陳 雨 婷，楊 剛

(1.浙江師范大學 教師教育學院，浙江 金華 321004；2.溫州大學 教育學院，浙江 溫州 325300)

隨著第四次教育革命的到來，如何幫助教師與學生應對新一輪教育背景下的機遇與風險成為研究者關(guān)注的焦點。以虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實(AR)和混合現(xiàn)實(MR)為代表的虛擬技術(shù)是變革傳統(tǒng)教育并重塑教育生機的重要著力點。VR是由計算機生成的具有交互性的模擬現(xiàn)實，該技術(shù)通過增加多模態(tài)的感知(如視覺、聽覺、觸覺等)路徑來促進學習者在虛擬世界中的沉浸性。AR是在真實環(huán)境的基礎(chǔ)上，將虛擬的場景、對象等疊加在現(xiàn)實環(huán)境中，通過豐富物理世界的表征形式來增加學習者對現(xiàn)實世界的感知。MR則是VR與AR的進一步發(fā)展，該技術(shù)通過在虛擬世界、現(xiàn)實世界和學習者之間搭建交互式反饋的信息回路，來達到增強體驗真實感的目的[1]。VR、AR和MR這三種典型的虛擬技術(shù)作為優(yōu)化現(xiàn)有課堂的有力工具，為教育領(lǐng)域帶來的應用價值已日益凸顯，并逐漸成為世界各國推動基礎(chǔ)教育發(fā)展的重要技術(shù)手段[2]。

2018年以來，我國教育部先后發(fā)布文件——《教育部關(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)工作的通知》(教高函〔2018〕5號)和《教育部關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》(教基〔2019〕16號)，要求現(xiàn)代教育充分利用虛擬技術(shù)對教學內(nèi)容和教學實施形式進行改革，以拓展教學路徑并提升教學深度與廣度[3-4]?；诖?，本研究試圖通過對Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中收錄的2015—2020年間，有關(guān)虛擬教育應用的相關(guān)文獻進行知識圖譜分析，同時結(jié)合關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計分析來充分挖掘和探討國際虛擬教育應用的研究熱點及發(fā)展趨勢，為我國未來教育革新與重塑提供借鑒。

一、數(shù)據(jù)來源與研究設(shè)計

(一)數(shù)據(jù)收集與整理

研究以Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源。將檢索內(nèi)容設(shè)置為“virtual reality”，or “augmented reality”，or“mixed reality”，and“education”，時間跨度設(shè)置為2015年—2020年。同時，刪除與本主題明顯無關(guān)的文獻(如征稿啟事、會議通知等)，并通過精煉出版物，剔除非教育類刊物，以兼顧查準率。為兼顧查全率，筆者還在Springer數(shù)據(jù)庫中輸入關(guān)鍵詞“virtual reality”，or“augmented reality”，or“mixed reality”，and“education”，時間跨度依舊為2015年—2020年，最終篩選出729篇文獻和1本書籍作為本研究的樣本。

(二)研究工具與方法

研究采用美國德雷塞爾大學(Drexel University)陳超美教授研發(fā)的CiteSpaceⅢ軟件對文獻進行定量分析。具體步驟如下：新建兩個文件夾，分別命名為Data和Project，將從數(shù)據(jù)庫中導出的文獻數(shù)據(jù)以Download_xxx格式命名，并將文本文件放入Data文件夾中；將時間跨度設(shè)置為2015—2020年，間隔為1年；節(jié)點閾值設(shè)置為(2，2，20)。

二、知識圖譜分析結(jié)果

首先，利用CiteSpace軟件，選用節(jié)點類型為keyword，生成關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計圖譜(見圖1)。目前，虛擬教育應用以學科(如科學、醫(yī)學和高等職業(yè)教育等)應用和技術(shù)支持下的新型學習環(huán)境構(gòu)筑為主，其節(jié)點分支較多，說明VR、AR和MR等與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及5G等新興技術(shù)的有機結(jié)合豐富了虛擬教育的應用路徑。

圖1 關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計圖譜

其次，通過軟件中的“Export—network summary table”功能，輸出虛擬教育應用研究中的高頻關(guān)鍵詞(見表1)。結(jié)合高頻關(guān)鍵詞及相關(guān)文獻梳理發(fā)現(xiàn)，當前該領(lǐng)域的研究熱點主要體現(xiàn)在沉浸性學習研究、學習環(huán)境設(shè)計研究以及不同學科教育的應用研究三大類。

表1 虛擬教育應用研究中的高頻關(guān)鍵詞

三、VR、AR和MR教育應用研究熱點主題分析

(一)不斷趨向深度沉浸性學習：從V-learning和A-learning到M-learning

從virtual reality、augmented reality、mixed reality和education等高頻關(guān)鍵詞可以看出VR、AR和MR等技術(shù)支持下的沉浸性學習(immersive learning)將是未來教育的重要發(fā)展趨勢[5]。哈佛大學教育技術(shù)專家克里斯托弗·戴德(Christopher Dede)教授也曾指出，VR等技術(shù)支持下的深度沉浸性學習可以促進學習者保持更長時間的專注投入狀態(tài)[6]。通過文獻梳理可知，VR技術(shù)支持下的V-learning(虛擬現(xiàn)實學習)是沉浸性學習的典型代表，而AR技術(shù)支持下的A-learning(增強現(xiàn)實學習)則以其虛實融合的特性，進一步提升了學習者的沉浸性學習體驗，MR技術(shù)支持下的M-learning(混合現(xiàn)實學習)更是為沉浸性學習拓寬了發(fā)展路徑。圖2揭示了三種沉浸性學習之間的關(guān)系。

圖2 三種沉浸性學習之間的關(guān)系圖

V-learning是指學習者借助頭戴式顯示器(HMD)在計算機模擬生成的3D虛擬場景中進行學習。在手持設(shè)備的支持下，學習者能夠獲得視覺、聽覺乃至觸覺上的擬真感官體驗(見圖3)。這種多感官參與的V-learning可以有效降低學習者的認知負荷[7]。但V-learning所導致的虛實分離，會阻礙師與生、生與生之間的即時交互，且由于學習過程缺乏教師的過程性引導，學習者的學習目標容易變得模糊。此外，對教學過程實施有效掌控也是V-learning的一個難點，因為教師難以辨別學生的學習行為是否發(fā)生[8]。

圖3 V-learning

在V-learning的基礎(chǔ)上，基于AR的A-learning可以在一定程度上彌補V-learning的不足，它是一種通過豐富物理對象的表征形式來實現(xiàn)沉浸性學習的方式(見圖4)。該學習方式能夠?qū)F(xiàn)實的抽象學習內(nèi)容可視化為3D立體圖像、動畫或視頻，不僅鍛煉學習者的空間思維能力，還可豐富學習者的想象力和創(chuàng)造力。與V-learning不同，A-learning主要在現(xiàn)實世界中進行，因此在教學實施過程中，師與生、生與生之間可以進行實時互動，且教師通過觀察學習者的行為能夠把控課堂節(jié)奏。盡管A-learning在教育中具有明顯的應用價值，但仍然有一定的局限性，如對教師或AR學習資源開發(fā)者而言，教科書或?qū)W習資料中物理對象的集成與管理過程過于繁瑣與復雜[9]。區(qū)別于VR和AR，MR是一種數(shù)字化全息影像技術(shù)，它通過將計算機虛擬模型引入和集成到現(xiàn)實世界中，來搭建虛擬與現(xiàn)實世界之間的交互式反饋回路，從而建立起虛實一體的學習空間[10](見圖5)。M-learning本質(zhì)上是一種以學習者自然感知為基礎(chǔ)的沉浸交互式學習，借助混合現(xiàn)實智能可穿戴設(shè)備，學習者可以自然地在現(xiàn)實世界中與虛擬對象進行實時互動。因此，與V-learning和A-learning相比，M-learning對沉浸性學習環(huán)境提出了更高的要求。隨著5G、人工智能等新技術(shù)的不斷發(fā)展，未來，MR教育應用研究應著重為學習者提供更加引人入勝的學習環(huán)境。

圖4 A-learning

圖5 M-learning

(二)虛擬技術(shù)驅(qū)動下的學習環(huán)境轉(zhuǎn)型：由灌輸式學習環(huán)境到體驗式學習環(huán)境

近年來，以VR、AR和MR為核心的虛擬技術(shù)改變了信息的呈現(xiàn)方式、傳遞方法和接受效率，其獨特的沉浸性和交互性改變了傳統(tǒng)單一的媒介展示方式，能夠為學習者創(chuàng)設(shè)出一種在做中學、及時得到反饋、不斷提升理解并建立新知識能力的學習環(huán)境。同時，虛擬技術(shù)的優(yōu)化與升級(如“擴展現(xiàn)實”，簡稱XR)使得學習環(huán)境更加智能化，為實現(xiàn)從灌輸式學習環(huán)境到體驗式學習環(huán)境的轉(zhuǎn)型提供了有力支持。本文根據(jù)對高頻關(guān)鍵詞environment、interactive learning environment、design、instruction、students和performance相關(guān)文獻的梳理發(fā)現(xiàn)，虛擬技術(shù)驅(qū)動下的學習環(huán)境轉(zhuǎn)型具體體現(xiàn)在以下三個方面：課堂教學設(shè)計模式轉(zhuǎn)型、學習體驗方式轉(zhuǎn)型和教師教學方式轉(zhuǎn)型。

1.從定型化走向情境化：優(yōu)化課堂教學設(shè)計模式

定型化的課堂教學設(shè)計指一種基于特定目標，向?qū)W習者傳遞客觀知識的教學模式。在此模式下，教師不僅需要事先對教學過程進行有計劃的配置，還需預測學習過程中可能出現(xiàn)的各種情況，以形成一個較為周全的教學設(shè)計框架。在這種設(shè)計框架中，學習者作為被控制的對象，借助外部條件(如教師指導)而表現(xiàn)出理想的行為變化。這種刻板化的教學設(shè)計是基于教師自身經(jīng)驗而建構(gòu)起來的，并不一定契合學習者的學習需求。而虛擬技術(shù)所提供的沉浸式學習情境，使得定型化的課堂教學設(shè)計逐漸被情境化的課堂教學設(shè)計所取代。后者充分考慮了學習者自身經(jīng)驗積累對知識建構(gòu)的影響，不注重課堂的嚴密框架，主要關(guān)注特定情境下師與生、生與生之間的交互及過程性教學腳本的生成。正如學者薩爾薩貝爾(Salsabeel)等所指出的，教育不應該是封閉定型的教師講授，而是學生集思廣益地主動參與學習，因為知識是不斷發(fā)展的，知識本身也不應該被嚴密的框架束縛，課堂教學設(shè)計也應如此[11]。

2.從淺層學習走向深度學習：優(yōu)化學習體驗方式

淺層學習是指以考試為目的，通過學習者對客觀知識的簡單記憶來實現(xiàn)基礎(chǔ)知識的習得，并不注重知識的實際運用[12]。杜威強烈譴責這種僅強調(diào)“吸收事實和真理”的學習形式，呼吁采用體驗學習的形式來深層塑造學習者的心智，即深度學習[13]。這種深度學習機制注重學習者在學習過程中的主動反思，旨在培養(yǎng)學習者在復雜情境中靈活運用所學知識來解決實際問題的能力[14]。也就是說，深度學習的最終目的是促進知識在復雜情境中的實際運用。虛擬技術(shù)所構(gòu)筑的沉浸式學習環(huán)境，可以豐富學習者的社會性學習經(jīng)歷，促進其思維發(fā)展和深度學習[15]。通過體驗參與和知識交流，不但能幫助學習者建立對知識學習的信心，還能幫助其不斷地進行自我反思和調(diào)整，通過對知識的深層建構(gòu)來達到深度學習的目的[16]。

3.從規(guī)整劃一到個體差異：轉(zhuǎn)變教師教學方式

劃一性教學是指教師以班級平均水平為標準，選擇“一刀切”的方式向不同的學生個體教授知識。顯然，這種教學方式不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，因為學生之間的差異是客觀存在的。由此，研究者們將目標指向了基于學生自身學習需求的差異性教學。顧名思義，差異性教學是指根據(jù)不同學生的認知需求或興趣愛好，從多重視角來開展教學活動。在傳統(tǒng)課堂中，教師“一呼百應”的教學方式不但難以滿足不同學生的學習需求，也難以開展關(guān)注個體差異的教學活動。虛擬現(xiàn)實支持下的沉浸式環(huán)境，通過豐富多彩的場景選擇和呈現(xiàn)，可以在一定程度上契合不同學生的認知水平及學習風格，從而最大程度地滿足每一個學生的學習需求。例如：VR所構(gòu)建出的多樣化的教學用具或耗材(實驗設(shè)備、器材等)，使得學生可以根據(jù)自己的學習需求來進行工具選擇；在AR技術(shù)的支持下，物理對象能以三維立體的形態(tài)呈現(xiàn)，學生通過切換視角即可以進行更細致的觀察。

(三)重塑與發(fā)展：虛擬技術(shù)在教育中的應用

從表1中的education、medical education、surgery、gross anatomy education、higher education、science、science education、engineering education等高頻關(guān)鍵詞可以看出，VR、AR和MR等虛擬技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用是當前教育領(lǐng)域的一大研究熱點。該組詞語的中心性偏高，相應節(jié)點的文獻出現(xiàn)較早，說明圍繞VR、AR和MR等在教育領(lǐng)域的應用已經(jīng)形成了比較穩(wěn)定的研究群體。結(jié)合相關(guān)文獻分析發(fā)現(xiàn)，目前VR、AR和MR在教育領(lǐng)域的應用研究主要聚焦于醫(yī)學教育、科學教育以及高等職業(yè)教育領(lǐng)域。

1.聚焦醫(yī)學教育的應用研究

據(jù)調(diào)查，目前，記憶式學習仍然是醫(yī)學知識學習的主流，但這種學習方式不僅難以支持醫(yī)學生進行知識的意義建構(gòu)，還容易導致學習倦怠感的產(chǎn)生[17]。為減少記憶式學習所帶來的不利影響，有研究者通過對比實驗，評估了VR促進學生對三羧酸循環(huán)(TCA)周期這一知識點理解的有效性。研究結(jié)果顯示，實驗組學生的長期記憶和短期記憶得分均顯著高于對照組學生，這表明VR是改善學習者復雜知識記憶的有效工具。該研究者還指出，VR技術(shù)存在很大的優(yōu)化空間，長時間觀察虛擬畫面不但會對學習者的眼睛造成傷害且容易誘發(fā)暈動癥，不過隨著AR和MR技術(shù)的出現(xiàn)，有望通過技術(shù)的優(yōu)化與融合來克服這些問題，并進一步擴大VR在醫(yī)學教育領(lǐng)域的影響[18]。虛擬技術(shù)與醫(yī)學教育的有機融合還將有效提升醫(yī)學生的手術(shù)技能，如坎普維斯(Kamphuis)等研究者開發(fā)的一款可用于大學解剖學技能培訓的AR系統(tǒng)[19]。該系統(tǒng)的屏幕上裝有攝像機，當人站在屏幕前時，人像將顯示在電視屏幕上(如圖6所示)，匿名CT數(shù)據(jù)集的一部分會擴展至用戶的身體，與人像一同顯示在屏幕上，這為受訓者提供了一種可以看到病人身體內(nèi)部器官或骨骼的視覺表象，學習者可以利用手柄、手套等在該系統(tǒng)上進行相應的手術(shù)操作(如解剖、縫合等)。該系統(tǒng)所提供的擬真化手術(shù)體驗，能在一定程度上促進醫(yī)學生手術(shù)技能的習得。就醫(yī)學教育而言，準確而即時的學習反饋對改善醫(yī)學生學習效果有著重要作用。而以大規(guī)模的標準化測試為學習反饋的方式不僅具有強滯后性，同時也無法為醫(yī)學生帶來高水平的學習動機。更有研究表明，為應對高標準化考試，教師會局限于教學目標，縮小課程教學范圍，而這將對整體醫(yī)學教育水平造成不利影響[20]。虛擬技術(shù)支持下的學習反饋機制，能夠在一定程度上彌補常規(guī)紙質(zhì)學習反饋的滯后性和單一性。斯特蘭德比加德(Strandbygaard)等學者檢驗了腹腔鏡手術(shù)反饋系統(tǒng)所提供的即時性反饋對醫(yī)學生學習效果的影響[21]。該系統(tǒng)設(shè)有11個能夠自動反饋的變量(如失血量、卵巢損傷程度等)，醫(yī)學生在手術(shù)過程中，可以根據(jù)即時的反饋信息來對手術(shù)進行及時調(diào)整(見圖7)。

圖6 基于“增強現(xiàn)實技術(shù)”的腹腔鏡培訓系統(tǒng)

圖7 基于“虛擬模擬器”的腹腔鏡手術(shù)評價系統(tǒng)

2.聚焦科學教育的應用研究

科學教育的難點之一在于該學科具有許多抽象的科學概念、原理和公式(如代謝、升華等名詞以及水的電解過程等)。由于缺乏對此類抽象概念、原理或公式形成過程的可視化感知，學習者容易混淆和遺忘已學過的知識，最終導致學習效率低下。為了提升學習者的學習效能，庫洛德(Khulood)等人探究了VR對沙特阿拉伯中學生科學學習的影響[22]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，VR支持下的科學學習不僅可以有效促進學生對實驗器材的名稱及功能(如酒精燈、試管等)的區(qū)分，同時，VR還支持學生進行多次重復實驗，因而也在一定程度上解決了中學實驗室建設(shè)所需資源不足的問題?？茖W教育的難點之二在于學生對生物DNA結(jié)構(gòu)、化學分子結(jié)構(gòu)以及物理運動等三維復雜空間結(jié)構(gòu)的理解。有研究者探究了VR支持學生理解動態(tài)空間關(guān)系的有效性，結(jié)果表明，直觀的空間結(jié)構(gòu)觀察有助于學生對復雜空間結(jié)構(gòu)的理解[23]?？茖W教育的難點之三在于探究性實驗教學。在現(xiàn)實課堂中，出于安全性和成本考慮，大部分實驗以書本知識教學和視頻教學為主，但這種教學方式與探究性科學教育的理念相悖。美國加州的Infinite Z公司所開發(fā)的一款名為Zspace的3D顯示屏為支持探究性實驗教學提供了新的契機。學生通過佩戴非追蹤眼鏡并配備觸控筆，可以隔空控制屏幕上的虛擬物體。該產(chǎn)品深度融合了AR和VR，可以在確保安全的情況下為學生提供探究性實驗學習機會，對提升學生的科學探究能力具有重要價值。

3.聚焦高等職業(yè)教育的應用研究

高等職業(yè)教育旨在培養(yǎng)具有一定實踐能力、能夠適應并促進社會發(fā)展的高級專門人才，因此，高等職業(yè)教育除了向?qū)W生教授課堂理論知識以外，還需培養(yǎng)學生良好的工作技能。但大量企業(yè)在招聘應屆畢業(yè)生時發(fā)現(xiàn)，很多學生缺乏良好的工作技能，對自己的職業(yè)規(guī)劃也沒有清晰的認知，更沒有意識到自身的價值。這充分說明，高等職業(yè)教育人才供給與社會人才需求之間存在脫節(jié)現(xiàn)象。近年來，不少研究者嘗試將虛擬技術(shù)整合到高等職業(yè)教育中，以平衡高校與社會的人才供需。如張鵬順等開發(fā)了VR導游培訓系統(tǒng)[24]，以提升導游專業(yè)學生的工作技能。該系統(tǒng)共分為3個區(qū)域，分別是數(shù)字互動教學區(qū)、微實踐訓練區(qū)和教師控制區(qū)。數(shù)字互動教學區(qū)主要由文本、視頻和語音等組成，該區(qū)域分別從視覺、聽覺雙通道呈現(xiàn)知識點，能夠有效降低由于記憶容量有限而導致的認知負荷；微實踐訓練區(qū)由虛擬場景和虛擬游客構(gòu)成，可鍛煉學生的導游技能；在教師控制區(qū)，教師或?qū)熌軌蛴^察并記錄學習者的培訓結(jié)果。該系統(tǒng)提供了從知識學習到技能培訓再到教師指導的完整流程，增強了知識的運用性。為發(fā)展大學生的協(xié)作能力，學者加德納(Gardner)與其團隊在2017年開發(fā)的名為MiRTLE系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)出了一個在線的MR教室[25](見圖8)。該在線課程的主要目的是支持學生在線課堂協(xié)作能力的發(fā)展，研究對象為美國明尼蘇達州圣保羅學院計算機科學系的600名學生。研究歷時6年，結(jié)果顯示，MR在線教學環(huán)境可以促進學生協(xié)作能力的發(fā)展。此外，有研究者認為，VR通過發(fā)展學習者的學習遷移能力，可以促進學習者創(chuàng)新思維的發(fā)展。如霍奇森(Hodgson)等研究者開發(fā)的VR施工系統(tǒng)[26](見圖9)，即為學習者提供了一個無風險的學習環(huán)境。通過該系統(tǒng)，學習者可以檢驗設(shè)計實施的有效性，發(fā)現(xiàn)所需材料的物流輸送問題、施工時可能遇到的技術(shù)壁壘以及安全問題等，從而設(shè)計出更加可行的工程實施方案。

圖8 Mixed Reality在線教室

圖9 Virtual Reality施工系統(tǒng)

四、虛擬教育應用研究發(fā)展趨勢

(一)整合5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，提升虛擬沉浸式學習體驗感

沉浸式學習(immersive learning)是指由一個或多個中介組成的環(huán)境通過喚起學習者的存在感來調(diào)動其學習動機的一種學習活動，容易受到學習者所處情境以及媒介等因素的影響[27]。其中，沉浸式學習可以分為三個層次：信息沉浸式學習、感官沉浸式學習和心流沉浸式學習。信息的沉浸是沉浸式學習的最初階段，主要指學習者沉浸在能夠關(guān)注到的信息當中，屬于信息收集層面的沉浸；感官的沉浸是沉浸式學習的第二個層次，主要指學習者能夠通過感官來切身地感受到所處的虛擬世界，屬于器官或者感官層面的沉浸；而心流沉浸作為沉浸式學習的最高級層次，主要指學習者對虛擬世界的高度沉浸，即學習者身上每一個接受信息的受體都一致認為其所處的環(huán)境是真實的，屬于大腦層面的沉浸。近年來，我國虛擬技術(shù)得到快速發(fā)展，各方面性能也逐步完善，但在支持學生沉浸式學習方面，仍然存在一些關(guān)鍵技術(shù)的改進與突破問題。這些問題主要可以概括為3個方面。(1)學生體驗時的眩暈感亟須緩解。目前市面上投入使用的VR或AR設(shè)備都存在導致學生眩暈的問題，這與虛擬畫面過度的時延性有關(guān)。時延性越低的虛擬設(shè)備，越能夠減輕學生的眩暈感。(2)學生體驗時的臨場感有待增強。當前的虛擬系統(tǒng)以提供學生個人的沉浸式體驗為主，暫時還無法實現(xiàn)大范圍內(nèi)超多用戶實時參與體驗。(3)學生對場景的多元化需求有待滿足。目前，虛擬場景仍以預設(shè)為主，暫時無法滿足學生日趨多樣化的學習需求[28]。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，這些問題將在一定程度上得到解決，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是5G技術(shù)在原有通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，納入了大規(guī)模天線陣列、全頻譜接入、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等技術(shù)，使其能夠提供比原有通信網(wǎng)絡(luò)快10倍以上的毫秒級延遲，這種低時延性將降低由于畫面延時而導致的眩暈感，為學習者帶來更加身臨其境的感知體驗，實現(xiàn)學習者更高層次的沉浸式學習；二是5G技術(shù)的超大帶寬擴大了虛擬沉浸式學習環(huán)境的緩存容量，可以實現(xiàn)多用戶實時參與體驗，并為學習者提供無縫式的實時學習體驗，增強學習者的臨場感；三是5G的高速率數(shù)據(jù)傳輸能夠滿足多樣化場景的極端差異化性能需求，不但有助于構(gòu)建具有高度沉浸性的學習環(huán)境，還有助于生成智能化的學習場景，滿足學習者日趨多樣化的學習需求，進而解決差異性學習的問題。

(二)搭建虛擬全納教育社區(qū)，促進特殊學生的社會性發(fā)展

近年來，如何有效促進特殊學生的社會性發(fā)展成為新一輪教育革命背景下亟待解決的一大問題。全納教育是促進特殊學生融入主流教育與社會體系，促進其社會技能發(fā)展的有效方法。就我國而言，隨班就讀政策是發(fā)展和普及全納教育的主要形式，但自該政策實施以來，提高入學率成為各地特殊教育實踐的首要目標，特殊學生在普通學校中的學習質(zhì)量卻長期得不到重視[29]。這說明將特殊學生納入普通學校就讀仍然存在諸多問題，因為一般的主流教育體系所采用的相關(guān)教育制度以及實施的教學實踐和課堂教學方式都是針對普通學生而設(shè)立的，并不適用于特殊學生，這也是全納教育大背景下特殊學生容易產(chǎn)生學習邊緣化的重要原因。因此，為了有效促進特殊學生的社會性發(fā)展，傳統(tǒng)的全納教育需要由單純的“場所全納性”向“教育全納性”轉(zhuǎn)型，開發(fā)更具包容性、公平性和同理性的數(shù)字化學習社區(qū)。虛擬技術(shù)支持下的全納教育社區(qū)(Virtual Inclusive Education Community，VIEC)就具有這些特點。該社區(qū)是指由有一定共同學習興趣或愛好的學習者和助學者組成的特定網(wǎng)絡(luò)學習空間或?qū)W習共同體[30]。有學者認為，特殊學生在虛擬全納教育社區(qū)中通過角色轉(zhuǎn)變，可以暫時擺脫現(xiàn)實世界中由于不當行為或生理、心理缺陷給同伴或教師帶來的“刻板印象”，能夠在一定程度上克服膽怯心理[31]。因此，這種技術(shù)驅(qū)動下的虛擬全納教育社區(qū)使得學習者具有更強的互動感和體驗感，對特殊學生來說，這種更具包容性和公平性的學習社區(qū)能夠有效促進他們的社會性發(fā)展。

(三)創(chuàng)設(shè)數(shù)字孿生課堂，構(gòu)建虛實共生的無縫式融合學習空間

隨著學習型社會的到來，知識更新?lián)Q代的速度逐漸加快，以學校為中心的傳統(tǒng)課堂已無法滿足學習者日益增長的學習需求。因此，如何創(chuàng)設(shè)一個不受特定地點或時間制約的無縫式融合學習空間，成為當下研究者需要思考的一個重要議題。無縫式融合學習空間也被稱作無所不在的學習空間，旨在利用現(xiàn)代化技術(shù)或設(shè)備為學習者提供一種智能化、不受時間和空間限制的學習環(huán)境。通過梳理國內(nèi)學習空間的相關(guān)研究可以看出，目前有關(guān)學習空間的設(shè)計和建設(shè)已經(jīng)打破傳統(tǒng)物理學習空間的限制，開始更加關(guān)注學習者的多樣化學習需求，并逐漸向虛實結(jié)合的無縫式融合學習空間轉(zhuǎn)型[32]。虛擬技術(shù)通過支持數(shù)字世界與現(xiàn)實世界的實時互聯(lián)、互通，構(gòu)建起數(shù)字孿生(Digital Twins，DT)課堂以支持無縫式融合學習空間的創(chuàng)設(shè)。所謂“數(shù)字孿生課堂”，是指一種由人、事、物構(gòu)成的復雜課堂系統(tǒng)的數(shù)字拷貝，通過準確模擬課堂的基本運營模式，可以實現(xiàn)智慧化的課堂管理[33]。同時，它還具有虛實共生、高虛擬仿真和高實時交互等特點，這些特性能夠彌合物理空間和虛擬空間之間的鴻溝，為學習者帶來更加真實的學習體驗。簡單來說，數(shù)字孿生課堂就是利用數(shù)據(jù)可視化的方式來管理更為復雜的空間結(jié)構(gòu)，它可以通過虛擬對象來表征實體，通過為學習者提供更加個性化的學習支持，來進一步增強并拓展學習者對虛實融合課堂的資源感知能力以及問題解決能力和批判性思維能力，從而為學習者提供更加高效、實時和智能化的課堂服務(wù)。顯然，這種基于虛擬技術(shù)的數(shù)字孿生課堂更加適用于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，因為學習者通過對孿生對象的了解和觀察，可以更加清晰地明確自己的學習問題、進程及目標，有利于通過“對癥下藥”來優(yōu)化自己的泛在學習內(nèi)容與方式，使定制化和情境化的泛在學習成為可能。

(四)打造虛實融合的智慧教師，實現(xiàn)學習者的個性化學習

之所以倡導個性化學習，是因為學生具有不同的先驗知識水平和不同的學習方式與需求。盡管個性化學習理念被眾多教育工作者借鑒和參考，但當前我國教師工作依舊繁重且復雜，除了需要完成日常的課程教授與班級管理工作以外，教師還需完成家長反饋、作業(yè)批改等智力投入較低且重復性較強的工作[34]。重復性工作占據(jù)了教師大量的時間與精力，導致教師更加難于關(guān)注到學生個體的個性化差異與學習需求，最終使得大班制教學中的個性化學習浮于表面，甚至引發(fā)學生個體關(guān)注缺失問題[35]。因此未來，我國教育應當思考如何將人類教師從“傳道、授業(yè)、解惑”的傳統(tǒng)教學中解放出來，從“教的專家”變?yōu)椤皩W的專家”，同時借助虛擬現(xiàn)實和人工智能技術(shù)等現(xiàn)代教育技術(shù)，打造虛實融合的智慧型教師，以進一步推動有助于學生個性化學習的學習活動的設(shè)計與實施。智慧型教師由虛擬教師和現(xiàn)實教師共同構(gòu)成，其中虛擬教師的價值主要體現(xiàn)于：(1)人工智能技術(shù)支持下的虛擬智能教師可以幫助人類教師處理傳統(tǒng)教育中的高重復性工作，從而減輕人類教師的工作負荷；(2)虛擬智能教師通過突破人類教師的有效記憶容量來降低知識的錯誤率，并通過一對一個性化輔導來有效拓展學習者的知識面，以解決大班制教學中個體關(guān)注不足的問題。人類教師則主要承擔以下工作：(1)利用相應的技術(shù)工具在已有教學設(shè)計的基礎(chǔ)上，對其進行進一步優(yōu)化與創(chuàng)新，設(shè)置跨學科融合、包容性更強的立體化課程；(2)承擔更為精細和復雜的個性化輔導或教學工作(如心理輔導、情感陪護、個性化學習規(guī)劃等)，以降低問題學生的比例，同時更加深入地挖掘?qū)W生的個人潛質(zhì)?？偠灾?，虛實融合的智慧教師不僅為學生個性化學習的實現(xiàn)提供了可能，而且更有可能實施精準教學，幫助學生即時解決學習上的困難。

(五)加速區(qū)塊鏈與虛擬現(xiàn)實的深度融合，形成智能教育新生態(tài)

在傳統(tǒng)教育中，學校一直是學生進行課堂學習的主要場所，因而逐漸形成了以學校為中心的傳統(tǒng)教育模式。但顯然，傳統(tǒng)教育囿于地域、資源和時間的限制，已經(jīng)無法滿足當代學習者日益增長和個性化的學習需求。以去中心性、開放性和高信任性為核心特征的區(qū)塊鏈技術(shù)可以優(yōu)化傳統(tǒng)教育，實現(xiàn)教育資源分布更加均衡、教育時間和地點更加開放的分布式學習[36]。然而，僅有區(qū)塊鏈技術(shù)所形成的分布式學習空間無法為學習者提供真實的學習參與感，而真實參與感的缺失將無法促進學習者保持較高的學習動機。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)助力現(xiàn)代教育發(fā)展還需思考如何保持學生的學習參與感。虛擬技術(shù)與區(qū)塊鏈技術(shù)的深度融合有望較好解決這一問題。兩者的結(jié)合將建立起一個可實時交互的虛擬分布式學習空間，進而形成新的智能教育生態(tài)(見圖10)。具體體現(xiàn)在三個方面。(1)形成教育資源新生態(tài)，實現(xiàn)教育資源共享化。虛擬分布式學習空間的建立將有效打破各個教育機構(gòu)或?qū)W校之間的壁壘，實現(xiàn)跨機構(gòu)、跨學校和跨地區(qū)的教育資源共享，突破傳統(tǒng)的地域教育資源壟斷限制，進而在一定程度上緩解教育資源分配不均的問題。(2)形成學習同伴新生態(tài)，實現(xiàn)學習同伴多樣化。虛擬分布式學習空間通過整合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將來自不同地區(qū)、不同國家、不同城市的學習者聚集在一起，使學習者能夠體驗到不同地域之間的教育文化差異。同時，與虛擬同伴之間的實時交互，也能夠有效激發(fā)學習者的參與感。(3)學習記錄新生態(tài)，實現(xiàn)學習記錄透明化。虛擬分布式學習空間能夠同時記錄學生的學習行為和學習成績，并將這些數(shù)據(jù)保留在云端區(qū)塊鏈公共數(shù)據(jù)庫中。同時，由于每一個數(shù)據(jù)節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換都需通過數(shù)字簽名技術(shù)的驗證，因而這種學習記錄方式能夠保證數(shù)據(jù)的高度真實性。

圖10 智能教育新生態(tài)