教育元宇宙標準體系探析

摘要：教育元宇宙作為國家發展的新賽道，亟需構建標準體系以有效保障其發展。基于此，文章從元宇宙的發展歷程出發，提出教育元宇宙概念框架，分析元宇宙相關標準發展狀況，在此基礎上構建了教育元宇宙標準體系，并闡釋了其基礎標準，以規范教育元宇宙的建設與應用。同時，文章從國家質量基礎設施建設層面闡述了教育元宇宙的戰略發展，以從戰略層面規劃研究教育元宇宙標準體系。文章構建的教育元宇宙標準體系可為教育元宇宙的標準研制提供參考，有助于保障教育元宇宙的發展秩序和效率，并推動教育數字化轉型和數字教育發展。

關鍵詞：教育元宇宙；元宇宙；標準體系；國家質量基礎設施；教育數字化轉型

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2023）03—0005—10 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2023.03.001

引言

元宇宙是整合5G網絡、人工智能、區塊鏈、視覺交互、運算技術和認證機制等多種技術鏈接的數字空間。截至2022年9月，北京、上海、廣州、南京、武漢、合肥等地已將“元宇宙”寫入新一年度的政府工作報告。目前，全國已有約15個省級單位發布了超過65項明確支持元宇宙產業的政策文件，如工業和信息化部、教育部等五部委聯合印發的《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022-1026年）》^[1]，以及地方出臺的《北京城市副中心元宇宙創新發展行動計劃（2022-2024年）》《上海市培育“元宇宙”新賽道行動方案（2022-2025年）》《廣州開發區促進元宇宙創新發展辦法》等。教育是元宇宙的主要應用場景^[2]，而教育元宇宙是平衡技術發展和教育問題的有效模式^[3]。

《2022年中國元宇宙產業系列白皮書》指出，目前仍然缺乏標準規范與信息追蹤機制來保障教育元宇宙的發展秩序；行業標準尚未確立、場景使用缺乏規范性管理、信任機制未規范、虛擬環境成癮性風險是元宇宙教育發展的主要問題^[4]。在國外，國際標準化組織IEEE、ISO/IEC JTC1 SC24、SC36著手制定了元宇宙的相關標準。而在國內，全國信息技術標準化技術委員會（下文簡稱“信標委”）和元宇宙工作委員會正在編制元宇宙參考架構術語、構建工業元宇宙參考架構，全國信息技術標準化技術委員會教育技術分技術委員會（下文簡稱“標委會”）召開了“教育元宇宙與教育大數據相關標準化問題研討會”，上海市市場監督管理局和上海市經濟和信息化委員會聯合發布了《關于推進本市元宇宙標準體系建設的指導意見》^[5]，有效推動了元宇宙標準和教育元宇宙標準的發展。標準先行，將帶動教育元宇宙應用及其場景建設。標委會教育數字化轉型戰略研究中心在探究數字教育國家基礎設施建設時，也將標準作為國家基礎設施的一個重要組成部分，從戰略層面規劃、研究教育元宇宙標準，推進教育數字化轉型與發展^[6]。基于此，本研究嘗試構建教育元宇宙標準體系、闡釋其基礎標準，并從戰略層面對其規劃研究，以期推動教育數字化轉型和數字教育發展。

一"從元宇宙到教育元宇宙

1 元宇宙

從1974年到2021年的元宇宙發展時間線，展示了新的技術被引入元宇宙后，人們對元宇宙的理解得以不斷深化。根據技術及其呈現形式，可將元宇宙的發展分為基于文本的交互、基于圖形界面的交互、3D虛擬世界、虛擬經濟系統、元宇宙新紀元五個階段，具體如圖1所示。其中，基于文本的交互是一種古老、傳統的教學手段，主要指教師以凝練的文字語言傳遞教學信息^[7]；基于圖形界面的交互主要通過預設多媒體課件，呈現豐富、生動的圖形圖像內容，將教師從關注知識的傳授轉變為關注學生的發展^[8]；3D虛擬世界的構建促進了課堂的動態生成，將教師從關注預設目標的達成轉變為關注教學過程，教育元宇宙初現端倪；數字貨幣、支付工具、交易平臺、服務組織及區塊鏈技術等系列要素，共同構成了虛擬經濟系統，有助于實現元宇宙數字產品的價值發現和交換，降低交易成本，保障元宇宙用戶的數字資產和數字身份安全^[9]；而在2021年，Facebook、NVIDIA、Epic Games、騰訊、字節跳動等科技巨頭紛紛投資元宇宙，各國政府也開始布局元宇宙，元宇宙產業逐步邁向大規模商用的新紀元。

2"教育元宇宙

元宇宙新基因包括去中心化、通證經濟、人技共創、高保真、沉浸式^[10]。教育利用元宇宙新基因，能夠加強教育深度交互。在元宇宙環境中界定教育元宇宙系統的需求規格和應用范圍，有助于提升教育元宇宙標準體系的完整性和融合性。在元宇宙標準體系中，包括總體、基礎設施、基礎共性能力、技術、服務與產品、軟硬件、應用、管理、安全/倫理等部分。根據對教育元宇宙學習內容、學習工具、學習平臺、學習終端方面的互操作需求分析，本研究設計了教育元宇宙概念框架，如圖2所示。

①學習內容互操作：教育元宇宙環境中所承載的學習內容互操作，包括學習者與內容的互操作、學習者與教育虛擬人之間的互操作，以及內容與內容之間的互操作。

②學習工具互操作：涉及教育元宇宙環境中虛擬學具的互操作問題，如不同學具之間的組合使用、不同終端上學具之間的交互與協作等。

③學習平臺互操作：涉及學習服務的互操作問題，如不同平臺之間學習資源的共享、不同平臺之間的數據共建等。

④學習終端互操作：是在學習終端硬件設備層面特別是人機界面的互操作，涉及軟硬接口規范、兼容性規范和環境適用性規范。

通過上述四個互操作，教育元宇宙系統可以實現學習終端、新型教材、學習服務、虛擬學具的交互協作與共建共享。此外，教育元宇宙概念框架還包含團體、地方、行業、國家、國際等不同層面標準的研制，以從更大范圍為相關標準的研制提供規范性指導。

二 教育元宇宙標準體系的設計基礎

1 元宇宙相關標準發展狀況

2007年7月，瑞士舉行了第81屆動態圖像專家組（Moving"Picture"Experts"Group，MPEG）會議。會上，韓國向MPEG工作組提交元宇宙案例提案，這是元宇宙首次進入國際標準化領域。2019年，電氣電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）發起P2888項目，邁出了開發連接物理世界和虛擬世界、構建同步元宇宙之標準體系的第一步。IEEE的P2888項目包括四個部分：傳感器接口、執行器接口、數字化同步和六自由度虛擬現實災害響應訓練系統架構。其中，前三個部分旨在為數字孿生空間或元宇宙提供通用技術，而第四個部分是在特定領域的應用。

元宇宙相關標準的研制情況如表1所示，可以看出：2022年是元宇宙快速發展的一年——這一年，第一個元宇宙標準正式立項、首個元宇宙國際標準聯盟成立、元宇宙技術標準得以研制、元宇宙參考架構進行了設計……受此影響，教育元宇宙的標準化體系建設已迫在眉睫。

2 標準體系研究視角

筆者開展的前期研究指出，標準體系的構建需從生態觀、融合觀、產業觀三個角度考慮^[11]。此外，基于元宇宙相關標準的發展狀況總結標準體系的研究視角，結合教育元宇宙概念框架，標準體系的構建還需從時空觀、師生觀、實踐觀三個視角進行考慮。

①生態觀是指應用生態理論研究方法，構建教育元宇宙的生態發展框架，從理論角度和研究方法上指導研究，具體體現在技術標準、產業發展、教育應用三個方面。教育元宇宙涉及教育、政府、信息技術、互聯網、出版等多個領域，包含學習內容、學習終端、學習工具、學習服務平臺等多個對象，且其利益相關者眾多，如學習者、教師、出版者、服務提供商、技術提供者等。可見，教育元宇宙是一個復雜的非良構系統，這就需要應用生態理論方法，構建教育元宇宙的生態發展框架，以指導整個標準和標準體系的建設。

②融合觀是指從數字出版和數字教育兩個領域的融合視角，考慮教育元宇宙的技術融合、標準融合、產業發展融合和教育應用融合。元宇宙涉及多種技術、多個領域應用、多個行業、多個企業，其中底層技術涉及智能網絡、人工智能、物聯網、交互技術、電子游戲技術、區塊鏈技術，這些技術有效融合成元宇宙技術。在應用層面，一些專家學者將新型領域的重點教材放入教育元宇宙，網龍網絡控股有限公司、北京潤尼爾網絡科技有限公司、飛碟科技、Second Life平臺、百度希壤平臺、網易瑤臺等也從技術、應用和產業三個方面對教育元宇宙進行了一定程度的融合。

③產業觀是指從產學研統觀教育元宇宙的發展，構建教育元宇宙的未來發展模式。例如，清華大學新聞與傳播學院新媒體研究中心發布了元宇宙發展研究報告1.0版、2.0版、3.0版^[19]，北京大學匯豐商學院聯合安信證券發布了元宇宙報告——《元宇宙2022：蓄積的力量》^[20]，中國傳媒大學媒體融合與傳播國家重點實驗室新媒體研究院、新浪新聞、央視網智媒學院聯合發布了《2022元宇宙研究報告：多元視角》^[21]，這些報告都列出了產業發展情況，內容涉及產業分析、市場分析、未來前景、結論和戰略建議等。教育元宇宙系列標準研制的主要目的是規范、引領、推動相關產業發展，并促進元宇宙的教育應用創新，故要從整個產業的視角來考慮教育元宇宙標準體系。

④時空觀是指使用AR、VR等設備實現時空沉浸式學習，賦予學生多元身份與角色，使其實現時空的跨越，能在虛擬世界和現實世界穿梭、轉換、融合。同時，將三維內容帶到課堂，與課程融合、與教學融合，以提升教學效果。

⑤師生觀是指可以和知名校友的虛擬人成為同學，授課教師也不限于自然人。虛擬教師與虛擬學生將構筑新型師生觀，但這種新型師生關系、同學關系帶來的系列問題需引起重視與深思。隨著教育元宇宙的進一步推進，教育虛擬人得以廣泛應用，將可能進一步改變教育觀。

⑥實踐觀是指教育元宇宙應用于實踐，包括應用于基礎教育、職業教育、高等教育、終身教育等不同場景的不同學科和不同課程之中，本著真實踐，發現真問題，進行真研究，在實踐中探索與完善。同時，通過教育新應用場景驅動，開辟教育發展新賽道，不斷塑造教育發展新動能、新優勢。

三 教育元宇宙標準體系的構建

參考元宇宙相關標準，結合教育元宇宙概念框架中學習內容、學習工具、學習平臺、學習終端方面的互操作需求分析，本研究從生態觀、融合觀、產業觀、時空觀、師生觀和實踐觀的視角，構建了包含多個標準的教育元宇宙標準體系，如圖3所示。

①教育元宇宙總體標準：是教育元宇宙的總體性、框架性、基礎性標準規范，包括教育元宇宙體系中通用術語統一的定義、框架模型和標準間引用關系的說明，旨在為教育元宇宙標準體系的應用提供整體性指導。總體標準包括體系框架、標準術語、標準引用組譜、體系框架應用指南等內容。

②教育元宇宙內容標準：包括內容元數據、XML綁定、基于教育元宇宙的新型教材信息模型、格式規范、實踐指南等內容，對教育元宇宙的應用推廣有極其重要的作用。

③教育元宇宙終端標準：從硬件、操作系統、標配軟件等方面規定教育元宇宙學習終端應滿足的要求。學習終端主要是設備設施，有VR眼鏡、裸眼3D設備、腦機接口等。

④教育元宇宙學具標準：對學具的分類、描述、配置要求、聚合、評測等進行規定，內容主要涉及學具分類規范、學具描述規范、學具裝配規范、學具聚合規范和學具測評規范。

⑤教育元宇宙平臺標準：規定平臺的概念、信息模型、接口與綁定規范等，主要包括平臺規范、信息模型、XML綁定和應用示范指南。

⑥教育元宇宙管理與應用規范：是教育元宇宙在教育管理和應用過程的規范，指導教育元宇宙在教育的應用，特別是課堂教育的場景應用和管理。

⑦教育元宇宙服務質量與評價：對教育元宇宙整個系統進行服務質量和管理評測，其規范涉及教育元宇宙的各個部分。

⑧教育元宇宙安全、倫理與隱私：教育元宇宙需要通過多種傳感器采集師生的生理、心理、情感、位置、人際關系、學習行為和認知等數據，故存在個人隱私數據泄露風險，需要研究教育元宇宙在教育應用中的安全、倫理與隱私規范^[22]。

在教育元宇宙標準體系中，各標準規范彼此關聯、相互支撐。其中，教育元宇宙總體標準和教育元宇宙安全、倫理與隱私指導其他標準，教育元宇宙服務質量與評價從評測層面與其他標準相關聯，而教育元宇宙管理與應用規范從應用層面與其他標準相關聯。與元宇宙標準相比，教育元宇宙標準體系凸顯了教育的系統性、適應性和實用性。在復雜的教育系統中，基于元宇宙標準的教育元宇宙標準體系能更好地協調配置教育資源、提高教學效率，推動教育元宇宙高質量體系建立。

四 教育元宇宙標準體系的基礎標準

教育元宇宙參考架構和系統構架是教育元宇宙標準體系構建后需要首先研制的技術指導性基礎標準，對于教育元宇宙的建設具有重要指導作用。

1 教育元宇宙參考架構

在信標委官網（網址：http：//www.nits.org.cn/）提交的元宇宙參考架構和工業元宇宙參考框架標準草案申請國家標準中，元宇宙參考架構和工業元宇宙參考框架相似，都包括基礎層、核心層、交互層，提供跨層功能^[23]。此外，王同聚^[24]構建了包含基礎設施層、技術平臺層、智能感知層、應用展示層的中小學教育元宇宙空間架構，而華子荀等^[25]提出的“學習元宇宙”具有“技術端、應用端、分析端”三端六層架構。參考上述研究成果，教育元宇宙參考架構可分為技術層、采集層、處理層和應用層，如圖4所示。

具體來說，技術層通過學習分析技術、VR/AR/MR技術、5G/6G通信技術等，支撐教育元宇宙提供的相關服務；采集層通過衛星影像、機器視覺、掃描點云、IoT采集等方式，獲取身體狀態、視頻行為、腦電波、語音、氣體等方面豐富的數據源；處理層通過虛擬仿真、虛實聯動、虛實融合、虛擬重現等方式，提供學情分析、教學評價可視化和教師、學生畫像；而應用層主要通過教育大數據核心技術（如數據可視化、學習分析技術等），將數據處理結果應用于教學評價、個性化教學、教學情境開發等。

2 教育元宇宙系統構架

系統構架是在參考架構基礎上進一步細化的架構，也是教育元宇宙標準體系的一個基礎標準。本研究將教育元宇宙參考架構中的采集層對應于數據層，處理層細化為交易層、計算層和服務層，而應用層保持不變，并將技術層融入各層，這樣就得到了細化后的教育元宇宙系統架構，如圖5所示。

具體來說，數據層位于底層，為教育應用提供鏈上分布式數據和鏈下數據，其數據主要來源于本地數據庫和鏈式分布數據庫，具體包括學習資源庫、教學策略庫、學情數據庫、學信（如學業數據記錄、學業數據共享、求學求職證明、校企合作等）數據庫；交易層位于第二層，主要保障教育數據的安全存儲、傳輸、更新和訪問，涵蓋區塊鏈技術的網絡層、共識層、激勵層，涉及多播協議、數據加密、P2P、共識機制、智能合約等關鍵技術；計算層位于中間層，是教育元宇宙應用的智能核心，也是區塊鏈技術與教育人工智能技術（如學習分析技術、數字畫像技術等）融合應用的重要模塊，涉及與目標檢測有關的算法，如卷積神經網絡、支持向量機、隨機森林等；服務層位于第四層，主要服務于學習者、教師、教育管理部門、校外學習機構、社會實踐機構、企業和家庭等教育利益相關者，如為學習者提供個性化學習和資源推薦，為教師提供學情分析結果，為教育管理部門提供可靠的學歷證明等；而應用層位于頂層，是教育元宇宙應用的實踐核心，主要解決教育實踐中的相關問題，如檔案管理、教育隱私保障、打破信息孤島等。

五 教育元宇宙標準體系的規劃建議

2006年，聯合國工業發展組織和國際標準化組織正式提出“國家質量基礎設施”（National Quality Infrastructure，NQI）的概念，將計量、標準化、合格評定（主要包含認證認可、檢驗檢測）稱為國家質量基礎的三大支柱^[26]。為推動教育數字化轉型與數字教育發展，有必要從戰略層面規劃研究教育元宇宙標準體系，具體可從以下六個方面入手：

1"戰略先行，建設質量基礎設施

教育戰略優先發展，推進教育數字化，實施教育數字戰略行動，需要進行戰略性、基礎性和前瞻性的研究。促進數字教育國家質量基礎設施已被列入科技部國家重點研發計劃，開展數字教育標準的基礎性和戰略性研究迫在眉睫^[27]。考慮到教育元宇宙涉及多項技術，且與多個領域相關，因此規劃教育元宇宙標準研究與關鍵技術研發，需要在國家層面明確教育元宇宙技術標準體系和待研發的相關標準。

2 頂層設計，構建完整標準體系

《教育部2022年工作要點》強調實施教育數字化戰略行動，并明確提出將健全教育信息化標準規范體系作為整體教育信息化發展的重要保障與支持^[28]。開展教育元宇宙標準體系研究時，要從頂層設計上對標準體系進行合理規劃，構建完整的教育元宇宙標準體系，促進“產、學、研、用”一體化融合發展，并強化需求牽引，實現深化融合、創新賦能、應用驅動。

3"重點突破，優先研發核心標準

以應用為王，在需求的驅動下，需優先研發教育元宇宙標準體系的核心標準，如標準架構、教育數字人等。其中，教育元宇宙的學習內容、虛擬學具、平臺接口規范等都屬于教育元宇宙標準的核心內容。按照標準研制規范研制出的教育元宇宙核心標準，將助力教育元宇宙的高質量發展，有效保障教育元宇宙的規范性、合理性與可操作性。

4"場景驅動，實現多樣教育應用

《上海市培育“元宇宙”新賽道行動方案（2022-2025年）》指出，元宇宙試驗場以教育元宇宙接入艙和空間站作為科技空間載體，開啟教育試驗，規范校園管理、教學、生活，輔助提升教學評測和考試評測相關產品架構的技術要求、安全性能等，探索適用于基礎教育、高等教育、職業教育等不同階段的元宇宙標準化場景^[29]。在情境化教學、個性化學習、游戲化學習、教師研修等場景中，教育元宇宙能實現多樣化應用。華東師范大學及其出版社已啟動中高職教育元宇宙教材研制，以教材進課堂的方式構建教學應用新場景，為標準研制提供了豐富的用例。

5"產業推進，組建教育產業聯盟

在2022年召開的標委會全體工作會議上，筆者提議成立“教育元宇宙標準體系研究工作組和產業聯盟”，并組建教育元宇宙標準體系研究工作組^[30]，起草教育元宇宙產業聯盟章程。教育元宇宙產業聯盟成立后，將有效整合行業和產業的各種資源，積極推進符合教育元宇宙標準規范的教育產品研發，有序推進教育元宇宙的產業發展。

6 創新探索，研究數字教育范式

科學研究范式包括實證研究范式、理論研究范式、計算范式、數據范式等^[31]。當前，人工智能、元宇宙等新技術正在孕育新的科學研究范式，以通過挖掘科學研究范式的發展規律，來推動元宇宙技術有效賦能教育，并利用元宇宙新基因和虛實環境促進教育創新和變革，開辟教育發展新賽道。在此背景下，數字教育范式應運而生。數字教育范式是指在利用數字技術推進教育數字化、賦能教育全過程全要素、促進教育創新變革和高質量發展過程中教育研究者應遵從的共同信念和行為模式。此范式可用于指導教育元宇宙相關標準的研發與應用，提升教育元宇宙全要素的賦能作用，進而促進教育戰略優先發展。

六 結語

當前，教育元宇宙還處于早期探索階段，其理論研究和實踐應用相對于技術的發展稍顯滯后，市場上也缺乏專為教育領域設計和開發的教育元宇宙產品。基于此，本研究提出了教育元宇宙概念框架，構建了教育元宇宙標準體系，并闡釋了教育元宇宙標準體系的基礎標準——教育元宇宙參考架構和系統構架；同時，從國家質量基礎設施建設層面提出了教育元宇宙標準體系的規劃建議，以從戰略層面規劃研究教育元宇宙標準體系。后續研究將繼續深入推進教育元宇宙標準的研制與完善，積極建立教育元宇宙產業聯盟，研發教育元宇宙相關產品，同時將數字化轉型下的教研創新虛擬教研室入駐教育元宇宙，研制中高職教育元宇宙教材，構建教育應用新場景，以有序推進教育數字化轉型，實現教育、科技、人才“三位一體”的戰略發展。

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Probe into"the Edu-metaverse"Standard System

WU Yong-he¹""""MA Xiao-ling²""""YAN"Huan¹

（1. Department of Education Information Technology， East China Normal University， Shanghai， China 200062;

2. Department of Information Management， East China Normal University， Shanghai， China 200062）

Abstract："As a new track of national development， edu-metaverse is in urgent need of constructing a standard system to effectively guarantee its development. Based on this， starting from the development process of the metaverse， this paper put forward the conceptual framework of the edu-metaverse， analyzed the development status of the relevant standards of metaverse， constructed the standard system of edu-metaverse"accordingly， and explained the basic standards， in order to standardize the construction and application of the edu-metaverse. At the same time， this paper expounded"the strategic development of educational metaverse from the level of national quality infrastructure construction， in order to plan and study edu-metaverse standard system from the strategic level. The standard system of educational metaverse constructed in this paper could provide reference for the standard development of edu-metaverse，"contribute to guaranteeing the development order and efficiency of edu-metaverse，"and promote the digital transformation of education and the development of digital education.

Keywords："edu-metaverse; metaverse; standard system; national quality infrastructure; educational digital transformation

*基金項目：本文為國家社會科學基金2021年度重大項目“面向未成年人的人工智能技術規范研究”（項目編號：21amp;ZD328）的階段性研究成果。

作者簡介：吳永和，研究員，博士，研究方向為教育數字化轉型，智能驅動、模式驅動的教育研究，國家質量基礎設施與技術標準等，郵箱為yhwu@deit.ecnu.edu.cn。

收稿日期：2022年12月28日

編輯：小米