育信息化十年發展規劃(20112020 年)、
131、教育信息化 2.0 行動計劃等實施,全國廣大師生的信息素養有了較大幅度提升,但在日常教學、評價和管理等開展中,仍存在教師對信息技術的應用程度還不夠深,師生對新興教育工具、模式的掌握度待加強的現象。隨著 5G 等技術在教育領域應用的深入,以及教育數字化的持續推進,需進一步提升師生的綜合信息素養,促進教師更新教學理念、豐富教學模式,助力學生快速適應新型教育方式。五是五是“5G+智慧教育智慧教育”的落地實踐需解決網絡和信息安全挑戰。的落地實踐需解決網絡和信息安全挑戰。目前,我國各級各類學校和教育機構的信息化程度和安全防護能力各不相同,5G、AI 等技術與教育各環節融合,加速了海五、“五、“5G+5G
132、+智慧教育”發展面臨的挑戰及建議智慧教育”發展面臨的挑戰及建議 51 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 量教育數據的生成,其中包含大量師生生物特征識別信息、未成年人信息等敏感信息和師生個人信息。5G 技術使得海量教育數據能夠實現高速多模態傳輸,然而數據在采集、傳輸、處理和應用等環節存在被篡改、竊取和濫用等風險,使得個人隱私和數據安全面臨挑戰。5.2 促進促進“5G+智慧教育智慧教育”發展的策略分析發展的策略分析 一是加強一是加強“5G+智慧教育智慧教育”應用場景培育,推動應用縱深發展。應用場景培育,推動應用縱深發展。充分發揮 5G 對教育的支撐作用,加快 5G 與教育全過程要素相結合,通
133、過“5G+智慧教育”應用試點等方式,推進現有場景的開發和應用示范,進一步挖掘 5G 賦能教育多場景的潛力,形成可持續、易于復制推廣的“5G+智慧教育”發展模式。建立常態化應用機制,提升 5G 教育服務能力,切實解決教育教學過程中實際問題,滿足多樣化、個性化的教育需求,推動“5G+智慧教育”應用規模持續擴大,促進教育教學模式改革與創新。二是加快二是加快 5G 基礎設施建設,打造智慧教育學習環境?;A設施建設,打造智慧教育學習環境。充分利用 5G 核心技術網絡切片和邊緣計算實現固移融合、多網融合、云網融合,大幅提升校園網絡帶寬和跨平臺數據融通水平,構建快速穩定、綠色安全的校園網絡環境。加快推進 5
134、G 網絡在教育領域的布局和部署,加強5G 校園網絡的覆蓋廣度和深度,發揮 5G 小型化、組網靈活的技術優勢,借助 5G 微基站、5G直播背包等硬件設施,快速搭建微型 5G 智慧學習環境,促進“優質資源班班通”、“網絡學習空間人人通”等建設,實現優質資源共享,促進城鄉教育均衡發展。三是豐富三是豐富 5G 教育產品供給,加強生態體系構建。教育產品供給,加強生態體系構建。推動行業龍頭企業、科研院所、高校等開展教育領域 5G 應用的關鍵技術聯合攻關,研發多樣化、便攜化 5G 教育終端,探索“輕量化”5G RedCap 技術在教育領域的應用,推動相關產品的成熟和商業化。加強 5G 支持的 AR/VR 等
135、配套內容資源的研發,不斷提升資源的適配度,促進相關產品和資源的研發成本和價格降低。鼓勵“5G+智慧教育”產業鏈上下游企業加強協作,優勢互補,共同營造良好發展生態,打造共贏的可持續發展模式。四是四是加強人才培養培訓,不斷提升師生信息素養。加強人才培養培訓,不斷提升師生信息素養。進一步加強對師生的信息技術應用培訓和信息素養培養,按學段進行分層次、針對性的培訓,滿足不同階段師生的需求,采用線上、線下或混合式等多種方式,提升師生對新興教育教學方式的熟練使用程度,加強對教師實操技能培訓,鼓勵教師積極參與數字教材、AR/VR 課件等教育資源開發,加大對師范生的信息素養培養力度;探索以信息素養通識學分課程為主、培訓講座為輔等多樣化的學生信息素養提升模式。五是提升網絡信息安全保護能力,護航五是提升網絡信息安全保護能力,護航“5G+智慧教育智慧教育”發展。發展。面對海量的教育數據,亟需建立 5G 教育網絡信息安全保障機制,強化 5G 環境下的網絡安全防御體系,提升教育系統信息 52 “5G+智慧教育”發展及產業圖譜白皮書 安全保障能力,不斷健全安全管理機制,增強教育系統對網絡安全威脅的監測、態勢感知和處置能力。加強教育系統網絡和數據安全建設,筑牢安全防線,嚴格落實安全責任,通過宣傳、培訓、網絡安全演練等方式提升師生網絡安全和個人信息保護能力,保障教育數據安全和個人隱私。