后疫情時代元宇宙賦能教育游戲研究

蔡健

摘? 要? 新冠肺炎疫情發生以來，網絡教育游戲發揮了巨大的作用，人們足不出戶就可以學習。元宇宙賦能教育游戲，滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學需求，改變著人們的學習方式。從元宇宙賦能教育游戲的關鍵特征、技術架構以及應用出發進行研究，探索教育游戲給教育領域帶來的變化。

關鍵詞? 元宇宙；教育游戲；技術架構；互聯網

中圖分類號：G40-057? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）09-0017-03

0? 引言

2020年初，新冠肺炎疫情暴發，正常的教學活動被打亂，在線教育以及教育游戲為“停課不停學”作出巨大貢獻。2021年是元宇宙元年，元宇宙通過虛擬現實、人工智能、網絡、區塊鏈、視覺沉浸等各項先進技術賦能教育游戲，為教育提供了一種全新的突破性的教育環境和工具。在元宇宙賦能的教育游戲中，人們進行數字娛樂、虛擬學習，購買虛擬商品等，為教師和學生提供了一種沉浸式的教學互動場域，滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學需求。不同于傳統的游戲化教育，元宇宙教育游戲并沒有加入游戲環節去稀釋學習時間，降低學習效率，而是讓學生上手體驗學習，消除枯燥、焦慮等感受障礙，提高學習效率。

1? 元宇宙簡介

元宇宙是整合多種新一代智能技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態[1]。各國對元宇宙的政策取向和應用現狀不同，例如：美國對元宇宙處于觀望狀態，歐盟持高度謹慎態度，日本扶持相關產業建立新型國家優勢，韓國已經成立元宇宙協會，中國對待新事物尤其是科技新事物較為寬容。各國科技巨頭也早早布局元宇宙，如acebook改名Meta全力押注元宇宙，掀起“元宇宙熱”；其他以微軟、字節跳動、騰訊為代表的科技廠商也持續加碼元宇宙賽道，圍繞VR/AR硬件設施、3D游戲引擎、內容制作平臺等與元宇宙相關的多重領域拓展能力版圖。

目前，學術界已經開展元宇宙探索研究，如研究學習元宇宙的內涵、機理、架構，學習元宇宙賦能教育等。這些由元宇宙蘊含的新課題需要從理論到實踐進行分析和探討，本文主要開展元宇宙賦能教育游戲的研究。

2? 元宇宙在教育游戲中的研究

元宇宙產業地圖寬廣，是下一代互聯網發展的新形態，將在現有互聯網基礎上演化升級，尤其是網絡技術、平臺技術中通用的部分，將復用現有互聯網的基礎。從應用產業和應用場景上來看，元宇宙在生產、科技、教育、生活等方面作用巨大，涵蓋終端、應用、平臺服務以及相應的底層技術、配套服務等。

元宇宙是新生事物，如何在教育領域發揮作用？可以從教育中的教育游戲出發，研究元宇宙在教育游戲中的影響。如職業院校中的實訓室建造成本高昂，還無法滿足學生的使用需求，就可以考慮通過元宇宙來初步實現，高仿真的數字化虛擬設備能夠全面模擬物理設備，讓學生通過使用虛擬教學設備進行實訓操作，掌握所學的技能和知識，這就解決了部分問題。學生先通過虛擬實訓，達到課程要求后再去物理實訓室，這樣就可以提高教學效率。本文主要從元宇宙賦能教育游戲的關鍵特征、技術架構以及應用研究出發進行探索。

2.1? 元宇宙賦能教育游戲的關鍵特征

2.1.1? 沉浸式體驗

過去教育游戲追求視覺、聽覺的沉浸式體驗，學者研究較多，效果也不錯。在未來，人們會不斷地追求教育游戲的體驗感，這也就造就了教育游戲技術的不斷提升，將要實現觸覺、嗅覺、味覺更全面的沉浸式體驗，甚至有游戲公司將元宇宙寫入招股說明書，由此可見元宇宙的力量。隨著科學技術的發展，從最開始的PC端到3G互聯，再到4G、5G的移動互聯網，人們的體驗不斷提升，這是一個體驗越來越好、越來越沉浸式的過程，這也是一個必然的過程。如在一個教育游戲中，游戲玩家用手一摸，就能感觸到特定目標的觸感，甚至未來可以實現拉著特定目標進行感知等沉浸式體驗，如對游戲中的菜肴，能夠通過嗅覺、味覺進行感知。浙江開放大學的心靈之家中有一款智能互動宣泄儀，擁有增強現實技術和大屏互動功能，深受學生喜愛。當學業或者情感上遇到困惑的時候，學生可以通過預約來到這里，玩上幾次體感游戲，讓身心沉浸在游戲中。當學生通過揮舞手臂或者跳躍實現關卡通關時，可以明顯感覺到心情得到舒緩。

2.1.2? 虛擬身份

元宇宙賦能教育游戲的第二個特征是虛擬身份，或者叫數字身份，是指通過3D技術構建人體3D模型，可配備衣著等裝飾，通過動作捕捉、表情捕捉等技術賦予其動作，通過真人聲音或語音合成技術賦予其獨特的聲音，從而實現或高度逼真或卡通風格的虛擬角色，用于影視制作或虛擬社交、游戲等在線應用。一個好的虛擬身份應該具有五要素：可靠性、包容性、安全性、靈活性、有用性。其中，可靠性是指對其所代表的人的信任，行使其權利和自由，以證明他們有資格獲得服務；包容性是指任何需要的人都可以建立和使用虛擬身份；安全性是指個人的虛擬信息不會被盜用，不會出現沒有經過授權就共享的情況；靈活性是指個體可以靈活地使用虛擬的數據，擁有所有的權限；有用性是指虛擬身份容易建立，并且可以提供多種服務。

玩家的身份可以是醫生、教師、律師、學生等，將真實身份信息濃縮為數字標識代碼，連接物理世界的自我和數字世界的自我。5G時代也是全面數字化的時代，現實世界的組織、企業、個體還有各種設備物體都會將現實的自我映射到數字世界的自我。這個自我首先是鏡像和復制，但隨著在數字世界的行為數據越來越豐富，將形成一個新的自我，這是在數字世界的延續和演繹。同樣，在浙江開放大學的心靈之家，智能互動宣泄儀前面的學生都有一個虛擬身份，他可以是“舞力全開”或者“有氧拳擊”中的角色。通過虛擬身份，學生沉浸其中，兩者相輔相成，不可或缺。

2.1.3? 虛擬規則

在元宇宙賦能教育游戲中，另外一個特征就是建立游戲中的基于現實世界道德、經濟、安全等各個方面的規則?；诂F有互聯網構建完整統一的虛擬世界，并且能夠真實模擬自然環境規律、人類社會基本規則，元宇宙形態才可以基本形成。規則架構應當體現多元共治理念，包括內在控制規則與外在控制規則。

內在控制規則在元宇宙中占據支配地位，當出現失靈狀況時，需要外在控制規則的特殊干預。維護良善有序的元宇宙空間秩序，有賴于元宇宙的倫理規則與自治規則。元宇宙與現實世界的聯結規則能夠促進元宇宙與現實世界的協同發展[2]。數字孿生構筑的虛擬世界，是對物理世界的孿生仿真，其中包括自然環境和人造環境的孿生仿真，也包括人類社會主體及其行為的孿生仿真，包括政府主體、市場主體、社會主體。在心靈之家的智能互動宣泄儀中，若干游戲就擁有若干的虛擬規則，在一定的規則下運行。

2.2? 元宇宙賦能教育游戲的技術構架

技術架構對于教育游戲的開發至關重要，可以說教育游戲設計的質量決定著這款游戲的好壞。本文在文獻研究基礎上，采用比較研究法，提出教育游戲設計與開發框架，該框架由技術層、應用層、分析層三要素構成。

2.2.1? 技術層

技術層包括硬件、軟件和相應規則。其中，硬件是指構建教育游戲的基礎設施環境，主要指虛擬現實的設備，包括VR眼鏡、VR頭顯、腦機接口等。戴上頭盔后，可以達到沉浸式3D的感覺。腦機接口技術已經比較成熟，腦機接口初創公司Neuralink在2020年對外公開了腦機接口重要研究成果，引發全球廣泛關注，熱搜指數短時間內激增，我國對腦機接口的關注度也日益提升。腦機接口會成為進入元宇宙的一個重要入口，只要戴上一個腦機接口，通過計算機捕獲腦電波并識別，不需要聊天交流，就知道心里想什么。軟件是指運行教育游戲所需要的軟件環境，包括VR、AR軟件，系統運行軟件等。規則指特定算法，算法是人工智能發展的重要引擎和推動力，是一種有限、確定、有效并適合用計算機程序來實現的解決問題的方法，是理論中最純粹的知識形式，是將虛擬世界與現實世界聯結的關鍵節點，主要運用區塊鏈技術。

2.2.2? 應用層

應用層主要指通過相關工具如數字創作技術進行學習設計。數字創作技術包括數字孿生、數字原生和虛實共生，其中數字孿生技術其實就是把現實的世界通過數據的采集映射到虛擬的世界中去，通過開放式編輯器，實現在元宇宙中人人都可以參與新型虛實融生世界的添加、修改等操作，人人都可以是創造者和提供者。

在元宇宙賦能教育游戲設計中，要允許低門檻的創作者共同參與建設。在應用新的3D開發引擎及工具集，保障生產內容品質的前提下，盡量降低用戶學習和使用成本，力爭做到如類似目前流行的短視頻和網絡直播一樣普及。元宇宙應用創作工具，需要有3D模型轉換、3D場景框架、UI框架、XR引擎、設計Studio，包括場景設計、模型設計、數值系統設計、關卡交互設計、版本發布的IDE集成開發環境等功能構成，并通常與實時渲染引擎密切配合使用。

2.2.3? 分析層

分析層主要通過實時數據采集、大數據處理、AI智能處理、融合原生數據處理、人腦協同處理等[3]，對游戲玩家或者學習者在沉浸過程中的所有數據進行分析處理。通過分析處理數據，了解元宇宙環境下教育游戲的效果，進而具備對教育游戲中的設計場景進行動態調整的能力。

2.3? 元宇宙在教育游戲中的應用

新冠肺炎疫情發生以來，網絡教育游戲發揮了巨大的作用，人們足不出戶就可以學習，進行社交、娛樂，購買虛擬商品等。元宇宙為教育提供了一種全新的突破性的教育環境和工具。元宇宙教育游戲的突出優勢是能夠為教師和學生提供一種沉浸式的教學互動場域，滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學需求。雖然以前的CAI課件也努力仿真和模擬實際的物理世界，但受限于技術水平和能力，CAI課件的仿真和模擬現實世界的程度較低，不能像元宇宙一樣為學生提供身臨其境的教育場域，而現在元宇宙將給教育帶來更大的改變。

元宇宙作為新興事物，在教育領域也得到國內外許多企業的重視，并逐步投入教學項目實踐當中。在國外，Meta公司推進元宇宙教育生態系統項目，主打沉浸式教育；Roblox啟動Roblox Community Fund項目，主打少兒游戲。在國內，北京萌科推出元宇宙互動實驗室、元宇宙互動思政教室、跨平臺元宇宙互動平臺等產品，并與人教數字出版公司聯合推出針對最新考綱的中小學實驗教材；編程貓也完成了神奇代碼島BOX的孵化，準備把編程教育推向元宇宙，在BOX平臺中，用戶可以通過構建并發布3D世界、腳本游戲等作品，進行元宇宙模式的學習互動；網易有道信息技術（北京）有限公司申請注冊有道元宇宙商標，國際分類涉及教育、娛樂等。

通過元宇宙賦能教育游戲，能夠給教育領域帶來巨大變化：數字智能教師實現全時伴讀的個性化教育；沉浸式互動教學環境讓深度學習更容易進行；高仿真的游戲式教學激發學生的學習興趣；元宇宙有利于促進教育優質資源共享與教育公平；教育元宇宙促進線上線下教育的融合。總之，元宇宙賦能教育游戲，能夠讓學習者在虛擬世界中進行認知學習，對于學習者來說，創新式的學習方式將不斷激發學習興趣，帶來更好的學習效果。

3? 存在的挑戰和未來展望

3.1? 存在的挑戰

目前，元宇宙尚未有統一的定義，國家也并沒有從頂層進行設計，元宇宙中涉及的倫理、法律與道德，元宇宙構建技術的法律適用，元宇宙中的經濟行為等，都尚未有明確的法律法規予以規范，這需要相關研究人員進一步探索。隨著云計算和大數據處理廣泛的應用，數據能耗水漲船高，根據相關調查，在全球范圍內，數據中心成為全球能源使用規模最大的用戶，在全球總能耗中所占比例將從2015年的0.9%上升到2025年的4.5%，綜合投入和碳中和存在矛盾關系。元宇宙中信息安全也需要人們的關注。另外，教育元宇宙是眾多前沿技術與教育教學、社會關系的深度融合，教育元宇宙面臨的挑戰也是諸多技術倫理問題的并集，且在新的技術融合和應用場域中還會產生新的問題[4]。

3.2? 未來展望

疫情之下，元宇宙在教育領域的應用已有顯現。中國傳媒大學為不讓學生因為疫情錯過畢業典禮，在沙盤游戲《我的世界》中重建了校園，學生化身成為游戲人物形象齊聚一堂完成儀式。作為新興業態的元宇宙蘊藏著技術創新的蓬勃活力與應用革新的豐富潛力，一方面將對人類社會與經濟發展等各個領域產生極大的促進作用，另一方面會給人們的生產與生活方式帶來新的沖擊[5]，相信隨著元宇宙的發展，元宇宙將在教育、藝術、文旅、能源等領域發揮巨大作用。

4? 參考文獻

[1] 蘭國帥，魏家財，黃春雨，等.學習元宇宙賦能教育：構筑智能+教育應用的新樣態[J].遠程教育雜志，2022，40（2）：35-44.

[2] 張欽昱.元宇宙的規則之治[J].東方法學，2022（2）：4-19.

[3] 劉曉軍.云宇宙總體框架和挑戰研究[J].廣東通信技術，2022，42（1）：53-57.

[4] 翟雪松，楚肖燕，王敏娟，等.教育元宇宙：新一代互聯網教育形態的創新與挑戰[J].開放教育研究，2022，28（1）：34-42.

[5] 楊愛華.元宇宙構建之基：基于哲學、技術、社會三維視角的分析[J].求索，2022（3）：83-91.