任志儒 陳衛(wèi)東

1 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 江蘇徐州 221116 2 徐州工程學(xué)院師范學(xué)院 江蘇徐州 221018

0 引言

2021年10月份，F(xiàn)acebook 公司宣布更名為“Meta”，并提出元宇宙是未來互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字領(lǐng)域發(fā)展的戰(zhàn)略方向，由此元宇宙進(jìn)入了世人的視野，元宇宙是繼VR、AR 等新媒體之后又一個被廣泛熱炒的概念。元宇宙概念突然被引爆，曾經(jīng)成為2021年度十大熱詞之一，科技公司、社交媒體、產(chǎn)業(yè)界、傳媒行業(yè)、教育行業(yè)等持續(xù)關(guān)注和涌入元宇宙。元宇宙的功能和價值被寄托了太多的希冀，似乎無所不能，因而也給眾多行業(yè)和領(lǐng)域的人們帶來狂歡，人們似乎看到了數(shù)字領(lǐng)域蘊(yùn)含的新商機(jī)和發(fā)展契機(jī)。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，元宇宙成為學(xué)術(shù)研究的熱門話題，在情報學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息科技、教育等研究領(lǐng)域引燃了研究熱潮。但目前來看，人們對什么是元宇宙、元宇宙構(gòu)成、元宇宙價值和功用等都沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，元宇宙技術(shù)本身也處在不斷發(fā)展之中，技術(shù)本身也遠(yuǎn)沒有成熟。因此，本文從元宇宙與教育結(jié)合的視角，闡釋教育元宇宙相關(guān)概念、應(yīng)用價值以及應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。

1 元宇宙及教育元宇宙概念

目前，元宇宙研究仍處于理論探索和原型研發(fā)階段。元宇宙在教育中的應(yīng)用充滿了未知和挑戰(zhàn)，因而，整體來看人們對元宇宙概念及其教育應(yīng)用并沒有明確的認(rèn)識。

1.1 元宇宙概念的辨析

從字面意思解讀，元宇宙（Mataverse）作為一個英語詞匯的漢語意譯，其代表的含義是超越了現(xiàn)實世界的、更高維度的新型世界，Meta 代表的意思是“元”“超越”，Meta 與Universe 相結(jié)合而成的新詞匯Metaverse 具有超越宇宙的意味[1]。需要注意的是，元宇宙這個詞匯的翻譯并不好，在理解上是晦澀的、模糊的，人們并不能通過詞語本身而正確地理解其含義，宇宙在哲學(xué)意義上是指對所有的時間、空間、物質(zhì)等及其產(chǎn)生的一切事物的統(tǒng)稱，將Mataverse 翻譯成元宇宙容易導(dǎo)致理解上的神秘主義傾向。

人們對元宇宙概念的理解包含以下內(nèi)容：

1）元宇宙是虛擬數(shù)字空間，是與現(xiàn)實世界交互的虛擬空間，其本質(zhì)是一個巨大的虛擬世界，元宇宙不是全新的事物，而是網(wǎng)絡(luò)虛擬空間，是在疊加數(shù)據(jù)和智能后未來數(shù)智世界的一種理想具象；

2）元宇宙是由各類技術(shù)構(gòu)建的融合互聯(lián)網(wǎng)全要素的未來網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，這些技術(shù)包括信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各類數(shù)字技術(shù)等[2]，例如虛擬引擎、區(qū)塊鏈、5G、人工智能、全息技術(shù)、智能算法、數(shù)字孿生、AR、VR、MR 等。

綜合以上對元宇宙概念的理解，本文認(rèn)為元宇宙應(yīng)當(dāng)包含狹義和廣義兩種概念：狹義的元宇宙是指基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等構(gòu)建的一種沉浸式的虛擬世界[3]；廣義的元宇宙是指未來人類生活的一種數(shù)字化場域，該場域能夠模擬和復(fù)制真實世界，并成為真實世界的延伸和拓展。元宇宙的概念仍在不斷演變之中，由于技術(shù)進(jìn)步和更迭，參與者的深度介入和體驗等等，都會深化元宇宙的意涵，使其內(nèi)涵和邊界持續(xù)發(fā)展中。

1.2 教育元宇宙

教育元宇宙是指元宇宙的教育應(yīng)用，是教育與元宇宙深度融合的產(chǎn)物，是能夠提供與現(xiàn)實教育情境同樣體驗的虛擬空間和場域[4]。教育元宇宙為教師、學(xué)生、管理者等相關(guān)人員創(chuàng)建數(shù)字身份，在虛擬世界中開拓教學(xué)場所，允許師生在虛擬的教學(xué)場所中進(jìn)行互動，教師和學(xué)生在教育元宇宙中像在真實教室一樣開展教學(xué)和學(xué)習(xí)活動，能夠為教育參與者提供一種仿真現(xiàn)實教育情境的獨立沉浸式教學(xué)場域。沉浸理論、心流理論、情境認(rèn)知、具身認(rèn)知是教育元宇宙的基礎(chǔ)理論。借助虛擬現(xiàn)實終端、腦機(jī)接口等技術(shù)，參與者進(jìn)入虛擬世界，實現(xiàn)虛擬世界與真實教學(xué)環(huán)境的無縫對接，教師和學(xué)生的數(shù)字替身是其在虛擬世界的唯一標(biāo)志，數(shù)字替身能夠在虛擬場景中做出諸如行走、舉手、面部表情等行為和動作，通過數(shù)字替身在虛擬教學(xué)情境中開展教學(xué)和學(xué)習(xí)。教育元宇宙的虛擬空間可以通過數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，實現(xiàn)真實世界的鏡像，也可以通過三維建模技術(shù)打造現(xiàn)實世界所不具備的虛擬環(huán)境。

教育元宇宙一般具有交互性、沉浸性、以及自由、開放的規(guī)則等核心特征。交互性一般是指學(xué)習(xí)者在元宇宙中開展的社會交互，包括學(xué)習(xí)者之間以及學(xué)習(xí)者與教師之間的語言交互、文字交互等，也包括學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境之間的交互。沉浸性是指教育元宇宙所創(chuàng)造的空間能夠給學(xué)習(xí)者帶來強(qiáng)烈的真實感和臨場感，學(xué)習(xí)者能夠全身心地投入虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，有利于學(xué)習(xí)者開展學(xué)習(xí)活動。教育元宇宙允許教育參與者根據(jù)自己的需求創(chuàng)設(shè)教育環(huán)境，該特征保有自由、開放的規(guī)則，為學(xué)習(xí)活動的開展提供了無限可能。

2 元宇宙的教育應(yīng)用場域及價值

元宇宙融合了區(qū)塊鏈、人工智能、5G、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)，其在教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用表現(xiàn)為創(chuàng)設(shè)全新的具有自然交互功能的逼真教學(xué)環(huán)境，使用該教學(xué)環(huán)境能夠開展在線仿真實驗、情境教學(xué)和學(xué)習(xí)，推動專業(yè)知識和技能的具身化認(rèn)知，此外，元宇宙在教育中的應(yīng)用還有利于嘗試新的教學(xué)形式，實現(xiàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新。

2.1 基于元宇宙的仿真實驗教學(xué)

在線實驗教學(xué)是隨著web 技術(shù)的發(fā)展逐步應(yīng)用到教學(xué)中，在線實驗突破了時空的限制，能夠滿足學(xué)習(xí)者隨時隨地開展基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實驗，但是，傳統(tǒng)的在線實驗教學(xué)是基于二維頁面的，實驗中所展示的設(shè)備、實驗材料、實驗現(xiàn)象等通常是平面化的，在線實驗教學(xué)的非沉浸性導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的體驗非常差。基于元宇宙的仿真實驗教學(xué)能夠讓在線教學(xué)環(huán)境變得非常逼真，通過細(xì)膩的三維建模技術(shù)、實時高效的渲染以及有效的互動設(shè)計，教師和學(xué)生可以沉浸到元宇宙創(chuàng)設(shè)的三維實驗教學(xué)情景中，從而獲得前所未有的高度沉浸感。

元宇宙場域下仿真實驗教學(xué)的特征包括三個方面。1）仿真實驗的高逼真性。學(xué)習(xí)者可以借助VR設(shè)備、腦機(jī)接口設(shè)備等進(jìn)入到三維實驗場景，三維建模、動態(tài)全息等技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供高逼真的實驗和真實的實驗過程，其學(xué)習(xí)的沉浸感和代入感顯著獲得提升[5]。2）仿真實驗的互動性強(qiáng)、靈活性高。通過在元宇宙中設(shè)置多種互動方式，例如人機(jī)互動、虛實互動、師生互動、生生互動等，可以為實驗教學(xué)帶來更高的靈活性，從而能夠使實驗教學(xué)方式更加靈活，為探究式、個性化、游學(xué)化、項目式等學(xué)習(xí)方式提供支持。3）仿真實驗全面、多維的數(shù)據(jù)記錄?；谠钪娴姆抡鎸嶒炗涗浀臄?shù)據(jù)包括實驗操作數(shù)據(jù)、感知實驗教學(xué)環(huán)境與活動的多維生理數(shù)據(jù)（例如視覺、聽覺、觸覺等生理數(shù)據(jù)）、評價數(shù)據(jù)，多維度的數(shù)據(jù)有利于全面分析和評價實驗教學(xué)，使得實驗教學(xué)評價更加客觀和準(zhǔn)確。

元宇宙在仿真實驗教學(xué)的應(yīng)用典型的代表為英偉達(dá)Omniverse 平臺[6]，該平臺支持汽車生產(chǎn)工業(yè)實驗，專門為物理屬性準(zhǔn)確的實時模擬和虛擬協(xié)作打造的開放式平臺，被稱為工程師的元宇宙，汽車制造相關(guān)專業(yè)的學(xué)生可以在Omniverse 中以設(shè)計師、工程師的角色模擬制作汽車生產(chǎn)車間、汽車配件、汽車生產(chǎn)線以及汽車整車，并在共享虛擬空間Omniverse 中使用汽車設(shè)計工具、資源進(jìn)行協(xié)同，完成設(shè)計、生產(chǎn)、優(yōu)化等一系列復(fù)雜的汽車生產(chǎn)流程，提升自己的高階能力。英偉達(dá)Omniverse 平臺能夠改善實驗教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化實驗教學(xué)資源、豐富實驗教學(xué)活動、完成實驗精準(zhǔn)評價。

2.2 基于元宇宙的全智慧圖書館建設(shè)

元宇宙的底層技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)等，這些技術(shù)的應(yīng)用為建設(shè)全智慧圖書館奠定了堅實的基礎(chǔ)。全智慧圖書館建設(shè)的第一階段主要利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，打造無人值守的數(shù)字圖書館，讀者通過頭戴式顯示器獲取視覺和聽覺信息開展閱讀和學(xué)習(xí)活動[7]；第二階段是利用數(shù)字孿生技術(shù)基于現(xiàn)實的圖書館建設(shè)數(shù)字孿生圖書館，在數(shù)字孿生圖書館中，閱讀者都具有獨一無二的數(shù)字化身身份，通過數(shù)字化身學(xué)習(xí)者在圖書館中開展借閱、歸還、閱讀、交流等學(xué)習(xí)活動，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的體感設(shè)備可以顯著增強(qiáng)閱讀者的沉浸感，在數(shù)字孿生圖書館中利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為閱讀者推薦閱讀書目和關(guān)聯(lián)信息，為學(xué)習(xí)者提供多元化和全方位的智慧閱讀服務(wù)。為有效對數(shù)字圖書資源確權(quán)，維護(hù)數(shù)字孿生圖書館的相關(guān)權(quán)益，可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改、全結(jié)點認(rèn)證等特性對數(shù)字孿生圖書館的資源進(jìn)行認(rèn)定，在全智慧圖書館中，非同質(zhì)化代幣可以為館藏資源提供非同質(zhì)化標(biāo)識，這些標(biāo)識為館藏資源提供錨定價值。

2.3 沉浸式虛擬學(xué)習(xí)空間創(chuàng)設(shè)

元宇宙技術(shù)賦能學(xué)習(xí)空間建設(shè)，能夠創(chuàng)建沉浸式與協(xié)作式學(xué)習(xí)空間，整合已有的VR技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境無法提供的全景式學(xué)習(xí)情境和深刻的學(xué)習(xí)體驗[8]?；谠钪娴膶W(xué)習(xí)空間設(shè)計主要面向兩種情況：一是創(chuàng)設(shè)較為危險的學(xué)習(xí)情境，通過讓學(xué)習(xí)者反復(fù)練習(xí)和演練從而掌握某種技能或?qū)W會應(yīng)對危險環(huán)境和事件，比如外科手術(shù)訓(xùn)練、飛行駕駛、消防技能等，這類學(xué)習(xí)的風(fēng)險系數(shù)較高，如果在真實的環(huán)境下開展真實的實驗則隨時要面臨因失敗而產(chǎn)生的風(fēng)險；二是創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)者難以到達(dá)或接觸的環(huán)境，例如在校學(xué)生很難進(jìn)行考古發(fā)掘、開展熱帶雨林氣候調(diào)研，學(xué)習(xí)者無法到達(dá)這些場景中，只能通過觀看視頻去了解和體驗，但這種學(xué)習(xí)方式很難獲得深度的沉浸感，學(xué)習(xí)體驗并不友好。

通過元宇宙技術(shù)提供的沉浸式和協(xié)作式學(xué)習(xí)空間，便于學(xué)習(xí)者開展沉浸式學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者的臨場感將空前提高，學(xué)習(xí)者與其教師和學(xué)習(xí)同伴共處同樣的學(xué)習(xí)空間和環(huán)境，可以通過聽覺、視覺等感官開展交流，全方位地觀察要學(xué)習(xí)的事物，自然而高效的互動方式有利于項目式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)的開展[9]，例如，Getchell 等人利用第二人生（Second Life）平臺構(gòu)建了一個用于考古學(xué)習(xí)的虛擬世界遺址，在該虛擬空間中學(xué)習(xí)者可以開展虛擬考古挖掘活動，并在考古挖掘中通過學(xué)習(xí)者之間進(jìn)行語音交流而獲取考古知識。

3 教育元宇宙現(xiàn)狀及應(yīng)用挑戰(zhàn)

目前教育元宇宙研究以理論探索為主，應(yīng)用案例較少，整體來看教育元宇宙在技術(shù)層面和應(yīng)用模式方面仍然處于嘗試和探索階段。在教育領(lǐng)域作為一種新興媒體和技術(shù)，教育元宇宙應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)主要包括完善的技術(shù)、創(chuàng)新的教學(xué)模式、資源利用的便利性以及令人滿意的學(xué)習(xí)效果。

第一，教育元宇宙需要整合和完善各項新一代技術(shù)，根據(jù)具體的教育需求設(shè)計和開發(fā)元宇宙系統(tǒng)。從技術(shù)角度來講，元宇宙并非是一種新的信息技術(shù)，而是利用現(xiàn)有的信息技術(shù)建設(shè)的一種虛擬空間，所用到的技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能、區(qū)塊鏈技術(shù)、5G、數(shù)字孿生、腦機(jī)接口[10]等底層技術(shù)。以上這些信息技術(shù)仍在不斷的發(fā)展之中，有的還不是太成熟，因此基于以上技術(shù)創(chuàng)設(shè)的教育元宇宙也存在一定的局限性，與理想的元宇宙功能相比還有不小的差距。此外，教育元宇宙一定要體現(xiàn)出其教育特性，應(yīng)該根據(jù)具體的學(xué)科、專業(yè)和教學(xué)需要建設(shè)元宇宙，發(fā)揮其教育和教學(xué)價值。

第二，教育元宇宙需要與之相適應(yīng)的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式。教育媒體發(fā)展的歷史警示我們，每一種媒體都有其對應(yīng)的合適的教學(xué)模式，只有合適的教學(xué)模式才能彰顯媒體的價值，例如，在使用粉筆加黑板的傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下，班級教學(xué)和集體授課是高效的教學(xué)模式，而在網(wǎng)絡(luò)時代，利用網(wǎng)絡(luò)和媒體的豐富性，情境教學(xué)、項目化學(xué)習(xí)等常用的教學(xué)模式，可以實現(xiàn)高效和個性化的學(xué)習(xí)。教育元宇宙能夠讓學(xué)習(xí)者進(jìn)入虛擬的三維環(huán)境中，其中具有豐富的學(xué)習(xí)資源，既有傳統(tǒng)的文字、圖片、視頻等資源，也有模型、環(huán)境、人力等資源，每個人都有各自的數(shù)字化身，這些都是新興的技術(shù)和表現(xiàn)形式。如何在元宇宙空間中有效地開展教學(xué)活動是未來研究需要關(guān)注的重點和探索課題，適應(yīng)元宇宙特定環(huán)境的教學(xué)模式可以充分發(fā)揮其特殊的教育功能。一般來說，教學(xué)模式的設(shè)計需要借鑒教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論，例如建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、多媒體教學(xué)理論、情境學(xué)習(xí)理論等，通過元宇宙教育實踐對教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)和反思，形成合理性和可操作性的模型和流程，用于指導(dǎo)元宇宙環(huán)境下的教學(xué)和學(xué)習(xí)。

第三，元宇宙教學(xué)資源創(chuàng)設(shè)的簡易性和便捷性。應(yīng)當(dāng)明確的是教師和學(xué)生是教育元宇宙的應(yīng)用者，而不是開發(fā)者，這就要求提供的教育元宇宙應(yīng)當(dāng)是一種成熟穩(wěn)定的軟件產(chǎn)品，界面友好且操作方法符合人們的習(xí)慣，也就是說教育元宇宙應(yīng)當(dāng)具有簡易性和便捷性，保障教學(xué)活動的順利開展，教師和學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠在元宇宙環(huán)境下方便的創(chuàng)設(shè)和利用資源，就像使用PPT 一樣使用熟練，只有這樣才能吸引教師和學(xué)生嘗試去使用元宇宙。

第四，令人滿意的學(xué)習(xí)效果和體驗。學(xué)習(xí)效果是檢驗元宇宙應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵，教育元宇宙應(yīng)當(dāng)發(fā)揮其獨有的視聽功能、交互功能和展示功能，為學(xué)習(xí)者提供有效的學(xué)習(xí)資源，為此，需要合理地分析當(dāng)前教育和教學(xué)中存在的痛點和難點，并針對痛點和難點設(shè)計教育元宇宙，只有如此，才能對癥下藥，學(xué)習(xí)者才會取得良好的學(xué)習(xí)效果和體驗，元宇宙在教育領(lǐng)域才可能得到廣泛應(yīng)用和推廣。

4 結(jié)束語

元宇宙是新一代互聯(lián)網(wǎng)平臺，其與教育的結(jié)合能夠為學(xué)習(xí)空間和學(xué)習(xí)資源的創(chuàng)設(shè)提供技術(shù)支持，虛擬仿真設(shè)計、沉浸式學(xué)習(xí)空間、虛擬校園、數(shù)字圖書館等領(lǐng)域都將在元宇宙的加持下獲得新的發(fā)展，其教育價值在未來的應(yīng)用中將得到彰顯。還應(yīng)當(dāng)看到，由于元宇宙技術(shù)的發(fā)展性和成熟度不夠，在教育中的應(yīng)用都處在嘗試階段和摸索中，如何在教育中有效整合元宇宙技術(shù)還需要艱巨的探索。