[摘要]本文以5G技术与教育的融合为切入点，通过重构大学物理教学系统、打造智慧课堂与创新教学评价三个方面，探讨了新的信息技术下的大学物理教学，最后从智慧教学情境的设立、人工智能交互式学习体验和虚拟物理实验两方面对5G技术下的大学物理教学进行了展望。
[关键词]5G；大学物理；应用型教学模式；信息化教学
2017年《国家教育事业发展“十三五”规划》颁布以来，教育部加大了推进教育信息化的力度。至2020年，我国的5G技术（第5代移动通信技术）进入商用阶段。随着网络基础设施的不断发展和5G技术的不断成熟，5G也必将进入高校，对高校教学服务与教学形态产生深远影响，催生智能化信息技术在教育教学中的应用，为广大师生的教学和学习提供前所未有的体验。
一、5G技术与教育的融合
（一）5G技术的特点
1.数据的传输能力高。相比于第4代移动通讯技术4G，5G技术在更高的频段传输，使得传输和应答速度有了极大的提高，满足了人们在移动数据业务中对资源传输高速的要求。2.容量大消耗低。5G技术打破了4G对终端密度的限制条件，支持每平方公里百万终端数目的连接数密度，满足了无限量、低消耗的需求。3.超高可靠低时延。在视频资源的实时传输方面，5G技术可以提供毫秒级的端到端时延，极大地提高了传输应答的效率。
（二）5G技术与教育教学的融合
5G所带来的大数据、云计算、人工智能和虚拟技术等，将会给学校的管理、教学和科研等活动带来全新的变革。5G不仅支持了学习网络教学资源时海量终端的接入，也极大地提高了资源平台的应答速率。人工智能在教学生成、教学评价及提供个性化学习方案方面有很好的应用前景，虚拟教学给学习者带来全新的获取知识的体验和极大的学习能动性，给多元化教学奠定了良好的信息化技术基础。
二、大学物理应用型教学模式初探
（一）重构大学物理教学系统，使其向信息化教学方向看齐
首先，在教学系统的空间架构上，从系统论的一般观点出发，围绕教师、学生、教学内容和教学媒体这四个基本要素之间的关系，明确教学目标和教学策略[2]。在5G技术支持下，教师和学生的角色都将发生深刻变化，教学不再是教师的“一言堂”，而是从4G的因严重延时所支撑的单向式教学向5G时代的实时交互式教学演变。此外，教学内容也随着教学媒体的信息化而从传统课堂中解构出来，涵盖知识目标、技术和能力目标、方法和思想目标三个方面。其次，从教学系统的时间维度上，通过课前预置、课中展现和课后反馈这一时间轴来架构课程体系。课前部分，对物理知识中的概念、定性分析、简单推理部分以慕课、微课的形式放到网络教学平台，加上教师预置的问题设计，使学生带着对物理问题的基本了解进入课堂；课中部分，教师利用智慧教学工具和手段，对经过筛选的难点内容或可提炼成主题的内容开展深入的引导，启发学生思维；课后部分，教师通过教学反思促进下一步的教学；学生通过参与测试、答疑和讨论等活动，实时反馈学习动态。对于课前、课中和课后这三部分的有机融合，借助信息化技术手段，实现实时交互沟通，使得学生随时随地进行学习，激发学习原动力，养成良好的学习习惯。
（二）移动端资源共享，打造智慧课堂
“互联网+教育”带来了海量的网络教学资源，教师在备课阶段，应当给学生提供优质教学资源。一方面，在实际教学中，我们采用了麻省理工学院开放课程中WalterLewin教授的演示实验视频，非常实用并且深受学生欢迎。另一方面，教学资源也可以是由教师上传个人制作的教学视频。在信息化时代的背景下，教师也应当学会精品教学视频的制作，掌握优秀的微课制作技术。从课程特点来看，大学物理课程在视频资源制作上有很大的优势，例如声音、波动、光的干涉和衍射等很多物理的现象和原理，都可以通过可视化的动画来演示[3]。在移动端资源学习得到强化的同时，教师将从单一的课堂中解放出来，物理知识的单纯讲授由第三方（直播、视频、远程教学资源）来完成，教师主要起到主导课程学习走向的作用。在占比较少且时间有限的课堂时间内，利用智慧教学工具（如云班课、学习通、雨课堂等），完成所设计的头脑风暴、物理专题的讨论、指导学生分组合作等。例如，在设计“静电场中的导体”一堂课时，学生通过课前对导体电荷分布特点的视频学习之后，在课堂中，通过分组讨论的形式，有步骤地布置以下几个问题。问题一：避雷针为什么能够使建筑物避免遭受雷击？当学生通过讨论给出避雷针需接地的结论之后，提出问题二：接地铜缆可以将放电电流导入大地，但飞机无法通过这一途径来避免雷击，在飞机设计时如何解决这一问题？解决这个问题之后，为了引入接下来的静电屏蔽知识，可提出问题三：当遭受雷电袭击时，飞机内部的人是否安全？通过学生中持不同意见的互相讨论，最终接近结论。整堂课在学生的讨论和展示结论、展开辩论中进行，随着问题的走向，教师在关键点时予以总结和评价。
（三）创新教学评价，促进师生共同提高
首先，学生评教师。学生变被动为主动，从单向接受教师测评到反过来对教师的授课能力进行评价。这种评价方式，在5G网络技术支持下，可以很方便地通过移动端来进行。在实现网络资源共享的同时，教师面对的不再仅仅是固定教室上课的班级学生，而是面向所有可能接入的移动端对象。而对移动端的个体来说，面对海量的可共享教学资源，他们会倾向于选择什么样的教师的物理课呢？一定是选择如下的课程：不是把传统课堂全盘搬到线上，而是物理知识与应用互相融合；不是授人以鱼，而是结合物理规律的发现过程来培养学生的理论联系实际的科学精神；不是把视野只局限在知识讲授上，而是结合物理学家和物理学发展史带给学生情感和价值观的教育。因此对教师来说，学生评教师的这一环节，形成了教师自我提高的最直接的促进性动力。其次，学生间互评。在提升学生的主体地位方面，让学生参与教学过程的评价能够让学生重新审视自己的学习过程。学生参与学习的过程都会在移动端形成数据化的痕迹，所以学生可以对其他学生、其他学习小组进行学生间互评，例如对资源的学习程度、在讨论专题中参与和发表的频率、寻求教师释疑的频次等等，都可以作为学生互相评价的参考依据。学生间的互评一方面改变了以往只由教师评价的弊端，另一方面可以在学生中间形成竞赛激励，形成“你追我赶”的有益循环，最终有益于形成良好的学风。此外，在5G技术的支持下，不仅课前和课后能够生成学习数据，课堂上也可以监督学生的学习状态，是否积极参与教师的课堂设计，是否积极参与小组的话题讨论等，这对于提高学生学习效果、提升学生的课堂参与度是大有裨益的。
三、基于5G的大学物理教学展望
（一）智慧教学情境的设立提高教育资源的共享
戴尔的“经验之塔”理论认为：“学习者参与到实际经验中能获得直接、具体和有目的的经验。”在5G技术软硬件条件支持下的VR教室，通过全新3D投影所打造的虚拟物理问题情境，可使学生沉浸在虚拟的物理问题中，去发现、探究和判断，再结合现实中的推理、学习、合作与讨论，这种体验将对还原物理知识的摄取过程、加深对物理规律的理解起到关键作用。另外，基于5G的覆盖范围广的特点，利用5G技术手段实现名师的远程教学，借助于5G的数据高传输和低时延特性，把4G时代教师“一言堂”的教学形式转变为可实现师生的实时交互功能的活泼课堂。
（二）基于人工智能的交互式学习提升学习体验
基于云计算技术，利用人工智能云端服务器来解决移动端学习中遇到的问题，将极大地提高自主学习效率。对于大学物理课程来说，物理概念的厘清、物理定理适用的条件及结论，有些知识点是学生容易产生混淆的误区，就可以通过人机实时交互来进行实时提问和解答。这样的做法，一方面，课堂时间就不必在这些基本知识点上花费时间，而是可以开展更多开放性的讨论专题，去培养学生发现问题、推理判断、解决问题的思维过程，更好地还原物理知识从实际中来、到实际中去的课程实质，极大地提升了学生的学习参与感与学习体验；另一方面，能够形成学生学习数据的自动梳理，从而形成学习行为和学习习惯评价，有利于教师掌握学情，从而进行因材施教。
（三）物理实验能够很大程度上享受5G所带来的便捷
物理知识离不开实践教学过程，5G将带来达100Mbps至1Gbps的用户体验速率，我们寄希望于VR、AR等移动虚拟现实技术成熟后，利用虚拟引擎技术手段，使大学物理实验教学达到可视化教学。通过开发具有交互功能的虚拟仿真实验，让学生通过浸入式的学习，结合可视化实验仪器的操作，直观地在仪器内部看到仪器的运作过程，去充分体会实验原理，达到更深刻的学习效果。此外，虚拟实验教学可以实现多人在线协作实验以及多人共享实验仪器，颠覆了传统实验室的教学模式。对于某些高校物理实验室来说，有了这样的技术，就可以不必配置全套的仪器设备就能够给学生带来同样精彩的实验课学习体验。5G时代不仅仅是通讯技术的更新换代，也是万物互联的时代，经济社会更是借由5G技术向数字化转型。高校教育教学要抓住5G时代所带来的人工智能、大数据云计算、虚拟现实等技术与教育的深度融合契机，使教育教学的方式方法呈现出飞跃式的发展。
[参考文献]
[1]战荫泽，李居尚，张立东.基于5G的高校应用型教学模式研究分析[J].信息通信，2019，（11）：52-53.
[2]张轶炳.大学物理课程的教学系统设计[J].高等理科教育，2008，（2）：19-22.
[3]卢树华，田方，王丽辉.大学物理教学信息化探讨与实践[J].大学物理，2019，（1）：47-52.
作者:辛萍 单位:吉林工商学院
