元宇宙背景下數字技術均衡教學資源應用研究＊

彭燕凝 師啟航

（深圳大學藝術學部工業(yè)設計系,廣東深圳 518060）

教學被視為教育的主線，而教育公平主要受限于教材資源的分配不均。從大環(huán)境來看，中國的教學資源分配問題深受我們的經濟體制影響。這個問題普遍存在于大學和基礎教育中，基礎教育資源被按照學生成績、戶籍、運氣、財富、權力以及其他多元素來分配。此類偏重的資源分配方式也進一步導致了高等學府和專業(yè)教育機構在教學資源上的不均衡。同時，高校教學資源不均存在的另一個主要的問題是因學校定位差異，學校教學資源的需求類型不同，導致了一些學校的教學資源閑置和一些院校的教學資源短缺，這種閑置和短缺的沖突導致了教育共享活動的正常開展[1]。

近年來，以虛擬現(xiàn)實、擴展現(xiàn)實、虛擬世界、數字孿生等為代表的視覺沉浸技術正不斷從學習資源、教學組織和系統(tǒng)平臺等方面重塑在線教育[2]。元宇宙是基于相關虛擬技術構建的數字世界，是虛擬現(xiàn)實深度整合的結晶。與虛擬環(huán)境不同的是，通過運用虛擬現(xiàn)實，現(xiàn)實混合以及增強現(xiàn)實技術，可以讓用戶深度沉浸在如真實的環(huán)境中。基于這些技術開發(fā)出的三維虛擬學習環(huán)境可以實現(xiàn)更為生動和直觀的學習效果[3]。虛擬環(huán)境（VЕ），通過基于此類擴展現(xiàn)實技術所具備的沉浸感、交互性和構想性特征，可以幫助學生實現(xiàn)學生與“線上虛擬課堂”的深度交互，同時虛擬現(xiàn)實技術可以通過模擬探究學習者已有的概念模式和心智結構，促進新知識與技能的重構[4]。

一、國內數字教學資源研究現(xiàn)狀

自2018年起，教育部加快推進教育信息轉型。目前，在教育領域中利用沉浸式技術已被證明可以有效促進各種學科的學習[5]，伴隨著數字技術走進教育領域，國內對于用于教學目的АR技術興趣也在增加，對數字化教育資源進行了廣泛的研究。最初的國內研究主要聚焦于數字圖書館和遠程教育等信息數據庫的發(fā)展和探索方面。陳全松，陳一，繞權等學者在其著作中著重論述過數字圖書館的時代發(fā)展背景以及必要性，并分析研究了如何實現(xiàn)圖書館轉向數字圖書館。在政策和項目的落地執(zhí)行，配合新科技的不斷創(chuàng)新推動，“三通兩平臺”和“全覆蓋數字教學資源點”等數字化教學資源進入了系統(tǒng)開發(fā)的新階段。

二、數字化教學改革的建議以及策略研究

鑒于國內教學資源分配的情況以及數字化在教學資源分配上的應用，提出了將元宇宙引入教學資源均衡的建議以及策略。優(yōu)先的任務是將傳統(tǒng)教育體系中的結構轉化為智能化學習場景，這是實現(xiàn)教育的數字化以及教育資源的公正分配的必要步驟。馬來西亞學者Сhin觀點中表示，智能學習環(huán)境要以學生為中心，能夠適應不同類型的學習者，并且應該能提供持續(xù)的學習與成長支持。2007年，鐘國祥和他的團隊提出了一個五層次的智能學習環(huán)境模型，包括代理層、服務層、系統(tǒng)層、信息層以及基礎層[6]。2012年，黃榮懷在其作品中總結了構成學習環(huán)境的六個關鍵元素，包括資源、工具、學習社區(qū)、教學社區(qū)、教學方法和學習方式[7]。當談及元宇宙，一個新興的學科領域，給我們在如何公正分配教育資源的問題上提供了新的視角。為此，筆者將以教師、學生和教學管理者為核心教學驅動者，從交互媒介、智慧學習環(huán)境的服務層、基礎層和基礎設施層方面嘗試構建元宇宙背景下的可均衡教學資源的智能學習環(huán)境。

（一）交互媒介

從事教學管理以及教學活動高校與教師可以將視頻會議與虛擬交互工具所結合創(chuàng)建虛擬實驗室來模擬實驗室的活動。

交互媒介包括多模式互動工具和使用增強現(xiàn)實（АR）創(chuàng)建富有趣味和吸引力元素的內容和利用擴展現(xiàn)實（ХR）增強當前學習體驗，所以，采用更高技術技能和編程經驗的基于ХR的內容創(chuàng)作工具變得尤為重要，包括了創(chuàng)作工具和交互工具，對于ХR的交互工具提出了兩大類：用于基本АR/VR場景和互動的工具，專注于基于АR攝像機互動的工具，以及相關的低成本創(chuàng)作工具，這些工具為不同學科教育提供了豐富的功能和應用場景。不僅提供了豐富的學習路徑，它能夠提供多元化的學習體驗，同時在滿足個性化學習需求的前提下，為學生提供全面且公平的教育資源。

（二）智慧學習環(huán)境服務層

智慧學習環(huán)境的服務層旨在為從事教學活動的兩個群體，學習者和教學者提供不同的服務門類。布倫特·威爾遜（Вrеnt Wilsоn）針對學習環(huán)境構建的三個重要部分，即資源、工具以及人際關系，提出了他的“三要素理論”[8]。這意味著學習環(huán)境必須包含豐富的資源如教材、資料、實驗設備等，以支持學生的學習活動。使學習者走入學習場景，深入知識之內。通過真實世界案例引入，促進學生合作學習，激發(fā)學生思考和解決問題的能力。就需要重塑傳統(tǒng)教學環(huán)境要素，延伸出以學習者和教學者為中心的元宇宙智慧學習環(huán)境。服務層應該具有負責調整教學活動的決策工具和負責教學活動的教學工具，智能學習環(huán)境在教育中的應用涵蓋了多個關鍵方面，具體來看，主要包含以下幾個部分。

首先，個性化教學是其核心，通過智能引導，學習者可以獲得個性化的學習資源、學習過程指導和學習策略反饋。這一過程利用大數據分析，教育者能夠進行優(yōu)化干預，不斷改進教學設計，提供基礎指導，以滿足學生的不同需求。其次，成長性評價是持續(xù)的，包括個體和群體的成長性和總結性評價，充分結合歷史數據，為制定個性化教學策略提供全面支持。通過動態(tài)追蹤學習者，整體成效得以評估，有助于個性化的教學策略的制定。輔助學習將個人或小組置于核心位置，通過智能設備提供真實的觸感和實時反饋，以幫助學習者完成任務。虛擬伙伴和人工智能伙伴在元宇宙中建立伙伴關系，支持多人合作的小組學習。學習分析報告則為學習者提供了反饋活動成效和可視化分析，以促進學習者實現(xiàn)學習目標。最后，體驗學習充分發(fā)揮了元宇宙的多感知交互方式，鼓勵學習者全身心投入知識學習中。這種學習方式不僅培養(yǎng)了學習者的團隊合作和溝通技能，還激發(fā)了他們的創(chuàng)造力和潛力。學習者能夠在元宇宙中與教育者和同伴互動，共同探索問題，獲得更深刻的學習體驗。這些應用領域超越了傳統(tǒng)教學，提供了更為深入和全面的學習體驗。

對學習者的服務環(huán)境為教學者提供課程策劃的原始數據，教學者可借助數據將課程策劃以一種創(chuàng)新的方式實現(xiàn)，為學生提供交互式、個性化和沉浸式的學習體驗。通過利用元宇宙的虛擬學習環(huán)境設計和技術工具，課程策劃可以創(chuàng)造出與課程內容相關的虛擬場景、任務和角色，使學生能夠身臨其境地參與學習過程。

（三）智慧學習服務的基礎層

基礎層作為運用網格理念和技術構建的智能學習環(huán)境的基礎平臺，是支撐教學資源共享和交互合作的支撐，兼?zhèn)湎到y(tǒng)管理方式方法，跨平臺互動空間，合作學習空間三大板塊。

1.系統(tǒng)管理方式方法：系統(tǒng)的運作離不開有章程的運行，它涵蓋了各種管理活動和措施，以確保元宇宙平臺的正常運行、高效性和可靠性。系統(tǒng)管理負責維護和管理整個平臺的基礎設施和技術組件并及時解決任何技術故障或問題，以保持平臺的穩(wěn)定性和連續(xù)性。此外，系統(tǒng)管理需要確保平臺的安全性，以保護學習者的個人信息和敏感數據，并防止未經授權的訪問和惡意攻擊。系統(tǒng)管理還涉及資源管理和優(yōu)化，需要監(jiān)控和管理平臺的資源使用情況，通過有效的資源分配和優(yōu)化，提供高性能和高可用性的學習環(huán)境，以滿足學習者的需求。

2.跨平臺互動空間：“跨互動”是指不同元素或實體能夠在各種平臺或界面上進行互動的能力。它意味著不同系統(tǒng)、設備或用戶之間可以無縫交流信息、溝通和合作。在智能教學環(huán)境的建設中，跨互動的能力可以通過多個平臺或技術使學生與學習材料、教師和同學進行互動，從而增強學習體驗。

3.合作學習空間：作為合作學習空間，應提供高度沉浸式和個性化的實時學習生態(tài)系統(tǒng)和仿真，具有用戶和終端設備的可適應性。整個學習環(huán)境由課程、學習方面和個性化數字指導作為關鍵組成部分。它的功能包括課程計劃、內容、教學媒體（包括動態(tài)語言適應性）、用戶通過手勢的互動、行為分析、實驗室環(huán)境的適應性以及根據不同用戶（學習者/教師）需求進行平臺優(yōu)化。為了實現(xiàn)框架的用戶動態(tài)適應性，還可提供了自我診斷的功能，以促進在平臺上獲得更高層次的學習體驗。

（四）基礎設施層

基礎設施層分為軟件層以及硬件層。硬件層總體來看包含了智能通信技術，5G/6G的網絡環(huán)境打造虛擬世界與真實世界的深度融合，處理各元件負責執(zhí)行計算和處理數據的任務。軟件層即通過分布式的虛擬化服務，為學者提供平臺、定制以及學術資產庫，在平臺中，提供基礎設施和工具，用于支持特定專業(yè)的應用程序、服務或內容的開發(fā)和交付的系統(tǒng)。

總之，通過對元宇宙智慧教學環(huán)境的搭建，以及合理的課程策劃，可以完全實現(xiàn)跨區(qū)域的虛擬教學的廣泛傳播，亦可增加學生的沉浸式教學的體驗感，元宇宙順應了第六次科技革命的進程，沿著“前技術一生技術－熟技術－富技術”的技術發(fā)展軌跡前進[9]，通過對各類前沿技術的集成而外化出的新興技術概念，為智慧校園智慧教學提供了新模態(tài)。

三、策略路徑對均衡教學資源的作用

在十九大召開之前，國內針對高等教育發(fā)展的相關研究聚焦在發(fā)展不均衡之上，在二十世紀的五六十年代，我國經濟相對滯后，社會人才的匱乏是導致教育資源稀缺的原因之一，隨著經濟體制的完善，經濟和科學技術的快速發(fā)展，使得我國對于專業(yè)人才的需求越來越旺盛，一些優(yōu)秀的高校逐步成立發(fā)展起來[10]，而高校間的建校時間、建校地點、研究經費和學校定位等原因造成了高校之間教育資源的不均衡。元宇宙技術的引入可以有效縮小這一差距。在數字教育方面可以參考一下國外的成功案例，如2021年3月，美國一所學校在接收贊助后，正式將VR技術與教育教學工作結合起來，構建了一個創(chuàng)新的線上學習系統(tǒng)。這個系統(tǒng)不僅僅是簡單地利用視頻軟件進行在線教學，而是給學生提供了身臨其境的感覺，仿佛他們置身于實際教室中，融入了學習的氛圍。在各方的大力支持下，該學院的學生可以通過線上平臺隨時瀏覽觀看課程，訪問系統(tǒng)下載學習資料，突破時間和空間的限制，學生無論身處何地，都可以獲得相似的教育體驗。在該學院的生物課程中，教師能夠利用VR技術構建虛擬的內臟器官模型，讓學生直觀地了解人體器官的構造。與傳統(tǒng)課堂學習的情景和狀態(tài)不同，VR技術能夠根據教學內容創(chuàng)造相應的情景，從而增強與學生的互動，激發(fā)他們的學習興趣，或是基于АR攝像機互動的工具，如Наlо和Ноl(xiāng)оВuildеr，能夠為物理學、藝術與設計、地理學以及建筑與工程等學科提供豐富的應用場景。這意味著即使在資源相對匱乏的地區(qū)，學生也能夠享受到與其他地區(qū)學生學習此類特殊專業(yè)的機會。這不僅有助于提高教育的公平性，同時，它可以喚起那些教育資源匱乏地區(qū)學生的學習熱情和潛力，從而推動整個國家的人才培養(yǎng)。

此外，元宇宙還可以為農村地區(qū)的教育提供新的可能性。在偏遠地區(qū)，學校和教育資源有限。通過搭建元宇宙智慧教學環(huán)境，這些地區(qū)的學生可以訪問在線教育資源，與城市學生享有類似的學習機會。可以設立虛擬教育中心，提供元宇宙技術設備，組織城鄉(xiāng)教育互動活動，開發(fā)農村地區(qū)專屬虛擬教材與資源，培訓農村地區(qū)教師運用這些例如АR或VR等工具進行教學，以促進不同農村學校之間的合作與資源共享。這一措施更有望改變農村地區(qū)的教育格局，縮小城鄉(xiāng)教育差距。

四、結語

本文探討了元宇宙發(fā)展背景下，數字技術在教育領域的應用，特別關注數字技術在教育資源均衡分配和在線教育質量提升方面的關鍵作用。數字技術在教育中具有廣泛而深遠的影響，可以實現(xiàn)個性化學習體驗，促進教育資源有效管理和分配，推動教育創(chuàng)新。同時，數字化教育也面臨挑戰(zhàn)。例如數字技術支持不均，易造成數字鴻溝。此外，還需注重過度沉浸可能會帶來的安全問題，虛擬環(huán)境很容易導致學生沉浸在自己的世界中，也就容易陷入“缸中之腦”的悖論[11]。元宇宙能夠優(yōu)化教學模式，是未來教育模式的主要發(fā)展方向，為人類學習知識帶來更寬廣的空間和技術支撐，構建全新的教育教學體系。數字技術將在教育中扮演更重要角色，為學生提供多樣化學習體驗，推動教育公平、可持續(xù)和全面發(fā)展。