元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)研究初探

摘要：孤獨(dú)癥兒童的大腦鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)存在異常，使得傳統(tǒng)教育的教學(xué)效果有限。元宇宙整合數(shù)字技術(shù)打造的虛實(shí)共生鏡像世界，對(duì)孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)無(wú)疑起到了“雪中送炭”的作用。在此背景下，文章首先深入剖析了元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的適切性，以作為研究的前提。之后，文章構(gòu)建了元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的技術(shù)架構(gòu)，以從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)從規(guī)避鏡像階段到重塑鏡像階段的躍遷；同時(shí)，文章設(shè)計(jì)了以循證為取向的“干預(yù)實(shí)施—效果評(píng)價(jià)—策略調(diào)整”的實(shí)施流程，以指導(dǎo)具體的干預(yù)實(shí)施。最后，依托元宇宙理念，文章開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)并進(jìn)行了教學(xué)應(yīng)用，結(jié)果表明：此系統(tǒng)能夠提升孤獨(dú)癥兒童的社交語(yǔ)言能力，且維持效果較好。

關(guān)鍵詞：元宇宙；教育元宇宙；孤獨(dú)癥兒童；教育干預(yù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2025）01—0128—09 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2025.01.014

引言

“孤獨(dú)癥”又稱(chēng)“自閉癥”，是以持久性的社會(huì)交往障礙、狹隘興趣和重復(fù)刻板行為為特征的精神發(fā)育障礙^[1]。我國(guó)孤獨(dú)癥患病率約為2%^[2]，0～14歲的孤獨(dú)癥兒童約有300萬(wàn)～500萬(wàn)人^[3]。由于孤獨(dú)癥的患病機(jī)理尚不明確，加上目前缺乏有效的治療藥物和相關(guān)醫(yī)學(xué)手段，故孤獨(dú)癥兒童的主要康復(fù)途徑是教育干預(yù)。在我國(guó)，黨和國(guó)家高度重視孤獨(dú)癥兒童的康復(fù)和教育，如《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》提到，要“辦好特殊教育，推進(jìn)適齡殘疾兒童少年教育全覆蓋，促進(jìn)醫(yī)教結(jié)合”^[4]；《“十四五”特殊教育發(fā)展提升行動(dòng)計(jì)劃》強(qiáng)調(diào)全面提高特殊教育質(zhì)量，推進(jìn)信息技術(shù)與特殊教育融合^[5]；而《0～6歲兒童孤獨(dú)癥篩查干預(yù)服務(wù)規(guī)范（試行）》更是將孤獨(dú)癥兒童的教育干預(yù)納入了日程^[6]。

由于鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)存在異常，孤獨(dú)癥兒童的模仿、共情、理解他人意圖的能力較弱，致使他們?cè)谏鐣?huì)互動(dòng)、情感交流和人際交往方面面臨挑戰(zhàn)^[7]。因此，彌補(bǔ)孤獨(dú)癥兒童的鏡像缺陷，是孤獨(dú)癥教育干預(yù)的重要突破口。元宇宙是人類(lèi)運(yùn)用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的、由現(xiàn)實(shí)世界映射或超越現(xiàn)實(shí)世界且可與現(xiàn)實(shí)世界交互的虛擬世界^[8]。元宇宙整合數(shù)字技術(shù)勾勒的虛實(shí)融合世界提供沉浸式訓(xùn)練場(chǎng)景，對(duì)孤獨(dú)癥兒童的教育干預(yù)具有積極的推動(dòng)作用^[9]。基于此，本研究圍繞“元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)”此話題展開(kāi)研究，初步探索此方面教育干預(yù)的適切性、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、相關(guān)應(yīng)用等，以期為孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)提供新思路。

一"元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的適切性

鏡像神經(jīng)元最早在恒河猴大腦中發(fā)現(xiàn)。在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物執(zhí)行某個(gè)行為以及觀察其他個(gè)體執(zhí)行同一行為時(shí)，這些神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的神經(jīng)響應(yīng)^[10]。后來(lái)，腦成像技術(shù)的應(yīng)用，顯示鏡像神經(jīng)元也存在于人類(lèi)大腦皮層的相應(yīng)區(qū)域，并組成了鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)^[11]（Mirror Neuron System，MNS）——MNS是個(gè)體內(nèi)在理解和模仿的神經(jīng)生理機(jī)制^[12]。而Ramachandran等^[13]提出的破鏡理論（Broken Mirror Theory，BMT）認(rèn)為：正是孤獨(dú)癥兒童的鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)存在缺陷，才導(dǎo)致他們很難理解并模仿他人的動(dòng)作行為，進(jìn)而引發(fā)認(rèn)知和社交障礙。用鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的功能障礙解釋孤獨(dú)癥的一些癥狀是合乎邏輯的，但BMT的“整體性功能障礙”不能完全解釋復(fù)雜的孤獨(dú)癥癥狀。此外，研究者通過(guò)細(xì)化MNS提出的模仿模型和社交反應(yīng)的自上而下調(diào)節(jié)模型^[14][15]，普遍認(rèn)同孤獨(dú)癥兒童的MNS存在一定的功能障礙，既可能是系統(tǒng)內(nèi)區(qū)域間連接的障礙，也可能是調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的腦連接出現(xiàn)障礙^[16]。破鏡理論及相關(guān)模型可為我們理解孤獨(dú)癥兒童在社會(huì)環(huán)境中進(jìn)行動(dòng)作模仿時(shí)的大腦反應(yīng)機(jī)制和實(shí)施路徑提供指導(dǎo)，并可為我們探索孤獨(dú)癥兒童的能力發(fā)展缺陷、研究孤獨(dú)癥兒童的干預(yù)康復(fù)方案提供認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)。由于大腦鏡像功能異常，孤獨(dú)癥兒童只有看到自己出現(xiàn)在教學(xué)材料中，才能產(chǎn)生“我”也應(yīng)該這么做的刺激或心理暗示。元宇宙技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助孤獨(dú)癥兒童創(chuàng)造出所需的孿生化身、提供沉浸性的學(xué)習(xí)環(huán)境，并根據(jù)其個(gè)體需求制定有針對(duì)性的訓(xùn)練方案。

1 孿生復(fù)刻的化身

化身是兒童在元宇宙的身份映射和虛擬替身。根據(jù)Proteus效應(yīng)^[17]，化身的外形會(huì)影響我們與他人的互動(dòng)。更熟悉的外形會(huì)更快吸引孤獨(dú)癥兒童的注意^[18]，這意味著我們需要在數(shù)字世界復(fù)刻出兒童的虛擬化身，使其與現(xiàn)實(shí)生活中的兒童在外形上一一對(duì)應(yīng)。用技術(shù)生成出更真實(shí)、更鮮活化身的研究一直在進(jìn)行，其中改進(jìn)后的頭部視頻合成模型能讓用戶(hù)擁有身臨其境的體驗(yàn)^[19]，融合3D參數(shù)化人體模型生成的3D人體非常準(zhǔn)確^[20]，而人工智能引擎可通過(guò)使用二維照片或三維模型創(chuàng)建出極其逼真的虛擬人物形象^[21]。此外，深度學(xué)習(xí)技術(shù)、3D人臉重建技術(shù)和視頻人臉替換技術(shù)能自動(dòng)映射兒童形象，繪制出與之相符的年齡、表情、發(fā)型等，有效提升化身的真實(shí)感、生動(dòng)性和準(zhǔn)確性。相較于單一智能技術(shù)，進(jìn)行教育干預(yù)的元宇宙中的多種技術(shù)能實(shí)時(shí)反映兒童的自然狀態(tài)，這種自然狀態(tài)有助于兒童更深入地理解知識(shí)和進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2"高沉浸的具身體驗(yàn)

孤獨(dú)癥兒童對(duì)情緒、事件和環(huán)境的感知較低，高度沉浸式場(chǎng)域能幫助他們建立更強(qiáng)的感知和情感連接。當(dāng)前的干預(yù)較少使用全沉浸式設(shè)備^[22]，而元宇宙可以為孤獨(dú)癥兒童量身打造一個(gè)極具沉浸感的學(xué)習(xí)空間——通過(guò)調(diào)動(dòng)兒童的多感官，使他們獲得一種身臨其境的感覺(jué)，從而激發(fā)其大腦鏡像功能的發(fā)展。這種沉浸式具身體驗(yàn)不僅是一種技術(shù)上的進(jìn)步，更是一種教學(xué)策略，使孤獨(dú)癥兒童有機(jī)會(huì)在安全、可控的環(huán)境中學(xué)習(xí)并逐漸建立對(duì)情感、事件和社交互動(dòng)的更全面認(rèn)知。

3"提供定制化的教育訓(xùn)練

由于特殊兒童有著與正常兒童極為不同的教育需求，故為不同的孤獨(dú)癥個(gè)體提供個(gè)性化訓(xùn)練方案是孤獨(dú)癥干預(yù)的重點(diǎn)^[23]。元宇宙的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)孤獨(dú)癥兒童的個(gè)性化教學(xué)提供了新思路。在元宇宙中，教育者可以根據(jù)每個(gè)兒童的獨(dú)特需求和能力，定制專(zhuān)屬學(xué)習(xí)路徑和教學(xué)內(nèi)容。在這個(gè)虛擬世界中，不受限于傳統(tǒng)的線性教學(xué)模式，知識(shí)得以以非線性的方式呈現(xiàn)，使孤獨(dú)癥兒童能夠按照自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)知識(shí)與技能、探索未知的世界。

二"元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的技術(shù)架構(gòu)

1 孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的階段劃分

大腦連接具有可塑性。根據(jù)破鏡理論，我們可以嘗試逐步地刺激、激活孤獨(dú)癥兒童的鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)，使他們的大腦受損區(qū)漸漸恢復(fù)功能?；谶@一理念，本研究提出孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的兩個(gè)階段：規(guī)避鏡像階段和重塑鏡像階段，具體如圖1所示。

在規(guī)避鏡像階段，由于孤獨(dú)癥兒童的鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)不能像正常兒童一樣工作，所以他們雖然看到了他人的行為但難以理解、模仿。在這一階段的學(xué)習(xí)中，兒童的虛擬化身是基于其真實(shí)面貌生成，與其互動(dòng)的對(duì)象是日常生活中熟悉的父母、教師、同學(xué)和朋友，所處場(chǎng)景模擬了他們的實(shí)際生活環(huán)境。在這里，兒童能夠直接觀察“我”應(yīng)如何行動(dòng)，學(xué)習(xí)輸入無(wú)需經(jīng)過(guò)身份的二次轉(zhuǎn)換。

在重塑鏡像階段，兒童所處的干預(yù)環(huán)境與上一階段保持一致。熟悉的環(huán)境被視為喚醒兒童先前記憶的刺激條件之一，但兒童的化身不再是鏡像形象。兒童的化身從“像”過(guò)渡到“不像”，采用“模糊身份”的方式再次刺激他們的認(rèn)知。通過(guò)讓兒童在熟悉的場(chǎng)景中感知此刻的“陌生人”，代入“我”的角色去理解他人的情感，知曉他人行為的意義，逐步加強(qiáng)兒童對(duì)他人行為和社會(huì)線索的理解。例如，孤獨(dú)癥兒童看到好朋友被重物砸到時(shí)可能會(huì)笑，因?yàn)樗麄內(nèi)狈εc他人共情的能力。然而，當(dāng)他們能夠產(chǎn)生“好朋友就是我”的想法時(shí)，就會(huì)感受到疼痛、理解朋友的情緒并作出合適的表達(dá)，從而增強(qiáng)與他人之間的交往。

2 技術(shù)架構(gòu)的構(gòu)建

為從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)從規(guī)避鏡像階段到重塑鏡像階段的躍遷，本研究構(gòu)建了元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的技術(shù)架構(gòu)。該技術(shù)架構(gòu)以元宇宙核心技術(shù)為基礎(chǔ)支撐，遵循“技術(shù)-資源-人”交互融合的原則，由外及內(nèi)分為技術(shù)生態(tài)層、虛實(shí)融合層和用戶(hù)體驗(yàn)層，具體如圖2所示。

①技術(shù)生態(tài)層，包含支持元宇宙空間連結(jié)的四大基礎(chǔ)技術(shù)（即網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、交互技術(shù)、運(yùn)算技術(shù)、訪問(wèn)技術(shù)），這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“虛-實(shí)”世界的映射、超越與交互，幫助兒童進(jìn)入元宇宙。同時(shí)，物理世界和數(shù)字空間的連結(jié)也由四大基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。元宇宙勾勒的是低延遲、高沉浸的場(chǎng)景，意味著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、運(yùn)算技術(shù)是其技術(shù)底座。移動(dòng)和非移動(dòng)的交互設(shè)備，將為兒童帶來(lái)身臨其境的體驗(yàn)感。在這里，兒童數(shù)據(jù)信息被有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)互通?？焖俚挠?jì)算能力、龐大的存儲(chǔ)空間和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析，為兒童在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)提供支持。

②虛實(shí)融合層，包括元宇宙內(nèi)自定義的化身生成和多樣的內(nèi)容創(chuàng)作。在本層，元宇宙內(nèi)的數(shù)字化身與物理環(huán)境實(shí)現(xiàn)深度融合，數(shù)字世界創(chuàng)作的內(nèi)容和行為軌跡也可以反映在物理環(huán)境中。與傳統(tǒng)教學(xué)方式不同，本層可以為兒童生成孿生復(fù)刻的數(shù)字化身，依據(jù)循證證據(jù)推送個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容資源，讓他們自由選擇學(xué)習(xí)任務(wù)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，非侵入式設(shè)備將及時(shí)、全面地收集并存儲(chǔ)兒童學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為他們生成個(gè)性化生命檔案。

③用戶(hù)體驗(yàn)層，涵蓋孤獨(dú)癥兒童能夠體驗(yàn)到的不同場(chǎng)景。參照元宇宙路線圖^[24]，可將元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的場(chǎng)景分為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的孤獨(dú)癥教育、生活日志的孤獨(dú)癥教育、虛擬世界的孤獨(dú)癥教育和鏡像世界的孤獨(dú)癥教育四類(lèi)。盡管這四大場(chǎng)景在孤獨(dú)癥干預(yù)中已有應(yīng)用，但目前的技術(shù)和場(chǎng)景多為獨(dú)立開(kāi)發(fā)。

三 元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的實(shí)施流程

在元宇宙內(nèi)實(shí)施孤獨(dú)癥兒童的教育干預(yù)，需要按照一定的流程進(jìn)行。本研究以破鏡理論為理論基礎(chǔ)，先明晰孤獨(dú)癥兒童的干預(yù)訓(xùn)練進(jìn)階，然后以循證證據(jù)為指導(dǎo)，構(gòu)建了包含干預(yù)實(shí)施、效果評(píng)價(jià)、策略調(diào)整三個(gè)環(huán)節(jié)的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)閉環(huán)，具體如圖3所示。此實(shí)施流程充分利用元宇宙的技術(shù)和數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，注重孤獨(dú)癥兒童的個(gè)體差異和需求，根據(jù)孤獨(dú)癥兒童的內(nèi)隱反饋數(shù)據(jù)和外顯行為變化開(kāi)展效果評(píng)價(jià)，形成孤獨(dú)癥兒童專(zhuān)屬的數(shù)據(jù)畫(huà)像，用以調(diào)整訓(xùn)練方案。而形成的教育干預(yù)閉環(huán)具有高具身性、高沉浸性、高交互性的特征，能有效提升孤獨(dú)癥兒童的教育干預(yù)效果。

1 干預(yù)實(shí)施

干預(yù)材料包含人物化身和場(chǎng)景環(huán)境兩個(gè)關(guān)鍵要素。在元宇宙內(nèi)，有大量的社會(huì)主體進(jìn)入并參與訓(xùn)練活動(dòng)，與受訓(xùn)的孤獨(dú)癥兒童一同進(jìn)行各種行為活動(dòng)。有研究者指出，與面對(duì)面溝通相比，孤獨(dú)癥兒童在與虛擬形象互動(dòng)時(shí)更自在^[25]；提供一個(gè)安全且受控制的虛擬環(huán)境，對(duì)于孤獨(dú)癥兒童的干預(yù)訓(xùn)練更有幫助^[26]。因此，需要提供高度擬人化、精細(xì)化的化身和社會(huì)場(chǎng)景。這也說(shuō)明，生成融入真實(shí)人物的虛擬化身是提升孤獨(dú)癥兒童干預(yù)成效的關(guān)鍵之所在。在具體的技術(shù)支持方面，3D重建和AI視頻換臉技術(shù)可以生成受訓(xùn)主體的擬人化身，并以此制作卡通動(dòng)畫(huà)和真人視頻；基于三維可形變統(tǒng)計(jì)模型^[27]，DECA、EMOCA等方法在創(chuàng)建真實(shí)化身形象方面取得了顯著進(jìn)展^[28][29]。此外，結(jié)合早期介入丹佛模式提倡的家長(zhǎng)作為干預(yù)者的教學(xué)策略^[30]，遵循我國(guó)強(qiáng)調(diào)的“家庭化”原則^[31]，在干預(yù)過(guò)程中要推動(dòng)與受訓(xùn)者進(jìn)行交互的其他虛擬化身在元宇宙中實(shí)現(xiàn)自我進(jìn)化，從兒童熟悉的家人形象逐漸過(guò)渡到陌生人形象，成為符合孤獨(dú)癥兒童鏡像能力認(rèn)知的數(shù)字主體。除了視覺(jué)模擬，干預(yù)過(guò)程中還可以通過(guò)觸覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多感官刺激，提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)的沉浸性。

2 效果評(píng)價(jià)

當(dāng)前，人工觀察和量表評(píng)測(cè)仍然是主流的干預(yù)效果評(píng)價(jià)手段。然而，基于人工的效果評(píng)測(cè)因受人力、物力的限制，只能間隔較長(zhǎng)時(shí)間（如三個(gè)月或半年）執(zhí)行一次，且可能存在主觀、片面的問(wèn)題。而缺乏全面、及時(shí)的干預(yù)效果評(píng)價(jià)，會(huì)導(dǎo)致孤獨(dú)癥兒童錯(cuò)過(guò)最佳的訓(xùn)練調(diào)整時(shí)機(jī)。在進(jìn)行教育干預(yù)的元宇宙內(nèi)，各類(lèi)傳感器和可穿戴設(shè)備可以實(shí)時(shí)收集孤獨(dú)癥兒童的日常生活、學(xué)習(xí)訓(xùn)練等數(shù)據(jù)。生成的用戶(hù)畫(huà)像可以協(xié)助醫(yī)生和家人及時(shí)了解當(dāng)前干預(yù)方案存在的問(wèn)題，從而優(yōu)化和調(diào)整孤獨(dú)癥兒童的康復(fù)訓(xùn)練內(nèi)容，彌補(bǔ)基于人工測(cè)評(píng)的滯后性、主觀性等不足。與此同時(shí)，通過(guò)使用眼動(dòng)儀、攝像頭等非侵入式采集設(shè)備，可以收集受訓(xùn)兒童的語(yǔ)音、眼神、面部表情、肢體行為等數(shù)據(jù)。但由于孤獨(dú)癥兒童有時(shí)并不具備獨(dú)立的情緒表達(dá)能力，故僅使用外在的非生理數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估存在一定的局限性。對(duì)此，可采用具有無(wú)創(chuàng)、高時(shí)間分辨率之獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的腦電（Electroencephalogram，EEG）技術(shù)，對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行直接測(cè)量。腦電變化是一種無(wú)法通過(guò)肉眼捕捉到的變化，含有豐富的信息，是“內(nèi)隱”的數(shù)據(jù)源。考慮到孤獨(dú)癥是腦異常導(dǎo)致的認(rèn)知與行為障礙綜合癥，可將EEG異常指標(biāo)的緩解或修復(fù)作為干預(yù)成效的重要評(píng)估指標(biāo)。在整個(gè)元宇宙內(nèi)，通過(guò)對(duì)受訓(xùn)者“內(nèi)隱-外顯”行為特征數(shù)據(jù)的收集、提取、追蹤和分析，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、全面的效果評(píng)估。

3 策略調(diào)整

孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)方案的調(diào)整策略，是通過(guò)先“規(guī)避”孤獨(dú)癥兒童異常的鏡像神經(jīng)元，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)基本技能的基礎(chǔ)上，逐步引導(dǎo)他們進(jìn)入“重塑”鏡像神經(jīng)元的訓(xùn)練方案，最終達(dá)到更高一層的目標(biāo)。在常用的VR教學(xué)中，虛擬角色通常只按照系統(tǒng)的原始設(shè)置與用戶(hù)進(jìn)行交互，缺乏從與用戶(hù)的交互中“學(xué)習(xí)”的能力^[32]。元宇宙內(nèi)的受訓(xùn)兒童與其他化身的交互，本質(zhì)上是一種訓(xùn)練與被訓(xùn)練的關(guān)系，兩者的角色可以互相轉(zhuǎn)變。例如，孤獨(dú)癥兒童在元宇宙中學(xué)習(xí)和鍛煉技能時(shí)，與他們互動(dòng)的化身能夠記住他們的行為，這就是化身的“學(xué)習(xí)”過(guò)程；經(jīng)過(guò)這一“學(xué)習(xí)”過(guò)程，化身在下一步行動(dòng)中就能更好地幫助兒童完成進(jìn)階的訓(xùn)練任務(wù)。與此同時(shí)，將虛擬世界的信息反饋給現(xiàn)實(shí)世界，以幫助物理世界的人重新制定訓(xùn)練方案。此外，海量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)可作為循證評(píng)價(jià)的依據(jù)，便于醫(yī)生和家人根據(jù)孤獨(dú)癥兒童新的需求對(duì)教育干預(yù)策略進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整。

四 基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

1"系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

元宇宙中的數(shù)字技術(shù)能夠讓孤獨(dú)癥兒童擁有自己孿生復(fù)刻的數(shù)字化身，同時(shí)擁有一個(gè)安全的、沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，這為規(guī)避他們破損的鏡像能力提供了有力支持。為實(shí)現(xiàn)對(duì)孤獨(dú)癥兒童的教育干預(yù)，本研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)。此系統(tǒng)依托孿生數(shù)字人技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的人和環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化構(gòu)造，構(gòu)建孤獨(dú)癥兒童的元宇宙數(shù)字化身，并創(chuàng)建交互式智能虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，分別對(duì)應(yīng)干預(yù)實(shí)施環(huán)節(jié)、策略調(diào)整環(huán)節(jié)所需的化身和場(chǎng)景。

本研究通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中人物和場(chǎng)景的設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)“規(guī)避-重塑”兒童鏡像功能的目的，具體包括：①設(shè)計(jì)了一個(gè)根據(jù)兒童自身形象生成的孿生數(shù)字人，如圖4所示。孿生數(shù)字人是利用3D重建和卡通化技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而生成的卡通動(dòng)畫(huà)。②設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)都被嵌入到特定的日常社交情景中，且同一階段學(xué)習(xí)的場(chǎng)景是相同的，以滿(mǎn)足“重塑鏡像階段”中所提出的將熟悉的環(huán)境作為喚醒先前記憶的刺激條件。例如，在“打招呼用語(yǔ)”教學(xué)中，含有“見(jiàn)面時(shí)”和“分別時(shí)”2小節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。這2小節(jié)的場(chǎng)景分別設(shè)計(jì)為“上學(xué)路上”和“放學(xué)路上”，場(chǎng)景的背景相同。這樣，兒童就可以將前一節(jié)的學(xué)習(xí)記憶通過(guò)相同的環(huán)境喚醒，進(jìn)而遷移到后一節(jié)的學(xué)習(xí)中。圖5展示的是孤獨(dú)癥兒童佩戴VR眼鏡進(jìn)行學(xué)習(xí)的情形，他們通過(guò)直接觀看“我”在社交情景中的行為來(lái)學(xué)習(xí)技能，學(xué)習(xí)“我”該如何與他人交流互動(dòng)，知道“我”將收到何種反饋，產(chǎn)生“原來(lái)‘我’應(yīng)該這么做”的心理暗示。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

為驗(yàn)證基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)成效，本研究從中部地區(qū)H省的一所特殊教育機(jī)構(gòu)招募了3名孤獨(dú)癥兒童參加社交語(yǔ)言學(xué)習(xí)的干預(yù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展了系統(tǒng)的教育應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)了華中師范大學(xué)生命科學(xué)倫理審查委員會(huì)人體研究分委會(huì)的審查批準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)前所有參與者的家長(zhǎng)也都簽署了“知情同意書(shū)”，包括用于科學(xué)研究的視頻記錄許可。

本研究采用單一被試實(shí)驗(yàn)中的跨被試多基線實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)3名孤獨(dú)癥兒童進(jìn)行了干預(yù)追蹤。本實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，分別是：基線期、干預(yù)期和維持期。在基線期，不進(jìn)行任何教學(xué)，被試只需完成系統(tǒng)中的社交語(yǔ)言測(cè)試即可。然后，由工作人員收集測(cè)試得分，統(tǒng)計(jì)被試的基線數(shù)據(jù)。當(dāng)一名被試的基線期數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，便進(jìn)入干預(yù)期，其他兩名被試仍處于基線期；當(dāng)?shù)谝晃贿M(jìn)入干預(yù)期的被試數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，另一位基線期數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定的被試進(jìn)入干預(yù)期，第三位被試仍處于基線期——以此類(lèi)推，實(shí)驗(yàn)逐步展開(kāi)。干預(yù)期主要是應(yīng)用基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)言學(xué)習(xí)的過(guò)程。維持期的具體操作同基線期，不進(jìn)行任何教學(xué)，被試只需完成系統(tǒng)測(cè)試，但測(cè)試題目有所改變。整個(gè)實(shí)驗(yàn)為期2個(gè)月，每名被試每周接受4次干預(yù)訓(xùn)練，每次干預(yù)持續(xù)15～20分鐘，共16次。所有被試的基線期和干預(yù)期連續(xù)進(jìn)行，維持期在干預(yù)期結(jié)束后的一周內(nèi)開(kāi)展。研究人員在各階段收集4～8個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以用于后續(xù)對(duì)被試社交語(yǔ)言能力的評(píng)估。

數(shù)據(jù)收集主要通過(guò)系統(tǒng)答題、現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄和視頻錄像三種方式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中設(shè)置的題目為看圖選擇題，均為社交場(chǎng)景下的會(huì)話練習(xí)，每個(gè)題目有4個(gè)選項(xiàng)，有且只有一個(gè)正確答案，選對(duì)記1分，選錯(cuò)記0分；同時(shí)，每道題目若在1分鐘內(nèi)反應(yīng)作答再記1分。系統(tǒng)會(huì)播放題目和選項(xiàng)，工作人員根據(jù)被試的表現(xiàn)和認(rèn)知能力，向存在學(xué)習(xí)困難的被試進(jìn)一步解釋該題目和任務(wù)要求，并幫助被試切換題目?，F(xiàn)場(chǎng)觀察記錄采用自制記錄表，用來(lái)記錄被試的干預(yù)日期、時(shí)長(zhǎng)和主要行為表現(xiàn)。視頻錄像則用來(lái)記錄被試在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的全部口頭話語(yǔ)，作為實(shí)驗(yàn)記錄保存。

視覺(jué)分析是一種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)資料分析方法，目的是明確被試的測(cè)試得分在不同階段是否發(fā)生變化，以此來(lái)判斷系統(tǒng)對(duì)孤獨(dú)癥兒童的社交語(yǔ)言能力是否有提升作用。本研究將實(shí)驗(yàn)中被試在三個(gè)階段（即基線期、干預(yù)期與維持期）的社交語(yǔ)言測(cè)試得分繪制成折線圖進(jìn)行視覺(jué)分析，結(jié)果如圖6所示，可以看出：在開(kāi)始干預(yù)訓(xùn)練后，3名被試的測(cè)試得分都逐漸提高，且維持效果較好。

為了彌補(bǔ)視覺(jué)分析可能存在的誤差，本研究采用效應(yīng)量指標(biāo)綜合分析被試的干預(yù)效果和維持效果。本研究選擇Tau（τ）這一效應(yīng)量指標(biāo)，按照公式（1），通過(guò)對(duì)不同階段的每個(gè)成對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合計(jì)算得出。當(dāng)一致對(duì)（C）被識(shí)別為正數(shù)時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前階段的數(shù)據(jù)相對(duì)于上一階段的數(shù)據(jù)有所改善；當(dāng)不一致對(duì)（D）被識(shí)別為負(fù)數(shù)時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前階段的數(shù)據(jù)相對(duì)于上一階段的數(shù)據(jù)有所減少，忽略相同的數(shù)量，τ同時(shí)考慮干預(yù)階段的發(fā)展趨勢(shì)，以使效應(yīng)值的估算更加準(zhǔn)確^[33]。τ取值范圍在[-1～1]之間。被試A、被試B、被試C的干預(yù)效應(yīng)值分別為0.875、0.938、0.875，維持效應(yīng)值分別為0.938、1、1，表明在干預(yù)期內(nèi)提升了3名被試的社交語(yǔ)言能力，且維持效果較好。

公式（1）

五 結(jié)語(yǔ)

本研究構(gòu)建了元宇宙賦能孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)的技術(shù)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了以循證為取向的實(shí)施流程，開(kāi)發(fā)了基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)并進(jìn)行了教育應(yīng)用。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥兒童教育干預(yù)系統(tǒng)對(duì)于提升孤獨(dú)癥兒童的社交語(yǔ)言能力具有不錯(cuò)的學(xué)習(xí)效果，且維持效果較好。這個(gè)結(jié)論的得出，可為設(shè)計(jì)更科學(xué)的孤獨(dú)癥兒童干預(yù)治療方案、開(kāi)發(fā)更好的干預(yù)工具提供參考。但是，由于孤獨(dú)癥兒童的異質(zhì)性較大，可選擇的、符合條件的實(shí)驗(yàn)參與者人數(shù)較少，因此本研究雖然驗(yàn)證了基于孿生數(shù)字人的孤獨(dú)癥教育干預(yù)系統(tǒng)的有效性，但因樣本量較小，故所得結(jié)論是否具有普適性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，且后續(xù)研究也需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量。另外，孤獨(dú)癥兒童在元宇宙內(nèi)的數(shù)據(jù)隱私和安全問(wèn)題，也是今后研究值得深入探討的方向。

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A Preliminary Study"on the Metaverse in Empowering Educational Intervention for Autistic Children

ZHANG Si-Yan^1，2""""LIU Le-Yuan^{1，2[Corresponding Author]}""""CHEN Jing-Ying^1，2

（1. National Engineering Research Center for E-Learning， Central China Normal University， Wuhan， Hubei， China， 430079;

2. National Engineering Research Center of Educational Big Data， Central China Normal University， Wuhan， Hubei， China 430079）

Abstract："The brain of autistic children exhibit abnormalities in mirror neuron systems， resulting in the limited teaching effectiveness of"traditional education. The virtual and real"symbiotic"mirror world created by the integration of"metaverse"and digital technology"has"undoubtedly provided"a “timely assistance”"role"for the educational intervention of autistic children. Under"this context， the"paper first deeply analyzed"the adaptability of metaverse in empowering educational intervention for autistic"children， established"it as the premise of"research. After that， the paper constructed"the"technical framework of"metaverse"in empowering"educational interventions for autistic"children， in order"to technically realize the transition of educational"intervention"for autistic children"from the avoidance of the mirroring stage to the reshaping of the mirroring stage. At the same time， this paper designed an evidence-based implementation process of “intervention implementation-effect evaluation-strategy adjustment”， to guide the execution of specific interventions. Finally， relying"on the concept of the metaverse，"an educational intervention system"for autistic"children based on digital twins was developed and the teaching application"was carried out. The results showed that the system can improve the social language ability of autistic children， and the maintenance effect was good.

Keywords： metaverse; educational"metaverse; autistic children; educational intervention

*基金項(xiàng)目：本文受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“融入真實(shí)人物形象的多源反饋兒童孤獨(dú)癥教育干預(yù)方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：62077026）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)優(yōu)秀青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“基于元宇宙的兒童孤獨(dú)癥干預(yù)與評(píng)估技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：CCNU22QN012）資助。

作者簡(jiǎn)介：張思妍，在讀博士，研究方向?yàn)榻逃畔⒓夹g(shù)、特殊兒童教育，郵箱為siyanzhang@mails.ccun.edu.cn。

收稿日期：2024年7月20日

編輯：余弦