基于“元宇宙”環境的體育教學模式探究與展望

摘要：通過文獻資料法、訪談調研法、邏輯分析等研究方法，對“Metaverse”即“元宇宙”理念下的體育教學方式以及體育教學模式的變革進行探索和展望。本文闡述了元宇宙概念、元宇宙理論和元宇宙環境發展對體育教育活動的影響和改變。分析了元宇宙發展過程中的MR技術、網絡環境、虛擬現實資源等對體育課程資源的拓展。探究元宇宙發展過程中，體育教學模式的改變與發展，嘗試在元宇宙理論的基礎上，建構與探索一種結構更為合理、方法更為優化、效果更為良好的虛擬現實混合的教學模式，為體育教學更好地融入網絡信息技術升級提供科學的、系統的理論支持和參考。

關鍵詞：“元宇宙”;MR技術;體育教學;教學模式元宇宙是一個浩瀚而遙遠的時空維度，既有現實世界的數字化復制物，也有虛擬世界的創造物，是一個空間維度上虛擬而時間維度上真實的數字世界，其從建立到演變是一個漫長的、充滿不確定性的歷史過程。元宇宙將虛擬世界與物理世界連接起來，把網絡、硬件終端和用戶囊括進來，對未來社會的經濟、文化、教育、生活方式都有著深遠的影響和改變。當前應用廣泛的MR（Mixed Reality，即混合現實）技術是視覺虛擬現實技術和增強現實技術的高級版本，是元宇宙的初級形態。隨著MR應用的不斷豐富和完善，傳統教育教學方式將受到巨大沖擊，教學環境隨之升級，學習效率跳躍式提升，學習資源迅速拓展……各學科教師均可利用MR技術和資源補充原有教學體系，讓混合現實學習環境（Mixed Reality Learning Environments，簡稱MRLE）普遍應用到各學科教學當中——這就是元宇宙教學的基本思想。元宇宙背景下，體育教育和教學將成為MRLE技術發展的受益者之一。在國家越來越重視體育的今天，體育教師必須跟上時代的進步，學習先進的教學理念，面對學生日益增長的學習要求，結合自身以及學生和學校的特點，運用元宇宙理念下的先進教學模式，達到更高的教學水平，為教育和時代的發展做出貢獻。

一、元宇宙的起源與建構

“Metaverse”即“元宇宙”一詞是目前科技互聯網行業超強想象力下的最新流行詞，以至于一個美國最著名的互聯網平臺——“Facebook”正在重塑品牌，改名“metaverse”以表明其對未來理念的擁抱。臉書公司創始人——扎克伯格將其描述為一個“虛擬環境”，你可以進入其中，而不僅僅是在屏幕上觀看。關注新興技術的分析師維多利亞·彼得羅克（Victoria Petrock）表示，它還將融入線上生活的其他方面，如購物和社交媒體。她說：“這是連接的下一次進化，所有這些東西開始在一個無縫的、雙重的宇宙中結合在一起，所以你的虛擬生活和你的物質生活是一樣的。”在元宇宙中能做什么？比如去虛擬音樂會，在線旅行，購買和試穿數碼服裝。在冠狀病毒大流行期間，“Metaverse”也可能成為在家工作的規則改變者，員工不必在視頻通話網格上看到同事，而是可以虛擬地看到他們。

（一）元宇宙一詞的來源與釋義

“Metaverse”一詞最早見于尼爾·斯蒂芬在1992年的科幻小說《雪崩》[1][2]。斯蒂芬森用這個詞來描述一個基于虛擬現實的互聯網后繼者。在本書中，Metaverse是一個虛擬的城市環境，沿著一條100米寬的道路發展，覆蓋了一個無特征的、黑色的、完美球形星球，整個周長65536公里。這個虛擬世界中的土地可以被購買，并在上面開發建筑。Metaverse的用戶可以通過高質量的個人虛擬現實眼鏡，或通過低質量的公共虛擬現實眼鏡進入，并與彼此或軟件客戶端進行交流互動。[3]

元宇宙（Metaverse）或稱為后設宇宙、形上宇宙、元界、超感空間、虛空間，被用來描述一個未來持久化和未中心化的在線三維虛擬環境。[4][5]此虛擬環境將可以通過虛擬現實眼鏡、增強現實眼鏡、手機、個人電腦和電子游戲機進入人造的虛擬世界。[6]目前，元宇宙在電腦游戲、商業、教育、零售和房地產領域都有明確的使用案例。“元宇宙”在時間上是真實的、空間上是虛擬的，在時空兩個維度都和真實世界處于平行狀態。人類則以某種意識“映射”的方式進入、存在和生活于元宇宙之中。本質上，這是一個由無數相互連接的虛擬社區組成的世界，人們在使用虛擬現實耳機，以及增強現實眼鏡、智能手機應用程序或其他設備后可以在這里見面、工作和玩耍。

（二）元宇宙的演變與實現

元宇宙是一個由人構建的平行世界，它也會不斷的演變。有學者認為元宇宙分為四個層級：第一個層級是感官模擬，使人的感官在虛擬環境中模擬出和真實世界一樣的感覺;第二個層級是神經介入，通過芯片和計算機與人體連接改變人體有機結構;第三個層級是意識上傳，將人的思想意識提取傳入計算機構建的世界中;第四個層級是宇宙維度提升，以目前的科技水平來說這還是一個哲學問題。我們現在所說的元宇宙即指元宇宙的第一個層級，而且還遠未實現。

·課程與教學·基于“元宇宙”環境的體育教學模式探究與展望有研究認為，數字世界的搭建和感官模擬系統的建立奠定了元宇宙的基礎。也就是人體各種感官（眼、耳、鼻、舌、肌膚、心、腦等）形成的視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、平衡、饑餓、疲勞、意識等，能在計算機搭建的虛擬世界中獲得和真實世界一樣的感受。隨著我們熟悉的VR（虛擬環境）、AR（增強現實）、MR（混合現實）技術的不斷發展，尤其是MR技術的推廣和快速發展使我們觸及到了元宇宙初級層面的邊緣，元宇宙環境已經起步。MR是一種利用計算機圖像技術、傳感技術與可視化穿戴設備等相關技術與設備，實現數字虛擬對象與現實世界對象共存的可視化環境，并能夠使用戶在對現實世界正常感知的基礎上構建虛擬與現實世界的交互反饋回路，達到虛擬世界與現實世界及時與深度的互動。[7]MR通過人的視覺、聽覺既可將數字對象疊加到現實世界，也可將真實的人和環境虛擬化疊加到虛擬環境，但并不是簡單疊加，而是包括意識和記憶的存儲來達到虛與實的深度融合，從而形成虛擬現實有機的統一體。

二、元宇宙理念對體育教學的意義

傳統教學當中，受限于教育技術的發展，很多教育理念、教學思路很難實施或者效果難盡人意。隨著MR技術的發展和虛擬世界的不斷升級，海量的數字資源被應用到教學當中，對現有教學方式的改變甚至會重新定義教學的概念。現實世界與虛擬世界交疊融合而成的學習環境，既可將虛擬學習資源融入到真實教學環境中，也可將真實學習資源融入虛擬教學環境中。該特征與教育教學相結合可以彌補傳統課堂無法提供的真實情境，帶來更豐富多元的學習體驗。這就是元宇宙對體育教學的意義：它解決了客觀因素造成的教學中的空間問題，極大地改善了教學環境;它利用混合虛擬現實的教學方式極大地提高了教學效果;它構建的混合虛擬現實的學習資源和帶來的學習體驗為體育教學模式的創新提供了技術平臺。

（一）元宇宙解決了體育教學對環境的需求

目前，正值新冠疫情嚴重影響我們的生活和學習的特殊時期，疫情帶來的被動不定期的線上教學嚴重影響了教學質量和教學效果。目前的線上教學主要通過視頻和語音資料，既缺少了現場的氣氛、缺乏感染力，也減少了師生互動和實踐體驗。尤其像體育這種技能領域實踐性、操作性都很強的學科課程，脫離了場地環境、運動器材和運動氛圍的體育教學很難達到既定的教學目標。元宇宙中，通過MR技術在實現虛擬與現實深度融合的同時，可將不同時空下的場景通過計算機技術進行結合，實現異時空場景共存，將不同位置學習者的虛擬影像耦合連接在同一個虛擬的在線環境當中。例如，受到疫情影響的大學開學季，無法按時回校的同學、被隔離的同學，在學校正常上課的同學，無論身處何地，在同一時間，通過MR設備進入同一個虛擬的舞蹈教室，數字世界中的老師同學各就各位，完全如同身臨其境的上課場景。這種元宇宙的應用與體育教學領域結合，將對現場教學、遠程指導學習、課后自主學習或在線協作學習等提供巨大的幫助和啟發。

（二）元宇宙可以激發學習熱情、提高教學效果

傳統教學中，受限于物理限制（如場地、語言、教具等），現實世界無法在一個地方整合各種元素以滿足多數學生的需求。元宇宙具有無限的擴展空間和無縫對接的場景變換，可以有效地實現需求的多樣性，把虛擬的場景和現場的實物疊加起來，通過虛實結合滿足教學所需的各種元素。傳統教學中體育教師用語言描述的抽象場景，可以通過AR（增強現實）技術直觀、形象地展現在學生面前。例如，足球教師講授腳內側停球轉身技術動作如何應用時，原來用語言描述的比賽區域和場景，防守隊員的位置情況和防守動作，現在可以直觀、形象地在現場演示出來。在元宇宙背景下，學生練習結束后，還可以通過MR技術把自己的技術動作儲存發送到虛擬環境中，以一個孿生自己的形式展示給大家，演示自己目前的技術能力在不同場景下的表現，也可以通過反復觀看提高對技術動作的理解，實現深度學習。元宇宙中，設計好的各種有趣的場景極大地滿足了學生的內部需求和動機，這種強烈的滿足感既提高了學生學習的主動性，也有利于運動技能的形成和提高，學生樂于學習、樂在其中，教學效果自然得到了提高。

（三）元宇宙的沉浸式體驗帶來教學模式的多元創新

元宇宙教學把一些復雜的知識點通過交互式模型動畫形象地展示出來，身臨其境的沉浸感可以加深學生對學習內容的印象。在不同情境的體驗與參與過程中，實現了學習知識與實踐應用的完美統一。例如，在定向運動教學中，學生進入虛擬的戶外場景，帶著任務一邊探索嘗試，一邊和同學老師互動探討，最后在老師的引導下應用所要學習的方法技能完成既定任務。解決了傳統教學中知識傳授和實踐應用相脫離的教學弊端，學生更容易養成自主學習習慣，更高效地完成體育必修課內容，更容易開展課下擴展課程。開放的虛擬系統將體育課程的課上練習與課下自主學習相結合，實現體育教學模式多樣化，實現體育運動從單一的課堂教學延伸到全天自由參與狀態。由學生自由安排時間進行的虛擬環境課程，它具有時間上靈活、運動強度自主設定、實時反饋自主運動成績等優點，為實現體育教學內容的多樣化和創新型體育教學模式，提供了技術支持和至關重要的保障作用。[8]

三、元宇宙體育教學模式的架構與實現

元宇宙技術提供的資源最大程度改善了現有教學過程中情境創設的空乏與單調。元宇宙教學模式通過混合虛擬現實技術拓展了教學的時空維度，在教學場景設計方面幾乎達到了理想狀態，把學習知識與實踐應用完美地結合，突破了傳統教學設計與學習環境面對的諸多難題。元宇宙教學模式是計算機網絡技術發展的前景中，情景認知理論的具體體現，是現有情境認知教學模式的高級形態，真正實現了知識是個體與環境交互作用過程中建構的一種交互狀態。元宇宙教學模式應該使學生更容易學習深層知識、應用并解決實踐環節中的問題，是情境認知理論與傳統學校教學的矛盾統一，能夠完成從學習認知的理論到教學實踐的創新。

（一）元宇宙教學模式的認知理論

建構主義學習理論指導下的學習觀認為：學生不是簡單被動地接受信息，是學習者根據自己的經驗背景，對外部信息進行主動地選擇、加工和處理，是學生自己建構知識的過程，在具體問題的解決中，需要針對具體問題的情境對原有知識進行再加工和再創造。[9]建構主義學習理論及其指導下的教學理論、教學方法、教學模式等等，其實現條件和關鍵因素都是情境創設，教師要為學生提供豐富的信息資源， 而這恰恰也對學生的信息技術水平提出了更高的要求，真實的情境可不像書本上講的那樣簡單明白， 它包含了太多復雜的信息。[10]情境認知教學模式提倡：學習的設計要以學習者為主體，內容與活動的安排要與人類社會的具體實踐相聯通，最好在真實的情景中，通過自主學習、協作學習和研究性學習，主動地進行意義建構，通過類似人類真實實踐的方式來組織教學，同時把知識和獲得與學習者的發展、身份建構等統合在一起。[11]由上可見，在計算機與MR技術支持下的元宇宙教學模式，符合建構主義學習理論指導下的情境認知教學模式的范疇。

（二）元宇宙教學模式中的教學過程

元宇宙教學模式雖與傳統的情境認知教學模式極為相似，但又有較大的不同。元宇宙環境下的教師可以與學習者在同一時間不同地點的情況下組織教學，學習者也可以在不同時間自主進入虛擬環境參與學習。虛擬和現實兩條學習路線的交叉并行改變了教學過程，也深刻影響著教學內容的選擇與呈現方式。在完成課程整體設計和虛擬環境課程建設的基礎上，將教學內容合理分配到兩條學習路線中，按教學展開的先后順序，一次完整的虛擬現實混合教學過程可以分為制定教學目標和內容、設計教學策略和場景、進入元宇宙環境、學生探索互動、課后技能練習、形成評價和反饋六個大的教學環節。[12]整個教學程序過程（如圖1所示）中，教師與學生是以實踐共同體的身份進行教與學，這給學習者提供了更為豐富的機會去互動和實踐。而通過MR設備進行的互動與合作更為具體，從而使學習者更易于觀察所學運動技術內容的細節，更有利于知識構建和技能的掌握。元宇宙體育教學模式中：高科技的現代通信設備由教師的教輔手段、教學工具轉變為融入了教師設計的教學資源和學生的認知工具，教學過程由“教師講、學生聽”轉變為“由虛擬現實共同搭建的平臺上學生與教師的互動、討論、探索、練習”。教學過程重點在于虛擬教學資源的開發，讓學生在虛擬現實的混合場景中完成知識點的學習。它強調在虛擬環境中激發學生動機，運用已有知識和技能在探索創新、互動中完成學習。

（三）元宇宙教學模式中的評價

運用元宇宙有效的技術手段，可以將教學評價的各個環節緊密銜接，對學生學業成績的評價，對教師教學質量的評價，各方面對課程的評價等都變得直觀而且便捷。通過元宇宙環境測驗、征答、觀察提問、作業檢查、聽課和評課等，對體育教學過程及結果進行測量并給予價值判斷，對教師改進教學、提升教學設計更有幫助。元宇宙教學模式將課外鍛煉和課后學習納入體育教學， 結合教師或系統及時的評價與反饋，使課外鍛煉更加規范與有效，對教學目標的實現（包括：運動能力、運動素養、運動熱情等）更加理想。評價內容包括：健康測試、學生的課內外出勤與表現、技能課程與競賽課程的體育實踐考評、理論的學習與考核。[13]體育實踐考評中的過程評價和終結性評價不僅僅是運動成績考評，學生每一次練習、比賽、參與、表現、角色任務的完成情況都能成為考評得分點，這樣的綜合評價更加全面、更加量化而且更加準確。

（四）元宇宙教學模式的實現

元宇宙教學模式需要互聯網各種技術的成熟，移動互聯網的普及，需要各種移動終端的普及運用才能把現實的人帶入到虛擬世界——元宇宙。比如VR（虛擬現實）、AR（增強現實）、MR（混合現實），這是構建元宇宙的基礎設施。每個剛進入元宇宙的人將形成一個數據檔案，然后隨著社會活動的產生，數據會不斷地增長，從而形成一張數據大網。元宇宙教學模式從聽覺、視覺和感知現實開始，體育教學也更離不開3D觸覺技術的支持。近日Facebook公司推出了一款適用于機器人和可穿戴設備的“皮膚”，讓機器人擁有觸覺。Facebook公司的這款機器人皮膚基于機器學習，在各種基于觸摸的任務中推進人工智能的發展。同理，人也可以通過AI軟件準確地通過觸覺去感知和判斷物體，與虛擬對象交流互動。雖然目前元宇宙還未成熟，但是我們完全可以相信，元宇宙的形成將會是一場徹底的互聯網變革，也將是一場教育教學的革新。

四、結語

學校教育存在的一個關鍵問題就是學生學到的間接知識和經驗的東西無法付諸實踐，很大程度上影響了學生的學習興趣和學習效果。學校教育的組織形式、教與學活動，受到了客觀環境因素的限制，知識學習和實踐應用之間無法及時或者同時進行，難以跨越的鴻溝致使教學效果與目標差距較大。元宇宙教學方式帶來的真實體驗感，使學生獲得了對客觀事物的各種感性或理性認識，更易于激發學生的形象思維和創造性思維，有利于學生深化概念并產生新的構想與創意。元宇宙體育教學模式符合現代科學教育的學習理念，充分使用現代化科學技術，虛擬現實能夠滿足教育者的人本主義理想，元宇宙環境的創設不是更接近現實而是超越現實，元宇宙為現代體育教學方式提供了嶄新的平臺，為多種體育理論的融合提供了理想的舞臺，未來會為我們帶來超乎想象的精彩世界。

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（責任編輯陳志萍）

收稿日期：2021-12-26

作者簡介：劉宏玉，河海大學體育系副教授，碩士生導師。（常州/213022）

*本文系國家留學基金資助研究成果。

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