數字人技術在開放教育中的應用與研究

doi： 10.3969/j.issn.1673-0194.2025.15.069

[中圖分類號］TP315 [文獻標識碼］A [文章編號]1673-0194（2025）15-0221-04

1 數字人技術概述

數字人是指利用計算機圖形學、人工智能等技術創建的具有人類外觀和行為特征的虛擬人物。從外觀來看，數字人具有逼真的人體形態，包括面部特征、身體比例等，這些外觀特征是通過三維建模技術構建的。

在行為特征方面，數字人能夠模擬人類的動作、語言、表情等。數字人的動作可通過動作捕捉技術獲取真人的動作數據，再賦予數字人；也可以通過算法生成特定的動作，如行走、奔跑、跳躍等。語言能力則是通過自然語言處理技術實現的，數字人能夠理解人類的語言輸入，并作出相應的回應。在表情方面，數字人可以根據不同的情境和對話內容展示出喜怒哀樂等各種表情，這是通過面部動畫技術實現的。

從技術架構來看，數字人包含多個模塊。首先是數據層，存儲著數字人的外觀模型數據、動作數據、語言知識等。其次是模型構建層，利用這些數據構建數字人的三維模型、行為模型等。最后是交互層，負責數字人與外界的交互，包括與人類的對話、對環境的感知等。數字人技術的核心在于整合這些模塊，以創造出一個完整的、具有類人特征的虛擬個體。

2 開放教育的特點與需求

開放教育是一種具有獨特性質的教育模式，與傳統教育模式有著顯著的區別。

開放教育具有高度的開放性。這種開放性體現在入學門檻上，許多開放教育機構對學習者的學歷、年齡等限制較少。此外，在教學資源的獲取方面也體現出開放性，學習者可以通過網絡平臺獲取豐富的課程資料，學習者不受地域、學校限制即可獲取這些資源。

教學方式的靈活性是開放教育的另一大特點。傳統教育多以面授為主，而開放教育采用多種教學方式相結合。線上教學是其主要的教學手段之一，通過視頻講座、在線討論論壇、虛擬實驗室等方式開展教學。

開放教育強調以學習者為中心。在傳統教育中，教學進度通常由教師統一安排，而開放教育中的學習者能夠根據自己的學習能力和進度自主安排學習計劃。學習者可以自行決定每個章節的學習時間，對較難理解的部分可以花費更多時間深入學習，還可以自行選擇先學習感興趣的模塊，而不是按照固定的課程順序。

開放教育具有很強的資源共享性。不同地區、不同學校之間可以共享優質的教育資源。許多國家和地區建立了開放教育資源庫，整合了各類課程資源。

開放教育的學習者具有多樣化的特征，這些特征對教育模式的設計和實施有著重要影響。年齡分布廣泛是開放教育學習者的一個顯著特征。學習者的學習動機也呈現出多樣化。一部分學習者是出于職業發展的需求而選擇開放教育。學習者的學習基礎和能力參差不齊也是開放教育面臨的一個重要特征。學習者的地理位置分布廣泛也是開放教育學習者的一個特征。基于以上這些特征，開放教育在課程設計、教學資源提供等方面要考慮到不同地區的文化差異、網絡環境差異等因素，以滿足不同地域學習者的需求[1。

3數字人技術在開放教育教學中的應用

3.1虛擬教師設計

隨著數字人技術的不斷發展，虛擬教師的設計成為教育領域的一個新興研究方向。虛擬教師旨在通過數字人技術構建出具有類人特征和教學能力的虛擬形象，以輔助或替代傳統教師在教學中的部分功能。

在外觀設計上，虛擬教師可以根據不同的教學場景和目標受眾進行定制。例如，在學前教育專業的課程，兒童的虛擬教師要具有可愛、卡通的形象，色彩鮮艷且表情豐富。而成人教育的虛擬教師要更偏向于專業、端莊的形象。

從教學能力方面來看，虛擬教師需具備扎實的學科知識體系。以數學教學為例，虛擬教師要能夠清晰地講解數學概念、公式推導等內容。這就需要將大量的數學知識進行編碼，構建知識圖譜，使虛擬教師能夠根據教學進度準確調用相關知識。

語音功能也是虛擬教師設計的重要部分。虛擬教師的語音應該清晰、自然，能夠根據不同的教學情緒調整語調。例如，在講解重點知識時，語音語調可以加重以引起學生的注意。為了適應不同地區的學生，虛擬教師的語音可以設置多種語言和方言版本。在多語言地區，提供多種語音版本的虛擬教師輔助教學工具，可以極大提高學生的接受度。

3.2個性化學習支持

數字人技術在個性化學習支持方面具有巨大的潛力。參加開放教育學習的每個學生都有不同的學習風格、進度和需求，傳統教學難以完全滿足這種個性化需求，而數字人技術可以彌補這一缺陷。

數字人可以通過分析學生的學習數據來了解學生的學習風格。例如，對于視覺型學習者，數字人可以提供更多的圖像、圖表等可視化學習資料；對于聽覺型學習者，數字人可以提供更多的語音講解和音頻示例。

在學習進度方面，數字人能夠實時跟蹤學生的學習進度。如果學生在某個知識點上花費過多時間或者理解困難，數字人可以調整教學策略。例如，當學生在數據結構課程的數組與鏈表部分學習進度緩慢時，數字人可以提供更多的基礎示例，從簡單的線性結構存儲與訪問開始，逐步引導學生掌握復雜的數據組織形式和操作方法。

數字人還能根據學生的興趣愛好進行個性化學習內容推薦。例如，對于C語言程序設計上機實驗感興趣的學生，數字人可以推薦與之相關的編程教程、實戰案例視頻、代碼優化技巧或者專業開發者社區。這種基于興趣的個性化推薦能夠激發學生的學習動力，提高學生主動學習的積極性。

3.3實時互動功能

數字人技術的實時互動功能為教學帶來了新的活力。在傳統教學中，師生互動往往受到時間和空間的限制，而數字人可以突破這些限制，實現隨時隨地的互動。

在課堂教學中，數字人可以實時回答學生的問題。例如，在開放教育本科法學專業中的中國法律史課上，當學生對某個歷史事件的背景或影響存在疑問時，數字人可以立即根據其知識儲備給出詳細的解答。這種實時解答的響應速度較快，一般在數秒內即可完成，能夠保證學生的學習思路不被打斷。

數字人還可以與學生進行互動式學習活動。比如，在語言學習中，數字人可以與學生進行對話練習。它能夠根據學生的語言水平調整對話難度，從簡單的日常用語逐漸過渡到復雜的話題討論。

數字人可以在小組學習中發揮協調和引導作用。當學生分組討論時，數字人可以作為小組的一員參與討論，引導學生從不同角度思考問題，促進學生之間的思想碰撞。例如，在討論環保問題時，數字人可以從科學、社會、經濟等多個角度提供觀點，拓寬學生的思維視野。

4數字人技術在資源建設中的作用

4.1多媒體內容生成

數字人技術在多媒體內容生成方面具有重要意義。數字人可以通過語音合成技術生成自然流暢的語音內容。例如，在一些開放教育的在線教學中，數字人可以根據設定的腳本，準確地將文字轉化為語音，其語音質量能夠達到以假亂真的程度。

在圖像和視瀕內容生成方面，數字人技術同樣表現出色。數字人可以作為虛擬角色出現在動畫、視頻中。以動畫制作行業為例，傳統的動畫制作需要耗費大量的人力和時間來繪制角色的動作、表情等。而數字人技術可以通過動作捕捉和模型渲染，快速生成具有豐富表情和流暢動作的動畫角色。這不僅大大縮短了制作周期，還能降低制作成本。一個普通的動畫短片，如果采用傳統方式制作可能需要數月時間，而使用數字人技術可能僅需數周。

數字人還能夠進行實時的多媒體內容生成。比如，在一些直播場景中，數字人可以根據觀眾的實時互動內容，即時生成與之相關的多媒體內容進行展示，提高觀眾的參與度和體驗感。

4.2知識圖譜構建

數字人技術為知識圖譜構建提供了新的途徑。數字人可以通過對大量文本數據的分析和處理來構建知識圖譜。數字人在構建知識圖譜時具有高度的準確性和效率。它能夠快速識別文本中的語義信息，避免人工構建知識圖譜時出現的主觀錯誤。以醫學領域為例，數字人可以對大量的醫學文獻、病例進行分析，準確構建出包含疾病、癥狀、治療方法等實體關系的知識圖譜。這個知識圖譜可以為醫生的診斷、醫學研究等提供重要的參考依據。

數字人構建的知識圖譜具有良好的可擴展性。隨著新的數據不斷輸人，數字人可以及時更新和完善知識圖譜。例如，在新興的科技領域，隨著新的研究成果不斷涌現，數字人可以持續將這些新的知識融入已有的知識圖譜中，保持知識圖譜的時效性和完整性。

4.3跨平臺資源整合

數字人技術在跨平臺資源整合方面發揮著積極的作用。在不同的教育平臺上，存在各種各樣的學習資源，如課程視頻、文檔資料、練習題等。數字人可以通過統一的接口和標準，將這些分散在不同平臺的資源進行整合。

以在線教育為例，一個綜合性的學習平臺可能整合了來自多個教育機構、不同學科領域的資源。數字人可以對這些資源進行分類、標記，并建立資源之間的關聯。例如，將同一學科的不同難度級別的課程視頻關聯起來，為學習者提供從基礎到高級的完整的學習路徑。

數字人還能夠實現不同格式資源的整合。有些平臺的資源可能是視頻格式，有些可能是PDF文檔格式等。數字人可以將這些不同格式的資源轉化為統一的、便于用戶使用的格式，或者建立起不同格式資源之間的索引關系，方便用戶查找和使用。數字人可以根據用戶的設備類型，如電腦、手機、平板等，對整合后的資源進行優化適配，確保用戶在不同設備上都能獲得良好的學習體驗。

5 結束語

數字人技術在開放教育中的應用是一個充滿潛力和機遇的領域。通過對數字人技術的多方面研究，包括其在教學、評估和資源建設中的應用，可以清晰地看到它對開放教育的積極影響。

在教學方面，數字人技術以虛擬教師的形式為學習者提供了隨時可得的教學指導。在評估環節，自動化測評系統利用數字人技術能夠快速、準確地對學習者的作業、測試等進行批改。在資源建設中，數字人技術的多媒體內容生成功能大大豐富了學習資源的形式。在知識圖譜構建方面，數字人技術能夠梳理知識之間的邏輯關系，形成完整的知識體系，方便學習者進行系統性學習。跨平臺資源整合功能將不同來源、不同格式的學習資源整合到一個統一的平臺上，便于學習者查找和使用。

然而，數字人技術在開放教育中的應用也面臨著一些挑戰。數據隱私保護是一個至關重要的問題，因為數字人在運行過程中會收集大量學習者的個人信息，如學習習慣、知識水平等。如果這些數據泄露，將會對學習者造成不可估量的損失。算法優化也是需要持續關注的方面，目前數字人的智能程度還有待提高，如在復雜問題的解答和應對突發教學情況時，數字人的表現還不夠理想。在系統兼容性方面，數字人技術需要在不同的設備和軟件環境下穩定運行，但目前在一些老舊設備或者特殊軟件環境下，還存在兼容性問題[2]。

盡管存在挑戰，數字人技術在開放教育中的發展前景依然廣闊。隨著開放教育市場的不斷擴大，數字人技術相關的產品和服務將有巨大的潛力，預計未來幾年內，數字人技術在開放教育領域的市場規模將持續擴大。

主要參考文獻

［1]李聰聰.開放教育教學方法面臨的困境、成因及破解分析[J].現代職業教育，2025（6）：165-168.

[2]江婷.虛擬數字人技術在數字化教育中的創新應用與策略研究［J].科技資訊，2024，22（14）：211-214，219.