教育元宇宙：互聯(lián)網(wǎng)教育新形態(tài)的系統(tǒng)建構(gòu)與實踐應(yīng)用

摘要：元宇宙是第三代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，教育元宇宙則被稱為教育發(fā)展的新形態(tài)，對教育教學活動產(chǎn)生了變革性影響。在此背景下，文章首先闡釋了教育元宇宙的內(nèi)涵和特征；隨后，文章依托教育元宇宙系統(tǒng)建構(gòu)的技術(shù)、理論和架構(gòu)支撐并結(jié)合其數(shù)字生態(tài)，搭建了包含物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層的教育元宇宙系統(tǒng)總體架構(gòu)；最后，文章從醫(yī)學科研教學、系統(tǒng)開發(fā)、程序化的實驗功能開發(fā)三個方面，設(shè)計了初級教育元宇宙虛擬實驗操練系統(tǒng)，初步探索了教育元宇宙的實踐應(yīng)用。文章為互聯(lián)網(wǎng)教育的新形態(tài)探索了發(fā)展路徑，對于促進教育新基建的高效建設(shè)、教育現(xiàn)代化的創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：教育元宇宙；元宇宙；虛擬仿真；互聯(lián)網(wǎng)教育；信息技術(shù)

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2023）07—0099—09 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2023.07.011

元宇宙是基于大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、人工智能等數(shù)字信息技術(shù)構(gòu)成的平衡于物理世界的虛擬網(wǎng)絡(luò)空間。元宇宙具有逼真的沉浸體驗、完整的世界體系、巨大的經(jīng)濟價值、新的運行規(guī)則等特點，從某種意義上說，它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至改變?nèi)藗儗κ澜?、空間和時間的認識。元宇宙作為新一代信息的集大成者，是第三代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。教育與元宇宙的結(jié)合，是互聯(lián)網(wǎng)教育的新形態(tài)，也是人們認識、探索、解構(gòu)教育領(lǐng)域的新趨勢?！督逃?022年工作要點》指出要實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，加強信息技術(shù)與教育教學的創(chuàng)新融合^[1]。國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》也提出要運用人工智能技術(shù)促進教育教學和人才培養(yǎng)模式的變革，尤其要關(guān)注智能校園、交互式學習等新型教育體系的構(gòu)建^[2]。這些政策的出臺加速了信息技術(shù)與教育教學的深度融合，指明了元宇宙在教育領(lǐng)域的應(yīng)用方向。元宇宙將重新定義教育形態(tài)的發(fā)生空間，為教育信息化指明了方向，因此有必要發(fā)揮元宇宙在教學體系中改善學習環(huán)境、優(yōu)化教學過程、增強現(xiàn)場效果、培養(yǎng)創(chuàng)新人才等方面的作用。當前，元宇宙尚處于初期的概念厘清和框架搭建階段，關(guān)于教育元宇宙的建構(gòu)研究較少且教學應(yīng)用缺乏深入探究?；诖?，本研究立足于現(xiàn)階段教育元宇宙的基本特征和發(fā)展狀況，探索面向互聯(lián)網(wǎng)教育新形態(tài)的系統(tǒng)建構(gòu)和實踐應(yīng)用，積極開發(fā)元宇宙的現(xiàn)實教育潛力。

一 教育元宇宙的內(nèi)涵和特征

Stephenson^[3]在1992年出版的科幻小說《雪崩》中創(chuàng)造了術(shù)語“Metaverse”（英文直譯為“元宇宙”），他將元宇宙定義為一個平行于客觀現(xiàn)實世界的大型虛擬環(huán)境。由于元宇宙涉及的內(nèi)容過于龐大且具有極強的前瞻性，故不同專家、學者對元宇宙的解釋往往會有不同的側(cè)重點。例如，Roblox作為首個將元宇宙寫進招股說明書的公司，其將元宇宙描述為“持久的、共享的三維虛擬空間”^[4]；沈陽等認為“元宇宙是利用互聯(lián)網(wǎng)生成鏡像的擴展應(yīng)用現(xiàn)實技術(shù)，深度融合了虛擬世界與物理世界的經(jīng)濟、文化、身份等系統(tǒng)，進而為用戶提供沉浸式體驗”^[5]。本研究認為，元宇宙是基于多種數(shù)字信息技術(shù)交互運用而構(gòu)成的平衡于客觀物理世界的三維網(wǎng)絡(luò)空間，人們可以化身其中完成鏡像現(xiàn)實世界的各種社交、學習、工作、生活等活動。

1 教育元宇宙的內(nèi)涵

元宇宙的熱潮給教育帶來了極大的沖擊。信息技術(shù)的迅速發(fā)展特別是從互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)的推陳出新，使人們的生活方式和知識獲取方式發(fā)生了突破性的變革。元宇宙集人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、人機交互等數(shù)字技術(shù)為一體，將進一步改變?nèi)藗兊乃季S模式、教育方式和活動空間。元宇宙與教育結(jié)合的產(chǎn)物為“教育元宇宙”，其以嶄新的教育思維，為教育觀念和教育模式的轉(zhuǎn)變提供了新的思路。對于教育元宇宙的內(nèi)涵，學界做了諸多解釋，如劉革平等^[6]指出教育元宇宙是虛擬與現(xiàn)實、人類與機器、學校與社會的全面交織互動，是運用新興信息技術(shù)塑造的高階形態(tài)的教育環(huán)境；華子荀等^[7]認為教育元宇宙融合了多種數(shù)字技術(shù)，為教育活動主體創(chuàng)建了數(shù)字身份，重塑了教育活動的發(fā)生空間，構(gòu)建了虛實融合的教育新生態(tài)。由此可見，隨著元宇宙的深入發(fā)展，人類將進入“教育即生活，生活即教育”的新型教育發(fā)展階段。

2 教育元宇宙的特征

教育元宇宙虛擬與真實、線上與線下的高度融合，將極大地拓展教與學的時空邊界，并重塑教學觀念與教學模式，形成新的教育生態(tài)。教育元宇宙具有高沉溺、低延遲、交互性、泛在化等特征，其關(guān)注教育活動中的身體實踐和感官經(jīng)驗，倡導終身學習和泛在學習，具體表現(xiàn)為：①在學習資源方面，教育元宇宙融合了虛擬資源與真實資源^[8]。②在教育活動方面，教育元宇宙在創(chuàng)設(shè)教學情境、豐富課堂互動、創(chuàng)新教學資源、激發(fā)學習主動性等方面優(yōu)勢獨特^[9]；還可以通過虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生和增強現(xiàn)實等技術(shù)的共同賦能，形成學習者過去與未來學習時空的無縫銜接和融合^[10]。③在教育評價方面，基于心電、腦電、光學近紅外成像等生理信號的學習行為分析新技術(shù)，可以精確、有效地進行教育評價^[11]；基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的評價體系，可以為學習者提供教育評價的全程留痕、公開透明和不可偽造等功能^[12]。

二 教育元宇宙的系統(tǒng)建構(gòu)

教育元宇宙為真實世界的教師、學生、管理者等教育實體拓展了教學的時間和空間，創(chuàng)建了一種高度沉浸式的教學環(huán)境?，F(xiàn)階段應(yīng)明晰教育元宇宙的基本構(gòu)建脈絡(luò)，加快建設(shè)教育元宇宙的擴展現(xiàn)實平臺、虛擬學習環(huán)境和數(shù)字孿生校園，以推動教育元宇宙的可持續(xù)發(fā)展。

1 教育元宇宙系統(tǒng)建構(gòu)的依托

（1）技術(shù)支撐

技術(shù)的進步與發(fā)展，為教育元宇宙的構(gòu)建奠定了堅實的基礎(chǔ)。本研究通過綜合業(yè)界對元宇宙技術(shù)體系的各種論述與分析，總結(jié)提煉出支撐元宇宙的七大技術(shù)支柱：①通信技術(shù)5G。虛實設(shè)備需有更高的分辨率和幀率，才能為用戶提供真正的沉浸感。元宇宙在教育領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新，離不開具有低時延、低能耗、高速率和大規(guī)模設(shè)備連接等特性的5G通信技術(shù)的支持。②擴展現(xiàn)實（Extended Reality，XR），包括虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）和混合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）。其中，VR提供沉浸式體驗，通過人類的視覺、聽覺、觸覺和動作捕捉，來實現(xiàn)元宇宙中信息的輸入輸出；AR在現(xiàn)實場景中疊加一層虛擬信息；MR通過向視網(wǎng)膜投射光場，可以實現(xiàn)虛擬、真實之間的部分保留與自由切換。③區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)可以有效打造元宇宙去中心化的內(nèi)容創(chuàng)造模式，如分布式的清結(jié)算平臺和價值傳遞機制，可以保障價值歸屬與流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)元宇宙經(jīng)濟系統(tǒng)運行的高效穩(wěn)定；也可以用于創(chuàng)建具有學習者獨特身份的連續(xù)和序列化加密信息綜合體，以保障數(shù)據(jù)安全。④人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)。AI技術(shù)是指使機器能夠從經(jīng)驗中學習并執(zhí)行各種任務(wù)的理論和技術(shù)。在元宇宙中，AI技術(shù)的運用無處不在，如虛擬人物的語音語義識別、社交關(guān)系的AI推薦、各種虛擬場景的AI建設(shè)等。⑤數(shù)字孿生技術(shù)。借助模擬、感覺和鏡像世界，數(shù)字孿生技術(shù)連接了物理現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實，而元宇宙需要數(shù)字孿生技術(shù)來創(chuàng)建高保真的鏡像世界。⑥計算機視覺技術(shù)。在處理、分析、理解數(shù)字圖像或視頻以得出有意義的決定和采取行動方面，計算機視覺發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。使用XR設(shè)備識別和理解用戶活動及其物理環(huán)境的視覺信息，有助于構(gòu)建更可靠、更準確的虛擬環(huán)境和增強環(huán)境。⑦邊緣計算技術(shù)。邊緣計算是以云計算為核心，以現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)為途徑，以海量智能終端為前沿，集云、網(wǎng)、端、智四位一體的新型計算模型。邊緣計算技術(shù)可以為所有設(shè)備提供高質(zhì)量的交互式體驗，從而增加人們在元宇宙的體驗感，為算力支撐元宇宙保駕護航。

（2）理論支撐

技術(shù)本身固然重要，但挖掘教育元宇宙的教育理論也十分有必要。分布認知理論、信息加工理論、具身認知理論是教育元宇宙的理論基礎(chǔ)，以此為依托，方海光等^[13]提出了人機協(xié)同教育理論。真實學習環(huán)境理論、體驗學習理論的提出，為教育元宇宙的學習環(huán)境構(gòu)建和體驗起到了理論導向作用^[14]。此外，還應(yīng)廣泛吸取行為主義、認知主義、建構(gòu)主義、聯(lián)通主義等學習理論的研究成果，在教育元宇宙中嘗試構(gòu)建具身空間創(chuàng)新教學理論體系^[15]。當前，我國教育元宇宙的理論框架薄弱、研究方法匱乏，在發(fā)展新基建的同時，更重要的是推動教學理論和研究方法的創(chuàng)新，并構(gòu)建中國特色教育元宇宙的理論框架^[16]。

（3）架構(gòu)支撐

元宇宙的架構(gòu)組成在國內(nèi)外的工業(yè)界、學術(shù)界尚未達成共識，但在不同層面上為教育元宇宙的構(gòu)建提供了架構(gòu)支撐。例如，Lim等^[17]提出了由兩部分組成的元宇宙架構(gòu)，其中第一部分既是虛擬世界也是物理世界，第二部分是元宇宙引擎；Duan等^[18]通過繪制兩個垂直的圓圈并重疊成三層來制定元宇宙框架，包括基礎(chǔ)設(shè)施（底部）、交互（中間）、虛擬生態(tài)系統(tǒng)（頂部）；Smart等^[19]提出了元宇宙路線圖，并將元宇宙分為增強現(xiàn)實、生命記錄、鏡像世界、虛擬世界四種類型；Radoff等^[20]提出了七層的元宇宙架構(gòu)，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、人機交互層、去中心化層、空間計算層、創(chuàng)造者經(jīng)濟層、發(fā)現(xiàn)層、體驗層；華子荀等^[21]設(shè)計了教育元宇宙的三端六層架構(gòu)，包括技術(shù)端、應(yīng)用端、分析端和物理層、軟件層、規(guī)則層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、分析層。

2 教育元宇宙系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于元宇宙構(gòu)建的已有研究，本研究認為數(shù)字技術(shù)層、系統(tǒng)平臺層、硬件設(shè)備層、場景應(yīng)用層構(gòu)成了教育元宇宙的數(shù)字生態(tài)：數(shù)字技術(shù)層主要為系統(tǒng)研發(fā)和硬件開發(fā)提供技術(shù)支撐，包括通信、云存儲、人工智能等技術(shù)；系統(tǒng)平臺層包括應(yīng)用及內(nèi)容設(shè)計、內(nèi)容分發(fā)、中間件及工具軟件、游戲引擎、操作系統(tǒng)等，主要為具體場景應(yīng)用建設(shè)系統(tǒng)集成平臺；硬件設(shè)備層包括VR/AR頭顯、腦機接口、體感設(shè)備、語言識別、攝像頭、手機、個人計算機等，主要為場景應(yīng)用提供連接；場景應(yīng)用層的功能主要是為教育、醫(yī)療、社交、旅游、會展、直播、演唱會等場景的開展提供支持。在此基礎(chǔ)上，依托教育元宇宙系統(tǒng)建構(gòu)的技術(shù)、理論和架構(gòu)支撐，本研究將教育元宇宙系統(tǒng)分為物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層四層架構(gòu)，具體如圖1所示。對于不同主題的系統(tǒng)（如教育教學系統(tǒng)、旅游體驗系統(tǒng)、博物館展示系統(tǒng)等）來說，其物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層三層的架構(gòu)具有相似性，不同之處在于應(yīng)用層的軟件生態(tài)構(gòu)成存在差異。例如，教育教學系統(tǒng)的軟件生態(tài)包含科學教育、技能培訓、專業(yè)教育、教學質(zhì)量評估等細分功能性軟件。

（1）物理層

物理層連接虛擬世界與現(xiàn)實本體，是支撐教育元宇宙體系的基礎(chǔ)，也是數(shù)據(jù)產(chǎn)生、儲存、分析的主體。物理層包括感知設(shè)備和數(shù)字化設(shè)施，具體如圖2所示。

①感知設(shè)備：通過移動終端、攝像頭、傳感器、數(shù)據(jù)手套、VR頭盔、MR眼鏡等識別教學環(huán)境中的各類事物，采集來自本體的各種數(shù)據(jù)，如通過各種傳感器采集本體所在真實環(huán)境的溫度、濕度、光照等信息，實現(xiàn)對真實世界中教育資源狀態(tài)的實時感知。

②數(shù)字化設(shè)施：是各種現(xiàn)代化、信息化的技術(shù)和裝備，包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算中心等。其中，5G可為教育元宇宙提供高速率、低延時的通信管道支撐，實時傳輸海量數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)教學環(huán)境中的萬物互聯(lián)，其收集和產(chǎn)生的不同維度的海量數(shù)據(jù)將自動存儲于云端；云計算中心為海量數(shù)據(jù)處理提供算例支持。

物理層的架構(gòu)設(shè)計要考慮感知設(shè)備和數(shù)字化設(shè)施兩種硬件載體的相同點：兩者都以系統(tǒng)運行為保障、以與數(shù)據(jù)庫的協(xié)作為中心。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施與云計算中心的存儲、交互等功能使用最為頻繁，且物聯(lián)網(wǎng)和云計算中心協(xié)同作用，可以實時收集和處理多樣化信息。教育元宇宙系統(tǒng)運行時不可避免地要根據(jù)需要調(diào)整總體架構(gòu)，以適應(yīng)用戶使用規(guī)模、數(shù)據(jù)量等的變化，而云化架構(gòu)可為適應(yīng)此變化所需的軟硬件協(xié)調(diào)運作、設(shè)備擴展提供保障。

（2）軟件層

軟件層主要通過各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件來加工、分析、處理物理層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，具體如圖3所示。其中，系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、云計算系統(tǒng)、人工智能控制系統(tǒng)、教育元宇宙系統(tǒng)專用軟件等，用于控制和協(xié)調(diào)教育元宇宙系統(tǒng)中物理層的硬件，部分協(xié)調(diào)應(yīng)用軟件的正常運行；應(yīng)用軟件是專門為教育元宇宙而開發(fā)，用來實現(xiàn)教育元宇宙特定的功能。

軟件層是連接物理層和真實世界的關(guān)鍵，重在實現(xiàn)教育元宇宙的眾多個性化功能。同時，軟件層還可通過即時通信、環(huán)境傳感、同步仿真等技術(shù)的軟件來提供公共服務(wù)。軟件層是物理層硬件設(shè)備的引擎和驅(qū)動器，兩者共同構(gòu)成了教育元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施。在軟件層中，系統(tǒng)軟件是“骨架”，而應(yīng)用軟件是附著在骨架上的“肌肉”，兩者協(xié)調(diào)工作，為教育元宇宙基本功能的運行提供了保障。此外，系統(tǒng)軟件直接控制硬件設(shè)備使其能夠正常運行，應(yīng)用軟件則使硬件設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)多種專用功能。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括虛擬孿生體、多種數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理中心等功能模塊（具體如圖4所示），主要處理數(shù)據(jù)之間的連通性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理、存儲、傳遞、分析和集成，為運行教育元宇宙系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐：①通過建立與現(xiàn)實世界的原型（即本體）相對應(yīng)的虛擬孿生體，可以動態(tài)復現(xiàn)實際教學環(huán)境、實時數(shù)據(jù)和歷史狀態(tài)，有助于實現(xiàn)精準化教學管理和支持服務(wù)。②各類數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)對教育元宇宙大數(shù)據(jù)的儲存和處理。③數(shù)據(jù)處理中心通過數(shù)據(jù)挖掘、深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法和技術(shù)，結(jié)合半人工化的分析，來展示教育元宇宙的教學效果，幫助教學設(shè)計者發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)特征、挖掘?qū)W習者的學習規(guī)律、集合各種特征數(shù)據(jù)，從而得到帶有學生類型標簽的分析結(jié)果。

（4）應(yīng)用層

應(yīng)用層以虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)為支撐，與教育教學環(huán)境進行深度融合，為用戶提供技能培訓、專業(yè)教育、社交娛樂等具體應(yīng)用功能：①利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，感知教育元宇宙各系統(tǒng)的運行狀況和用戶狀態(tài)，為用戶提供多維時空的即時虛擬交互體驗；②利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對海量數(shù)據(jù)進行分析，為用戶精準推送學習資源，實現(xiàn)個性化教學；③利用人工智能技術(shù)，為用戶提供智能感知、智能導學等功能，具體如圖5所示。

應(yīng)用層是整個教育元宇宙系統(tǒng)能否真正運行下去的關(guān)鍵：一方面，只有應(yīng)用軟件類型足夠多樣化，才能使教育元宇宙系統(tǒng)發(fā)揮出最大效益。同時，應(yīng)用層是用戶可見的，能為用戶提供直觀的體驗，并驅(qū)使硬件設(shè)備為用戶提供各種定制化、個性化服務(wù)。另一方面，只有為用戶提供沉浸式的且符合其心理預期的體驗，才能維持用戶的使用忠實度，在提升學習成效的同時基于反饋改進系統(tǒng)，從而形成教育、產(chǎn)業(yè)和社會效益相互促進的良好循環(huán)。

三 教育元宇宙的實踐應(yīng)用

基于教育元宇宙的內(nèi)涵特征分析，依托教育元宇宙系統(tǒng)總體架構(gòu)，本研究聯(lián)合河南省醫(yī)學虛擬現(xiàn)實工程研究中心，在其開發(fā)的生理學虛擬仿真實驗教學平臺的基礎(chǔ)之上進一步融合多種數(shù)字信息化技術(shù)，研發(fā)了初級教育元宇宙虛擬實驗操練系統(tǒng)，并以醫(yī)學生理學實驗為例，呈現(xiàn)教學、科研、實訓三方面內(nèi)容。該系統(tǒng)屬于醫(yī)學機能學、計算機科學和軟件工程學交叉學科的應(yīng)用研究，涉及醫(yī)學知識的研究和系統(tǒng)開發(fā)兩個關(guān)鍵點。

本研究從醫(yī)學科研教學、系統(tǒng)開發(fā)、程序化的實驗功能開發(fā)三個方面進行了設(shè)計：①在醫(yī)學科研教學方面，搜集整理專業(yè)醫(yī)學知識，并請專家鑒定其科學合理性，形成知識文檔，以備融入到系統(tǒng)開發(fā)工作中。②在系統(tǒng)開發(fā)方面，通過Maya軟件進行相關(guān)3D建模，用動畫技術(shù)對角色進行綁定，利用U3D進行場景美工。③在程序化的實驗功能開發(fā)方面，先實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的信息化和程序化管理，再利用基于ECMAScript的ActionScript編程語言來編寫Adobe Flash應(yīng)用程序，最后與信息化程序的數(shù)據(jù)交互整合。經(jīng)過醫(yī)學知識的搜集、整理、論證和軟件系統(tǒng)的開發(fā)、測試、改進，初級教育元宇宙虛擬實驗操練系統(tǒng)提供的虛擬醫(yī)學實驗操作科學合理，實驗儀器沒有偏差，同時保證了系統(tǒng)使用的流暢性和穩(wěn)定性（如圖6所示）。該系統(tǒng)經(jīng)過多輪測試改進與實踐推廣應(yīng)用，收到了良好的反饋。

值得注意的是，該虛擬仿真實驗并非就是教育元宇宙概念所指的全部內(nèi)容，它只是教育元宇宙的一種表現(xiàn)形式，教育元宇宙的概念還包含AR、VR、MR等多種形式。由該實驗所代表的一般虛擬仿真實驗依托VR、計算機多媒體、人機交互等技術(shù)，通過構(gòu)建高度仿真的虛擬環(huán)境和對象，讓用戶在虛擬環(huán)境中進行標準化的操作，以達到“以假亂真”的目的。隨著計算機信息化和人工智能技術(shù)的發(fā)展，以及相關(guān)硬件設(shè)備的性能提升，VR、AR、MR將會被更廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，進而形成不同形式、不同領(lǐng)域的專業(yè)虛擬空間。這些虛擬空間是教育元宇宙的基本組成單元，同一用戶在進入這些不同的空間時會有不同的身份，這就是元宇宙的初級表現(xiàn)形式。而當專業(yè)虛擬空間的數(shù)量和用戶的數(shù)量形成一定的規(guī)模之后（對照真實人類社會的基本組成），將這些不同的虛擬空間連通起來，構(gòu)成一個可使用戶在不同的專業(yè)虛擬空間中自由無感地轉(zhuǎn)變身份并能作出符合不同身份的相應(yīng)動作、如同生活在與人類真實世界平行運行的虛擬世界，這便是元宇宙的終極形態(tài)。

四 結(jié)語

元宇宙在教育領(lǐng)域的應(yīng)用是一個新興話題，探索教育元宇宙具有十分重要的意義。本研究基于教育元宇宙的內(nèi)涵特征，搭建了包含物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層的教育元宇宙系統(tǒng)總體架構(gòu)，并聯(lián)合河南省醫(yī)學虛擬現(xiàn)實工程研究中心研發(fā)了初級教育元宇宙虛擬實驗操練系統(tǒng)，初步探索了教育元宇宙的實踐應(yīng)用。但是，目前教育元宇宙還處于初級發(fā)展階段，面臨技術(shù)風險、沉迷風險、侵權(quán)風險、倫理風險等諸多挑戰(zhàn)，元宇宙與教育充分結(jié)合并賦能教育變革還有很多問題需要解決。例如，教育元宇宙的關(guān)聯(lián)技術(shù)仍不成熟、技術(shù)底座不夠牢固、硬件設(shè)備性能還不理想、課程制作體系尚未成型等，均需要相關(guān)技術(shù)進一步迭代升級方可支撐教育元宇宙的場景應(yīng)用。值得注意的是，教育元宇宙拓展了師生的生存維度和感官維度，但虛擬世界不可能完全復刻現(xiàn)實世界，沉浸式、高仿真的感官體驗強化了算法規(guī)訓，易使學習者對元宇宙產(chǎn)生依賴并沉迷于其補償性滿足和同質(zhì)化信息。另外，教育元宇宙中虛實身份的復雜性和教學場域的多元性可能會帶來侵權(quán)風險，使數(shù)字產(chǎn)權(quán)和隱私安全難以保障。與此同時，教育元宇宙在促進虛實共融的同時，教育的主體和價值可能會受到?jīng)_擊，這就需要考量主觀意志和虛實世界的邊界，凸顯教育的價值和意蘊^[22]。面對這些挑戰(zhàn)，相關(guān)部門應(yīng)加強對教育元宇宙的頂層設(shè)計，優(yōu)化防止成癮的路徑，打造共創(chuàng)共享的教育生態(tài)，以更好地發(fā)揮人的主體性和教育的價值。

教育元宇宙的發(fā)展是一個動態(tài)演化的過程，虛實世界的無縫連接有待各方面共同努力，元宇宙完全融入教育亦任重而道遠。目前，學界對于教育元宇宙的建構(gòu)框架尚未達成共識，并且其實踐應(yīng)用還缺乏具體的案例驗證。基于此，后續(xù)需加快明晰教育元宇宙的系統(tǒng)建構(gòu)脈絡(luò)，積極開展其教學實踐應(yīng)用，不斷提升現(xiàn)代信息技術(shù)支撐教育的服務(wù)能力，積極探索互聯(lián)網(wǎng)教育新形態(tài)的教育規(guī)律和價值邏輯。

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Educational Metaverse： System Construction and Practical Application of the New Forms of Internet Education

MA Jing¹""" JIN Yan-chi¹""" YANG Yang²""" ZHAO Zhang-hong^{3[Corresponding Author]}

（1. College of Education， Zhengzhou University， Zhengzhou， Henan， China 450001; 2. Department of Basic Teaching， Zhengzhou Railway Vocational and Technical College， Zhengzhou， Henan， China 453000; 3. College of Surveying and Mapping Engineering， Yellow River Conservancy Vocational and Technical Institute， Kaifeng， Henan， China 475004）

Abstract： The metaverse is the development direction of the third-generation Internet， and education metaverse is referred to as the new form of education development， which will bring transformative effects to education and teaching activities. Under this context， the paper firstly outlined the connotation and characteristics of educational metaverse. Then， based on the technology， theory and architecture support constructed by education metaverse system and combined with its digital ecology， the overall architecture of educational metaverse including physical layer， software layer， data layer and application layer was constructed in this paper. Finally， this paper designed the virtual experimental operating system of primary education metaverse from three aspects of medical scientific research teaching， system development and programmed experiment function development， and initially explored the practical application of education metaverse. The development path for the new forms of Internet education has been investigated in this paper， which was of great significance for promoting the efficient construction of new education infrastructure and the innovative development of education modernization.

Keywords： educational metaverse; metaverse; virtual simulation; Internet education; information technology