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2019.6 中国联合网络通信有限公司 China Unicom 中国联通 5G+智慧教育典型 应用场景白皮书 中国联通智慧教育5G 典型应用白皮书 目 录 引言 . 3 1 智慧教育+5G概述 . 4 1.1 定义 .4 1.2 发展背景 .5 1.3 应用价值 .6 2 智慧教育+5G典型应用场景 . 7 2.1 5G+虚拟现实教育 .7 2.1.1 5G+虚拟现实教育定义 . 7 2.1.2 5G+虚拟现实教育政策背景. 8 2.1.3 虚拟现实教育产业现状 . 9 2.1.4 5G+虚拟现实教育商业机会点 . 10 2.1.5 5G+虚拟现实教育应用场景. 10 2.1.6 5G+虚拟现实教育网络要求. 12 2.2 5G+远程互动教学 . 13 2.2.1 5G+远程互动教学定义 . 13 2.2.2 5G+远程互动教学政策背景 . 14 2.2.3 远程互动教学产业现状 . 15 2.2.4 5G+远程互动教学商业机会点 . 16 2.2.5 5G+远程互动教学应用场景. 16 2.2.6 5G+远程互动教学网络要求. 19 2.3 5G+人工智能教育 . 20 2.3.1 5G+人工智能教育定义 . 20 2.3.2 5G+人工智能教育政策背景. 21 2.3.3 人工智能产业现状 . 23 2.3.4 5G+人工智能商业机会点. 24 2.3.5 5G+人工智能教育应用场景. 25 2.3.6 5G+人工智能网络要求 . 31 2.4 5G+校园智能管理 . 32 中国联通智慧教育 5G 典型应用白皮书 2.4.1 5G+校园智能管理定义 . 32 2.4.2 5G+校园智能政策背景 . 32 2.4.3 校园智能管理产业现状 . 33 2.4.4 5G+校园智能管理商业机会点 . 34 2.4.5 5G+校园智能管理应用场景. 36 2.4.6 5G+校园智能管理网络要求. 44 3 智慧教育+5G发展建议 . 45 3.1 技术研究、验证、创新示范 . 45 3.2 产业链合作伙伴关系 . 46 3.3 商业模式. 46 4 附录 . 47 4.1 联合编写单位 . 47 中国联通智慧教育5G 典型应用白皮书 引言 随着全球教育信息化战略推进和教育投入持续稳步增长，各国的教育信息化建设取得了重大进展，教学水平持续提升。追求教育公平和质量、教育创新、个性化教育、能力培养已成为当今教育的共同主题。基于第五代通信网络技术、互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等技术打造智能化、感知化、泛在化的智慧教育新模式，成为教育建设主旋律，开启教育新阶段。 中国联通5G+智慧教育典型应用场景白皮书基于国内外教育信息化演进战略，提出虚拟现实教育、远程互动教学、人工智能教育教学评测、校园智能管理四大重点智慧教育场景，分析了各应用场景、产业现状、价值和业务承载需求，可供学校、集成商、运营商及教育应用厂商参考。助力学校更好地建设和使用智慧教育，集成商和运营商更好地进行方案集成和服务，教育应用厂商更好地丰富和完善应用。 虚拟现实教育：作为 5G+智慧教育的主战场，VR/AR 与教育结合呈现的全新的教学体验，可极大地提升学生学习兴趣及对知识的快速吸收，为师生提供互动化、个性化、沉浸式课堂教学体验。 远程互动教学：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。 人工智能教育教学评测：作为智慧教育的大脑，基于大数据和人工智能，对课堂、学习、运动和教学等行为进行智能分析和可视管理，更好地指导和促进智慧教学。 校园智能管理：作为智慧教育的服务平台，提供面向学校、教师、学生和家长的智慧管理服务，提供交流平台和教学空间。 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。希望通过本文能助力各端管云厂商更好地把握市场机会，实现业务新增长。 本白皮书所阐述内容恐存在错漏与不足之处，欢迎产业界同仁指正，与时俱进，不断完善。 中国联通智慧教育 5G 典型应用白皮书 1 智慧教育+5G概述 1.1 定义 随着互联网的发展，云计算、大数据、人工智能（Al）的逐步应用，教育逐步从传统教育向智慧教育变革，开启了教育信息化新时代。智慧教育在全面关注“物、人、教、育”的基础上，借助互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术打造智能化、感知化、泛在化的教育新模式，通过个性化、精细化、沉浸式学习教学，提高课堂教学效果，增强学生学习兴趣，提升学习效率。 第五代通信网络（5G）通过提供人人通信、人机通信和机器之间通信的多种方式，支持移动因特网和物联网的多种应用场景。同时，5G 网络通过提供多样化业务需求和业务特征的能力，适应不同应用场景的灵活性和多样化的业务需求，如超宽带、超低时延、海量连接、超高可靠性等。借助5G网络超宽带、超低时延、海量连接、超高可靠性的特性，受益于 4K/8K 高清、XR 虚拟与增强现实技术、人工智能等新技术的引入，智慧教育将在教学效果、教学智能、教学创新和教学网络覆盖等方面得到极大的提升，实现沉浸式学习体验、丰富灵活的教学方法、高速快捷的用户组网与接入。 政策驱动：十九大提出“教育现代化、建设教育强国”战略，教育信息化2.0行动计划强调以信息化全面推动教育现代化，到2022年基本实现“三全两高一大”发展目标，即教学应用覆盖全体教师、学习应用覆盖全体适龄学生、数字校园建设覆盖全体学校，强调将云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新技术深入到教育的方方面面，驱动智慧教育的发展。2018年出台政府工作计划加快了智慧教育走向智能化、感知化、泛在化的教育新模式的步伐。2019年2月国务院印发了中国教育现代化2035， 继续强调教育信息化在推动教育现代化过程中的地位和作用。 行业趋势：随着信息技术的日益进步，信息技术将在我国教育领域得到更广泛的应用。以互联网、云计算、大数据、物联网、人工智能等为代表的信息技术在教育领域的应用越来越广泛。MOOC、混合式学习、翻转课堂等都已经得到了广泛应用，智能教学系统（ITS）、智能决策支持系统、智能计算机辅助教学（CAl）系统也迅速发展，物联网已在课堂教学、课外学习和教育管理等方面取得应用。教育开始走向智能化、自动化和数字化。 学校需求：随着社会需要的变化和信息技术的广泛应用，学校的办学模式开始进入追求个性的时代。如在教育基本普及情况下，人们更加期望选择符合学生特点的个性化学校，要求学校向更加个性化的方向发展；随着学生的培养更加个性化，学校的组织模式更加弹性灵活，学校将根据学生的个性化学习需要采用更加个性化的教学和活动安排。 中国联通智慧教育5G 典型应用白皮书 学生需求：目前普遍K12教育对学生存在缺乏创造能力教育，能力培养教育、缺乏个性化培养等问题； 学生越来越趋向于具有创造力、个性化能力培养的教育需求；偏远区域学生更是教师资源、教学资源、网络资源紧缺，学生急需开放性、沉浸式、灵活性强的教学手段和方法。 教育与无线通信跨界融合的趋势从教育信息化行业政策、教育信息化需求、教育终端通信能力、无线技术等方面看也初步成熟。未来，我们希望通过智慧教育+5G的持续创新，促进教育信息化建设，切实服务于教育业务，最终辅助智慧教育走向智能化、感知化、泛在化的教育新模式的步伐。 1.2 发展背景 以“三通两平台”为主要标志的教育信息化1.0取得重大进展 为推进落实国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年），2012年3月教育部发布教育信息化十年发展规划（2011-2020年），开启我国“教育信息化1.0”时代。2012年9月，国务院进一步明确了“十二五”期间以建设好“三通两平台”的教育信息化工作为抓手，实现宽带网络校校通、优质资源班斑通、网络学习空间人人通，建设教育资源和教育管理两大公共服务平台。2016 年 6 月教育部发布的教育信息化“十三五”规划，进一步促进了中央有关教育信息化战略的部署落实。 以“三通两平台”为主要标志的教育信息化1.0建设取得重大进展。学校网络环境大幅改善，全国中小学校互联网接入率跃升到92%，多媒体教室普及率达85%，网络学习空间数量增至7100万个；教师信息技术应用能力明显提升，1000多万名中小学教师、10万多名中小学校长、20多万名职业院校教师接受了信息化专项培训。截止2017年未，我国教育信息化市场规模已达1600亿元左右，实现了16.4%的增长。教育信息化投入连年增长，预计2020年将突破3800亿元。 以实现“三全两高一大”为基本目标的教育信息化2.0开启智能时代教育新征程 为深入落实十九大的“教育现代化、建设教育强国”战略，2018年4月教育部发布了教育信息化2.0行动计划。教育信息化2.0强调以信息化全面推动教育现代化，到2022年基本实现“三全两高一大”发展目标，即教学应用覆盖全体教师、学习应用覆盖全体适龄学生、数字校园建设覆盖全体学校，信息化应用水平和师生信息素养普遍提高，建成“互联网+教育”大平台，推动从教育专用资源向教育大资源转变，努力构建“互联网+”条件下的人才培养新模式。 同时，国务院总理李克强在2018年政府工作报告中，进一步明确了加强新一代人工智能研发应用，在医疗、养老、教育、文化、体育等多领域推进“互联网+”，强调发展公平而有质量的教育。 中国联通智慧教育 5G 典型应用白皮书 教育信息化2.0行动计划和2018年政府工作报告强调将云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新技术深入到教育的方方面面，体现了中国教育未来发展的重要走向。2019 年 2 月国务院印发了中国教育现代化2035，继续强调教育信息化在推动教育现代化过程中的地位和作用。 教育发展新阶段：智慧教育 互联网的发展，云计算、大数据、人工智能（Al）的逐步应用，教育逐步从传统教育向智慧教育变革，开启了教育信息化新时代。智慧教育在全面关注“物、人、教、育”的基础上，借助互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术打造智能化、感知化、泛在化的教育新模式，通过个性化、精细化、沉浸式学习教学，提高课堂教学效果，增强学生学习兴趣，提升学习效率。 1.3 应用价值 智慧教育+5G应用服务有助于教育行业改革，人工智能、虚拟现实、全息互动教学的应用、物联网校园管理流程的优化等可以提升教育资源的协作，助力教育智能化发展。 虚拟现实教育：VR/AR与教育结合呈现的全新的教学体验，可极大地提升学生学习兴趣及对知识的快速吸收。如提供的沉浸式教学场景使教育更加丰富生动，在虚拟情况下提供的亲临现场感“实操”体验，通过 100%三维立体形象还原，提供更直观的教学体验等。对于高成本、高风险及现实难以实践的操作培训，提供“实操”体验如通过VR/AR实现手术模拟、飞机驾驶培训，降低执行风险和成本。模拟地震、火灾场景，提供实战演练培训体验。 远程互动教学：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。泛在课堂的发展，使学校学习和家庭学习建立连接，家校学习形成闭环，更好促进教与学的质量提升；同时也可促进公平教育，解决教育资源不足问题，以信息化引领实现跨地域网络教学互动，如通过云课堂或在线课堂，能整体拉通教学，能整体拉通教学，为教育资源不足地区提供优质教育保障，促进教育公平和均衡发展。 人工智能教育教学评测：人工智能+教育教学评测实现课堂教学大数据的“伴随式采集”和“即时化分析”，以音视频采集、人脸识别、行为识别、表情识别、数据关联、数据挖掘、数据分析、云计算等技术为核心，打造出一个资源应用、学情分析、督导评价、辅助决策等多种功能于一体的人工智能教学评测系统。 校园智能管理：基于领先的第五代通信技术、物联网、大数据、云计算等能力，针对学校在照明、空调、遮中国联通智慧教育5G 典型应用白皮书 阳、用电监测、安全防范、用电安全等打造的管理系统，实现对学校的照明、空调、用电安全、财产安全、窗帘遮阳等用电设备的管理，为学校实现能源节约、降低损耗、后勤管理人员提高管理效率，减少人力资源投入，给学校打造一个节能、安全、便捷的校园环境。 2 智慧教育+5G典型应用场景 2.1 5G+虚拟现实教育 2.1.1 5G+虚拟现实教育定义 虚拟现实教育即教育VR化，是指在教育领域（教育管理、教育教学和教育科研）全面深入地运用现代虚拟现实技术来促进教育改革与发展的过程。其技术特点是数字化、网络化、智能化和多媒体化，基本特征是开放、共享、交互、协作。以教育VR化促进教育现代化，用虚拟现实技术改变传统模式。 虚拟现实教育价值在于提升学生学习效率，并辅助教师高效授课。虚拟现实与教育相结合，使得学习者的新旧知识之间的同化顺利完成,建构起自己的认知结构,促进学生认知发展。虚拟现实的沉浸性特征去除了参与者与计算机之间的界限,构造的环境从学习者视角出发,如同感受真实世界一样,提供直观、有效的交互,更好地理解掌握所获得的信息,提高抽象思维能力。 教育是虚拟现实行业中发展最快也将是最先落地的领域，随着政策的鼓励和市场的驱动，虚拟现实教育市场持续增长，潜力巨大，而凭借网络基础设施、网络用户、终端分销渠道等资源，运营商在虚拟现实教育市场将迎来新的发展机遇，同时也将推动虚拟现实教育的持续发展。 中国联通智慧教育 5G 典型应用白皮书 通过5G技术和虚拟现实技术结合应用于教育教学领域。目前虚拟现实内容需要实时进行图形渲染，导致虚拟现实终端价格昂贵、设备笨重、同时需要HDMI线连接终端影像移动性，内容也以本地为主，得不到高效的分发，用户无轻便的渠道获取VR内容，内容厂商版权也无法得到有效保护，从而制约了虚拟现实教育领域的发展。而通过5G的大带宽、低时延，将虚拟现实的渲染功能放到云端，将终端无绳化、渲染实时云化、内容统一分发，让学生能够更好的沉浸到虚拟现实教育内容中，提升学习效果；同时让厂商优质内容得到保护，促进整个虚拟现实教育生态链的发展。 2.1.2 5G+虚拟现实教育政策背景 政策引导虚拟现实教学，使其成为未来教育板块的重要组成部分，近年主要政策包括： 2017年教育部印发关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知，通知指出“开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设，是推进现代信息技术与实验教学项目深度融合、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。” 2018 年 3 月教育部印发了2018 年教育信息化和网络安全工作要点，在重点任务中，针对虚拟现实这一新兴技术在教育领域的应用也提出了具体要求，加快推进示范性虚拟仿真实验教学项目建设，项目运营平台上线运行，认定两批350个项目，形成支撑22个专业类的在线虚拟仿真实验教学项目集成学习环境。 政策明确指出，将虚拟现实教育与人才培养、课程建设具体相结合，近年主要政策包括： 2018年9月，国家发改委发布关于发展数字经济稳定并扩大就业的指导意见，该意见指出要创新人才培养培训方式。大力发展“互联网+”教学和技能培训，积极采用移动技术、互联网、虚拟现实与增强现实、人机互动等数字化教学培训手段，推广微课程、线上线下混合式教学、在线直播等新型教学培训模式。 2018年10月，教育部印发关于实施卓越教师培养计划2.0的意见，该计划中明确指出要推动人工智能、智慧学习环境等新技术与教师教育课程全方位融合，充分利用虚拟现实、增强现实和混合现实等，建设开发一批交互性、情境化的教师教育课程资源。 2019年3月教育部印发2019年教育信息化和网络安全工作要点的通知，工作要点中明确提出要培养提升教师和学生的信息素养，推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。 从国家层面，工信部成立了虚拟现实产业联盟(IVRA)以孵育生态系统，旨在推动虚拟现实产业发展。该联盟中国联通智慧教育5G 典型应用白皮书 有170多家合作伙伴组成，包括VR相关企业和北京理工大学等学术机构，以及美国哥伦比亚大学等非中国成员。 2.1.3 虚拟现实教育产业现状 虚拟现实教育学校现状 现阶段，学校仍然是虚拟现实技术的吃螃蟹者，一些大学和不少中学都率先尝试将VR引入课堂，它们开始与VR内容新创公司、VR设备公司积极展开合作，希望通过引入新兴技术，提升授课效率和学习兴趣。用户体验比较完善的VR设备所提供的沉浸式场景的确可以让枯燥乏味的课堂教育、在线教育变得更加生动，让抽象的知识可触摸。 国内大学在 VR 教育方面积极尝试，大约有十五家高等院校开始成立 VR 实验室。一些中小学层面的教育机构也在尝试VR课堂。北京人大附中早已引入了VR教学，教师带领学生自己开发VR教学模型。北京四中网校的创新项目“大语文”和新创公司不可思议科技进行合作，教师团队和不可思议科技的技术团队共同针对“大语文”科目进行内容研发和VR内容生产。哈尔滨群力经纬中学就是百度文库VR虚拟现实应用创客行动的第一站。 虚拟现实教育内容现状 北京师范大学智慧学习研究院教授黄荣怀表示：“内容有限。目前还没有“系统的VR教科书,所以现有的VR课程还处于试水阶段。“内容开发非小事，因此，目前提供的大部分内容都是专业人员制作，成本很高。这通常也意味着这些VR课件并非由给学生上课的老师制作，这会导致一些后续问题。 目前VR教育领域的VR内容公司，内容生产多涉足在地理、天文、生物、历史等学科上。这些科目中，多以静态物体展示为主，比如在天文中，对于外太空环境的沉浸式的体验要远远优于书本中文字及图片的二维的展示说明；再比如，生物学科中有大量的对于器官和组织的说明，如果在虚拟现实场景中，以三维动画的形式逐层剥离，逐层展示说明，将加深学生对器官组织之间连接关系的知识点。 内容标准化通常也仅限于 K-12 内容，这个年龄段的学校课程设置通常是全国统一的。然而,对于高等教育和职业课程,很少有标准化的内容。内容创建者可能需要为每个客户制作特定的VR教育内容。这提高了成本,很可能使VR教育解决方案的定价超出许多学校的预算。 对高等教育和职业教育来说,内容制作更具挑战性,这方面,VR 教育和培训的提供者面临的挑战很相似,需要围绕为每个客户创建定制内容，部分企业VR培训供应商试图通过为客户创建开发工具包来克服这一问题。 除了内容的制作以外,内容的保护也是一个挑战。对教育部门来说,云分发的方式是保护版权的一种有效方法,因为保护一台服务器比保护数百个单独的设备更容易。