數(shù)字孿生技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究

武丹

【摘 要】隨著工業(yè)化4.0智能制造的到來(lái)，更多的新興技術(shù)正在不斷興起，數(shù)字孿生技術(shù)作為一項(xiàng)重要的核心信息技術(shù)，在教育領(lǐng)域嶄露頭角。本文從數(shù)字孿生的特點(diǎn)出發(fā)，探討其應(yīng)用于教育帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也介紹了數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于教育所需要的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、模型構(gòu)建與仿真模擬等技術(shù)。但由于數(shù)字孿生技術(shù)在教育中的應(yīng)用理論和實(shí)踐都處于起步階段，因此也將面臨許多困境。本文期望通過(guò)探索數(shù)字孿生技術(shù)在教育中的應(yīng)用，能夠?yàn)槲磥?lái)的研究提供有價(jià)值的借鑒。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字孿生;虛實(shí)共生;實(shí)時(shí)交互;全息技術(shù)

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2022）07-082-04

近年來(lái)，隨著教育大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿教育技術(shù)和理念的興起，新興信息技術(shù)將對(duì)教育的發(fā)展產(chǎn)生更加廣泛和深遠(yuǎn)的影響。數(shù)字孿生作為近年來(lái)備受學(xué)界關(guān)注的新興概念，被應(yīng)用于中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)制造、智慧旅游城市、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域，或許會(huì)給教育帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的變革。以“智能制造”為主要特征的工業(yè)4.0即將完成量變，數(shù)字孿生技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展。2020年，國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》[1]，該方案呼吁創(chuàng)新，通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行突破，其中重要的一項(xiàng)就是要開(kāi)展數(shù)字孿生創(chuàng)新計(jì)劃，數(shù)字孿生是熱度最高的數(shù)字化信息技術(shù)之一，存在巨大的發(fā)展空間。習(xí)近平總書(shū)記在中共十九屆中央政治局第十二次集體學(xué)習(xí)[2]時(shí)提出，要大膽運(yùn)用新技術(shù)、新機(jī)制、新模式，加快融合發(fā)展步伐。隨著我國(guó)數(shù)字孿生技術(shù)與大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)與理念的不斷融合與發(fā)展，將推動(dòng)教育向更加人性化、全面化和智慧化的方向發(fā)展，數(shù)字技術(shù)作為信息化的重要一極，正在不斷地加速融合生活、改變世界。數(shù)字孿生的應(yīng)用研究已經(jīng)不再聚焦于工業(yè)領(lǐng)域，正逐漸向教育領(lǐng)域擴(kuò)散，上海市教育委員會(huì)發(fā)布了《上海教育數(shù)字化改造實(shí)施方案（2021-2023年）》[3]，明確指出探索數(shù)字孿生學(xué)校建設(shè)，培養(yǎng)100所教育信息應(yīng)用基準(zhǔn)學(xué)校。數(shù)字孿生技術(shù)在教育領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景與發(fā)展空間，但也面臨著許多困境。

數(shù)字孿生的概念及特點(diǎn)

1.數(shù)字孿生的概念

與許多其他新技術(shù)一樣，數(shù)字孿生還沒(méi)有形成一個(gè)公認(rèn)的學(xué)術(shù)定義。數(shù)字孿生的概念始于航空航天和軍工領(lǐng)域，經(jīng)歷了技術(shù)探索、概念提出、應(yīng)用萌芽和產(chǎn)業(yè)滲透四個(gè)發(fā)展階段。而這一正式概念是在2003年密歇根大學(xué)的產(chǎn)品生命周期管理課程中由邁克爾·格里弗斯博士提出的。在數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用白皮書(shū)[4]中指出，數(shù)字孿生是一種基于數(shù)據(jù)與模型的集成與融合，通過(guò)在數(shù)字空間實(shí)時(shí)構(gòu)建物理對(duì)象的精確數(shù)字映射，在數(shù)據(jù)集成、分析與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)物理實(shí)體的整個(gè)生命周期過(guò)程進(jìn)行模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)和控制，最終形成智能決策優(yōu)化閉環(huán)的數(shù)字化概念和技術(shù)手段。其中信息維度的虛擬體與物理維度的實(shí)體形成了同生共存與虛實(shí)融合的狀態(tài)。綜上，本文認(rèn)為數(shù)字孿生是綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)，通過(guò)軟件定義對(duì)物理空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測(cè)和決策，實(shí)現(xiàn)物理空間與虛擬空間的交互映射。

在我國(guó)，對(duì)于數(shù)字孿生技術(shù)概念的引入是由北京航空航天大學(xué)的陶飛教授[5]在《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》中提出的。目前，數(shù)字孿生在我國(guó)的研究和應(yīng)用已經(jīng)涉及機(jī)械、制造、建筑、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科，而作為一種社會(huì)普遍的理論和技術(shù)管理體系，它并不局限于某一學(xué)科或?qū)I(yè)。隨著數(shù)字孿生技術(shù)概念和形式的不斷拓展，它為教育教學(xué)方法的改革提供了新的發(fā)展方向，甚至可能使教育發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化。

2.數(shù)字孿生的特點(diǎn)

（1）虛實(shí)共生，精準(zhǔn)映射

數(shù)字孿生要求在數(shù)字空間中構(gòu)建物理世界中實(shí)體的數(shù)字表示。真實(shí)世界中的實(shí)體對(duì)象和數(shù)字空間中的孿生對(duì)象可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)繪和互聯(lián)。數(shù)字孿生體基于實(shí)時(shí)傳感等數(shù)據(jù)采集，可以全面、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地反映物理實(shí)體的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等。數(shù)字孿生技術(shù)與日益成熟的數(shù)字線程技術(shù)相結(jié)合，使物理實(shí)體和虛擬數(shù)字孿生能夠完成數(shù)據(jù)的雙向自流，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)在其整個(gè)生命周期中的最終融合，物理實(shí)體與虛擬的數(shù)字孿生體相伴一生從而達(dá)到虛實(shí)共生[6]。通過(guò)感知、建模等技術(shù)，實(shí)時(shí)將物理實(shí)體映射到其數(shù)字孿生體上，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的準(zhǔn)確描述，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的效果，并通過(guò)數(shù)字孿生體的反饋，充分感知物理實(shí)體的運(yùn)行情況，預(yù)測(cè)其發(fā)展規(guī)律，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)物理實(shí)體的行為進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，從而達(dá)到以虛控實(shí)的目的。

（2）閉環(huán)優(yōu)化，智能決策

建立數(shù)字孿生的最終目標(biāo)是描述物理實(shí)體的內(nèi)部機(jī)制，分析規(guī)律和識(shí)別趨勢(shì)，并形成優(yōu)化指令或物理世界的策略，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體的閉環(huán)決策和優(yōu)化功能。我們可以使用數(shù)字孿生技術(shù)將物理實(shí)體的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)教摂M數(shù)字孿生體中，虛擬數(shù)字孿生體可以通過(guò)持續(xù)的模擬訓(xùn)練和與物理實(shí)體的交互來(lái)提供最佳決策。未來(lái)，數(shù)字孿生技術(shù)可以與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物理空間和虛擬空間的虛實(shí)交互、輔助決策和持續(xù)優(yōu)化。

（3）實(shí)時(shí)交互，動(dòng)態(tài)調(diào)整

數(shù)字孿生中物理實(shí)體的所有狀態(tài)能夠?qū)崟r(shí)地更新到虛擬的數(shù)字孿生體中，虛擬的數(shù)字孿生體本身具備了會(huì)思考的能力，從而對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行一個(gè)預(yù)判。物理實(shí)體在虛擬層由數(shù)字孿生控制，在底層通過(guò)實(shí)時(shí)多維數(shù)據(jù)的收集和解釋進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。通過(guò)實(shí)時(shí)交互來(lái)處理不斷更新的數(shù)據(jù)，幫助使用者在無(wú)需調(diào)整物理實(shí)體的情況下快速了解物理實(shí)體在生命周期內(nèi)任何時(shí)刻所作的任何更改，對(duì)其進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字式雙動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)[7]。未來(lái)，數(shù)字孿生技術(shù)可以結(jié)合可穿戴設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡、虛擬現(xiàn)實(shí)等交互技術(shù)，為人們提供更加沉浸式的互動(dòng)體驗(yàn)。

數(shù)字孿生應(yīng)用于教育的優(yōu)勢(shì)

1.通過(guò)數(shù)字孿生鏡像對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析與評(píng)估

學(xué)習(xí)者可以使用數(shù)字孿生來(lái)建立自己的數(shù)字圖像，準(zhǔn)確地映射在數(shù)字孿生世界，模擬學(xué)習(xí)者的真實(shí)行為，并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等在終端上呈現(xiàn)數(shù)字孿生圖像。一方面， 可以幫助學(xué)習(xí)者擺脫主觀判斷的局限性，檢查他們的學(xué)習(xí)情況，實(shí)時(shí)地更清楚地了解自己的學(xué)習(xí)，還可以預(yù)測(cè)未來(lái)學(xué)習(xí)的趨勢(shì)，并提出反饋意見(jiàn)，以便學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動(dòng)中對(duì)未來(lái)自己的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行糾正，提高學(xué)習(xí)效率。另一方面，也有利于家長(zhǎng)和教師通過(guò)數(shù)字孿生對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行監(jiān)控，使家長(zhǎng)和教師對(duì)學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)態(tài)度有更全面的了解，使教師能及時(shí)了解學(xué)生的情況，從而提供準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)資源和應(yīng)對(duì)策略，提高教師的教學(xué)質(zhì)量。

2.為學(xué)習(xí)者提供多維的具身學(xué)習(xí)體驗(yàn)

具身認(rèn)知理論[8]強(qiáng)調(diào)身體參與并影響認(rèn)知的形成與發(fā)展，人們是通過(guò)身體這一媒介來(lái)認(rèn)識(shí)世界的，認(rèn)知是具身的，而身體發(fā)展又是嵌入社會(huì)環(huán)境的，身體在與環(huán)境的互動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)物理經(jīng)驗(yàn)獲得學(xué)習(xí)。而數(shù)字孿生技術(shù)可以通過(guò)收集個(gè)人綜合數(shù)據(jù)，以數(shù)字化的方式創(chuàng)建個(gè)人數(shù)字模型的圖像。它通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將完整、動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)者模型展現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前，從而可以實(shí)現(xiàn)自己身體與認(rèn)知的另一種交流。借助數(shù)字孿生技術(shù)，學(xué)習(xí)者可以更好地了解自己，更清楚地了解自己的學(xué)習(xí)目的，從而激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)習(xí)效率?？傊瑪?shù)字孿生高保真、實(shí)時(shí)交互和虛實(shí)共生等特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者提供了真實(shí)的具身學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.與全息技術(shù)相融合打造全息孿生課堂

數(shù)字孿生與全息技術(shù)進(jìn)行融合的未來(lái)課堂將以學(xué)生為研究中心。作為一個(gè)虛擬與現(xiàn)實(shí)共生的新型和諧課堂，它將進(jìn)一步關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展，對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和技能、人機(jī)交互、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題、更好地合作以及更深入地看待世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[9]。在學(xué)習(xí)場(chǎng)所方面，將構(gòu)造一個(gè)等價(jià)于物理實(shí)體空間的虛擬空間，即生成一個(gè)虛擬真實(shí)映射空間。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和衍生數(shù)據(jù)的互聯(lián)與同步，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)踐產(chǎn)生重要影響。在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面，它將以高保真、透視化和精確映射的形式再現(xiàn)物理世界中的人和事物。在師生互動(dòng)方面，它將打開(kāi)物理世界和虛擬世界之間的通道，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)不受時(shí)間和空間阻礙的三維學(xué)習(xí)環(huán)境。在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方面，它將形成一種綜合分析、預(yù)測(cè)和多維反饋相結(jié)合的全面、多維的新評(píng)價(jià)方法，能夠最大限度地提高學(xué)習(xí)效果。

4.協(xié)同構(gòu)建豐富的數(shù)字孿生智慧校園

智慧校園[10]為數(shù)字孿生體提供了物理載體，數(shù)字孿生體可以作為智慧校園的一項(xiàng)重要服務(wù)體系，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，可以真實(shí)還原校園內(nèi)所有發(fā)展空間組織結(jié)構(gòu)。校園內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備配合安防監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園各管理領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，協(xié)助管理員掌握校園運(yùn)行情況;對(duì)值班人員的在崗執(zhí)勤情況可以進(jìn)行可視化管理，為人員指揮調(diào)度提供數(shù)據(jù)信息支撐;校園導(dǎo)航可以根據(jù)目的地設(shè)計(jì)最佳路線;對(duì)教室內(nèi)的人員設(shè)備等要素信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);校園設(shè)備的集成智能化管理，實(shí)時(shí)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如暖通設(shè)備的開(kāi)啟關(guān)閉、門(mén)禁管理等。數(shù)字孿生智慧校園賦能新一代智慧場(chǎng)景應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)了智慧服務(wù)生活。

數(shù)字孿生應(yīng)用于教育所需要的技術(shù)

1.數(shù)據(jù)采集

數(shù)字孿生技術(shù)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)。主要利用物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)、音視頻記錄技術(shù)和平臺(tái)獲取技術(shù)，感知學(xué)習(xí)者在整個(gè)學(xué)習(xí)周期中的學(xué)習(xí)活動(dòng)。單個(gè)傳感器不可避免地存在不確定性或偶然性，缺乏全面性。因此，采用多傳感器集成與融合技術(shù)，通過(guò)部署不同類型的多個(gè)傳感器來(lái)采集目標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過(guò)融合算法綜合目標(biāo)的傳感器數(shù)據(jù)，以獲得對(duì)目標(biāo)的一致解釋和描述。其數(shù)據(jù)采集方式主要包括：通過(guò)智能課堂監(jiān)控系統(tǒng)采集課堂行為數(shù)據(jù)和課堂情緒數(shù)據(jù);利用校園一卡通系統(tǒng)獲取學(xué)生校園生活數(shù)據(jù)、行動(dòng)軌跡和圖書(shū)館借閱記錄數(shù)據(jù);通過(guò)學(xué)校信息管理系統(tǒng)收集學(xué)生的基本信息、考試成績(jī)和獲獎(jiǎng)記錄;利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)獲取學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)、教學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)社區(qū)交流互動(dòng)數(shù)據(jù);借助學(xué)習(xí)者手機(jī)、平板電腦、智能手表等個(gè)人智能設(shè)備，收集學(xué)習(xí)者生理健康數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)資源瀏覽數(shù)據(jù)、校外生活數(shù)據(jù)等信息。

2.網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象與數(shù)字雙系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)交互的前提。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的興起和通信方式的不斷更新，網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型、網(wǎng)絡(luò)文化服務(wù)的對(duì)象以及接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類型呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，這就要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有高度的靈活性。5G技術(shù)滿足了數(shù)字孿生對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)母邘挕⒋笕萘亢偷脱舆t的要求。隨著新基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)一步發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)將成為數(shù)字孿生的重要技術(shù)支持。只有不斷更新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源配置，才能實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗和安全的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3.模型構(gòu)建

數(shù)字孿生模型是指在物理學(xué)習(xí)世界中對(duì)對(duì)象進(jìn)行數(shù)字化建模的過(guò)程。通過(guò)建模，物理對(duì)象被表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別的數(shù)字模型。數(shù)字孿生模型的構(gòu)建是多維度、多層次的。對(duì)學(xué)習(xí)者的各種數(shù)據(jù)模型化，將學(xué)習(xí)者的能力結(jié)構(gòu)和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)智能顯示，從而使教師更好地了解學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力的水平和特點(diǎn)，通過(guò)與數(shù)字孿生體進(jìn)行智能對(duì)比，為個(gè)性化教育提供了數(shù)據(jù)支持。基于分類、聚類、關(guān)聯(lián)、預(yù)測(cè)、回歸等算法，對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)模型和行為模型進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者未知規(guī)律的預(yù)測(cè)。

4.仿真模擬

數(shù)字孿生技術(shù)是一種在線仿真技術(shù)?；?G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)繪制能力得到了極大的提高，使得數(shù)字孿生技術(shù)能夠提供高仿真度的虛擬對(duì)象。數(shù)字孿生技術(shù)不是簡(jiǎn)單的虛擬仿真。我們可以將數(shù)字孿生視為虛擬仿真技術(shù)的升級(jí)，虛擬仿真技術(shù)強(qiáng)調(diào)“高度仿真”，而數(shù)字孿生可以達(dá)到“虛實(shí)結(jié)合”“以虛控實(shí)”[11]。數(shù)字孿生技術(shù)在通用孿生技術(shù)的基礎(chǔ)上，借助情境感知功能，為不同的用戶需求提供相應(yīng)的高保真特殊模型。

數(shù)字孿生應(yīng)用于教育所面臨的挑戰(zhàn)

數(shù)字孿生技術(shù)作為一種新技術(shù)，近年來(lái)在產(chǎn)品生命周期管理中得到了廣泛的應(yīng)用，但在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還存在許多亟待克服的困難。

1.學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷超載

認(rèn)知負(fù)荷會(huì)影響人們通過(guò)工作記憶完成任務(wù)所需的時(shí)間長(zhǎng)度和最終質(zhì)量。適當(dāng)?shù)膬?nèi)容呈現(xiàn)可以減少認(rèn)知負(fù)荷，幫助學(xué)生專注于學(xué)習(xí)內(nèi)容，但數(shù)字孿生體中豐富的信息元素可能會(huì)使學(xué)習(xí)者無(wú)法在第一時(shí)間準(zhǔn)確判斷和獲取最重要的知識(shí)。認(rèn)知負(fù)荷超載會(huì)使學(xué)習(xí)者無(wú)法注意到有效的信息，因此無(wú)法提取相應(yīng)的知識(shí)，并容易出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。然而過(guò)度地使用技術(shù)很容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)者專注于教學(xué)內(nèi)容之外的其他元素，導(dǎo)致技術(shù)與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的契合度較低和學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷超載。

2.教師的數(shù)據(jù)素養(yǎng)有待提高

在當(dāng)前的教學(xué)過(guò)程中，許多教師和管理人員非常缺乏收集和使用教育大數(shù)據(jù)的意識(shí)和能力[12]。在教育教學(xué)中使用數(shù)字孿生技術(shù)，如果數(shù)據(jù)采集不全面，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)字孿生體與學(xué)習(xí)者的真實(shí)狀態(tài)不一致，使教師和管理者誤讀數(shù)據(jù)，這將對(duì)教學(xué)和管理產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。我們需要注意的是，學(xué)習(xí)者的內(nèi)部信息實(shí)際上很難收集，數(shù)字孿生體無(wú)法確保輸出結(jié)果完全正確。因此，教師或管理者不能過(guò)分依賴數(shù)字孿生體，在沒(méi)有數(shù)據(jù)素養(yǎng)的情況下收集和記錄信息，只會(huì)導(dǎo)致最終數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，這無(wú)助于教育教學(xué)，反而適得其反。因此，教師和管理者必須具備一定的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，通過(guò)數(shù)據(jù)的引導(dǎo)，科學(xué)地提高教育和管理能力。

3.資源體系建設(shè)尚不完備

數(shù)字孿生技術(shù)涉及5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、仿真等技術(shù)?，F(xiàn)階段，技術(shù)成熟度不高，平臺(tái)模式標(biāo)準(zhǔn)化滯后。數(shù)字孿生技術(shù)在教育中的應(yīng)用基于對(duì)大量學(xué)生數(shù)據(jù)信息的收集和分析，勢(shì)必帶來(lái)隱私泄露和數(shù)據(jù)濫用的風(fēng)險(xiǎn)。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的一個(gè)重要條件就是海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定傳輸，在校園環(huán)境下，建設(shè)學(xué)習(xí)型組織的數(shù)字孿生具有網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備多、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)間集中的特點(diǎn)，給校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境造成了很大的負(fù)擔(dān)。數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴海量數(shù)據(jù)的整合與集成，物理空間產(chǎn)品形態(tài)的多樣性，以及學(xué)習(xí)者體驗(yàn)的不確定性，這些都阻礙了數(shù)據(jù)的收集與分析。

總結(jié)與展望

數(shù)字孿生作為工業(yè)化4.0智能制造時(shí)代的重要技術(shù)，已成為信息與制造領(lǐng)域交叉研究的新熱點(diǎn)。數(shù)字孿生的構(gòu)建有望打破教育領(lǐng)域虛擬與現(xiàn)實(shí)的界限，實(shí)現(xiàn)物理空間、社會(huì)空間和信息空間的相互融合，實(shí)現(xiàn)物理信息系統(tǒng)向虛擬空間數(shù)字模型的反饋，這有利于中國(guó)教育現(xiàn)代化的發(fā)展。

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