三门峡市第二中学5G+创新实验教学项目
三门峡市第二中学
一、工作背景
随着5G网络的商用化深入，以5G 为代表的新兴技术为智慧教育创新性变革提供了可能。5G 与VR、AI、大数据、云计算等为代表的新兴技术的融合，将引发教师、学生、学习资源、学习环境等教育场景要素的深刻变革，将对教师的教育理念、教学方式等产生重大影响，同时教学内容和学习方式也将带来重大转变，以满足“人人互联”时代学生各种的学习需求，为学生的个性化、自适应、精准化学习提供有力的技术支持。
三门峡市第二中学学校大门口
三门峡市第二中学现有36个教学班，在校师生2000余人。多年来，学校始终按照德育工作回归生活、回归实践、回归心灵的理念，创新学生德育工作的方法，切实提高德育教育的实效。但是在实际教学过程中，仍然存在以下问题：
一是手段单一。传统的教育形态，学生在课堂上面对大量抽象的、难懂的、微观的、宏观的知识点，部分学生无法快速消化，依赖死记硬背的方式，导致学习兴趣低、学习效果差。
二是互动性差。教育信息化中虽然也出现了二维视频、3D动画教学模式，但师生教学过程中，仍然存在互动性差，学生无法做到“真听真看真感受”的体验式学习。
三是优质教育资源难普及。受地域等条件限制，优质教育教学资源难以普及，导致教育不均衡，倾斜度有所偏向，乡镇与城市拉开更大的差距。由此引发的择校、择班热，严重影响教育公平。
鉴于以上实际情况，在三门峡市教育局和三门峡市工业和信息化局的指导下，通过5G技术与云计算、大数据深度融合，打造5G+创新实验教学，推动教育教学更加人性化、智能化。
二、工作举措
本项目通过MEC边缘云安全，满足等保2.0标准安全通用要求、云计算安全扩展要求，通过构建“一个中心、三重防护”的技术架构，保障MEC边缘云通信网络安全、区域边界安全、计算环境安全。措施如下：
1.MEC平台采用多种安全策略，如ACL控制，虚拟/物理防火墙等进行安全保障；
2.数据存储采用加密存储；
3.平台架构采用高可用性设计；
4.平台对各种应用进行隔离，不能互访；
5.平台和外部网络之间通过物理防火墙安全隔离；
6.采用安全集中管控平台对MEC平台的安全问题进行统一管理；
7.通过漏扫系统及时发现系统漏洞，进行补丁更新，充分保障平台安全；
8.日志审计系统对用户的各种行为进行安全审计，从管理的角度对平台的安全进行保障。
技术创新：本项目打造AR边缘云架构，实现以“网络换计算”的业务模式，将AR内容的计算与渲染能力迁移至边缘云端，不仅解决了学校需要高性能AR计算设备的问题，同时业务只在终端与基站之间传输，降低访问时延、缓解了核心网传输压力。在教学使用过程中，学生通过佩戴轻量级的AR眼镜终端进行虚拟课程学习，利用云端强大的计算能力实现AR 应用的运行、渲染、展现和控制，并将AR画面和声音高效的编码成音视频码流，通过5G网络实时的将音视频流传送到终端，AR终端将码流解码成画面并通过AR方式进行显示，从而完成虚拟实验操作、物体拆解等学习，培养学生创新精神、动手能力将危险和难以实现的课程变得易于实现、使原有课程变得生动有趣。
三、工作成效
三门峡市第二中学5G+创新实验教学平台，基于 5G 的大带宽、低时延等特性，打造豫西首家5G+VR创新实验室。将抽象的知识点与 VR 技术有效结合，涵盖初中物理、化学、生物、地理、科普、航天320余节课程，通过场景化、交互体验式的教学方式,辅助各学科教学，使课堂生动、有趣、好玩，让学习变得简单、高效。
1.项目主要任务和目标
1.1完成5G+VR虚拟实验室建设，通过场景化、交互体验式的教学方式,辅助各学科教学，使课堂生动、有趣、好玩，让学习变得简单、高效。
1.2培养使用习惯，使得教师可以轻松教，学生能够主动学。形成一套一套流程完善的5G+VR虚拟实验教学体系。
1.3借助5G+VR虚拟实验室，开展教育教学创新，重点完成智慧党建、红色教育等校本特色课程研发，践行区域小教育，教育大发展的教育理念，为普教走班制教学奠定基础，同时促进校内优质教育资源能效最大化。
三门峡二中5G+VR创新实验室实景图
本项目为三门峡市第二中学5G+创新实验教学平台，打造5G+VR创新实验室，开展场景化、交互体验式的教学，践行区域小教育，教育大发展的教育理念，为普教走班制教学奠定基础，同时促进校内优质教育资源能效最大化。
打造AR边缘云架构，实现以“网络换计算”的业务模式，将AR内容的计算与渲染能力迁移至边缘云端，不仅解决了学校需要高性能AR计算设备的问题，同时业务只在终端与基站之间传输，降低访问时延、缓解了核心网传输压力。在教学使用过程中，学生通过佩戴轻量级的AR眼镜终端进行虚拟课程学习，利用云端强大的计算能力实现AR 应用的运行、渲染、展现和控制，并将AR画面和声音高效的编码成音视频码流，通过5G网络实时的将音视频流传送到终端，AR终端将码流解码成画面并通过AR方式进行显示，从而完成虚拟实验操作、物体拆解等学习，培养学生创新精神、动手能力将危险和难以实现的课程变得易于实现、使原有课程变得生动有趣。
VR教育课程资源云平台架构图
老师在教学过程中,可以实现“一对多”的互动式教学管理，对320余节的VR教学课程内容进行教学管理，将各学科的抽象难懂的知识点真实还原，将抽象概念具体化，难点的知识点可视化，让书本的知识真正“活”起来，这样既依托于书本，又升华了书本知识，真正做到真听、真看、真感受，让学生变得简单、快乐、高效。
VR智慧教学管理系统图
VR 编程学堂软件系统,重点解决了VR课件制作成本高、难度高的问题。老师可通过简单拖拽、拼装即可制作VR校本课程内容；课程开发了学科编程内容（包含科学编程、数学编程、物理编程、化学编程等）对学生而言，可在三维场景化下进行自主编程，也可以将多学科知识与编程相结合，不仅提升学科知识的应用实践能力，又培养了学生在三维空间的想象力、逻辑思维与编程技能。
VR编程学堂软件系统图
平台设置了素质教育和升学教育课程两大内容，其中素质教育课程包括了中小学编程教育、STEAM教育、安全教育、科普教育、德育教育等课程内容；升学教育课程包括了K12小初高的科学、语文、物理、化学、生物、地理、数学等课程，同时持续丰富更新资源内容,重点将博物馆、景区的直播资源纳入教学资源库，使学生足不出户，就能领略科技的魅力。
VR智慧教室
该项目为三门峡市乃至豫西第一家5G+VR虚拟实验室。通过5G+技术，能够让经济相对欠发达地区的孩子享受到和一线城市同样的优质教育资源，实现了“小区域办大教育”。现在已经与虢国博物馆、寺河山苹果小镇、陕州风景区进行了对接，可以让学生足不出户学习欣赏外面的场景。同时在中国共产党建党100周年之际，本项目充分利用5G+VR技术，依托红色资源优势，深入挖掘英雄事迹。已打造“红军长征”“抗战胜利70周年阅兵”“抗美援朝英雄归来”和“宝岛台湾”4门“VR+红色教育”教学课程，成为智慧教学一大亮点，受到社会各界的一致好评。
学生体验“VR+红色教育”教学课程
3.项目应用情况
3.1对于学生而言
一是提高学习兴趣。学生戴着VR眼镜完全沉浸到虚拟世界中，暂时"告别“了枯燥的课堂，无疑是能调动学生学习兴趣的最好方式。
二是增进对知识点的理解。在正常教学过程中，一些知识点中的场景确实是教师无法用语言来描述的，借助VR技术直观展示相关内容，使学生对知识点的理解更充分，学习起来既有趣，又有效。
三是增强对学习的主动性。平台提供丰富的VR教育资源可以供学生课余时间体验使用，最大限度培养学生学习积极性和主动性。
3.2对教师而言
一是辅助课堂教学。通过VR教育模式，可以帮助老师对非常宏观的、非常微观、非常危险的理化实验等的知识点进行可视化的讲解。
二是推动教育研究水平提升。一方面可以为VR教育实践先行探路，另一方面可以推动教师主动学习，改进教学方式方法，提升教学水平。
3.3对学校而言
3.3.1 2021年4月，三门峡市第二中学的5G+VR实验室建设受到省市级政府简报表彰。
3.3.2 2021年10月，三门峡市第二中学的5G+VR实验室被评为河南省加快5G网络建设和生产发展工作领导小组办公室评为河南省第一批5G应用场景示范项目。
3.3.3 2022年4月，三门峡市第二中学的5G+VR实验室被河南省发改委评委河南省第一批数字化转型典型应用场景。
3.3.4 2022年5月，三门峡市第二中学的5G+VR实验室教学案列被河南省教育资源保障中心评为2022年中小学科创教育优秀案例。
3.3.5 2022年8月，三门峡市第二中学被河南省教育厅评为第一批教育信息化改革实验校。
3.3对教育主管部门而言
通过互联网+VR，可以推进区域教育信息化水平，提供更好的学习平台，让孩子们更快乐的学习。均衡教育资源，促进各区域VR教育资源的共享。提升区域教研水平，丰富教学方式及课程内容。
4.项目的效益
一是项目对产业链的影响：随着教育信息化进程的演进，以及物联网等系统产品与技术的逐渐成熟，再加上新一代5G通信技术的发展，教育领域也将向新型的智慧教育发展转变。5G+VR创新教学能提高学生的学习趣味，提升教学质量，也能有效的提升教育资源的共享，为不同地区的学校提供丰富的教育内容，逐步带动实现教育领域的向教育信息化的实现，也同时使5G产业链的发展更加完整与壮大。
二是项目对行业发展的影响：在传统教育向智能化、信息化教育转型的影响下，通过VR/AR实现的智慧互动教学将是5G在教育教学领域的主要应用方向。5G时代的智慧校园将有效提高教育教学的多样性和教学的质量，使得教师及学校投入更多的精力在教育教学中，并在此基础上实现教育资源的优化整合，为偏远地区，教育不平衡地区提供更加丰富的教学资源。本项目能带动校园智能化、信息化升级。
4.2 社会效益
推进智慧教育发展。本期项目的建设能够有力促进三门峡二中智慧教育的建设，提高教育教学质量，同时便于引进优质教育资源，践行小区域大教育的教育理念，不断丰富学生视野，为促进教育资源的共享作出积极的贡献。
四、工作经验
总结提炼可供其他单位参考借鉴的具体经验，反思存在的不足及下一步的改进举措。
1.项目的可推广性
VR/AR与教育结合呈现的全新的教学体验，为师生提供互动化、个性化、沉浸式课堂教学体验。重点解决了传统教学手段单一、互动性差和优质教育资源难普及的问题。特别是与传统教育方式相比，VR教育的核心优势在于利用技术手段让教育变成有趣的互动“游戏”，让孩子们可以在沉浸式虚拟场景中学习，突破时间、空间限制，根据学习内容制作关联学习场景将更利于知识的吸收。从本质意义上很好地提升了学习效率，在孩子们心中建立学习是有趣的探索心智模型，让他们学会自己在寓教于乐的氛围中自主学习新知识，并在已有的认知体系中将所学到的知识点进行密切关联！
该项目使用打造AR边缘云架构，实现以“网络换计算”的业务模式，大大降低了学校硬件设备投入成本，学校可灵活配置实验室规模。此外，该项目还建立了学校、运营商共同开发、共同出资、合作共赢的商业模式，由运营商开展前期实验室建设，同时使用移动专网、流量和网络维护等服务，学校负责运营和使用，并以服务费的形式协同移动完成项目成本回收，形式良性循环。
5G+VR作为5G+智慧教育的“最后一公里”的关键环节，以学生为中心的多种形式的互动教学，能更好地激发学习兴趣，提升教学质量，促进有质量的教育目标实现。随着各教育机构、学校对智慧教育的推进实施，必将产生对教育应用、网络、智能终端的更大需求，带动整个产业链的大发展，教育市场充满巨大机会。
2.存在不足及改进举措
当前5G+智慧教室建设存在的问题智慧教室融教育与信息技术于一体，改变了传统课堂教学模式，提高了教学效率和学习效率。但是，教育要求的不仅是体验感还有学习效率，升学率及学习效果还是家长们更为看重的内容。只有不断提高VR教学的教育效率，才能让VR和教育更加深度结合。
3.下一步的措施
建立VR教育的生态体系，包括VR教室软硬件设备和大量VR技术专家的引进以及教学管理、课堂管理、内容管理等系统的优化，严格把控学生进入VR场景的时间和节奏，保证教学任务的完成，这样才能真正利用VR技术实现寓教于乐，达到一个实际的教育效果。
