指向工科學生創新素養培養的教育元宇宙：技術路向與因應策略

侯浩翔?王旦

摘 要：促進工科學生的創新素養提升是我國應對“卡脖子”難題和實現科技創新的必由之路。承襲數字化的技術理念與游戲化的設計思維，教育元宇宙呈現出沉浸式虛實交互體驗、多元化技術高度融合以及趣味化探究的特征，在促進工科學生創新素養培養方面具有顯著優勢。在教師的組織設計引導下，創設虛實交互的學習環境，激發工科學生創新思維發展；應用多元融合的數字孿生技術，提升工科學生創新實踐能力；發揮元宇宙游戲化、趣味化的技術屬性，助力工科學生創新精神品質養成。為發揮教育元宇宙對工科學生創新素養培養的支持作用，提出建立教育元宇宙協同發展體系，革新教學模式并推動教師教學能力提升，借鑒虛擬學習場景數據反饋，完善學生創新素養評價機制，明確虛擬身份準入認證規則，化解師生隱私安全風險等因應策略。

關鍵詞：教育元宇宙；創新素養；工科學生；數字孿生；沉浸式體驗

適應建設世界重要人才中心和創新高地、克服“卡脖子”難題及關鍵核心技術領域的現實需求，創新人才培養成為我國教育高質量發展的重要事項。培養大批具有科技創新素養的工程學科人才成為我國實施創新驅動發展戰略、實現高水平科技自立自強、打贏關鍵核心技術攻堅戰的必然路徑。傳統的課堂教學滿足于知識的灌輸、應試能力的培養，與探索求新的創新素養培養相抵觸。元宇宙、人工智能、大數據分析等數字化技術日益深入學習環境中，成為區別于傳統課堂教學場域的最明顯特征，與強調創新創造、實踐操作的學生創新素養培養具有本質上的聯系。特別是在新冠疫情期間，虛擬仿真、虛擬現實設備等元宇宙技術在工程專業課程教學中發揮了重要作用，保障了正常的工程教學實踐。為應對現代科學技術發展的時代背景，麻省理工學院于2017年啟動實施新工程教育變革計劃（New Engineering Education Transformation，NEET），旨在重新構建本科工程教育，利用智能機器、物聯網、新型材料設計與制造、智慧城市、AI（人工智能）驅動的醫療診斷等基于項目的課程建構（Project-Centric Curricular Construct）體系，改變傳統以機械、化學、電氣為主的工程教育課程形式，使工科學生的發明創造、創新思想、批判與元認知發展等11項創新能力得以提升?？梢娦屡d的互聯網技術已經成為變革工程教育教學方式、推動工科學生創新素養提升的重要支撐。

元宇宙是第三代互聯網技術的新型發展形態，融合了全息講臺教學、遠程擬真教學、鏡面互動教學等虛實相通的協作教學平臺，引入全息投影膜和佩珀爾幻象（Peppers Ghost）等全息顯示技術等多項技術應用，將多元化前沿技術融合為終極數字媒介，鏈接虛擬世界并復制現實場景，基于主體、場景、技術等要素構建人機交互、虛實相融、具身沉浸的全息鏡像空間。區別于其他教育數字化技術，教育元宇宙以其沉浸體驗、虛實交互等技術優勢吸引學生的學習興趣，使學生在虛擬場景創設、實踐活動參與中提升知識學習效果，促進思維發展和實踐能力鍛煉，并在趣味化、互動式的過程中培育持久堅韌的創新精神品質。為明確教育元宇宙支持工科學生創新素養發展的具體指向，本研究首先明確以下幾個問題，即：教育元宇宙的內涵界定與技術特征如何概述？工科學生創新素養的維度結構包括哪些？教育元宇宙如何促進工科學生的創新素養培養？在此基礎上，提出支持工科學生創新素養培養的教育元宇宙發展路徑。

一、教育元宇宙的內涵概述與技術特征

元宇宙概念并非源于學術創造，最早出現在1992年尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）的科幻小說《雪崩》（Snow Crash）中，小說中的人物化身為虛擬角色并在3D環境中活動，這種虛擬環境被稱為“Metaverse”，即存在于現實之外的虛擬現實。元宇宙的概念產生以后，社會各界對其進行廣泛的研究和探索。2006年，元宇宙加速研究基金會（Acceleration Studies Foundation，ASF）公布了元宇宙的發展路線圖，提出元宇宙的具體概念及類型，包括虛擬世界（Virtual Worlds）、鏡像世界（Mirror Worlds）、增強現實（Augmented Reality）和生活記錄（Life logging）四個關鍵組成部分。增強現實空間構成元宇宙的子集，形成虛擬環境與現實環境之間的“十字路口”。2008年發布的索利普斯（Solipsis）白皮書，介紹了使用對等拓撲創建大型虛擬環境系統的開源架構，可以通過用戶界面訪問的虛擬世界大規模基礎設施，將2D和3D結合到沉浸式互聯網中[1]。利用3D虛擬世界或元宇宙組成的大規模集成網絡，可以綜合調動人們的視覺、聽覺和觸覺沉浸式真實感受，成為與人類社會并行的虛擬世界[2]。教育元宇宙體現了數字化的技術哲學理念與游戲化的設計思維，其顯著優勢是為師生創設一種沉浸化的教學活動空間，賦予相關教育參與群體數字化身份，延伸正式與非正式的虛擬教學環境，發揮虛擬技術的交互性、視聽性、持久性和沉浸性的優勢，為師生打造現實世界與虛擬環境相互聯通的教學場域。結合教育元宇宙的虛擬現實等技術，由松散連接的信息、格式和VRML、X3D等數據標準集合，生成側重于跨虛擬世界環境傳輸三維模型。從教育元宇宙的技術路徑出發，教育元宇宙既承接了虛擬現實、人工智能等技術優勢，又適應了數字孿生、全息技術等新型技術的發展趨勢，呈現出沉浸式學習體驗、高度技術融合和趣味化等顯著特征（見圖1）。

1．遵循具身認知的技術范式，彰顯沉浸式虛實交互的特征

基于具身認知的沉浸式教學體驗，成為教育元宇宙支持下課堂教學的新形態，將學生的身體感知和沉浸交互體驗作為教學過程中的重要考量，有助于提升學生的知識學習效果及認知發展。具身認知理論歷經梅洛·龐蒂（Merleau Ponty）、威爾遜（Wilson）等人的系統建構，注重身體感受與經驗對認知提升的作用。梅洛·龐蒂以知覺現象學為依據，認為世界并非是由概念構成的存在形式，而是在身體的支配下介入世界并作出反應，身體作為人與外界溝通的媒介，身體的感知要遠勝于符號運算的效果[3]。身體不僅為認知發展提供了源泉，還影響著認知的內容生成與發展方向。威爾遜（Wilson）更加明確地指出“活著的心智”（Mind on the Hoof）是依賴于認知和環境的實時交互產生的，離線認知（Off-line）是以身體作為基礎，脫離環境的心靈活動也是和環境共同作用之后的工作機制[4]。在教育元宇宙的技術支配下，同樣遵循具身認知的理論范式，沉浸體驗的元宇宙技術與教育用戶的身體、大腦以及環境相聯系。吉爾伯特（Gilbert）將虛擬技術概括為五個方面的特征，分別是具有3D圖形界面和集成音頻，支持大規模的多用戶遠程交互，即使沒有聯結特定用戶也能夠持續運行，環境及多感官現實主義創造了“身臨其境”的存在感，提供個性化的內容創建工具及虛擬化體驗[5]。利用具身化的、交互式的虛擬現實技術，沉浸式的學習場景能夠為學生提供更加真實的感受，對學習內容進行分解式、條理化呈現；結合智能技術的信息捕捉，及時識別并掌握學生的學習動態和身體表現，精準化地提供教學反饋；寓身于境的具身化學習場景，使學生能夠在與協作對象的交互中開展知識內容學習。

2．集成迭代技術發展層次，呈現高度的技術交融特征

元宇宙體現了高度的技術整合性特征，發端于數字游戲平臺與數字貨幣等集合式硬件技術，在5G網絡配置、沉浸設備、訪問與展示類設備、生物數據采集設備的基礎支撐下，呈現數字孿生、虛擬原生、虛實相融的技術發展層次。第一，元宇宙對于高端算力的需求，隨著云計算的應用成熟而為算力集群提供了更多邊緣計算資源，進一步減輕了個人終端的計算壓力，促進終端設備向便攜化、高性能與并行化的方向轉變。第二，腦接口（Brain-Computer Interface，BCI）技術可以借助于虛擬現實和擴展現實終端賦予受教育者相對局部的感官體驗，實現一定程度上的腦機結合和感官交互共享。從人腦的運行機制來看，人們的所有感官接觸與行為反饋都是由大腦進行的信號處理，BCI可以直接通過人腦與技術裝備之間建立聯系，從而對大腦特定區域完成刺激后進行沉浸式的感官體驗。第三，云計算為元宇宙提供了充分的算力基礎，是用戶之間開展信息交流互換及通信的有效平臺，但對高性能的客戶端也提出了較高要求。網格模式下的OpenSim服務器支持構建分布式游戲環境，在登錄時間與遠程傳輸方面均具有一定優勢，能夠在開源軟件的支持下對服務器進行定制，使Second Life的兼容性得到保證。此外，OpenSim服務器以獨立模式和網格模式同時運行并輕松構建虛擬世界，可以將其作為三維展示工具在課堂環境中使用。第四，區塊鏈可以為虛擬世界中的資產提供數字所有權證明，區塊鏈加密技術可以提供眾多關鍵功能來填補元宇宙中缺失的非同質化代幣（NFT）[6]。NFT為教育元宇宙創設了無縫銜接的支付規則及結算系統，對教育數字資源加以標記和確認，維護師生數字化學習過程中的身份識別、數據記錄、隱私保護等權益。

3．整合游戲化工程教育理念，賦予探究過程的趣味性特征

元宇宙結合游戲化教育活動設計，在提高學生學習積極性及溝通合作能力方面效果顯著。工程教育游戲屬于一種寓教于樂的教學活動設計，借此可以創建沉浸式的游戲場景，在激發學生創新意識、團隊協作能力和自主性學習方面均具有積極作用[7]。結合工程教育游戲化設計和元宇宙技術，則進一步增強了工程教育游戲的沉浸式體驗和趣味性，伊斯坦特（Estudante）等利用元宇宙開展教育逃脫游戲，使學生在學習學科知識時進入知名學者索爾維（Solvay）的實驗室，學習化學反應平衡、摩爾質量概念等原理，借助于增強現實技術，該設備可以廣泛應用到普通教室[7]。在利用教育元宇宙創建的學習環境中，文化背景、空間布局、虛擬任務和組織機構的設計既與現實場景相類似，又呈現出數字孿生、智能互聯的虛實一體化特征。工科學生和其他參與者共同探索虛擬空間，開展趣味性、接近真實的游戲化學習活動。例如，Zepeto是基于3D頭像的增強現實虛擬形象服務，使用面部識別、增強現實和3D技術創建虛擬頭像與其他用戶開展交流，用戶通過智能技術自定義個性特征、面部表情等，進入教育游戲開展角色扮演。Roblox是世界上最大的多人在線游戲創作平臺，越來越多的用戶使用虛擬現實技術制作游戲或應用他人制作的游戲，用戶可以從游戲制作的過程中獲得Robux和Tix兩種虛擬貨幣。特別是在新冠疫情背景下，Roblox和Zepeto等元宇宙技術為無法外出的人們提供了新的社交空間，學生則在Zepeto系統中的“教室地圖”中開展學習活動[8]。在這些電子化游戲中，綜合采用了交互式、虛擬化、沉浸式的技術設備，涵蓋了工程、技術等多種學科，利用增強現實技術將網絡游戲和現實世界相結合，便于工科學生在虛擬仿真世界中增強創新創造的興趣和信心。

二、工科學生創新素養的維度結構

創新素養概念起源于現代創造力理論。20世紀50年代，吉爾福特（Guilford）率先提出現代創造力理論，在學術領域掀起“創造力研究”的熱潮。特麗莎·阿瑪貝爾（Teresa Amabile）在創造力研究領域取得卓有成效的研究成果[9]。在她提出的創造力結構模型中，指出創造力是由領域技能、創造技能和任務動機構成。領域技能是特定領域中所需的知識、行為準則、技能的操作技能等；創造技能是指創新創造過程中以及實踐問題解決中所需的創造性思維、認知能力和敏銳度；任務動機則是個體對從事創新活動所秉持的態度及相關心理反應。林崇德對創造性的實質進行總結，認為是個體對知識經驗及思維材料的高度概括，隨后進行集中且系統的遷移和新穎的組合分析[10]。從以上界定可以看出創新實質上是學生全面發展的結果，是學生潛能迸發和積極開拓創新的結果，工科學生的創新素養表現為一種創新的思維方式、創造性的問題解決能力和實踐能力以及相應的精神品質，在解決問題或設計創意產品的過程中表現出來（見圖2）。

第一，創新思維，即工科學生思維上的靈活性、敏銳性、發散性、獨創性、流暢性等，是創造力的智能系統。創新思維對創新行為具有思維上的引導性，正如愛因斯坦（Albert Einstein）所說的“提出問題通常比解決問題更重要”和“提出新問題、新可能性，從新角度審視問題，需要創造性的想象力，這也標志著科學的真正進步”[11]。工程創新思維與工科學生的創造性活動相聯系，能夠將有條理思維和無條理思維相結合，為產品開發與項目解決方案的探索提供了思維基礎，工程創新思維的培養是工程學導論課程中的重要環節。具有創新思維的工科學生能夠應用包括類比、批判性思維、思維導圖、逆向思維以及獨特的思維觀點，促進了工程技術的創新，創新思維培養也是工程教育的重要目標。

第二，創新實踐能力，指工科學生主動獲取信息資源、操作應用工具、統籌安排解決復雜事務的能力，屬于創造力表現的工作系統。具體涉及問題的識別、歸類、建立聯系、提出解決方案、評估進度、探索新知等要素。從認知心理學的角度來看，創新過程同樣表現為解決問題的過程，解決問題的能力和創造力密切相關。Santos等人在研究中設計了智能化的實驗室環境，旨在通過互聯網信息技術提升工科學生的創造力[12]。學生在此環境中，能夠按照既定的模型設計產生新穎觀點、包容開放和勇于探索等創造力的相關要素。問題解決能力被視為工科學生創造力的重要組成部分，尤其是當他們面臨開放式問題、案例研究等，要求個人發揮更高的認知、分析、綜合能力，并對解決實踐問題的方案與經驗進行重組，從而激發學習者的創新實踐能力。

第三，創新精神品質，是指工科學生具有強烈的動機、好奇心、求知欲、主動性、不畏挑戰等品質，屬于創造力的動力系統。為了使工程專業的學生做好迎接未來的準備，應當幫助他們發展創新創造的思維及實踐能力，并將敬業精神、責任感等內在品質列入培養指標要素。創新精神品質被認為是創造力的根本，是確保創新活動得以持續開展的決定性因素。在豐富的知識經驗基礎上，如果個人始終對從事的創新實踐保持積極樂觀、充滿好奇心、努力探索未知之境，便可以使知識轉換為創新思維與能力。恰恰是這種難以衡量、容易被忽視的非智力因素，正是決定工科學生創造力發展的重要變量。

三、教育元宇宙助推工科學生創新素養發展的技術路向

從教育元宇宙的技術特征出發，為工科學生的沉浸式學習體驗和參與虛實交互的教學過程創建了特定場景，高度融合的技術應用與趣味化的教學設計使工科學生擁有創新創造的實踐機遇，在虛擬的、人機交互式的實踐活動參與中培育個人的創新精神品質。可見教育元宇宙與工科學生的創新素養培養具有內在的天然聯系，強調工科學生在實踐操作、技術應用等過程中得到創新素養的提升（見圖3）。

1．應用全息沉浸式交互學習系統，促進工科學生創新思維提升

元宇宙能夠為教育用戶的思維表象化提供虛實交融的學習環境，用戶以元宇宙中的沉浸式學習系統及可穿戴設備為依托，在三維虛擬世界中創造并交易虛擬產品，將個體的創造性思維轉化為有形或者無形的產品，表征為復雜性思維、創新觀點向具體化產品的顯現。基于元宇宙的創造性思維教學可以增強學生解決問題的創造力，借用比爾（Bill）等人提出了三種基于網絡的創新思維教學原則，分別是“致力于思維的教學”（Teach for Thinking）、“思維的教學”（Teaching of Thinking）和“關于思維的教學”（Teaching about Thinking）[13]。其中，“致力于思維的教學”旨在利用元宇宙改善學校和教室環境，以促進思維發展；“思維的教學”目的在于借助虛實交互的教育元宇宙技術，在教學活動中提高工科學生的思維能力和相關策略；“關于思維的教學”是在虛擬現實的情境交互中，幫助工科學生感知個人和他人的思維過程，并將這種認知過程應用于日常生活和解決現實問題。

教育元宇宙在促進工科學生創新思維發展方面具有較大潛力，虛擬現實允許學習者與他人或者物體互動，為觀察、探索和主動學習提供了模擬情境。虛擬現實在各種教學嘗試和實踐中創建了形象化的環境，結合3D動畫、文本和語音可以增強學生的注意力，發展批判性思維。此外，教育元宇宙還可以激發工科學生的想象力，形成各種可行的、獨特的、新穎的創新觀念。如在航空制造實驗教學中，教師借助虛擬現實技術與實物實驗平臺，可以為工科學生創造沉浸式和交互式的飛機裝配實驗教學場景，該系統能夠使工科學生在三維虛擬現實環境中模擬配件的裝配和對接，在教師的支持下開展探究性學習和專題化演練，借此提升工科學生的創造性思維。

2．結合多元化數字孿生技術，提升工科學生創新實踐能力

多元化數字化技術整合的教育元宇宙，有助于推動以知識符號為主導的課堂知識向問題驅動、任務導向、多元融合及知識遷移的情境知識學習環境轉變，由此觸發工科學生創新實踐問題解決能力的發展。創新實踐要求工科學生從多重角度對問題進行思考，能夠靈活地從不同解題方法的尋找中找到相適應的做法，從而獨創性地提出新穎的問題解決策略。巴拉塔（Barata）等對數字游戲和虛擬技術相結合的教學環境進行試驗，研究發現虛擬技術提供了場景化的學習環境，便于學生創造、探索和交流。通過混合虛擬環境可以提高學生的自主性、創造力，在課程中加入虛擬環境Avatar World，這個虛擬環境隨著學生的評分而增長[14]。研究結果表明，即使學生利用少量時間在虛擬世界中進行學習和開展游戲，他們也具備了執行創造性任務的能力。

元宇宙為工程教育打開了探索實踐空間和新型拓展領域的大門，創建了更多的資源及空間供工科學生進行創新實踐活動，使主體的社會實踐能力轉變成虛擬產品或現實存在。在教育元宇宙技術支持下的工程實驗教學架構中，涉及基礎設施層、數據信息層、功能軟件層和采集交互層，能夠實現實驗教學的情景化、實時監測、多維交互和全面評價[15]。在操作驗證類實驗、設計優化類實驗等常規實驗教學中均可以發揮效用，如英偉達Omniverse汽車生產模擬平臺，并基于實踐操作的數據反饋進行自我評價，在項目化、協作式的實驗教學中實現工科學生的創新實踐能力提升。除了提供數字孿生技術以促進學習者的創新能力發展的物理空間，元宇宙技術應用程序本身也可以為創造活動提供環境，包括虛擬現實環境和交互式社區成為創造性協作空間，培養工科學生參與復雜場景中的問題解決潛力。

3．秉承趣味化的技術屬性，助力工科學生創新精神品質養成

元宇宙本身具備“育樂”（Edutainment）的內在屬性，將游戲化學習與生活方式相結合，為學生創建數字身份并在虛擬的環境中進行知識探索，創設趣味化、交互性的學習條件。在多模態交互技術的支撐下，學生視聽觸覺等多種感官體驗得以調動，并模擬師生之間的社會交互行為。這種交互行為能夠擺脫指令執行與圖形界面的約束，采用更加自然交互（Natural User Interface）的行為邏輯，更加注重前饋自適應的主動交互。與傳統的互聯網協作平臺相比，沉浸式的元宇宙提供了更加豐富有效的線上協作平臺，便于在學習成員之間創設便捷的交往情境。例如，元宇宙虛擬環境中的師生可以通過手勢、注視等方式增加溝通交流的有效性，并借助形象化和交互式的虛擬對象以提高教學任務的性能，進而創建更豐富的協作環境。

學?？梢詣摻ń换ゲ僮?、團隊參與的虛擬學科實踐空間，利用游戲化的故事情節、任務挑戰、排行榜或贏得徽章等方式，為激發學生的頭腦風暴以及團隊協作精神提供支撐。虛擬的學習環境是培養學生創新精神品質的重要場景，通過交互式模擬來應用沉浸式虛擬環境，進而增強學生的學習體驗。基于虛擬現實實驗教學的創新實踐平臺，能夠實現場景內的模擬庫配景模型任意擺放、使用更加豐富的模型庫以及動態物體運動軌跡的自定義；建設AR、VR與無人機技術的創新驅動實驗平臺，支持無人機制式圖片的智能識別、軌跡智能建模等功能于一體的增強現實實驗系統[16]；在教學資源庫中則進一步構建學科競賽與畢業設計的OR系統，實現多人虛擬沉浸式教學、無人機航拍建模應用?？梢姼挥谔剿餍院腿の缎缘奶摂M任務成為釋放學生創造潛能的有效方法，學生在此過程中沉浸于學習活動及產品創設，可以自由地提出創意觀念，探索并評估設想，培養創新創造的精神品質。

四、支持工科學生創新素養培養的教育元宇宙因應策略

教育元宇宙背景下的工科學生創新素養培養是一項系統工程，要求各級各類教育體系形成合力。其中政府部門主要為教育元宇宙提供基本的制度保障和資源支持；學校根據創新人才培養目標或規劃綱要開展教育元宇宙教學實踐，提升教師的技術應用能力并革新教學模式；企業、科研機構等能夠為學校的元宇宙教學提供智力支持和專業化培訓。在多元主體協作的支持下，輔助學校設計元宇宙技術與學科相整合的課程資源，建立與教育元宇宙相適應的工科學生創新素養評價系統，并在消解隱私風險的考量下完善元宇宙身份認定機制。

1．建立教育元宇宙協同發展體系，致力于工科學生創新素養培養

根據教育元宇宙的技術特征分析可以看出，發揮教育元宇宙的優勢需要多部門的協同參與，厘清教育行政部門、企業、高校等部門的職責。第一，由于教育元宇宙的應用涉及個人感官信息提取、數據適配與傳輸、傳感器隱私數據的收集等，需要針對教育元宇宙的行業標準及數據應用制定明確的標準，并建立基于師生數字身份的學校管理制度，將虛實交融、萬物互聯的元宇宙技術規范納入學校新基建規劃項目，并建立配套的空間布局應用條例。第二，科技類企業在教育元宇宙技術研發、市場調研與推廣等方面具有顯著優勢，能夠為學校的元宇宙技術應用提供大量資金、硬件與軟件設備、課程資源等，是協同創新體系中的重要組成部分。在科技類企業的支持下，有助于完善教育元宇宙的多維培養體系，豐富學校的課程設計實踐板塊、科技實踐模塊、學科基礎實驗模塊等，指導元宇宙技術的教學應用，通過教育元宇宙促進工科學生創新素養的發展。第三，隨著現代生產方式及高新技術的快速發展，建立科學研發與教育教學現實需要緊密結合的“一體化”運作機制。圍繞提升工科學生創新素養的教學主題，構建基于教育元宇宙、智能技術支持的學習環境，實現課堂內的師生交流互動便捷化、教學方式趣味化、學習效果和學生創新素養提升的目標，創設形式多樣的虛擬交互、沉浸式感知等教學形式，涉及創意產品設計、零部件加工、控制系統軟硬件設計、可靠性及穩定性調整等，促使工程教育科研理論和實踐教學更加協同。

2．利用教育元宇宙革新教學模式，推動高校教師教學能力提升

通過建構跨學科的學習方式和新型教育教學方法，推動教育元宇宙等新型教學技術的廣泛運用，在學校教育中建構工科學生創新素養的培養機制。但是僅僅采用新的技術手段尚不能促進工科學生創新素養的發展，教師需要采用創新教學理念并在課堂中引入學生創新思維、創新能力的培養方式。兼松（Kanematsu）等人使用教育元宇宙開展虛擬現實和STEM學科實踐相結合的教學方式，涉及具有一定風險的放射性核安全教育，學生在元宇宙學習環境中接受教師的同步引導。對比實驗結果表明學生對虛擬課程產生濃厚興趣，能夠從情感上克服對于危險事物的恐懼感并深度探究學習，可見教師的有效指導能夠進一步提升教育元宇宙的教學效果，對于培養學生的實踐動手能力也具有積極效應[17]。教師在利用虛擬現實等技術教授學生時，需要鼓勵各種類型的創新素養發展，使學生在學習期間燃起創新創造的希望。為培養工科學生的創新素養，需要在教學方面進行一系列改革。第一，利用元宇宙創設具有挑戰性的問題情境，使工科學生經過思維加工發展個人的創新思維；第二，工科學生在自主探究與學習的過程中，往往能夠鍛煉自身收集材料、組織材料、傳遞信息并解決問題的能力，形成創新素養發展所需的技能；第三，促進多樣化的教學模式改進，引導學生探究“是什么”“能夠是什么”的問題，使工科學生的思維得以豐富和拓展；第四，圍繞知識增長和創新能力發展的相關性，增加課程教學的類型，包括學生所必修的核心課程、差異化的外圍課程、經驗為本的課程以及微型課程，為學生發散思維加工和復合性思維加工創造條件。

3．借鑒虛擬學習場景數據反饋，完善工科學生創新素養評價機制

在教育元宇宙的虛擬學習場景中，系統儲存了大量學習者及其行為表現的數據，這些數據經過分析處理能夠提供形成性和診斷性的反饋，便于為工科學生的學習表現及創新素養創設總結性評價基礎。在對工科學生創新素養的評價方面，必須革新已有的評價理念，建構數字化教育背景下的學生創新評價機制[18]。評價的目的是促進工科學生綜合素質提升和創新能力生成，切合學生發展及生長的動態性，而終結性的結果評價往往只注重學生的最終表現，對工科學生創新素養發展的過程忽略不計，有違學生成長的客觀規律及科學培養。最早注意過程評價的是斯塔弗爾比姆（Stufflebeam）等人提出的CIPP（Context，Input，Process，Product）評價模式，斯塔弗爾比姆對CIPP模式中的過程評價進行界定，認為“過程評價的實施目的是發現方案實施過程中出現的問題，并向方案指定的人作出及時的信息反饋，整體反映為一種實施過程中的評價形式”[19]。在創新人才過程性評價的基礎上，借助于元宇宙、智能技術支撐，結合形成性評價、針對性評價以及終結性評價體系，動態地將各種評價形式加以整合，形成針對工科學生創新素養發展的全過程評價，定期檢驗工科學生創新創造的階段性表現，探究問題解決途徑，將動態化評價作為學生創造力培養的必要途徑。具體來看，基于元宇宙在形成性評價與總結性評價方面的優勢，能夠為工科學生的創新素養發展創造三方面的支持[20]。第一，元宇宙結合精心設計的課堂教學活動，可以吸引工科學生積極參與其中；第二，元宇宙可以激發工科學生更多樣化的創新行為表現，描述學生學習體驗及虛擬情境的參與情況，通過創造性的活動設計使工科學生的自我效能感、創新意愿得以激發；第三，提供工科學生創新行為表現的證據，借助于內嵌于元宇宙中的診斷性評價重構學生行為軌跡中的細節，或者采用快照式的總結性評價、展示創意產品作品的綜合評價。

4．明確虛擬身份準入認證規則，化解師生隱私安全風險

元宇宙本身作為多項技術的綜合體，以“去中心化”推進資源共享，消除傳統媒介中的數字鴻溝，但在資產管理、數據隱私保護等層面均存在較多的倫理挑戰。元宇宙中的虛擬分身技術和生物數據系統在增強人機交互便利性的同時，也給師生的隱私保護帶來較大風險。在沒有對元宇宙運營平臺加以管控的情況下，放任運營方對師生的行為偏好、文字表述及虛擬分身等數據信息加以收集，并將其用于商品推銷、企業盈利等目的，將會出現師生隱私問題蔓延至元宇宙世界的問題。教育元宇宙創建了一種基于游戲中心的網絡虛擬關系，忽視現實世界的生生互動和師生交流，可能誘發身份混亂、逃避現實以及對現實的不適應。另外個人隱私信息和數據安全難以得到保障，平臺管理員的主導權力無限放大，不可避免地會受到違法行為的威脅。為規范教育元宇宙中的學習活動，應當建立學生虛擬身份準入的認證規則，保障師生身份信息的真實性和完整性，使身處元宇宙中的師生具有與現實世界唯一映射的虛擬化身，打造元宇宙虛擬世界的“通行證”“信任體系”，建立官方認證并具有特定標識的元宇宙身份認定機制[21]。利用區塊鏈技術、非同質代幣（NFT）和非同質化權益（NFR）的價值轉化閉環，包括分布式存儲技術、分布式賬本與智能合約、哈希算法及時間戳技術，使數字產品得到身份綁定、版權認證、權益分配等方面的信息保障，維護用戶原創內容（UGC）、專業生產內容（PGC）等產品創作，避免區塊鏈交易及元宇宙技術應用時發生侵權

行為。

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[基金項目：2021年度全國教育科學規劃課題“基于智慧教育的高質量新型教與學體系構建與應用研究”（BCA210085），2022年度中央高?；究蒲杏媱潯啊ヂ摼W+背景下本科生創新素養的測評指標構建與培養路徑研究”（JUSRP122064），2022年度江蘇省教育科學規劃重點課題“編程教育對工科生創新素養的影響機理與提升路徑研究”（B/2022/01/107）]

[責任編輯：余大品]