元宇宙賦能地理教學的學習模式探析

李藝璇

（中國計量大學 人文與外語學院, 浙江 杭州 310018）

一、提出問題

2023年8月，工信部等五個部門聯合印發的《工業元宇宙創新發展三年行動計劃（2022－2025）》提出，推進構建虛擬教室、虛擬實驗室等教育教學環境，鼓勵通過平臺共享虛擬仿真實驗實訓資源，擴大優質教學資源覆蓋。[1]《普通高中地理課程標準（2017年版）》指出，虛擬現實技術可以提供近似真實的環境，為不能外出的學生提供地理實踐的替代性體驗。[2]元宇宙技術可以改變傳統的地理教育模式，形成虛實交互、人機互動的嶄新地理教育場景，從而實現傳統地理教育模式的轉型升級。

目前，關于元宇宙賦能地理教學的研究成果還不多，徐旭和陳實基于哲學解釋學視角，從解釋學循環的“前理解”“視域融合”和“應用”三個要素出發，試圖解釋元宇宙時代的地理教學，并提出了元宇宙時代地理學習需要面對的挑戰。[3]許匯暄闡述了元宇宙虛擬地圖的著作權歸屬的爭議，并提出了對元宇宙虛擬地圖著作權保護的建議。[4]陳茜月提出元宇宙核心技術將賦能地理信息檔案管理工作，為檔案數據的安全性、可用性、智能性帶來更優的技術體驗。[5]總體來看，當前暫無元宇宙賦能地理教學的場景式學習模式的相關研究，研究視角和內容有待開拓。

本文結合元宇宙技術，針對地理教學展示單一、缺乏互動性和趣味性等問題，對虛實結合的元宇宙場景式學習的應用進行探析，以幫助一線教師適應地理教學的數字化轉型和高質量發展。

二、理論基礎

1.元宇宙概念簡介

元宇宙（Metaverse）出自美國著名科幻作家丹尼·史蒂芬在 1992 年創作發表的科幻小說《雪崩》。最初譯本中“Metaverse”是“超元域”的意思，在之后因習慣譯法，被翻譯成“元宇宙”。[6]該書中對虛擬世界和未來科技社會的構想給人們提供了巨大的想象空間。有相關學者提出了元宇宙的概念，如張夏恒和李想認為元宇宙是指依托互聯網、信息技術、虛擬仿真技術、數字技術等構成的一種沉浸式體驗的互聯網要素融合形態。[7]簡單來說，元宇宙就是指現實中的人利用網絡技術，在虛擬世界中得到數字孿生，從而構建出超越時間和空間的虛擬世界，現實中的人可以在虛擬世界和現實世界中任意切換，打破現實世界中的一些壁壘，模糊虛擬與現實的邊界，最終達到虛實共生的虛擬現實世界。

2.場景式學習的概念

場景式學習是在現實空間和虛擬場景相互融合的環境中，通過讓學生沉浸式模擬不同角色，在不同情境中多視角感受不同場景，提高地理實踐能力的一種情境教學法。陳耀華等認為場景式學習是基于“現場”或“景況”進行的學習。其“現場”或“景況”既可以是學習者所在的真實現場或學習者親眼所見、親身經歷的真實景況，也可以是將真實的現場或景況通過技術攝取、通過網絡傳輸至學習者的屏幕或銀幕，或利用虛擬現實和增強現實技術創設的虛擬、仿真的“現場”或“景況”。[8]他所認為的場景式學習模式是一種新的學習方式，是場景化學習的強化和升級版。

3.場景式學習的可行性

我國在“十二五”期間，就已投入教育資源公共服務平臺和教育管理公共服務平臺的建設，并做好了“寬帶網絡校校通、優質資源班班通、網絡學習空間人人通”?！叭▋善脚_”的持續建設使得我國廣大師生能夠通過網絡直播或錄播回看等多種在線形式開展學習，為場景式學習提供了必需的硬件支持。而現代地理教學已經積累了豐富的多媒體資源，包括視頻、音頻、動畫等，可以用于創設各種地理情境。這些資源可以通過在線平臺的分享和應用，為學習者提供豐富的場景式學習材料。元宇宙技術的發展，使得場景式學習在地理教學中得以實施，虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、在線協作平臺等技術可以為學習者提供真實的學習場景和互動體驗。

4.地理教學場景式學習的作用和意義

場景式學習通過多感官的參與，如視覺、聽覺、觸覺等，促進學生全方位的感知和認知。這種多感官體驗有助于加深學生對地理概念的理解，提高綜合認知水平，讓學習者在實際情境中學習和運用地理。通過VR和AR等技術，實現地理場景的高度還原，讓學生仿佛置身于真實地理環境中，突破了傳統教育的地理限制，為學生提供更廣闊的學習空間，有助于提升學習的真實感和體驗感。元宇宙技術可以創造各種虛擬場景，包括地理應用場景，如城市規劃、環境保護等。通過這些應用場景，學生可以更直觀地理解地理知識在實際生活中的應用，培養實際問題解決能力和地理思維。場景式學習也支持實時互動和社交互動，學生可以在虛擬空間中進行合作學習，與他人共同探索地理場景，培養合作精神和團隊意識。

總之，地理教學場景式學習通過應用虛擬現實模型形象進行立體展示，給學生以身臨其境之感，使復雜的知識點簡單化，寓教于樂。

三、地理教學場景式學習課程設計模式探討

1.場景式學習教學體系架構

開發元宇宙場景式學習課程，首先要結合學校真實的教室場景，利用智慧教室、互動白板、云終端等構建校內的“學習工場”。同時，還可以5G、6G為支撐，通過遠程教育云平臺，搭建校內互動課堂、名師講堂、全景課堂和AR虛擬實驗場景的虛擬空間，讓學生在家即可感受到學校的真實學習環境，享受沉浸式學習。

元宇宙教育課堂不論是理論性知識還是技能性知識都能在一定程度上做到技術統攝。[9]如5G、6G網絡環境，可以實現沉浸式云擴展現實、全息通信、感官互聯、智慧交互實踐的實時控制，為教學提供網絡保障，資源生產。元宇宙教育平臺可借助5G、6G網絡環境提供給學生基礎的自學知識資源。教師可借助元宇宙教育平臺，給予學生沉浸式的情境教學資源或個性化教學資源。學?？山柚似脚_相互交換地理教師教學資源與學生學習資源，從而形成全球地理教學資源一體化。元宇宙依靠人工智能、云計算等獲取并處理教育數據，從備課到課后服務階段無縫銜接處理，確保教師、學校在第一時間可以得到課堂與教學的反饋。教學場景基于數字孿生、人工智能、物聯網以及XR等技術，實現了元宇宙與現實世界的虛實融生。教學評價機制可依托區塊鏈技術。在學生學習的過程與結果中，教師可通過區塊鏈技術了解學生的學習情況評價、學習成果評價、能力素養評價與學分認證等，既高效、統一地實現了教師管理，也使學生的學習過程與結果變得可視化。交互界面，由機腦雙向信息交互，利用智能攝像頭、教學大屏幕、AR—VR—MR一體機和傳感器等終端載體，增強學生在元宇宙平臺的學習沉浸感，達成從二維到三維的轉換，實現多模態、多方面、多角度的參與學習和體驗（見圖1）。

圖1 元宇宙場景式學習教學體系架構

2.典型場景式學習課程教學構想

(1)理論性知識的教學構想

基于元宇宙技術的典型地理場景式學習課程可以結合VR、AR等技術，創造更為沉浸和互動的學習體驗。

在課程開始時，教師可以向學習者介紹元宇宙技術的基本概念和應用，解釋如何利用元宇宙技術來創造虛擬的學習環境。教師可以通過圖像、視頻或模型，展示學習者將要進入的虛擬地理學習場景。學習者通過頭戴式顯示器或其他設備進入虛擬學習場景，并與其他學習者進行互動。教師帶領學習者進行虛擬場景導覽，介紹場景中的各個元素和互動方式，并引導學習者注意相關的理論知識。例如，按照國家課程標準設計，與現行教材配套的地理互動教學軟件，涵蓋高中地理教學中涉及的天體運動、地球科學、大氣運動、海水運動、地形地貌、植被土壤、自然災害、地理技術等重難點內容。軟件以3D仿真模型及超高清大圖為基礎，配合顯示算法及特效形象展示各類自然地理現象及其形成過程。在虛擬場景中，教師可以利用虛擬物體、動畫或文字提示等方式進行講解。例如，數字星球演示儀可以非常形象、全方位地展示相關教學內容，既可以演示宇宙中各天體和星體，如太陽系八大行星等，也可以演示各種地理知識，如全球氣壓帶、風帶、洋流等。數字星球演示儀改變了傳統模型教具缺乏趣味性的演示模式，為師生互動教學增添了新意，極大滿足了教學所需。

在課程結束時，教師可以引導學習者進行反思和總結。學習者分享他們在虛擬場景中的體驗和收獲，回顧所學的理論知識，并思考如何將所學應用到實際生活中。

通過以上教學構想，基于元宇宙技術的典型地理場景式學習課程可以提供更加沉浸和更多互動的學習體驗，幫助學習者更好地理解和應用地理知識。

(2)技能性知識的教學構想

課程設計應該充分考慮學生的學習需求和興趣以及元宇宙技術的特點。教師可以將教學內容分為不同的主題，如地圖閱讀與制圖技能、氣象觀測與解讀、氣候變化與氣象預測、城市規劃與地理信息分析、環境保護、地球科學實驗與實踐等。每個主題都包含一些典型的場景，以便學生在元宇宙中進行模擬實踐。

在場景式學習中，教師應注重培養學生實際運用地理技能的能力。以下是一個地理技能性知識的教學構想（見表1）。

表1 地理技能性知識教學構想

通過場景式學習，學生不僅能夠學習地理技能性知識，培養在實際地理工作中所需的實用技能，還能培養解決問題的能力和團隊協作精神。這樣的教學構想，旨在使地理學習更加有趣，激發學生對地理學科的興趣。

四、元宇宙技術在地理場景式學習課程中的優勢

1.復刻地理環境的真實感

元宇宙技術在地理場景式學習課程中具有復刻地理環境真實感的優勢。首先，元宇宙技術可以提供更真實的虛擬地理環境，使學生能夠身臨其境地感受到傳統教室的氛圍和互動。例如，AR互動沙盤能夠解決地理教學展示單一的問題。AR互動沙盤結合了AR、人工智能、等眾多科技，可以呈現盆地、湖泊、河流、山丘等地貌，從而讓學生了解不同的地勢形態及自然變化。結合氣候和地形變化，還可以演示水利治理、自然災害，幫助學生進行園林創作、地形繪制等。通過使用虛擬現實設備，學生可以在模擬的教室中與教師和其他學生進行面對面地互動，激發學生的學習興趣和積極性。

其次，元宇宙技術可以提供更多樣化的學習場景和互動方式。傳統的教室教學往往受到時間和空間的限制，而元宇宙技術可以創造實地考察等各種虛擬現實場景，讓學生自主進行實踐活動，提高學習的趣味性和實用性。此外，元宇宙技術還可以提供個性化的學習體驗。虛擬教室的設定可以讓學生按照自己的節奏進行學習，教師可以根據學生的實時反饋進行個性化指導和評估，從而更好地滿足學生的學習需求，提高學習效果。

2.基于互動功能的連接感

元宇宙技術在地理場景式學習課程中具有基于互動功能的連接感，可以為學生提供更加身臨其境的學習體驗。通過虛擬現實和增強現實技術，學生可以在模擬的地理環境中與虛擬教室中的師生進行實時互動。這種互動功能可以增強學生與其他師生之間的聯系，提高學習效果。在虛擬教室中，學生可以通過語音、文字或圖像等方式實時交流，共同完成學習任務和項目。這種合作與交流的互動功能可以幫助學生培養團隊合作精神和解決問題的能力，提高學習的質量和效果。

此外，元宇宙技術還可以提供更多元化的學習資源和工具。學生可以利用虛擬教室中的工具和資源，如3D視頻教學資源、AR互動沙盤、語音立體地形圖等，豐富學習內容，提升學習體驗。同時，學生還可以通過與虛擬教室中的教師和其他學生互動，獲取更多的學習資源和知識。基于互動功能的連接感能夠解決地理教學缺乏互動性和趣味性的問題，促進學生之間的合作與交流，提高學生的學習動力和學習效果，推動地理教育的發展。

3.一站式智能后臺解決

元宇宙技術提供統一平臺，集成了各種學習資源和工具，如教材、課件、作業等，為師生提供便捷的學習和教學環境。師生可以通過這個平臺進行各種學習活動和管理任務，無需在不同的應用程序之間切換，提高了工作效率。其次，元宇宙技術的后臺智能化功能可以為學生提供個性化的學習支持。通過數據分析和人工智能技術，系統可以根據學生的學習情況和需求，提供個性化的學習建議和指導。例如，系統可以根據學生的學習表現和反饋，推薦適合其水平和興趣的學習資源，幫助學生針對性地提高地理水平。元宇宙技術的后臺解決方案還能提供實時的教學監控。教師可實時了解學生的學習進度、掌握程度、作業完成情況等學習情況，并采取相應的教學策略進行指導。一站式智能后臺的支持能夠提高學習和教學的效率與質量，為學生和教師提供更好的學習和教學體驗。

五、元宇宙技術在地理場景式學習課程中的挑戰

1.外源性挑戰

元宇宙賦能地理教育面臨著內外部的雙重壓力。元宇宙教育存在缺乏頂層設計、技術成熟度低、使用門檻過高等現實問題。[10]這些問題將成為元宇宙在地理教學中深入應用的外源性挑戰。首先，技術的成本和可用性是一個挑戰。元宇宙技術涉及虛擬現實、增強現實、智能后臺等多個技術領域。這些技術的成本較高，且在某些地區可能不太容易獲取。此外，技術的穩定性和可靠性也是一個問題。元宇宙在應用過程中可能會出現系統崩潰、網絡延遲等情況，影響學習體驗。其次，內容的開發和更新是另一個挑戰。為了實現真實而豐富的地理場景式學習，需要開發大量虛擬場景、教材、課件等內容，投入大量人力和資源，并不斷更新和維護，以保持內容的新鮮和時效性。

2.自源性壓力

元宇宙技術賦能地理教育領域的自源性壓力，是教師和學生的培訓和適應挑戰。教師需要掌握元宇宙技術的操作和應用，利用它來進行教學和管理。學生也需要適應新的學習環境和方式，學會使用虛擬設備和平臺進行學習和交流。這需要投入時間和資源來進行培訓和支持。隱私和安全問題也是一個挑戰。使用元宇宙技術進行學習和互動，可能涉及學生和教師的個人信息和數據。因此，需要對元宇宙賦能地理教育施行動態化、常態化的治理，規范教育元宇宙的發展路向，防止數據安全、隱私泄露、倫理侵犯、語言暴力等風險的發生。

綜上所述，元宇宙技術在地理場景式課程中面臨成本和可用性、內容開發和更新、教師和學生培訓、隱私和安全等挑戰。因此，需要充分地投入和支持，以確保元宇宙技術在教育領域的有效應用。

六、結語

元宇宙將成為未來教育發展的一個新領域。以技術驅動地理教學繁榮，探索元宇宙技術與地理教學深度融合的應用場景建設、教學資源建設、師資建設是地理教育數字化轉型的必然要求。本文為地理教育元宇宙場景式學習的科學建設和發展探明方向，助力構筑地理教學新樣態。元宇宙場景式學習模式將為地理教學帶來跨越性的變革，并推動地理教學的高質量發展。