基于重構主義的教育元宇宙課堂研究

姚雅楠 朱江

摘 ? ? ?要

“元宇宙”作為一種囊括多重技術、新型虛實相融的社會形態，對社會各界影響頗深，引起各領域的巨大變革，教育學界亦提出“教育元宇宙”的概念。聚焦課堂教學，衍生出兩個重要論題：其一，教育元宇宙課堂區別于以往課堂的重要特征何在？其二，如何實施教育元宇宙課堂？文章首先簡要概括元宇宙的由來以及教育元宇宙的研究情況；隨后以重構主義（新建構主義）理論為指導，提出教育元宇宙課堂是智慧課堂的升級版；探索教育元宇宙課堂結構機制和運行機理。

關 鍵 詞

重構主義 ?教育元宇宙 ?課堂教學

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姚雅楠，朱江.基于重構主義的教育元宇宙課堂研究[J].教學與管理，2023（33）：5-10.

2021年被稱為元宇宙元年，國外游戲平臺Roblox在招股書中提及“metaverse”這個名詞并成功上市，學者將其譯為“元宇宙”。元宇宙的出現不是偶然，而是時代發展的產物。一是順應技術的發展，當提升技術、打開新渠道成為企業難題，“元宇宙”這個具有潛力的新名詞出現，吸引企業和資本的目光。事實上，元宇宙囊括多重技術，需要銜接現實世界與虛擬世界。在一定意義上可以說元宇宙是尖端互聯網技術和終端設備技術等的化身[1]。二是來源于人們期待新的體驗，受疫情影響線上教學成為主要教學方式，打破了空間距離的限制，大眾對于未來社會也提出新需求。為此“元宇宙”這個概念再次被提及，它代表一個充滿愿景且不斷發展的新型世界形態，是建立在一個虛擬網絡上的數字世界[2]，集科技、社會、文化等多個屬性為一體。元宇宙應用場景廣泛，也將引起教育領域的巨大變革。教育元宇宙可視為元宇宙在教育領域的應用。目前對教育元宇宙的研究主要停留在明確內涵特征如具有交互性、沉浸性、多元性三個核心特征[3]；搭建場域構架如從物理層、軟件層、應用層和分析層進行搭建[4]；遵循發展順序如從低層的虛擬重現、虛擬仿真、虛實融合，最后達到虛實聯動[5]；應用教學場景如在教學研訓場景中發揮巨大作用[6]。

課堂教學是開展教育的最基本組織形式，是互動交流的主要場所，是傳承文化與創生知識的主要通道。在新興技術帶動下，未來課堂教學也朝著數字化、智能化、虛擬化的方向移動。如何在教育元宇宙時代開展創造性的課堂教學是值得思考的問題。本研究在重構主義理論指導下，首先通過對比傳統課堂、翻轉課堂、智慧課堂的教育目的、教學理念等方面設想教育元宇宙課堂，并簡要概括教育元宇宙課堂的特征；隨后結合其特點進行教育元宇宙課堂結構機制和運行機理研究，不斷挖掘元宇宙在教育領域的巨大潛力，旨在為中小學教育元宇宙課堂教學提供參考。

一、基于重構主義的教育元宇宙課堂內涵及特征

隨著網絡時代的發展，涌現了很多紛雜的信息，知識呈現碎片化，為解決這兩大問題，有學者提出重構主義（新建構主義）學習理論，它與建構主義、聯通主義理論有著部分相似之處。重構主義認為知識可以由個體知識與社會知識兩個部分構成，有軟知識與硬知識之分，呈現碎片化、去中心化、生成性以及時效性四個特征[7]，知識主要發生結構、表征形式、類型、傳遞方式以及生產來源五個方面的改變，使得學習也發生五種變化，學習目的不僅注重知識的傳承，更重視創新創造，讓學生學會“讀書”與“讀網”，能夠將各種渠道獲取的碎片化信息，通過聯通、選擇、零存整取等策略和方法進行有機整合，從而構建個性化知識體系[8]。

1.教育元宇宙課堂是智慧課堂的升級

從傳統課堂開始，陸續出現翻轉課堂，智慧課堂，未來將升級成教育元宇宙課堂。面對面的傳統課堂利于營造良好學習氛圍，增進師生與生生互動，集中學生注意力等，但存在學生停留在知識表面獲得而忽略對知識本質掌握等問題；翻轉課堂堅持以學生為中心，培養學生自主學習能力，但存在資源結構較松散、難以形成完整知識脈絡等問題；智慧課堂借助智能技術實現資源共享、數據精準分析等，但目前存在學習環境相對固定、教師無法實時獲取學生學習狀態、考核形式單一等問題；在結合傳統課堂、翻轉課堂等優勢，借助智能化設施與技術之下，無縫銜接現實與虛擬，創建一體化學習活動，把智慧課堂升級成教育元宇宙課堂。

從思想理念層面來看，教育元宇宙課堂教學目的從最開始的傳授知識、發展思維、生成智慧升華為全面提升學生素質、滿足個性化需求。以教定學、以學定教轉變成以需定學，這與重構主義的新學習觀不謀而合，重構主義強調個人導向的系統學習，即以個人的興趣愛好以及個人問題解決需要為中心，根據個人需求構建個性化的蛛網式知識結構[9]。從學習資源獲取途徑來看，實現文本化到數字化的轉變，地區化到全球化的轉變，學習平臺的智能推送升級成更具差異性、主體化的全球資源系統的個性推薦，自主配備相應課程與教師，高度實現個性化學習。從教學活動場所來看，不再局限于校內或校外的物理空間，達到虛實共生的元宇宙，學習者可以按照需求選擇在真實的實訓基地學習或借助虛擬化身在課程平臺進行課程學習，無論是否在現實世界所有感官均能完整體驗教學活動。從教學活動主要方式來看，強調增強學生學習的主動性，發散學生思維，“為創新而學習，在學習中創新，對學習的創新”[10]。教學活動重心更關注學生的主觀感受，從做中學，從實踐中學。教學環節更加強調師生的選擇、知識內容的重構、資源評價的整合。

2.教育元宇宙課堂特征

教育元宇宙課堂主要呈現七個特征：發展性的教育目的、多模態的教育資源、無止境的學習生涯、無界限的教育空間、沉浸式的教育環境、多形態的教育化身以及高質性的教育成效。

（1）教育元宇宙課堂具有發展性的教育目的

人們在滿足基本的生活需求與安全之后就會追尋更高的價值層面，如有學者提到教育元宇宙的育人新目標是培育有跨界力的新人[11]。目前我國絕大多數的學生仍以提高分數、找到好工作等作為學習目的，未來只會將其作為短暫的某一階段的學習目標，分數等物化的形式僅僅作為檢驗某一階段學習成果的方式。素質是素養的上位概念，教育元宇宙下的教育目的可以概述為個體不斷地追求與提升自己的素質與能力，終身在尋找自己更高的價值，以此達到終身教育。

（2）教育元宇宙課堂融合多種教育資源

紙質版教材作為傳統教育的核心資源，正在逐漸升級為裝載于智能移動設備的電子教材[12]。同時越來越多涌現的在線課程平臺也會成為重要資源載體，現階段在線教育平臺種類繁多，以MOOC和SPOC課程為首，但都存在用戶規模不大、平臺吸引性弱、平臺之間相互獨立等問題，滿足教育元宇宙發展的課程平臺將具備以下幾點：一是在課程選取環節，能夠根據學習者的需求等自動生成學習者畫像，如AutoTutor識別學習者的情感狀態[13]，再基于學習者畫像個性化推薦不同學習資源，如K-means構造學習者畫像[14]。二是在課程學習環節，能夠動態監控并記錄學習者的學習過程，診斷目前薄弱環節以及跟蹤解決問題的路徑，如PAT等數學導學系統[15]。三是在課程學習結束之后，能夠及時給予學習預警如Course Signals、心理預警等[16]。四是課程平臺將實現全球化的共享，所有學習者都能夠根據自身的需求獲得個性化教育資源。五是課程平臺功能會更加突出知識脈絡的條理性等，將資源、交流互動、實時監控、評價和管理等要素有機融合。

（3）教育元宇宙課堂延伸學習生涯

學習生涯即一生所歷經的學習軌跡。為打破時空界限將無限的學習覆蓋到人有限生命的全過程，終身教育體系和學習化社會呼之欲出[17]。從學習時段即生涯長度來看，包含學前教育、義務教育、高等教育、職業教育、繼續教育、老年教育等，基礎教育全國普及，高等教育繼續擴張也許會放棄畢業制并與職業教育等結合形成終身大學，混齡教育、全齡一貫制學校、組合式就業、全民教師制等脫穎而出。從教育形態來看，學校教育、家庭教育、社會教育緊密融合，使得正式學習與非正式學習相融合、線上學習與線下學習相通，三方有機銜接，以提升學生素質與能力為教育目標、在充分發揮自身優勢的前提下建立協作關系，實現資源、場所、人才等開放共享的教育活動。從學習感知度即生涯深度來看，探究式學習、項目式學習、游戲化學習等高速發展會促進學生對知識的理解與掌握程度，進入到沉浸式的深度學習。從學習覆蓋面即生涯廣度來看，學生不再專注于一個方面知識或技能學習，而是進行全面學習，獲得雙學位會成為普遍現象，實現通識教育與專才教育相融合，以期達到general education[18]。

（4）教育元宇宙課堂擴展教育空間

未來教育空間不再局限于學校、教室、圖書館等實體區域，也會創建虛擬學校、虛擬教室等虛擬場所，如美國成立的全球第一所虛擬現實高中——美國高中[19]。能夠使學習活動有效發生，滿足學習者需求的實體或虛擬場所均可以稱之為教育空間。我國目前仍以學校教室作為主要教學場所，正試圖利用相關技術達到虛擬重現、虛擬仿真等層次，如清華大學附屬小學利用AR應用程序增強現實的學習環境，讓學生觀察太陽和地球[20]。未來將實現教育空間的任意性，此時智能技術將達到應用頂峰，如人工智能達到創新應用模式，能夠深度融合人類專家知識與教育行業知識[21]，構建虛擬成長導師提供優質化推薦服務；如數字孿生技術高速發展，實現真實空間與虛擬空間完全互通，在虛擬空間的所有操作與真實空間的實體操作有相同效果[22]。學生可以自由選擇學習場所，并在全球范圍內與社會多方建立合作關系，讓學生在做中學。

（5）教育元宇宙課堂強化教育環境

教育環境重在增強學習體驗，強調主體參與性以及學習活動過程中的真實感受。創建虛擬學習環境一是想通過打破現實的環境限制，將那些危險、成本過高或違背常識等情境展現出來，二是為進一步激發學生的想象力，讓學生在虛擬環境中大膽創新實驗，把自己所思所想進行實踐應用。對于理工類課程中難以進行的實驗，通過設計一個還原度很高的虛擬場景，讓學生在虛擬空間中觀察或進行動手操作學習，如馬小莉等人以“化工熱力學”等課程為例，通過軟件仿真模擬，使學生在簡便操作中對化工生產過程有清晰的認識[23]；在文史類課程中由于時間不可逆性，可通過虛擬場景“穿越”到過去環境中感受當時的歷史，如國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺的8門歷史學課程[24]。

（6）教育元宇宙課堂具有多形態的教育化身

虛擬世界離不開虛擬人物，每個人都會借助數字孿生等技術獲得一個數字化形象，在虛擬世界中延伸自己新的社交關系，書寫生命日志的過程中尋找人生旅途上的同路人。未來學習活動中會存在虛擬成長導師、虛擬教師、虛擬同學等，世界首位數字虛擬教師來自新西蘭的威爾Will[25]，未來虛擬教師的作用主要在于做真人教師的助手，虛擬教師將更多關注于學生的學習成績等物質方面，真人教師側重學生的動機與成長期望等情感方面的培養，以此實現雙師協同教學。虛擬同學在算法體系中稱為個性化虛擬成長伙伴[26]，不局限于校內學習者的身份，突破了時間、地域、年齡等限制，是指學習活動中找到的志同道合的伙伴。虛擬化身實現了個人從現實世界到虛擬世界的映射。

（7）教育元宇宙課堂可有效實現教育成效測量

教育元宇宙以大量數據為基礎，精準技術為依托，通過虛實融合的方式進行有關教育活動，觀測學生在學習過程中的實時情況并給予反饋，測試成績是評估課程質量的重要標準也是測量學習效果的有效方式。在未來，測試不會消失但會發生改變，不再局限于書面上的統一測評考試，沒有統一內容，無固定數量，而是根據教學目標，學生的實際作答情況，只限制答題時間的自動調整的測試[27]。教育成效的測量因素并不局限于知識內容考量，也涉及對認知、情感、技能、行為等方面的考察[28]，教育成效關注的是學習的全過程，利用相關腦機技術實時獲得學生的情緒與思維數據，利用人工智能等技術實時獲得答題情況，在測試之后根據結果給出智能化的學習方案，建立成長期望與學習動機。數據的廣泛性和科學性、技術的精準性、方式的吸引性都化為一股力量促使創造性的教育活動的發生，從而產生高質量的教學。

二、基于重構主義的教育元宇宙課堂結構機制

理論上設想的教育元宇宙課堂，在技術的引領下能夠實現信息數據的實時交互、虛擬與現實世界的無縫銜接、人機物達到平衡發展；堅持以學習者為中心，注重真實化情境的創設，沉浸式體驗知識的產生、發展歷程，在實踐中學習知識、檢驗知識、創新知識，不斷自我反思，增強對知識本質的理解以及對自我生命價值與意義的感悟，從而滿足自身的發展需求。情境創設、沉浸式體驗、知識的檢驗與創新離不開技術的發展、軟件和硬件的配備、以及網絡等。基于此，本研究構建了包含網絡、實訓基地、課程平臺的教育元宇宙課堂結構機制（如圖1所示）。

圖1 ?教育元宇宙課堂結構機制

智能技術的發展促使各類教育業務走向數字化，對傳統的教學活動、組織管理帶來一定沖擊。網絡是教育元宇宙的根本，需要物聯網技術和網絡通信技術實現信息的實時傳遞；實訓基地（硬件設備）是現實世界與虛擬世界的線下銜接通道，若想無感且愉悅進入到虛擬世界進行交互體驗，至少需要生物數據采集設備、沉浸式交互設備、智慧移動終端；課程平臺（軟件平臺）是現實世界與虛擬世界的線上銜接通道，是師生、生生、師師之間溝通的橋梁，為師生提供專業的線上教學服務。

1.網絡技術賦能教學立體感

（1）物聯網實現人物聯通

教育環境從數字化轉向網絡化、智能化，人類逐步進入元宇宙時代，人、機、物之間的聯系會更加緊密。如RFID、傳感網、全球定位系統等就是連接人與人、物與物、以及人與物的重要工具，物聯網是將物理空間和自由空間里的信息進行交換與通信的一種網絡，在教學中的主要作用是傳遞信息，便于獲取學生情感狀態、跟蹤學生學習軌跡、監控教學過程和管理教學活動等。

（2）網絡通信實現互動交流實時化

依賴星鏈通信技術、5G、甚至6G等實現高同步低延遲的信息傳輸，保證網絡暢通。在教學中網絡通信技術主要用于實時傳輸信息，便于教師移動辦公，師生以無線的方式迅速獲取豐富的網絡課程資源，瞬時發送與接收文字、圖片、音頻、視頻等材料，保證互動實時性。

2.虛實聯通增強教學臨場感

（1）數據驅動實現教學評價全程化

在教學中，一體化攝影機、LCD監視器等生物數據采集設備有利于對師生的特征信息如指紋、人臉圖像、文字、語音以及視頻等進行采集、傳輸、比對，能夠在一定范圍內自動聚焦目標，實時追蹤學生課堂學習情況，教師教學情況，將教學活動可視化并精準還原進行評價。

（2）虛擬技術實現教學空間零距化

多媒體教學一體機、全息投影設備等在內的沉浸式交互設備，整合了電子白板、音響、視頻展臺等輔助教學工具的優點，豐富了教學環節，如即時書寫即對任一操作界面進行標注、自動化錄制且生成電子版筆錄、打破時間空間的限制進行異地交流、將抽象物體可視化了解其結構和細節、虛擬再現過去歷史事件，尤其是全息投影設備的使用可以讓學生以旁觀者的身份對講解的內容進行觀察學習、以體驗者的身份在虛擬場景中進行協同學習、以操作者的身份在虛擬世界或現實世界進行實踐應用，增強視覺、聽覺、觸覺等多感官的感受，實現沉浸式師生互動、人機互動。

（3）智慧終端實現學習泛在化

為提升現有的教學效率，可使用手機、平板、電腦等智慧移動終端。將它們看作一個小型的計算機系統，綜合處理各類信息、便捷加工學習內容、呈現學習材料。在通訊方面能夠促進師生間的交流、在辦公方面能夠簡便業務操作、在學習方面能夠優化學習途徑。

3.課程平臺提升教學服務優質感

（1）APP實現教學管理程序化

微信、QQ、騰訊會議、ZOOM、釘釘等應用APP及相關小程序的出現吸引了領導者的目光，有利于對全校師生進行個體化、規范化的管理。學校可用其發布工作通知、組建教師隊伍、管理審批文件、自動會議紀要等；教師可用其發布學習材料、共享屏幕文檔、組織學生分組討論、記錄教學全過程、評估學生學習效果等；學生可用其獲取學習資源、記錄成長檔案、分享生活日常等。

（2）網站平臺實現教學資源開放化

教育資源平臺、虛擬直播平臺、3D建模平臺等，主要實現教育資源的開放共享，一方面利于學校整合全球教育資源、開發虛擬教師、促進教師間交流學習、提升管理水平、助力教育公平；一方面利于教師創設虛擬教學情境、自動化分析學情、共享課件課例等教學材料、提升教學水平；一方面幫助學生擴充學習資源、提供一對一的個性化教學服務、直觀虛擬實驗、記錄成長軌跡等。

重構主義認為未來在線學習將替代線下學習成為主流學習模式[29]，網絡、實訓基地（硬件設備）、課程平臺（軟件平臺）三者的有機融合，使得教學管理、教學流程、教學資源等各類教育業務打破時間、距離的限制，以便捷、高效、恰當的方式運行，保障了教育元宇宙課堂教學的順利開展。其實，無論在現實世界還是虛擬世界都充滿著海量數據，數據讀取與解析還需要數據挖掘技術、人工智能技術等；數據存儲需要區塊鏈技術、非同質化代幣技術（NFT）、隱私計算、邊緣計算等技術；數據展示與分析需要圖像顯示技術、數字孿生技術等[30]。教育元宇宙需要多樣的技術、通暢的網絡、精巧的硬件設備以及具有多功能的軟件平臺來豐富教學環節、增強教學感受、提高教學效率、檢驗教學成果。

三、基于重構主義的教育元宇宙課堂運行機理

在重構主義以學生需求為中心的教學理念下，應以提升學生素質為教學目的，以網絡、實訓基地、課程平臺等結構機制為保障。教育元宇宙課堂教學活動主要人員有學生、教師、虛擬成長導師。虛擬成長導師擔任管家的角色，實時陪伴、監測學生的學習狀態，幫助學生記錄并保存學習內容，以便及時反饋給教師；教師擔任實訓者的角色，為學生講解重難點，在實際應用中提高學生多方面能力與素質，教師的數字化身即虛擬教師擔任講解員的角色，為學生答疑解惑，減輕教師的工作負擔。基于此，本研究從虛擬成長導師、學生、教師三個主體出發，構建了教育元宇宙課堂運行機理（如圖2所示）。

圖2 ?教育元宇宙課堂運行機理

1.重構主義指導選擇學習

重構主義認為教學是一個知識“嫁接”的過程，任何教學方法、教學技術都是為了使嫁接過來的知識存活[31]。面對復雜化、多樣化、碎片化、爆炸式的信息，我們應打破傳統的教學方式，不再一味地追隨學科導向的系統學習，但并不是完全摒棄教育工作者所設定的公共化知識結構，而是側重根據個人需求來選擇學習的內容，構建個性化的蛛網式知識結構。在自主預習環節，教師根據教學計劃選取創建相關資源，借助課程平臺將學習材料發送給學生，發送的內容可以是文本、音頻、視頻等，也可創建代表自身角色的虛擬教師為學生講解內容；學生根據自身的需求向虛擬成長導師尋求相關輔助學習材料，與自身需求相關的信息建立主動聯通、直接聯通、強連通，以此完成課前預習工作，并進行學習效果的預估形成學習者畫像，由虛擬成長導師整合相關信息反饋給教師，以便教師根據學情更好的設計課堂教學。在此階段需要關注以下層面：學習材料選取是否具有針對性、吸引性；學生能否能夠理解虛擬教師講解的內容，所講內容是否聚焦所學重難點；學生所選擇的信息是否具有研究意義、具有研究價值；預估模型的可信度如何、涉獵的范圍是否廣泛等。

2.重構主義引領創新學習

重構主義主張學習不單純是為了知識的傳承，更重要的是創新與創造。重構主義將知識劃分為感性知識、理性知識和聯想三個組成部分[32]。網絡和技術的發展使知識由靜態逐步變成動態，由一維呈現升級成四維，虛擬技術有利于將抽象的、聯想的知識具象化、表象化，為此可借助虛擬空間實現創造性學習；主張學習者應該在教師組織下開展分享、協作和探究性學習，教師進行必要的講解、示范和引導。在探究創新環節，由教師充當領導者組織教學活動，包括創設學習情境、搭建學習支架、梳理解題脈絡、規范答題步驟、引導內容拓展五個步驟；虛擬成長導師需要動態監測學生學習狀態，實時追蹤記錄活動進程并將結果反饋給教師。學生在此過程中要創造性重構，不能被動地接受知識，而是能夠根據目前所掌握的內容，將新接觸到的知識有計劃地、有修訂地、有連接地存儲于知識體系中，并創新出新的內容。在此階段需要關注以下層面：教師創設的學習情境是否符合生活實際；學生整個學習過程是否都被虛擬成長導師追蹤到，是否實時記錄反饋給教師；課堂教學活動是否充分激發學生的主動意識、拓展思維等。

3.重構主義統籌整合學習

重構主義提到個體可從社會的知識流中獲取自己需要的養分，也會將自己的成果回饋給社會，在此過程中包容性思維必不可少，它將一些看似互不關聯、甚至互相矛盾的內容經過一定的加工改造，使之互相兼容，有利于知識的整合[33]。在檢測反思環節，教師提供檢測內容，可以是文本類習題，操作類模型設計等，學生遇到不會的題可以借助課程平臺向同伴或虛擬教師等尋求幫助，一對一的答疑解惑；虛擬成長導師結合數據總結學生學習表現并給出各方評價，學生將多元的觀點、思想、疑問、信息進行有機整合，總結反思整個學習活動，最終形成屬于自身的結構化知識體系。在此階段需要關注以下層面：評價的主體與維度是否多元、是否注重過程性評價；學生自我總結與反思是否深刻、有意義，以此促進自身更好的發展。

元宇宙是隨著時代的發展而提出的一個具有引導意義的概念。元宇宙在一定程度上會促進終身教育、智慧學習等發展。教育元宇宙課堂是對未來教育的設想，依托于技術的高速發展，也需要社會、學校、家庭等多方協同，是以學生為中心，教師為主導，虛擬成長導師為輔助的三體模式。學科不同對應著教學方式、教學重點也不同，教育元宇宙課堂教學也要根據不同學科特點進行動態調整。對于數學學科來講，具有抽象性、嚴謹性和應用的廣泛性三個主要特點，為此教育元宇宙數學課堂教學要更加注重真實化情境的創設，增強學生沉浸感；注重知識的探究拓展，滿足學生需求，使其所想化為所行，使所行化為現實，從而提升對世界和自己的新認知。

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[作者：姚雅楠（1999-），女，吉林長春人，江蘇師范大學數學與統計學院，碩士生；朱江（1959-），男，江蘇徐州人，江蘇師范大學數學與統計學院，教授，博士。]

【責任編輯 ?孫曉雯】