數(shù)字孿生技術(shù)的教育應用研究

張枝實

(浙江開放大學 職業(yè)學院，杭州 310030)

教育信息化步入2.0階段后，信息技術(shù)將更加深度、廣泛地給教育帶來深刻影響。在新時代教育信息化升級背景下，教育目標亟待從知識傳遞轉(zhuǎn)向能力提升，教育范式亟待從結(jié)果層面的經(jīng)驗總結(jié)轉(zhuǎn)向?qū)W習推進中的科學辨析，教育機制亟待從表層化粗放型管理轉(zhuǎn)向深層次精細化治理，教育形式亟待從保障成長階段轉(zhuǎn)向服務全生命周期。[1]

數(shù)字化技術(shù)是信息化的重要一極，正在不斷地加速融合生活、改變世界。所有企業(yè)都將化身為數(shù)字化公司，用數(shù)字化的創(chuàng)新理念來溝通和改善企業(yè)的內(nèi)、外部環(huán)境，改變整個產(chǎn)品的設計、開發(fā)、制造和服務全程。利用具有經(jīng)濟性和有效性的數(shù)字化技術(shù)，逐步實現(xiàn)管控產(chǎn)品的整個生命周期，不再需要完全依賴實物來表征設計理念、依賴實驗來驗證可靠性、依賴實測來洞察趨勢發(fā)現(xiàn)問題。

教育要更好地服務于“網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國、智慧社會”的戰(zhàn)略部署，順應數(shù)字化時代潮流和數(shù)字化革命趨勢，也必須具備充足的數(shù)字化能力，構(gòu)建“生態(tài)+智能+人本”的新的教育生態(tài)系統(tǒng)，[2]用信息技術(shù)推動教育教學實現(xiàn)深刻變革，成為人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新的源泉。

一、數(shù)字孿生的變革和機遇

數(shù)字孿生(Digital Twin)最初由美國密歇根大學Grieves教授提出，是指以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體虛擬模型，通過空間變換映射、虛實反饋交互、數(shù)據(jù)融合分析、檢測判斷評價、決策迭代優(yōu)化等手段，來全面、精準、高效、智能地展示物理實體在現(xiàn)實環(huán)境、全生命周期的過程行為。[3]作為具有巨大顛覆性和快速突破性的技術(shù)，數(shù)字孿生也正從新興狀態(tài)變得影響更廣泛、更有深度，被Gartner公司列為戰(zhàn)略性技術(shù)。

數(shù)字孿生最早應用于工業(yè)制造領域，在生產(chǎn)中發(fā)揮了很好的聯(lián)通物理和信息兩個世界的橋梁和紐帶作用。隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生的形態(tài)和概念不斷擴展，并逐步提升為多維動態(tài)的管理模式和解決方案，同樣對教育也會帶來深刻的影響。

(一)虛擬空間的大數(shù)據(jù)障礙

可驗證、可復現(xiàn)是檢驗科學的重要標志，也是教育科學能夠成為一門科學的基礎。教育服務人的成長進步，是一個綜合化的復雜系統(tǒng)，即便是在特定教育領域，僅憑有限條件和要素獲取優(yōu)質(zhì)、可供研究、大樣本甚至是全樣本的數(shù)據(jù)，來進行闡釋、甄選、判定，進而總結(jié)固化為規(guī)律，都是相當困難的。事實上，大數(shù)據(jù)還偏重結(jié)果統(tǒng)計，而不擅長因果探究，在缺乏認知的領域和層次，無法有效開展實證數(shù)據(jù)模擬、教學方案測試評估。

教育研究推進過程中，對于復雜系統(tǒng)、問題和對象，就必須以相對復雜方案、思維和手段處置。當探究教育原理的因果關(guān)系尚不清晰的情況下，可以先將相關(guān)數(shù)據(jù)提取、記錄、保存下來，然后再進行系統(tǒng)性的研究，找到線索、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、把握趨勢，變換為可行、通用的做法。實際上，對于我們采集到的教與學、管理與服務等關(guān)聯(lián)學習數(shù)據(jù)，以及師生的身體感應、情緒變化、行為舉止等量化學習數(shù)據(jù)，如果同步構(gòu)建一個孿生數(shù)字課堂，就有了新的實驗空間和研究思路，使得學習在實際行為發(fā)生之前都可以被模擬，對于教學、管理和服務的效果、質(zhì)量、缺陷進行定量和定性的預測、檢測和評測，并根據(jù)實際教學的發(fā)生情況進行及時、動態(tài)、靈活的調(diào)整，實現(xiàn)全新的學習設計。

(二)現(xiàn)實環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)困境

物聯(lián)網(wǎng)隨著技術(shù)的不斷進步，成本的不斷下降，集成化、通用化應用的不斷加強，已經(jīng)越來越深度地介入生產(chǎn)、消費、生活和服務等諸多廣闊的領域。但是物聯(lián)網(wǎng)在組建復雜、交互的系統(tǒng)中，正面臨著難以逾越的困境，因為無法充分對不同系統(tǒng)組件或部件間的相互作用進行清晰的分析和處理，無法充分應用操作數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)來優(yōu)化業(yè)務模式，無法充分對整個生命周期的生產(chǎn)過程進行檢測，也無法充分利用人工智能來改善工作流程，調(diào)整工作狀態(tài)和資源分配，以滿足形式多樣的需求預期。

數(shù)字孿生可以對過往、當前和未來某一工況進行數(shù)字化表達，更適用于應對復雜系統(tǒng)問題或流程建模。如果物聯(lián)網(wǎng)教學引入更多的數(shù)據(jù)變量，眾多層面持續(xù)、實時的相關(guān)數(shù)據(jù)都能得到重視和應用，并通過數(shù)字化形式對某一實體或流程進行動態(tài)呈現(xiàn)，將會覆蓋全部教學環(huán)節(jié)，有效提升學習效率，使納入物聯(lián)網(wǎng)教學系統(tǒng)的每一個元素，更富有活性和動能，也將帶來更多的學習增量。[4]

(三)人工智能的新時代挑戰(zhàn)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，人類將會步入具有人工心智“萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能”的物聯(lián)網(wǎng)時代，同時步入一個掌握“數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應用”趨勢的大數(shù)據(jù)時代。不管是哪個時代，都需要大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應用基礎上的數(shù)據(jù)清洗、標定和建模。這樣就勢必要引入人工智能技術(shù)，才能使這個過程自動化、專業(yè)化，最終進入虛實結(jié)合的“數(shù)字意識世界”。

可以說，現(xiàn)代人是一個智慧兩合體，一種是基于生物性的，經(jīng)過長期的生命進化，智商不斷累積，另外一種是基于機器的，通過自模擬、自學習而來，依托于較強的計算建模能力。對于生物智慧，可以通過傳統(tǒng)的學習環(huán)境和條件，經(jīng)過個體的努力進行培養(yǎng)和提高；而對于機器智慧，重點則是依靠功能日益強大的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，通過人工智能的關(guān)聯(lián)得以形成。可以預測，當學習個體轉(zhuǎn)換為數(shù)字鏡像之后，把基于實體物聯(lián)網(wǎng)的學習環(huán)境和流程方案，進行虛擬的數(shù)字化表達，就能夠更好地被大數(shù)據(jù)所分析，被人工智能所優(yōu)化。

二、數(shù)字孿生技術(shù)的教育影響和應用

數(shù)字孿生技術(shù)在教學上多種場景的應用和數(shù)據(jù)閉環(huán)的整合，破解了虛擬空間的大數(shù)據(jù)障礙；多場域的知識空間復現(xiàn)，消除了現(xiàn)實環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)困境；多維可視、親和力強的具象節(jié)點特征，順應了人工智能的新時代挑戰(zhàn)。[5]綜合來講，數(shù)字孿生技術(shù)對學習帶來的改變和應用如表1所示：

表1數(shù)字孿生技術(shù)的教育影響和應用一覽表

續(xù)表

三、基于數(shù)字孿生技術(shù)的教學應用設計

數(shù)字孿生的教學設計，可以憑借其全周期、全要素、全空間、全數(shù)據(jù)的四個特點，實現(xiàn)在真實環(huán)境與虛擬環(huán)境的深度融合，提升學習的全程適應能力、教學組織能力、擾動響應能力和異常解決能力，革新數(shù)字化學習思維和價值觀念。

(一)全周期的學習行為

數(shù)字孿生能夠構(gòu)建一條完整的數(shù)字路徑，覆蓋整個學習周期。在這個過程中，廣泛應用的物聯(lián)網(wǎng)設備，深度收集學習數(shù)據(jù)，從不同的學習維度，涵蓋學習需求設計、學習體驗和應用實踐等全周期，這樣就摒除了片面性、周期性教學設計的弊端。具體可以分為三個階段:

1.更加個性的需求設計

教學規(guī)劃設計階段，定位于學習者個性化全周期需求，在數(shù)字孿生的協(xié)同作用下，精確捕捉和比對各種教與學的參數(shù)，在需求分析、概念遴選、方案設計、詳細設計和虛擬驗證等目標指導下，以可視化的呈現(xiàn)方式，利用已有教學規(guī)律、教學實踐，通過可復現(xiàn)、可變構(gòu)、可變速的虛擬實驗，不斷挖掘產(chǎn)生新穎、獨特、具有價值的學習概念和方法，提升不同外部環(huán)境和不同學習個體的學習績效，形成系統(tǒng)全面的教學計劃和方案，使學習行為與教學預期進一步走向趨同。[6]

2.更加多變的學習體驗

中間學習主體階段，基于數(shù)字孿生的學習體驗，在規(guī)劃與執(zhí)行之間形成柔性關(guān)聯(lián)的閉合循環(huán)環(huán)路，所有流程都可以充分校準、回歸和調(diào)整。建立關(guān)鍵設備參數(shù)和監(jiān)控策略，通過采集教學實時運行、學習者量化和鏡像模擬的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)學習全程的可視化監(jiān)控，對異常情況作出及時響應和處理，并能定位問題和矛盾所在，從而保持最優(yōu)的學習體驗和目標路徑。將學習者數(shù)字孿生鏡像同真實環(huán)境和虛擬環(huán)境配合，還可構(gòu)成一個高度協(xié)同、高度集成的系統(tǒng)，模擬變化為不同要求、參數(shù)和服務的場景，探索不同組合、更多配置和多元支持的可行性，實現(xiàn)更智能化引導的學習過程。

3.更加定制化的服務實踐

學習目標達成之后，通常的教學及輔助系統(tǒng)就完成了預設目標，學習過程就將結(jié)束。但是在后續(xù)學習階段，即知識應用實踐階段，通過數(shù)字孿生，可以尋覓到一個“測試沙盒”，從中持續(xù)獲得學習體驗和績效，構(gòu)建可追蹤、可回溯的反饋機制，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗參數(shù)，使用人工智能開展趨勢和績效評價，洞悉客觀真實的學習效果，然后為學習提供優(yōu)化方案和創(chuàng)意，并將改進的教學支持交付給學習者，合理定制服務推送，開展后續(xù)學習補償，從而提升學習針對性和時效性，提升知識掌握黏度和技能應用強度，縮短學習周期。

(二)全要素的互動運行

數(shù)字孿生至少需要數(shù)字模型、學習環(huán)境以及服務應用三個要素才能保證順利運行。滿足教學設計、管理服務、資源建設、學習輔導的多維關(guān)聯(lián)模型是實現(xiàn)數(shù)字孿生應用的“心臟”，也是將構(gòu)想變成理論，由理論轉(zhuǎn)為實踐的核心組件。復雜數(shù)字環(huán)境下孿生模型的仿真設計、虛實數(shù)據(jù)的交互融合、動態(tài)應用的推廣使用都是建立在全要素學習環(huán)境之上的，這也是數(shù)字孿生互動運行的“肌體”。服務應用是數(shù)據(jù)孿生架構(gòu)搭建、技術(shù)應用及開展數(shù)據(jù)交換的主體，發(fā)揮“動脈”的作用。

1.多維關(guān)聯(lián)模型是引擎

數(shù)字孿生模型可以為學校構(gòu)建虛擬數(shù)字孿生課堂，為學習者構(gòu)建數(shù)字孿生畫像，為教師構(gòu)建數(shù)字孿生管理流程，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實時記錄師生在學校內(nèi)的行為軌跡、情緒波動，及時獲取課程參與、成績變化、學習評價等學習數(shù)據(jù)，以及學生生活狀況等反饋數(shù)據(jù)，選擇合適的方案和辦法進行數(shù)據(jù)歸類、篩選、提取，對師生學習、生活和工作變化等進行智能化、模塊化、全面化的多維管理和分析，并配置功能合適、多樣的物聯(lián)網(wǎng)學習設備保障教學開展，從而滿足碎片化、網(wǎng)絡化、移動化學習需要。

2.虛實疊加環(huán)境是載體

真實學習環(huán)境和虛擬學習環(huán)境疊加作用，確保數(shù)字孿生的教學、管理、服務、監(jiān)控和保障系統(tǒng)等連為一個有機的整體，學習空間真實映射、實時交互、閉環(huán)控制，開展正常的學習活動。數(shù)字孿生將由大數(shù)據(jù)學習分析“黑箱”，對因果關(guān)系分析和流程追蹤，轉(zhuǎn)變?yōu)楦黜椊虒W環(huán)節(jié)、過程透明可辯，實現(xiàn)從量化學習數(shù)據(jù)到模擬學習數(shù)據(jù)的決策應對和動態(tài)響應。由物聯(lián)網(wǎng)設備的被動服務、固定配置向自學習、自組織、自適應轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)教學任務組合整體優(yōu)化，程序更加合理，組織愈加嚴密。

3.動態(tài)服務應用是橋梁

數(shù)字孿生應用生成的智能應用、精準管理和可靠運維等功能，都是以評估、控制、優(yōu)化等各類信息服務應用平臺和系統(tǒng)進行串聯(lián)、溝通和交互，保障智能學習運行、精準管控與可靠運維服務。學習過程由實體學習工作流程向虛實結(jié)合的互動學習過程轉(zhuǎn)變，構(gòu)建信息可見、過程可現(xiàn)、軌跡可循、狀態(tài)可查的學習融合系統(tǒng)。數(shù)字孿生體現(xiàn)了真實、虛擬和物聯(lián)網(wǎng)回饋的機制，服務系統(tǒng)是一種向?qū)W習者提供不同學習產(chǎn)品定制組合的價值提供系統(tǒng)，通過不同模塊組合的智能分析決策、快速服務配置和體驗供給等，借助要素間的虛實同步，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置與融合。

(三)全空間的學習保障

孿生數(shù)據(jù)的信息物理融合必然要依托物理要素的智能感知與互聯(lián)，虛擬模型的構(gòu)建、連接和交互，以及應用服務的生成和集合。這個過程貫穿于學習各個方面，是每個應用實現(xiàn)的根本，也是數(shù)字孿生落地應用的基礎性保障。數(shù)字孿生的學習空間，首先要完成空間的融合，其次要滿足個體的情境，第三要在孿生體之間發(fā)生很好的互動。

1.融合化學習

數(shù)字孿生需要具備對真實學習環(huán)境和虛擬學習環(huán)境全面、綜合的描述能力，獨立、交叉的耦合能力。數(shù)字孿生廣泛應用超靈敏超精確行為識別技術(shù)，如視覺傳感、聽覺傳達、觸覺反饋、體感標識技術(shù)等，形成全感知體驗；應用透明視頻、裸眼3D、全息投影等超高靈活性顯示技術(shù)，快速準確進行狀態(tài)表征；應用AR/VR/MR等，實現(xiàn)虛擬助手輔助功能；應用超低時延、超高速率交互、通信技術(shù)，可以保證完整充分的人機交互。融合化的學習，可以構(gòu)建更富有邏輯鏈、故事線和游戲化體驗的學習，使概念性和理論性的教學難點，通過碎片化、數(shù)字化的學習過程得以解決。

2.情境化學習

“時時、處處、人人”的教育體驗創(chuàng)設的是沒有圍墻的校園，隨后迭代升級的可能是沒有桌椅的數(shù)字孿生教室。數(shù)字孿生將促進虛擬世界和現(xiàn)實世界在時空領域轉(zhuǎn)換為“體驗場”和“生活區(qū)”，各種學習設備搭配靈活、使用更加廣泛，形成一個情境化的學習環(huán)境，將促進學習的良性互動以及學習者的深度參與。單個的虛擬空間或者現(xiàn)實空間，都沒有兩者疊加起來帶來的學習機會更多，而且增加的學習活性和維度將幾何倍增。過往難以實踐的新興教學方法和策略將會有探索推行的可能，將激發(fā)更強的參與性、協(xié)作性和積極性，強化學習動機，固化學習目標，優(yōu)化學習黏度，完成教學設計和學習創(chuàng)造。

3.互動化學習

數(shù)字孿生營造下的真實和虛擬兩種環(huán)境、兩個個體、兩類信息，從傳統(tǒng)的一對一人機學習交互，轉(zhuǎn)變?yōu)槿臻g綜合聯(lián)動，能夠直觀地顯示并改善學習策略和方法，主動而有效地聚焦學習問題，挑戰(zhàn)原有假設，能夠綜合地考慮虛實共生問題，完成各種線性和非線性、時變和時不變等跨空間的各種映射，有效支持復雜學習全空間的定向引導、快速供給、智能服務、效應分析。數(shù)字孿生也使教學管理適應課堂內(nèi)外更加活躍、多元、開放的變化，學習者由被動響應提升到互動需求。

(四)全數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)驅(qū)動

數(shù)據(jù)孿生的學習方式由傳統(tǒng)的經(jīng)驗與知識引導向?qū)\生數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變；管理模式由層級控制向扁平化溝通轉(zhuǎn)變；服務類型由整體派發(fā)向人性化一站式定制轉(zhuǎn)變；數(shù)據(jù)來源由階段性、過程性、小樣本向全周期、實時化、集成化轉(zhuǎn)變；過程控制由粗放運維向精確定位轉(zhuǎn)變；交互方式由離線更新向?qū)崟r傳遞轉(zhuǎn)變；調(diào)度要素由實體提取向虛實映射轉(zhuǎn)變；驗證方式由個體抽樣向高逼真度虛擬驗證轉(zhuǎn)變；響應方式由被動滿足向主動應對轉(zhuǎn)變。

1.大樣本互聯(lián)互通

孿生數(shù)據(jù)源于虛實空間、數(shù)字模型、應用系統(tǒng)，產(chǎn)生于各部分和各流程，這些是數(shù)字孿生最核心的資源，沒有多元融合的數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生就失去了運維的基礎。孿生數(shù)據(jù)具體包括教學、管理、服務等過程性數(shù)據(jù)，教室、設備、資源等保障性數(shù)據(jù)，成績、影響、效果等評價性數(shù)據(jù)。要在數(shù)字孿生學習設計過程中，同步規(guī)劃硬件的開發(fā)設計，廣泛引入數(shù)據(jù)同步、模型建構(gòu)、信息轉(zhuǎn)換、識別和合成技術(shù)，提高模型計算、辨識和模擬能力，強化互聯(lián)網(wǎng)學習設備對于學習的感官呼應和支持保障，對創(chuàng)客空間甚至是情感計算、機器人學習等支持的互聯(lián)互通、動態(tài)可視和深度對接。[7]

2.痕跡化動態(tài)可視

數(shù)字孿生的學習環(huán)境是疊加復雜的，含納各種傳感設備，實時監(jiān)測其環(huán)境數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)，它通常由各種功能子系統(tǒng)間的協(xié)作完成特定任務。數(shù)據(jù)孿生的實體數(shù)據(jù)、虛擬數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、服務數(shù)據(jù)等，隨著實時數(shù)據(jù)的產(chǎn)生而不斷交互更新。實現(xiàn)數(shù)字孿生驅(qū)動的教育，必須以學習者和教學者需求分析為依據(jù)，優(yōu)化數(shù)字孿生模型，標定、記錄整個教學過程的線索和痕跡，通過孿生數(shù)據(jù)的融合與分析，最終實現(xiàn)各種精準判斷，提供各種改進建議。

3.主動型邏輯驅(qū)動

數(shù)字孿生的教學要按照一定的邏輯關(guān)系、教育規(guī)律和學習方法，在虛擬學習空間中構(gòu)建高保真度的虛擬模型及測試系統(tǒng)，在歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，借助數(shù)據(jù)傳輸、學習指令傳遞，搜集和使用完整、規(guī)范、精確的全樣本孿生數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)降維關(guān)聯(lián)、提煉預測、集聚挖掘、回溯發(fā)現(xiàn)和集成管理，實現(xiàn)真實學習個體和虛擬模型之間的多維度/多尺度/多參數(shù)的高逼真度仿真與交互，不僅直觀、全面地反映全數(shù)據(jù)學習狀態(tài)，而且客觀、科學地支撐教學決策。當然，數(shù)字孿生依賴個體信息數(shù)據(jù)的全面提取和開放共享，也會帶來一定的限定性約束，需要克服用戶體驗同質(zhì)化和邊際效益遞減的難題，并剔除偽數(shù)據(jù)干擾。[8]

四、數(shù)字孿生技術(shù)的教育應用的展望

未來教育的發(fā)展，機遇與挑戰(zhàn)更加突出。一方面，從學習環(huán)境來看，不再有地點的客觀局限和條件的前置要求，但是對于學習體驗的要求更高了，對生活、工作的融合更深；另一方面，碎片化、個性化學習，為自主學習創(chuàng)造了條件，但是也為深度學習、互動學習制造了障礙。基于數(shù)字孿生的學習，溝通了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能之間的聯(lián)系，拓展了機器學習、量化分析、模擬實踐的渠道，能夠更加準確、深度地聚焦教學目的，對于教育的影響也是多方面的。對于數(shù)字孿生的教育應用，我們應該關(guān)注以下方面：

(一)重設教學組織方式

學生是學習的主體，是數(shù)據(jù)的產(chǎn)生者，是數(shù)據(jù)分析的受益者，更是數(shù)據(jù)建議的采納者。基于數(shù)據(jù)孿生的教學組織，我們應該應用大數(shù)據(jù)思維，通過物聯(lián)網(wǎng)手段，廣泛應用人工智能，從群體學習的規(guī)律總結(jié)，逐步回歸到面向個體的量身評估。制定適宜的教學策略實現(xiàn)可引導的學習；確定適宜的學習方法在技術(shù)層面給予干預和指導；設計適宜的教學路徑掌握學生學習規(guī)律性趨勢；配置適宜的教學資源輔助學習提升活躍度和關(guān)注度。完善各種學習機制，實現(xiàn)經(jīng)驗的數(shù)字化，讓教學真正覆蓋到學習的全周期。

(二)重構(gòu)教育技術(shù)形態(tài)

數(shù)據(jù)孿生對數(shù)據(jù)模型、學習環(huán)境和服務應用的要求，涉及到教育技術(shù)方面，要定位在具備更全面準確的分析預測能力。要準確把握全周期、全要素、全空間、全數(shù)據(jù)學習的規(guī)律和特點，提高全面、綜合、真實的描述能力，特別要對隱藏在表象下的問題提前進行預判，克服過程反饋障礙和問題回歸桎梏。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)搭建、大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理和人工智能的建模，探究各種可行性和可能性，服務于教學全要素，必須要引入和拓展更多的技術(shù)種類和形態(tài)，為數(shù)字化學習提供更全面的決策支持。

(三)重筑教育覆蓋范圍

數(shù)字孿生通過各種數(shù)字化的手段和工具建立數(shù)字孿生鏡像，并借助大樣本庫的數(shù)據(jù)支持，通過人工智能指導下的學習模型推演，就可以發(fā)現(xiàn)一些原本無法直接獲取和測量的指標，形成可變構(gòu)、可轉(zhuǎn)移、可復制、可修改、可重現(xiàn)的教學實驗。這個過程加深了對信息化環(huán)境下學習的了解，加速了對現(xiàn)代信息技術(shù)的應用，可以讓此前受學習環(huán)境、學習要求等條件限制，必須依賴于學習者真實開展的教育探索、教學改革、學科研究、學習創(chuàng)新得以實現(xiàn)所涉及的教學觀、成才觀、資源觀等同步進階，轉(zhuǎn)化成更為融合化、情景化和互動化的全空間學習。

(四)重組教學評價方式

經(jīng)驗往往是一種模糊而很難把握的形態(tài)，因為不可能窮舉各種情況、搜集各種變量，另外對于推測演繹各種未知情況，也面臨著較高的試錯成本和容錯風險，所以經(jīng)驗很難成為教育策略精準辨別、判斷的唯一依據(jù)。數(shù)字孿生則可以通過數(shù)字化的關(guān)聯(lián)手段，以及超強的復制、轉(zhuǎn)化、異構(gòu)能力，讓經(jīng)驗總結(jié)降低難度，發(fā)揮更大作用。經(jīng)驗的數(shù)字化，所要求的實現(xiàn)方式不僅僅落實在結(jié)果，還應包括干預過程，通過數(shù)據(jù)孿生不僅在教育大數(shù)據(jù)取樣的模式、渠道、范圍方面有更大的擴展，還要讓模型在多維分析、多元評價方面有更大的突破，用數(shù)據(jù)驅(qū)動當前泛在學習、智慧學習的要求。

五、結(jié)束語

在信息化2.0環(huán)境下，必須要實現(xiàn)深度融合模式的教學，引導和保障學習者，穿越虛實界墻，在物理與數(shù)字模型之間自由交互與徜徉。數(shù)字孿生實現(xiàn)了現(xiàn)實物理系統(tǒng)向虛擬空間數(shù)字化模型的反饋，基于數(shù)字化模型進行的各類人工智能的教學應用，可以賦予學習者全新的夢想視角和學習動力，發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)設無限的學習的可能性。