教育元宇宙的應(yīng)用潛力與典型場(chǎng)景探析

鐘 正 王 俊 吳 砥 朱 莎 靳帥貞

(華中師范大學(xué) 國(guó)家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心，湖北武漢 430079)

一、引 言

新冠疫情推動(dòng)虛擬內(nèi)容加速發(fā)展，線下教育場(chǎng)景數(shù)字化趨勢(shì)顯著，如大規(guī)模在線教學(xué)、大學(xué)在線畢業(yè)典禮、虛擬研討等大量涌現(xiàn)。但在線教學(xué)情境化、交互性不足，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的臨場(chǎng)感和參與感不佳；線下教學(xué)長(zhǎng)期存在情感刺激匱乏、知識(shí)獲取水平低、師生互動(dòng)性差、跨學(xué)科協(xié)作不足等問(wèn)題，難以培養(yǎng)學(xué)生的自我意識(shí)和自主學(xué)習(xí)習(xí)慣?；谔摂M現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、混合現(xiàn)實(shí)(Mixed Reality，MR)等數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的元宇宙，在腦機(jī)接口、物聯(lián)網(wǎng)與可穿戴設(shè)備的支持下，可實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的深度融合，將極大拓展教與學(xué)的時(shí)空邊界。傳統(tǒng)的校園、教室和實(shí)驗(yàn)室等，將形成虛實(shí)一體、線上線下混合、以學(xué)生為中心的新型教學(xué)環(huán)境。

“元宇宙”(Metaverse)最早出現(xiàn)在美國(guó)科幻小說(shuō)《雪崩》中。從詞源學(xué)角度看，“meta”除有“元”的含義外，亦有“超越”之義。正如形而上學(xué)(Metaphysics)具有超越物質(zhì)世界的含義，Metaverse表達(dá)了人類超越此時(shí)、此地、現(xiàn)有宇宙的期許。目前，元宇宙并無(wú)統(tǒng)一的定義與終極形態(tài)描述，其主要應(yīng)用領(lǐng)域仍集中在社交、游戲等行業(yè)。教育元宇宙作為元宇宙在教育領(lǐng)域的垂直應(yīng)用，通過(guò)分享、聯(lián)接，能為參與者提供高度沉浸、自然交互的虛實(shí)融合教學(xué)環(huán)境，推進(jìn)學(xué)習(xí)者思維的表象化。然而，學(xué)界還缺乏對(duì)教育元宇宙的系統(tǒng)研究，相關(guān)特征和應(yīng)用場(chǎng)景不夠明晰，這可能使得人們曲解元宇宙對(duì)教育的影響。本文旨在探討教育元宇宙的內(nèi)涵和典型特征，分析其在教學(xué)中的應(yīng)用場(chǎng)景，展望教育元宇宙面臨的挑戰(zhàn)及推進(jìn)路徑。

二、內(nèi)涵和典型特征

(一)內(nèi)涵

國(guó)內(nèi)外關(guān)于教育元宇宙的研究，目前還處于起步階段，相關(guān)理論研究較少。迪奧尼西奧等(Dionisio et al., 2013)將多虛擬世界的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為元宇宙。李志英(Lee, 2021)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究主要關(guān)注教學(xué)資源的使用方法和效果、虛擬環(huán)境在語(yǔ)言和文化教育中的應(yīng)用、基于學(xué)生和虛擬化身雙重身份的教育策略、學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等主題。朱嘉明(2021)認(rèn)為人們?cè)谠钪嬷芯哂鞋F(xiàn)實(shí)人和虛擬人的雙重身份，可以自由地在真實(shí)世界和虛擬世界中穿梭，開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。華子荀等(2021)認(rèn)為，教育元宇宙為師生創(chuàng)設(shè)了一種沉浸式教學(xué)互動(dòng)場(chǎng)域，能夠同時(shí)滿足師生在現(xiàn)實(shí)和虛擬教學(xué)方面的需求。劉革平等(2021)從技術(shù)架構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成要素、培養(yǎng)目標(biāo)等方面提出了元宇宙智能在線學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)造模型。上述研究討論了教育元宇宙在教學(xué)環(huán)境構(gòu)建方面的應(yīng)用，但沒(méi)有明晰其特征及其在不同教學(xué)場(chǎng)景中的應(yīng)用。

教育元宇宙的虛擬世界既可以是真實(shí)世界的孿生化，也可以由師生使用AI自動(dòng)生成或手工構(gòu)建。借助VR/AR終端、傳感器、AI助手、腦機(jī)接口等技術(shù)，教育元宇宙可以實(shí)現(xiàn)虛擬世界與真實(shí)教學(xué)環(huán)境的無(wú)縫對(duì)接和有機(jī)融合。教師、學(xué)生、管理人員作為教學(xué)活動(dòng)的參與者或組織者，通過(guò)虛擬化身(Avatar)沉浸于教育元宇宙中，自主地創(chuàng)建、參與教學(xué)活動(dòng)，自然地響應(yīng)虛實(shí)世界的教學(xué)行為，突破教學(xué)過(guò)程中物理規(guī)律和地理空間的束縛，實(shí)現(xiàn)信息在虛實(shí)世界的雙向傳遞。

(二)典型特征

依據(jù)顯示和交互兩個(gè)維度，本研究將教育元宇宙的應(yīng)用從低到高分為四層：

1)虛擬重現(xiàn)。這包括采用數(shù)字孿生或全景視頻拍攝技術(shù)，逼真再現(xiàn)真實(shí)的教學(xué)環(huán)境，如使用全景拍攝重建自然地貌、名勝古跡、校園景觀等；采用VR+直播的形式，展示博物館、展覽館、科技館等機(jī)構(gòu)的藏品或活動(dòng)；借助VR/AR終端，參與者可以多角度瀏覽虛擬重現(xiàn)的真實(shí)教學(xué)情景、教學(xué)資源，獲取沉浸式教學(xué)體驗(yàn)，如地理專業(yè)的學(xué)生在虛擬環(huán)境中可突破真實(shí)世界的時(shí)空限制，以瞬移方式前往地球的任意地點(diǎn)，完成地理實(shí)景考察。

2)虛擬仿真。教育元宇宙的虛擬教學(xué)環(huán)境可以模擬自然現(xiàn)象及其形成過(guò)程的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，以及與真實(shí)教學(xué)高度類似的活動(dòng)；能夠自然響應(yīng)師生與教學(xué)環(huán)境、教學(xué)場(chǎng)景、教學(xué)資源的互動(dòng)；可供師生以虛擬化身的形式，憑借視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等感官通道感知、理解、響應(yīng)教學(xué)環(huán)境和教學(xué)活動(dòng)，開展自主探究、小組協(xié)作等?；赩R引擎開發(fā)的許多虛擬教育應(yīng)用已達(dá)到該應(yīng)用層次。

3)虛實(shí)融合。這包括通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)重構(gòu)真實(shí)世界，高精度地復(fù)原山川地貌、河流植被、道路橋隧、城市建筑、校園教室、教具學(xué)具等，采用導(dǎo)航、定位、制圖等技術(shù)生成真實(shí)世界的三維地圖，或采用AI支持的創(chuàng)編系統(tǒng)生成沉浸式虛擬教學(xué)環(huán)境；借助空間錨點(diǎn)以及云存儲(chǔ)技術(shù)，精準(zhǔn)定位真實(shí)世界師生所處的虛擬教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)環(huán)境與真實(shí)世界的融合，如將物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的虛擬教學(xué)資源定位、關(guān)聯(lián)在真實(shí)教室中，方便教師在課堂教學(xué)時(shí)直接調(diào)用。

4)虛實(shí)聯(lián)動(dòng)。在虛實(shí)融合的基礎(chǔ)上，虛擬教學(xué)環(huán)境與真實(shí)世界的界限變得越來(lái)越模糊。在機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等數(shù)字智能技術(shù)的支持下，師生可在虛實(shí)環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)教學(xué)、學(xué)習(xí)、研修等活動(dòng)的轉(zhuǎn)換；可將自己的思維方式轉(zhuǎn)化為具體、有形的操作過(guò)程，改變虛實(shí)世界的教具位置、活動(dòng)行為、指令設(shè)置等，實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)環(huán)境和真實(shí)世界的聯(lián)動(dòng)。例如，師生可以通過(guò)腦機(jī)接口，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行答疑解惑、管理教學(xué)行為等。

與傳統(tǒng)的線下面對(duì)面教學(xué)或在線視頻教學(xué)相比，教育元宇宙在參與者形象、教學(xué)互動(dòng)、學(xué)習(xí)空間、參與程度、效果評(píng)估、用戶可拓展性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)(見(jiàn)表一)。

表一 教育元宇宙的特征

(三)重大意義

教育元宇宙將給教學(xué)場(chǎng)景、教學(xué)交互、教學(xué)模式等帶來(lái)新的變化，即通過(guò)具身參與、自由交互、數(shù)字連接，打造超現(xiàn)實(shí)的虛實(shí)融合教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)習(xí)者的好奇心、想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新探究能力(秦瑾若等，2017)。

1)教育元宇宙將帶來(lái)教學(xué)場(chǎng)景的重大變化?；赩R/AR/MR技術(shù)打造虛實(shí)聯(lián)通的新型教學(xué)平臺(tái)，教師可創(chuàng)設(shè)更加沉浸、真實(shí)、友好的教學(xué)場(chǎng)景，學(xué)習(xí)者在具身參與的沉浸式體驗(yàn)中開展深層次認(rèn)知活動(dòng)，主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)。例如，在語(yǔ)言學(xué)習(xí)中，教育元宇宙可為學(xué)習(xí)者提供高度真實(shí)的語(yǔ)言學(xué)習(xí)環(huán)境，支持學(xué)習(xí)者預(yù)覽不同環(huán)境下需要掌握的語(yǔ)言交流技能。在特殊教育中，教育元宇宙可以針對(duì)學(xué)習(xí)者在社會(huì)交往、情感表達(dá)、自我認(rèn)知等方面的障礙，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化社交場(chǎng)景，模擬真實(shí)情感和用戶行為，幫助學(xué)習(xí)者提升人際交往能力、情緒控制能力和自信心。

2)教育元宇宙將引發(fā)教學(xué)交互的深度變革。基于傳感和腦機(jī)接口技術(shù)打造的多通道深度感知交互和虛實(shí)聯(lián)動(dòng)，可突破真實(shí)世界的客觀局限，學(xué)習(xí)者可以隨心所欲地與虛擬對(duì)象或真實(shí)物體開展互動(dòng)，在教育元宇宙中自由創(chuàng)作、建造自己的虛擬世界，發(fā)展創(chuàng)新能力。例如，學(xué)習(xí)者可以利用腦機(jī)接口技術(shù)，通過(guò)頭腦中的意念控制教育元宇宙中的虛擬對(duì)象，實(shí)現(xiàn)無(wú)感交互。學(xué)習(xí)者可利用傳感技術(shù)在教育元宇宙中感受到視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)等多通道模擬反饋，實(shí)現(xiàn)“隔空”操作真實(shí)世界的物體。此外，學(xué)習(xí)者可在不同的虛擬世界之間進(jìn)行瞬移，實(shí)現(xiàn)“穿越歷史”“造訪未來(lái)”。

3)教育元宇宙將催生新一代“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式?；?G/6G通信技術(shù)打造的跨越虛實(shí)世界的全連接網(wǎng)絡(luò)，能以虛實(shí)融合理念帶動(dòng)人類社會(huì)向數(shù)字新世界遷徙。在此背景下，師生需要具備更高水平的信息素養(yǎng)，而不僅僅停留在信息意識(shí)和信息能力層面；要強(qiáng)化信息素養(yǎng)的文化和道德屬性，形成面向數(shù)字文明新時(shí)代的價(jià)值共識(shí)、倫理共識(shí)和發(fā)展共識(shí)，從而引導(dǎo)科技向善、構(gòu)建更加包容的數(shù)字生態(tài)環(huán)境，助力實(shí)現(xiàn)更加公平、開放、負(fù)責(zé)和可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)世界。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

教學(xué)本質(zhì)上是人與人之間的互動(dòng)。教育元宇宙的虛實(shí)融合等特征，在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、豐富課堂互動(dòng)、創(chuàng)新教學(xué)資源、實(shí)施精準(zhǔn)評(píng)價(jià)、激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性方面優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，在情境化教學(xué)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)和教師研修等教學(xué)場(chǎng)景中的應(yīng)用潛力巨大(見(jiàn)圖1)。

圖1 教育元宇宙的教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景

(一)場(chǎng)景1：教育元宇宙支持的情境化教學(xué)

情境化教學(xué)指在教學(xué)過(guò)程中，教師有目的地引入或創(chuàng)設(shè)具有一定情緒色彩、以形象為主體的生動(dòng)具體的場(chǎng)景，以引起學(xué)生的實(shí)際體驗(yàn)，從而幫助學(xué)生理解知識(shí)內(nèi)容，并促進(jìn)學(xué)生心理機(jī)能發(fā)展(米俊魁，1990)。當(dāng)前的課堂教學(xué)非常重視情境創(chuàng)設(shè)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)任務(wù)情境中進(jìn)行自主與合作探究，不斷強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的理解，提高知識(shí)遷移和應(yīng)用能力，促進(jìn)有意義的知識(shí)建構(gòu)。情境創(chuàng)設(shè)質(zhì)量將直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果。教育元宇宙憑借其突破時(shí)間、空間等客觀條件限制的特點(diǎn)，能創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容高度關(guān)聯(lián)的“身臨其境”的虛擬情境，促進(jìn)情境化教學(xué)有效落實(shí)。教育元宇宙支持下的情境化教學(xué)具備三個(gè)特征：

一是情境的客觀真實(shí)性。傳統(tǒng)課堂教學(xué)的情境大多是教師通過(guò)語(yǔ)言描述等方式建構(gòu)的主觀情境，如教師經(jīng)常說(shuō)“同學(xué)們想象一下自己正處在……”。這使得情境創(chuàng)設(shè)難度較大，設(shè)計(jì)不良的情境難以激發(fā)學(xué)生的認(rèn)同感和帶入感。在教育元宇宙的支持下，師生可佩戴VR終端進(jìn)入教師預(yù)先創(chuàng)設(shè)或選擇的教學(xué)情境，借助頭戴式顯示器、耳機(jī)、手柄、數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，開展多人在線探究式、協(xié)作式、具身化的教學(xué)活動(dòng)。此外，學(xué)習(xí)者可進(jìn)入不同的學(xué)科或?qū)I(yè)教室，通過(guò)全息視頻、全景直播等技術(shù)連接遠(yuǎn)程教學(xué)場(chǎng)所(如紅色文化景點(diǎn)、工廠車間、大型儀器等)，開展實(shí)時(shí)可視化在線教學(xué)和基于實(shí)地實(shí)景的課堂互動(dòng)。二是課堂互動(dòng)的深入性。傳統(tǒng)課堂教學(xué)在進(jìn)行情境任務(wù)合作時(shí)，師生和生生間的互動(dòng)常常不夠深入，學(xué)生參與度差異大。在教育元宇宙的支持下，教師的虛擬化身可隱身觀察小組活動(dòng)，及時(shí)了解學(xué)習(xí)進(jìn)度和面臨的困難，或開辟單獨(dú)的虛擬研討室，與有需要的學(xué)習(xí)者一對(duì)一互動(dòng)交流、答疑解惑。學(xué)生可帶著任務(wù)積極參與小組活動(dòng)或?qū)嵺`作業(yè)，在合作與交流中指出彼此的學(xué)習(xí)問(wèn)題，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、事半功倍的目的。三是實(shí)驗(yàn)情境的感性化。傳統(tǒng)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)通常以教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)為主，雖然實(shí)驗(yàn)是真實(shí)的，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)部的原理難以可視化，難以為學(xué)生提供感性的實(shí)驗(yàn)情境。虛擬實(shí)驗(yàn)室可克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)于抽象、理性的特征，如學(xué)習(xí)者可在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生理實(shí)驗(yàn)室探索電磁場(chǎng)的規(guī)律、物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、解剖動(dòng)物或人體，以及通過(guò)動(dòng)態(tài)3D模型探討數(shù)學(xué)知識(shí)，或在歷史、地理、美術(shù)、天文體驗(yàn)館實(shí)地探索兵馬俑，攀登珠穆朗瑪峰，體驗(yàn)《清明上河圖》和模擬太陽(yáng)系八大行星運(yùn)動(dòng)。

教育元宇宙支持下的情境化教學(xué)可分為以下步驟：教師自主創(chuàng)設(shè)或選擇虛擬教學(xué)情境，根據(jù)情境設(shè)計(jì)任務(wù)，依據(jù)學(xué)生學(xué)情分配學(xué)習(xí)小組，布置情境學(xué)習(xí)任務(wù)，組織引導(dǎo)情境學(xué)習(xí)，指導(dǎo)小組或個(gè)人，展示小組學(xué)習(xí)成果，總結(jié)評(píng)價(jià)與拓展。

(二)場(chǎng)景2：教育元宇宙支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)

個(gè)性化學(xué)習(xí)指根據(jù)學(xué)習(xí)者的不同需求和發(fā)展特點(diǎn)，采取適切和靈活的方法、手段、策略、內(nèi)容、評(píng)價(jià)等促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)主要側(cè)重于教師的個(gè)性化指導(dǎo)或基于算法的個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦，即教師或算法基于學(xué)習(xí)者的特點(diǎn)和薄弱點(diǎn)，制定和推送不同的指導(dǎo)方案或練習(xí)計(jì)劃，學(xué)習(xí)者完成相應(yīng)的方案和計(jì)劃，以達(dá)到個(gè)性化學(xué)習(xí)的目的。這一學(xué)習(xí)方式并未改變“以知識(shí)為中心”的傳統(tǒng)教育理念，只能看作是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的改良和強(qiáng)化。學(xué)習(xí)者仍是被動(dòng)學(xué)習(xí)，其個(gè)性需求沒(méi)有得到滿足，主體地位難以體現(xiàn)。教育元宇宙支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)，使得學(xué)習(xí)者從被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)，學(xué)習(xí)者既是相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的使用者，也是創(chuàng)造者、更新者、服務(wù)者和審核者。教育元宇宙支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)具備四個(gè)特征：

一是學(xué)習(xí)資源新穎。在開放的教育元宇宙資源創(chuàng)作社區(qū)中，學(xué)習(xí)者既是學(xué)習(xí)資源的使用者，也是重要的創(chuàng)造者、更新者和審核者，可促使學(xué)習(xí)資源持續(xù)動(dòng)態(tài)更新。二是學(xué)習(xí)目標(biāo)的多重性。教育元宇宙支持下的個(gè)性化學(xué)習(xí)既可以指向知識(shí)的掌握，也可以指向技能的獲得、思維的培養(yǎng)、觀念的改變等多重目標(biāo)。三是學(xué)習(xí)方式的靈活性。傳統(tǒng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)方式多集中在教師或算法推送個(gè)性化資料和作業(yè)、學(xué)生完成相關(guān)個(gè)性化資料和作業(yè)，本質(zhì)上只是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的改良和強(qiáng)化，并未發(fā)生實(shí)質(zhì)意義的改變。教育元宇宙支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)個(gè)體在逼真的虛擬情境中自主學(xué)習(xí)，不同的學(xué)習(xí)者可以選擇不同的學(xué)習(xí)方式，比如跨時(shí)空的課堂學(xué)習(xí)、高仿真的觀察學(xué)習(xí)、沉浸式的游戲化學(xué)習(xí)等。四是學(xué)習(xí)成效評(píng)價(jià)的即時(shí)性、精準(zhǔn)性。傳統(tǒng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)主要基于測(cè)驗(yàn)、教師主觀評(píng)價(jià)等開展學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方式單一、評(píng)價(jià)內(nèi)容片面、評(píng)價(jià)精度過(guò)低。教育元宇宙支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)采集學(xué)生的全過(guò)程學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)(含教師評(píng)價(jià)、同伴互評(píng))，數(shù)據(jù)來(lái)源更豐富、評(píng)價(jià)方式更多元、評(píng)價(jià)精度更高。此外，教育元宇宙高算力、低延時(shí)，能夠做到即時(shí)反饋。

學(xué)習(xí)者可以根據(jù)發(fā)展特點(diǎn)、學(xué)習(xí)興趣和需求，按照自身學(xué)習(xí)進(jìn)度自主靈活地選擇個(gè)性化學(xué)習(xí)方式、感興趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)情境，并使用不同的手段和方式，與不同的學(xué)習(xí)者和情景元素進(jìn)行交互，記憶和理解相關(guān)信息及知識(shí)要素，應(yīng)用相關(guān)信息、知識(shí)分析和解決問(wèn)題，完成自評(píng)和他評(píng)且獲得即時(shí)反饋，從而促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)和素養(yǎng)提升。

(三)場(chǎng)景3：教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)

游戲與元宇宙有著密不可分的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)游戲是元宇宙的雛形，其與元宇宙諸多特征相似，比如虛擬經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、強(qiáng)虛擬身份認(rèn)同、強(qiáng)社交、自由創(chuàng)作、沉浸式體驗(yàn)等，游戲化學(xué)習(xí)是較為適切的教育元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景?；诖耍覀冋J(rèn)為教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)是一種借助VR/AR/MR、人工智能、腦機(jī)接口等技術(shù)，以學(xué)習(xí)為終極目標(biāo)，以沉浸式游戲?yàn)橹饕侄?，將知識(shí)、娛樂(lè)融為一體，實(shí)現(xiàn)真正意義上的寓教于樂(lè)的學(xué)習(xí)方式。教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)有四個(gè)特征：

一是即時(shí)反饋。教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)即時(shí)反饋機(jī)制強(qiáng)大。學(xué)習(xí)者開展游戲化學(xué)習(xí)時(shí)，能夠獲得及時(shí)準(zhǔn)確的反饋，以提高學(xué)習(xí)專注度。二是高沉浸式體驗(yàn)。教育元宇宙借助VR/AR/MR、人工智能、腦機(jī)接口等技術(shù)，打造高仿真的虛擬游戲世界，可以給學(xué)習(xí)者帶來(lái)更佳的沉浸式體驗(yàn)。三是強(qiáng)交互性。教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)的交互形式多樣、交互對(duì)象多元、交互次數(shù)高頻。學(xué)習(xí)者既可以與學(xué)習(xí)游戲中的情境元素進(jìn)行人機(jī)交互，也可以在教育元宇宙中與老師、同學(xué)交互，交互體驗(yàn)更貼近真實(shí)情境。四是自主創(chuàng)造性。教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)具有更多的游戲自主性，學(xué)習(xí)者可以選擇不同特點(diǎn)的游戲角色、不同難度的游戲人物、不同風(fēng)格的游戲場(chǎng)景、不同類型的游戲主線，創(chuàng)造性地采用多種方式、多種途徑完成游戲任務(wù)，并在不破壞游戲框架和學(xué)習(xí)目的的情況下，享有創(chuàng)造游戲角色、續(xù)寫游戲主線等超級(jí)權(quán)限。

開展教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)習(xí)者可以借助VR/AR/MR、腦機(jī)接口等終端，選擇個(gè)人游戲或團(tuán)體游戲，確定自己喜歡的角色、游戲場(chǎng)景、游戲主線等，并設(shè)定游戲化學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)。在游戲過(guò)程中，學(xué)習(xí)者可調(diào)動(dòng)眼、耳、口、鼻等身體感官，通過(guò)語(yǔ)音、動(dòng)作、眼動(dòng)、手勢(shì)等不同方式達(dá)成行為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)近乎自然的、“親身經(jīng)歷”式的交互，體會(huì)教育元宇宙支持的游戲化學(xué)習(xí)的真實(shí)感、愉悅感和收獲感。

(四)場(chǎng)景4：教育元宇宙支持的教學(xué)研訓(xùn)

教學(xué)是一種不斷發(fā)展的智力技能。通過(guò)與學(xué)生、教學(xué)情境的互動(dòng)，教師可以不斷規(guī)劃、試驗(yàn)、反思和調(diào)整與學(xué)生的互動(dòng)以及對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境(包含學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)工具和課堂環(huán)境)的控制，積累教學(xué)知識(shí)，在知識(shí)傳授與學(xué)生品行培養(yǎng)方面取得成效(Hall & Smith, 2006)。因此，教師需要通過(guò)教研總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)問(wèn)題，研究教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)自身專業(yè)發(fā)展。元宇宙不僅能創(chuàng)設(shè)虛擬情境輔助教學(xué)，也能創(chuàng)設(shè)教研情境輔助教師研訓(xùn)。教育元宇宙支持的教學(xué)研訓(xùn)具有三個(gè)特征：

一是教師參與度高。在教育元宇宙的支持下，計(jì)算機(jī)模擬的教學(xué)培訓(xùn)能為受訓(xùn)教師提供多種可重復(fù)實(shí)踐的教學(xué)場(chǎng)景，甚至可以構(gòu)建真實(shí)世界中邏輯上難以創(chuàng)建的受訓(xùn)場(chǎng)景(Theelen et al. , 2019)。教師在這些情境中進(jìn)行角色扮演、事件模擬等參與式研修，積極主動(dòng)地解決復(fù)雜教學(xué)問(wèn)題、做出決策、反思行動(dòng)，并與教學(xué)系統(tǒng)的其他參與者合作，令研修活動(dòng)具有更強(qiáng)的真實(shí)性、靈活性和可持續(xù)性(Baran et al. , 2011)。二是研訓(xùn)成本低，可常態(tài)化實(shí)施。在教育元宇宙支持下搭建的更加逼真、智能的教師培訓(xùn)環(huán)境，具有開放、可持續(xù)和可訪問(wèn)等特性，能減少研修場(chǎng)景建設(shè)的時(shí)間和成本，可供受訓(xùn)教師自主選擇培訓(xùn)時(shí)間、研修環(huán)境、教學(xué)場(chǎng)景等，使得教學(xué)研訓(xùn)成為常態(tài)化活動(dòng)。三是研訓(xùn)更貼近真實(shí)課堂。教育元宇宙支持下的研訓(xùn)活動(dòng)可模擬各種真實(shí)的教學(xué)事件，如教學(xué)活動(dòng)準(zhǔn)備、師生問(wèn)答、學(xué)生課堂違紀(jì)、設(shè)備故障等，還可由系統(tǒng)模擬學(xué)生的虛擬化身，使研訓(xùn)貼近真實(shí)課堂教學(xué)。

教育元宇宙支持的教學(xué)研訓(xùn)能突破傳統(tǒng)教研難組織、參與度低、偏離真實(shí)課堂等問(wèn)題，有效降低研訓(xùn)成本。受訓(xùn)教師能隨時(shí)隨地加入研訓(xùn)場(chǎng)景或任務(wù)，在逼真的研修情境中直面教學(xué)過(guò)程中的真實(shí)問(wèn)題，真正使教學(xué)研訓(xùn)成為常態(tài)化教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展。

四、挑戰(zhàn)與推進(jìn)策略

(一)面臨的挑戰(zhàn)

1)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

教育元宇宙涉及不同的教學(xué)對(duì)象、教育場(chǎng)景、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源、交互技術(shù)、接入終端，需要制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)保障教育元宇宙的發(fā)展秩序和效率。目前，教育元宇宙還處于初步探索階段，主要表現(xiàn)為尚無(wú)統(tǒng)一概念，相關(guān)支撐技術(shù)有待發(fā)展，已有探索主要依托元宇宙游戲或者社交平臺(tái)，缺乏專為教育領(lǐng)域設(shè)計(jì)和開發(fā)的教育元宇宙產(chǎn)品。一些國(guó)內(nèi)外知名公司已經(jīng)著手教育元宇宙相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，未來(lái)相關(guān)產(chǎn)品可能出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。這就迫切需要制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，掌握行業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)，引領(lǐng)教育元宇宙技術(shù)發(fā)展路徑和落地應(yīng)用。

2)信任機(jī)制

教育元宇宙中的信息類型多樣、來(lái)源復(fù)雜、體量巨大，師生難以辨識(shí)信息的真?zhèn)?。因此，建立一套可?yàn)證、可溯源的信息追蹤和信任機(jī)制，可防止師生受虛假、詐騙、不良信息的侵害。教育元宇宙具有虛實(shí)融合和虛實(shí)聯(lián)動(dòng)等特征，師生在虛擬世界中的行為會(huì)對(duì)真實(shí)世界產(chǎn)生影響，反之亦然。建立與之適應(yīng)的道德倫理，可助力師生在虛實(shí)世界之間開展正面互動(dòng)，在虛擬世界中獲得滿足感、自豪感和幸福感，并將其帶入真實(shí)世界，推動(dòng)真實(shí)世界向善發(fā)展。

3)應(yīng)用導(dǎo)向

教育元宇宙需要考慮社會(huì)包容性，滿足不同民族、性別、年齡的師生需求，如提供個(gè)性化的內(nèi)容，保證推薦算法的公平性，最大限度地減少算法推薦的偏倚，避免對(duì)師生行為和教育管理者決策產(chǎn)生誤導(dǎo)。此外，隨著師生使用教育元宇宙的時(shí)間增多，逃避現(xiàn)實(shí)、攻擊性人格、沖動(dòng)行為等過(guò)度依賴虛擬環(huán)境的不良心理和行為可能會(huì)產(chǎn)生。因此，教育元宇宙需要建立防范成癮的機(jī)制，規(guī)范和監(jiān)測(cè)師生的使用時(shí)間、使用頻次等。

(二)推進(jìn)策略

教育元宇宙是一個(gè)多學(xué)科融合、多部門協(xié)同的新興應(yīng)用領(lǐng)域，目前尚處于自由探索階段，缺乏明確、科學(xué)的推進(jìn)策略指引。為了規(guī)范、引領(lǐng)教育元宇宙未來(lái)發(fā)展，本研究建議采取多方協(xié)同的可持續(xù)推進(jìn)策略，政府部門、教育主體、行業(yè)和企業(yè)共同推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)研制、制度建設(shè)和案例培育。

1)制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

教育元宇宙需要多感官交互、高帶寬網(wǎng)絡(luò)、超高速計(jì)算等條件，制定適配、傳輸、共享等標(biāo)準(zhǔn)，可提升教育元宇宙中大規(guī)模用戶參與的多模態(tài)交互、場(chǎng)景真實(shí)感、教學(xué)臨場(chǎng)感等體驗(yàn)效果。此外，教育元宇宙將真實(shí)世界和虛擬教學(xué)環(huán)境緊密結(jié)合，通過(guò)多種傳感器采集師生的生理、位置、人際關(guān)系、學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)，存在個(gè)人隱私數(shù)據(jù)泄露等風(fēng)險(xiǎn)，這就需要制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和處理標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)用戶隱私保護(hù)。

2)建立管理制度

在教育元宇宙的虛擬、真實(shí)或虛實(shí)融合環(huán)境中，教師、學(xué)習(xí)者、AI共同開展教育教學(xué)活動(dòng)，他們所在空間、時(shí)間作息不盡相同，存在對(duì)象的跨空間流動(dòng)和行為的虛實(shí)聯(lián)動(dòng)。萬(wàn)物互聯(lián)、去中心化、虛實(shí)融合等特點(diǎn)，使得教育管理加速向多樣化、個(gè)性化和小型化方向發(fā)展，以統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)化和以教定學(xué)為特征的現(xiàn)行教育管理制度不能滿足上述需求，這就需要制定與之適應(yīng)的管理制度，如建立以統(tǒng)一數(shù)字身份為基礎(chǔ)的學(xué)生管理制度，建立以虛擬校園運(yùn)行、虛擬課程建設(shè)、教學(xué)計(jì)劃實(shí)施等為主的學(xué)校管理制度，建立以虛實(shí)融合教育發(fā)展規(guī)劃、雙空間教育布局、教育質(zhì)量評(píng)價(jià)等為主的教育行政管理制度等。

3)培育典型案例

教育元宇宙還處于早期探索階段，其理論和實(shí)踐相對(duì)于技術(shù)的發(fā)展稍顯滯后，同時(shí)，相關(guān)技術(shù)水平有待提升。本研究建議適時(shí)開展教育元宇宙應(yīng)用試點(diǎn)，培育典型教學(xué)案例，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用驅(qū)動(dòng)理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，助力教育元宇宙可持續(xù)發(fā)展。例如，在虛擬重現(xiàn)方面，教育元宇宙能夠還原真實(shí)地形地貌、名勝古跡、校園環(huán)境和歷史場(chǎng)景，可以在博物館、展覽館、科技館和中小學(xué)課堂開展沉浸式教學(xué)試點(diǎn)；在虛擬仿真方面，教育元宇宙能夠模擬真實(shí)世界的自然現(xiàn)象、社會(huì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等，可供開展探究式和協(xié)作式教學(xué)試點(diǎn)；在虛實(shí)融合方面，教育元宇宙能夠在真實(shí)環(huán)境中融合高度逼真的虛擬場(chǎng)景，可供開展個(gè)性化、游戲化等學(xué)習(xí)試點(diǎn)。然而，不同于以往任何一項(xiàng)教育應(yīng)用，教育元宇宙獨(dú)特的唯一數(shù)字身份標(biāo)識(shí)、虛實(shí)融合、虛實(shí)聯(lián)動(dòng)等特征使得獨(dú)立培育典型案例面臨較大困難和不確定性風(fēng)險(xiǎn)，需要政府、高校、企業(yè)、中小學(xué)校等多方協(xié)同推進(jìn)，分步實(shí)施。

在各種智能技術(shù)的支持下，教育元宇宙在情境化教學(xué)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)、教師研修等場(chǎng)景中能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化應(yīng)用，提供更加智能的教學(xué)服務(wù)與體驗(yàn)，呈現(xiàn)沉浸性、真實(shí)性、交互性、創(chuàng)造性、多樣性、協(xié)同性等特征與趨勢(shì)。面對(duì)教育元宇宙發(fā)展的新機(jī)遇，教育科研人員要始終保持開放心態(tài)，做教育元宇宙的建設(shè)者、研究者和實(shí)踐者(閆志明等,2017)，探索教育元宇宙應(yīng)用的場(chǎng)景、方法與策略，持續(xù)推動(dòng)教育元宇宙的融合創(chuàng)新和良性發(fā)展。