教育背景下的元宇宙：特征、賦能與挑戰

金春華 高靜

摘 要

元宇宙利用逐步成熟的各類新技術，構建了一個既映射真實世界又獨立于網絡空間的虛擬世界，這對包括教育在內的相關主體的未來發展至關重要。元宇宙本質上是一個與現實世界平行的在線數字空間，正逐漸成為人類社會創新和發展的一個實踐領域。在元宇宙技術的參與下，教育能夠展示出多元化、弱邊界性、強交互性、進階性的特征。在教育學習和教學中有關元宇宙的新的研究方向仍在涌現，但從技術維度、社會維度以及政府維度來看，仍需要更多的實證證據來引導其發展方向，以充分實現其巨大的可能性。

關鍵詞

元宇宙；教育；虛擬現實；沉浸式；技術

中圖分類號 G434? 文獻標識碼 A? 文章編號 1005-4634（2024）03-0022-06

技術的快速進步促使經濟進一步發展，也使人們的工作方式及所需的技能發生了巨大的變化。教育所培養出的學生需要滿足未來經濟的需求，教育應該為未來全球公民發展和勞動力補足發揮關鍵作用。傳統教育廣泛使用直接學習的標準化模式，在很大程度上受到第一次和第二次工業革命需求的影響[1]，專業人才的大規模生產被用來填補重復的、以過程為導向的早期制造業工作需要。盡管大多數教育系統仍一如既往地運作，但技術已經推動經濟走向新的生產力模式，第三次和第四次工業革命引入了生產自動化和無形的生產自動化進行價值創造。2020 年世界經濟論壇（World Economic Forum）提出了“教育4.0”，指出教育必須具備創造一個更具包容性、更有凝聚力和生產力的世界的能力[2]。

教育是人類社會發展相對滯后的領域之一[2]。與時俱進，通過技術賦能教育變革，是順應社會從工業社會進入信息化社會的必然趨勢。已有的在線學習技術可以作為元宇宙應用教育領域的發展開端[3]，元宇宙通過對現實課堂的空間再拓展，以虛擬現實提升技術營造更個性化的沉浸式課堂。元宇宙中的“虛擬化身”表征可提升學習效果[4-5]，促進全世界學生之間、師生之間共同互動學習，從而實現學生合作競爭能力、同理心、社會意識的全面培養。在疫情的刺激下，線上教學模式得到了普及與發展[6]，學生可以觀看視頻課程，并通過文本或視頻聊天等方式與教師和其他學生進行互動，達成學生對在線教育系統操作層面上與其他學生、授課教師的交互。但學生缺少在真實教室里學習的感覺。

目前，線上教學逐漸成為當下教育領域關注的焦點，也為元宇宙在教育領域的應用拉開序幕[7]。線上教學擁有目前最成熟的在線學習技術，但元宇宙包含在線學習技術不限于此。元宇宙作為一種能夠克服現有的基于二維在線和遠程類限制的可替代的學習與教學方案，正引起了人們的關注[8]。由于各種技術的交互使用，元宇宙可以為教育者提供與當前互聯網時代不同的體驗價值。基于元宇宙的教育可以使用無限的空間和數據，滿足學生在線面對面學習的需求[9]。

1 元宇宙視角下的教育行業

基于教育領域，國內外眾多學者以元宇宙的視角進行了討論。如有研究者認為教育元宇宙的實質是元宇宙在教育領域的應用[10]，是對現實物理世界的平行拓展，學生、教師、學校等管理者可通過虛擬ID進行學習活動。在此基礎上，也有研究者認為教育元宇宙至少要滿足交互性、沉浸性、多元性的特點[2]。由于技術的掌控者總是人類自身，且影響著社會形態的方方面面。教育元宇宙未來會呈現虛實結合、人機協同、學校與社會全面聯結的特點。對于教育元宇宙之后的發展方向，研究者們也進行了預測：通過分析現有線上線下混合教育模式實時交互難且體驗差的缺點，有研究者提出未來元宇宙將會彌補當下教育模式的不足[11]；且對比傳統互聯網教學，教育元宇宙在時空、關系、交流及情感維度的邊界都將有所突破[12]。目前，借助AI變革教育方面，如美國佐治亞州立大學，已經有學者基于該校豐富的智能教育實踐，探索元宇宙時代一流大學智能教育發展經驗[13]。在元宇宙中，技術能夠疊加個人所感知的物理環境的更深層次的信息。以人為中心，元宇宙被分為內部世界和外部世界。內部世界關注個人或物體的身份和行為，技術被用來實現元宇宙的完成，個人化身數字資料進行活動或直接在系統中進行行動。相比之下，外部世界通常關注使用者與外部環境的交流。因此，元宇宙本身涉及多元技術與參與主體，當人技交互逐漸增強，人對已有技術的敏感度會逐步下降，可以促進技術的再次進階。此時，現實與虛擬空間的邊界漸弱，參與主體的沉浸感再次增強，交流會更為便捷。在此過程中，人們的學習方式逐步進階，學科邊界漸弱。因此，元宇宙應用到教育領域具有以下特點。

1.1 多元化

技術多元化。元宇宙集成了各種新技術，提供了基于增強現實技術的沉浸式體驗。5G/6G將創設現實課堂和虛擬課堂聯通的合作環境，為元宇宙在教育中的應用提供網絡基礎。人工智能算法（機器學習、深度學習、強化學習等）是連接虛擬和現實學習環境的“關鍵”，使學生可以便捷、自由地參與線下課堂之外的教學活動。此外，物聯網感知為師生提供了一種完全真實、持久、平滑的虛擬課堂與現實課堂的交互體驗，連接了元宇宙和現實世界。同時，支持元宇宙的教育應用需要一個強大的計算系統，云計算、邊緣計算和其他計算范式能夠在一定程度上促進計算能力的發展，并成為元宇宙的主要基礎設施。

主體多元化。元宇宙在教育中的應用更便捷地包容了多個參與主體。從參與主體數量來看，首先教師與學生將通過建立虛擬ID的方式進入元宇宙的學習空間；學生的課堂表現將通過各種心電設備客觀記錄在虛擬教務系統里，便于學院、學校等進行綜合素質評價；基于人工智能算法以及云計算可以對各個學生進行數據畫像，精準測評每位學生的潛能與不足，便于社會實踐單位降低信息不對稱性，進行人才的引進與培養。政府基于每個學生的成長檔案將組成教育大數據，便于教育政策的制定與調整。從參與主體種類看，除正常參與課堂的主體外，課堂還可以包容行動不便的學生或偏遠地區等活動受限的主體。傳統物理世界的課堂包容度有限，而元宇宙的課堂可以包容現實世界中行動不便的學生（物理環境受限、身體受限），使他們可以按照自身的興趣愛好加入到虛擬課堂中，同時偏遠地區的學生可以不受地理和時空限制參加名師的講座與課堂授業。

1.2 弱邊界性

時空邊界變弱。教育中的元宇宙使得物理世界與虛擬世界的邊界變得不明顯。它打破了時間和空間的界限，為多元的參與者提供了一個開放、自由和身臨其境的服務與體驗。元宇宙的參與下，由于現實中物理距離、學生自身主客觀因素的影響將極大降低，學生在虛擬現實設備下依舊可以繼續接受教育。已有研究也表明利用元宇宙的“虛擬化身”可以促進學習效果提升。因此，課堂內與課堂外的邊界也將更為模糊，即便現實遠距千里，依然可以與授課教師進行高效率的學習互動。

學科邊界變弱。元宇宙也使得教育中的學科邊界自然消融。預計在未來，擁有人工智能等尖端科學技術的社會，對具有數學和科學基礎知識的人才的需求將不斷增加。元宇宙本身就是尖端科技的集成體，在各個領域中應用元宇宙需要配套的硬件設施，這將會刺激產生新的融合專業背景的學科與專業人士。在教育領域，教與學、師與生的界限變得更加模糊。學生通過元宇宙的課堂探索新知、與教師共同交流學習，虛擬課堂可以容納更多有想法的學生，也可以促進學生拓展時空深入學習，教師由此將會更大程度地拓展自身知識廣度與深度。

1.3 強交互性

人機交互。無摩擦的人機交互才會產生高效率的師生交互。元宇宙構建的虛擬課堂，學生、教師、管理者往往是借助虛擬現實設備豐富自身感官而高度投入，沉浸式地進入虛擬課堂進行學習交流。人與機器的無摩擦交互允許學生與教師完全沉浸在一個獨立的人工或模擬環境中，同時體驗它的真實。沉浸式環境可以為學習者提供豐富和復雜的基于內容的學習，同時也可以幫助學習者磨練其技術，提升他們的創造性和解決問題的技能。

參與主體交互。學院、學校、設備管理者也可以借助元宇宙在教育中的應用與外界進行全面聯結，元宇宙將最大限度地發揮教育的普適性。許多教育組織和機構已經在利用VR技術進行營銷和提供服務，如通過虛擬校園旅游有效地接觸和吸引未來的學生；學校與社會企業的合作，在促進知識理論對當前實踐的補充的同時，可以幫助企業匹配合適的人才。此外，還可以為科學教育者提供在職培訓等。

1.4 進階性

技術進階。元宇宙本身集各項尖端技術于一身，技術進階是技術發展的一個必然階段，但不是最終階段。構建教育元宇宙需要一個強大的計算系統，盡管云計算、邊緣計算和其他計算范式能夠在一定程度上促進計算能力的發展，但目前的計算能力架構還不能持續滿足元宇宙的低閾值和經驗密集型需求。能源可持續性缺乏也是元宇宙應用于教育的核心制約因素。此外，在元宇宙資源管理技術的背景下，有效地發現和分配資源也是技術管理需要進一步考慮的。

學習方式進階。原本線上線下混合的學習方式發生了改變。傳統課堂的線上僅僅依靠多媒體進行簡單的課件教授與網址瀏覽。以往，教師通過制作課件進行教學，其課件包含了教師的教學思路和教學重點，但學生未必真正理解。元宇宙使得學習方式煥然一新，在虛擬課堂上師生可以按照教師教學思路進行沉浸式的思考與交流。有學者將國內的教學模式分為3類：教師系統教學、教師輔導教學、教師系統教學同時也輔導教學[13]。在元宇宙的參與下，教師在本科生的課堂上也許將逐步以輔導教學為主，師生共同學習、探索與交流。

2 元宇宙視角下教育行業的發展

元宇宙通過集成通信技術、計算基礎設施以及為現實課堂和虛擬教學場景的連接與融合提供所需的技術構建了虛擬課堂，為教育的使用者提供沉浸式課堂體驗，促進具有不同背景、不同文化的學生們基于元宇宙進行協作學習與交流學習，實現學生們基于問題的能力探索，形成更為包容開放的世界視野。

2.1 技術支撐

首先，元宇宙應用于教育是物理課堂和虛擬課堂的緊密整合、互動和交織，這需要整合各項組成元宇宙的新技術，以創建一個新的互聯網應用程序和教育形式。元宇宙能夠為教育領域現實課堂和虛擬教學場景的連接與融合提供技術支撐。此外，隨著元宇宙逐步應用于教育領域，收集到的教師、學生數據的數量和豐富性是前所未有的，如同在現實世界中一樣，進入元世界的教師、學生、管理人員需要一個虛擬身份憑證，而身份建模和身份尋址就是現實世界和元宇宙之間的橋梁。因此，在協調與交互過程中需要確保不同教育元宇宙系統的隱私和安全，這將是元宇宙時代一個非常重要的研究領域。

2.2 虛擬現實

虛擬現實能夠將實際知識引入課堂，可以通過模擬和虛擬體驗來增強教育能力。元宇宙的實質是提升參與者的沉浸感，在教育教學過程中，可提升本科生學習興趣與效率（沉浸感）及實踐技能（虛擬具有破壞性的化工實驗、手術實踐等）。

2.2.1 個性化和自定節奏的學習

現實課堂上，優質教師資源、空間學習資源、開拓交流視野都相對有限。同時，現實課堂班級規模較大，面向每位學生的教學資源隨之遞減，而優質教師資源分配并不均勻，使得學生可能無法收到更為個性化的反饋。教育元宇宙通過虛擬現實，可以使每位學生脫離現實空間的限制自行設置屬于自己的虛擬課堂，通過選擇教師資源庫、教師教學音量與語速、其他學生課堂透明度，實現學習空間的個性化與自我節奏的安排；基于虛擬學習空間學生可以體驗虛擬現實的名勝古跡，加深對歷史和文化的理解，深刻體會人文魅力；學生通過自我創建封閉的虛擬空間專注于解決數學、物理、化學等課程的習題，從而鍛煉理性思維能力；通過虛擬課堂學生可以更方便地同來自不同班級、區域、國家的學生與教師進行交流，拓寬自身視野。教師可根據學生的學習日志數據，促進定制的學習，提供適當的支持；通過虛擬課堂的系統平臺了解不同學生的個性化學習進度，提供個性化的家庭作業，并根據學生的技能掌握水平為學生制定個性化的學習計劃。

2.2.2 可獲得性和包容性學習

虛擬現實的課堂教育對學生更具包容性，學生的獲得性更強。教育是社會流動性和福祉的關鍵驅動力，學習系統必須轉向更容易被獲得，因此更具包容性的方法才能確保每個人都能獲得機會。對于殘疾的學生，可以采用虛擬課堂模式——將視覺、聽覺、觸覺和動覺方法結合，整合到現有的課程中，幫助學生以不同的方式參與課程。對有特殊需要的學生可針對性地采用如加減配件和觸覺刺激物等方式，創造適合每個人的虛擬現實課堂；同時，確保學習材料的不同呈現，如

通過元宇宙建立歷史人物生平檔案，創建人物完整的人生經歷，為學生打造沉浸式學習環境，從而使不同背景的學生更容易學習；虛擬現實的課堂給予學生自由想象與發揮的空間，比如進入一個虛擬現實的實驗環境，鼓勵學生嘗試新的方法，幫助他們推進學習和經驗積累。虛擬現實的課堂并非要求所有學生都要成功，而是允許每個實驗都可以重新開始，學生可以從失敗經驗中學習進步。

2.3 生理狀態

元宇宙將傳統的課堂從空間上拓展為虛擬現實課堂。元宇宙的實質是促進學生體驗沉浸式課堂，在教育教學過程中，可提升學生學習興趣與效率以及實踐技能。

沉浸式課堂是指學生、授課教師、學院、學校等使用者在進入教學虛擬環境后，借助元宇宙提供的虛擬課堂充分調動自身感官，從而最大效率地理解、學習和感悟知識的廣度與深度。人體通過感官感知世界，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、疼痛、平衡、運動等，收集周圍世界的信息。元宇宙所涵蓋的技術既包含三維虛擬現實的技術，也有接入技術來輔助學生本身接入虛擬世界。元宇宙的出現將傳統的一師對多生的課堂轉變為互動和沉浸式的三維虛擬社交世界，使學生完全沉浸在一個獨立的人工或模擬環境中，體驗它的真實性和趣味性。比如，通過虛擬模擬可以完成一些高成本和高風險（如火災場景、飛行控制、危險手術等）的操作，這種基于虛擬游戲的體驗也可以提高學生學習知識的積極性。

2.4 社交增強

教育元宇宙的社交是指學生、講師能夠操作虛擬課堂環境積累知識，通過溝通和共情與他人分享體驗[11]。

2.4.1 基于問題和協作學習

在元宇宙所創造的虛擬課堂上，學生以協作學習的方式解決教師提出的問題，教師為學生提供持續固定或可變時間的任務。學生在解決這些任務時，可以掌握或擴展其所積累的知識并增強與他人的協作能力。同時，教師通過任務關卡來設定學習目標，對成功完成任務的學生的表現進行評價，根據學生特質的差異重新組隊，促進學生全面發展。

2.4.2 人際交往技能

元宇宙構建的虛擬課堂可以更為便捷地幫助學生拓展人際交往技能。掌握以人為中心的交往技能往往比操作機器擁有更明顯的優勢。學生通過虛擬課堂可以與來自不同城市、不同國家的學生進行團隊協作以解決問題。而不同文化背景、不同思維方式的學生匯集在一起解決問題，會促進學生之間溝通能力與思想包容度的提升；不同團隊之間的競爭可以提高學生的合作競爭意識，可以幫助其在未來發揮更具包容性和同理心的領導能力。

2.5 心理狀態

虛擬教室和沉浸式課堂的體驗可以匯聚來自世界各地的學生們，使其能夠通過虛擬課堂交流想法。通過虛擬課堂平臺的互動地圖，學生們能夠相互了解彼此在虛擬世界中的位置，并可以隨時切換新的環境，與世界各地的學習小組建立聯系。國內外課堂交流有助于學生深入了解全球問題，樹立主人翁意識，勇于承擔時代責任。在教育元宇宙的課堂上與不同背景的學生（性別、種族、民族、能力、性取向和語言）進行更高程度的協作學習，學生的心理狀態將會更為開放包容。

3 元宇宙視角下教育行業潛在挑戰

3.1 技術維度

3.1.1 交互問題

元宇宙技術作為虛擬世界和現實世界之間的媒介，如要更好地應用于教育領域，交互設備需要使用方便并可推廣應用。目前，已有交互技術都存在交互設備不夠輕量級、成本高、難以推廣的問題。

3.1.2 兼容問題

元宇宙作為一個與現實緊密相連、具有多維性的虛擬世界，在創設教育元宇宙時，有必要建立教育領域的相關標準（比如在開始階段，規范進入者可能采用的軟件程序或實物物理接頭）。元宇宙的兼容性和標準化問題可分為兩個方面：不同公司（技術壁壘）創建的元宇宙之間的兼容性問題；元宇宙與現實世界之間的兼容性（包括獎勵兼容性和流通問題，以及法律糾紛的處理）問題。此外，還要注意設備與課堂的兼容性，元宇宙作為一種新技術被采用后，需要統一的專業課程使用標準，使不同教育機構在內容準備、實施和教育成果共享方面兼容。

3.1.3 計算能力問題

計算能力是指處理數據的能力，由數據的計算、存儲和傳輸3個指標決定。計算能力是數字經濟時代的重要生產力，其設施是技術創新的重要支撐。元宇宙應用教育領域意味著更多的參與者、更豐富的網絡資源和計算資源，而計算能力是元宇宙的重要支持。基于云計算技術的業務模式和元宇宙平臺的規劃增加了對計算能力資源的需求，也為計算能力的發展提供了空間。元宇宙使用的云存儲、云計算、云渲染和其他技術對客戶端設備性能和服務器恢復能力提出了很高的要求。

3.1.4 缺乏具體實踐

與課堂教學和網絡教育材料相比，虛擬現實教育可以為學生提供更高水平的現實感和沉浸感。然而，虛擬現實場景仍然缺乏復刻現實課堂的數據學習。虛擬現實需要對這樣的環境進行初步培訓，以使用戶能夠有效地使用新系統。

3.2 社會維度

3.2.1 隱私與衛生問題

元宇宙與現實世界緊密相連，元宇宙身份與真實身份相對應。為建設好新一代教育網絡，元宇宙必須像之前的網絡環境一樣，充分考慮數據隱私保護問題。尤其是虛擬現實的元宇宙，穿戴設備是元宇宙的硬件入口，意味著設備使用衛生同樣是需要注意的問題。

3.2.2 網絡綜合癥

網絡綜合征是由于過度使用互聯網而導致的身體、社會和精神障礙。隨著交互方式的不斷發展，電子設備變得更小、更便攜。設備的簡化使人們花在互聯網上的時間越來越多。同時，元宇宙與現實世界緊密相連。虛擬與現實的融合以及元宇宙的高度沉浸感，或許會使得網絡綜合癥的問題更加嚴重，如何設置規則使學生更好地利用元宇宙進行拓展學習也值得思考。

元宇宙只是一個輔助教師進行教學的工具，如何看待和對待元宇宙也是教育值得思考的問題。要避免對元宇宙在教育領域應用的大肆炒作，以免使大眾尤其是學生對元宇宙產生依賴。這需要持續地監督、識別包括用戶和媒體在內的利益相關者的炒作和關注，并快速響應變化。

3.3 政府維度

元宇宙使學生間、教師間、師生間的“社交聯系”成為可能，因為它提供給學習者和教學者聚集與交流的機會。但元宇宙中的這些社會聯系遠比現實世界中的互動要弱，因為在元宇宙中展示給別人的未必是真實的自我，創建的是“想要顯示的自我”。這就有可能讓詐騙分子有機可乘，缺乏社會經驗的學生更容易被騙。這需要政府靈活把控元宇宙對個人信息的披露程度。此外，由于元宇宙的本質特征——虛擬空間和匿名性，人們可能對犯罪的罪惡敏感度降低，如同現有的網絡暴力一般，如何規范元宇宙中參與教育的用戶行為標準以形成良好的課堂氛圍、交流氛圍也至關重要。當然，政府還需注重相關人才的培養與通用標準的制定。比如，技術的實際集成不僅需要AR和VR的工程師和專家，也要求教師和其他所有教育領域的相關人員不斷學習，針對技術作出心理與現實使用的適應性改變。

4 展望

教育是培養人才的，人才是科技發展的中堅力量，同時科技發展又可以促進教育向縱深發展，三者處于動態螺旋式上升狀態。元宇宙在教育領域中的應用得益于各類新技術的發展，在此背景下教育既要培養更適應當下發展需求的人才，更需要與時俱進，通過技術賦能教育變革。目前，元宇宙相關技術正成為技術研究人員和教育工作者的新寵，因為它能夠面向教育提供深層次的實踐和體驗。有效利用新技術營造出一個學習環境來提高學習者的學習效率是非常值得研究的。但元宇宙當下所涵蓋的各項新技術還不夠成熟，硬件設備也存在穿戴不適、發熱、續航短等問題，需要一定的時間不斷進行完善。同時，元宇宙在教育學習和教學中的研究方向仍在不斷涌現。虛擬現實課堂有相當大的潛力，具體應用到教育上，既要順應學生規律，也需要更多的實證證據來引導其發展方向。因此，需要加強對學習效果與價值引導的探討，推動元宇宙在教育領域發展的科學化與合理化，以充分實現其巨大的可能性。

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Metaverse in the context of education： characteristics，empowerment and challenges

IN Chun-hua，GAO ing

（ School of Economics and Management，Beijing Information Science and Technology University，Beijing100192，China）

Abstract

Metaverse utilizes various new technologies that have gradually matured to construct a virtual world that maps both the real world and is independent of cyberspace，which is crucial for the future development of relevant subjects，including education.Metaverse is essentially an online digital space parallel to the real world，gradually becoming a practical field for innovation and development in human society. With the participation of Metaverse technology，education can exhibit characteristics of diversity，weak boundaries，strong interactivity，and advancement. New research directions on the Metaverse in education，learning，and teaching are still emerging，but from the technical，social，and government dimensions，more empirical evidence is still needed to guide its development direction and fully realize its enormous potential.

Keywords

meta universe;education;virtual reality;immersive;technology

[責任編輯 馬曉寧]

基金項目 北京市高等教育學會2022年立項重點課題（ZD202235）

作者簡介 金春華（1974—），男，江蘇蘇州人。博士，教授，博士生導師，主要研究方向為企業管理、技術創新管理。

*通信作者 高靜（1997—），女，山東德州人。碩士研究生，主要研究方向為數字化轉型。