元宇宙重塑教育新模式

张峰,梁健

摘要：元宇宙核心概念之一的虚拟现实技术（VR），作为最新一轮教育教学技术，以其沉浸性、交互性与想象性弥补了传统课堂的固有缺点。元宇宙代表了视觉沉浸技术发展的最新阶段，其本质是一个平行于现实世界的数字空间，正在成为人类社会创新发展的实践场域。视觉沉浸技术的演进经历了桌面式虚拟现实、沉浸式虚拟现实、扩展现实以及元宇宙等四个阶段。元宇宙将深度重塑教育的课程资源、教学方式、学习支持服务和认证机制。未来元宇宙将成为人工智能时代教育转段升级的创新奇点，因此要超前布局元宇宙教育，加快推进新基建以构筑其发展基础，建构研究新框架以形成其发展动能，探索伦理新观念以厘清其发展逻辑。

关键词：虚拟现实技术；元宇宙；重塑教育模式；智能学习环境

一、元宇宙走进教育场域的时代背景

智能教育是未来教育变革的大趋势，2020年以来的新冠疫情更是加快了这一变革进程。根据联合国教科文组织的数据显示，在新冠疫情造成教育停滞期间，绝大多数国家和地区选择在线教育来保障教育的稳定与连续，在线教育已经成为现代教育体系的重要组成部分。但围绕在线教育的争议一直存在，不少学者认为当前在线教育存在以下问题：平面网页枯燥单调，难以调动学习积极性；人机交互方式简单，学生参与感不强；学习数据记录不全，难以评价学习成效；缺乏技能培养环境，实践环节欠缺。究其原因不难发现，因此寻找下一个创新突变奇点推动在线教育转段升级成为占领未来教育制高点的关键。  

近年来，以虚拟现实、扩展现实、虚拟世界、数字孪生等为代表的视觉沉浸技术，正不断从学习资源、教学组织和系统平台等方面重塑在线教育。元宇宙作为虚拟现实的高阶发展产物，集VR/AR/MR、5G、云计算、人工智能、数字孪生等新兴信息技术于一体，将成为下一代互联网的最新形态，届时人类社会将进入一个崭新的网络时代。从2021年以来，元宇宙进入发展元年，但其已展现出巨大的发展潜力。

二、元宇宙的特征

元宇宙的英文为Metaverse，其由“meta”（意为“超越”）与“verse”（意为“宇宙”）组合而成，旨在表明元宇宙是一种虚拟与现实无缝链接、深度融合的数字世界，其能够产生超越现实世界的显著价值。随着 Facebook 宣布将公司名称更改为“META”，元宇宙将受到资本市场前所未有的关注，其对于人类世界的颠覆性影响也将逐步照进现实。元宇宙主要有以下四个方面的特征：

虚拟与现实的深度融合。从元宇宙的存在形式来看，虚拟与现实的深度融合是元宇宙最基本的特征。元宇宙是利用成熟的数字技术来构建的既基于又独立于现实世界的“数字孪生”世界，既包括现实世界的数字化复制品，又含有虚拟世界的自主创造物。元宇宙通过视觉、听觉、触觉以及全身感官体验的穿戴设备，以及低延迟感与高拟真感的交互技术让用户产生在场的感官刺激，有助于提高元

宇宙中的在线互动与交流质量，实现元宇宙中用户的沉浸式体验。

智能数字化技术的集合。元宇宙是一个极致开放、自由、复杂与巨大的综合系统，其涵盖了整个网络空间、终端设备以及现实条件，是由不同类型建设者共同构建的超大型数字应用生态，而各种智能数字技术则是其根基。元宇宙的组建依托于MR、区块链、通信技术、云计算、物联网与人工智能等数字技术的集合，如通过MR、脑机接口、物联网与可穿戴设备等交互技术进入虚拟世界，进行沉浸式体验与交互；通过5G、云计算技术来支撑大规模用户的同时在线交互活动，保障交互的流畅性与低延迟。随着技术的进一步发展，更多先进技术与创新应用也将逐步纳入元宇宙的组建中来。

加深用户思维的表象化。元宇宙为用户提供了一个沉浸体验、具身交互的虚拟现实深度融合系统，能够让用户利用海量资源和技术工具实现“可见即可感知”“可想即可尝试”等抽象思维表象化的过程。首先，用户在元宇宙中是“自由”与“全能”的，能够通过相应操作将自己的思维即时转化为具体有形的产品，使抽象复杂思维有效地实现清晰化与具体化，易于自身理解与分享交流。其次，思维的表象化能够让用户专注与沉浸于自身的思考过程中，规避因多媒体技术为代表呈现的“中介”信息而造成用户专注度、反思能力与逻辑能力弱化的问题。

三、基于元宇宙的智能在线学习环境构建

当代学习环境正在转向智慧、非正式、整合、互动和创新。智能学习环境需要支持学生个性化学习、终身学习和可持续发展，智慧学习环境包括感知环境、记录过程、识别情景和联接社群等显著特征[2]。新兴技术聚合赋能正引领智能学习环境由线下到线上，再到线下与线上深度融合的方向发展，元宇宙为探索智能在线学习环境提供了全新的视角。为此，将从技术架构、系统结构、组成要素和培养目标等方面尝试构建基于元宇宙的智能在线学习环境（如图1所示）。

图1 元宇宙智能在线学习环境的构造模型

1、技术统摄：元宇宙智能在线学习环境的构建基石

元宇宙顺应了第六次科技革命颠覆性、智能化 、 绿色化和国际化的发展 理念，将“单技术—复合技术—富技术”的技术发展轨迹继续向前推进，通过统摄各种技术将表现出拟人性的新智能。综合来看，元宇宙主要依托的底层技术涵盖：

5G/6G网络环境。元宇宙将借助5G/6G打造新一代通讯网络，彻底突破智能技术融合赋能的通信屏障。元宇宙网络融合云计算、泛在计算和边缘计算，架构形成新型的技术联通场域，推动“信息—物理—社会”的深度融合。

资源生产。元宇宙将借助人工智能技术，形成资源生态发展场域：首先，持续智能产生海量的挖掘内容，实现元宇宙资源的动态生长。其次，按需智能生成个性化学习资源，实现元宇宙资源的智适应动态推送。

大数据处理。元宇宙将深入推进计算系统的智能化，架构符合Web3.0资源聚合配置的服务体系。在智能技术的加持下，云计算将促进元宇宙在线教育系统硬件的智能虚拟化和软件的智能服务化改造，形成各子系统深度智能整合的新模态。

认证机制。区块链具有去中心化、可追溯、不可篡改和去信任化等显著特征，将推动元宇宙世界生产关系的变革，从信息网络转向价值网络，形成同智能在线学习环境相匹配的认证生态系统。

交互界面。元宇宙将超越图形界面交互阶段，真正转向基于现实的人机交互新阶段。从人机协同的体感交互视角，元宇宙在线学习交互将融合动作、触觉、眼动、手势和肌电等多通道方式，实现具身自然交互。

2、系统结构：元宇宙智能在线学习环境的空间塑造

    潘云鹤院士提出，人类生存空间已经扩展到三维空间，即物理空间、社会空间与信息空间。元宇宙代表了空间连续的理想形态，升级甚至颠覆了人们对于传统环境结构的认知。从技术赋能的视角进行分析，元宇宙智能在线学习环境的系统结构包括：

第一，构造环境，即师生所处的感知共生场域。元宇宙构造环境既赋能现实，又超越虚拟，学习者可进行泛在、自由和富有成效的学习。

第二，信息环境，即动态数据流通与资源服务环境。元宇宙不仅能智能供给资源，而且让学习者深处资源之中，达到资源服务与学习者认知的智能耦合。

第三，心理环境，即师生动态性与持续性的主观整体感受。元宇宙能满足学习者的整体性心理需求，为其身心创造了全新的安放之所。

第四，文化环境，即师生共同的外在行为遵循与内在价值认同。元宇宙将重塑环境与人的关系，形成多元、和谐、开放和生成的文化场域。

3、组成要素：元宇宙智能在线学习环境的核心表征

关于学习环境的构成要素，布伦特·威尔逊（Brent Wilson）提出资源、工具和人际关系的“三要素说”，元宇宙智能在线学习环境将重新塑造、深度聚合原有要素，聚焦学习者中心、知识中心、评价中心和共同体中心等多种视点，从而形成自身独特的构成要素群。具体来看，主要包括以下5个部分：

复合资源。资源结构具有场域特征，融合情境、内容与活动进行综合建构；资源表现具有多模态性，同一资源具有多种呈现形式，能够满足不同的学习需求。

智能工具。产生身体操纵感，通过可穿戴设备可产生真实触感；能够及时反馈，对于作用效果能进行可视化动态呈现；可选多种形式，允许个性化选择场景学习工具；高效舒适体验，能够智能化满足学习需求实现“人体的延伸”。

意象活动。创意活动情境，师生既可利用情境库中的场景，也可进行组合创造；编辑活动过程，师生可根据活动需要改变情境布局，将个体空间活动与共同体活动有机结合。

具身学习。多感知交互，可调动身体的多种感官，融合邻近、泛在、多模态、可植入等多种交互类型，实现技术增强且近乎自然的交互；多通道交互，可通过语音、动作、眼动、手势等不同方式达成行为目标；“亲历性”交互，“亲身经历”学习事件发生“现场”，既能代入真实，又能规避风险。

教学类群。教师也可塑造与学习者相同的存在类型。通过虚拟教师，即由智能技术合成的具有真人外表的虚拟影像，可以根据教学情境需要进行自由“变身”；协同教学，构建虚拟教学团队，达到学生与学生之前，学生与老师之间的互动，增强课堂的互动性和趣味性，让学生获得更多知识。

元宇宙是一个数字宇宙，可以通过虚拟和增强现实进入。它不仅涉及整个VR或虚拟现实空间，还可以通过数字耳机或眼镜将数字信息叠加到现实世界中。

四、基于元宇宙的在线教育未来布局

元宇宙正在对在线教育发展产生革命性影响，我们正身处其中并将经历这一变化。视觉沉浸技术将超越数学推理和科学实验的认知局限，发展成为人类认识自然规律的第三类基本方法[4]。元宇宙聚合了人类外化智能的各个技术领域，代表了视觉沉浸发展的高阶形态。元宇宙对在线教育的重塑是突破性的，将成为智能时代教育转段升级的创新奇点。基于元宇宙的在线教育发展具有前瞻性和紧迫性，需要超前布局，可重点关注以下探索：

1、加快推进新基建：构筑元宇宙在线教育的发展基础

新基建是新一代信息技术发挥效能的基础和关键，我国教育新基建的主要目标是“到 2025 年，基本形成结构优化、集约高效、安全可靠的教育新型基础设施体系”。教育新基建的主要方向涵盖信息网络、数字资源、平台体系、可信安全、创新应用和智慧校园等，具有泛联、智能、融合、韧性、绿色、生态和治理等特征。

2、建构研究新框架：形成元宇宙在线教育的发展动能

元宇宙对在线教育的塑造是系统性的，不仅体现在智能环境的构建、表现形态的创新以及运作流程的再造，更为根本的是推动理论框架的创新。理论框架的创新将会促进元宇宙在线教育的可持续发展。

3、探索伦理新观念：厘清元宇宙在线教育的发展逻辑

教育伦理具有发展的永恒性，又具有鲜明的时代特征。元宇宙中的人以多元表征的形式存在，既可以是全息影像，也可以是化身，还可以是具有外化特征的智能“虚拟人”。

参考文献：

[1]卢梦琪. 虚拟现实：元宇宙点燃新一轮发展热情[N]. 中国电子报,2021-12-21(007).

[2]刘连松. 元宇宙 开启人类“两栖”生活[N]. 天津日报,2021-11-24(010)

[3]许子皓. 韩国分会场：元宇宙时代中韩协作双赢[N]. 中国电子报,2021-10-26(006).

[4]卢梦琪. “元宇宙”点燃VR新一轮产业热情[N]. 中国电子报,2021-10-15(001).

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