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5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 前 沿 领 域 西 南 大 学 继 续 教 育 学 院 网 服 务 调 查 首 页 学 院 概 况 学 院 动 态 办 事 指 南 党 建 工 作 教 学 研 究 文 化 建 设 精 品 资 源 西 大 成 教 网 西 大 网 络 教 育 网 西 大 培 训 网 西 大 自 考 网 搜 索 ： 首 页 学 院 概 况 学 院 动 态 办 事 指 南 党 建 工 作 教 学 研 究 文 化 建 设 精 品 资 源 西 大 成 教 网 西 大 网 络 教 育 网 西 大 培 训 网 西 大 自 考 网 前 沿 领 域 您 所 在 位 置 ： 首 页   >   前 沿 领 域 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 M O O C   6 天 前 摘 要 5 G 技 术 的 普 及 将 推 动 教 学 向 个 性 化 、 精 准 化 、 智 能 化 、 融 合 化 方 向 发 展 。 
 然 而 ， 目 前 国 内 对 5 G 技 术 与 教 育 融 合 的 研 究 多 为 理 论 探 索 与 理 念 构 建 ， 缺 乏 课 堂 应 用 实 践 案 例 。 
 因 此 ， 探 讨 5 G 环 境 下 多 模 态 融 合 教 学 的 智 慧 课 堂 教 学 方 式 ， 有 助 于 将 理 论 与 实 践 相 结 合 ， 为 智 慧 课 堂 的 开 发 与 应 用 提 供 参 考 。 
 北 京 师 范 大 学 “ 移 动 学 习 ” 教 育 部 — 中 国 移 动 联 合 实 验 室 联 合 中 国 移 动 开 发 了 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 案 例 — — “ 彩 虹 的 秘 密 ” ， 通 过 多 模 态 资 源 整 合 、 多 模 态 互 动 、 多 模 态 评 估 的 多 模 态 智 慧 教 学 方 式 ， 利 用 5 G 高 带 宽 、 低 时 延 、 大 连 接 的 技 术 特 性 ， 接 入 V R / A R / M R 设 备 、 全 息 投 影 、 智 能 白 板 、 移 动 终 端 、 智 慧 学 习 笔 等 多 种 形 态 的 智 联 终 端 和 教 育 装 备 ， 实 现 多 种 软 硬 件 设 备 间 的 无 缝 互 联 、 协 同 工 作 ， 为 学 习 者 提 供 沉 浸 式 的 实 时 学 习 体 验 。 
 总 结 实 践 经 验 ， 实 施 多 模 态 智 慧 课 堂 ， 需 要 “ 以 学 生 为 本 ” 构 建 多 模 态 学 习 环 境 和 多 通 道 融 合 的 多 模 态 资 源 ， 鼓 励 学 生 通 过 自 主 探 究 ， 实 现 新 旧 概 念 的 交 互 。 
 此 外 ， 多 模 态 智 慧 课 堂 还 倡 导 多 元 、 动 态 的 学 习 评 价 体 系 ， 以 帮 助 教 师 进 行 精 准 决 策 和 调 控 。 
 关 键 词 ： 5 G ； 多 模 态 ； 智 慧 课 堂 ； 模 型 构 建 ； 实 践 案 例 1 5 G 技 术 催 生 智 慧 教 育 新 命 题 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 自 2 0 1 2 年 世 界 无 线 电 通 信 （ W o r l d R a d i o c o m n i c a t i o n C o n f e r e n c e s ， W R C ） 会 议 后 ， 世 界 各 国 和 组 织 纷 纷 开 始 投 入 第 五 代 移 动 通 信 网 络 （ 5 t h G e n e r a t i o n M o b i l e C o m m u n i c a t i o n T e c h n o l o g y ， 简 称 5 G ） 技 术 的 开 发 建 设 （ 兰 国 帅 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 2 0 1 8 年 ， 《 教 育 信 息 化 2 . 0 行 动 计 划 》 发 布 ， 提 出 加 快 面 向 下 一 代 网 络 的 高 校 智 能 学 习 体 系 建 设 要 求 ， 要 求 “ 适 应 5 G 网 络 技 术 发 展 ， 服 务 全 时 域 、 全 空 域 、 全 受 众 的 智 能 学 习 新 要 求 ” ， “ 形 成 泛 在 化 、 智 能 化 学 习 体 系 ， 推 进 信 息 技 术 和 智 能 技 术 深 度 融 入 教 育 教 学 全 过 程 ” （ 中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 ， 2 0 1 8 ） 。 
 2 0 2 0 年 的 《 政 府 工 作 报 告 》 也 明 确 指 出 要 “ 发 展 新 一 代 信 息 网 络 ， 拓 展 5 G 应 用 ” （ 新 华 社 ， 2 0 2 0 ） 。 
 相 对 于 4 G ， 5 G 技 术 具 有 更 强 的 关 键 性 能 力 ： 传 输 峰 值 速 率 达 到 2 0 G b p s 、 用 户 体 验 数 据 率 达 到 1 0 0 M b p s 、 频 谱 效 率 提 升 3 倍 、 移 动 性 达 5 0 0 公 里 / 小 时 、 时 延 达 到 1 毫 秒 、 连 接 密 度 每 平 方 公 里 达 到 1 0 T b p s 、 能 效 比 I M T A 提 升 1 0 0 倍 、 流 量 密 度 每 平 方 米 达 到 1 0 M b p s （ I M T 2 0 2 0 （ 5 G ） 推 进 组 ， 2 0 1 5 ） 。 
 基 于 5 G 技 术 的 三 大 核 心 使 用 情 境 ： 增 强 型 移 动 宽 带 、 超 可 靠 和 低 延 迟 通 信 、 大 规 模 机 器 类 型 通 信 （ I T U R ， 2 0 1 5 ） ， 云 计 算 、 大 数 据 、 人 工 智 能 、 物 联 网 、 移 动 互 联 网 、 传 感 器 、 虚 拟 / 增 强 现 实 等 技 术 将 获 得 赋 能 发 展 和 更 好 的 融 合 应 用 机 会 （ 张 坤 颖 等 ， 2 0 1 9 ） ， 进 而 可 以 对 人 们 的 工 作 、 生 活 和 学 习 领 域 产 生 综 合 影 响 （ 兰 国 帅 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 有 研 究 者 提 出 5 G 应 该 被 视 为 一 个 平 台 （ 袁 磊 等 ， 2 0 1 9 ） ， 通 过 它 与 各 类 服 务 的 无 线 连 接 ， 移 动 通 信 技 术 将 实 现 大 规 模 的 互 联 互 通 ， 完 成 从 经 典 的 流 量 服 务 模 式 向 全 要 素 生 态 链 模 式 转 变 （ 赵 兴 龙 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 5 G 技 术 对 于 教 育 领 域 的 影 响 也 将 体 现 在 对 整 个 教 育 生 态 体 系 的 深 刻 改 变 和 重 塑 （ 张 坤 颖 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 5 G 技 术 将 促 成 其 他 技 术 在 学 习 环 境 中 的 “ 超 快 获 取 ” “ 超 多 连 接 ” 和 “ 超 强 可 靠 ” （ 赵 兴 龙 等 ， 2 0 1 9 ） ， 让 师 生 的 技 术 使 用 体 验 得 到 优 化 。 
 当 前 虚 拟 现 实 （ V i r t u a l R e a l i t y ， V R ） 和 增 强 现 实 （ A u g m e n t e d R e a l i t y ， A R ） 技 术 大 多 限 于 桌 面 式 的 应 用 ， 5 G 技 术 凭 借 传 输 速 度 的 提 升 将 实 现 资 源 应 用 客 户 端 模 式 向 云 端 模 式 的 转 变 （ 赵 兴 龙 等 ， 2 0 1 9 ） ， 使 分 布 式 和 沉 浸 式 的 V R / A R 应 用 得 到 较 好 的 应 用 和 普 及 （ 张 坤 颖 等 ， 2 0 1 9 ） ， 实 现 真 实 场 景 的 实 时 和 流 畅 再 现 。 
 5 G 低 时 延 的 特 征 也 将 改 善 当 前 多 媒 体 传 输 的 延 迟 、 卡 顿 、 低 清 晰 度 现 象 ， 支 撑 超 高 清 视 频 和 全 息 影 像 的 实 时 流 畅 呈 现 ， 让 多 个 空 间 的 师 生 可 以 实 现 实 时 互 动 交 流 ， 达 成 与 课 堂 外 实 景 的 全 方 位 、 立 体 化 互 动 （ 赵 兴 龙 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 5 G 技 术 还 将 通 过 助 力 大 数 据 技 术 和 物 联 网 技 术 对 学 习 环 境 中 的 数 据 进 行 更 好 地 测 量 、 收 集 、 分 析 和 报 告 （ 赵 兴 龙 等 ， 2 0 1 9 ） ， 使 信 息 收 集 更 多 元 、 更 全 面 。 
 总 的 来 说 ， 5 G 技 术 将 促 使 学 习 环 境 向 更 加 个 性 化 、 精 准 化 、 智 能 化 、 融 合 化 的 方 向 发 展 ， 助 力 师 生 实 时 获 取 丰 富 的 多 模 态 学 习 资 源 ， 从 而 推 动 教 学 方 式 和 学 习 方 式 发 生 重 大 转 变 。 
 2 5 G 技 术 促 进 多 模 态 教 与 学 模 式 重 构 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 模 态 是 交 流 的 渠 道 和 媒 介 ， 包 括 语 言 、 文 字 、 技 术 、 图 像 、 颜 色 、 音 乐 等 符 号 （ 夏 颖 ， 2 0 1 6 ） 。 
 事 件 中 模 态 的 使 用 实 现 了 人 类 感 官 与 外 界 环 境 的 交 互 （ K r e s s e t a l . ， 2 0 0 1 ） 。 
 当 多 个 感 官 参 与 到 与 环 境 的 互 动 中 ， 实 现 的 互 动 就 是 多 模 态 的 ， 人 们 日 常 的 互 动 都 是 多 模 态 的 （ 顾 曰 国 ， 2 0 0 7 ） 。 
 课 堂 环 境 中 可 以 包 含 丰 富 的 模 态 ， 如 P P T 课 件 、 视 频 等 相 关 文 字 和 音 频 、 视 频 材 料 ， 支 持 学 生 通 过 视 觉 、 听 觉 、 触 觉 等 ， 与 教 师 及 课 程 内 容 之 间 建 立 起 多 模 态 互 动 （ 戴 志 敏 等 ， 2 0 1 3 ） 。 
 5 G 技 术 催 生 的 教 育 应 用 所 引 发 的 教 育 变 革 ， 促 进 了 全 息 技 术 、 高 清 晰 视 频 、 V R / A R 、 物 联 网 技 术 ＋ 教 育 等 教 学 形 态 的 涌 现 ， 使 得 意 义 表 征 和 信 息 交 流 更 加 多 模 态 化 ， 为 多 模 态 融 合 的 智 慧 课 堂 创 造 了 机 会 （ 田 阳 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 在 此 背 景 下 ， 教 学 方 式 和 学 习 方 式 的 重 构 成 为 促 进 5 G 课 堂 环 境 下 多 模 态 交 互 的 关 键 。 
 多 模 态 融 合 的 智 慧 课 堂 需 要 我 们 改 变 传 统 的 教 学 方 式 ， 实 施 多 模 态 教 学 ， 以 促 进 课 堂 教 学 最 优 化 （ 王 慧 君 等 ， 2 0 1 5 ） 。 
 多 模 态 教 学 是 在 多 模 态 理 论 指 导 下 ， 将 语 言 、 图 像 、 声 音 、 动 作 等 的 多 模 态 要 素 整 合 成 为 最 有 效 的 意 义 表 达 和 交 流 方 式 ， 并 指 导 学 生 借 助 多 模 态 手 段 构 建 意 义 。 
 多 模 态 教 学 法 强 调 身 体 和 大 脑 调 动 多 个 感 官 通 过 多 种 媒 体 协 同 参 与 教 学 过 程 （ 沈 洪 等 ， 2 0 1 5 ） 。 
 在 多 模 态 教 学 中 ， 教 师 运 用 多 模 态 系 统 对 课 堂 教 学 进 行 设 计 ， 借 助 V R 、 A R 、 全 息 等 技 术 ， 建 设 多 模 态 课 程 资 源 ， 充 分 调 动 学 生 感 官 潜 能 ， 为 学 习 者 提 供 多 模 态 的 交 互 学 习 环 境 ， 促 进 学 习 者 对 学 习 内 容 的 多 模 态 理 解 和 意 义 建 构 。 
 师 生 在 这 种 多 模 态 的 交 互 过 程 中 ， 将 会 促 进 有 效 学 习 的 发 生 （ 田 阳 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 由 此 可 见 ， 在 5 G 技 术 的 支 持 下 ， 多 模 态 融 合 的 智 慧 课 堂 将 会 对 传 统 的 教 育 方 式 产 生 巨 大 的 冲 击 。 
 因 此 ， 探 讨 5 G 环 境 下 多 模 态 融 合 的 智 慧 课 堂 教 学 方 式 具 有 重 要 的 理 论 价 值 与 实 践 意 义 。 
 然 而 ， 目 前 国 内 对 5 G 技 术 与 教 育 融 合 的 研 究 多 为 理 论 探 索 与 理 念 构 建 ， 由 于 技 术 的 限 制 ， 鲜 有 将 5 G 技 术 应 用 于 课 堂 的 实 践 案 例 。 
 因 此 ， 本 研 究 拟 通 过 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 ， 探 讨 5 G 环 境 下 多 模 态 融 合 教 学 的 智 慧 课 堂 教 学 方 式 。 
 2 0 1 9 年 7 月 2 6 日 ， 中 国 移 动 在 深 圳 发 布 “ 5 G ＋ 智 能 教 育 ” 行 业 应 用 首 发 暨 “ 5 G 智 慧 课 堂 ” 开 课 仪 式 。 
 北 京 师 范 大 学 “ 移 动 学 习 ” 教 育 部 — 中 国 移 动 联 合 实 验 室 、 “ V R / A R ＋ 教 育 ” 实 验 室 联 合 中 国 移 动 开 发 了 一 节 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 案 例 — — “ 彩 虹 的 秘 密 ” 。 
 现 场 通 过 5 G 网 络 实 现 了 全 息 信 号 传 输 ， 并 利 用 全 息 投 影 、 A R 、 智 慧 学 习 笔 等 新 技 术 进 行 了 一 堂 跨 越 深 圳 、 北 京 、 贵 阳 三 地 的 小 学 科 学 示 范 课 。 
 本 文 将 以 这 一 节 5 G 课 堂 为 案 例 ， 展 现 5 G 环 境 中 的 技 术 应 用 和 多 模 态 交 互 过 程 ， 分 析 多 个 技 术 在 5 G 环 境 下 的 教 学 作 用 ， 结 合 实 践 经 验 给 出 5 G 环 境 下 多 模 态 智 慧 课 堂 的 实 施 建 议 ， 以 期 为 后 续 5 G 与 教 育 的 深 入 融 合 提 供 案 例 参 考 。 
 3 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 模 型 构 建 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 在 5 G 技 术 的 支 持 下 ， 各 种 多 模 态 资 源 之 间 的 交 互 会 变 得 更 加 便 捷 ， 这 为 教 与 学 模 式 的 创 新 、 诸 多 教 育 要 素 的 整 合 重 组 提 供 了 契 机 。 
 教 师 、 学 生 、 学 习 资 源 、 学 习 环 境 是 5 G 支 持 下 教 育 场 景 的 四 大 基 本 要 素 ， 他 们 之 间 相 互 作 用 ， 相 互 影 响 （ 袁 磊 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 多 模 态 的 智 慧 课 堂 需 要 充 分 发 挥 各 要 素 的 优 势 ， 利 用 5 G 环 境 下 多 模 态 的 信 息 技 术 ， 使 学 生 与 教 师 、 学 习 资 源 、 学 习 环 境 之 间 的 交 互 更 加 多 样 化 、 个 性 化 ， 发 掘 各 模 态 的 潜 能 ， 使 各 要 素 之 间 相 辅 相 成 （ 王 慧 君 等 ， 2 0 1 5 ） 。 
 基 于 上 述 设 计 思 路 ， 我 们 结 合 实 践 构 建 了 5 G 环 境 下 多 模 态 智 慧 课 堂 模 型 ， 如 图 1 所 示 。 
 5 G 网 络 下 的 多 模 态 学 习 环 境 应 充 分 利 用 5 G 高 带 宽 、 低 时 延 、 大 连 接 的 技 术 特 性 ， 通 过 接 入 多 种 形 态 的 智 联 终 端 和 教 育 装 备 （ 如 V R / A R / M R 设 备 、 全 息 投 影 、 智 能 白 板 、 移 动 终 端 、 智 慧 学 习 笔 等 ） ， 实 现 多 种 软 硬 件 设 备 间 的 无 缝 互 联 、 协 同 工 作 ， 为 学 习 者 提 供 真 正 沉 浸 式 的 实 时 学 习 体 验 。 
 5 G 网 络 高 带 宽 和 低 时 延 的 特 性 ， 使 全 息 投 影 技 术 能 支 持 学 生 与 异 地 的 学 科 专 家 进 行 实 时 的 交 流 ， 全 息 立 体 地 显 示 教 学 过 程 ， 实 现 跨 时 空 教 学 资 源 的 多 屏 投 射 （ 张 坤 颖 等 ， 2 0 1 9 ） ， 让 师 生 交 互 脱 离 时 空 的 限 制 ； 5 G 的 低 时 延 让 沉 浸 式 / 交 互 式 的 A R 环 境 更 具 个 性 化 与 情 景 化 ， 学 生 可 以 在 真 实 课 堂 中 观 察 到 现 实 生 活 中 难 以 观 测 或 操 纵 的 虚 拟 物 体 ， 具 有 与 世 界 零 距 离 接 触 的 真 实 感 知 体 验 ； 智 慧 学 习 笔 的 笔 迹 识 别 引 擎 、 机 器 学 习 批 改 引 擎 、 个 性 化 推 荐 引 擎 能 够 以 多 种 方 式 连 接 到 网 络 ， 教 师 和 异 地 专 家 能 实 时 了 解 学 生 的 学 习 情 况 ； 5 G 超 1 0 0 M b p s 的 用 户 体 验 数 据 速 率 ， 可 以 大 大 增 强 A I 的 数 据 分 析 能 力 ， 使 不 同 模 态 的 数 据 实 现 跨 媒 体 的 学 习 和 推 理 ， 进 而 实 现 智 能 管 控 、 智 能 测 评 以 及 个 性 化 推 荐 （ 兰 国 帅 等 ， 2 0 1 9 ） 。 
 5 G 技 术 高 带 宽 、 低 时 延 、 大 连 接 的 特 性 为 多 模 态 学 习 资 源 和 信 息 交 互 以 及 多 终 端 互 通 互 联 提 供 了 传 输 条 件 ， 有 助 于 实 现 更 加 智 能 化 的 多 模 态 学 习 环 境 构 建 。 
 我 们 将 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 教 学 过 程 总 结 概 括 为 多 模 态 资 源 整 合 、 多 模 态 互 动 和 多 模 态 评 估 三 个 阶 段 。 
 1 . 多 模 态 资 源 整 合 — — 情 境 导 入 5 G 环 境 下 的 多 模 态 课 堂 需 要 教 师 在 课 程 设 计 阶 段 整 合 多 模 态 的 资 源 ， 帮 助 学 生 从 多 个 感 官 通 道 进 行 信 息 获 取 。 
 在 情 境 导 入 阶 段 ， 教 师 利 用 多 种 信 息 化 手 段 ， 制 定 优 质 的 多 模 态 学 习 资 源 ， 如 V R / A R 课 程 资 源 、 音 视 频 资 源 、 含 多 种 媒 体 （ 图 片 、 文 本 、 动 画 等 ） 的 P P T 等 ， 使 多 种 模 态 结 合 以 实 现 对 学 生 多 种 感 官 的 刺 激 ， 激 发 学 生 的 学 习 兴 趣 和 注 意 力 。 
 2 . 多 模 态 互 动 — — 知 识 建 构 5 G 环 境 下 的 多 模 态 互 动 除 了 包 括 教 学 中 的 师 生 、 生 生 等 交 互 外 ， 还 包 括 教 师 、 学 生 和 环 境 中 的 设 备 三 者 之 间 的 交 互 。 
 学 生 可 以 通 过 移 动 终 端 设 备 （ 如 手 机 、 平 板 等 ） 与 多 模 态 资 源 （ V R / A R 、 全 息 、 视 音 频 等 ） 或 教 师 进 行 交 互 ， 实 现 视 觉 、 听 觉 、 触 觉 等 多 通 道 的 输 入 和 输 出 ， 调 动 学 生 多 种 感 官 协 同 参 与 ， 与 教 师 和 同 学 展 开 深 入 的 交 流 和 讨 论 ， 从 而 获 得 深 层 次 的 知 识 建 构 （ 王 慧 君 等 ， 2 0 1 5 ） ， 促 进 知 识 内 化 。 
 多 模 态 互 动 能 有 效 提 升 学 生 的 问 题 解 决 和 协 作 沟 通 等 高 阶 思 维 能 力 ， 这 也 是 当 今 中 国 创 新 发 展 和 创 新 人 才 培 养 的 一 个 重 要 着 力 点 。 
 3 . 多 模 态 评 估 — — 应 用 检 测 与 反 馈 在 5 G 网 络 的 支 持 下 ， 各 种 移 动 终 端 的 跨 时 空 性 和 便 捷 性 使 得 教 师 使 用 多 种 模 态 方 法 对 学 生 的 学 习 结 果 或 过 程 进 行 持 续 监 测 和 跟 踪 成 为 可 能 。 
 多 模 态 评 估 强 调 从 多 种 信 息 渠 道 收 集 学 生 的 学 习 过 程 和 结 果 数 据 。 
 5 G 的 高 带 宽 、 低 时 延 等 特 性 允 许 教 师 从 不 同 的 信 息 通 道 ， 收 集 学 生 多 方 面 的 学 习 过 程 数 据 。 
 如 A I 驱 动 评 估 ， 基 于 学 习 分 析 技 术 ， 可 为 教 师 、 学 生 和 家 长 提 供 学 生 学 习 进 展 的 持 续 反 馈 ； 智 慧 笔 的 自 动 笔 迹 识 别 ， 可 将 所 有 学 生 的 过 程 性 或 总 结 性 结 果 传 至 终 端 ， 生 成 学 情 分 析 报 告 ， 从 而 对 学 生 进 行 个 性 化 推 荐 。 
 此 外 ， 多 模 态 评 估 还 体 现 在 评 价 方 式 的 多 模 态 、 评 价 手 段 的 多 模 态 、 评 价 维 度 的 多 模 态 等 方 面 （ 王 慧 君 等 ， 2 0 1 5 ） 。 
 因 此 ， 多 方 法 、 多 渠 道 、 全 方 位 的 多 模 态 评 估 将 使 学 习 变 得 更 加 数 字 化 、 智 能 化 ， 最 终 实 现 优 化 教 学 模 态 、 提 高 智 慧 教 学 成 效 的 目 标 。 
 总 之 ， 5 G 支 持 下 的 多 模 态 学 习 环 境 为 学 生 、 教 师 、 学 校 搭 建 了 一 个 更 为 畅 通 互 联 的 大 场 域 ， 其 中 所 蕴 含 的 多 模 态 资 源 整 合 、 多 模 态 互 动 和 多 模 态 评 估 ， 构 成 了 未 来 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 的 新 生 态 。 
 4 5 G 多 模 态 课 堂 之 实 践 案 例 ： 彩 虹 的 秘 密 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 1 . 课 程 概 况 基 于 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 的 模 型 ， 我 们 以 小 学 科 学 五 年 级 上 册 科 教 版 第 二 单 元 《 光 》 和 苏 教 版 第 二 单 元 《 光 与 色 彩 》 为 基 础 设 计 了 综 合 拓 展 课 — — “ 彩 虹 的 秘 密 ” ， 并 在 深 圳 、 北 京 、 贵 阳 三 地 进 行 了 实 时 同 步 教 学 ， 教 学 时 间 为 4 0 分 钟 。 
 在 本 节 课 中 ， 学 生 需 要 结 合 单 元 所 学 知 识 解 释 彩 虹 的 成 因 和 颜 色 特 征 ， 总 结 出 形 成 彩 虹 的 条 件 、 时 间 和 方 位 ， 简 单 叙 述 彩 虹 是 拱 形 的 原 因 。 
 彩 虹 是 一 种 生 活 中 不 常 见 且 难 以 人 为 操 控 的 自 然 现 象 ， 学 生 难 以 在 真 实 环 境 中 进 行 仔 细 的 观 察 和 探 究 。 
 在 5 G 环 境 下 ， 使 用 A R 眼 镜 和 基 于 平 板 的 A R 应 用 重 现 彩 虹 ， 可 以 丰 富 学 生 的 直 接 经 验 ， 促 进 学 生 与 环 境 进 行 交 互 ， 启 发 学 生 主 动 探 究 关 于 彩 虹 的 自 然 规 律 。 
 在 教 学 过 程 中 ， 每 一 位 学 生 的 智 慧 学 习 笔 与 教 师 终 端 互 联 ， 通 过 笔 迹 识 别 和 自 动 批 改 ， 教 师 可 以 实 时 得 到 学 情 分 析 报 告 ， 实 现 对 学 生 的 精 准 教 学 。 
 同 时 ， 基 于 5 G 传 输 的 全 息 技 术 实 现 了 异 地 学 科 专 家 进 课 堂 与 师 生 对 话 ， 促 进 优 质 资 源 的 互 通 共 享 ， 拓 展 了 课 堂 的 信 息 面 ， 帮 助 师 生 从 更 深 层 次 认 识 自 然 。 
 本 课 程 主 要 分 为 四 个 环 节 。 
 教 师 在 课 程 中 通 过 对 不 同 技 术 的 运 用 ， 促 进 师 生 、 生 生 、 学 生 与 学 习 环 境 、 学 生 与 学 习 内 容 之 间 进 行 多 模 态 交 互 ， 基 于 彩 虹 这 一 生 活 中 具 体 的 现 象 促 进 学 生 对 于 光 学 知 识 的 综 合 运 用 和 深 入 理 解 。 
 2 . 环 节 一 ： 多 模 态 资 源 整 合 — — A R 情 境 导 入 本 环 节 通 过 A R 眼 镜 为 师 生 提 供 沉 浸 式 的 彩 虹 观 测 体 验 作 为 课 程 的 情 境 导 入 环 节 。 
 教 师 引 导 学 生 在 虚 实 结 合 的 A R 环 境 下 观 察 彩 虹 形 成 的 过 程 和 现 象 ， 形 成 感 性 认 识 ， 获 取 彩 虹 现 象 中 的 关 键 事 物 及 其 特 征 。 
 在 彩 虹 的 形 成 这 一 A R 场 景 中 ， 学 生 可 以 观 察 到 乌 云 聚 集 、 大 雨 滂 沱 、 雨 过 天 晴 这 一 彩 虹 形 成 的 气 象 过 程 ， 并 在 彩 虹 出 现 的 情 境 下 ， 观 察 到 雨 后 云 层 和 太 阳 与 彩 虹 的 相 对 位 置 ， 通 过 刺 激 学 生 视 觉 、 听 觉 等 多 种 感 官 ， 为 学 生 创 设 了 身 临 其 境 的 学 习 体 验 。 
 图 2 为 师 生 通 过 A R 眼 镜 观 察 彩 虹 现 象 。 
 教 师 在 学 生 观 察 的 过 程 中 ， 将 推 进 观 察 的 进 程 ， 并 且 通 过 提 问 引 导 学 生 表 达 观 察 到 的 现 象 ， 启 发 学 生 根 据 生 活 经 验 和 A R 环 境 中 观 察 到 现 象 提 出 科 学 问 题 ， 并 基 于 色 散 、 反 射 和 折 射 等 光 学 知 识 ， 对 彩 虹 的 颜 色 数 量 、 颜 色 排 列 、 形 成 原 因 等 问 题 进 行 解 答 。 
 本 环 节 在 课 件 之 外 主 要 使 用 了 基 于 A R 眼 镜 的 学 习 资 源 ， 旨 在 以 虚 实 结 合 的 方 式 在 真 实 空 间 中 呈 现 彩 虹 的 形 成 ， 创 设 体 验 环 境 ， 丰 富 学 生 的 感 性 认 识 ， 为 学 生 观 察 彩 虹 的 形 成 提 供 理 想 条 件 ， 激 发 学 生 的 兴 趣 和 好 奇 心 。 
 整 个 教 学 环 节 通 过 整 合 A R 资 源 调 动 了 学 生 的 视 觉 、 听 觉 、 触 觉 等 多 种 感 官 ， 实 现 了 多 模 态 的 交 互 ， 从 而 使 学 生 全 身 心 地 投 入 到 多 模 态 学 习 环 境 中 来 。 
 3 . 环 节 二 ： 多 模 态 互 动 — — 师 生 全 息 交 流 本 环 节 中 教 师 根 据 上 一 环 节 学 生 的 解 答 ， 提 出 更 深 入 的 问 题 ： “ 彩 虹 为 什 么 是 拱 形 的 ？ ” 我 们 基 于 5 G 传 输 的 全 息 投 影 ， 将 北 京 的 学 科 专 家 的 影 像 、 声 音 、 课 件 和 板 书 实 时 呈 现 在 课 堂 中 （ 如 图 3 所 示 ） ， 深 圳 师 生 们 的 影 像 和 声 音 等 信 息 也 通 过 5 G 实 时 传 输 到 北 京 和 贵 阳 。 
 北 京 的 专 家 和 深 圳 的 现 场 师 生 进 行 实 时 的 问 答 和 交 流 。 
 专 家 通 过 课 件 为 师 生 们 介 绍 了 不 同 颜 色 光 线 的 彩 虹 角 ， 揭 示 彩 虹 是 拱 形 的 原 理 ， 并 启 发 学 生 根 据 彩 虹 的 形 成 推 断 霓 的 形 成 光 路 。 
 学 生 通 过 智 慧 学 习 笔 进 行 绘 图 ， 每 位 学 生 所 画 的 图 案 通 过 智 慧 学 习 笔 捕 捉 呈 现 在 教 师 端 ， 实 现 教 师 对 学 生 作 答 的 实 时 监 控 。 
 本 环 节 主 要 使 用 基 于 5 G 传 输 的 全 息 技 术 ， 让 异 地 专 家 以 生 动 形 式 走 进 课 堂 ， 带 来 专 业 化 的 深 层 信 息 ， 促 进 学 生 对 知 识 的 理 解 。 
 为 实 现 专 家 、 教 师 对 学 生 的 精 准 指 导 ， 课 题 组 使 用 智 慧 学 习 笔 捕 捉 学 生 的 作 答 图 像 ， 并 将 图 像 实 时 传 输 到 教 师 端 ， 辅 助 教 师 实 时 掌 握 学 生 的 学 习 情 况 ， 实 现 学 生 与 教 师 、 异 地 专 家 的 多 模 态 互 动 ， 从 而 调 动 学 生 多 种 感 官 的 协 同 参 与 ， 使 学 生 获 得 深 层 次 的 知 识 建 构 。 
 4 . 环 节 三 ： 多 模 态 互 动 — — 生 生 协 作 探 究 本 环 节 是 上 一 环 节 的 延 伸 和 拓 展 。 
 在 学 生 深 入 理 解 彩 虹 的 形 成 过 程 和 形 成 条 件 后 ， 教 师 引 导 学 生 总 结 彩 虹 出 现 的 时 间 段 和 方 位 ， 以 及 降 雨 方 位 对 彩 虹 出 现 的 影 响 。 
 学 生 使 用 平 板 上 的 A R 课 件 以 小 组 为 单 位 进 行 交 互 式 探 究 ， 分 别 通 过 控 制 时 间 滑 块 改 变 太 阳 的 位 置 ， 旋 转 识 别 卡 片 以 全 局 视 角 观 察 彩 虹 出 现 的 场 景 ， 旋 转 虚 拟 人 物 的 朝 向 以 人 物 视 角 观 察 彩 虹 变 化 的 场 景 ， 如 图 4 所 示 。 
 学 生 在 交 互 和 观 察 现 象 的 时 候 进 行 交 流 讨 论 ， 并 用 智 慧 学 习 笔 记 录 探 究 发 现 。 
 同 时 教 师 发 挥 主 导 作 用 ， 引 导 学 生 从 太 阳 的 位 置 和 空 气 中 水 珠 的 位 置 解 释 观 察 到 的 现 象 ， 并 启 发 学 生 运 用 A R 技 术 组 织 探 究 结 论 ， 进 行 分 享 交 流 。 
 本 环 节 主 要 采 用 了 基 于 平 板 交 互 的 A R 学 习 资 源 ， 以 小 组 探 究 的 形 式 促 进 学 生 主 动 发 现 规 律 、 建 构 知 识 。 
 通 过 A R 技 术 呈 现 虚 实 结 合 的 城 市 彩 虹 沙 盘 场 景 ， 支 持 学 生 控 制 实 际 不 可 操 作 的 事 物 ， 观 察 现 象 的 变 化 ， 自 主 发 现 自 然 规 律 ， 实 现 生 生 之 间 的 协 作 探 究 以 及 学 生 与 A R 学 习 资 源 之 间 的 多 模 态 互 动 。 
 5 . 环 节 四 ： 多 模 态 评 估 — — 实 时 反 馈 ， 提 升 学 生 情 感 价 值 观 本 环 节 是 课 程 的 总 结 和 评 价 环 节 。 
 教 师 通 过 课 件 呈 现 情 境 问 题 ， 学 生 根 据 所 学 的 知 识 进 行 判 断 ， 并 使 用 智 慧 学 习 笔 作 出 选 择 ， 教 师 实 时 得 到 学 生 作 答 结 果 的 统 计 ， 判 断 学 生 的 知 识 掌 握 情 况 ， 如 图 5 所 示 。 
 在 判 断 题 之 后 ， 学 生 填 写 一 份 邀 请 卡 ， 生 成 一 个 彩 虹 形 成 的 虚 拟 情 境 ， 并 邀 请 伙 伴 在 合 适 的 时 间 一 起 去 观 察 彩 虹 。 
 在 课 堂 的 最 后 ， 师 生 们 一 起 再 次 通 过 沉 浸 式 的 A R 观 察 彩 虹 ， 带 着 对 知 识 的 理 解 再 次 感 受 虚 实 结 合 的 彩 虹 ， 深 化 对 彩 虹 的 理 解 和 感 受 ， 促 进 学 生 情 感 价 值 观 的 提 升 。 
 本 环 节 使 用 智 慧 学 习 笔 作 为 多 模 态 评 价 的 工 具 。 
 智 慧 学 习 笔 实 时 捕 捉 和 统 计 学 生 的 答 案 ， 使 教 师 可 以 得 到 实 时 的 学 情 统 计 ， 帮 助 教 师 精 准 获 取 学 生 的 理 解 难 点 ， 进 行 有 针 对 性 的 讲 解 ， 从 而 实 现 评 价 方 式 （ 小 组 评 价 、 教 师 评 价 ） 、 评 价 手 段 （ 智 慧 学 习 笔 过 程 检 测 ） 、 评 价 维 度 （ 认 知 、 情 感 等 ） 的 多 模 态 应 用 。 
 5 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 案 例 中 技 术 对 教 育 的 影 响 分 析 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 基 于 5 G 的 三 大 使 用 情 境 ， “ 彩 虹 的 秘 密 ” 这 一 堂 课 实 现 了 异 地 实 时 全 息 投 影 、 沉 浸 式 和 交 互 式 A R 技 术 和 智 慧 学 习 笔 的 使 用 ， 并 构 成 了 师 生 平 板 、 智 慧 学 习 笔 、 A R 眼 镜 、 教 室 白 板 和 云 端 的 互 联 互 通 。 
 在 课 堂 中 ， 多 元 技 术 的 运 用 拓 充 了 媒 体 的 形 式 ， 设 备 间 的 互 联 使 得 教 学 过 程 中 使 用 的 资 源 和 产 生 的 数 据 可 以 在 多 个 终 端 传 递 、 呈 现 ， 充 分 调 动 学 生 多 个 感 官 对 学 习 环 境 的 感 知 和 加 工 ， 形 成 多 模 态 的 交 互 。 
 5 G 技 术 、 全 息 投 影 技 术 、 A R 技 术 和 智 慧 学 习 笔 是 本 课 程 中 主 要 使 用 的 关 键 技 术 和 设 备 ， 每 一 种 技 术 和 设 备 都 在 课 堂 中 为 实 现 多 模 态 的 互 动 教 学 起 到 了 重 要 的 作 用 。 
 1 . 5 G 对 教 学 的 支 撑 作 用 本 课 程 中 ， 5 G 技 术 支 撑 了 其 他 技 术 的 运 用 。 
 首 先 ， 5 G 技 术 保 证 了 全 息 影 像 的 实 时 传 输 ， 使 北 京 、 深 圳 、 贵 阳 三 地 的 图 像 和 声 音 信 号 可 以 几 乎 零 时 延 地 传 送 到 另 一 个 场 地 ， 实 现 了 不 同 空 间 师 生 的 实 时 交 流 。 
 由 于 5 G 传 输 的 高 容 量 特 性 ， 异 地 的 教 师 可 以 灵 活 使 用 课 件 和 板 书 辅 助 讲 解 ， 学 生 可 以 清 晰 看 到 教 师 、 课 件 和 板 书 的 动 态 影 像 。 
 其 次 ， 5 G 技 术 保 证 了 A R 技 术 的 沉 浸 性 和 交 互 实 时 性 。 
 基 于 5 G 技 术 提 供 的 增 强 型 宽 带 ， A R 应 用 中 可 以 采 用 云 端 复 杂 模 型 和 多 音 频 营 造 更 为 逼 真 的 情 境 ， 在 使 用 过 程 中 也 不 会 出 现 因 视 角 转 换 和 交 互 引 起 的 卡 顿 和 延 时 现 象 。 
 第 三 ， 5 G 技 术 保 证 了 教 学 过 程 中 数 据 的 实 时 获 取 、 统 计 和 报 告 。 
 多 名 学 生 的 智 慧 学 习 笔 实 现 了 与 教 师 终 端 的 互 联 ， 学 生 在 学 习 过 程 中 的 选 择 、 画 图 和 书 写 结 果 都 可 以 被 记 录 和 分 析 ， 并 以 报 告 的 形 式 呈 现 在 教 师 的 终 端 上 ， 辅 助 教 师 监 控 学 情 ， 作 出 决 策 。 
 最 后 ， 5 G 技 术 保 证 了 多 设 备 的 互 联 互 通 ， 教 师 可 以 通 过 课 堂 中 的 大 屏 幕 展 示 A R 情 境 、 课 件 、 学 生 答 题 情 况 。 
 教 师 的 平 板 和 学 生 的 学 习 笔 均 能 以 无 线 形 式 与 大 屏 幕 进 行 连 接 ， 增 加 了 教 学 过 程 的 互 动 性 。 
 总 之 ， 5 G 技 术 可 以 成 为 课 堂 教 学 环 境 构 建 的 底 层 核 心 技 术 ， 为 课 堂 引 入 更 丰 富 的 学 习 资 源 和 信 息 交 互 提 供 传 输 条 件 ， 使 教 学 环 境 更 加 智 能 、 融 合 、 个 性 、 精 准 。 
 除 了 本 次 课 堂 中 的 技 术 应 用 ， 5 G 技 术 还 可 以 用 于 实 现 其 他 自 然 环 境 在 教 室 中 的 呈 现 、 大 型 虚 拟 仿 真 实 验 的 开 展 、 分 布 式 A R 探 究 的 进 行 以 及 更 多 类 型 数 据 的 记 录 、 处 理 和 报 告 。 
 总 的 来 说 ， 5 G 技 术 环 境 下 ， 更 多 真 实 、 虚 拟 的 空 间 可 以 被 无 缝 接 入 课 堂 ， 各 教 学 元 素 之 间 将 具 备 更 强 的 联 通 性 和 互 动 性 ， 教 学 过 程 的 数 据 将 会 得 到 更 全 面 的 记 录 和 更 实 时 的 处 理 。 
 2 . 全 息 技 术 在 智 慧 课 堂 的 应 用 全 息 即 完 全 信 息 ， 全 息 技 术 即 利 用 光 的 干 涉 原 理 ， 将 整 个 物 体 发 射 的 特 定 光 波 以 干 涉 条 纹 的 形 式 把 物 体 的 全 部 信 息 记 录 下 来 ， 并 在 一 定 条 件 下 形 成 与 物 体 本 身 具 有 极 高 相 似 度 的 三 维 图 像 （ 李 佩 佩 等 ， 2 0 1 7 ） 。 
 在 本 课 程 中 ， 不 同 颜 色 光 线 的 彩 虹 角 是 理 解 彩 虹 颜 色 排 列 和 拱 形 的 重 点 ， 讲 解 该 知 识 点 需 要 分 析 多 种 光 路 情 况 ， 这 对 普 通 教 师 来 说 有 一 定 难 度 。 
 通 过 全 息 技 术 让 专 家 参 与 课 堂 ， 学 生 可 以 通 过 与 专 家 教 师 的 交 流 形 成 对 这 一 知 识 更 清 晰 的 认 识 ， 从 而 更 好 地 理 解 彩 虹 的 形 成 。 
 通 过 全 息 技 术 ， 北 京 专 家 讲 课 的 影 像 被 呈 现 在 深 圳 的 课 堂 上 ， 学 生 可 以 看 到 异 地 教 师 的 动 作 和 表 情 ， 与 其 进 行 实 时 的 交 流 。 
 相 比 于 电 话 、 视 频 等 形 式 的 连 接 方 式 ， 全 息 技 术 可 以 保 留 更 多 的 信 息 ， 并 使 两 个 分 离 的 空 间 连 接 、 融 合 起 来 ， 让 学 生 和 异 地 教 师 及 资 源 的 交 互 摆 脱 时 空 分 离 的 限 制 。 
 全 息 技 术 的 使 用 可 以 更 生 动 地 将 其 他 空 间 的 事 物 呈 现 在 课 堂 中 ， 除 了 像 本 节 课 中 这 样 引 入 其 他 专 家 教 师 为 学 生 进 行 知 识 讲 解 外 ， 全 息 技 术 也 可 以 用 于 引 入 一 个 具 体 的 事 物 到 课 堂 中 进 行 全 方 位 的 展 现 ， 如 一 个 文 物 、 动 物 或 者 器 械 。 
 随 着 光 学 设 备 的 发 展 ， 未 来 全 息 技 术 还 可 以 用 于 将 另 一 场 景 叠 加 到 教 室 空 间 中 ， 让 学 生 在 教 室 中 体 验 置 身 于 任 何 地 方 的 感 觉 。 
 3 . A R 在 智 慧 课 堂 的 应 用 A R 是 一 项 支 持 将 虚 拟 对 象 和 真 实 世 界 融 合 并 协 同 显 示 在 真 实 环 境 中 的 技 术 。 
 一 个 基 于 A R 的 系 统 具 有 以 下 三 个 特 征 ： 虚 实 结 合 、 实 时 交 互 和 三 维 注 册 （ 蔡 苏 等 ， 2 0 1 6 ； A z u m a ， 1 9 9 7 ； A z u m a e t a l . ， 2 0 0 1 ） 。 
 本 课 程 在 第 一 环 节 和 第 三 环 节 中 分 别 使 用 了 基 于 R e a l m a x 的 A R 眼 镜 和 基 于 平 板 的 A R 技 术 。 
 在 第 一 个 环 节 ， 基 于 A R 眼 镜 的 沉 浸 式 环 境 在 学 生 所 处 的 真 实 课 堂 中 叠 加 虚 拟 对 象 ， 支 持 师 生 之 间 、 同 伴 之 间 进 行 多 模 态 的 交 流 。 
 通 过 A R 眼 镜 ， 学 生 可 以 在 教 室 中 直 接 观 察 彩 虹 形 成 的 过 程 和 现 象 ， 通 过 直 接 体 验 深 化 学 生 对 于 彩 虹 的 感 性 认 识 ， 支 持 学 生 对 过 程 性 的 自 然 现 象 进 行 完 整 细 致 地 观 察 。 
 在 第 三 个 环 节 ， 基 于 平 板 的 A R 技 术 支 持 学 生 通 过 与 卡 片 和 平 板 呈 现 的 模 型 之 间 的 交 互 控 制 现 实 生 活 中 不 可 能 操 控 的 物 体 ， 从 空 中 和 地 面 的 视 角 同 步 观 察 彩 虹 ， 总 结 彩 虹 出 现 的 时 间 和 方 位 。 
 通 过 A R 技 术 ， 学 生 可 以 得 到 更 多 的 观 察 和 探 究 机 会 。 
 他 们 可 以 观 察 需 要 一 定 条 件 才 能 在 现 实 生 活 中 看 到 的 现 象 ， 也 可 以 控 制 现 实 条 件 下 不 能 操 控 的 现 象 ， 通 过 虚 拟 仿 真 获 得 探 究 体 验 ， 并 通 过 主 动 学 习 的 方 式 完 成 知 识 建 构 。 
 已 有 研 究 证 明 A R 在 有 助 于 提 升 学 习 满 意 度 和 效 果 （ A k c a y i r e t a l . ， 2 0 1 7 ） 之 余 ， 还 能 帮 助 学 习 者 形 成 对 抽 象 概 念 的 理 解 （ 陈 颖 博 等 ， 2 0 2 0 ； C a i e t a l . ， 2 0 1 7 ； S t r z y s e t a l . ， 2 0 1 8 ； C a i e t a l . ， 2 0 1 9 ） ， 以 及 有 选 择 性 地 进 行 学 习 （ R u i z A r i z a e t a l . ， 2 0 1 8 ） 。 
 在 本 节 课 所 用 的 眼 镜 沉 浸 式 A R 技 术 和 平 板 交 互 式 A R 技 术 的 基 础 上 ， 可 以 进 一 步 使 用 分 布 式 的 A R 技 术 ， 实 现 多 人 协 同 作 业 ， 促 进 教 学 过 程 中 学 生 之 间 的 协 作 与 交 流 。 
 4 . 智 慧 学 习 笔 的 作 用 智 慧 学 习 笔 通 过 自 动 笔 迹 识 别 、 大 数 据 分 析 、 机 器 学 习 个 性 化 推 荐 ， 有 助 于 实 现 精 准 教 学 辅 导 并 减 轻 教 师 负 担 。 
 智 慧 学 习 笔 装 载 了 笔 迹 识 别 引 擎 、 机 器 学 习 批 改 引 擎 、 个 性 化 推 荐 引 擎 和 泛 在 连 接 装 置 。 
 它 能 够 以 多 种 方 式 连 接 到 网 络 ， 实 现 客 观 题 的 自 动 批 改 和 主 观 题 的 自 适 应 批 改 ， 形 成 学 情 分 析 报 告 。 
 在 本 节 课 中 ， 每 位 学 生 都 拥 有 一 支 与 教 师 终 端 连 接 的 智 慧 学 习 笔 。 
 第 二 个 环 节 中 学 生 使 用 智 慧 学 习 笔 进 行 画 图 分 析 ， 答 案 实 时 呈 现 给 教 师 和 异 地 专 家 ， 使 教 师 和 专 家 能 够 更 为 及 时 、 精 准 地 攻 克 教 学 难 点 。 
 第 三 和 第 四 个 环 节 中 ， 学 生 使 用 智 慧 学 习 笔 进 行 选 择 和 记 录 ， 教 师 通 过 学 情 分 析 报 告 实 时 掌 握 学 生 的 作 答 情 况 ， 对 教 学 进 程 进 行 更 好 的 安 排 。 
 智 慧 学 习 笔 的 运 用 促 进 了 教 育 领 域 大 数 据 的 收 集 和 学 习 分 析 技 术 的 应 用 。 
 在 获 得 更 多 作 业 数 据 的 情 况 下 ， 结 合 推 荐 算 法 ， 智 慧 学 习 笔 可 以 定 位 学 生 的 薄 弱 知 识 点 ， 推 送 强 化 练 习 ， 实 现 个 性 化 、 精 准 化 的 教 学 。 
 对 于 教 师 来 说 ， 批 改 系 统 可 以 大 幅 提 升 作 业 批 改 效 率 ， 学 情 分 析 报 告 能 够 辅 助 教 师 对 学 生 的 学 习 情 况 进 行 更 深 入 细 致 的 挖 掘 ， 帮 助 教 师 从 数 据 的 层 面 对 教 学 过 程 和 学 生 学 习 过 程 形 成 更 精 确 的 认 识 。 
 6 面 向 5 G 的 多 模 态 智 慧 课 堂 的 反 思 及 实 施 建 议 5 G 环 境 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 实 践 本 次 教 学 实 践 在 5 G 网 络 的 支 持 下 ， 综 合 创 设 了 具 有 A R 、 全 息 、 智 慧 学 习 笔 、 交 互 白 板 等 技 术 且 可 以 和 云 端 互 通 的 多 模 态 学 习 环 境 ， 在 教 学 过 程 中 实 现 了 多 模 态 资 源 整 合 、 多 模 态 互 动 和 多 模 态 评 估 ， 是 从 理 论 到 实 践 的 一 次 尝 试 ， 可 为 今 后 开 展 5 G 网 络 下 的 多 模 态 智 慧 课 堂 教 学 提 供 借 鉴 。 
 尽 管 此 次 联 合 示 范 课 堂 取 得 圆 满 成 功 ， 从 教 学 及 技 术 角 度 来 说 仍 然 存 在 一 些 问 题 。 
 总 结 和 反 思 此 次 实 践 经 验 ， 本 文 提 出 以 下 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 的 实 施 建 议 。 
 1 . 5 G 多 模 态 学 习 环 境 的 建 设 — — 以 学 生 为 本 “ 彩 虹 的 秘 密 ” 这 堂 课 基 于 5 G 的 三 大 使 用 情 境 ， 实 现 了 异 地 实 时 全 息 投 影 、 沉 浸 式 和 交 互 式 A R 技 术 和 智 慧 学 习 笔 的 使 用 ， 构 成 了 师 生 平 板 、 智 慧 学 习 笔 、 A R 眼 镜 、 教 室 白 板 和 云 端 的 互 联 互 通 。 
 在 课 堂 中 ， 多 技 术 的 运 用 拓 充 了 媒 体 的 形 式 ， 设 备 间 的 互 联 使 得 教 学 过 程 中 使 用 的 资 源 和 产 生 的 数 据 可 以 在 多 个 终 端 传 递 、 呈 现 ， 充 分 调 动 学 生 多 个 感 官 对 学 习 环 境 的 感 知 和 加 工 ， 形 成 了 多 模 态 的 交 互 。 
 但 在 教 学 过 程 中 研 究 者 也 发 现 ： 多 种 技 术 的 综 合 使 用 给 学 生 带 来 了 一 些 困 扰 ， 如 A R 眼 镜 等 专 用 设 备 对 小 学 生 来 说 质 量 过 重 ， 容 易 让 学 生 产 生 疲 劳 ； 教 师 的 教 学 活 动 需 要 在 多 种 技 术 之 间 进 行 交 替 操 作 ， 容 易 分 散 学 生 的 注 意 力 等 。 
 5 G 技 术 促 进 了 全 息 技 术 、 V R / A R 、 大 数 据 、 人 工 智 能 、 物 联 网 等 技 术 在 教 育 领 域 的 应 用 ， 营 造 了 更 为 智 能 化 、 融 合 化 的 教 学 环 境 。 
 当 多 个 技 术 被 运 用 到 教 学 中 时 ， 恰 当 地 发 挥 每 个 技 术 的 作 用 ， 促 进 技 术 之 间 的 互 相 加 成 是 实 现 技 术 赋 能 教 育 的 重 要 议 题 ， 也 是 实 现 融 创 式 智 慧 教 学 的 重 要 方 面 （ 陈 琳 等 ， 2 0 1 6 ） 。 
 因 此 如 何 促 进 技 术 之 间 相 互 协 同 ， 激 发 学 生 发 挥 更 大 的 潜 能 是 当 前 教 育 信 息 化 的 主 要 目 标 。 
 然 而 大 多 数 教 育 工 作 者 寄 望 技 术 会 对 教 育 教 学 带 来 革 命 性 变 革 ， 但 却 以 为 加 大 设 备 的 投 入 和 使 用 即 可 达 到 。 
 事 实 上 ， 智 慧 课 堂 构 建 成 功 与 否 ， 最 主 要 的 标 志 是 看 课 堂 教 学 中 信 息 化 的 作 用 是 否 由 提 供 便 利 和 提 高 效 率 升 级 为 支 撑 教 学 创 新 （ 钟 绍 春 等 ， 2 0 2 0 ） 。 
 因 此 学 科 教 师 应 与 时 俱 进 ， 根 据 学 科 特 点 、 学 习 者 特 征 和 智 慧 课 堂 理 念 进 行 多 模 态 教 学 活 动 的 再 设 计 ， 立 足 于 让 学 生 提 高 问 题 解 决 能 力 、 创 新 能 力 等 高 阶 思 维 能 力 来 应 用 A R / V R 等 技 术 创 建 的 多 模 态 学 习 环 境 。 
 同 时 ， 推 进 5 G 技 术 与 教 育 新 技 术 的 融 合 ， 提 供 能 方 便 师 生 课 堂 应 用 的 轻 量 级 设 备 ， 也 是 保 障 多 模 态 智 慧 课 堂 能 够 落 地 实 施 的 重 要 举 措 。 
 2 . 5 G 多 模 态 资 源 整 合 — — 注 重 多 通 道 融 合 “ 彩 虹 的 秘 密 ” 课 程 中 主 要 使 用 了 A R 软 件 让 学 生 身 临 其 境 地 感 受 雨 过 天 晴 等 场 景 ， 动 画 、 声 音 、 图 片 等 调 动 了 学 生 的 视 听 等 多 通 道 ， 实 现 了 多 模 态 的 感 官 刺 激 。 
 多 模 态 资 源 是 学 生 获 取 知 识 的 主 要 来 源 ， 不 同 的 学 生 有 着 不 同 的 感 官 倾 向 ， 多 模 态 的 刺 激 有 利 于 学 生 对 学 习 内 容 的 关 注 和 记 忆 ， 因 此 要 尽 可 能 多 地 设 计 和 构 建 多 种 模 态 的 课 程 资 源 。 
 教 师 在 教 学 过 程 中 ， 可 以 通 过 合 理 使 用 全 息 、 V R / A R 等 技 术 ， 拓 展 学 生 学 习 的 空 间 ， 丰 富 学 生 可 以 获 取 的 信 息 类 型 ， 为 学 生 进 行 自 主 探 究 提 供 支 持 。 
 此 外 ， 在 进 行 多 模 态 学 习 资 源 的 创 设 过 程 中 ， 同 样 应 以 学 生 为 本 ， 使 课 堂 能 够 帮 助 学 生 提 高 自 身 的 多 元 互 动 能 力 和 各 种 器 官 协 同 工 作 的 能 力 ， 使 学 习 者 轻 松 快 乐 地 学 习 ， 而 且 使 师 生 、 生 生 相 互 协 作 ， 相 互 促 进 ， 形 成 学 习 共 同 体 ， 激 发 出 更 大 潜 能 。 
 3 . 5 G 多 模 态 互 动 — — 重 视 自 主 探 究 、 概 念 交 互 本 次 5 G 多 模 态 课 堂 的 教 学 尝 试 中 使 用 了 全 息 技 术 、 A R 技 术 、 智 慧 学 习 笔 等 技 术 让 学 生 与 同 伴 、 教 师 、 学 习 环 境 之 间 进 行 了 多 模 态 的 交 互 。 
 学 生 在 本 节 课 堂 中 达 到 了 较 好 的 学 习 效 果 ， 这 得 益 于 课 程 设 计 阶 段 教 师 注 重 学 生 的 自 主 探 究 以 及 概 念 交 互 。 
 多 模 态 互 动 的 过 程 中 应 以 教 师 为 主 导 ， 以 学 生 为 主 体 ， 重 视 学 生 的 自 主 探 究 。 
 教 师 不 仅 要 关 注 学 生 的 知 识 获 得 ， 也 要 关 注 学 生 的 能 力 培 养 ， 重 视 学 生 已 有 概 念 和 新 概 念 的 交 互 。 
 在 本 案 例 中 ， 彩 虹 的 形 成 条 件 等 知 识 都 是 在 教 师 的 引 导 下 ， 让 学 生 通 过 自 主 与 多 模 态 资 源 进 行 交 互 探 究 所 得 。 
 陈 丽 （ 2 0 0 4 ） 指 出 学 生 与 媒 体 的 交 互 旨 在 促 进 学 生 与 学 习 资 源 、 同 伴 和 教 师 的 交 互 ， 从 而 实 现 学 生 自 身 已 有 概 念 和 新 概 念 的 交 互 。 
 教 师 应 将 实 现 学 生 的 概 念 交 互 作 为 技 术 媒 体 引 入 的 衡 量 标 准 。 
 教 师 需 要 在 技 术 进 入 课 堂 时 形 成 清 晰 的 作 用 路 径 ， 即 技 术 将 如 何 促 进 学 生 与 教 学 要 素 的 信 息 交 互 ， 从 而 如 何 推 动 哪 些 新 旧 概 念 的 交 互 。 
 在 技 术 使 用 的 过 程 中 ， 教 师 要 时 刻 关 注 路 径 中 要 素 交 互 的 触 发 ， 实 时 推 动 学 生 概 念 交 互 的 发 生 ， 帮 助 学 生 实 现 深 层 次 的 学 习 （ 王 志 军 等 ， 2 0 1 7 ） 。 
 此 外 ， 在 多 模 态 互 动 的 过 程 中 还 应 注 意 通 过 多 模 态 信 息 和 支 架 降 低 技 术 带 来 的 认 知 负 荷 。 
 综 合 使 用 多 种 技 术 必 然 会 给 学 生 带 来 较 高 的 认 知 负 荷 ， 但 已 有 研 究 证 明 教 学 中 多 模 态 的 信 息 在 一 定 程 度 上 能 够 降 低 学 生 对 于 知 识 学 习 的 认 知 负 荷 （ 郇 怡 斌 ， 2 0 1 3 ） 。 
 新 技 术 进 入 课 堂 ， 教 师 需 要 给 予 学 生 一 定 的 时 间 熟 悉 操 作 。 
 在 初 始 阶 段 ， 教 师 需 要 进 行 一 定 的 示 范 操 作 ， 通 过 投 屏 演 示 与 解 说 相 结 合 的 方 式 介 绍 技 术 产 品 使 用 方 式 ， 帮 助 学 生 尽 快 熟 悉 产 品 。 
 在 课 堂 过 程 中 ， 教 师 需 清 晰 地 发 布 技 术 应 用 的 任 务 ， 避 免 学 生 过 度 探 索 。 
 结 构 清 晰 的 任 务 单 等 支 架 工 具 也 可 以 起 到 引 导 学 生 合 理 使 用 技 术 的 作 用 。 
 4 . 5 G 多 模 态 评 估 — — 多 元 、 动 态 评 估 多 模 态 智 慧 课 堂 倡 导 多 元 化 的 学 习 评 价 体 系 （ 周 晓 春 ， 2 0 2 0 ） 。 
 本 次 多 模 态 课 堂 中 使 用 了 智 慧 学 习 笔 对 学 生 进 行 多 模 态 评 估 ， 但 由 于 技 术 的 限 制 ， 在 多 元 、 动 态 评 估 方 面 仍 有 欠 缺 ， 还 未 能 全 面 、 动 态 地 对 学 生 的 表 现 进 行 评 估 。 
 随 着 5 G 技 术 的 发 展 ， 多 元 化 、 动 态 的 评 估 方 式 可 以 对 学 习 主 体 在 某 一 特 定 阶 段 的 学 业 表 现 作 出 准 确 、 全 面 、 合 理 的 评 价 与 反 馈 。 
 如 使 用 学 习 分 析 技 术 ， 捕 捉 、 处 理 活 动 过 程 中 的 学 生 数 据 ， 对 学 生 使 用 其 他 技 术 的 学 习 结 果 进 行 实 时 监 测 ； 智 能 设 备 实 时 捕 捉 学 生 在 学 习 过 程 中 产 生 的 多 模 态 数 据 ， 对 数 据 进 行 分 析 和 报 告 呈 现 。 
 随 着 笔 迹 识 别 技 术 的 发 展 ， 教 师 可 以 根 据 课 程 内 容 启 发 学 生 利 用 图 像 、 文 字 等 多 种 方 式 进 行 记 录 ， 拓 展 学 生 学 习 数 据 的 类 型 。 
 此 外 ， 数 据 的 分 析 可 以 帮 助 教 师 对 学 生 的 课 堂 表 现 进 行 动 态 评 估 ， 也 可 以 用 于 检 测 学 生 应 用 其 他 技 术 进 行 学 习 的 成 果 。 
 具 体 来 说 ， 通 过 对 学 生 探 究 过 程 数 据 的 分 析 ， 教 师 可 以 了 解 不 同 小 组 的 探 究 过 程 和 结 果 ， 对 学 生 进 行 精 准 指 导 ； 通 过 统 一 问 答 测 试 ， 教 师 可 以 掌 握 全 体 同 学 的 学 习 情 况 ， 抓 住 教 学 难 点 ， 进 行 有 针 对 性 的 讲 解 。 
 未 来 5 G 多 模 态 智 慧 课 堂 的 建 设 将 建 立 5 G 环 境 下 的 学 习 分 析 、 情 感 识 别 、 情 境 感 知 等 智 能 感 知 环 境 ， 形 成 教 与 学 实 时 数 据 采 集 规 范 ， 动 态 采 集 教 与 学 数 据 ， 为 实 现 多 模 态 的 教 学 创 新 提 供 精 准 的 数 据 支 持 ， 帮 助 教 师 进 行 精 准 决 策 和 调 控 。 
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[ 2 5 ] A z u m a , R . , B a i l l o t , Y . , & B e h r i n g e r , R . e t a l . ( 2 0 0 1 ) . R e c e n t A d v a n c e s i n A u g m e n t e d R e a l i t y [ J ] . I E E E C o m p u t e r G r a p h i c s a n d A p p l i c a t i o n s , 2 1 ( 6 ) : 3 4 4 7 . [ 2 6 ] C a i , S . , C h i a n g , F . K . , & S u n , Y . e t a l . ( 2 0 1 7 ) . A p p l i c a t i o n s o f A u g m e n t e d R e a l i t y B a s e d N a t u r a l I n t e r a c t i v e L e a r n i n g i n M a g n e t i c F i e l d I n s t r u c t i o n [ J ] . I n t e r a c t i v e L e a r n i n g E n v i r o n m e n t s , 2 5 ( 6 ) : 7 7 8 7 9 1 . [ 2 7 ] C a i , S . , L i u , E . , & Y a n g , Y . e t a l . ( 2 0 1 9 ) . T a b l e t B a s e d A R T e c h n o l o g y : I m p a c t s o n S t u d e n t s ’ C o n c e p t i o n s a n d A p p r o a c h e s t o L e a r n i n g M a t h e m a t i c s A c c o r d i n g t o T h e i r S e l f E f f i c a c y [ J ] . B r i t i s h J o u r n a l o f E d u c a t i o n a l T e c h n o l o g y , 5 0 ( 1 ) : 2 4 8 2 6 3 . [ 2 8 ] K r e s s , G . R . , & V a n L e e u w e n , T . ( 2 0 0 1 ) . M u l t i m o d a l D i s c o u r s e : t h e M o d e s a n d M e d i a o f C o n t e m p o r a r y C o m m u n i c a t i o n [ M ] . L o n d o n : A r n o l d .   [ 2 9 ] R u i z A r i z a , A . , C a s u s o , R . A . , & S u a r e z M a n z a n o , S . e t a l . ( 2 0 1 8 ) . E f f e c t o f A u g m e n t e d R e a l i t y G a m e P o k e m o n G O o n C o g n i t i v e P e r f o r m a n c e a n d E m o t i o n a l I n t e l l i g e n c e i n A d o l e s c e n t Y o u n g [ J ] . C o m p u t e r s & E d u c a t i o n , 1 1 6 : 4 9 6 3 . [ 3 0 ] S t r z y s , M . P . , K a p p , S . , & T h e e s , M . e t a l . ( 2 0 1 8 ) . P h y s i c s H o l o . l a b L e a r n i n g E x p e r i e n c e : U s i n g S m a r t g l a s s e s f o r A u g m e n t e d R e a l i t y L a b w o r k t o F o s t e r t h e C o n c e p t s o f H e a t C o n d u c t i o n [ J ] . E u r o p e a n J o u r n a l o f P h y s i c s , 3 9 . d o i : 1 0 . 1 0 8 8 / 1 3 6 1 6 4 0 4 / a a a 8 f b . [ 3 1 ] I T U R ( 2 0 1 5 ) . I M T V i s i o n F r a m e w o r k a n d O v e r a l l O b j e c t i v e s o f t h e F u t u r e D e v e l o p m e n t o f I M T f o r 2 0 2 0 a n d B e y o n d [ R ] . G e n e v a : I T U R M . 2 0 8 3 : 5 . 作 者 简 介 ： 蔡 苏 ， 博 士 ， 副 教 授 ， 北 京 师 范 大 学 教 育 学 部 “ V R / A R ＋ 教 育 ” 实 验 室 ， “ 移 动 学 习 ” 教 育 部 — 中 国 移 动 联 合 实 验 室 ， 北 京 师 范 大 学 未 来 教 育 高 精 尖 创 新 中 心 （ 北 京 　 1 0 0 8 7 5 ） ； 焦 新 月 ， 硕 士 研 究 生 ， 北 京 师 范 大 学 教 育 学 部 教 育 技 术 学 院 （ 北 京 　 1 0 0 8 7 5 ） ； 杨 阳 ， 教 师 ， 云 南 大 学 附 属 中 学 大 学 城 校 区 （ 云 南 昆 明 　 6 5 0 0 0 0 ） ； 蒋 林 帆 ， 硕 士 研 究 生 ， 北 京 师 范 大 学 教 育 学 部 教 育 技 术 学 院 （ 广 东 珠 海 　 5 1 9 0 0 0 ） ； 余 胜 泉 ， 博 士 ， 教 授 ， 博 士 生 导 师 ， 北 京 师 范 大 学 “ 移 动 学 习 ” 教 育 部 — 中 国 移 动 联 合 实 验 室 ， 北 京 师 范 大 学 未 来 教 育 高 精 尖 创 新 中 心 （ 北 京 　 1 0 0 8 7 5 ） 。 
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