基于“元宇宙”环境的体育教学模式探究与展望

摘要：通过文献资料法、访谈调研法、逻辑分析等研究方法，对“Metaverse”即“元宇宙”理念下的体育教学方式以及体育教学模式的变革进行探索和展望。本文阐述了元宇宙概念、元宇宙理论和元宇宙环境发展对体育教育活动的影响和改变。分析了元宇宙发展过程中的MR技术、网络环境、虚拟现实资源等对体育课程资源的拓展。探究元宇宙发展过程中，体育教学模式的改变与发展，尝试在元宇宙理论的基础上，建构与探索一种结构更为合理、方法更为优化、效果更为良好的虚拟现实混合的教学模式，为体育教学更好地融入网络信息技术升级提供科学的、系统的理论支持和参考。

关键词：“元宇宙”;MR技术;体育教学;教学模式元宇宙是一个浩瀚而遥远的时空维度，既有现实世界的数字化复制物，也有虚拟世界的创造物，是一个空间维度上虚拟而时间维度上真实的数字世界，其从建立到演变是一个漫长的、充满不确定性的历史过程。元宇宙将虚拟世界与物理世界连接起来，把网络、硬件终端和用户囊括进来，对未来社会的经济、文化、教育、生活方式都有着深远的影响和改变。当前应用广泛的MR（Mixed Reality，即混合现实）技术是视觉虚拟现实技术和增强现实技术的高级版本，是元宇宙的初级形态。随着MR应用的不断丰富和完善，传统教育教学方式将受到巨大冲击，教学环境随之升级，学习效率跳跃式提升，学习资源迅速拓展……各学科教师均可利用MR技术和资源补充原有教学体系，让混合现实学习环境（Mixed Reality Learning Environments，简称MRLE）普遍应用到各学科教学当中——这就是元宇宙教学的基本思想。元宇宙背景下，体育教育和教学将成为MRLE技术发展的受益者之一。在国家越来越重视体育的今天，体育教师必须跟上时代的进步，学习先进的教学理念，面对学生日益增长的学习要求，结合自身以及学生和学校的特点，运用元宇宙理念下的先进教学模式，达到更高的教学水平，为教育和时代的发展做出贡献。

一、元宇宙的起源与建构

“Metaverse”即“元宇宙”一词是目前科技互联网行业超强想象力下的最新流行词，以至于一个美国最著名的互联网平台——“Facebook”正在重塑品牌，改名“metaverse”以表明其对未来理念的拥抱。脸书公司创始人——扎克伯格将其描述为一个“虚拟环境”，你可以进入其中，而不仅仅是在屏幕上观看。关注新兴技术的分析师维多利亚·彼得罗克（Victoria Petrock）表示，它还将融入线上生活的其他方面，如购物和社交媒体。她说：“这是连接的下一次进化，所有这些东西开始在一个无缝的、双重的宇宙中结合在一起，所以你的虚拟生活和你的物质生活是一样的。”在元宇宙中能做什么？比如去虚拟音乐会，在线旅行，购买和试穿数码服装。在冠状病毒大流行期间，“Metaverse”也可能成为在家工作的规则改变者，员工不必在视频通话网格上看到同事，而是可以虚拟地看到他们。

（一）元宇宙一词的来源与释义

“Metaverse”一词最早见于尼尔·斯蒂芬在1992年的科幻小说《雪崩》[1][2]。斯蒂芬森用这个词来描述一个基于虚拟现实的互联网后继者。在本书中，Metaverse是一个虚拟的城市环境，沿着一条100米宽的道路发展，覆盖了一个无特征的、黑色的、完美球形星球，整个周长65536公里。这个虚拟世界中的土地可以被购买，并在上面开发建筑。Metaverse的用户可以通过高质量的个人虚拟现实眼镜，或通过低质量的公共虚拟现实眼镜进入，并与彼此或软件客户端进行交流互动。[3]

元宇宙（Metaverse）或称为后设宇宙、形上宇宙、元界、超感空间、虚空间，被用来描述一个未来持久化和未中心化的在线三维虚拟环境。[4][5]此虚拟环境将可以通过虚拟现实眼镜、增强现实眼镜、手机、个人电脑和电子游戏机进入人造的虚拟世界。[6]目前，元宇宙在电脑游戏、商业、教育、零售和房地产领域都有明确的使用案例。“元宇宙”在时间上是真实的、空间上是虚拟的，在时空两个维度都和真实世界处于平行状态。人类则以某种意识“映射”的方式进入、存在和生活于元宇宙之中。本质上，这是一个由无数相互连接的虚拟社区组成的世界，人们在使用虚拟现实耳机，以及增强现实眼镜、智能手机应用程序或其他设备后可以在这里见面、工作和玩耍。

（二）元宇宙的演变与实现

元宇宙是一个由人构建的平行世界，它也会不断的演变。有学者认为元宇宙分为四个层级：第一个层级是感官模拟，使人的感官在虚拟环境中模拟出和真实世界一样的感觉;第二个层级是神经介入，通过芯片和计算机与人体连接改变人体有机结构;第三个层级是意识上传，将人的思想意识提取传入计算机构建的世界中;第四个层级是宇宙维度提升，以目前的科技水平来说这还是一个哲学问题。我们现在所说的元宇宙即指元宇宙的第一个层级，而且还远未实现。

·课程与教学·基于“元宇宙”环境的体育教学模式探究与展望有研究认为，数字世界的搭建和感官模拟系统的建立奠定了元宇宙的基础。也就是人体各种感官（眼、耳、鼻、舌、肌肤、心、脑等）形成的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、平衡、饥饿、疲劳、意识等，能在计算机搭建的虚拟世界中获得和真实世界一样的感受。随着我们熟悉的VR（虚拟环境）、AR（增强现实）、MR（混合现实）技术的不断发展，尤其是MR技术的推广和快速发展使我们触及到了元宇宙初级层面的边缘，元宇宙环境已经起步。MR是一种利用计算机图像技术、传感技术与可视化穿戴设备等相关技术与设备，实现数字虚拟对象与现实世界对象共存的可视化环境，并能够使用户在对现实世界正常感知的基础上构建虚拟与现实世界的交互反馈回路，达到虚拟世界与现实世界及时与深度的互动。[7]MR通过人的视觉、听觉既可将数字对象叠加到现实世界，也可将真实的人和环境虚拟化叠加到虚拟环境，但并不是简单叠加，而是包括意识和记忆的存储来达到虚与实的深度融合，从而形成虚拟现实有机的统一体。

二、元宇宙理念对体育教学的意义

传统教学当中，受限于教育技术的发展，很多教育理念、教学思路很难实施或者效果难尽人意。随着MR技术的发展和虚拟世界的不断升级，海量的数字资源被应用到教学当中，对现有教学方式的改变甚至会重新定义教学的概念。现实世界与虚拟世界交叠融合而成的学习环境，既可将虚拟学习资源融入到真实教学环境中，也可将真实学习资源融入虚拟教学环境中。该特征与教育教学相结合可以弥补传统课堂无法提供的真实情境，带来更丰富多元的学习体验。这就是元宇宙对体育教学的意义：它解决了客观因素造成的教学中的空间问题，极大地改善了教学环境;它利用混合虚拟现实的教学方式极大地提高了教学效果;它构建的混合虚拟现实的学习资源和带来的学习体验为体育教学模式的创新提供了技术平台。

（一）元宇宙解决了体育教学对环境的需求

目前，正值新冠疫情严重影响我们的生活和学习的特殊时期，疫情带来的被动不定期的线上教学严重影响了教学质量和教学效果。目前的线上教学主要通过视频和语音资料，既缺少了现场的气氛、缺乏感染力，也减少了师生互动和实践体验。尤其像体育这种技能领域实践性、操作性都很强的学科课程，脱离了场地环境、运动器材和运动氛围的体育教学很难达到既定的教学目标。元宇宙中，通过MR技术在实现虚拟与现实深度融合的同时，可将不同时空下的场景通过计算机技术进行结合，实现异时空场景共存，将不同位置学习者的虚拟影像耦合连接在同一个虚拟的在线环境当中。例如，受到疫情影响的大学开学季，无法按时回校的同学、被隔离的同学，在学校正常上课的同学，无论身处何地，在同一时间，通过MR设备进入同一个虚拟的舞蹈教室，数字世界中的老师同学各就各位，完全如同身临其境的上课场景。这种元宇宙的应用与体育教学领域结合，将对现场教学、远程指导学习、课后自主学习或在线协作学习等提供巨大的帮助和启发。

（二）元宇宙可以激发学习热情、提高教学效果

传统教学中，受限于物理限制（如场地、语言、教具等），现实世界无法在一个地方整合各种元素以满足多数学生的需求。元宇宙具有无限的扩展空间和无缝对接的场景变换，可以有效地实现需求的多样性，把虚拟的场景和现场的实物叠加起来，通过虚实结合满足教学所需的各种元素。传统教学中体育教师用语言描述的抽象场景，可以通过AR（增强现实）技术直观、形象地展现在学生面前。例如，足球教师讲授脚内侧停球转身技术动作如何应用时，原来用语言描述的比赛区域和场景，防守队员的位置情况和防守动作，现在可以直观、形象地在现场演示出来。在元宇宙背景下，学生练习结束后，还可以通过MR技术把自己的技术动作储存发送到虚拟环境中，以一个孪生自己的形式展示给大家，演示自己目前的技术能力在不同场景下的表现，也可以通过反复观看提高对技术动作的理解，实现深度学习。元宇宙中，设计好的各种有趣的场景极大地满足了学生的内部需求和动机，这种强烈的满足感既提高了学生学习的主动性，也有利于运动技能的形成和提高，学生乐于学习、乐在其中，教学效果自然得到了提高。

（三）元宇宙的沉浸式体验带来教学模式的多元创新

元宇宙教学把一些复杂的知识点通过交互式模型动画形象地展示出来，身临其境的沉浸感可以加深学生对学习内容的印象。在不同情境的体验与参与过程中，实现了学习知识与实践应用的完美统一。例如，在定向运动教学中，学生进入虚拟的户外场景，带着任务一边探索尝试，一边和同学老师互动探讨，最后在老师的引导下应用所要学习的方法技能完成既定任务。解决了传统教学中知识传授和实践应用相脱离的教学弊端，学生更容易养成自主学习习惯，更高效地完成体育必修课内容，更容易开展课下扩展课程。开放的虚拟系统将体育课程的课上练习与课下自主学习相结合，实现体育教学模式多样化，实现体育运动从单一的课堂教学延伸到全天自由参与状态。由学生自由安排时间进行的虚拟环境课程，它具有时间上灵活、运动强度自主设定、实时反馈自主运动成绩等优点，为实现体育教学内容的多样化和创新型体育教学模式，提供了技术支持和至关重要的保障作用。[8]

三、元宇宙体育教学模式的架构与实现

元宇宙技术提供的资源最大程度改善了现有教学过程中情境创设的空乏与单调。元宇宙教学模式通过混合虚拟现实技术拓展了教学的时空维度，在教学场景设计方面几乎达到了理想状态，把学习知识与实践应用完美地结合，突破了传统教学设计与学习环境面对的诸多难题。元宇宙教学模式是计算机网络技术发展的前景中，情景认知理论的具体体现，是现有情境认知教学模式的高级形态，真正实现了知识是个体与环境交互作用过程中建构的一种交互状态。元宇宙教学模式应该使学生更容易学习深层知识、应用并解决实践环节中的问题，是情境认知理论与传统学校教学的矛盾统一，能够完成从学习认知的理论到教学实践的创新。

（一）元宇宙教学模式的认知理论

建构主义学习理论指导下的学习观认为：学生不是简单被动地接受信息，是学习者根据自己的经验背景，对外部信息进行主动地选择、加工和处理，是学生自己建构知识的过程，在具体问题的解决中，需要针对具体问题的情境对原有知识进行再加工和再创造。[9]建构主义学习理论及其指导下的教学理论、教学方法、教学模式等等，其实现条件和关键因素都是情境创设，教师要为学生提供丰富的信息资源， 而这恰恰也对学生的信息技术水平提出了更高的要求，真实的情境可不像书本上讲的那样简单明白， 它包含了太多复杂的信息。[10]情境认知教学模式提倡：学习的设计要以学习者为主体，内容与活动的安排要与人类社会的具体实践相联通，最好在真实的情景中，通过自主学习、协作学习和研究性学习，主动地进行意义建构，通过类似人类真实实践的方式来组织教学，同时把知识和获得与学习者的发展、身份建构等统合在一起。[11]由上可见，在计算机与MR技术支持下的元宇宙教学模式，符合建构主义学习理论指导下的情境认知教学模式的范畴。