從虛擬現實到元宇宙：在線教育的新方向

劉革平 王星 高楠 胡翰林

摘要：元宇宙代表了視覺沉浸技術發展的最新階段，其本質是一個平行于現實世界的在線數字空間，正在成為人類社會創新發展的實踐場域。視覺沉浸技術的演進經歷了桌面式虛擬現實、沉浸式虛擬現實、擴展現實以及元宇宙等四個階段。元宇宙超越了時空分離的阻礙，將重新塑造在線教育時空“共在”的新形態，生成元宇宙智能在線學習環境。該智能在線學習環境在技術架構上涉及5G/6G網絡環境、資源生產、大數據處理、認證機制和交互界面，在系統結構上包括構造環境、信息環境、心理環境和文化環境，在組成要素上涵蓋復合資源、智能工具、意象活動、全人評價、精準教學、具身學習、學習伙伴和教學類群，在培養目標上強調促進學習者深知生慧。元宇宙將深度重塑在線教育的課程資源、教學方式、學習支持服務和認證機制。未來元宇宙將成為人工智能時代在線教育轉段升級的創新奇點，因此要超前布局元宇宙在線教育，加快推進新基建以構筑其發展基礎，建構研究新框架以形成其發展動能，探索倫理新觀念以厘清其發展邏輯。

關鍵詞：元宇宙;在線教育;虛擬現實;智能學習環境

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2021）06-0012-11? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2021.06.002

基金項目：2020 年重慶市高等教育教學改革研究重大項目“信息技術與高校教學深度融合研究”（201004）;西南大學教育教學改革研究項目重大專項“基于現代信息技術的交互式課堂教學改革的探索與實踐”（2019ZDJY004）。

作者簡介：劉革平，博士，教授，博士生導師，西南大學教育學部（重慶 400715）;王星，博士研究生，西南大學教育學部（重慶 400715）;高楠，博士研究生，西南大學西南民族教育與心理研究中心（重慶 400715）;胡翰林，博士研究生，西南大學教育學部（重慶 400715）。

一、元宇宙走進教育場域的時代背景

在線教育是未來教育變革的大趨勢，2020年以來的新冠疫情更是加快了這一變革進程。根據聯合國教科文組織的數據顯示，在新冠疫情造成教育停滯期間，絕大多數國家和地區選擇在線教育來保障教育的穩定與連續（UNESCO，2021），在線教育已經成為現代教育體系的重要組成部分。但圍繞在線教育的爭議一直存在，不少學者認為當前在線教育存在以下問題：平面網頁枯燥單調，難以調動學習積極性（Violante et al.，2015）;人機交互方式簡單，學生參與感不強（文書鋒等，2017）;學習數據記錄不全，難以評價學習成效（郭文革，2020）;缺乏技能培養環境，實踐環節欠缺（Carrillo et al.，2020）。究其原因不難發現，當前基于Web2.0技術的在線教育已然步入發展的瓶頸期，二維網絡技術難以支撐起學生對沉浸性學習環境、自然人機交互方式和“面對面”社會性交互的需求，因此尋找下一個創新突變奇點推動在線教育轉段升級成為占領未來教育制高點的關鍵。

近年來，以虛擬現實、擴展現實、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、教學組織和系統平臺等方面重塑在線教育（劉革平等，2020）。元宇宙作為虛擬現實的高階發展產物，集VR/AR/MR、5G、云計算、人工智能、數字孿生等新興信息技術于一體，將成為下一代互聯網的最新形態，屆時人類社會將進入一個嶄新的網絡時代。在線創作游戲平臺Roblox認為構成元宇宙的基本要素包括身份、朋友、沉浸感、低延遲、多元化、隨時隨地、經濟系統和文明。這八大要素將構成一個虛實融合、泛在互聯、智能開放、去中心化的3D模擬世界。因此，元宇宙作為在線教育的新平臺將重新定義在線教育的發生空間，變革在線教育的教學模式和評價方式，支持學生的個性化學習和全面發展。

眾多媒體都將2021年稱為“元宇宙元年”。盡管元宇宙還處于發展的雛形階段，但其已展現出巨大的發展潛力。本研究將首先概述元宇宙的特征及其技術演進脈絡，其次分析元宇宙應用于在線教育的理論基礎，并探究基于元宇宙的智能教育環境構建，最后就元宇宙應用于在線教育的新方向提出參考建議。

二、元宇宙的特征及其技術演進脈絡

1.元宇宙的特征

元宇宙的英文為Metaverse，其由“meta”（意為“超越”）與“verse”（意為“宇宙”）組合而成，旨在表明元宇宙是一種虛擬與現實無縫鏈接、深度融合的數字世界，其能夠產生超越現實世界的顯著價值。隨著Facebook宣布將公司名稱更改為“META”，元宇宙將受到資本市場前所未有的關注，其對于人類世界的顛覆性影響也將逐步照進現實。元宇宙主要有以下四個方面的特征：

虛擬與現實的深度融合。從元宇宙的存在形式來看，虛擬與現實的深度融合是元宇宙最基本的特征。元宇宙是利用成熟的數字技術來構建的既基于又獨立于現實世界的“數字孿生”世界，既包括現實世界的數字化復制品，又含有虛擬世界的自主創造物。元宇宙通過視覺、聽覺、觸覺以及全身感官體驗的穿戴設備，以及低延遲感與高擬真感的交互技術讓用戶產生在場的感官刺激，有助于提高元宇宙中的在線互動與交流質量，實現元宇宙中用戶的沉浸式體驗。因此，通過“數字孿生”世界的搭建與沉浸式的體驗來促進虛擬與現實的深度融合，能夠讓用戶在元宇宙中產生仿真現實又超越現實的沉浸感受。

智能數字化技術的集合。元宇宙是一個極致開放、自由、復雜與巨大的綜合系統，其涵蓋了整個網絡空間、終端設備以及現實條件，是由不同類型建設者共同構建的超大型數字應用生態（左鵬飛，2021），而各種智能數字技術則是其根基。元宇宙的組建依托于MR、區塊鏈、通信技術、云計算、物聯網與人工智能等數字技術的集合，如通過MR、腦機接口、物聯網與可穿戴設備等交互技術進入虛擬世界，進行沉浸式體驗與交互;通過區塊鏈、人工智能技術來監管和維護元宇宙的運轉體系，確保元宇宙持續穩定、符合標準與高效健康地運轉;通過5G、云計算技術來支撐大規模用戶的同時在線交互活動，保障交互的流暢性與低延遲。隨著技術的進一步發展，更多先進技術與創新應用也將逐步納入元宇宙的組建中來。

線上和線下一體化關系。基于虛擬與現實深度融合的特征，元宇宙中虛擬與現實的界限將不再清晰，用戶可以依據個性化需求在虛擬與現實世界中任意轉換不同的社會形式。元宇宙中每個用戶都將擁有唯一的元宇宙身份標識，并且能夠通過該身份標識在元宇宙中產生具有現實感的真實社會交往關系。同時，基于該身份標識，用戶可以隨時隨地通過相應數字設備進入到元宇宙來，進行學習、工作、生活等社會活動。在此過程中，用戶的虛擬身份或集體角色會在線上與線下的轉換過程中保持全面與完整（Dionisio et al.，2013）。因此，元宇宙將深刻沖擊當前社會的組織形態與運作形式，進而形成線上與線下全面一體化的新型社會關系。

加深用戶思維的表象化。元宇宙為用戶提供了一個沉浸體驗、具身交互的虛擬現實深度融合系統，能夠讓用戶利用海量資源和技術工具實現“可見即可感知”“可想即可嘗試”等抽象思維表象化的過程。首先，用戶在元宇宙中是“自由”與“全能”的，能夠通過相應操作將自己的思維即時轉化為具體有形的產品，使抽象復雜思維有效地實現清晰化與具體化，易于自身理解與分享交流。其次，思維的表象化能夠讓用戶專注與沉浸于自身的思考過程中，規避因多媒體技術為代表呈現的“中介”信息而造成用戶專注度、反思能力與邏輯能力弱化的問題。

2.元宇宙的技術演進脈絡

“元宇宙”并不是一個新概念，其最早誕生于1992年出版的科幻小說《雪崩》（Snow Crash），尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在書中將元宇宙描述為“戴上耳機與目鏡，找到連接終端，就能夠以虛擬分身的方式進入由計算機模擬、與真實世界平行的虛擬空間”（王晨光，2021）。如今的元宇宙概念更像是這一經典概念的重生，是在虛擬現實、增強現實、區塊鏈、云計算以及數字孿生等新技術下的概念具化。正如清華大學新媒體研究中心發布的《2020—2021年元宇宙發展研究報告》中所說，元宇宙是基于擴展現實技術提供沉浸式體驗，基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像，基于區塊鏈技術搭建經濟體系（清華大學新聞與傳播學院新媒體研究中心，2021）。元宇宙代表了視覺沉浸技術的最新階段，其本質是一個平行于現實世界的在線數字空間，其核心是由虛擬現實技術所構建的虛擬世界。依照此類技術的發展和應用普及狀況，可將視覺沉浸技術的演化過程劃分為四個階段：

第一階段，以桌面式虛擬現實為主。其經典案例是由美國林登實驗室在2003年發布的基于互聯網的三維虛擬世界——Second Life（Linden，2020）。用戶在Second Life中可創建屬于自己的“虛擬化身”（Avater），參加虛擬世界中的各種探索和社交活動，制造和交易虛擬財產及服務。在這一階段，用戶只能通過計算機屏幕觀察虛擬世界，受限于交互設備和立體視覺、三維建模等技術，其產生的沉浸感較低。目前，Second Life已經廣泛應用于在線辦公、遠程社交等，尤其是自新冠疫情爆發后，Second Life的月平均訪問人數超過1200萬人。

第二階段，以沉浸式虛擬現實為主。借助沉浸式技術和人機交互技術，沉浸式虛擬現實實現了由“平面式、被動式、單向型”向“立體式、主動式、互動型”的突破。尤其是從2016年之后，以Oculus和HTC Vive為代表的VR終端設備得以迅速發展，用戶在虛擬世界中產生的感官刺激（視覺、聽覺、觸覺）都可以通過VR裝置和體感設備轉化為現實世界真實的感官體驗，而不再受傳統物理條件的限制和約束，其沉浸感大大增強。

第三階段，以擴展現實和數字孿生為主。隨著5G、云計算、人工智能等新一代信息技術與VR技術的深度融合，更為成熟的元宇宙技術體系得以逐漸成型。其中，5G的高速率、低時延、大規模設備連接等特性能夠將地理上分布的多個用戶或多個虛擬世界相連，使每個用戶能夠同時加入到同一個虛擬世界中，共同體驗虛擬經歷。基于VR/AR/MR的擴展現實技術實現了從現實空間到虛擬空間再到虛實融合空間之間的跨越;數字孿生技術是虛擬現實應用的深化發展，將實物對象空間與虛擬對象空間聯通，實現真實世界與虛擬世界之間的無縫融合和有機聯通。大數據、云計算和人工智能為元宇宙提供了強大的算力基礎和智能化支撐，有助于推動元宇宙更高質量發展。

第四階段，元宇宙初現端倪。借助腦機接口將徹底打破現實與虛擬之間的壁壘，用戶可使用意念自由控制虛擬身體各個部位，隨心所欲地與虛擬世界進行交互。同時腦機接口的雙向傳輸功能，可以將多種感官的反饋通過腦信號傳遞給用戶，獲得與現實世界相同的感官體驗，實現人與虛擬世界的融合。區塊鏈技術是元宇宙實現升維的關鍵技術，借助區塊鏈技術既可建立現實空間與虛擬空間的經濟聯系，又能實現虛擬價值和真實價值的統一。元宇宙將實現人與虛擬世界、現實世界與虛擬世界的融合。

三、元宇宙應用于在線教育的理論基礎

元宇宙塑造了視覺沉浸的在線教育立體空間場域，支撐其科學發展的相關理論將從離身向具身轉變。概括來看，具身認識理論、分布式認知理論和沉浸理論為元宇宙在教育中的應用提供了理論啟示。

1.具身認知理論

具身認知理論基于對傳統“身—心”二元認知觀的批判，認為認知的形成是大腦、身體與環境間相互作用的結果。身體的感覺運動系統、形態結構和經歷體驗等都將影響認知的形成與發展。F.瓦雷拉（F. Varela）等對“具身”一詞進行了如下闡述：“第一，認知依賴于經驗的種類，這些經驗來自具有各種感知運動的身體;第二，這些個體的感知運動能力自身含在一個更廣泛的生物、心理和文化情境中”（F.瓦雷拉等，2010）。具身認知理論的核心在于強調身體參與認知過程、身體與環境的具身交互等，因而在認知形成過程中要注重置身情境、身體感知與動態交互過程。元宇宙支持與賦能的在線教育能夠讓學習者置身于更為廣闊的社會文化情境中，充分調動身體感覺運動系統與環境世界進行具身交互，以更好地促進學習者認知的形成。

2.分布式認知理論

分布式認知理論認為認知分布于個體內、個體間、媒介、環境、文化、社會以及時間之中（Cole et al.，1993）。分布式認知是一種認知活動，是對個體內部表征與環境外部表征進行信息加工的過程（Chuah et al.，1999）。因此，相較于傳統認知理論而言，分布式認知理論強調認知活動的系統性，認為認知活動中的各要素是緊密相連的，而且都對認知活動發揮相應的功能作用，其不僅關注認知過程中個體內部、個體之間以及與人工制品的交互作用，也強調認知活動的環境根植性與分布性。分布式認知是對傳統個體認知觀的超越，將功能系統作為新的分析單元，認為認知存在于學習資源、學習環境、學習者使用的工具、學習者間的交互以及所有學習者之中（陳錦昌等，2016）。因而，分布式認知理論對基于元宇宙開展在線教育具有兩方面的啟示，一是為元宇宙環境中學習資源、學習工具以及學習活動的選擇與設計提供了指導;二是要注重學習者個體間的交往互動。

3.沉浸理論

沉浸理論（也稱為“心流理論”）是由米哈里·契克森米哈賴（Mihalyi Csiksczentmihalyi）等提出的用于描述人全身心地投入某種活動，不受周圍環境其他因素影響，并達到一種極致愉悅的心理狀態（Csiksczentmihalyi et al.，2004）。“挑戰”與“技能”的關系被認為是影響沉浸的主要因素，已有研究發現，只有同時面臨高挑戰與擁有高技能時，沉浸體驗才有可能發生。還有研究者發現能夠產生沉浸體驗的游戲類型幾乎都是第一人稱或角色扮演類游戲（王辭曉等，2017）。另外，沉浸體驗的產生還需要學習者自由開放地參與到相應的活動中。總之，沉浸理論描述的是學習者參與活動的“沉浸”狀態，能夠為元宇宙支持下在線教育的學習活動、學習任務以及探究項目設計提供參考與方向，以提升在線教育中學習者的參與感和學習動機。

四、基于元宇宙的智能在線學習環境構建

當代學習環境正在轉向智慧、非正式、整合、互動和創新。欽（Chin，2011）指出智能學習環境需要支持學生個性化學習、終身學習和可持續發展，黃榮懷等（2012）認為智慧學習環境包括感知環境、記錄過程、識別情景和聯接社群等顯著特征。新興技術聚合賦能正引領智能學習環境由線下到線上，再到線下與線上深度融合的方向發展，元宇宙為探索智能在線學習環境提供了全新的視角。為此，筆者將從技術架構、系統結構、組成要素和培養目標等方面嘗試構建基于元宇宙的智能在線學習環境（如圖1所示）。

1.技術統攝：元宇宙智能在線學習環境的構建基石

元宇宙順應了第六次科技革命顛覆性、智能化、綠色化和國際化的發展理念（張學敏等，2021），將“單技術—復合技術—富技術”（沈書生，2018）的技術發展軌跡繼續向前推進，通過統攝各種技術將表現出擬人性的新智能。綜合來看，元宇宙主要依托的底層技術涵蓋：

5G/6G網絡環境。元宇宙將借助5G/6G打造新一代通訊網絡，徹底突破智能技術融合賦能的通信屏障。元宇宙網絡融合云計算、泛在計算和邊緣計算，架構形成新型的技術聯通場域，推動“信息—物理—社會”的深度融合。元宇宙網絡的發展指向“萬物智聯，數字孿生”（IMT-2030（6G）推進組，2021），顯現出智慧內生、安全內生、多域融合和算網一體的創新特征。基于元宇宙沉浸多感網絡，將可實現沉浸式云擴展現實、全息通信、感官互聯、智慧交互等事件的實時控制。

資源生產。元宇宙將借助人工智能技術，形成資源生態發展場域：首先，持續智能產生海量的挖掘內容，實現元宇宙資源的動態生長。其次，按需智能生成個性化學習資源，實現元宇宙資源的智適應動態推送。第三，資源智能審查全覆蓋，實現元宇宙資源的安全與合法。

大數據處理。元宇宙將深入推進計算系統的智能化，架構符合Web3.0資源聚合配置的服務體系。在智能技術的加持下，云計算將促進元宇宙在線教育系統硬件的智能虛擬化和軟件的智能服務化改造，形成各子系統深度智能整合的新模態。通過云層的數據云、資源云和服務云，可實現元宇宙中數據上通下達的無縫轉化銜接，生成元宇宙在線教育新的邏輯框架、體系結構與服務模式，實現可配置伸縮、多元資源融合共享和動態精準服務等。

認證機制。區塊鏈具有去中心化、可追溯、不可篡改和去信任化等顯著特征，將推動元宇宙世界生產關系的變革，從信息網絡轉向價值網絡，形成同智能在線學習環境相匹配的認證生態系統。在資源建設方面，區塊鏈技術有助于形成元宇宙在線資源存儲、連接、交易、共享和管理的生態系統，實現資源的最優化流通與配置。在學習認證方面，區塊鏈技術將有助于推進學分認證、學習成果認證和能力認證等，實現認證管理的智能、安全、高效和共認。

交互界面。元宇宙將超越圖形界面交互階段，真正轉向基于現實的人機交互（Reality-Based Interaction，RBI）新階段。從人機協同的體感交互視角，元宇宙在線學習交互將融合動作、觸覺、眼動、手勢和肌電等多通道方式，實現具身自然交互。從人機共生的腦機交互視角，元宇宙將通過腦機接口建立與人腦的直接關聯，實現腦神經信號與外在表征建模的動態轉化，塑造理想化的意念學習體驗。

2.系統結構：元宇宙智能在線學習環境的空間塑造

潘云鶴院士提出，人類生存空間已經擴展到三維空間，即物理空間、社會空間與信息空間（潘云鶴，2018）。根據保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）等人構建的真實環境與虛擬環境的連續體模型（Milgram et al.，1994），虛擬空間正在增強現實，甚至創造“現實”成為人的第二生存空間。元宇宙代表了空間連續的理想形態，升級甚至顛覆了人們對于傳統環境結構的認知。從技術賦能的視角進行分析，元宇宙智能在線學習環境的系統結構包括：

第一，構造環境，即師生所處的感知共生場域。元宇宙構造環境既賦能現實，又超越虛擬，學習者可進行泛在、自由和富有成效的學習。其組成部分包括：真實鏡像，即將現實物理學習環境進行三維全景采集，根據需要融入元宇宙環境中作為背景，實現真實再造;虛擬造物，即滿足學習者的認知需求，塑造甚至創造學習對象，實現對學習對象的深度宏觀認知與微觀體察;穿戴設備，即有助于增強學習者在元宇宙環境中的感知體驗，實現沉浸學習，設備形態將變得更加智能、靈活與貼合;學習場域，即學習事件展開的發生情境，將情境預設、動態建模與師生過程編輯相結合，可動態生成理想的學習場域。

第二，信息環境，即動態數據流通與資源服務環境。元宇宙不僅能智能供給資源，而且讓學習者深處資源之中，達到資源服務與學習者認知的智能耦合。其組成部分包括：數據聚合，即將學習者的歷史數據與動態的行為、生理、心理和認知等數據進行有機整合，及時反饋給系統、教師與學習者自身，以動態優化教學過程;知識生長，即建立智能化的知識資源庫，形成原生資源、動態資源與再生資源的知識流轉循環，實現知識的動態更新;動態服務，即打通知識呈現、場景表現、路徑優化與智能推送的邊界，以降低認知負荷，實現“所思有所得”;虛實聯通，即實現元宇宙中的信息與現實世界的信息無縫對接。

第三，心理環境，即師生動態性與持續性的主觀整體感受。元宇宙能滿足學習者的整體性心理需求，為其身心創造了全新的安放之所。其組成部分包括：場所感，即元宇宙能創造讓學習者產生身份認同、功能依賴和情感依戀的學習居所感受;具身感，即通過身體參與運動、相稱姿態動作和感知增強等沉浸式交互，可產生環境、認知和身體高度融合的在場體驗;臨場感，即通過創設良好的自主探究、合作探索和意義整合的環境，可促進學習者情感表達、開放溝通和團結協同的感受;認同感，即學習者擁有對所處環境和自身有價值或有用的評估，能讓學習者產生較高的心理認同和規則認同。

第四，文化環境，即師生共同的外在行為遵循與內在價值認同。元宇宙將重塑環境與人的關系，形成多元、和諧、開放和生成的文化場域。其組成部分包括：人機協同，即將人類智能與機器智能進行有效融合產生“協同智能”（蔡連玉等，2021），元宇宙中的智能技術廣泛參與到目標制定、內容生成、過程規劃和結果評估之中，可形成人—技互為主體的學習生態;秩序規范，即在元宇宙所形成的社會準則影響下，重新建構學習環境的運行準則;人際交往，即在元宇宙富媒體學習環境中，所形成的自由、平等、公正的人際關系;價值觀念，即對元宇宙學習環境中的自我、行為、規則、品德等的綜合認知。

3.組成要素：元宇宙智能在線學習環境的核心表征

關于學習環境的構成要素，布倫特·威爾遜（Brent Wilson）提出資源、工具和人際關系的“三要素說”（Wilson，1995），大衛·喬納森（David Jonassen）等在此基礎上增加了問題空間、社會性支持和案例等要素（Jonassen et al.，2012），黃榮懷等則將學習環境的構成歸納為資源、工具、學習社群、教學社群、教學方式和學習方式6個要素（黃榮懷等，2012）。元宇宙智能在線學習環境將重新塑造、深度聚合原有要素，聚焦學習者中心、知識中心、評價中心和共同體中心等多種視點，從而形成自身獨特的構成要素群。具體來看，主要包括以下8個部分：

復合資源。資源結構具有場域特征，融合情境、內容與活動進行綜合建構;資源表現具有多模態性，同一資源具有多種呈現形式，能夠滿足不同的學習需求;資源生成具有動態性，包括內容聚合與場景建模;資源體驗具有多視角性，包括第一人稱視角的親身經歷，以及第三人稱視角的觀察學習等。

智能工具。產生身體操縱感，通過可穿戴設備可產生真實觸感;能夠及時反饋，對于作用效果能進行可視化動態呈現;可選多種形式，允許個性化選擇場景學習工具;高效舒適體驗，能夠智能化滿足學習需求實現“人體的延伸”。

意象活動。創意活動情境，師生既可利用情境庫中的場景，也可進行組合創造;編輯活動過程，師生可根據活動需要改變情境布局，將個體空間活動與共同體活動有機結合;反饋活動成效，可對整體活動進行深度數據挖掘和分析，為個體和共同體提供可視化的分析報告等。

全人評價。個體的成長性評價，既可持續進行形成性與總結性評價，又可將數據即時匯入歷史數據以綜合評估個體成長狀況;群體的發展性評價，對基于新型人機和人際關系形成的教學共同體進行動態追蹤，有效監控、評估其整體性發展成效等。

精準教學。基于環境智能對學習者個體的適應性反饋，包括學習行為適應、學習路徑引導、學習過程干預和學習資源推送等;教師對學生群體的最優化干預，基于大數據分析，教師可不斷優化改進教學設計、教學輔導和教學決策，實現精準化的教學供給等。

具身學習。多感知交互，可調動身體的多種感官，融合鄰近、泛在、多模態、可植入等多種交互類型（王辭曉，2018），實現技術增強且近乎自然的交互;多通道交互，可通過語音、動作、眼動、手勢等不同方式達成行為目標;“親歷性”交互，“親身經歷”學習事件發生“現場”，既能代入真實，又能規避風險。

學習伙伴。元宇宙中的“人際”關系將超越現實束縛，形成更為緊密的伙伴關系。主要類型包括：虛擬伙伴，即由智能技術塑造的虛擬影像，學習者可自由更換其外形;化身伙伴，即其他學習者的虛擬化身，學習者也可對其外形進行一定程度的編輯;全息伙伴，即其他學習者的真實鏡像。元宇宙將塑造更多的伙伴類型，形成多樣的伙伴關系。

教學類群。教師也可塑造與學習者相同的存在類型。主要包括：虛擬教師，即由智能技術合成的具有真人外表的虛擬影像，可以根據教學情境需要進行自由“變身”;化身教師，即教師以化身的形式展開教學;全息教師，即教師以真實鏡像展開教學。

4.培養目標：元宇宙智能在線學習環境旨在促進學習者深知生慧

元宇宙智能在線學習環境消除了傳統網絡在線教學時空分離的障礙，實現了時空再融合，產生了超越時空距離的新型“共在”形式。同時，它又打破了傳統課堂教學時空禁錮的藩籬，扭轉了課堂中師生地位天然“失衡”的狀態。這將從根本上變革傳統的教學結構，形成優于傳統網絡教學與課堂教學的新型教學組織形式。因此，元宇宙在線教學不僅能達成傳統的教學目標，而且能深入挖掘學習者的潛能，促進學習者的智慧生成，從而適應新時代對于智慧型人才的新需求。

第一，深知。學生者處于知識情境之中，能具身體驗完整的知識學習過程。具體階段包括：發現，即在構造情境中識別問題背景、甄別問題類別，找尋解決方法和路徑;構想，即利用復合資源和智能工具進行試驗探索，形成多種備選的解決方案;抉擇，即在智能評估工具的幫助下，對于多種方案進行比較、選擇和實施，選擇最優解決方案;歸納，即對學習過程、知識獲得和使用方法進行反思總結;創造，即自身創設多元情境，探索問題的更優化解決方案;評價，即將過程智能評價分析與自身反思性評價相結合，形成完整的評價結果。在知識學習過程中，元宇宙智能在線學習環境有助于學習者更加高效地完成事實性知識的習得，參與多種情境的學習活動，進行深度的知識創造。由此，從知識生成與發展的視角來看，元宇宙智能在線學習環境有助于知識外顯化、內隱化、組合化和社會化的知識流通場域構建（Nonaka et al.，1995），并形成顯性知識與隱性知識相互轉化的知識發展螺旋。

第二，生慧。學習者在完成對知識深度學習的同時，將轉向更為高階的“智慧成長”（曹培杰，2018）。從智慧的內涵來看，智慧在構成上可以解構為三個要素（楊鑫等，2020）：面向學生認識的工具思維，即學生問題解決、規律探索和新知創造的求真思維;面向人際關系的價值思維，即學生社會認知、生活交往及集體意識的求善思維;面向自我認知的意義思維，即對于生命樂觀認知、積極體驗的求美思維。元宇宙學習環境中人之慧與技之智融合賦能，共同培育生成學生的智慧結構（王星等，2021）：基礎層次，即符合人工智能時代需求的共性素質，涵蓋信息素養和人文素養的素養智慧，以及通過解構材料、匹配活動和塑造模式展現的思維智慧;實踐層次，即指向學習者外在的智慧行為，包括由形成規范、自制情意和合理抉擇構成的學習智慧，以及由建構知識、提煉范式和融合創新構成的學科智慧;品質層次，即妥善處理好主我—客我、人—我和物—我關系的道德智慧。

五、元宇宙變革在線教育的關鍵領域

基于元宇宙的在線教育將進入體驗化學習和沉浸式交互的創新發展階段。這將打破以二維網絡技術主導的在線教育發展瓶頸，形成視覺沉浸與人工智能無縫交融的理想空間形態，實現人的認識世界與虛實共生的感知世界的再融合。因此，在技術融合發展、商業創新驅動和學習創造體驗的交叉賦能和螺旋發展進程中，在線教育將迎來轉段升級的創新奇點，實現發展形態的實然躍升。

1.元宇宙在線課程資源

元宇宙將聚合多元技術形態，形成虛實融合的沉浸式視覺在線課程新形態。元宇宙在線課程資源具有以下特征：一是課程內容的精細解剖，即將學習對象進行案例具象，通過對其進行旋轉、縮放、拆分等具身操作或情境化展示，探尋概念暗含的內在邏輯;二是課程架構的靈活組合，學習者既可在原有課程設定序列中學習，也可個性化訂制場景序列組合，還可加入自制場景進行課程再造;三是課程升級的共同塑造，即通過完整記錄師生的學習歷程，把教與學留下的數據進行深度挖掘與分析，以動態反饋于課程資源的優化更新。

從體驗的主體參與程度來看，課程資源的類別可以劃分為如下三類：

其一，基于旁觀者視角的“他者”課程。學習者以第三人稱方式，通過“漫游”的形式進行體驗學習。該種課程以電腦、平板或智能手機等顯示設備為終端，既可以是平面顯示形式，也可以是加入增強現實或增強虛擬設備后的立體顯示形式。該類課程內容、學習路徑、交互方式等被預先設定，學習者以有限的操作權限和有限的沉浸感知開展學習。

其二，基于學習者視角的“主體”課程。學習者以第一人稱方式，通過“沉浸”的形式進行體驗學習。該種課程以可穿戴虛擬現實設備為基礎，學習者的感官沉浸程度與穿戴設備的豐富和契合程度有關。該類課程雖然也經過預先設定，但是學習者具有更多的操作自主權。伴隨學習者感官真實反饋程度的加深，該類課程將逐漸成為元宇宙課程的主要表現形式。

其三，基于“超越者”視角的“真實”課程。學習者以“第二人生”的方式，通過“再造生命”的形式進行體驗學習。該種課程以計算能力的飛躍發展為基礎，以腦機接口技術為依托，以神經傳輸的可連接、可計算和可解釋的實現為標志。學習者完全“生存”其中，虛實融合場景具有理解智能，能夠根據學習者思想的變化而動態建模，真正實現“所思即所得”。

2.元宇宙在線教學方式

教學的靈活化、在線化和終身化是未來教育的新常態。羅德·吉欽斯（Rod Githens）認為增強人際互動以消弭時空阻礙是提高在線教學成效的關鍵（Githens，2010）。盡管在線同步視頻教學已經步入常態化，但是二維網絡技術尚無法真正實現人際再融合，主要表現在“技術在場”掩蓋學習規避、技術誤用致使價值湮沒、交互迷失導致情感缺失和技術“集置”產生教學異化（劉敏等，2021）。可見，目前在線教學在交互、情感、質量、主動性等方面尚難以取得實質性發展。而元宇宙在線教學為解決上述難題提供了可能途徑。

從元宇宙在線教學的應用場域來看，主要可以劃分為如下三種類型：

其一，社會化在線教學。基于分布式虛擬現實，學習者可以選擇大型的虛擬學習社區或者虛擬課程平臺進行注冊學習。身處異地的不同終端學習者通過化身可共享相同的虛擬學習空間;還可根據元宇宙中的社交規則，進行資源共享、合作互動和具身體驗等活動。學習者可以穿梭于不同的學習場景，開展自主學習、探究式學習、合作學習和創造性學習等，學習者還可與其他化身、虛擬人等進行多元互動。教師可以通過教師類群組織講授、展示與分享等活動，設置靈活的教學模式，按需切換教學發生的場景，根據精準反饋信息進行教學干預。這種教學方式將消除教與學的界限，使得師生共同在境脈體驗學習中重建社會關系。

其二，融課堂在線教學。元宇宙在線教學將真正打破傳統課堂教學的封閉狀態，使課上教學與課下學習真正融合起來。教師類群將同時面對本地課堂學生與異地終端學生，教師在本地仍采取自然的授課方式，而異地學生主要有兩種參與方式：一是對授課教室進行虛實融合化處理納入元宇宙在線教學系統，讓異地非注冊學習者通過化身形式參與課堂學習;二是對于注冊的學習者，通過全息投影等技術將影像顯示在本地教室中，或者顯示在教師控制屏幕中，讓學習者參與真實的課程互動。如此真實課堂將被徹底開放，學校的教學受益面將被最大化。

其三，實驗化在線教學。元宇宙在線實驗教學將超越真實，再現“真實”情境，展現反應現象，進行過程記錄和規避潛在風險。從實際需求來看，主要包括三種類別：一是流程體驗類，該類實驗主要面向特定的服務行業，在制作過程中需要精準滿足流程中的規則要求，讓學習者切身感受到“實景實情”。二是仿真操作類，該類實驗需要通過準確的操作產生對應的反饋，反饋可以是文字、實驗結果或現象等，關鍵在于反饋的科學性。三是終端實體操作類，該類實驗以虛擬對象作為中介而操作真實對象，既能獲得真實實驗結果，也規避了潛在的實驗風險，關鍵在于操作過程感知要盡量與實際操作相吻合。

3.元宇宙在線學習支持服務

學習支持服務是在線教育的核心要素，對于提高學習質量、降低輟學率具有重要作用。基于新興技術的創新服務發展方興未艾，然而目前大眾對在線學習支持服務的滿意度并不高（方旭等，2016），元宇宙通過構造在線教育的“微世界”，可實現對學習支持服務體系的科學構建。首先，數據驅動，元宇宙在線教學系統將實現覆蓋全域的數據整合閉環，以優化動態服務決策。其次，智能輔助，元宇宙在線教學系統能夠智能識別教與學的過程需求，將支持服務自然融入到教與學的過程之中。再次，貫穿過程，元宇宙在線教學系統提供的支持服務將覆蓋學習、生活、工作等方方面面。最后，綜合服務，元宇宙在線教學系統將發揮瞬時服務的多線程特征，實現支持服務的教、學、管、評于一體，使多類型支持服務形成聚合之力，發揮最佳之效。

從支持服務的類別來看，主要可以劃分為如下三種類型：

一是基于虛擬助理的學習“全視角”支持服務。元宇宙中的虛擬助理擁有豐富的外在形象，學習者可以根據個人喜好進行選擇。有研究表明，虛擬人通過表情變化、肢體互動具有更強的吸引力，能夠有效激發學習動機，減認知負荷，增強學習效能感（Elliott et al.，1998）。基于虛擬助理的在線學習支持服務涵蓋：資源推送服務，即依據學習者興趣、學習內容、知識情境、社交網絡等進行動態場景化推送;教學互動服務，即通過開發虛擬助理可為學習引導提供服務（Almajano et al.，2014）;情緒調節服務，即通過情緒識別和情緒調節來激發學習者的積極情感等。

二是基于人機協同的教學“智慧型”支持服務。元宇宙智能環境具有“外在之智”的特征，對于教師與教學過程能實現“人性化”理解。首先，在課前階段，可根據教師需求提供智能化的教學設計方案和配套資源，教師只需進行簡便操作就能達到修正優化的目標。其次，在課中階段，可綜合動態分析學生個體與班級群體狀況，提供科學的教學決策與干預策略，并同教師一起完成“雙師”協同教學。第三，在課后階段，可進行智能化的作業評判，實現動態性作業反饋與綜合分析，并且輔助教師完成教學反思，助力其信息素養和專業技能提升。

三是基于流程再造的管理“一站式”支持服務。元宇宙在線教育將建成統一的數據中臺系統，實現多模態數據的生態化共生，使各個管理子系統的決策實施更加科學化、智能化。首先，全面提升單個管理服務事項成效，應盡量壓縮辦理環節，開展個性化辦理服務，并且跟蹤事項辦理的全過程。其次，智能整合多個管理關聯事項，應實現底層智能聯通，根據某一事項變更情況動態更新關聯事項數據，并且對辦理路徑給以智能引導。最后，根據管理事項變更及技術發展情況，對管理事項實施流程進行動態優化，并對關聯事項進行動態調整。

4.元宇宙在線教育認證機制

在線教育認證的發展正在提高線上學習的含金量，正如雷德·霍夫曼（Reid Hoffman）所言，“未來將可以用一紙文憑記錄在不同機構中的正式、非正式學習經歷，以及具體的學習數據和獲得的能力。”（Hoffman，2016）元宇宙在線教育將在原有認證體系基礎上，整合大數據、人工智能與區塊鏈等技術，形成在線教育認證新生態。元宇宙在線教育認證機制重構了教育新生態的發展之基，將從宏觀上使全社會再次共享教育發展紅利，中觀上優化公共教育資源配置，微觀上實現人人充分發展的全納教育。從個體發展的視角，其主要涵蓋以下三個層面：

一是基于“身份認證”實現個體社會存在。學習者在元宇宙中擁有唯一的身份標識，這一身份標識在建構的初始階段需要合理映射現實身份，既要反映現實身份的主體層面，便于與現實身份銜接，又要體現虛擬身份的再造性，預留發展空間。此外，學習者基于自身發展的“身份”參與到更加契合的“學習圈”，進行富有成效的正式與非正式學習，可以顯著提升在線知識學習的效果（Iriberri et al.，2009），此時，學習者不僅有外在體驗的存在之實，又有內在認同的存在之感。

二是基于“成長認證”實現個體社會發展。學習者在元宇宙中經歷教育成長，元宇宙則能忠實記錄學習者的學習歷程，并進行社會化轉化。一方面，元宇宙能終身記錄學習者的學習軌跡，并進行分門別類的動態整理分析，而且與學習者唯一配屬實現確權。另一方面，學習者的學習數據可全過程追溯，有效保護學習者的學習成果和知識產權。此外，構建成果認證體系有助于對學習者的正式與非正式學習成果進行認證，并在必要的情況下實現與現實認證的有效銜接或互認。

三是基于“標準認證”實現個體社會建構。元宇宙不僅只在提供環境，而且還直接指向教育目標的達成，且能實現有機的社會性運轉，真正賦能構建人類生存的“第二空間”。一方面，需要建立元宇宙在線教育內部各子系統的關聯標準，使各子系統能夠互通有無，形成相互融合的發展生態。另一方面，應制定在線教育與元宇宙社會其他系統間的關聯標準，使在線教育成果及時為社會發展賦能。此外，應共同面對真實社會和未來元宇宙社會，形成面向未來公民的真實與虛擬的內在平衡標準，重塑正確的世界觀、人生觀和價值觀，發揮好在線教育在兩個社會協同發展中所起到的重要調和作用。

六、基于元宇宙的在線教育未來布局

元宇宙正在對在線教育發展產生革命性影響，我們正身處其中并將經歷這一變化。視覺沉浸技術將超越數學推理和科學實驗的認知局限，發展成為人類認識自然規律的第三類基本方法。元宇宙聚合了人類外化智能的各個技術領域，代表了視覺沉浸發展的高階形態。元宇宙對在線教育的重塑是突破性的，將成為智能時代教育轉段升級的創新奇點。基于元宇宙的在線教育發展具有前瞻性和緊迫性，需要超前布局，可重點關注以下探索：

1.加快推進新基建：構筑元宇宙在線教育的發展基礎

新基建是新一代信息技術發揮效能的基礎和關鍵，我國教育新基建的主要目標是“到2025年，基本形成結構優化、集約高效、安全可靠的教育新型基礎設施體系”（教育部等六部門，2021）。教育新基建的主要方向涵蓋信息網絡、數字資源、平臺體系、可信安全、創新應用和智慧校園等，具有泛聯、智能、融合、韌性、綠色、生態和治理等特征（祝智庭等，2021）。基于元宇宙的在線教育新基建需要進行頂層設計和科學布局：首先，示范引領，優先在智慧教育示范區進行試點建設，并且進行典型案例實踐示范，形成引領發展的建設效應。其次，研發推進，充分發揮產、學、研的協同效能，集中高校工程中心及企業研發優勢，打造多元的元宇宙在線教育產品。第三，政策保障，制定推動教育新基建發展的系列政策文件，并引導在在線教育領域先試先行。

2.建構研究新框架：形成元宇宙在線教育的發展動能

元宇宙對在線教育的塑造是系統性的，不僅體現在智能環境的構建、表現形態的創新以及運作流程的再造，更為根本的是推動理論框架的創新。理論框架的創新將會促進元宇宙在線教育的可持續發展。首先，研究新型的學習理論，廣泛吸取行為主義、認知主義、建構主義和聯通主義等學習理論的研究成果，研究以具身認知為內核的境脈學習新理論，聚焦學習者的內部變化過程。其次，研究新型的教學理論，探索“以教為中心”“以學為中心”和“主導—主體”理論在元宇宙中的實現形式，不斷嘗試具身空間創新教學理論建構。第三，創新研究方法，推動以大數據為基礎的研究范式轉型，注重對學習者全過程學習行為數據、生物性數據的科學治理，開展多模態整合研究和基于證據的教育科學研究。第四，樹立人才發展新觀念，即培養適應新時代的智慧型人才。

3.探索倫理新觀念：厘清元宇宙在線教育的發展邏輯

教育倫理具有發展的永恒性，又具有鮮明的時代特征。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，還可以是具有外化特征的智能“虛擬人”。因此，元宇宙在線教育環境中的倫理問題可以歸結為：人與物、人與“人”、人與“虛擬我”、“虛擬人”與“虛擬人”的關系問題。具體來看，從環境智能的視角涵蓋：一是涉及數據倫理問題，因此要做到數據采集全面、透明，數據存儲安全、可控，數據應用確權、科學;二是關于算法倫理問題，人工智能需要科學介入、準確介入和有效介入。從人與“人”關系倫理的視角涵蓋：一是教師與“虛擬人”協同問題，即教師需要合理利用虛擬智能，不能過度依賴“虛擬人”而喪失主體地位;二是學習者本我與“虛擬我”的角色更替問題，即需要學習者正確看待、開放悅納與有效駕馭重塑自我。

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收稿日期 2021-11-04 責任編輯 劉選

From Virtual Reality to Metaverse： A New Direction of Online Education

LIU Geping， WANG Xing， GAO Nan， HU Hanlin

Abstract： The Metaverse whose essence is an online digital space paralleling to the real world represents the latest stage of the development of visual immersion technology， and it is becoming a practical field for the innovation and development of human society. The technological evolution of metaverse development has experienced four stages， including desktop virtual reality， immersive virtual reality， extended reality and Metaverse. Beyond the barrier of time and space separation， the Metaverse will reshape the new form of time and space “coexistence” of online education and generate a Metaverse intelligent online learning environment. In terms of technical architecture， the intelligent online learning environment involves 5G/6G network environment， resource production， big data processing， authentication mechanism and interactive interface， includes structural environment， information environment， psychological environment and cultural environment in terms of system structure， contains composite resources， intelligent tools， image activities， whole person evaluation， precision teaching， specific learning， learning partners and teaching groups in terms of constituent elements， and emphasizes the promotion of learners’ deep understanding of wisdom in terms of training objectives. The Metaverse will deeply reshape the curriculum resources， teaching methods， learning support services and certification mechanism of online education. In the future， the Metaverse will become an innovative singularity for the transformation and upgrading of online education in the era of artificial intelligence， and it is necessary to advance the layout of Metaverse online education by accelerating new infrastructure to build its development foundation， constructing a new research framework to form kinetic energy for development， and exploring new ethical concepts to clarify its development logic.

Keywords： Metaverse; Online Education; Virtual Reality;? Intelligent Learning Environment