蔡健

摘? 要? 新冠肺炎疫情發(fā)生以來，網(wǎng)絡(luò)教育游戲發(fā)揮了巨大的作用，人們足不出戶就可以學(xué)習(xí)。元宇宙賦能教育游戲，滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學(xué)需求，改變著人們的學(xué)習(xí)方式。從元宇宙賦能教育游戲的關(guān)鍵特征、技術(shù)架構(gòu)以及應(yīng)用出發(fā)進(jìn)行研究，探索教育游戲給教育領(lǐng)域帶來的變化。

關(guān)鍵詞? 元宇宙；教育游戲；技術(shù)架構(gòu)；互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：G40-057? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）09-0017-03

0? 引言

2020年初，新冠肺炎疫情暴發(fā)，正常的教學(xué)活動被打亂，在線教育以及教育游戲?yàn)椤巴Ｕn不停學(xué)”作出巨大貢獻(xiàn)。2021年是元宇宙元年，元宇宙通過虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈、視覺沉浸等各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)賦能教育游戲，為教育提供了一種全新的突破性的教育環(huán)境和工具。在元宇宙賦能的教育游戲中，人們進(jìn)行數(shù)字娛樂、虛擬學(xué)習(xí)，購買虛擬商品等，為教師和學(xué)生提供了一種沉浸式的教學(xué)互動場域，滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學(xué)需求。不同于傳統(tǒng)的游戲化教育，元宇宙教育游戲并沒有加入游戲環(huán)節(jié)去稀釋學(xué)習(xí)時(shí)間，降低學(xué)習(xí)效率，而是讓學(xué)生上手體驗(yàn)學(xué)習(xí)，消除枯燥、焦慮等感受障礙，提高學(xué)習(xí)效率。

1? 元宇宙簡介

元宇宙是整合多種新一代智能技術(shù)而產(chǎn)生的新型虛實(shí)相融的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài)[1]。各國對元宇宙的政策取向和應(yīng)用現(xiàn)狀不同，例如：美國對元宇宙處于觀望狀態(tài)，歐盟持高度謹(jǐn)慎態(tài)度，日本扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè)建立新型國家優(yōu)勢，韓國已經(jīng)成立元宇宙協(xié)會，中國對待新事物尤其是科技新事物較為寬容。各國科技巨頭也早早布局元宇宙，如acebook改名Meta全力押注元宇宙，掀起“元宇宙熱”；其他以微軟、字節(jié)跳動、騰訊為代表的科技廠商也持續(xù)加碼元宇宙賽道，圍繞VR/AR硬件設(shè)施、3D游戲引擎、內(nèi)容制作平臺等與元宇宙相關(guān)的多重領(lǐng)域拓展能力版圖。

目前，學(xué)術(shù)界已經(jīng)開展元宇宙探索研究，如研究學(xué)習(xí)元宇宙的內(nèi)涵、機(jī)理、架構(gòu)，學(xué)習(xí)元宇宙賦能教育等。這些由元宇宙蘊(yùn)含的新課題需要從理論到實(shí)踐進(jìn)行分析和探討，本文主要開展元宇宙賦能教育游戲的研究。

2? 元宇宙在教育游戲中的研究

元宇宙產(chǎn)業(yè)地圖寬廣，是下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新形態(tài)，將在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上演化升級，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、平臺技術(shù)中通用的部分，將復(fù)用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。從應(yīng)用產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用場景上來看，元宇宙在生產(chǎn)、科技、教育、生活等方面作用巨大，涵蓋終端、應(yīng)用、平臺服務(wù)以及相應(yīng)的底層技術(shù)、配套服務(wù)等。

元宇宙是新生事物，如何在教育領(lǐng)域發(fā)揮作用？可以從教育中的教育游戲出發(fā)，研究元宇宙在教育游戲中的影響。如職業(yè)院校中的實(shí)訓(xùn)室建造成本高昂，還無法滿足學(xué)生的使用需求，就可以考慮通過元宇宙來初步實(shí)現(xiàn)，高仿真的數(shù)字化虛擬設(shè)備能夠全面模擬物理設(shè)備，讓學(xué)生通過使用虛擬教學(xué)設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，掌握所學(xué)的技能和知識，這就解決了部分問題。學(xué)生先通過虛擬實(shí)訓(xùn)，達(dá)到課程要求后再去物理實(shí)訓(xùn)室，這樣就可以提高教學(xué)效率。本文主要從元宇宙賦能教育游戲的關(guān)鍵特征、技術(shù)架構(gòu)以及應(yīng)用研究出發(fā)進(jìn)行探索。

2.1? 元宇宙賦能教育游戲的關(guān)鍵特征

2.1.1? 沉浸式體驗(yàn)

過去教育游戲追求視覺、聽覺的沉浸式體驗(yàn)，學(xué)者研究較多，效果也不錯(cuò)。在未來，人們會不斷地追求教育游戲的體驗(yàn)感，這也就造就了教育游戲技術(shù)的不斷提升，將要實(shí)現(xiàn)觸覺、嗅覺、味覺更全面的沉浸式體驗(yàn)，甚至有游戲公司將元宇宙寫入招股說明書，由此可見元宇宙的力量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從最開始的PC端到3G互聯(lián)，再到4G、5G的移動互聯(lián)網(wǎng)，人們的體驗(yàn)不斷提升，這是一個(gè)體驗(yàn)越來越好、越來越沉浸式的過程，這也是一個(gè)必然的過程。如在一個(gè)教育游戲中，游戲玩家用手一摸，就能感觸到特定目標(biāo)的觸感，甚至未來可以實(shí)現(xiàn)拉著特定目標(biāo)進(jìn)行感知等沉浸式體驗(yàn)，如對游戲中的菜肴，能夠通過嗅覺、味覺進(jìn)行感知。浙江開放大學(xué)的心靈之家中有一款智能互動宣泄儀，擁有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和大屏互動功能，深受學(xué)生喜愛。當(dāng)學(xué)業(yè)或者情感上遇到困惑的時(shí)候，學(xué)生可以通過預(yù)約來到這里，玩上幾次體感游戲，讓身心沉浸在游戲中。當(dāng)學(xué)生通過揮舞手臂或者跳躍實(shí)現(xiàn)關(guān)卡通關(guān)時(shí)，可以明顯感覺到心情得到舒緩。

2.1.2? 虛擬身份

元宇宙賦能教育游戲的第二個(gè)特征是虛擬身份，或者叫數(shù)字身份，是指通過3D技術(shù)構(gòu)建人體3D模型，可配備衣著等裝飾，通過動作捕捉、表情捕捉等技術(shù)賦予其動作，通過真人聲音或語音合成技術(shù)賦予其獨(dú)特的聲音，從而實(shí)現(xiàn)或高度逼真或卡通風(fēng)格的虛擬角色，用于影視制作或虛擬社交、游戲等在線應(yīng)用。一個(gè)好的虛擬身份應(yīng)該具有五要素：可靠性、包容性、安全性、靈活性、有用性。其中，可靠性是指對其所代表的人的信任，行使其權(quán)利和自由，以證明他們有資格獲得服務(wù)；包容性是指任何需要的人都可以建立和使用虛擬身份；安全性是指個(gè)人的虛擬信息不會被盜用，不會出現(xiàn)沒有經(jīng)過授權(quán)就共享的情況；靈活性是指個(gè)體可以靈活地使用虛擬的數(shù)據(jù)，擁有所有的權(quán)限；有用性是指虛擬身份容易建立，并且可以提供多種服務(wù)。

玩家的身份可以是醫(yī)生、教師、律師、學(xué)生等，將真實(shí)身份信息濃縮為數(shù)字標(biāo)識代碼，連接物理世界的自我和數(shù)字世界的自我。5G時(shí)代也是全面數(shù)字化的時(shí)代，現(xiàn)實(shí)世界的組織、企業(yè)、個(gè)體還有各種設(shè)備物體都會將現(xiàn)實(shí)的自我映射到數(shù)字世界的自我。這個(gè)自我首先是鏡像和復(fù)制，但隨著在數(shù)字世界的行為數(shù)據(jù)越來越豐富，將形成一個(gè)新的自我，這是在數(shù)字世界的延續(xù)和演繹。同樣，在浙江開放大學(xué)的心靈之家，智能互動宣泄儀前面的學(xué)生都有一個(gè)虛擬身份，他可以是“舞力全開”或者“有氧拳擊”中的角色。通過虛擬身份，學(xué)生沉浸其中，兩者相輔相成，不可或缺。

2.1.3? 虛擬規(guī)則

在元宇宙賦能教育游戲中，另外一個(gè)特征就是建立游戲中的基于現(xiàn)實(shí)世界道德、經(jīng)濟(jì)、安全等各個(gè)方面的規(guī)則。基于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建完整統(tǒng)一的虛擬世界，并且能夠真實(shí)模擬自然環(huán)境規(guī)律、人類社會基本規(guī)則，元宇宙形態(tài)才可以基本形成。規(guī)則架構(gòu)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)多元共治理念，包括內(nèi)在控制規(guī)則與外在控制規(guī)則。

內(nèi)在控制規(guī)則在元宇宙中占據(jù)支配地位，當(dāng)出現(xiàn)失靈狀況時(shí)，需要外在控制規(guī)則的特殊干預(yù)。維護(hù)良善有序的元宇宙空間秩序，有賴于元宇宙的倫理規(guī)則與自治規(guī)則。元宇宙與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)結(jié)規(guī)則能夠促進(jìn)元宇宙與現(xiàn)實(shí)世界的協(xié)同發(fā)展[2]。數(shù)字孿生構(gòu)筑的虛擬世界，是對物理世界的孿生仿真，其中包括自然環(huán)境和人造環(huán)境的孿生仿真，也包括人類社會主體及其行為的孿生仿真，包括政府主體、市場主體、社會主體。在心靈之家的智能互動宣泄儀中，若干游戲就擁有若干的虛擬規(guī)則，在一定的規(guī)則下運(yùn)行。

2.2? 元宇宙賦能教育游戲的技術(shù)構(gòu)架

技術(shù)架構(gòu)對于教育游戲的開發(fā)至關(guān)重要，可以說教育游戲設(shè)計(jì)的質(zhì)量決定著這款游戲的好壞。本文在文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，采用比較研究法，提出教育游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)框架，該框架由技術(shù)層、應(yīng)用層、分析層三要素構(gòu)成。

2.2.1? 技術(shù)層

技術(shù)層包括硬件、軟件和相應(yīng)規(guī)則。其中，硬件是指構(gòu)建教育游戲的基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，主要指虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備，包括VR眼鏡、VR頭顯、腦機(jī)接口等。戴上頭盔后，可以達(dá)到沉浸式3D的感覺。腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)比較成熟，腦機(jī)接口初創(chuàng)公司Neuralink在2020年對外公開了腦機(jī)接口重要研究成果，引發(fā)全球廣泛關(guān)注，熱搜指數(shù)短時(shí)間內(nèi)激增，我國對腦機(jī)接口的關(guān)注度也日益提升。腦機(jī)接口會成為進(jìn)入元宇宙的一個(gè)重要入口，只要戴上一個(gè)腦機(jī)接口，通過計(jì)算機(jī)捕獲腦電波并識別，不需要聊天交流，就知道心里想什么。軟件是指運(yùn)行教育游戲所需要的軟件環(huán)境，包括VR、AR軟件，系統(tǒng)運(yùn)行軟件等。規(guī)則指特定算法，算法是人工智能發(fā)展的重要引擎和推動力，是一種有限、確定、有效并適合用計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)的解決問題的方法，是理論中最純粹的知識形式，是將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)結(jié)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，主要運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)。

2.2.2? 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要指通過相關(guān)工具如數(shù)字創(chuàng)作技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。數(shù)字創(chuàng)作技術(shù)包括數(shù)字孿生、數(shù)字原生和虛實(shí)共生，其中數(shù)字孿生技術(shù)其實(shí)就是把現(xiàn)實(shí)的世界通過數(shù)據(jù)的采集映射到虛擬的世界中去，通過開放式編輯器，實(shí)現(xiàn)在元宇宙中人人都可以參與新型虛實(shí)融生世界的添加、修改等操作，人人都可以是創(chuàng)造者和提供者。

在元宇宙賦能教育游戲設(shè)計(jì)中，要允許低門檻的創(chuàng)作者共同參與建設(shè)。在應(yīng)用新的3D開發(fā)引擎及工具集，保障生產(chǎn)內(nèi)容品質(zhì)的前提下，盡量降低用戶學(xué)習(xí)和使用成本，力爭做到如類似目前流行的短視頻和網(wǎng)絡(luò)直播一樣普及。元宇宙應(yīng)用創(chuàng)作工具，需要有3D模型轉(zhuǎn)換、3D場景框架、UI框架、XR引擎、設(shè)計(jì)Studio，包括場景設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、數(shù)值系統(tǒng)設(shè)計(jì)、關(guān)卡交互設(shè)計(jì)、版本發(fā)布的IDE集成開發(fā)環(huán)境等功能構(gòu)成，并通常與實(shí)時(shí)渲染引擎密切配合使用。

2.2.3? 分析層

分析層主要通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)處理、AI智能處理、融合原生數(shù)據(jù)處理、人腦協(xié)同處理等[3]，對游戲玩家或者學(xué)習(xí)者在沉浸過程中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。通過分析處理數(shù)據(jù)，了解元宇宙環(huán)境下教育游戲的效果，進(jìn)而具備對教育游戲中的設(shè)計(jì)場景進(jìn)行動態(tài)調(diào)整的能力。

2.3? 元宇宙在教育游戲中的應(yīng)用

新冠肺炎疫情發(fā)生以來，網(wǎng)絡(luò)教育游戲發(fā)揮了巨大的作用，人們足不出戶就可以學(xué)習(xí)，進(jìn)行社交、娛樂，購買虛擬商品等。元宇宙為教育提供了一種全新的突破性的教育環(huán)境和工具。元宇宙教育游戲的突出優(yōu)勢是能夠?yàn)榻處熀蛯W(xué)生提供一種沉浸式的教學(xué)互動場域，滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學(xué)需求。雖然以前的CAI課件也努力仿真和模擬實(shí)際的物理世界，但受限于技術(shù)水平和能力，CAI課件的仿真和模擬現(xiàn)實(shí)世界的程度較低，不能像元宇宙一樣為學(xué)生提供身臨其境的教育場域，而現(xiàn)在元宇宙將給教育帶來更大的改變。

元宇宙作為新興事物，在教育領(lǐng)域也得到國內(nèi)外許多企業(yè)的重視，并逐步投入教學(xué)項(xiàng)目實(shí)踐當(dāng)中。在國外，Meta公司推進(jìn)元宇宙教育生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目，主打沉浸式教育；Roblox啟動Roblox Community Fund項(xiàng)目，主打少兒游戲。在國內(nèi)，北京萌科推出元宇宙互動實(shí)驗(yàn)室、元宇宙互動思政教室、跨平臺元宇宙互動平臺等產(chǎn)品，并與人教數(shù)字出版公司聯(lián)合推出針對最新考綱的中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教材；編程貓也完成了神奇代碼島BOX的孵化，準(zhǔn)備把編程教育推向元宇宙，在BOX平臺中，用戶可以通過構(gòu)建并發(fā)布3D世界、腳本游戲等作品，進(jìn)行元宇宙模式的學(xué)習(xí)互動；網(wǎng)易有道信息技術(shù)（北京）有限公司申請注冊有道元宇宙商標(biāo)，國際分類涉及教育、娛樂等。

通過元宇宙賦能教育游戲，能夠給教育領(lǐng)域帶來巨大變化：數(shù)字智能教師實(shí)現(xiàn)全時(shí)伴讀的個(gè)性化教育；沉浸式互動教學(xué)環(huán)境讓深度學(xué)習(xí)更容易進(jìn)行；高仿真的游戲式教學(xué)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；元宇宙有利于促進(jìn)教育優(yōu)質(zhì)資源共享與教育公平；教育元宇宙促進(jìn)線上線下教育的融合?？傊?，元宇宙賦能教育游戲，能夠讓學(xué)習(xí)者在虛擬世界中進(jìn)行認(rèn)知學(xué)習(xí)，對于學(xué)習(xí)者來說，創(chuàng)新式的學(xué)習(xí)方式將不斷激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，帶來更好的學(xué)習(xí)效果。

3? 存在的挑戰(zhàn)和未來展望

3.1? 存在的挑戰(zhàn)

目前，元宇宙尚未有統(tǒng)一的定義，國家也并沒有從頂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，元宇宙中涉及的倫理、法律與道德，元宇宙構(gòu)建技術(shù)的法律適用，元宇宙中的經(jīng)濟(jì)行為等，都尚未有明確的法律法規(guī)予以規(guī)范，這需要相關(guān)研究人員進(jìn)一步探索。隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)能耗水漲船高，根據(jù)相關(guān)調(diào)查，在全球范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)中心成為全球能源使用規(guī)模最大的用戶，在全球總能耗中所占比例將從2015年的0.9%上升到2025年的4.5%，綜合投入和碳中和存在矛盾關(guān)系。元宇宙中信息安全也需要人們的關(guān)注。另外，教育元宇宙是眾多前沿技術(shù)與教育教學(xué)、社會關(guān)系的深度融合，教育元宇宙面臨的挑戰(zhàn)也是諸多技術(shù)倫理問題的并集，且在新的技術(shù)融合和應(yīng)用場域中還會產(chǎn)生新的問題[4]。

3.2? 未來展望

疫情之下，元宇宙在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已有顯現(xiàn)。中國傳媒大學(xué)為不讓學(xué)生因?yàn)橐咔殄e(cuò)過畢業(yè)典禮，在沙盤游戲《我的世界》中重建了校園，學(xué)生化身成為游戲人物形象齊聚一堂完成儀式。作為新興業(yè)態(tài)的元宇宙蘊(yùn)藏著技術(shù)創(chuàng)新的蓬勃活力與應(yīng)用革新的豐富潛力，一方面將對人類社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用，另一方面會給人們的生產(chǎn)與生活方式帶來新的沖擊[5]，相信隨著元宇宙的發(fā)展，元宇宙將在教育、藝術(shù)、文旅、能源等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。

4? 參考文獻(xiàn)

[1] 蘭國帥，魏家財(cái)，黃春雨，等.學(xué)習(xí)元宇宙賦能教育：構(gòu)筑智能+教育應(yīng)用的新樣態(tài)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2022，40（2）：35-44.

[2] 張欽昱.元宇宙的規(guī)則之治[J].東方法學(xué)，2022（2）：4-19.

[3] 劉曉軍.云宇宙總體框架和挑戰(zhàn)研究[J].廣東通信技術(shù)，2022，42（1）：53-57.

[4] 翟雪松，楚肖燕，王敏娟，等.教育元宇宙：新一代互聯(lián)網(wǎng)教育形態(tài)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究，2022，28（1）：34-42.

[5] 楊愛華.元宇宙構(gòu)建之基：基于哲學(xué)、技術(shù)、社會三維視角的分析[J].求索，2022（3）：83-91.