元宇宙視域下在線教育發(fā)展探究

林澤淦

(廣東培正學院，廣東 廣州 510830)

1 元宇宙與在線教育的背景

在線教育正逐步融入人們的日常學習生活中，也將是未來教育方式的大勢所趨。數(shù)據(jù)表明，受新冠肺炎疫情影響造成教育停滯時期，大部分國家和地區(qū)都選擇在線教育來保證教學開展。盡管在線教育具有線下教育所不具有的優(yōu)勢，但弊端也顯而易見，不少學生反映當前在線教育方式存在以下缺陷：①網(wǎng)頁教學簡略單調(diào)，難以調(diào)動學生積極性；②平面交互方式枯燥，學生參與感不強；③學習數(shù)據(jù)記載不全，難以準確評估學生成績。探究其緣由發(fā)現(xiàn)，目前基于二維平面網(wǎng)絡技術(shù)的在線教育形式已無法滿足學生對虛擬沉浸學習環(huán)境和社交的需求，因而找尋新的在線教育方式尤為關鍵。

元宇宙是虛實空間高度結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物，5G網(wǎng)絡基礎上深度互聯(lián)交融的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境賦能智慧VR/AR虛擬信息技術(shù)，將會是未來互聯(lián)網(wǎng)的變革。元宇宙將重塑未來在線教育學習形式，變革未來在線教育的教學和評估模式，為學生提供個性化學習環(huán)境。目前，元宇宙對多數(shù)領域已開展賦能試行，展現(xiàn)出初具規(guī)模的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 元宇宙的特征

元宇宙(Metaverse)意指一種虛實空間數(shù)據(jù)無縫鏈接、虛擬技術(shù)深度交融、智能數(shù)字化的人類生存“第二世界”。元宇宙在近幾年才為人所熟知，但在1992年出版的科幻小說《雪崩》中就把元宇宙簡述為戴上虛擬設備，連接終端，就可以憑借獨特的虛擬身份進入到由計算機模擬、與真實世界平行的虛構(gòu)空間。現(xiàn)在元宇宙虛擬現(xiàn)實發(fā)展過程像是多種信息技術(shù)融合下的概念具體化。

隨著扎克伯格宣稱把臉書更名為“META”，元宇宙市場受到騰訊、微軟等各大互聯(lián)網(wǎng)公司的廣泛關注，紛紛投入大量資金進行研發(fā)以提前布局元宇宙市場，進入了元宇宙科技市場。

元宇宙主要有以下4個典型特征，如圖1所示。

圖1 元宇宙特征

(1)虛實融生。從元宇宙空間的存在模式來看，元宇宙顯著的特征是虛擬與現(xiàn)實的深度交融。利用現(xiàn)代新型虛擬技術(shù)對數(shù)字孿生世界的構(gòu)建促成虛實高度結(jié)合，從而為用戶提供虛擬且仿真的沉浸式感知體驗。

(2)智能數(shù)字化。元宇宙是一個擁有超高智能、數(shù)字化、海量數(shù)據(jù)的虛擬空間系統(tǒng)，其包含了整個虛擬網(wǎng)絡和現(xiàn)實終端虛擬設施，是由各個領域開發(fā)主體共同研發(fā)集成的大規(guī)模數(shù)字化應用系統(tǒng)。元宇宙的組建依托于多種計算機技術(shù)的深度融合，利用一系列沉浸感知可穿戴技術(shù)設備連接虛擬世界，給予用戶沉浸式交互體驗。

(3)思維具象化。元宇宙為用戶打造了一個切實感悟體驗、具身智能交互的虛實深度交融空間，可以讓用戶通過海量數(shù)據(jù)資源和虛擬技術(shù)設備實現(xiàn)“感知可視”“思維可現(xiàn)”等思維具象化的過程。用戶在元宇宙空間中可以通過虛擬設備進行操作，將自身的思維即時轉(zhuǎn)化為具象，使抽象意識實現(xiàn)可視具化，便于用戶深入理解與交互。

(4)數(shù)據(jù)一體化。利用元宇宙虛實深度交融的特征，用戶能夠通過識別獨有的身份數(shù)據(jù)信息并根據(jù)個性化設定在虛擬與現(xiàn)實中任意切換個人存在體驗模式，不受外界條件束縛地利用沉浸式體驗設施連接元宇宙空間開展學習、社交、分享等活動。在這過程中，用戶的元宇宙身份數(shù)據(jù)信息會在虛擬空間與現(xiàn)實世界保持完整。這將對人類社會的組織運作形式產(chǎn)生重大變革，從而促成虛擬與現(xiàn)實數(shù)據(jù)交融一體的新型社會關系。

3 元宇宙創(chuàng)新重塑在線教育的可行性

元宇宙打破以Web2.0主導的現(xiàn)行在線教育體系，使感知體驗與人工智能高度融合，實現(xiàn)用戶的感官體驗與意識世界的虛實融生。因此，在技術(shù)發(fā)展、在線教育變革以及資本驅(qū)動三者交融過程中，在線教育的下一個全新形態(tài)已展示在人們眼前。元宇宙構(gòu)造了虛實融生的在線教育多元系統(tǒng)空間，為在線教育的課程資源、教學方式、學習支持服務和認證機制創(chuàng)新提供了基礎，如圖2所示。

圖2 元宇宙重塑創(chuàng)新領域模型構(gòu)造

3.1 元宇宙在線課程資源創(chuàng)新

元宇宙實現(xiàn)多元核心科技的整合，形成高度虛實融生的新型在線課程開展形式。元宇宙提供多元化在線課程資源，同時對學習目標進行分類具象，用戶可以通過多元視角進行個性化學習，對體驗的主體參與感與課程資源進行區(qū)分如下：

首先，學習者以第三人稱的視角開展學習。該課程可以通過網(wǎng)絡平面和虛擬沉浸技術(shù)設備進行學習，事先對課程學習的場景進行設定，學習者通過操作沉浸虛擬技術(shù)設備，如學習者通過VR眼鏡等虛擬設備連接體驗預設的相關課程進行學習；其次，學習者以第一人稱的視角開展學習，該課程形式將是未來元宇宙在線課程的重要模式之一。課程學習者通過AR/VR可穿戴虛擬現(xiàn)實設備進行連接，加深學習者感官真實體驗程度，提高學習自主權(quán)，如學習者穿戴VR眼鏡等虛擬設備連接元宇宙網(wǎng)絡自主對課程依據(jù)個性化需求進行學習；最后，學習者以獨特的“虛擬再生人像”視角開展學習。該課程以強大的算力為基礎，使學習者感知意識完全與虛實場景互相交融，可以依據(jù)學習者思維的變化而進行動態(tài)建模，實現(xiàn)意識的具化，如學習者通過虛擬設備連接元宇宙網(wǎng)絡，使用特定的身份進行識別，利用大數(shù)據(jù)對學習者的意識進行建模，從而得到符合學習者的動態(tài)虛擬學習環(huán)境。

3.2 元宇宙在線教學模式創(chuàng)新

在線同步教學模式已是教學的主要形式。因為二維網(wǎng)絡技術(shù)的瓶頸，在線教育在交互、意識、質(zhì)量、自主性等方面尚無法完全實現(xiàn)融匯互通。而“元宇宙+在線教育”方式能夠有效地解決現(xiàn)行在線教學模式難題。目前主要包括以下兩種應用場景教學模式：

(1)多元互動化在線教學。利用元宇宙分布式虛實融合的特性，學習者能夠通過虛擬課程學習社區(qū)或平臺開展學習。不同終端學習者通過AR/VR虛擬沉浸設備可進入一體化的虛擬學習空間進行多元互動，開展信息資源分享、社區(qū)交流和虛擬體驗等活動。用戶能夠靈活自主地切換不同教師設置的教學學習場景，進行自由探索、團隊合作以及創(chuàng)新創(chuàng)意學習。

(2)實踐切實化在線教學。元宇宙能夠通過虛實融生的數(shù)據(jù)深度處理再現(xiàn)實驗的真實場景，高度復原實驗現(xiàn)象并實時進行實驗數(shù)據(jù)收集，有效規(guī)避實驗的潛在風險。按學習者實際需求進行分類，包括流程實踐類，該類實驗為學習者設置特定的學習領域，學習者可感知體驗到該領域的內(nèi)容，讓學習者深刻感受到身臨其境的學習環(huán)境，如學習者可以通過元宇宙設定的戰(zhàn)斗機起飛時飛行員的第一視角操作流程進行學習體驗；仿真實踐類，該類實驗需要學習者通過事先設定好的情景進行仿真實踐，產(chǎn)生對應的實踐結(jié)果、科學性反饋，如學習者可以在元宇宙設定的籃球投籃場景通過設備操作進行投籃訓練，大數(shù)據(jù)對投籃結(jié)果進行分析并給出相應的投籃姿勢改善建議；終端實踐類，該類試驗利用AR/VR沉浸虛擬設備以元宇宙虛擬連接操作真實對象，將操作過程感知與實踐操作同步進行，在得到實驗數(shù)據(jù)的同時，也有效規(guī)避潛在的實驗風險，如學習者通過終端進行化學實驗，通過大數(shù)據(jù)對各化學元素進行整合，最后對化學實驗結(jié)果進行仿真計算，從而有效地降低實驗風險。

3.3 元宇宙在線學習支持服務創(chuàng)新

學習支持服務是有效開展在線教育的關鍵所在，在提高學習質(zhì)量和學習興趣方面發(fā)揮重要作用。以新型技術(shù)為基礎的學習創(chuàng)新服務層出不窮，提高用戶對在線學習支持服務的認可滿意度成為了首要解決的問題，元宇宙利用構(gòu)造虛實融生的在線教育學習空間，實現(xiàn)對學習支持服務體系的整合搭建。在元宇宙技術(shù)系統(tǒng)服務下，元宇宙在線教育能夠?qū)崿F(xiàn)學習支持服務的教育、學習、管理、評估四者有效結(jié)合，為學習者提供多元支持服務，最大限度打造適宜的學習環(huán)境。按支持服務進行分類，主要劃分為以下2種服務形式。

(1)基于仿生機器人的“全景教學”支持服務。元宇宙中的仿生機器人連接互聯(lián)網(wǎng)的龐大數(shù)據(jù)資源，學習者可依據(jù)個性化需求選擇機器人外在表象。科學研究顯示，仿生機器人通過面部表情的變換和身體的互動可以增強對用戶的吸引力，從而有效激起學習興趣，減輕學習負擔，增強學習效能感。基于仿生機器人的在線學習支持服務包括：①學習信息動態(tài)推送服務，即根據(jù)學習者的個性化需求、興趣方向、知識層次、社交網(wǎng)絡等進行智能化推送；②教學互動服務，即通過開發(fā)虛擬機器人為用戶提供引導入門服務，降低用戶接受時間成本；③心理調(diào)節(jié)服務，即通過用戶自身狀態(tài)數(shù)據(jù)對情緒進行識別調(diào)節(jié)來激發(fā)學習者的積極情感。

(2)基于人機互動的“智慧教學”支持服務。元宇宙超高智能環(huán)境可以實時對教學者與教學過程進行互通理解。首先，在備課期間可依據(jù)教學者的教學需求對課程進行智能化的教學計劃及相關配套資源的制定，教學者通過簡易操作就能夠優(yōu)化教學效果；其次，在上課期間可全面、動態(tài)地分析學習者與學習群體的數(shù)據(jù)狀況，動態(tài)更新教學方案和策略，與教學者共同完成“人機融合”教學；最后，在課后階段能夠?qū)W生的作業(yè)成績進行智能評估分析，實現(xiàn)動態(tài)作業(yè)質(zhì)量效果及時反饋，并為教學者提供課后教學質(zhì)量分析，有助于其改善教學方式和提高教學專業(yè)技能。

3.4 元宇宙在線教育認證機制創(chuàng)新

在線教育認證機制完善提高了在線教育的質(zhì)量，元宇宙在線教育將在認證體系的基礎上，融合人工智能、數(shù)據(jù)處理等各類新型技術(shù)，生成獨特的在線教育認證新機制。元宇宙在線教育認證機制的創(chuàng)新將直接賦能未來新型教育的發(fā)展。從學習個體發(fā)展的角度來看，主要包括以下3個層面。

(1)基于信息認證實現(xiàn)個體驗證。學習者在元宇宙空間中具有獨特的認證身份，在學習初始階段的構(gòu)建過程中會根據(jù)真實身份進行合理的映射，既反映出真實身份的主體層面與真實身份的銜接，也體現(xiàn)虛擬身份的發(fā)展。此外，學習者基于自身特點通過大數(shù)據(jù)整合融入多元“學習社交圈”，開展高效的沉浸學習體驗。

(2)基于經(jīng)驗認證實現(xiàn)個體開發(fā)。元宇宙將全程記錄保存學習者的學習數(shù)據(jù)，并進行虛實互通轉(zhuǎn)化。一方面，元宇宙能全程記錄學習者的學習歷程，并進行動態(tài)整合分析，對學習者具有唯一辨識性；另一方面，元宇宙學習數(shù)據(jù)具有可追溯性，有助于改善學習者的復習環(huán)境，達到“溫故知新”的效果。

(3)基于標準認證實現(xiàn)個體構(gòu)建。元宇宙在為用戶提供超高智能環(huán)境的同時，也在致力于教育目的的實現(xiàn)，探索構(gòu)建未來教育學習的“擬實環(huán)境”。一方面，需要建立元宇宙多元內(nèi)在系統(tǒng)的關系架構(gòu)，形成相互關聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)；另一方面，應提高在線教育與元宇宙其它領域的深度融合水平，使在線教育成果能夠促進其它領域的發(fā)展。

4 基于元宇宙的在線教育基礎設施建設和新型框架構(gòu)建

目前在線教育學習環(huán)境創(chuàng)新正在向智能化、高效化和多元化發(fā)展。元宇宙具有VR/AR、人工智能、區(qū)塊鏈、云計算以及數(shù)字孿生等新技術(shù)聚合賦能，引領智能學習環(huán)境向虛擬與現(xiàn)實深度交融的方向發(fā)展，為探究未來在線教育環(huán)境提供了新的路徑。以下將從技術(shù)支撐和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分對基于元宇宙的智能在線教育學習環(huán)境進行構(gòu)建，如圖3所示。

圖3 元宇宙技術(shù)支撐和內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型

4.1 元宇宙在線教育的技術(shù)保障

元宇宙將沿著“單技術(shù)—復合技術(shù)—富技術(shù)”的技術(shù)軌跡持續(xù)向前推進發(fā)展，整合各類新型技術(shù)創(chuàng)建虛實融生的新環(huán)境。元宇宙的技術(shù)支撐主要有如下幾方面：

(1)5G網(wǎng)絡環(huán)境。元宇宙將利用5G極速網(wǎng)絡環(huán)境突破智能技術(shù)交融賦能的網(wǎng)絡瓶頸。元宇宙網(wǎng)絡融合一系列云計算數(shù)據(jù)算法進行快速運算，推動形成新型技術(shù)暢通的互聯(lián)網(wǎng)時代。元宇宙網(wǎng)絡指向虛實融生與智能數(shù)字化發(fā)展，逐漸表現(xiàn)出高能智慧、全面防護、多領域互通和虛實一體的創(chuàng)新特征。

(2)人工智能。人工智能為元宇宙空間提供智能化的資源生態(tài)領域，實現(xiàn)超高智能學習環(huán)境構(gòu)建并持續(xù)運行產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)元宇宙資源的動態(tài)增長。也可以根據(jù)個性化智能生成學習資源，為元宇宙提供動態(tài)資源推送。

(3)區(qū)塊鏈技術(shù)。以中心化平臺為主導的元宇宙作為在線教育虛擬交易、身份驗證等活動的網(wǎng)絡平臺，具有一定的風險。而區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化可以實現(xiàn)元宇宙空間交易規(guī)則透明和身份數(shù)據(jù)驗證機制，為用戶交易活動和身份信息安全提供保障。

(4)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同樣作為元宇宙的核心底層技術(shù)，它通過應用層、網(wǎng)絡層、感知層共同協(xié)作，通過部署核心傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接元宇宙的基礎架構(gòu)，為元宇宙萬物鏈接及虛實融生提供可靠技術(shù)保障。

(5)數(shù)據(jù)云處理。元宇宙的出現(xiàn)將不斷推動數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)向多元共生和智能化方向發(fā)展，為Web3.0資源聚合配置的需求標準服務。以各類新型技術(shù)為基礎，大數(shù)據(jù)云處理技術(shù)將促進元宇宙在線教育系統(tǒng)硬件的虛擬化和軟件的服務化，形成深度交融的智能新形態(tài)。利用云數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)元宇宙虛擬與現(xiàn)實數(shù)據(jù)的統(tǒng)一互通和教育資源多元配置共享。

4.2 元宇宙在線教育的空間構(gòu)造

元宇宙概念的出現(xiàn)，為生存空間的連續(xù)可構(gòu)造提供了理論基礎，這將顛覆人們對于傳統(tǒng)二維空間結(jié)構(gòu)的認知。科學技術(shù)發(fā)展推進生存空間從二維空間向多元虛實空間擴展。從技術(shù)層面視角看，元宇宙在線教育學習環(huán)境的系統(tǒng)構(gòu)造包括以下幾方面：

(1)結(jié)構(gòu)環(huán)境，即在線教育所處的感應融生領域。元宇宙所構(gòu)成的數(shù)據(jù)環(huán)境既來源于現(xiàn)實，同時也超越虛擬，達到了虛實融生的效果。學習者可以通過線上線下統(tǒng)一轉(zhuǎn)換過程取得良好的學習效果。其組成部分包括：①VR/AR體驗穿戴設備，有效地增強學習者在元宇宙環(huán)境中學習的感知效果；②真實鏡像，可將現(xiàn)實在線教育環(huán)境進行多元數(shù)據(jù)構(gòu)建并映射到元宇宙環(huán)境中，再依據(jù)個性化需求實現(xiàn)場景真實再現(xiàn)；③學習場所，進行學習體驗所處的場景，將實際與虛擬進行事先情景設定和動態(tài)建模，生成相適應的虛擬學習環(huán)境。

(2)數(shù)據(jù)環(huán)境，即數(shù)據(jù)與服務資源動態(tài)融合的環(huán)境。元宇宙在線教育為學習者提供資源服務，讓學習者在數(shù)據(jù)與服務資源融合中，提高學習者認知水平。其構(gòu)成部分包括：①數(shù)據(jù)收集，對學習者的過去學習軌跡與產(chǎn)生的行為、生理和心理等數(shù)據(jù)進行收集并有機整合，以達到動態(tài)優(yōu)化教學過程的目的；②知識汲取，建立智能化的學習資源數(shù)據(jù)庫，形成資源的動態(tài)流轉(zhuǎn)循環(huán)與動態(tài)更新；③虛實融通，實現(xiàn)元宇宙空間中的數(shù)據(jù)信息與現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換過程中的銜接統(tǒng)一。

(3)文化環(huán)境，即學習者行為與思維的認同統(tǒng)一。元宇宙將重塑在線教育文化環(huán)境，形成多元統(tǒng)一、協(xié)同開放和智能生成的文化場所。其構(gòu)成包括：①人機一體，將人類與機器的智慧進行深度協(xié)同交融，形成人機互為主體的學習模式；②文化秩序，通過元宇宙運行空間規(guī)則重新構(gòu)建適應在線教育學習環(huán)境的規(guī)則；③價值觀點，學習者對元宇宙在線教育學習環(huán)境中的內(nèi)在自身修養(yǎng)、行為等方面的價值認知。

5 基于元宇宙在線教育的未來布局

隨著5G網(wǎng)絡環(huán)境、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)發(fā)展，元宇宙正逐漸變革在線教育的發(fā)展模式。元宇宙整合了目前所有的智能虛擬技術(shù)相關領域，代表了意識感知技術(shù)發(fā)展的先進形式。元宇宙將是未來在線教育發(fā)展的方向。

5.1 構(gòu)筑元宇宙在線教育的發(fā)展基礎

新基建是元宇宙賦能在線教育的根本所在。2025年將基本搭建完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、集約高效、安全可靠的教育新型基礎設施體系是我國教育新基建的主要目標。元宇宙在線教育的新基建必須開展合理設計和進行提前規(guī)模布局。首先，定點示范引領，全國各高校優(yōu)先對元宇宙在線教育模式開展試點建設，并且樹立典型案例標桿，逐漸進行擴散；其次，科研推動，充分發(fā)揮高等教育教研協(xié)同效能，集中高校科研工程中心及企業(yè)的研發(fā)優(yōu)勢，加快新型元宇宙在線教育服務模式研發(fā)；第三，政府引導，制定推動元宇宙在線教育新基建發(fā)展政策，引導并加強社會對在線教育領域的重視。

5.2 形成元宇宙在線教育的發(fā)展動能

元宇宙系統(tǒng)重塑了在線教育新結(jié)構(gòu)框架，不僅體現(xiàn)在智慧學習環(huán)境的搭建、展現(xiàn)形式的變革以及組織運作流程的創(chuàng)新，最根本的是推動結(jié)構(gòu)框架創(chuàng)新，這將會進一步有助于元宇宙在線教育的可持續(xù)發(fā)展。首先，探索新的學習感知理論，通過大數(shù)據(jù)整合多元行為和多元認知研究成果，研究學習者的具身意識學習體驗的創(chuàng)新理論；其次，研究創(chuàng)新教學理論基礎，探索研究“教學互為主體”在元宇宙中的表現(xiàn)形式，對具身教學感知空間創(chuàng)新理論進行模擬建構(gòu)。最后，樹立新型科技人才培養(yǎng)觀念，通過元宇宙在線教育模式培養(yǎng)科技人才。

6 結(jié)語

元宇宙正在不斷創(chuàng)新未來在線教育領域發(fā)展。當前二維平面網(wǎng)絡技術(shù)已不足以支撐新時代在線教育的需求。元宇宙在技術(shù)架構(gòu)上具備5G網(wǎng)絡環(huán)境、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理等先進技術(shù)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上包括結(jié)構(gòu)環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境以及文化環(huán)境，將沖破并重塑在線教育的時空形態(tài)，構(gòu)建成新型元宇宙在線教育環(huán)境。因此要對“元宇宙+在線教育”提前展開布局，推進新基建建設，構(gòu)建元宇宙新型在線教育框架以發(fā)揮其巨大動能。