賀 寧，丁 可，張俊波

(1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州 213164；2.常州市鐘樓區(qū)昕弘實(shí)驗(yàn)學(xué)校，常州 213000；3.北京智谷星圖科技有限公司，北京 100000)

0 引言

新一代信息技術(shù)，例如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、量子技術(shù)等的發(fā)展推動了元宇宙概念的興起和相關(guān)的爆發(fā)。元宇宙提出通過利用科技手段，鏈接創(chuàng)造與現(xiàn)實(shí)世界映射平行的虛擬世界概念，創(chuàng)建了一個(gè)具備新型社會體系的數(shù)字空間[1]。元宇宙由其基于區(qū)塊鏈或NFT的底層架構(gòu)，到5G、云平臺、異構(gòu)計(jì)算、AI等基礎(chǔ)組件，再到VR/AR等前端設(shè)備能支持最上層的服務(wù)和應(yīng)用。元宇宙的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向可以是在硬件層、軟件層或者是虛擬引擎、數(shù)字孿生機(jī)器人、高速無線通信等[2]。

最早提出元宇宙概念的科技公司有Roblox和臉書，接著騰訊、字節(jié)跳動、微軟、網(wǎng)易等公司也紛紛跟進(jìn)。Roblox公司根據(jù)自身平臺的特點(diǎn)定義了元宇宙應(yīng)該具有的8個(gè)屬性：身份、朋友、沉浸感、低門檻、多元化、隨時(shí)隨地、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和文明。也正是因?yàn)樾枰獙⑻摂M世界和現(xiàn)實(shí)世界結(jié)合，構(gòu)建帶有沉浸感的虛實(shí)相融的數(shù)字空間，元宇宙的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向也可以聚焦于數(shù)字化的呈現(xiàn)技術(shù)以及虛擬形象的，元宇宙技術(shù)更是為教育場景的探索研究提供了廣闊的空間。

1 元宇宙技術(shù)在教育場景的創(chuàng)新運(yùn)用

元宇宙為教育領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了可能性，更可以促進(jìn)教育應(yīng)用。比如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)、生命記錄、虛擬現(xiàn)實(shí)和鏡像世界。

1.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)課程學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)基本上是通過利用基于位置的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)來創(chuàng)建智能環(huán)境的，它有助于根據(jù)所需要的內(nèi)容在真實(shí)世界的對象上創(chuàng)建數(shù)字覆蓋。AR的一些重要應(yīng)用已經(jīng)在智能手機(jī)和3D裸眼得到了體現(xiàn)。

AR技術(shù)可以使書本平面的物體在自然界中成為三維。通過驅(qū)動各種教育含義，可以探索元宇宙在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育中的不同使用案例(見圖1)。AR可以幫助剖析檢查看不見的部分，并更快地解決問題。例如，教師可以給學(xué)生展示一輛新能源汽車，然后剖析它是如何建造的，速度有多快，以及電池能承受多高的溫度和能效。在經(jīng)歷了這樣的情景后，在學(xué)校學(xué)到的關(guān)鍵理論有了新的意義和相關(guān)性，同時(shí)也讓教育工作者有機(jī)會彌合差距，傳授理論到行動步驟中缺失的細(xì)微差別。此外，在閱讀和寫作中，AR可以使讀者對內(nèi)容有更深入的了解，從而降低觀察和理解文本的難度，其中的互動體驗(yàn)也可以創(chuàng)造不同身臨其境、引人入勝的體驗(yàn)。

圖1 元宇宙技術(shù)在教育場景的創(chuàng)新運(yùn)用

1.2 鏡像世界克服課程學(xué)習(xí)的物理空間限制

鏡像世界實(shí)際上是外部世界一種特定類型的模擬，它實(shí)際上是真實(shí)世界的增強(qiáng)虛擬對應(yīng)物?？梢园宴R像世界想象成元宇宙，將現(xiàn)實(shí)世界的可見特征轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)。

鏡像世界也是解決“元宇宙如何改變教育”的另一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)樗梢蕴峁┏两降奶摂M學(xué)習(xí)空間。鏡像世界有助于克服學(xué)習(xí)和教育的空間限制和物理限制，例如，在一定程度上線上視頻會議工具可以作為進(jìn)行在線實(shí)時(shí)課程的代表性鏡像世界。又如教師或者學(xué)生可以將自己鏡像為孿生體中的潛水員，通過自己的動作控制屏幕里的潛水員，身臨其境地在海底遨游。通過數(shù)字孿生技術(shù)，教師和學(xué)生可以和屏幕中的海底生物互動，并切實(shí)地感知周圍的環(huán)境。

1.3 生命里程碑溯源課程學(xué)習(xí)的過程與反思

生命里程碑實(shí)際上是用于捕獲、存儲和共享信息以及與特定對象日常體驗(yàn)的技術(shù)。生命里程碑側(cè)重于增強(qiáng)技術(shù)的使用，其中一些實(shí)際例子涉及可穿戴技術(shù)。例如，蘋果手表中的三星健康A(chǔ)pp是生命里程碑在現(xiàn)實(shí)世界中的突出應(yīng)用。生命里程碑專注于記錄學(xué)生的日常生活和思想反饋，并產(chǎn)生富有成效的結(jié)果。通過關(guān)注自學(xué)體驗(yàn)，它可以幫助推動元宇宙在教育中的應(yīng)用。就如撰寫日記，學(xué)生可以回顧和反思個(gè)人生活中的日常事件。因此，元宇宙可以提供一個(gè)重要的工具，用于表示和實(shí)現(xiàn)反饋，并在實(shí)踐中從生活中學(xué)習(xí)；它還提供了從批判性角度探索不同類型信息的途徑，可以幫助反思不同學(xué)習(xí)個(gè)體的體驗(yàn)，同時(shí)改進(jìn)信息的創(chuàng)造性重建。

1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拓展課程學(xué)習(xí)的現(xiàn)實(shí)模擬

虛擬現(xiàn)實(shí)在推動元宇宙的教育應(yīng)用方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它基本上是指能夠模擬內(nèi)心世界的元宇宙類型，可以把虛擬現(xiàn)實(shí)想象成一個(gè)數(shù)字空間，通過使用化身和環(huán)境本身之間交互活動的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來開發(fā)。

通過在數(shù)字環(huán)境中實(shí)現(xiàn)實(shí)際演示的虛擬模擬，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為教育領(lǐng)域提供里程碑式進(jìn)步的服務(wù)。例如，在現(xiàn)實(shí)世界中，關(guān)于學(xué)校消防、地震演習(xí)課程可能成本高昂，然而學(xué)校消防、地震演習(xí)的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬很容易成為一種經(jīng)濟(jì)高效的替代方案。在尋找有關(guān)元宇宙教育應(yīng)用的信息時(shí)，還可以考慮虛擬現(xiàn)實(shí)的教育意義。通過在數(shù)字環(huán)境中實(shí)現(xiàn)實(shí)際演示的虛擬模擬，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為教育領(lǐng)域提供里程碑式進(jìn)步的服務(wù)。

2 元宇宙支持創(chuàng)建的虛擬學(xué)習(xí)情境

元宇宙可以創(chuàng)建一種在短時(shí)間內(nèi)能幫助學(xué)生迅速融入虛擬學(xué)習(xí)情境的場景，可以使用便捷的方式組織情景模擬教學(xué)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)、充分周密、準(zhǔn)確定位。這種場景強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，增加盡可能多的模擬學(xué)習(xí)與嘗試的機(jī)會，讓學(xué)習(xí)者有足夠的成長空間，具有科學(xué)性、反復(fù)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和提高快等特點(diǎn)。

2.1 學(xué)習(xí)成本的降低

近幾年，新冠病毒的流行是學(xué)習(xí)社會化下降的最大原因。許多報(bào)告顯示，由于缺乏社交能力，各個(gè)年齡段的學(xué)生都缺乏某些技能，而社交能力往往是學(xué)習(xí)場所之外所必需的，這就是為什么要致力于改善有效學(xué)習(xí)的社會因素。因此不僅需要非常關(guān)注這些縱向或者橫向技能的重要性，還需要關(guān)注如何降低教授這些技能的成本。

元宇宙則突破了這個(gè)界限，可以在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生高水平的社會化，即使是在封鎖和隔離期帶來的限制下。在這個(gè)空間里，學(xué)習(xí)者不僅可以學(xué)習(xí)實(shí)用的技能，還可以學(xué)習(xí)將這些技能應(yīng)用到社會環(huán)境中。元宇宙可以依靠數(shù)字工具、在線技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造世界而蓬勃發(fā)展。它的沉浸感將吸引各年齡段的學(xué)習(xí)者，以及那些投入更多資金用于深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)的學(xué)習(xí)者。

2.2 認(rèn)證方式的變更

長期以來，學(xué)生在課堂上所學(xué)的學(xué)習(xí)成果可以通過考試獲得認(rèn)證，這在很大程度上要求他們在學(xué)習(xí)過程和應(yīng)試中花費(fèi)許多的時(shí)間。對一些人來說，去學(xué)校或大學(xué)很難，生活可能與學(xué)校設(shè)定的時(shí)間表沖突。元宇宙希望實(shí)現(xiàn)“透明認(rèn)證”的理念，即報(bào)告能力，而不僅限于時(shí)間或地點(diǎn)。這是一種更有效的觀察學(xué)生學(xué)習(xí)技巧、技能和個(gè)人需求的方法。透明認(rèn)證承認(rèn)所有學(xué)生學(xué)習(xí)方式不同，因此注意力集中的時(shí)間也不同。經(jīng)典的課堂環(huán)境并不適合所有人，隨著科技使用的增加，人們尤其發(fā)現(xiàn)它不那么吸引人。在數(shù)字空間里相互交流了幾個(gè)小時(shí)后，獲得的新知不比在教室里接受得少。元宇宙在這里更具有優(yōu)勢，它擁有強(qiáng)吸引力將知識轉(zhuǎn)變成讓學(xué)生去玩?zhèn)€游戲、看個(gè)視頻和其他娛樂方式的技術(shù)特質(zhì)。

2.3 學(xué)習(xí)機(jī)會的增長

元宇宙將允許任何事物成為學(xué)習(xí)機(jī)會。對教師來說，這將有助于打破人為的學(xué)科孤島，這可能是傳統(tǒng)課程的典型特征。例如，在英國，布拉德菲爾德學(xué)院的技術(shù)部門和教學(xué)人員在應(yīng)對疫情時(shí)，承擔(dān)了在歷史、科學(xué)和地理等不同學(xué)科創(chuàng)建屬于自己的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)場景挑戰(zhàn)，并讓學(xué)生體驗(yàn)這些科目的細(xì)節(jié)，這是以前從未實(shí)現(xiàn)過的，而且學(xué)生們的反饋情況很好。雖然他們對于課程融合的規(guī)模比較小，但是它已經(jīng)邁出了第一步。又如，在中國的課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究表明，虛擬現(xiàn)實(shí)的使用已經(jīng)證明對考試結(jié)果的有效性有巨大影響。在貫穿科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域中，原等級為“C級”的學(xué)生使用虛擬現(xiàn)實(shí)浸入式學(xué)習(xí)后的表現(xiàn)優(yōu)于等級為“B級”的學(xué)生。“B級”學(xué)生是在傳統(tǒng)的教學(xué)課堂中進(jìn)行的，而“C級”學(xué)生的課堂被取而代之的是一個(gè)個(gè)將所有3個(gè)學(xué)科融合成一個(gè)整體的、引人入勝的學(xué)習(xí)體驗(yàn)的真實(shí)例子。

2.4 沉浸式空間的營造

沉浸式學(xué)習(xí)為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)接近真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，沉浸式虛擬教育空間可以出現(xiàn)在校園活動或各類模擬課堂教學(xué)中。課堂參與可能會以活動為導(dǎo)向，并通過角色扮演、大型游戲機(jī)臺、實(shí)時(shí)策略、多人大型在線游戲化等得到加強(qiáng)。

眾所周知，學(xué)習(xí)是最好要通過一系列的實(shí)踐來實(shí)現(xiàn)的，這樣學(xué)習(xí)者才能有親身的體驗(yàn)和感受，以達(dá)到最佳效果。例如，高職院校中機(jī)床設(shè)備的實(shí)體課程與仿真、醫(yī)學(xué)院中手術(shù)問診程序的3D虛擬化以及軟件學(xué)院的軟件模擬仿真操作等。沉浸式學(xué)習(xí)將不受制于語言，而是對思考方式的一種創(chuàng)新，可以反復(fù)訓(xùn)練去達(dá)到知行合一。如心理學(xué)中的情緒管理，有負(fù)面情緒時(shí)從覺知、接納、調(diào)整認(rèn)知減少自己的負(fù)面情緒，再有情緒再覺知、接納、調(diào)整，周而復(fù)始地訓(xùn)練自己。

3 元宇宙教育中的虛擬教室與虛擬教師

虛擬教室可以分為教師教學(xué)區(qū)和學(xué)生學(xué)習(xí)區(qū)。虛擬教室不限時(shí)空，可以將最新的專家分析嵌入現(xiàn)實(shí)世界中。教師可在虛擬教室講解問題，既可以是微觀的，也可以是宏觀現(xiàn)象以及難以理解的抽象而需要被具體化的知識，可以解決教學(xué)過程中的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)期可以查閱大量的資料，仰望屬于自己的天空，可以讓著名天文學(xué)家尼爾·德格拉斯·泰森解釋天文學(xué)中銀河的結(jié)構(gòu)，可以讓著名的科幻作家劉慈欣來描述三體和黑暗森林。屆時(shí)，專業(yè)知識將來自任何地方，而不僅僅是教科書。學(xué)生還可以不斷去操作各種實(shí)驗(yàn)，不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)物品的損耗以及設(shè)備的破壞，這能大大提高教學(xué)的效率和質(zhì)量。學(xué)生可以對自己的空間進(jìn)行公開或者加密，如果希望自己的作品被展示，可以投放在虛擬教室的展示位置。虛擬教室也可以在教師的管理下形成自己的班級特色，在不同的教育模式和教育管理要求下，各個(gè)區(qū)域可以獨(dú)立設(shè)置，也可以混合布置。

虛擬教師應(yīng)不僅限于類似初音未來的二次元動畫角色，她更應(yīng)該是一位類似內(nèi)涵AI技術(shù)微軟小冰——一位可以模擬人類教師行為的AI老師。她首先會診斷每個(gè)學(xué)習(xí)者在不同課程領(lǐng)域知識的空缺，以此為基礎(chǔ)推送個(gè)性化學(xué)習(xí)，并且能夠反映出學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的不足和缺失，不斷調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和難易程度。虛擬教師會更勝任于解決邏輯思維和推理性的問題，但關(guān)于社會性或情感性的連接，虛擬教師還無法完全做到。因此，普通的教師可以一定程度上介入虛擬教師的輔導(dǎo)工作，以更多的精力投入和每個(gè)學(xué)習(xí)者的交流、輔導(dǎo)，加深與學(xué)生之間的互動情節(jié)。

最后，虛擬教室?guī)淼膶W(xué)習(xí)評估不再依賴傳統(tǒng)教師的批改作業(yè)和固定化考試，而是追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，將其作為積極的正向反饋工具，而不是問責(zé)機(jī)制。虛擬教室可以直接使用過程性數(shù)據(jù)來作為評測方式。

4 元宇宙中的個(gè)體增量學(xué)習(xí)與社會學(xué)習(xí)效應(yīng)

任何領(lǐng)域中進(jìn)行的正式或非正式環(huán)境下的學(xué)習(xí)都既是個(gè)體過程也是一種社會過程。在學(xué)習(xí)的某一個(gè)層次，認(rèn)知和心理感覺是在個(gè)體的大腦里以獨(dú)特的方式建構(gòu)的。文化、語言相同的個(gè)體可以在元宇宙中以相毗鄰的角色進(jìn)行交流、創(chuàng)造，或以分享、協(xié)作的方式方法去學(xué)習(xí)[3]。共同的語言技能、文化技能、習(xí)慣和手段是建構(gòu)和分享新學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。這些社會規(guī)范也對學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)機(jī)會起到預(yù)先處理和過濾的作用，而且它們在社會的體系下既有助于發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)機(jī)會，又能掩蓋學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)機(jī)會[4]。當(dāng)個(gè)體學(xué)習(xí)相互連接、強(qiáng)化和觀察時(shí)，就會逐步形成用聯(lián)結(jié)的觀點(diǎn)來解釋社會態(tài)度、人際吸引、社會規(guī)范等現(xiàn)象，形成一定的社會學(xué)習(xí)效應(yīng)。

4.1 個(gè)體增量學(xué)習(xí)

個(gè)體增量學(xué)習(xí)是指一個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)能不斷地從新樣本中學(xué)習(xí)到新的知識，并能保存絕大部分以前已經(jīng)學(xué)習(xí)到的知識(見圖2)。人類本身的學(xué)習(xí)活動就是增量學(xué)習(xí)，人在成長過程中對新事物總是處于一種循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程且較難忘記現(xiàn)有知識。不過，學(xué)習(xí)者的記憶往往會隨著時(shí)間而衰退，也就使得記憶的存儲非常重要。元宇宙技術(shù)可以嘗試幫助將學(xué)習(xí)者的增量學(xué)習(xí)內(nèi)容以一定的形式存儲，可以是筆記、錄音、摘抄的一段對話或者一段視頻。當(dāng)所有學(xué)習(xí)者的過程均被良好地保存，這時(shí)就形成了社會學(xué)習(xí)效應(yīng)。

圖2 元宇宙中的個(gè)體增量學(xué)習(xí)與社會學(xué)習(xí)效應(yīng)

當(dāng)有新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，學(xué)習(xí)方法需要對新數(shù)據(jù)的知識進(jìn)行探索[5]，對系統(tǒng)進(jìn)行二次訓(xùn)練改動；當(dāng)新增數(shù)據(jù)時(shí)，并不需要重建所有的知識庫，而是在原有知識庫的基礎(chǔ)上，對由于新增數(shù)據(jù)所引起的變化進(jìn)行更新。一般來說，增量學(xué)習(xí)方法更加符合循序漸進(jìn)的思維原理。增量學(xué)習(xí)框架有很多，各框架最核心的內(nèi)容是處理新數(shù)據(jù)與已存儲知識相似性匹配方法，因?yàn)樵摲椒Q定覺察新知識并增加知識庫的方式，它影響著知識的增長。新知識的判定機(jī)制成為增量學(xué)習(xí)的核心部件[6]。第一，可以利用元宇宙技術(shù)不斷保存歷史數(shù)據(jù)，不斷保留和擴(kuò)大存儲空間；第二，可以利用相似性匹配的技術(shù)在新的樣本訓(xùn)練中充分繼承歷史的訓(xùn)練結(jié)果，以縮短后續(xù)訓(xùn)練的時(shí)間；第三，在沒有模式可參照的情況下，學(xué)習(xí)者可以用自己的方式搜尋任何相關(guān)信息，自由形成新的增量學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)。

4.2 社會學(xué)習(xí)效應(yīng)

個(gè)體增量學(xué)習(xí)在很多方面都是社會性的，因此集體學(xué)習(xí)可以以多種方式被概念化。首先，最明顯的是團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)可能作為一種社會活動發(fā)生。學(xué)習(xí)者可以合作學(xué)習(xí)事件，因此社會學(xué)習(xí)效應(yīng)是不同個(gè)體在社會語境中表達(dá)的一種涌現(xiàn)屬性。有時(shí)，學(xué)習(xí)者僅通過觀察他人或模仿榜樣，就可以學(xué)習(xí)某種社會態(tài)度和行為。在觀察學(xué)習(xí)中，元宇宙提供在特定環(huán)境下觀察他人的學(xué)習(xí)過程是一個(gè)非常關(guān)鍵的信息來源，觀察學(xué)習(xí)可以在沒有任何其他外在強(qiáng)化的情況下出現(xiàn)。在社會學(xué)習(xí)過程中，觀察的過程、觀察的頻率、觀察的時(shí)間等都會對學(xué)習(xí)者們的行為產(chǎn)生相互的影響，在這種情況下，社會環(huán)境會在多個(gè)層面發(fā)揮影響。此外，社會環(huán)境還容易聚類出特定的群體身份，并隱含著指導(dǎo)檢索過程和內(nèi)容的特定目標(biāo)和規(guī)范。

5 結(jié)語

元宇宙被視為下一代互聯(lián)網(wǎng)的新形態(tài)，被認(rèn)為帶給了人類數(shù)字化的未來。元宇宙等平臺應(yīng)用于當(dāng)前數(shù)字化教育場景的學(xué)習(xí)策略也給教育和培訓(xùn)帶來了創(chuàng)新的思路，無論中小學(xué)還是大學(xué)做的不僅僅是培訓(xùn)，他們積極塑造年輕人的未來，利用元宇宙技術(shù)則可以超出傳統(tǒng)的教育場所，元宇宙將在數(shù)字時(shí)代尤其是教育方面發(fā)揮巨大的作用。