基于“5G+MR”混合现实全息学习模式的智慧校园建设

　　一、线上教学的现实问题

　　疫情是教育信息化成果的试金石。线上教学过程中信息化存在的主要问题：一是教师相关信息化运用的教研培训需同步加强。二是学生线上自主学习能力相对不足，教师指导学生线上线下自主学习能力也较弱。三是在线教育软件高并发下的网络不稳定，同时缺乏对学生的有效监管手段，学校管理者还不能对“腾讯课堂”“钉钉”实时监管(CLASSIN可以做到有限的网上课堂巡视)。四是软件与实际应用还有差距。目前大多数在线教育软件是按培训机构需求开发设计的，义务教育和高中教育大班化需求难以满足，尤其是录播的空中课堂互动性较弱，缺失了学生思维参与的线上教学会偏离真实的学习。四是课程与学生认知个性化之间的矛盾突出，缺乏与各个年级同步教材分层相配套的优质慕课，生生差异加剧了集体授课与个性学习之间的矛盾。

　　二、解决问题的有效对策

　　1. 整合多家平台，提高稳定性

　　徐汇中学是上海中环线内规模最大的完全中学，有初高中七个年级，师生3000多人。毕业班使用电信平台，高一、高二中年级使用钉钉平台，预初、初一、初二使用腾讯课堂。老师还使用了晓黑板、钉钉云课堂等。因为只靠一家平台，没有备用是很难保证不卡顿、断线的。

　　2. 反对一讲到底，主张强交互

　　备课组线上教研活动几乎天天发生。网上教工大会、年级教师会、家长会、班会、专家讲座、高研班和名师工作室等会议常态进行。我们初高中的主科全是教师直播，因为市里提供的空中课堂录像课多是针对中档偏下学生的程度而设计的。我校进行了多年的构建认知启动式学堂研究，重在研究老师怎样少教、少讲，鼓励学生“兵教兵”、引领服务学生自主命题自育自学，发挥问题留言板作用——鼓励学生提问，因为我们认为“教师教会学生提出有价值的问题远比教师自己提出有价值的问题更有价值”。学习说到底是学生自己的事情，教师是学生学习的助学者。强交互的质量要尤为关注即时互动，还要关注延时互动。

　　对教师的总要求：理念上——灌输不应成为线上教学的主旋律，指导并要求学生学会预学，学会提出问题。从预见到遇见，从梳理知识讲解例题向自我研究、分享智慧转变;从一维到多维，从解题方法的线性呈现演绎法向多角度思维的归纳法学习转变;从一人到多人，从教师独角戏授课到学生小组合作学习，从主要针对中等程度向基于异步达标的跟踪学习转变。关注线上课程背后的思维逻辑，关注人机交互背后的人人交互，关注技术手段背后的核心人品。我们努力方向是上海市教委副主任李永智倡导的“四全”：全天候、全融合、全育人、全个性。

　　3. 线上线下结合，建全息学堂

　　疫情期间，倒逼老教师提高了信息化使用率，很大程度上提升了教师的信息意识、信息道德、信息能力，促进了学习工具现代化进程。不限时空的教学录像能反复回看，对于部分学困生可能更有用。

　　疫情过后OMO教育模式将成为常态，线上教育可以用于课后答疑、作业提交等环节。OMO模式是Online-Merge-Offline;含义：行业平台型商业模式;打造“线上——移动——线下”三位一体全时空的体验。将OMO模式运用到教育领域，我把它称之为混合现实的“全息学堂”，我校是基于“5G+MR”的。

　　2019年6月，我校建设了5G+MR科创教育实验室。配置了智慧黑板、录直播系统，62套MR眼镜和服务器。5G+MR科创教育实验室的教学系统可改变传统教学模式，通过虚实结合的全新学习方式，营造场景化、沉浸式学习新体验。

　　AR是真实世界叠入虚拟的东西(增强现实);VR是虚拟世界叠入真实的东西(虚拟现实);MR是混合现实，是真实世界+虚拟世界的实时互动。混合现实被誉为下一代计算平台，它将物理世界和虚拟世界相混合，在现实、虚拟和用户之间构建出一个可交互的全新世界。MR混合现实技术代表着整个虚拟仿真学习的技术发展新方向。特别之处是能看到虚拟和现实结合的世界，如太阳系的真实运动、人体血液循环流动系统等。MR课件初级使用更适合理科、艺术、跨学科课程，特别对于有实验操作内容的物理、化学、生物，将实验环节以虚拟的形式呈现，不仅可以反复实验(不需要实体材料、减少损耗)，而且可以避免事故的发生(有毒有害气体泄露、腐蚀性液体伤害等)，可以将线性代数等难以理解的知识以虚拟场景展示在学生眼前。

　　常态化使用：课件开发制作是前提——任何电化教学手段毕竟是辅助教学的，虽然可以发挥超出想象的作用，但不能喧宾夺主。技术人员可以指导学科教师做课件，但高质量内涵课件的创造者一定是学科优秀教师甚至是跨学科融合的多学科优秀教师和技术工程师通力合作的结果。高科技产品关键在于用，越用越会用、越好用。

　　成立MR科创团队：学校为了保证新技术在教育教学过程中的常态化应用，组建了一支包含理、化、生教研组长、科技创新备课组教师的团队60多人。

　　研究价值在于将人工智能教育+混合现实技术素养的形成和发展可视化，将学、练、教、测等教学活动通过手势识别模拟最自然的操作方式，从根本上改变课堂的物理空间，彻底打破了教学的空间限制，无障碍地观看现实世界中的物体，在有效的空间内实现了无限的想象，使得多个师生之间的互动时能够无障碍地进行面对面交流，极大地提升了学习效率。

　　全息学堂学习模式有三要素：一是基于学习知识点进行3D建模及场景操作;二是基于空间计算的虚实融合的3D课堂的交互式学习;三是学生的课堂学习内容伴随实际学习发展生长。人们可以进行超自然交互学习：系统中的交互包括手势、语音、凝视、手柄等，所有交互反馈均遵循物理世界反馈原理，以最贴近自然的形式呈现;同时，由于虚拟内容的存在，所有的交互效果均可以跨越时空，展现如同魔法般的超自然效果。交互对象分为人、物(虚拟和现实两种)、场(混合现实环境)三类，交互形式分为人与物的交互、人与场的交互、人与人的交互。通过强交互实现全息全方位超时空学习环境下的真实学习，再造真实学习环境，真心地面对，真诚地投入，真情地探索，真挚地拓展，真正地学习，直至进行真正的创造。

　　全息学习模式让“教育要面向现代化、面向未来、面向世界”有了可能。一是面向现代化：首先是管理现代化，利用好打破时空的管理网进行校园一卡通跨校管理;其次是学习内容现代化，方便建设新鲜师生喜欢的学习材料;再次是学习工具现代化：从MR课件到网络学习工具开发使用，将大大提升学习效率;其次是现代化的网络安全保障，除了网络安全技术保障外，还要抓好学生自控管理能力培养，也包括信息素养提升，如我校六和十年级都开设编程课。二是面向未来：首先，适应未来线上线下的跨学科融合教育、高端实验室创新教育、职业生涯导航、五育并举等;其次，面向未来的“荟学——会学——慧学——汇学”，我校学堂文化为“汇学”，蕴含“荟学——会学——慧学——汇学”四“huì”内容：“荟”学——荟萃精华，广学博识;“会”学——参悟规律，善于学习;“慧”学——智慧养成，学以致用;“汇”学——古今传承，中西汇通。三是面向世界，就是面向混合现实全息超时空、虚实相生世界，绝不是狭隘地理解“把孩子送到国外”。

　　三、智慧校园的建设思路

　　5G+MR课件制作开发，为学习插上腾飞翅膀，把高速度学习方式接入信息高速公路;与高端创新实验室联动，逐步实现数理化生等学科在实验室中学;与品牌学科原创题库建设同步，建设新学材;与腾讯、电信、钉钉等在线教育平台对接等。

　　基于“5G+MR”的混合现实全息学堂，构建超时空学习环境，包括学习主体、学习工具(技术)、学习智慧、学习价值(目标)等，也是建设智慧校园的重要举措。我们认为真正完整的智慧校园管理架构必须有：一是“组织机构”：是指专门管理信息化的组织机构，职能包含负责学校信息化建设工作的整体规划、决策制定、信息化建设预算、制定信息化建设的整体技术方案和标准化体系等。二是硬件：有线网、无线网、物联网、5G网络等四网相融合的“大网”。标准的数据中心——学校自建标准化小规模数据中心用于存放核心数据(涉密或不能放在公有云的数据和应用)，租用公有云存放不涉密或可以存放在公有云的数据和应用。三是软件(应用平台)建设的两个理念：一是互联网思维，就是要体现以用户(学生、教师、家长)需求为导向，也充分考虑在极度扁平化的互联网环境中的设计和规划;二是流程驱动，流程是面向用户的服务驱动，更有利于实现业务流和数据流的管理，尤其在资源驱动思路下设计的信息化系统往往是N个流程N个系统，而流程驱动的思路下设计会演变为N个流程1个系统。基于这两个理念，明确未来信息化建设是“重应用，轻资产”。

　　我校对于建设智慧校园的思路：补短板——改造学校基础设施平台——进行网络改造和数据中心建设，充分整合软硬件资源，建立统一认证和数据平台。建议区域教育行政部门牵头建立区级的数据中心或购买公有云，各学校以租用服务器、云空间的方式代替传统的学校自建数据中心模式，从而减少学校运维人员的投入和网络安全风险，同时提高教育行政部门对学校网络应用的管控。硬件基础设施建设是智慧校园建设的基石，软件建设需要建立在硬件基础之上。智慧校园的建设需要硬件、软件、学校需求的结合。硬件采购可以分期分批，没必要一步到位，也不可能一步到位，因为硬件升级迭代非常快。

　　扬优势：学校有强大的科创师资团队，提高教师的IT素养，通过更多使用才能有更好的反馈和提升。智慧校园除了人工智能硬件外，更重要的是人的智慧。技术层面保障平台稳定后怎样帮助师生实现全方位互动成为刚需。尤其是教师在使用中开发MR课件，养成自觉使用习惯。支架再好，还要自我造血功能好!

　　促提升：尝试更多的5G应用——5G+远程高清互动教学、5G+4K高清直播课、5G+全息直播课等。利用5G高速网络打破校校链接的网速瓶颈，实现优质资源共享。会研究才是真正智慧，智慧校园还是为了培养智慧师生以研究的姿态破解学习难题。智慧学校必须比居家学习有较大明显优势，才会吸引学生到校，否则线下学校就可能面临被淘汰的危险。

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