作者：張坤穎 薛趙紅 程婷 王家云 張家年
摘要
近年來，隨著5G 技術的不斷成熟與逐步走向應用，5G+AI 技術會加速融入教育與學習過程，它們會對教與學帶來全新的影響。這種融入與影響將會產(chǎn)生怎樣的效用？無疑是當下值得關注與研究的新課題。為此，在梳理了5G 和AI 技術的發(fā)展、應用基礎上，從技術融入的視角，分析了5G+AI 技術的演進和各種應用場景。在教育信息化2.0 建設的過程中，5G +AI 技術將是教育信息化生態(tài)體系的重要基礎，具有賦能、使能和增能的技術特質(zhì)。未來，5G+AI 技術和教育會呈現(xiàn)加速融合之態(tài)勢，主要體現(xiàn)三個方面：智慧+智能教育環(huán)境的形成、顛覆性教育應用場景的生成以及教學模式的重構。然而，這種不斷融合與應用過程之本身，需要從哲學和倫理的視角來審視可能存在的各種問題，需要在未來教育實踐中予以充分研究與應對。
關鍵詞：人工智能2.0；5G+AI；智能教育；大數(shù)據(jù)；未來學習場景；智能教師；無人機
一、研究背景與問題由來
近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術的逐漸成熟和普及，業(yè)已成為社會、經(jīng)濟發(fā)展的重要驅動力?；谶@些技術的不斷應用，尤其是智能化技術及應用的不斷加快，涌現(xiàn)出了各種新服務、新模式、新業(yè)態(tài)、新場景，正對當下社會進行著型塑，進而逐步構建起新的社會生態(tài)系統(tǒng)。基于這些新興信息技術集群的各種技術應用、 系統(tǒng)或平臺，已經(jīng)并將繼續(xù)對人們的工作、學習和生活帶來顛覆性的變革。尤其是新一代人工智能，在移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計算、傳感網(wǎng)、腦科學等新技術的共同驅動下不斷加速發(fā)展，呈現(xiàn)出深度學習、跨界融合、人機協(xié)同、群智開放、自主操控等新特征[1]。一些學者稱之為 “人工智能2.0”（Artificial Intelligence 2.0），即基于重大變化的信息新環(huán)境和發(fā)展新目標的新一代人工智能[2]。
自然，人工智能2.0 的教育應用及研究，成為教育信息化的熱點和重點研究領域。2017年7月，我國發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，強調(diào)發(fā)展智能教育，主動應對新技術浪潮帶來的新機遇和新挑戰(zhàn)[3]；2018年4月，教育部印發(fā)了《教育信息化2.0 行動計劃》并指出：人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術迅猛發(fā)展，將深刻改變?nèi)瞬判枨蠛徒逃螒B(tài)。智能環(huán)境不僅改變了教與學的方式，而且已經(jīng)開始深入影響到教育的理念、文化和生態(tài)。要因應信息技術特別是智能技術的發(fā)展，積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，構建網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化、個性化、終身化的教育體系…… [4]；2019年，人工智能已連續(xù)第三年出現(xiàn)在《政府工作報告》中，而且“智能+”是繼“互聯(lián)網(wǎng)+”之后，首次出現(xiàn)在政府工作報告中。
從本質(zhì)上來說，前面提及的一些前沿信息技術均依賴于共性技術的發(fā)展——移動通信技術。當下，第五代移動通信技術（5th-Generation，5G）正悄然臨近，并攜手新一代人工智能技術，必將深刻地改變和重塑我們的教育生態(tài)體系。即5G+AI 技術攜手，正在帶來全新的技術應用與影響場域：（1）在微觀層面，智能化教育在高速移動通信技術環(huán)境的支持下，將會產(chǎn)生更多元、更快捷的高速連接與場景感知、多向交互與虛實融合等變化；（2）在中觀層面，5G+AI技術與教育在不斷融合的過程中，對今后教與學的環(huán)境、學校的教與學過程、人與技術的關系等，都將產(chǎn)生全新的影響；（3）在宏觀層面，一種全新的教育生態(tài)在5G+AI 技術的不斷助推下，將會產(chǎn)生較為復雜的衍變、更新和迭代。
因此，我們面臨著一個全新的課題：以人工智能2.0（包括機器智能）與5G 技術為代表的新技術，既可以對未來教與學產(chǎn)生積極變化，也可能帶來潛在負效應或未知的挑戰(zhàn)。教育教學中的許多問題，需要全新設計、思考與應對。目前，國內(nèi)外5G+AI 的相關研究才剛剛興起，本文試作探討。
二、新一代人工智能與5G 技術的演進
（一）人工智能2.0 呼嘯而來
人工智能（AI）技術并不是新事情，早在上世紀50年代便已出現(xiàn)。60 余年來，人工智能的發(fā)展“三起三落”，大致可劃分為三個時期[5]。目前，人工智能已進入2.0 時代，其主要技術領域體現(xiàn)在：大數(shù)據(jù)智能、跨媒體智能、自主智能、人機混合增強智能和群體智能[6]。人工智能2.0 時代與之以往相比，其硬件能力、軟件算法、數(shù)據(jù)及應用環(huán)境等層面，有著本質(zhì)上的不同。即人工智能2.0 是建立在大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等新一代信息技術之上的，因此，也稱之為“新一代人工智能”。
1.5G 技術的發(fā)展歷程
與AI 發(fā)展類似，移動通信技術已經(jīng)歷了從1G到4G 四個發(fā)展時代。進入2019年以來，5G 技術似乎呈現(xiàn)出“爆發(fā)”態(tài)勢，在全球范圍內(nèi)密集部署并不斷付諸商用。國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU） 對5G 技術確定了八個關鍵性能力標準：傳輸峰值速率達到20Gbps、用戶體驗數(shù)據(jù)率達到100Mbps、 頻譜效率比用于4G 標準的IMT-A 提升3 倍、移動性達500 公里/小時、時延達到1 毫秒、連接密度每平方公里達到10Tbps、能效比IMT-A 提升100 倍、流量密度每平方米達到10Mbps[7]。因此，今年也被一些專家稱之為“5G 應用元年”。
圖1 1G 到5G 各階段中系統(tǒng)部署及其傳輸速率示意圖（局部調(diào)整）
與4G 技術的能力指標相比較，最為顯著的特征是通信系統(tǒng)能力上呈冪指數(shù)的增長，5G 技術將進一步推動移動通信技術的更新迭代，其迭代進程見圖1[8]。
2.5G 技術特征及對4G 的革新
根據(jù)相關資料，5G 技術的核心特征主要包括以下幾個方面：第一，高速率（High Velocity）和高容量（High Capacity），這是5G 技術最核心和最易感知的特征，也是支撐5G 技術體系之上各類技術及應用的進化基礎。第二，泛在性 （Ubiquitous） 和連通性（Connectivity），是指5G 技術在廣度和深度上覆蓋率，無處不在，萬物互聯(lián)。第三，低延時（Low Latency）和高可靠性 （High Reliability），5G 技術可向各類上層技術及應用提供及時響應和運行保障。第四，低功耗（Low Power Consumption）和低成本（Low Cost），在移動通信領域，節(jié)約能耗和降低成本是一個問題的兩個方面，這既是5G 技術的特征之一，也是對5G技術的一項基本要求[9][10]。
顯然，與4G 技術相比較，5G 技術克服了4G 技術的局限性：速率不快、連接數(shù)量不足、容量不大、通信質(zhì)量不高等。目前，4G 技術的局限性在其應用層上已產(chǎn)生了諸多制約，比如，大數(shù)據(jù)技術與應用、人工智能技術與應用、物聯(lián)網(wǎng)技術與應用等發(fā)展，正受到底層4G 技術的局限和支撐不足之影響。
3.5G 技術的應用場景
一些專家指出，5G 技術將是經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的關鍵使能器[11]。而且，5G 技術與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、虛擬/增強現(xiàn)實等技術的融合，將連接人和萬物。因此，5G 技術是這些技術和應用的底層核心技術，也是各行各業(yè)數(shù)字化轉型的關鍵基礎設施（Critical Infrastructure）。正因為如此，國際電信聯(lián)盟（ITU）在《ITU-RM.2083-0建議書》中，展示了2020年及以后的國際移動通信（International Mobile Telecom，IMT）擬使用的各種情境[12]，如圖2。
圖2 5G 技術環(huán)境下典型的應用場景
從圖2中我們可以看出，5G 技術應用將突出表現(xiàn)在三個方面：增強移動寬帶、海量機器通信和超高可靠低延時通信。具體應用場景會十分豐富，主要包括：高速通信、3D 視頻、云應用、AR/VR、智慧城市、移動醫(yī)療、自動駕駛汽車等方面。
（二） 5G+AI：構建社會信息技術新生態(tài)
未來幾年，在世界范圍內(nèi)，4G 技術體系開始且最終會被5G 技術所迭代，5G 技術將成為主體性的移動通信技術。而新一代信息技術將在5G 技術為底層技術的有力支撐下，會取得突破性進展，將形成未來社會信息技術生態(tài)系統(tǒng)，見圖3。
圖3 5G 技術支撐下新一代信息技術的相互關系
盡管圖3中的中層與頂層技術集群源自于4G技術體系，如，中層的大數(shù)據(jù)技術、云計算技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術等，頂層的人工智能2.0 技術。但是，底層支撐性技術的不同，使中上層核心技術及應用潛力得到極大地提升。如同從3G 技術轉向4G 技術一樣，當5G 技術逐漸占據(jù)移動通信系統(tǒng)的主體地位時，建立在其基礎上的中上層技術集群的能力，在深度、廣度上會有所拓展，其應用生態(tài)也必將產(chǎn)生顛覆性的變革。5G 技術環(huán)境下的信息化生態(tài)體系，大致可分為四個層級：
第一層級，5G 技術體系是未來社會的關鍵信息基礎設施，不僅體現(xiàn)在技術體系的實現(xiàn)和應用，而且也將是信息社會包括信息化教育在內(nèi)的運維基礎。
第二層級，在5G 技術支持下，物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)為未來社會的萬物互聯(lián)，提供了容量巨大、連通一切的高速管道。
第三層級，在5G 技術、物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的支持下，云計算與大數(shù)據(jù)則為未來社會運行，提供信息“血液”和強勁動力。
第四層級，位于前述相關技術之上，則是頂層的人工智能2.0 技術，人工智能2.0 技術與各領域、行業(yè)的深度融合，即“人工智能+”將融入至未來社會所有中觀或微觀領域。
因此，我們可以這樣說，5G+AI 構成為技術生態(tài)體系的“兩極”，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)等技術，則是聯(lián)結兩極的紐帶、 倍增器和互饋中介。即5G+AI，構成了未來社會信息技術的新生態(tài)。
三、5G+AI 的教育信息化生態(tài)及對教育的賦能、使能與增能
（一）5G+AI 技術視域中的教育信息技術生態(tài)
隨著5G 技術的部署和大規(guī)模的商業(yè)運營，將不僅是對4G 技術的迭代，而且5G 技術也是對信息社會關鍵信息基礎設施的創(chuàng)新和重建，并將對其上層技術和業(yè)態(tài)激發(fā)出革命性的影響。因此，5G+AI 技術也必將重構未來教育信息化的生態(tài)體系，給教育主體和客體、教育情境、教育資源、教育管理與評價、教學設計與過程模式等諸多要素，帶來顛覆性的技術變革與影響。
事實上，教育信息化的進程，也是上述前沿信息技術不斷融入教育領域并產(chǎn)生革命性影響的過程。從信息技術與教育間邏輯關系及融合的視角而言，在5G+AI 的技術場域下，我們初步勾勒了未來教育信息化技術生態(tài)體系框架，見圖4所示。
圖4 5G+AI 視域下教育信息化技術生態(tài)架構
具體來說，該技術生態(tài)體系分為上下兩部分，下半部分是正立的“金字塔”——基于5G 技術體系而建立的教育信息化生態(tài)體系的“硬件系統(tǒng)”（高速與無延時、 大容量和高可靠性等特征，這里隱喻為硬件）、“操作系統(tǒng)”（隱喻為萬物互聯(lián)互通、泛在的網(wǎng)絡環(huán)境）、“通用軟件”（隱喻為大數(shù)據(jù)技術與云計算技術為代表的新技術）以及“專用軟件”（隱喻為人工智能技術在相關行業(yè)中的普及應用）。從中我們可以看出，人工智能2.0 技術是教育信息化技術中最接近教育應用的頂層技術。
圖中上半部分則為倒立“金字塔”，包括兩大方面的融合與五大應用技術或應用場景。兩大方面的融合分別是：（1）建立在“人工智能+教育”基礎上，從而實現(xiàn)人工智能與相關教育要素（教育主體、教育客體以及教育環(huán)境等）之深度融合；（2）實現(xiàn)人工智能與教育各層面（教育教學過程、教育管理評價過程、教育教學模式的建立等）之深度融合。
五大技術應用形態(tài)或場景則包括：（1）人工智能+教育環(huán)境：智慧課堂、智慧學校、智慧社區(qū)等[13]；（2）人工智能+教學過程：智能授導（Agent）、智慧學習、個別輔導等[14][15]；（3）人工智能+教學設計：教學分析、學習分析、智能評價等[16]；（4）人工智能+管理：智能輔助決策、資源推薦、情感計算等[17]；（5）人工智能+教學情境：虛擬現(xiàn)實（AR/VR）、教育機器人等[18]。
如果我們從歷史演進的視角審視，任何技術融于教育體系的進程，應是潛隱性的、支持性的、多方位的，且最終要借力于教育要素的積極變化或創(chuàng)新而得以體現(xiàn)。比如在圖4中，在5G+AI 的技術環(huán)境下，這里提出的各種未來教育領域主要技術應用場景及形態(tài)，大多在4G+AI 的技術體系下就已經(jīng)顯現(xiàn)出來，似乎并非是全新的教育形態(tài)、教育場景或新教育元素的融入。但是，從4G 技術到5G 技術是一個依次交叉更替的演進過程，期間，5G+AI 技術將推動中層技術環(huán)境產(chǎn)生巨大變化，進而不斷促進著相應的教育場景、教育形態(tài)的創(chuàng)新和變革，進而觸發(fā)教育主體、教育關系、教育內(nèi)容、教學模式、教學環(huán)境、教育價值觀等方面的變化。
（二）5G +AI 技術對教育的賦能、使能與增能
在教育部頒布的 《教育信息化2.0 行動計劃》中，高頻次提及“人工智能”“智能”“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一代信息技術及應用范疇，并指出要“充分激發(fā)信息技術對教育的革命性影響，推動教育觀念更新、模式變革、體系重構，需要針對問題舉起新旗幟、提出新目標、運用新手段、制定新舉措”[19]。我們認為，無論是教育體系與教育模式的創(chuàng)新和發(fā)展，還是促進教育觀念、教育主體、教育環(huán)境等怎樣發(fā)生變革，以5G+AI 技術為代表的新一代信息技術，作為在教育領域中應用技術的“新本體”，與其他教育技術應用在功能上是一致的。即它是教育手段而不是教育目的，是在信息化教育過程中不斷實現(xiàn)賦能、增能、使能的技術體系，從而切實提升教育教學的效果、效率和效益[20]，其目標是為社會培養(yǎng)各類創(chuàng)新性人才，實現(xiàn)人（學習者）的全面發(fā)展。
1.5G+AI 作為賦能技術
關于賦能技術（Energizing Technology），目前尚無準確的概念界定，而且內(nèi)涵指向也相對較泛。但從其本質(zhì)來看，賦能技術是通過技術的創(chuàng)造和創(chuàng)新性應用，使主客體擁有其本身所不具備的能力之技術，實現(xiàn)從“0—1”的突破。在未來教育中，5G+AI 技術作為一種賦能技術，與教育體系各層面、主體、要素和過程融合，實現(xiàn)著教與學能力新突破（從無到有），目的是通過一些新興信息技術的不斷融合，使學習者能獲得新的能力。在2018 Gartner 的“人工智能成熟度曲線”中，一些技術在將來都可能與教師、學習者、教學環(huán)境、教學資源或教學過程相融合。比如，智能機器人、無人機、虛擬個人助理、立體顯示技術、4D打印、智能微塵等[21]。而5G 技術所具有的高速、多連接、大容量特點，則是通過人工智能技術的進步，以創(chuàng)新性地幫助教師或學生獲得新的能力。如，全息立體顯示與教學過程融合，實現(xiàn)跨時空教學資源的多屏投射，讓教室中的教學場景變得真實和豐富。
2.5G+AI 作為使能技術
在我們受教育的對象中，一部分人由于先天或后天原因而喪失某種（些）正常學習活動能力，如，因視覺殘障、聽覺殘障、肢體殘障等，失去與普通學習者相對應的學習能力，會面臨著很多學習障礙。因此，這里的使能技術（Enabling Technology）是專指在特殊教育領域中，用來輔助殘障學習者獲得與正常學習者一樣平等學習機會的能力，或者向其提供學習環(huán)境中的適切性技術[22]，如，各種無障礙技術、輔助技術等使能技術，使殘障學習者獲得與普通學習者相同的學習機會，這是從“1—0—1”的過程。
5G 之前的技術，使能技術教育應用主要聚焦康復層面、學習機會的平等，屬于教育起點的公平，如，信息無障礙、輔助技術（Assistive Technology）等。5G+AI 在教育起點、過程和結果的公平上，都可以發(fā)揮其獨特的作用：（1）可幫助殘障學習者重新獲得相應學習機會的能力，即應用教育起點公平的使能技術，如通過人工智能技術，輔助殘障學習者獲得某通道感知能力或肢體活動能力，而使之接收正常教育；（2）可幫助殘障學習者獲得參與學習過程的能力，即保障教育過程公平的使能技術，如通過AR/VR 技術、智能機器人，幫助智力殘障等學習者進行個別化學習，高速大容量智能云，能夠向不同學習者提供個性化學習資源；（3）可幫助殘障學習者獲得平等意義上的學習績效，即推動教育結果公平的使能技術，比如，智能學伴、人工智能教師、教育大數(shù)據(jù)精準評價等。
3.5G+AI 作為增能技術
增能技術（Empowering Technology）其應用目的，是賦予教育系統(tǒng)中主體、客體，或者教育環(huán)境具有更強或更多的能力或功能，從而推動教育教學效果得到優(yōu)化和提升。相比于其他教育技術的使用，其效果更佳、效率更高，這是從1 到2 或3，甚至更高的過程。在5G+AI 未來教育過程中，增能作用將是其發(fā)揮功能的常態(tài)，這在美國2016年《為未來做準備的學習：重塑技術在教育中的角色》以及2017年《重新思考技術在教育中的角色：2017年國家教育技術計劃更新版》兩份教育技術計劃中，都明確提及的技術增能領域——學習（技術支持和引領學習）、教學（技術支持教學）、領導力和學習評估等方面[23][24]。
當然，我們這里是從技術與主體間關系進行劃分，它們并非涇渭分明。5G+AI 體系是一整體性、系統(tǒng)性的技術集群。在與教育不斷融合的過程中，根據(jù)所融合的對象（教師、學習者、教學資源、智能教學平臺、教學環(huán)境等）的不同和差異，其類別或表現(xiàn)并不是一成不變的。如，無人機幫助肢體殘障學習者實現(xiàn)真實場景觀摩，則是使能技術；如果無人機幫助正常學習者在現(xiàn)場獲得高空全景信息，則是增能技術。
四、未來進路：5G+AI 技術對教育教學的影響與重構
如上所述，以5G+AI 為代表的前沿信息技術集群，將進一步推動著信息、物理、社會三元空間相互融合，形成所謂“信息—物理—社會”融合系統(tǒng)（Cyberphysical-social Systems，CPSS）。它是在傳統(tǒng)信息物理系統(tǒng)（Cyber-physical System，CPS）關注計算、通信和控制融合的基礎上，充分考慮人類和社會特征，進而形成“人在回路”（Human-in-the-loop）的感知與計算系統(tǒng)[25]。未來，5G+AI 技術在教育領域中應用場景及應用形態(tài)，無疑將呈現(xiàn)更具多元與變幻的態(tài)勢。
（一）從智慧教育走向智能學習空間或場域
在5G+AI 信息技術生態(tài)的支持下，未來教育環(huán)境將進一步嬗變?yōu)椤爸腔?智能”化的教育環(huán)境。智慧教育環(huán)境是支持教育共同體開展教育活動的智能化空間和條件，是智慧教育的基礎和保障，具有感知化、泛在化、個性化、融合性、預知性、動態(tài)平衡等特征[26]。根據(jù)學習者學習的空間或關聯(lián)場域上的不同，大致可分為智慧城市（社區(qū)）、智慧學校、智慧教室、智慧教育云、智慧終端等[27]。
我們認為，之前相關的研究主要是從理論上闡述了智慧教育環(huán)境的特征和模型，其實它僅僅具有智慧的屬性，并非真正的智慧。因為當時信息技術生態(tài)條件很難完全支撐。例如，在現(xiàn)有4G 移動通信技術條件下，傳感設備及傳感網(wǎng)絡還不足以支持物理環(huán)境和教育主體等所產(chǎn)生的各種原始高維數(shù)據(jù)，及其對這些巨量數(shù)據(jù)的獲取，并實現(xiàn)實時傳輸；目前各種教育場景構建均存在相應的技術缺陷或不足，還達不到智慧教育環(huán)境的要求。所以，這種教育環(huán)境稱之為數(shù)字化教育環(huán)境更為貼切。
但在5G+AI 技術新場域中，底層5G 技術的高速率、高容量、高清晰、全維度量、智能化、無延時地感知和傳輸，為智慧教育環(huán)境提供了強大底層技術支持；同時，在中層的物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算技術的支持下，連接并與上層人工智能技術的深度融合，從而實現(xiàn)教育環(huán)境中所有要素間的快速、無縫式互聯(lián)互通，包括人、各類設備和終端、物理環(huán)境等，從而推動智慧教育環(huán)境的真正形成和運作。
可見，在今后的“智慧+智能”化的教育環(huán)境中，支持學習者學習的智能學習空間（或場域）是核心，智能學習空間應具備多維數(shù)據(jù)融合、智能化感知、自適應調(diào)整、精準化計算、個性化推送、及時響應等特征，成為實現(xiàn)虛實結合、線上線下混合、個別化與社群（共同體）相融合等的新型學習空間，從而服務和支持各種學習者的學習過程。
（二）5G+AI 帶來教育技術應用場景的顛覆
在5G+AI 技術的支持下，不僅體現(xiàn)在底層移動通信技術的變革，更進一步地推動中上層技術（軟硬件技術及系統(tǒng)的創(chuàng)新）和應用層應用模式的創(chuàng)新和發(fā)展。因此，作為應用層——教育技術應用場景也將發(fā)生顛覆性的改變。比如，虛擬/增強現(xiàn)實（VR/AR）教育應用、超高清視頻（UHD Video）直播遠程教育應用、同步智能教室、虛擬實驗室、可穿戴智能設備（個人輔助）課堂應用、機器人教育或人機協(xié)同教學、無人機探究教學應用等方面。
1.虛擬/增強現(xiàn)實（VR/AR）教育應用場景
VR/AR 的技術特征表現(xiàn)在：技術替身（Avatars）、多個并發(fā)用戶（Multiple Concurrent Users）、通訊工具（Communication Tools）、內(nèi)容創(chuàng)建工具（Content Creation Tools）、（環(huán)境）持續(xù)性（Persistence）、空間的呈現(xiàn)（Representation of Space）等[28]。但是，以往由于通信系統(tǒng)傳輸速率、時延性的不足和智能化程度不高，VR/AR 教育應用場景的構建，大多局限于桌面虛擬現(xiàn)實教育應用，而沉浸式的虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實的虛擬現(xiàn)實和分布式虛擬現(xiàn)實，在教育實踐中還尚未得到較好地應用和普及。而在高速率和低時延性的5G技術環(huán)境下，沉浸式、 增強型和分布式虛擬現(xiàn)實技術，將會大量應用于各種教育場景中，滲透于仿真實驗、創(chuàng)客教育、STEAM 教育、項目式學習、游戲化學習等各種教育教學過程中。
2.超高清視頻（UHD Video）或無人機遠程直播教育
現(xiàn)有各種網(wǎng)絡直播平臺方興未艾，也日益受到遠程教育者的重視，但是，目前遠程教育中課程平臺主要是網(wǎng)絡課程、MOOCs 等形式，仍存在學習效率低下、交互性不足、輟學率高等問題。而在5G+AI 支持下，超高清視頻直播系統(tǒng)將能有效克服上述遠程課程平臺之缺陷，既能構建實時流暢的集體化學習情境，又能實現(xiàn)“面對面”個別化學習場景。此外，另一種教育場景也將初現(xiàn)端倪，即無人機全景式直播在教育領域中的應用，將實現(xiàn)學校與社會、學習場與真實實踐場的無縫連接，可能為教學或學習模式帶來顛覆性的變革。
3.未來智能化教室與學習空間
未來智能教室是信息化學習空間的典型，也被稱之為智慧教室或“3.0 教室”。在技術應用上，其具有多屏幕、開放性和智能化的特點[29]。多屏幕意味著未來教室中將存有多類型屏幕投射系統(tǒng)，其中也包括5G 技術支持下的大屏、中屏和小屏間的互動和共享。開放性將意味著未來智能教室將在5G 技術支持下，云端一體，集成各類新信息技術以實現(xiàn)各類主體、 教學資源在課堂教學中的實時、 多元應用與互動。智能化則是指未來教室將可能不再是鍵盤鼠標式的點擊輸入，將全面引入聲控、觸屏、體感乃至腦控等技術，媒體內(nèi)容的呈現(xiàn)，也將更加個性化與按需推送，因人而異、因“屏”而不同。
4.機器人教育等方面的應用
在5G+AI 等技術的支持下，機器人技術能夠滿足教育中的語音、視覺、觸覺、情感計算等方面需求。比如，智能伙伴能夠在語音辨識、語音識別、理解、合成和輸出技術上充分施展能力；在視覺技術上，通過人臉識別技術，并結合語音識別技術，不斷提高識人能力，能夠獲得學習者的實時信息并加以分析。在聲音合成技術上，將實現(xiàn)逼真的語音輸出。未來智能機器人還能實現(xiàn)同理心和情緒偵測等能力，能夠對學習者的學習情緒和狀態(tài)作出及時、有效的回應。還可通過人工智能的機器學習和深度學習等技術，幫助機器人提高多領域的智能化水平，從而能適應并扮演教育應用場景中的各種角色[30]。
5.未來新教育場景的構建
在5G+AI 技術環(huán)境下，未來還將涌現(xiàn)其他一些新的技術、業(yè)態(tài)、環(huán)境和應用場景。比如，擴展現(xiàn)實（XR）技術與數(shù)字孿生技術等。這些新技術與不斷進化的智能技術融合，會營造未來全新的教育場景，構建起新的學習空間。因此，在未來教育場景中，各種新場域、新技術和新應用，將對教育環(huán)境進行動態(tài)重構。比如，新型人機協(xié)同教學環(huán)境設計與再造等。
（三）5G+人工智能2.0技術：促進教與學模式的重構
隨著5G 技術的應用與普及，在未來教育體系中，對教育諸要素產(chǎn)生的影響是全方位的。但目前，人們可能更直接的感知是其所能達到Gbps 傳輸速率，而忽視了5G+AI 技術之合力所帶來的作用。甚至，我們可以設想是“5G×AI”所帶來的能量倍增效力，它是否像原子能裂變一般，釋放出巨大的、足以改變社會生活方式的顛覆力？目前尚難以判斷。對此，我們需要充分的預見并加以應對。
今后幾年，伴隨著教育信息化進程的進一步推進，這些影響力也將同步于作用于教育本身，包括對教育中的相關主體——人（教師、學習者、管理者、參與者等），以及主體的活動及其對象——教育過程（教學、學習、管理和評價）和教育資源等，并產(chǎn)生積極的影響。我們這里主要從5G+AI 技術對于教師和學習者（包括對教和學活動）兩個方面可能產(chǎn)生的影響進行分析，具體見圖5。
一方面，5G+AI 技術通過在教育中發(fā)揮賦能、使能和賦能的功能，其不斷促進教育教學與信息技術的深度融合，不斷創(chuàng)新教與學模式，從而實現(xiàn)提高教學和學習的效率和效益；另一方面，5G+AI 技術在教育過程中，也是教師與學習者的重要媒介，在融合過程中潛移默化地改變教與學的理念與行為，重構著教與學形態(tài)。
圖5 5G+AI 技術對教與學主體和活動的影響
1.學習者與學習方式
首先，在5G+AI 技術的環(huán)境下，人人都是機會均等的、自由的、個性化的學習者。技術將賦能、使能和增能于學習者、學習資源或學習環(huán)境，使學習者能夠自在、自主、個性化地發(fā)展。如，觸手可及的學習資源、智能云端的精準推送、智能終端的多元交互、訂單與按需式的學習方式，可為每個學習者提供公平的學習機會（即目標相同，而載體、途徑和方法多元和自選）。自由的、個性化的全面發(fā)展，是人之發(fā)展永恒追求，也是在5G 時代最能實現(xiàn)的目標。移動技術、機器人技術、AR/VR 技術、超高清視頻、云端一體教學系統(tǒng)、智能學習終端設備等，能極大地滿足不同學習者個性化、多元化的學習需求。通過教育大數(shù)據(jù)、情感計算與學習分析，能夠關注到個體學習進程中的情感變化和相應需求（如，社交聊天機器人應用）。既能提高知識和技能學習的效果和效率，同時，也是培養(yǎng)學習者創(chuàng)新意識、 創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要環(huán)境要素。特別是對于那些具有特殊教育需求的學習者來說，5G 技術環(huán)境下的智能技術，將是他們實現(xiàn)個性化學習的使能技術。
其次，在5G+AI 技術環(huán)境下，學習方式也將發(fā)生真正的變革與創(chuàng)新。即在新技術的支持下，實現(xiàn)各類學習場景、學習資源、學習任務、學習時空、線上線下等無縫、自然地轉接和交互，從而促進深度學習的發(fā)生。主要包括：（1）AR/VR 更能實時、流暢地再現(xiàn)真實場景（問題的真實情景及體驗），幫助學習者聚焦真正的問題，在解決問題中獲得相關知識和能力；（2）大數(shù)據(jù)技術和物聯(lián)網(wǎng)技術，能夠幫助學習者獲得多元信息的搜索、加工、交互的機會，且智能匹配學習者的需求；（3）超高清視頻技術使學習者的學習體驗更加豐富多彩；（4）智能社區(qū)則是虛實學習共同體的無縫融合場所，使學習者的學習交互更加快捷、多元、泛在和真實；（5）智能云端能夠精準推送學習者在學習過程中需要的資源；（6）5G 技術支持下的學習環(huán)境（家庭、社區(qū)、學校）富集各類傳感設備（包括可穿戴設備），推動“智慧+智能”學習環(huán)境的不斷豐富與發(fā)展。
2.教師和教學形式
在教育技術發(fā)展史上，教師角色的存在，常被一些“技術樂觀派”所質(zhì)疑，甚至認為教師將是被人工智能所替代的職業(yè)類別之一[31]，類似的聲音在教育技術發(fā)展史上也曾多次出現(xiàn)。在5G+AI 技術的新環(huán)境下，將會有兩類教師角色：一類是由智能化技術所構建的人工智能教師角色 （虛擬教師或機器人教師）[32]；另一類則是延續(xù)千年的傳統(tǒng)教師角色（由人擔當?shù)慕處煟?。首先，人工智能教師的角色，在未來教學過程中被賦予新的功能，見圖6所示；其次，教師的主要工作職能，由知識傳授轉向更多培育學生的軟技能、情感態(tài)度和價值觀，如，創(chuàng)新、社交、協(xié)同，認同、歸屬、同理心，設計、創(chuàng)意、故事感，以及世界觀、價值觀和人生觀等；第三，教師的信息化技能越來越重要，需要在AI+大數(shù)據(jù)技術等的支持下，精準分析學習需要，進行學習者數(shù)字畫像，完成人機協(xié)作的教學設計等過程；最后，教師應能與人工智能教師相互協(xié)調(diào)與配合，共同完成智能時代的育人任務。
圖6 人工智能教師未來的功能與角色
五、5G+AI 技術視域下的教育應用反思
一般的，從后現(xiàn)代哲學視角來說，我們可將信息技術教育應用分為兩個階段：附魅階段和祛魅階段：前者是信息技術教育應用的初始階段，往往對其功效盲目樂觀，忽視其潛在的負效應；后者則是信息技術教育應用的普及階段，又易夸大技術的負效應[33]。我們認為，5G+AI 技術的教育應用，也遵循技術融入人類社會技術實踐的路徑和一般規(guī)律，既要能看到5G 技術生態(tài)會給教育諸要素帶來革命性的影響；同時，也應該冷靜思考其在教育應用過程中潛在的負面效應以及相伴產(chǎn)生的問題。
（一）是否能夠促進新的教育信息化生態(tài)發(fā)育
以5G 技術為代表的信息技術集群，是否一定形成新的教育技術生態(tài)？我們知道，新的教育技術生態(tài)的形成，需要諸要素與新技術的深度融合，而且，從理論、觀念和意識上也應同頻跟進與更新。但與技術進步相比較，教育理論、觀念和意識上改變往往比較滯后。正如Downes L 所指出的，技術在以指數(shù)變化，而社會、經(jīng)濟和法律體系卻只以增量在改變[34]。這種差距的不斷擴大，最終表現(xiàn)在教育實踐中技術應用的失衡和問題頻現(xiàn)。因此，我們在推進5G 技術的普及應用進程中，既要關注硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、云端資源等的建設；同時，也要高度關注教育主體相關的人件和潛件的塑造[35]。即在5G+AI 技術的應用中，需要關注教育理論、教學觀念、資源建設等應如何適應新的環(huán)境，避免發(fā)生脫節(jié)與不合拍。
（二）是否有效促進學習者知識表征方式的重構
5G +AI 技術與教育的融合，能否有效促進學習者知識表征的重構？教育技術環(huán)境發(fā)生了顛覆性的改變，如5G 技術高速率、超高清、低延時的信息傳輸，智能化技術呈現(xiàn)、交互和分析，傳感網(wǎng)技術的資源感知，大數(shù)據(jù)技術的精準畫像等。那么，這些技術對于學習者知識整合、 概念的建構和表征是否一定產(chǎn)生正向影響？還是僅僅表現(xiàn)為學習者學習形式與效率的提升？學習者認知心理是否隨著技術環(huán)境的變化而改變？智能技術與云端技術如何助益學習者自適應學習？等等這些問題，我們不能沿用已有的技術路徑和經(jīng)驗去移植或套用，也并非是單一學科所能解釋或解決的，需要在新技術特征基礎上，綜合哲學、認知科學、教育學、腦神經(jīng)科學、人工智能等，進行跨學科協(xié)同研究與基于“大數(shù)據(jù)”的分析。
（三）相關教育主體應具備什么樣的信息素養(yǎng)
在5G +AI 技術的環(huán)境下，教師、管理者、學習者等教育主體，如何適應技術帶來的顛覆性變革？尤其是教師的信息素養(yǎng)，經(jīng)過多年的培訓，盡管已經(jīng)取得一定的提升，但在5G +AI 技術的驅動下，教師能否跟上“智慧+智能”化教育環(huán)境的步伐？其他管理者（比如學校領導）、相關參與者，是否具備相應的信息素養(yǎng)？學習者、教師和管理者是否準備好迎接更加智能、快捷、精準的學習模式、教學模式和管理模式的變革？當人工智能（智能機器人）教師開始進入概念性、程序性知識教學等單一教學任務后，教師如何轉型成為引導型、開放型、支持型、創(chuàng)新型的教學角色？
（四）前沿信息技術能否消弭“數(shù)字鴻溝”和解決技術倫理問題
在5G +AI 技術的教育環(huán)境下，怎樣使先進信息技術的應用，更加符合社會發(fā)展、人的發(fā)展這一終極方向？當人們憧憬、叫好于先進技術與教育的融合，并認為這一進程將激發(fā)技術于教育的革命性影響時，我們是否需要更冷靜地反思？審思在與這一進程相伴而生的普適性、普惠性之外，是否還存在更多的現(xiàn)實性困境和障礙：（1）在現(xiàn)實的經(jīng)濟社會發(fā)展之不均衡條件下，5G +AI 技術使“數(shù)字鴻溝”（Digital Divide）縮小還是擴大了？未來數(shù)字公民教育應如何展開？（2）在5G 技術環(huán)境下，教育環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術等使用，在促進精準教學、精準學習、精準管理與評價的同時，師生個體數(shù)據(jù)是否被透明、不當?shù)氖褂?？價值觀、隱私、倫理的道德邊界在哪里？用什么來充分保障、維護“數(shù)據(jù)隱私權”？（3）新一代人工智能技術的發(fā)展與應用在一路狂奔、高歌猛進，那么，在未來的教育場景或學習空間中，人工智能教育系統(tǒng)、人工智能教師、智能代理等是否會產(chǎn)生攻擊、傷害學習者或教師的言行？如何保證新技術及技術的載體應用，符合我們的教育目標，成為真、善、美的維護者？凡此種種，都值得我們冷靜思考、審慎應對。
六、結語
4G 改變生活，5G 改變時代。在5G+AI 技術的全新場域中，如何與教育教學實現(xiàn)有效融合，以實現(xiàn)《教育信息化2.0 行動計劃》的愿景，這是教育研究者、實踐者、決策者和管理者都需要認真思考與面對的，需要未雨綢繆、加以研究。
本文以5G+人工智能2.0 技術為切入點，對這種技術與教育教學的融合與應用所形成的新場域、功能、作用以及對未來教育產(chǎn)生的影響，進行了初步研究，并就5G+AI 技術在未來教育中可能存在的各種問題，進行了勾勒和思考。從技術創(chuàng)新和發(fā)展的視角來看，在5G+AI 的技術體系中，可能會有更多顛覆性應用出現(xiàn)。今后，我們需要繼續(xù)關注和研究在5G 技術環(huán)境下，前沿信息技術與未來教育融合的途徑和機制，從認識論、系統(tǒng)論、過程論等視角研究5G+AI 技術與教育要素、模式、過程等方面的深度融合。
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Incoming Road and Approaches :New Thoughts on Teaching and Learning from the Perspective of 5G + AI
Zhang Kunying1，Xue Zhaohong1，Chen Ting1，Wang Jiayun1，2＆ Zhang Jianian1，2
（1.Educational School，Huaibei Normal University;2.Anhui Big-data Research Center on University Management，Huaibei Normal University，Huaibei Anhui 235000）
【Abstract】 Recently，with the maturity and gradual application of 5G technology，5G+AI technology will rapidly integrate into the process of education and learning，and will produce a new impact on teaching and learning.What are the effects of this integration and impact? Undoubtedly，it is a new topic worthy of paying attention to and studying on.Therefore，on the basis of combing the development and application of 5G and AI technology，the evolution of 5G+AI technology and various application scenarios are analyzed from the perspective of technology integration.In the developing process of education informationization 2.0，5G+AI technology will be the important foundation of the ecological system of education informationization，and they are qualified as the technical characteristics of empowerment，enabling and enhancing.In the future，5G+AI technology will fleetly integrate into education，including three aspects:the formation of intelligence plus intelligence education environment，generation of disruptive educational application scenarios and reconstruction of instructing model.However，it is necessary to ponder the probable problems about the integrating process and application from the perspective of philosophy and ethics，and there should be fully studied and dealt with them during future educational practice.
【Keywords】 Artificial Intelligence 2.0;5G+AI;Intelligent Education;Big Data;Future Learning Scenarios;Intelligent Teacher;Unmanned Aerial Vehicle
基金項目：本文系2018年全國教育科學“十三五”規(guī)劃課題（國家社科基金項目）“核心素養(yǎng)視域下我國師范生專業(yè)能力培養(yǎng)模式構建與實證研究”（項目編號：BIA180193）的研究成果。
作者簡介：張坤穎，淮北師范大學教育學院副教授，碩士生導師；研究方向：教育信息化，人工智能教育應用；王家云（本文通訊作者），淮北師范大學教育學院教授，安徽省高校管理大數(shù)據(jù)研究中心智慧教育與評價研究所首席專家，碩士生導師，研究方向：教育學原理，核心發(fā)展素養(yǎng)；張家年，淮北師范大學教育學院教授，博士，碩士生導師，安徽省高校管理大數(shù)據(jù)研究中心智慧教育與評價研究所所長，研究方向：教育信息化，教育智庫；薛趙紅，淮北師范大學教育學院在讀碩士，研究方向：教育信息化，信息素養(yǎng)；程婷，淮北師范大學教育學院在讀碩士，研究方向，教育信息化，小學教育。
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