教育元宇宙的沉浸式體驗設計研究

摘 要：隨著互聯網技術的發展和元宇宙概念的提出，當代教育模式受到了一定的影響，促使教育元宇宙成為線上教育模式的新可能。本文對教育元宇宙的沉浸式體驗設計進行了研究，分析了空間、人物和行為的設計形式，并提出了未來教育元宇宙的沉浸式體驗設計構想，指出未來的教育元宇宙要以用戶的行為作為基礎，以完整的教育場景和數據作為支持，社會各界共同努力提升師生的認可度，為教育元宇宙的發展帶來更多可能性。

關鍵詞：教育元宇宙；線上教學；沉浸式體驗

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8122（2024）04-0153-04

基金項目：廣州華商學院2022年青年學術科研項目：“基于元宇宙線上教學的沉浸式用戶體驗設計研究”（2022HSXS019）。

一、元宇宙賦能在線教育

隨著互聯網的發展，在傳統教學的基礎上逐漸產生了線上線下相結合的教育方式。2020年新冠肺炎疫情的暴發，促使居家學習的方式出現，并推動了在線教育的發展。對教師而言，他們通常會利用在線會議和直播等方式進行在線直播授課，依托攝像頭直播板書或屏幕共享課件，因而難以觀察到學生的聽課狀態并與學生進行互動。對學生而言，在線上課要求他們具有更高的專注度和自覺性，但實際的線上課堂中，學生的參與感和互動感卻比較弱。對于在線教育中出現的種種問題，不僅要設計出更趨近于真實世界學習環境的線上平臺，也要讓師生擁有更接近真實教與學場景的體驗，因此元宇宙這種基于真實世界孿生的虛擬世界，將為在線教育提供新的發展方向。

在元宇宙發展的過程中，很多理念都來源于游戲、文學和電影作品中的藝術構想，雖然目前我國對元宇宙的應用還處于探索階段，但是隨著技術的發展和人們對人機體驗的不斷追求，元宇宙將會成為未來沉浸式體驗的必然產物。元宇宙是現實世界的映射，也可以成為現實世界的擴展并影響現實生活。利用元宇宙進行教育的過程，既能夠以現實世界的教學方式為基礎，又能夠依托虛擬世界的游戲化方式讓學生體驗學習之樂。比如，微軟香港推出的“Discover2se-MetaverseinEducation”計劃，就是在《我的世界》虛擬空間中開發的混合教育和共享學習體驗，能夠讓學生在游戲中體驗生物的多樣性。在元宇宙的教育環境下，課程資源、教學方式、學習支持服務和教育認證機制都將得到深度重塑[1]。線上線下結合的教學方式將在元宇宙的助力下獲得突破性發展。

二、在線教育的沉浸式用戶體驗

沉浸式體驗是用戶在虛擬與現實融合的技術環境中所產生的經歷和感受，沉浸感的產生不僅包括視、聽、觸、味、嗅的感官體驗，還包括用戶在參與過程中的心理狀態，這種用戶體驗具有打破物理限制的無邊界性、多維變幻的交互性以及能夠帶來成就感的愉悅性[2]。沉浸式用戶體驗有助于在線教育盡可能地接近線下教育的真實感，讓用戶獲得的感官和心理感受都近似于線下教育，同時也能夠突破傳統線下教育的諸多限制，使用戶在虛擬世界中獲得更豐富的交互體驗。

目前，在線教育主要通過現有的技術利用視覺和聽覺進行互動，但是要實現沉浸式學習效果，就需要學生在感官和思維上都保持與線下學習同樣的狀態。在沉浸式體驗中，除了最基本的視覺和聽覺之外，觸覺、味覺和嗅覺的綜合設計也能帶來感官上的沉浸感。在線教育中更進一步的沉浸式體驗是思維沉浸，能夠讓用戶主動處在沉浸式學習的體驗中，通過付出努力獲得心理滿足。比如，在網絡游戲的體驗中，玩家通過獲得勝利而得到相應的獎勵，這種有意識地付出和高度注意力就是一種思維沉浸。因此，在線教育的沉浸式體驗不僅需要有感官上的沉浸式體驗，還需要通過適當的交互方式激發用戶的思維沉浸，比如，通過明確的目標、具有一定挑戰性的任務以及明確的互動反饋等提高用戶的注意力。在借助元宇宙進行在線教學的過程中，教師要把握好學生的感官體驗和思維體驗，讓他們沉浸于其中，從而高效地完成教學任務；學生可以通過觀摩、體驗、交互和探究等方式進行學習，還可以在認知領域、動作技能領域、情感領域和思維訓練領域合理利用沉浸式教育獲得豐富的學習體驗[2]。

三、教育元宇宙的設計研究方法

在教育元宇宙中，用戶體驗是師生對于虛擬世界中提供的教學服務的感知和回應。根據教育元宇宙的特點，本文對用戶體驗的設計提出以下幾個方面的研究方法。

（一）iNPD模型

iNPD（integratedNewProductDevelopment）模型設計法也稱整合新產品開發、一體化新產品開發，該方法為新產品的創新提供了思路。應用iNPD模型設計法的目的，在于讓參與教育元宇宙的設計師、開發人員、市場人員、產品經理以及學校的師生等多角色共同討論，并根據實際教學情況進行沉浸式體驗的設計。同時，根據教育元宇宙的特點，對社會、經濟和技術因素進行分析，找到教育元宇宙的設計提案，進而結合市場調查或問卷分析等方法對這些設計提案進行整合，最終形成教育元宇宙的產品概念和設計方案。

（二）用戶畫像

用戶畫像，是進行設計之前基于真實用戶的行為和動機提取出具有典型行為的用戶群。在教育元宇宙的研究中，首先要對師生進行調研，并從定量和定性兩個方面收集數據。其次，要將所有數據的關鍵信息進行分類，并對不同用戶的特點進行概括。最后，還要將最終形成的教師、學生、教學管理人員以及臨時訪問的群體等不同用戶的畫像有針對性地進行制作，用戶畫像的內容應包括姓名、性別、年齡等基本信息以及不同用戶對于教育元宇宙的需求信息。

（三）場景建模

場景建模，是指用戶在某個具體場景中使用某產品或服務達到某種目的的整個過程。教育元宇宙場景建模的目的，在于明確用戶具體的使用場景、了解流程中可能遇到的問題以及認識用戶的行為習慣和動機。在場景建模前，首先要確定用戶畫像，為核心用戶的場景進行建模并搭建核心使用場景；其次，要根據用戶在上課、自學、討論、考試等不同階段的具體行為設計教育元宇宙中不同場景的功能。

四、教育元宇宙的設計形式

（一）沉浸式學習空間

在影視作品的設想中，虛擬世界既復刻了現實世界的基本形態，又超脫了物理世界的限制，并在虛擬世界無限變換的基礎上加入了更多的交互操作可能性。在教育元宇宙中，運用VR、AR等人機交互技術和3D數字化技術，不僅能讓學生產生身臨其境之感，也能以第一人稱視角處在學習空間進行沉浸式學習。對此，我國部分高校師生對元宇宙環境下的教育體驗展開了理論和實踐的多方面探索。比如，華子荀在教育元宇宙的場景設計中，利用“圖書館”“校園”“教室”讓學生進行沉浸式體驗并記錄相關數據，證明教育元宇宙能夠提高學習效率，增強交互感、沉浸感和認知[3]；湘潭大學文學與新聞學院教師利用虛擬平臺進行論文指導，讓學生在虛擬會議室中通過虛擬形象進行交流，會議室中有座位、講臺和多媒體設備，學生可以在講臺上進行發言，這是一次突破傳統網課的新嘗試。

在教育元宇宙中，首先要把現實世界的學校“移入”虛擬世界中，這相當于從零開始建設學校，即從建筑、裝修、教學設施和環境景觀進行搭建。其次，在虛擬世界中，教學空間應滿足學生上課、自習、圖書借閱等基本需求，同時還應設計教室、會議室、討論室、自習室、圖書館、休息室等不同場景，甚至保留環境景觀的設計，確保學生可以在校園內進行學習交流。場景設計應包括相應的聲音設置，比如上課和下課鈴聲、進入圖書館的刷卡聲、環境音等。在上課時的教室空間設計中確保師生能夠看到彼此并進行互動，是改變目前在線教育單向輸出的有效方式之一，教師可以隨時查看學生的學習狀態，并通過教具與學生互動。沉浸式空間的設計能夠讓師生在整個教學過程中進入相應的環境并順利完成各階段的任務，從而達到專注投入、避免外界打擾的目的。比如，師生根據不同的功能劃分虛擬空間，從而避免其他功能的打擾。教師可以在獨立的辦公室完成備課，在會議室舉行會議，同時，能夠進入學生的學習空間進行巡視；學生可以在獨立的自習室學習，在討論室進行小組討論并進行有效記錄和備份，也能在圖書館進行閱讀、借書和檢索。

（二）豐富的虛擬人形象

元宇宙中的重要組成部分除了虛擬空間還有虛擬人，虛擬人已通過不同方式在各種應用場景中與人們進行頻繁互動，比如，智能音箱里的智能語音助手，甚至是手機里擁有不同聲音的語音助手，又或者是電話里的虛擬客服，都是根據某一種人物進行聲音設計的。在手機應用領域，具有社交屬性的虛擬人也開始進入市場并為用戶創收。比如，3D虛擬形象創作應用崽崽ZEPETO，提供根據真人制作虛擬形象的服務，用戶以創作自己的虛擬形象和裝扮服飾，通過社交互動來售賣自己的設計品，還可以與多家品牌進行合作并購買裝扮服飾。近年來，短視頻平臺、直播平臺出現了各種類型的虛擬主播，同時在電視節目和文藝晚會中也加入了虛擬主持人，這些利用3D技術設計的虛擬人逐漸成為一種新的生命形式。

在元宇宙世界中，自然人、虛擬人、機器人三者合一，有效擴展了人的行為時空，提升了人的行動效能，并增加了豐富的交互場景和交互類型[4]。在元宇宙中，人際溝通的方式通過虛擬人的助力獲得了再創造，虛擬人以更加多元化的形象參與互動。元宇宙世界中的虛擬人形象不再局限于人類，可以根據學生的喜好設計出各類卡通人物形象、動物形象，并讓學生根據自己的喜好進行自定義虛擬人設置，有助于激發學生的學習興趣。在現實世界的教育中，教師的教學容易受時空的限制，往往只能進行一對一的指導或一對多的授課；而在教育元宇宙中，虛擬人助教的角色能夠有效幫助教師輔導學生學習，并且不受時空限制，可以為多名學生同時提供不同的服務。首先，豐富的虛擬人形象可以創造出多樣化的課程內容，比如讓貝多芬來上一堂生動的音樂課，讓畢加索來分享創作靈感，各領域專家的分享課程使學生更加靈活地掌握相關知識；在虛擬的學習場景中，虛擬人還擔任了引導員的角色，能夠幫助用戶快速認識不同的場景、指引虛擬空間的路線、查閱資料等。其次，豐富的虛擬人形象有助于提升學生的學習效率，增強沉浸式學習體驗感，是教育元宇宙中至關重要的組成部分。

（三）新型的學習方式

對實踐性較強的高職院校而言，依托教育元宇宙的沉浸式體驗，教師更容易在線進行實踐教學。職業技術教育中需要大量的實踐教學，通過虛擬世界中實踐場景的搭建，既能為學生提供逼真的實踐操作，又能解決線下教學中設備容易受時空限制的問題，并有效控制預算。在教育元宇宙中，對于一些大型復雜機器的操控，教師為學生提供實時講解，從而加深學生的印象。對于醫學院學生而言，他們可以真切地觀察人體結構并進行仿真實驗，通過對三維人體的解剖進行理論學習，為真實的實踐操作夯實基礎。此外，基于元宇宙的開放性，任何在其中學習的學生都能自主構建或加入學習社群，進行跨領域、跨學校、跨地區、跨國度的交流，學校開辟工作坊，舉辦競賽、講座等活動，實現資源共享。

在現實世界中，學生在進入學習空間前需要先認識學校、了解學校各個空間的不同職能，而在虛擬教學空間中，用戶可以利用信息檢索、顯示提示、路線引導等設計一鍵到達自己想去的地方。比如，學生利用信息檢索查找到需要的習題、圖書，并形成個性化的知識體系；教師根據掌握的不同學生情況，為他們提供相應的題庫和資料。在教育元宇宙中，教師所使用的教材相較于真實世界的書本更具突破介質的特性，不需要局限于紙質書本，且具有新的儲存形態和表現方式，內容也可以突破書本的限制，進而優化數據結構呈現信息。此外，在教育元宇宙中，教師加入人類五感的體驗，將所使用的教材打造成為沉浸式教材。比如，教師利用數據庫整合教學內容，將課前預習、課堂練習、課后作業和考試題等內容分門別類進行整合，幫助自身備課。總而言之，利用元宇宙的教育體系，教師和學生都將享有便利且具有沉浸式的體驗。

五、未來教育元宇宙沉浸式設計構想

沉浸式用戶體驗是元宇宙中的重要設計環節，在真實世界孿生的虛擬學習空間中模擬各個教育環節，為用戶帶來感官和心理層面的綜合體驗，能夠推進教育的數字化轉型。

（一）針對不同用戶進行設計

以人為本是設計的出發點，在對教育元宇宙進行交互設計時，設計者要深度理解教師和學生的行為。教育環節中的所有人物，比如教學管理人員、行政人員、教師、學生等都有不同的行為需求，交互方式應針對不同角色、不同用戶進行特定設計。此外，在教育元宇宙中，還要針對沉浸式用戶和非沉浸式用戶進行不同的設計，對于臨時訪問的非沉浸式用戶可以為其設計在手機、電腦等設備上進行訪問，而對于師生這類需要沉浸式體驗的用戶可以采用VR眼鏡等設備進行操作[5]。只有理解不同角色用戶的行為差別，才能挖掘出用戶的真實需求，并根據不同的用戶體驗進行交互設計，從而讓教育元宇宙真正為用戶所用。

（二）完整的教育場景與數據

在教育場景方面，要將現實世界中的學習環境在元宇宙虛擬世界中進行數字化重建，其中教學樓、圖書館、會議室、自習室以及環境等景觀是打造沉浸式體驗的重要元素，教學中的數字內容、教材、試題、書籍和文獻等資料是必要信息。同時還要根據不同用戶的需求、行為、學習信息等數據進行數字化重構，并針對不同學生的學習特點、知識掌握情況等提供個性化的內容。所有的沉浸式教育場景和數字化學習內容都要以現實世界為依托，并結合虛擬世界的特點發揮作用。盡管通過用戶的交互行為記錄相關數據并進行智能分析是互聯網的優勢所在，但是數據安全也是不可忽略的一環。認清虛擬世界的優勢與限制，才能充分發揮教育元宇宙的作用。

（三）提升師生認可度

目前，元宇宙技術還處于探索階段，對教育元宇宙的建立規劃還不夠明確，在線教育方式也是各學校在新冠肺炎疫情環境下不得已的選擇。只有設計出高效且體驗良好的元宇宙教育產品，才能不斷提升人們對教育元宇宙的認可度。因此，在未來元宇宙沉浸式用戶體驗的設計中，不僅需要設計者進一步提高硬件技術、注重對用戶行為的探索，還需要相關部門建立更加規范化的管理體系，與社會各界共同努力，提升師生對教育元宇宙的認可度，讓新的技術與交互方式更好地服務于人類。

六、結 語

元宇宙技術的出現，成為線上教育進一步發展的突破口。教育元宇宙既能超越現實世界教學環節中的時空限制，又能讓用戶在虛擬世界的體驗接近現實世界。為了讓用戶能夠在教育元宇宙中獲得沉浸式體驗，設計者需要從場景、人物和用戶行為等方面進行設計研究。教育元宇宙的設計探索不僅是對教學模式的創新，更是對人們學習行為模式的改變，新的技術與交互方式也將帶來新的學習方式。在未來的教育元宇宙沉浸式用戶體驗設計中，設計者還應利用先進的技術將用戶的行為作為基礎，以完整的教育場景和數據作為支持，以規范的管理體系作保障，通過社會各界的共同努力，不斷提升師生的學習自覺性，為教育元宇宙的發展帶來更多的可能性。

參考文獻：

[1] 劉革平，王星，高楠，等.從虛擬現實到元宇宙：在線教育的新方向[J].現代遠程教育研究，2021，33（6）：12-22.

[2] 徐銣憶，陳衛東，鄭思思，等.境身合一：沉浸式體驗的內涵建構、實現機制與教育應用———兼論AI+沉浸式學習的新場域[J].遠程教育雜志，2021，39（1）：28-40.

[3] 華子荀，黃慕雄.教育元宇宙的教學場域架構、關鍵技術與實驗研究[J].現代遠程教育研究，2021，33（6）：23-31.

[4] 彭影彤，高爽，尤可可，等.元宇宙人機融合形態與交互模型分析[J].西安交通大學學報（社會科學版），2023，43（2）：176-184.

[5] 杜學元，趙斌剛.教育元宇宙：數字孿生高校的未來構想[J].教育學術月刊，2022，363（10）：16-23.

[責任編輯：李婷]