元宇宙賦能教育現狀及問題研究

摘 要：近年來，虛擬現實產業逐漸繁榮，其中，整合多項Web3.0應用新技術的元宇宙備受矚目。元宇宙技術在推動教育理念創新、探索教育系統新生態過程中可以起到積極作用。基于對大學生部分群體的問卷調研，利用灰色關聯度和隨機森林模型等方法，展開大學生對元宇宙賦能教育的認知、預期以及高校數字化生態建設需求的分析。研究發現，大學生群體對元宇宙賦能教育依然處于了解探索階段，存在宣傳力度較小致概念認知率不高、經濟發展不平衡致普及率不高、技術需求不完善致設備使用率不高等問題，教育元宇宙建設落地任重道遠。

關鍵詞：教育元宇宙；大學生群體；灰色關聯度分析；隨機森林模型

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A" 文章編號：1673－4513（2024）－03－078－09

引言

隨著數字經濟的高速發展，全球數字化轉型賦能各行各業新的發展機遇[1]。黨中央積極推進虛擬現實產業發展，2022年發布的《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026年）》，明確提出要推進虛擬現實與教育培訓的高度融合[2]，深化技術研發、強化人才支撐。2023年，國家廣播電視總局辦公廳發布《元宇宙產業創新發展三年行動計劃（2023—2025年）》，強調要加強產業、創新、財政、金融、區域等政策協同，統籌推進教育元宇宙產業布局。相關研究已證實元宇宙技術在推動教育理念創新，探索教育系統新生態過程中可以起到積極作用[3]。教育元宇宙（Edu-Metaverse）可以構建一個融合虛擬現實、人工智能等技術，提供高度擬真化體驗、去中心化協作的教育新形態，對推動全民終身學習有現實意義。而對專業細分、合作探索需求度更高的大學生來說，教育元宇宙可以提供多感官沉浸式學習體驗，彌補常規教育的辦學短板，各種優質教學資源在元宇宙中可以以低損耗、低延遲、強交互、全開放的形式傳遞共享。中國的教育元宇宙未來發展方向如何？而作為高等教育對象的大學生，能否在教育元宇宙的發展中受益較多[4]？解決好教育元宇宙問題，有利于豐富元宇宙的發展成果，也能助力大學生更好地自主學習，并且為元宇宙相關政策的制定提出依據。

一、教育元宇宙的相關理論和文獻綜述

元宇宙的概念和發展情況一直是專家學者討論的熱點。1992年，尼爾·斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》提出了“元宇宙”概念，描述了與社會緊密聯系的三維數字空間，現實世界中的人們可以通過各自的“數字化身”在空間中進行社交活動。張輝等[5]指出元宇宙的樣態本源可追溯至數字化數據，其技術源頭則是各類數字化數據生成。袁園等[6]出元宇宙經濟的興起是由于數字技術生態和區塊鏈對互聯網底層協議的系統性變革，數字孿生和數字原生開啟人類敘事新可能的生存創生機理，并從多個角度深入探討了元宇宙的概念和價值。然而，對于元宇宙的可能遇到的挑戰、應對策略以及其對人類社會經濟生活影響的深入研究尚需進一步展開。

基于區塊鏈技術、云計算、大數據應用、人工智能、虛擬現實引擎技術等技術融合，教育元宇宙打造出虛擬教學環境，提供虛擬教學資源，以開放共享的姿態鼓勵學生自主學習、合作學習、探究學習（見圖1）。劉德建等[7]提出，元宇宙賦能智慧教育涉及沉浸式教學環境及教育資源、個性化學習活動和智能教學評價等方面。同時強調，元宇宙將塑造新的教育形態，帶來教師發展的深刻轉變。鐘正等[8]對元宇宙在高等教育、基礎教育和職業教育的落地場景和研發方向進行了研究，以促進教學觀念與模式的變革，不同教育場景下的多元化觀察角度豐富了論文的內容，使其更具深度和廣度。

申佳欣等[9]從需求的視角出發對大學生在線教育的發展進行了深入探討，認為優化大學生的在線教育體驗是提高其學習效果的關鍵。在探討智慧教育數字化轉型的課題時，李萍等[10]學者明確指出，教育全要素、全流程、全業務、全領域的數字化轉型，乃是教育系統性變革的核心實質。袁璐[11]通過對大學生在線教育付費意愿的影響機理進行實證分析，為在線教育平臺提供了有針對性的營銷策略建議。此外，一些學者也高度關注數字能力建設的重要性。他們主張提升學生、教師等教育角色的數字素養與技能，同時提出要構建數字教育資源體系，實現優質資源的跨界互通和共享。

以上研究雖然在教育元宇宙相關學理基礎和技術應用場景等方面取得了一定的成就，但是目前研究領域研究對象不夠豐富，教育元宇宙可能遇到的挑戰以及應對策略、運行機制以及其對人類社會經濟生活影響的深入研究方面仍有欠缺，其中也很少采用灰色關聯度分析和隨機森林模型對教育元宇宙滿意度影響因素、市場預測及展望進行分析。本研究旨在通過大學生群體對教育元宇宙現狀的認識和評價，了解具體是哪些因素阻礙了教育元宇宙的普及，基于高等教育場景進行研究，豐富相關議題。通過將1077份調查問卷轉化為統計數據進行灰色關聯度分析、構建隨機森林模型把影響教育元宇宙普及發展的因素進行分析評價，為教育元宇宙研究機構破解教育元宇宙應用難點提供數據支持。

二、調查方法與實施過程

教育元宇宙領域的相關研究成果增速很快，但至今未實現普適價值。在前期調研中發現，用戶對互聯網社會和新興技術產品的認知和使用率不高，基于此，我們選取了更易接受和使用教育元宇宙相關成果，能較熟練使用教育元宇宙設備的大學生作為調研對象。

（一）調查方法

1.統計認知情況，了解發展態度。通過文獻和問卷調查方法搜集并統計大學生對教育元宇宙的了解情況，分析不同特征的大學生對教育元宇宙了解程度和態度，探究影響教育元宇宙行業普及的社會因素。

2.分析發展現狀，探究阻礙因素。搜集了解教育元宇宙具體影響因素和具體性能的滿意度，建立模型，通過PEST模型、SWOT模型進行教育元宇宙行業基礎分析，通過灰色關聯分析確定用戶使用滿意度影響因素，通過隨機森林模型探究市場吸引力。

3.提出攻關方向，描繪發展藍圖。根據模型分析結果，結合調查對象建議，指明教育元宇宙受眾渴望的發展方向，在對現有政策全面分析的基礎上，提出改進建議及措施。

（二）調查過程

本研究基于交互性、沉浸性、認知性三種效用[12]，采用量表方式，進行題目設置，具體包括3個一級指標、18個二級指標，共43道題目（見表1）。

（三）分析方法

在本研究中，我們采用問卷的形式從被訪者那里收集到準確、有利用價值的信息，以便更好地了解被訪者的需求、意見、態度。并通過灰色關聯分析獲得教育元宇宙各影響因素之間的關聯程度，驗證各影響因素的程度。隨機森林模型則是基于灰色關聯模型的數據，對教育元宇宙的滿意度和市場情況進行預測和分類，驗證研究結果的可靠性（見圖2）。

三、教育元宇宙發展現狀分析

本調查通過問卷網設計并發布問卷，邀請全國42所高校在校生作答，共發放問卷1318份，回收1202份，其中有效問卷1077份，有效回答率為81.7%，具體分析如下。

（一）問卷分析

1.宣傳力度較小致概念認知率不高。 據“教育元宇宙認知情況和態度”板塊的調查結果發現，經常關注教育和科技相關新聞熱點的學生更關注和了解教育元宇宙，但對教育元宇宙的具體應用場景和實驗產品的了解較少。由于互聯網時代教育元宇宙呈現傳播范圍廣、宣傳不深入的特點，教育元宇宙相

關應利用網絡傳播速度快、范圍廣等特點，增大宣傳力度，加強宣傳深度，進行教育元宇宙相關技術研究和應用產品的宣傳普及。同時，多數學生對教育元宇宙持中立或積極態度，教育元宇宙可以抓住大學生獵奇心強，易接受新鮮事物的這一特點，增加學生的交互設備線上線下的學習體驗，切實推進教育元宇宙的普及。

2.經濟發展不平衡致普及率不高。目前大學生群體教育元宇宙整體的參與度較低，據“教育元宇宙參與情況”調查結果發現，使用過教育元宇宙的學生隨父母職業為公務員、企事業單位、農林技術人員、生產制造人員的順序遞減。由此看來，父母的經濟水平和知識水平較高，學生眼界相對開闊，容易接觸到教育元宇宙，這也映射了我國不同經濟水平地區和不同家庭教育背景會導致教育發展不平衡。教育元宇宙優良的共享性能可以縮小受教育水平差距，改善我國教育發展的不平衡不充分問題，而不是因產品價格高、使用門檻高、普及度低成為拉大教育差距的反作用力，這是值得教育元宇宙相關行業思考和解決的問題。

3.技術和政策法規不完善致設備使用率不高。教育元宇宙基于區塊鏈技術、云計算、大數據應用、人工智能、虛擬現實引擎技術等技術融合，打造虛擬教學環境，提供虛擬教學資源，以開放共享的姿態鼓勵學生自主學習、合作學習、探究學習[13]。據調查，大眾普遍認為目前教育元宇宙的成本高、專業性強，擴散程度低、涉及人群有限；尚未滿足數據安全和隱私保護，相關政策和法律法規不健全，相關部門監管難度大；雖然黨的二十大會議及相關教育改革會議中提出了加快教育數字化轉型，但目前大環境下教育觀念的轉變滯后，教育元宇宙是促進實現教育公平的加速器還是拉大教育差距的推力未知（見表2）。

（二）基于灰色關聯度分析教育元宇宙滿意度的影響因素

1.灰色關聯分析。本研究利用SPSSPRO數據分析平臺，采用灰色關聯分析模型分析大學生對教育元宇宙各個指標的評分，以確定哪些因素對教育元宇宙系統的影響最大，具體分為以下步驟：

第一步，確定反映系統行為特征的參考序列和影響系統行為的比較序列[14]。母序列（參考序列）是能反映系統行為特征的數據序列，類似于因變量Y。子序列（比較序列）是能影響系統行為的因素組成的數據序列，類似于自變量X。

第二步，無量綱化處理各指標數據。采用公式：

f［x（k）］=x（k）x=y（k）（1）

計算各評價指標的比較序列與參數序列的絕對差值，第二級最小差，記為Δmin。兩級最大差，記為Δmax。其中ρ為分辨系數，通常取0.5，關聯系數計算公式：

γx0（k），xi（k）=△min+ρ△max△ik+ρ△max（2）

第三步，計算關聯序度，計算其各個指標與參數序列對應元素關聯系數的加權平均值得到結果。采用公式：

r0i=1m∑mk=1Wkσi（k）（3）

其中，（1）式中x（k）表示第k個參數的數值，x表示參數x的平均值，y（k）表示x（k）在均值化無量綱化作用下的結果。（2）式中x0k代表參數序列，xik代表比較序列，Δmin為第二級最小差，Δmax為兩級最大差，ρ為分辨系數。（3）式中r0i為第i個對象與參數對象之間的關聯程度，m表示參數數量，∑mk=1Wkσi（k）為各個指標與參數序列對應元素關聯系數和。

2.結果分析。將受訪者對教育元宇宙的發展態度賦分，“教育元宇宙是無稽之談”為1分；“有待商榷，發展形勢不明朗”為2分；“形勢向好，但還需改進”為3分；“教育元宇宙是大勢所趨，前途光明”為4分，將其作為母序列，同時將受訪者對教育元宇宙各個指標的評分作為比較序列，選取教育元宇宙硬件因素、軟件因素、感知有用性、行為意向、感知、交互感、知識建構8個重要因素設置子序列，對指標數據進行無量綱化處理，計算各指標序列與參考序列對應元素的最大最小值[15]，計算并獲得關聯系數。關聯系數越大表明評價對象對評價標準的重要程度越高（見表3）。

其中，教育元宇宙的有用程度與大學生對教育元宇宙發展態度的關聯度最大，說明大學生對教育元宇宙的主觀有用性對教育元宇宙發展態度關聯度的影響力最大，建立專業的評價體系分析教育元宇宙發展的前景對教育數字化轉型和元宇宙技術更新有重要作用；“我在參與教育元宇宙時視覺、聽覺、觸覺的感知程度”“我對目前的教育元宇宙的適應程度”在灰色關聯分析中分別排名第二、第三，說明存在教育元宇宙設備體驗感差，技術發展不成熟，感知需求不能滿足的情況；“我對目前交互設備價格的接受程度”與教育元宇宙滿意度關聯度也較大，說明教育元宇宙硬件設備價格和質量仍是其無法大規模推廣的重要因素；“我認為目前交互設備的互動性強弱程度”和“我認為目前交互設備操作的便捷程度”也對教育元宇宙滿意程度影響密切，反映出大學生對新技術和新設備的體驗感和便捷度要求較高，教育元宇宙的應用性能有較大的提升空間；“我認為在元宇宙中學習到未接觸過的知識的程度”這一因素對教育元宇宙的滿意度的關聯程度也較緊密，說明目前元宇宙中的資源數量和質量不能滿足學生的知識需求，教育教學水平和手段缺乏創新性，不能滿足學生個性化學習需要（見表4）。

（三）基于隨機森林模型的教育元宇宙滿意度分析、市場預測及展望

1.構建隨機森林模型。在市場預測中，隨機森林模型是一種常用的機器學習算法[16]。它通過構建多個決策樹并取其眾數結果來進行預測，可以有效地處理高維度和大量特征的數據，該模型的基礎是決策樹。

本研究通過構建隨機森林模型，利用MATLAB軟件對影響大學生對教育元宇宙的滿意度的因子進行重要程度排序，主要步驟如下：

第一步，準備數據集。該數據集包含想要預測的因變量，以及可能影響因變量的多個特征。本研究選擇隨機森林模型預測教育元宇宙的市場，分析大學生對教育元宇宙的建議及展望，因變量是大學生對未來教育元宇宙發展形勢的態度（1.教育元宇宙是無稽之談；2.有待商榷，發展形勢不明朗；3.形勢向好，但還需改進；

4.教育元宇宙是大勢所趨，前途光明），自變量共16個。

第二步，將數據集劃分為訓練集和測試集。訓練集用于構建模型，測試集則用于評估模型的預測性能。

本研究將1202份問卷按照0.7的比例隨機分為訓練組和測試組，利用訓練組訓練模型得到分類及結果。

第三步，構建多個決策樹。每個決策樹都是在訓練集上進行訓練的。在每個決策樹的訓練過程中，會對每個節點的特征選擇進行隨機化，同時設置樹的最大深度、最小樣本數等參數。本研究設置節點分裂評級準則為gini系數，決策樹數量為100，內部節點分裂最小樣本為2，葉子結點的最小樣本為1，樹的最大深度為10，葉子結點最大數量為50。

第四步，將所有決策樹的預測結果進行取眾數，軟件輸出最終的預測結果。本研究繪制了變量的重要性排名（見圖3），用測試集處理完數據后帶入訓練數據檢測其準確性，輸出準確率為0.728，結果較好，該模型能為被測試者對未來教育元宇宙發展形勢的態度提供參考。

此外，模型輸出混淆矩陣熱力圖（橫軸為預測，縱軸為實際情況）也能較好驗證模型正確性（見圖4、表5）。并且通過分析混淆矩陣熱力圖，絕大部分大學生對教育元宇宙的發展形勢持“形勢向好，但還需改進”和“有待商榷，發展形勢不明朗”，少部分大學生認為元宇宙發展形勢是“大勢所趨，前途光明”和“無稽之談”，其中，更多的人偏向于“元宇宙形勢向好，但還需改進”的觀點。

2.結果分析。據模型分析可知，受當前技術水平限制，VR、5G、區塊鏈等科技仍有待改進，教育元宇宙相關法律法規出臺較慢，在虛擬和現實關系備受爭議背景下，教育元宇宙發展局勢不夠明朗。元宇宙智慧教育是新興技術的單點創新聚合，實現了學校到社會的教育跨界，但由于元宇宙基礎薄弱，數字化應用分散，大數據和人工智能應用缺少先進性，專業人才和高質量研究團隊數量不足，且不成熟的教育元宇宙設備銷售情況欠佳，后待教育元宇宙進入快速發展期，標準化集成式的教育元宇宙設備將成為日常學習的重要工具而得到普及。

四、結論及建議

（一）研究結論

1.問卷分析的結論。多種因素會對教育元宇宙發展造成障礙。由問卷分析發現，教育元宇宙的投入產出依賴于政治、經濟、社會、技術四個方面，而由于宣傳力度小、技術成本過高、政策法規不完善和經濟社會發展不平衡等條件限制，教育元宇宙的普及受到一定程度限制。

2.灰色關聯度分析的結論。研究發現主觀有用性會影響教育元宇宙的使用意愿，建立專業的評價體系對產品升級更新提出具體標準。同時技術設備和教育資源不足以滿足用戶需求，且存在一定的技術和信息安全隱患，完善相關政策和法律法規，加快解決實踐技術難題對提高元宇宙普及率有積極影響。

3.隨機森林模型的結論。教育元宇宙發展需要專業人才。研究發現多數學生認為教育元宇宙發展形勢向好，但由于數字化人才質量和數量缺口大，數字安全和金融騙局等問題，擴大專業團隊規模，建立完善的法律法規，形成蓄勢待發的競爭態勢對解決技術問題和防范安全隱患有積極作用。

（二）未來發展建議

1.通過基礎設施建設和技術資源共享解決教育成本過高問題。政府與企業界應攜手推動基礎設施的建設和科技資源的共享化。通過加強校園基礎建設，政府和高新技術企業可以發揮引領作用，突破技術障礙，促成資源整合，實現規模化生產，進而有效減少設備投入，降低教育的整體消費成本。這樣的合作不僅能夠提升教育資源配置的效率，還有助于構建一個經濟高效、質量可靠的教育環境。

2.通過新媒體傳播和完善政策法規擴大教育元宇宙受眾群體。行業應致力于降低用戶獲取及操作設備的門檻，并通過增強新媒體宣傳來提升其影響力；與此同時，政府需構建一個權威的專業評估體系，并完善相關的政策與法律框架，確保消費者權益受到妥善保護，引導大眾以安全且明智的方式選擇和使用相關產品。

3.通過資源繁衍和功能多元化提高教育教學水平。企業亟須與教育機構攜手合作，融合運用虛擬現實、數字孿生等前沿技術，推動跨學科內容的創生與擴展；同時，增加定制化學習功能，激發學生的創新精神，共同打造一個面向全民的個性化學習生態系統。

4.通過技術聚合和理論創新加快教育數字化轉型。研究機構需深化理論研究，并針對實踐中的難題提出解決方案，從而建立統一的行業標準。這將促進一個可持續的教育生態系統的構建，并為打造一個學習型社會奠定堅實基礎。

（三）未來研究展望

本研究的灰色關聯度模型和隨機森林模型都以大學生對教育元宇宙的態度為因變量Y，主觀性較強，可能存在多人對教育元宇宙評價相同的情況。后續研究將搜取更廣泛的資料，完善模型，對于因變量Y的選取，另取更具客觀性的參數作為因變量；另外，本研究局限于大學生群體，對基礎教育、職業教育和教育培訓等群體研究的視角不夠多元化。后續研究將增加研究角度，為元宇宙全面賦能教育各階段提供研究支持；在問卷分析中，沒有充分利用調查所得數據進行深度分析，所選指標較少，后續研究將增加研究指標，豐富議題研究。

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Research on the Current Situation and Problems of

Metaverse Empowered Education

——Based on the Perspective of College Students

ZHAO Chengwei， WU Shuxian， LV Ying

（School of Economics and Management， Xinjiang University， Urumqi， Xinjiang 830046， China）

Abstract：" In recent years， the virtual reality industry has gradually prospered， among which the metaverse， which integrates a number of new technologies for Web3.0 applications， has attracted much attention. Metaverse technology can play a positive role in promoting the innovation of educational concepts and exploring the new ecology of the education system. Based on the questionnaire survey of a certain group of college students， using methods such as grey correlation degree and random forest model， this study conducts an analysis of college students understanding and expectations of metaverse empowerment education， as well as their demand for digital ecological construction in universities. Research has found that college students is still in the stage of understanding and exploring the empowerment of the metaverse education. There are problems such as low awareness of the concept due to insufficient publicity， low popularity due to imbalanced economic development， and low equipment usage due to incomplete technological needs. The implementation of the education metaverse construction is a long and arduous task.

Keywords： educational metaverse; college students; grey correlation analysis; random forest model

（責任編輯：侯凈雯）