教育元宇宙

摘 要 元宇宙（Metaverse）建立在近年来不断发展的信息技术基础之上，是沉浸现实和虚拟孪生概念的集合，为使用者构建了一个二元镜像的虚拟社会，搭建了集成社会网络、经济交互、智能决策的新型社会适应空间。教育领域作为社会运行的重要组成部分，在虚拟元宇宙的特征基础上产生了新的发展方向。从教育元宇宙的技术特征和学习特征出发进行辨析，探讨了宏观层面下教育元宇宙对于教育场景的改变和创新，分析了微观学习者视角下的教育元宇宙带来的互动模式和实践质量的提升，并对当下教育元宇宙发展的不足之处提出见解。

关键词 教育元宇宙；虚拟社会；虚拟交互；二元镜像

中图分类号 G642.4文献标识码 A文章编号 1005－4634（2022）03－0001－06

清华大学新媒体研究中心发布的元宇宙发展研究报告显示，元宇宙是一种新型的虚拟现实互联网应用和社会形态，是融合了当下发展的众多信息技术的结果，基于虚拟现实、增强现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术创建现实世界的镜像，基于区块链技术创建经济社会系统，在经济系统、社会系统和身份系统方面将虚拟世界与现实世界紧密结合，并允许每个用户生产内容和对环境编辑[1]。

事实上，元宇宙在教育领域的应用在疫情下已经有所体现。中国传媒大学为了避免学生因疫情错过毕业典礼，在沙盒游戏《我的世界》中重建了校园，学生们通过游戏人物的虚拟形象完成毕业典礼[2]，全球知名的人工智能学术会议ACAI也将2020年的研讨会置于任天堂的开放游戏《动物森友会》[3]。

在教育领域中，元宇宙因其虚实结合、数字孪生的特性吸引了教育从业者的关注。如何为初步发展的元宇宙世界提升想象空间，为技术的发展和教育的结合进行合理评价，为技术向教育相应的特征方向进行指引，是教育元宇宙的未来发展战略的重要思考问题和组成要素。

本研究从教育元宇宙的发展出发，结合教育元宇宙的特征关系和对于教育场景颠覆式的改变视角，理解教育视角下的学习者互动环境和实践教育质量的提升，有效地辨析元宇宙在未来的建设性作用。

1 元宇宙起源、发展

通常认为，1992年尼尔·斯蒂芬森撰写的《雪崩》开启了元宇宙（Metaverse）的世界观。然而，虚拟世界的构想早在1981年弗诺·文奇撰写的《真名实姓》中就已经体现，现实世界中的人可以通过脑机接口的方式接入“Other Plane”的虚拟世界，并通过大脑直接控制虚拟世界的行为。2003年，虚拟世界作品的重要里程碑“SecondLife（第二人生）”上市，让虚拟开发世界的科幻想法变成了现实。2021年元宇宙第一股“Roblex”上市，社交巨头Facebook更名为Meta，无疑为元宇宙的火热添上了一把热柴。

元宇宙作为近年最热的技术和思考概念，引起了众多产业和行业从业者的关注、讨论。如何对元宇宙进行定义，阐明元宇宙本身的实质内容，仍然是相关研究者讨论的重点。元宇宙本身关注点是虚拟世界和现实世界的孪生，为每位用户提供了虚拟进入新世界的环境。这种基于计算机图形学和计算机视觉快速发展而生的新型环境带给人们绝对的想象力。在虚拟世界的真实性交互下，人们可以领略环境带来的真实感官体验，甚至通过在虚拟世界中的行为来改变现实世界。教育领域的学习者能够在元宇宙虚实结合的二元世界中，通过虚拟世界的行为改变从而提升现实世界的知识水平，这让教育元宇宙的概念受到众多研究者的关注和期待。

2 教育元宇宙的特征

元宇宙本身包含着迄今为止一系列的智能计算技术，构建在信息时代技术大发展的基础之上。技术特征是教育元宇宙区别于其他学习方式的重要特征，不同的技术为元宇宙提供了基础化的教育服务。同时，教育元宇宙也遵循着学习科学的学习特点，以崭新的虚拟形式贴合了学习者的学习特征。本节剖析教育元宇宙的技术特征和学习特征，并阐明教育元宇宙的构建脉络。

2.1 技术特征

2.1.1 教育元宇宙的入口

教育元宇宙关注学生对于数字孪生和沉浸教学的需求，所以虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术成为了教育元宇宙的入口。教育元宇宙基于相关的技术基础，通过虚拟技术的蓬勃发展为学生和教师构建出专属的虚拟形象，在沉浸式世界里为现实个体创建数字孪生形象。教育的核心是对人的探究[4]，人的自由是创建虚拟社交的关键视角。元宇宙为教育的成员提供了自由化的开放入口，教师和学生能够在虚拟世界的海洋里自由平等地进行社会交流，是可视化的真正的人格实体而不是孤单、冰冷的一个社交账号。对于人的关注和构建是教育元宇宙对人本主义教育理念的重要实践[5]。

2.1.2 教育元宇宙的后端基建

当前，火爆的人工智能的发展本身是基于当下时代算力爆发式飞跃的结果。教育元宇宙本身提供的虚拟场景也基于底层算力的支持。教育的过程专注于沉浸式的体验[6]，如果达不到沉浸式学习，教育元宇宙真正帮助学生理解的情境就会被其他情境分散注意力，降低学生的学习质量。随着当下算力的爆发、5G/6G网络的应用与构建，元宇宙本身为教育领域搭建了一个成熟且沉浸的交互环境。这种稳定而真实的虚拟情境为教育元宇宙的发展奠定了技术基石，使得教育元宇宙能够发挥自身的教育属性，和现实世界的教育环境进行拟合匹配。随着边缘计算等分布式计算的兴起，教育元宇宙对于响应时间的需求也能得到解决，学习者之间的沟通不再有着跨时空的阻隔，从而为教育元宇宙的虚拟社交提供了强大的保障。

2.1.3 教育元宇宙的知识传递

不同于现实世界中知识通过书本、语言的方式进行传递，在教育元宇宙中，知识可以通过非同质通证（Non－fungible Token，简称为NFT）、区块链等技术形式进行固定和流转。NFT技术可以将教育中的学科知识、教学课件等抽象化的知识产权以区块链的形式保存并流转，提升了教育元宇宙中对于教育版权的保护，完成了现实世界中难以完成的教学虚拟特征的固定。通过区块链和NFT技术帮助知识创造者巩固并快捷地分享知识，能够在教育元宇宙中凸显知识流转的技术差异，为镜像世界的学习者提供吸收知识和分享知识的新途径，为知识的发现与成果的创造在教育元宇宙中保驾护航。

2.1.4 教育元宇宙的决策支持

元宇宙中的个体在虚拟世界中有着无穷的创造力，并有着无限的创造空间施展才华。虚拟社会需要对学习者的行为进行辅导和帮助。在现实社会中，学习活动往往由教师帮助进行；然而在元宇宙的数字世界中，学习者的所有活动都能够以数据形式被记录下来，数据记录程度比当前对于学习者的数据记录更加丰富，更能够通过大数据的支持和人工智能算法的帮助对学习者的学习道路、学习方法和学习态度进行指引，对学习者在教育元宇宙中的学习活动和学习方向进行决策上的支持。数据已经成为当今科技公司评估用户最重要的财富[7]，而教育元宇宙能够对学习者的方方面面进行记录，扩展了数据的维度，为学习者的学习行为决策提供精准而又个性化的支持。

2.2 学习特征

2.2.1 交互式学习

元宇宙为学习者的数字孪生提供了技术基础，在教育元宇宙中，学习者能够对各自的虚拟形象进行沉浸式的交互，在元宇宙中的接触、沟通、互助既能够像现实世界中人与人之间的交互般自然，又能够基于自身的虚拟形象进行不受现实关系约束的匿名表达。教育元宇宙的交互式学习不仅仅包含传统课堂上教师与学生进行的基于平板电脑等电子产品的交互[8]，而且更多是虚拟与虚拟之间的交互；在学习中既存在着与虚拟教师的交互，也存在着与虚拟同学的交互，更存在着与虚拟环境之间的交互。教育元宇宙通过构建不同但写实的虚拟环境，为学习者提供具有知识内核的环境交互方式，可以完成不同于现实世界的学习环境模拟，将相应的知识以视觉、听觉甚至触觉的方式让学习者进行感知，达到前所未有的环境沉浸式交互体验。知识可以通过学习者自身的探索被发现，摆脱了应试教育中的“灌输式”知识教学，让学习者在教育元宇宙中提升自身的好奇心和探究能力，在和虚拟环境的交互之中建立自我知识体系，达到自身学习的目的。

2.2.2 沉浸式学习

教育元宇宙的最大特点就是为学习者提供了足够真实、足够贴切、足够拟合的虚拟世界。这种虚拟环境使得学习者能够在现实—虚拟世界的二相镜面中真正完成情感上的投入，通过立足于数字孪生的元宇宙形象，在学习过程中理解虚拟世界的真实变化对于自身知识建构带来的沉浸。教育元宇宙基于VR、AR等模拟技术可以帮助学习者将内心理解的想法和认知可视化，将自身学习活动投影于虚拟的孪生世界，为学习者提供全身心、忘我般的具身使用体验。通过进一步模拟真实世界的学习环境（如声、光、电现象）并给予学习者自由改造世界的权力空间，以及沉浸式的元宇宙体验让学习者用身体感受教学世界，帮助学习者调动身体参与到教学活动之中，获得经验和认知，实现内心的充实与满足。具身认知提出身体和世界是一个统一体，人既通过身体与世界的互动，也通过身体对客观世界的作用来产生对世界的感知和认识[9]。而教育元宇宙的虚拟场景既能够模拟现实世界，又存在着超越现实世界的构建想象力，通过自由的布景渲染、情景塑造、配合虚拟人物的角色演绎，营造一种超越真实世界的情境表达，全方位地调动学习者在虚拟空间中的感官作用，激发学习者在教育元宇宙中的创造性思维和个性化想象力，呈现具身化的沉浸式学习体验。

2.2.3 自我调节学习

虚拟世界中的自我调节学习是一个学习者对自身环境积极建构的过程。学习者能够在虚拟的元宇宙世界中自由创建符合自身学习行为的情境，通过基于自身学习需求的虚拟学习环境建构来设置学习目标，调整学习认知，满足学习兴趣。同时，教育元宇宙为学习者提供了匿名的社会身份形象，并且通过虚拟技术使得这种形象具象化，让学习者对于自身的数字孪生形象有着更加清晰的认知。这种认知促进了学习者自身的认同感，通过提升虚拟人物的知识水平，使学习者本身在现实—虚拟交互的元宇宙关联中同步得到知识提升。在教育元宇宙中，学习者的行为被赋予了更加自由的权限，无论是日常生活上的交互还是教育行为上的交互，都带给学习者本身自我决定的权力。虚拟世界的评价和反馈对于学习者而言也是一个自我发展的过程。学习者基于虚拟形象在外部评价和自身内部评价之间做出的权衡和认同，在虚拟情境中的开放世界中拥有交互的自主选择权，帮助自身对于过去学习行为和未来学习活动进行完整的掌控，提升学习者的自我决定意识，使得教育元宇宙能够赋能学习者的自我调剂学习。

3 教育元宇宙对教育场景的改变

学习理论对于环境辅助知识建构的建构主义刻画了外在环境对于学习者的帮助，而元宇宙的出现提供了一种教学设计者自由构建学习者外在环境的方式。无论是帮助学生理解相应的学习行动，还是构建虚拟教材、帮助学生理解学习知识，教育元宇宙都能够为学习者提供合适的教学环境，改变传统的教育教学场景。

3.1 沉浸式教材

教材是教学过程中的重要工具。杜威给出的教材定义是这样的：“所谓教材，就是在一个有目的的情境的发展过程中所观察的、回忆的、阅读的和谈论的种种事实，以及所提出的种种观念。”[10]传统教材关注对学生的支持和帮助，通过提供学习者探究和学习的材料，将知识内化为显性的文本、语言或图片；通过文字对话的形式连接教学中的教材设计者和阅读教材的学习者，传递知识。从教材的认识观来看，教材本身并不单纯指向知识信息的储存，更应当包含内容的组织及其呈现的形态[11]。随着元宇宙世界的虚拟构建，伴随着不断发展的数字化、信息化教育教学趋势，新时代的教材构建可以被技术赋能表达。在教育元宇宙中，教学设计者拥有更多传递教学知识的途径，无论是将教学知识内隐于虚拟世界，还是将教学知识外显于听觉、触觉，亦或是将教学知识通过虚拟社交传递，都打破了传统教学材料从单一的视觉维度传递知识的特性，在虚拟宇宙中丰富了知识传递链条，为教学设计者提供了全新的教学环境体验。

对于学习者而言，教育元宇宙中的教材环境摒弃了传统纸质教材和电子教材需要传递媒介（如纸张、平板电脑等）的限制。教育元宇宙能够让教材数据存储于分布式系统或是区块链服务中，保证知识版权和数据安全的同时便于学习者随时调用查询，在教材的传播上也可以达到去中心化下的点对点传输。在教育元宇宙中，纸质教科书的静态内容通过三维图像、动画、音频和视频得到加强，提升学习者在视觉、听觉和触觉方面的感知。此外，虚拟化使学习者能够操作原本无法接触到的设备，例如，医科学习者可以在远离病房的情况下实践手术；历史学习者可以被传送到历史教科书中的任何时刻，成为历史长河中重大事件的亲历者；物理学习者可以探索空间几何的构造、宇宙大爆炸的过程，甚至可以回到一千年前，与伽利略一起做自由落体实验。知识传播的边界在教育元宇宙中被快速打破。教育元宇宙为教材的构建提供了无穷的可能性。