林菁，張晨晨，譚欣

基于青少年美育的人工智能融合數(shù)字孿生創(chuàng)新設(shè)計研究

林菁1，張晨晨2*，譚欣3

（1.電子科技大學(xué)成都學(xué)院，成都 611731；2.四川師范大學(xué)，成都 610101； 3.西南民族大學(xué)，成都 610041）

本研究探討了人工智能與數(shù)字孿生技術(shù)在青少年美育中的應(yīng)用，旨在提供沉浸式、互動式、個性化的學(xué)習(xí)體驗。研究結(jié)合了認知發(fā)展理論、社會文化理論等以優(yōu)化美育教育效果。首先，運用文獻研究法梳理人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)的理論內(nèi)涵及其與美育的理論聯(lián)系；其次，通過案例分析法總結(jié)數(shù)字孿生等技術(shù)在美育設(shè)計領(lǐng)域的典型應(yīng)用實例與應(yīng)用場景；最后，利用模型構(gòu)建法探索了數(shù)字孿生技術(shù)賦能下的青少年美育系統(tǒng)，著重研究了技術(shù)與教育的互動和技術(shù)應(yīng)用于實際教育環(huán)境中的挑戰(zhàn)。人工智能與數(shù)字孿生技術(shù)的融合提升了青少年的美育體驗，增強了學(xué)習(xí)的沉浸性和互動性，并通過提供個性化學(xué)習(xí)路徑促進了青少年的認知、情感，以及社會的發(fā)展。同時，這些技術(shù)與教育理論相協(xié)調(diào)，為美育教育帶來了新的范式。人工智能與數(shù)字孿生技術(shù)在青少年美育設(shè)計中的應(yīng)用具有的重要時代意義。它們不僅突破了時間和空間的限制，實現(xiàn)了全方位的美育設(shè)計，而且有效地促進了美育的數(shù)字化升級。此外，這些技術(shù)為青少年提供了全新的美育體驗，有助于其在數(shù)字和文化素養(yǎng)交織的世界中全面發(fā)展。

美育；人工智能；數(shù)字孿生；創(chuàng)新設(shè)計

在這個數(shù)字化和智能化高速發(fā)展的時代，新興技術(shù)正在引領(lǐng)著一場涵蓋多個領(lǐng)域的變革浪潮。其中，人工智能和數(shù)字孿生憑借技術(shù)優(yōu)勢，使許多行業(yè)實現(xiàn)了革命性升級，并滲透到人類生活的方方面面。在教育領(lǐng)域，這些技術(shù)也帶來了轉(zhuǎn)型契機，其不僅能推動教學(xué)方式和手段的變革，還使人們得以實現(xiàn)精準化和個性化教育。這種趨勢在青少年美育教育中尤為重要——技術(shù)的融合既為傳統(tǒng)美育注入了新的活力，也能開啟青少年個性化和創(chuàng)新教育的新篇章。然而也要看到，要真正實現(xiàn)技術(shù)賦能美育，需要解決一系列挑戰(zhàn)，其中之一便是如何在技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用中平衡美感培養(yǎng)、興趣激發(fā)與認知發(fā)展的需求。這要求人們對青少年的認知和美育規(guī)律進行更深入的研究。例如，Jean Piaget 的認知發(fā)展理論[1]為人們提供了一個框架，以更好地理解不同年齡段青少年如何通過技術(shù)增強的美育體驗來促進其智力和情感的成長。

1 理論框架——技術(shù)與教育的交匯

1.1 人工智能理論基礎(chǔ)——智能化的藝術(shù)教學(xué)

隨著人工智能（AI）技術(shù)的飛速發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已成為推動教學(xué)和學(xué)習(xí)創(chuàng)新的關(guān)鍵因素。特別是在藝術(shù)教育中，AI的融合不僅開辟了新的教學(xué)方法，也為青少年美育提供了前所未有的機遇。人工智能的基礎(chǔ)理論源自于機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的核心概念，這些理論的發(fā)展標(biāo)志著機器能夠通過算法進行自主學(xué)習(xí)和決策。Russell 等[2]在其著作中詳細闡述了這些理論，并探討了AI的廣泛應(yīng)用前景。在藝術(shù)教育領(lǐng)域，這意味著AI不僅能夠輔助藝術(shù)創(chuàng)作的過程，還能夠?qū)λ囆g(shù)作品進行分析和解讀，從而提供豐富多樣的教學(xué)內(nèi)容和視角，見圖1。

圖1 人工智能在藝術(shù)教育中的應(yīng)用示意

AI在藝術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，尤其體現(xiàn)在其對創(chuàng)造性思維的促進和藝術(shù)欣賞能力的提升上。通過AI技術(shù)，學(xué)生能夠接觸到基于數(shù)據(jù)和算法生成的藝術(shù)作品，這不僅拓寬了他們對藝術(shù)的認識，也激發(fā)了創(chuàng)新思維。此外，AI技術(shù)在藝術(shù)分析中的應(yīng)用，如風(fēng)格識別和圖像處理，使得學(xué)生能夠更深入地理解藝術(shù)作品背后的歷史和文化背景。

對于青少年，融合AI的藝術(shù)教育提供了一種新的學(xué)習(xí)方式。這不僅促進了他們的技術(shù)理解能力，也加深了他們對藝術(shù)的感知和體驗。通過與AI技術(shù)的互動，青少年能夠從更多角度和維度體驗藝術(shù)，從而培養(yǎng)出更加全面和深入的藝術(shù)鑒賞能力和創(chuàng)造力。

1.2 數(shù)字孿生技術(shù)解析——虛實結(jié)合的教育場景

數(shù)字孿生技術(shù)的核心在于創(chuàng)建一個虛擬環(huán)境，這個環(huán)境能夠?qū)崟r地映射和模擬現(xiàn)實世界的對象和過程。通過收集和分析來自真實世界的數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以在虛擬環(huán)境中準確地再現(xiàn)和預(yù)測物理實體的行為和狀態(tài)。這種技術(shù)原理不僅在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且在教育領(lǐng)域，尤其是藝術(shù)教育中，也展現(xiàn)出顯著的教育價值。

在藝術(shù)教育場景中，數(shù)字孿生技術(shù)能夠提供一個沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，其中學(xué)生可以通過虛擬仿真來探索和體驗藝術(shù)創(chuàng)作的各個方面。例如，在數(shù)字孿生的環(huán)境中，學(xué)生可以親自嘗試不同的藝術(shù)技法，如繪畫、雕塑、音樂創(chuàng)作，而無需擔(dān)心材料或空間的限制。此外，數(shù)字孿生技術(shù)還能夠模擬歷史上著名的藝術(shù)作品和事件，使學(xué)生能夠跨越時間和空間的界限[3]，從而深入了解藝術(shù)史。

通過將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于藝術(shù)教育領(lǐng)域，人們不僅能夠提高教育的可訪問性和靈活性，還能夠促進青少年對藝術(shù)的理解和欣賞。這種技術(shù)使得藝術(shù)教育不再局限于傳統(tǒng)的教室環(huán)境，而是變得更加動態(tài)和互動。學(xué)生可以通過直觀和實踐的方式，更加深入地探索藝術(shù)的多樣性和復(fù)雜性。將數(shù)字孿生技術(shù)融入藝術(shù)教育，不僅為青少年提供了一個全新的學(xué)習(xí)平臺，也為教育者提供了一個強大的工具，以更有效地傳授藝術(shù)知識和技能，其具體應(yīng)用流程如圖2所示。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅限于提高學(xué)習(xí)效率，更重要的是，它激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力，為他們打開了探索藝術(shù)的新視角。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，數(shù)字孿生在未來藝術(shù)教育中的角色將更加突出，為青少年的美育發(fā)展帶來更廣闊的前景。

圖2 數(shù)字孿生技術(shù)的教育應(yīng)用流程

1.3 教育學(xué)視角——青少年美育的理論支撐

教育學(xué)理論在青少年的美育過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。這些理論為人們提供了關(guān)于如何有效地設(shè)計和實施美育活動的深刻見解，特別是在促進青少年的認知、情感和社會發(fā)展方面。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論由Piaget提出，強調(diào)了學(xué)習(xí)者作為知識的主動建構(gòu)者角色，其有效性主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者是否能積極主動地參與學(xué)習(xí)，從而保證對知識的主動建構(gòu)[4]。在美育領(lǐng)域，這意味著教育活動應(yīng)鼓勵青少年通過實踐體驗來探索藝術(shù)的各個方面。此理論促使人們設(shè)計那些能夠讓學(xué)生通過創(chuàng)作、批判和欣賞活動來構(gòu)建個人藝術(shù)理解的教育方案。

然而，學(xué)習(xí)不僅僅是個人的認知過程。Vygotsky[5]的社會文化理論補充到，學(xué)習(xí)也深受社會環(huán)境和文化背景的影響。這一理論強調(diào)了合作學(xué)習(xí)和社會互動在藝術(shù)教育中的價值。它鼓勵人們在青少年美育中創(chuàng)造豐富的社會互動環(huán)境，如團隊藝術(shù)項目和群體討論，以促進學(xué)生之間的思想交流和共同成長。此外，Howard Gardner的多元智能理論提出了智能的多樣性觀點[6]。在美育教學(xué)中，這一理論指導(dǎo)人們識別并培養(yǎng)青少年不同類型的智能，特別是與藝術(shù)相關(guān)的智能，如視覺空間智能和音樂智能。這種方法有助于發(fā)掘和支持每個學(xué)生獨特的藝術(shù)潛力和興趣。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為青少年提供了主動探索藝術(shù)的機會；社會文化理論強調(diào)了在藝術(shù)學(xué)習(xí)過程中社會互動和文化參與的重要性；而多元智能理論則支持了對青少年個別差異和藝術(shù)興趣的認可和培養(yǎng)。這些理論共同構(gòu)成了一個堅實的理論基礎(chǔ)，不僅支持了青少年在藝術(shù)領(lǐng)域的技能提升，更重要的是，它們促進了青少年作為全面發(fā)展個體的成長（如圖3所示）。

1.4 技術(shù)與教育的交匯——融合AI與數(shù)字孿生技術(shù)的藝術(shù)教育

通過將人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)巧妙地融入到教育學(xué)的理論框架之中，人們不僅在技術(shù)層面上豐富和提升了美育的維度，而且極大地拓寬了藝術(shù)教育的領(lǐng)域，深化了其內(nèi)涵和廣度。

圖3 教育理論在美育中的應(yīng)用框架

1.4.1 融入現(xiàn)有教育模式

1.4.1.1 個性化學(xué)習(xí)

人工智能技術(shù)，尤其是在數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的應(yīng)用，賦予了人們分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、偏好和表現(xiàn)的能力。利用這些深入的分析，AI能夠精準地識別出每位學(xué)生的獨特需求和興趣點?；谶@一點，藝術(shù)教育系統(tǒng)能夠靈活調(diào)整其教學(xué)內(nèi)容和方法，從而精確匹配每個學(xué)生的個人學(xué)習(xí)風(fēng)格和能力水平。例如，對于那些對繪畫有濃厚興趣的學(xué)生，系統(tǒng)能夠智能地提供更加豐富的、與繪畫技巧相關(guān)的材料。設(shè)想一個在數(shù)字繪畫領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著興趣和才華的學(xué)生，AI系統(tǒng)可以根據(jù)其興趣和技能發(fā)展，推薦更高級別的數(shù)字繪畫課程，介紹相關(guān)藝術(shù)家的作品進行深入學(xué)習(xí)，并可能建議學(xué)生參與在線繪畫比賽或項目，以進一步激發(fā)其潛能和創(chuàng)造力。

1.4.1.2 互動式學(xué)習(xí)

數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建精確且逼真的虛擬藝術(shù)環(huán)境，為學(xué)生們打開了一個無界限的實驗和探索領(lǐng)域。在這些仿真環(huán)境中，學(xué)生們得以自由地嘗試和練習(xí)各種藝術(shù)形式與技術(shù)。無論是進行虛擬繪畫、雕塑創(chuàng)作還是音樂制作，這些活動都超越了物理空間和材料的常規(guī)限制。例如，在一個數(shù)字孿生的3D雕塑工作室里，學(xué)生們可以嘗試使用各種不同的雕塑材料和技術(shù)，如數(shù)字黏土建模，而完全不必擔(dān)憂實際材料的成本或工作室的空間約束。他們可以在這個虛擬空間里創(chuàng)作出自己的雕塑作品，并將這些作品展示給同學(xué)和老師，甚至有可能將這些虛擬作品轉(zhuǎn)化為實體，并通過3D打印技術(shù)使其成為現(xiàn)實。

1.4.2 改善和創(chuàng)新藝術(shù)教育

1.4.2.1 增強創(chuàng)造力

人工智能技術(shù)，尤其是神經(jīng)風(fēng)格遷移，展現(xiàn)了其在分析和模仿多種藝術(shù)風(fēng)格方面的獨特能力。這項先進的技術(shù)可以將特定的藝術(shù)風(fēng)格應(yīng)用于任何圖像或設(shè)計，從而孕育出全新的視覺藝術(shù)作品。這一過程不僅為學(xué)生提供了一個輕松嘗試和融合不同藝術(shù)風(fēng)格的平臺，而且有效地激發(fā)了他們的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。例如，學(xué)生們可以利用神經(jīng)風(fēng)格遷移技術(shù)，將梵高的繪畫風(fēng)格融入到他們自己的照片中，或者將現(xiàn)代藝術(shù)風(fēng)格與古典藝術(shù)作品相結(jié)合，創(chuàng)作出具有獨特個性和風(fēng)格的藝術(shù)作品。

1.4.2.2 深化藝術(shù)理解

數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用能夠精確地復(fù)制歷史藝術(shù)作品和文化場景，為學(xué)生提供了一個獨特的虛擬環(huán)境，使他們得以親身體驗和深入探索這些藝術(shù)珍品。這種沉浸式的互動體驗不僅讓學(xué)生能夠更加深刻地理解藝術(shù)作品的歷史背景和文化意義，還能夠讓他們直觀地學(xué)習(xí)相關(guān)的藝術(shù)技巧。例如，在一個由數(shù)字孿生技術(shù)打造的虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，學(xué)生們可以步入重現(xiàn)的文藝復(fù)興時期畫廊，近距離欣賞達·芬奇等大師的作品。他們不僅能夠觀察每一筆觸和色彩的細節(jié)，還能通過互動模塊深入了解這些畫作背后的歷史故事和創(chuàng)作技巧。這樣的體驗不僅豐富了學(xué)生的藝術(shù)知識，也激發(fā)了他們對藝術(shù)歷史的興趣和熱愛。

由此可以明確地看到，將先進的科技手段和深厚的教育學(xué)理論相結(jié)合，將會在未來的青少年美育實踐中發(fā)揮重要作用，為青少年的全面發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供強大的支持，其相互關(guān)系如圖4所示。

圖4 融合人工智能、數(shù)字孿生技術(shù)與教育學(xué)理論的美育關(guān)系

2 案例研究——實踐中的技術(shù)應(yīng)用

2.1 美育領(lǐng)域的AI應(yīng)用實例

當(dāng)探索人工智能（AI）在美育領(lǐng)域的應(yīng)用時，其對藝術(shù)教育產(chǎn)生的深刻影響顯而易見。以下案例展示了AI如何在不同的藝術(shù)領(lǐng)域中被利用，以及這些應(yīng)用是如何根據(jù)教育理論進行設(shè)計和實施的。

2.1.1 AI在音樂創(chuàng)作中的應(yīng)用

David Cope的“Emily Howell”項目是音樂AI領(lǐng)域的一個突破[7]。Cope開發(fā)的這一算法利用了復(fù)雜的計算機程序，模擬了音樂創(chuàng)作過程。它通過分析和學(xué)習(xí)歷史上大量的音樂作品，從巴洛克到現(xiàn)代音樂，能夠生成全新的音樂作品，這些作品不僅遵循傳統(tǒng)音樂的規(guī)則，還展現(xiàn)了獨特的創(chuàng)新風(fēng)格，見圖5。

Cope的方法體現(xiàn)了 Vygotsky[5]社會文化理論的核心觀點，即認為學(xué)習(xí)和創(chuàng)造是社會互動和文化環(huán)境的產(chǎn)物[8]。在這個案例中，AI通過分析和模仿人類藝術(shù)家的作品，從而在某種程度上模擬了人類的創(chuàng)造過程。這種方法強調(diào)了學(xué)習(xí)者（在這個情況下是AI系統(tǒng)）與其社會和文化環(huán)境之間的互動，以及這種互動如何促進創(chuàng)造力的發(fā)展。此外，這個項目還體現(xiàn)了現(xiàn)代教育的一個重要趨勢，即強調(diào)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。如Sawyer所述，創(chuàng)新教育需要提供環(huán)境，使學(xué)習(xí)者能夠進行實踐、探索和創(chuàng)造[9]。在音樂AI的背景下，這意味著利用技術(shù)工具來激發(fā)和擴展學(xué)生的創(chuàng)造力。通過這種方式，學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)到音樂理論和作品分析，還能夠通過與AI系統(tǒng)的互動，探索音樂創(chuàng)作的新領(lǐng)域，發(fā)展自己的藝術(shù)表達方式。

在教育實踐中，音樂AI的應(yīng)用可以豐富傳統(tǒng)音樂課程，為學(xué)生提供創(chuàng)新的學(xué)習(xí)體驗。例如，通過分析和修改AI創(chuàng)作的音樂，學(xué)生可以更深入地理解音樂構(gòu)成元素，如旋律、和聲和節(jié)奏，并學(xué)習(xí)如何創(chuàng)造性地應(yīng)用這些元素。這種教學(xué)方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造力，同時提高他們對音樂藝術(shù)的欣賞和理解。

圖5 Emily Howell音樂網(wǎng)站

2.1.2 AI與視覺藝術(shù)的融合

DeepArt的風(fēng)格遷移技術(shù)是一項突破性的AI應(yīng)用，它利用深度學(xué)習(xí)算法分析并模仿藝術(shù)家的風(fēng)格，從而將這些風(fēng)格遷移到任何給定的圖片上。這項技術(shù)首先分析目標(biāo)藝術(shù)作品的風(fēng)格特征，例如顏色、線條和形狀，然后將這些特征應(yīng)用到其他圖像上，創(chuàng)造出全新的視覺藝術(shù)作品。這不僅是技術(shù)上的創(chuàng)新，也是藝術(shù)表達方式的一種全新探索。

該技術(shù)的應(yīng)用在藝術(shù)教育領(lǐng)域尤為重要。它體現(xiàn)了Howard Gardner在其多元智能理論中提出的視覺空間智能概念[6]。根據(jù)這一理論，不同個體在視覺空間智能方面具有不同的潛能，這種智能使他們能夠以獨特的方式理解和創(chuàng)造視覺藝術(shù)作品[10]。通過AI技術(shù)，學(xué)生可以更加深入地理解和體驗不同的藝術(shù)風(fēng)格，進而探索和發(fā)展自己獨特的藝術(shù)表達方式。

在實際教學(xué)中，風(fēng)格遷移技術(shù)可以作為一種強大的教學(xué)工具。教師可以利用這種技術(shù)讓學(xué)生更直觀地理解藝術(shù)史中不同時期和流派的風(fēng)格特征，如文藝復(fù)興時期的細致畫風(fēng)或印象派的色彩運用。學(xué)生可以實驗性地將這些風(fēng)格應(yīng)用于自己的作品中，從而加深對藝術(shù)風(fēng)格和技術(shù)的理解，同時激發(fā)他們的創(chuàng)造力和想象力（如圖6所示）。此外，在數(shù)字技術(shù)中的AI還為學(xué)生提供了一個自由的環(huán)境來嘗試不同的藝術(shù)風(fēng)格，而不用擔(dān)心材料成本或無法撤銷的錯誤。這樣的實踐環(huán)境鼓勵學(xué)生的探索和創(chuàng)新，有助于他們建立對藝術(shù)的個人理解和欣賞。

2.1.3 AI在舞蹈教育中的創(chuàng)新

AI在舞蹈教育中的一項關(guān)鍵應(yīng)用是運動捕捉技術(shù)。這種技術(shù)使用高級傳感器捕捉舞者的動作，然后通過AI算法進行分析，提供對動作的精確反饋。這種方法使得舞蹈學(xué)習(xí)更加科學(xué)和系統(tǒng)化，允許教師和學(xué)生對舞蹈動作進行更精確的分析和改進。

圖6 Deep Art Effects網(wǎng)站主頁

運動捕捉技術(shù)的應(yīng)用在教育理論中有其根基。它與Piaget的認知發(fā)展理論緊密相連[1]，該理論強調(diào)通過親身體驗和實踐來促進認知的發(fā)展[11]。在舞蹈教育中，運動捕捉技術(shù)為學(xué)生提供了一個互動的學(xué)習(xí)環(huán)境，使他們能夠通過實踐、觀察和反思來掌握舞蹈技能。學(xué)生可以通過觀看自己的動作捕捉數(shù)據(jù)來了解自己的動作質(zhì)量，并據(jù)此進行調(diào)整和改進。

這種技術(shù)的應(yīng)用也符合現(xiàn)代教育的趨勢，即強調(diào)學(xué)習(xí)者的主動參與和實踐體驗。學(xué)生不再是被動的接收者，而是通過與技術(shù)的互動成為主動的參與者。這種交互性不僅提高了學(xué)習(xí)效率，也增強了學(xué)生對舞蹈的興趣和熱情。此外，AI運動捕捉技術(shù)在舞蹈教育中的應(yīng)用還有助于個性化學(xué)習(xí)。每位學(xué)生的身體條件和動作習(xí)慣都有所不同，這種技術(shù)能夠根據(jù)每個學(xué)生的獨特特點提供定制化的指導(dǎo)和反饋，從而更有效地促進個別學(xué)習(xí)者的技能發(fā)展。

通過對AI在音樂創(chuàng)作、視覺藝術(shù)和舞蹈教育中的應(yīng)用案例進行詳細分析，筆者揭示了AI技術(shù)在美育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用及其顯著影響。這些實例不僅展示了AI技術(shù)的多樣性和創(chuàng)新性，也展現(xiàn)出它們是如何根據(jù)不同的教育理論被設(shè)計和實施的。這種理論與實踐的結(jié)合不僅提高了青少年的藝術(shù)理解和創(chuàng)造能力，還豐富了他們的藝術(shù)學(xué)習(xí)體驗。隨著AI技術(shù)的不斷進步，它在美育領(lǐng)域的應(yīng)用預(yù)計將繼續(xù)擴展，為藝術(shù)教育帶來新的機遇。然而，這同時伴隨著諸如確保教育公平性和處理數(shù)據(jù)隱私問題等挑戰(zhàn)，這些都是未來研究和實踐需要關(guān)注和解決的重要方面。

2.2 數(shù)字孿生技術(shù)的教育創(chuàng)新案例

在美育領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用正開辟著新的教育模式和學(xué)習(xí)體驗。其中，故宮博物院的數(shù)字孿生項目就充分展示了這一技術(shù)在藝術(shù)教育中的應(yīng)用及其對美育的影響。

故宮博物院的數(shù)字孿生項目不僅是技術(shù)創(chuàng)新的杰出代表，也是美育領(lǐng)域中的一個重要突破。通過深入探討該項目的技術(shù)細節(jié)、藝術(shù)作品的增強效果，以及對青少年美育的影響，可以更好地理解數(shù)字孿生技術(shù)在傳統(tǒng)文化傳承中的重要作用。

該項目團隊采用高精度激光掃描技術(shù)，詳細捕捉了故宮建筑的每一寸細節(jié)，從而確保數(shù)字模型的準確性和真實性。此外，該團隊還利用先進的三維建模技術(shù)，成功地重建了故宮的完整數(shù)字模型，包括宮殿、院落、文物等所有細節(jié)。再通過整合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為訪客提供了一個全面的、互動式的數(shù)字故宮體驗，使參觀者能夠以全新的方式探索這一歷史遺址（如圖7所示）。

同時，數(shù)字孿生技術(shù)提供了一種沉浸式的參觀體驗，讓訪客仿佛身臨其境地走進故宮，體驗宮廷的壯麗與歷史的厚重。通過增加互動元素，如可探索的虛擬環(huán)境和互動展示，該項目增強了參觀者對文化遺產(chǎn)的親身感受和學(xué)習(xí)興趣。

該項目通過提供一個可視化、互動的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)了青少年對中國傳統(tǒng)文化的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，加深了他們對文化遺產(chǎn)的認知。所以，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于美育，可以為青少年提供一種新的學(xué)習(xí)模式，使他們能夠以更積極、主動的方式參與到文化學(xué)習(xí)中[12]。

盡管在技術(shù)上取得了重大進展，項目仍面臨著進一步提高圖像質(zhì)量和用戶互動體驗的挑戰(zhàn)。此外，高昂的技術(shù)成本和持續(xù)的系統(tǒng)維護也是項目實施中需要考慮的重要因素。通過故宮博物院的數(shù)字孿生項目，不僅能夠看到數(shù)字孿生技術(shù)在美育領(lǐng)域的巨大潛力，也能夠理解其在提升文化傳承和教育體驗方面的重要作用。這一項目為未來在類似領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用和教育創(chuàng)新提供了寶貴的參考和啟示。

圖7 故宮·騰訊聯(lián)合創(chuàng)新實驗室數(shù)字孿生智慧管理平臺示意圖

故宮博物館項目的成功經(jīng)驗之一便是其得益于教育理論與技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)合。根據(jù)John Dewey的經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論，學(xué)習(xí)是一個主動探索和體驗的過程，數(shù)字孿生技術(shù)正好提供了這樣的平臺。數(shù)字孿生技術(shù)在美育領(lǐng)域的應(yīng)用展示了其在教育創(chuàng)新方面的巨大潛力[13]。這些案例不僅突出了技術(shù)的先進性，而且揭示了教育領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)和傳統(tǒng)教育理念的成功融合。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計數(shù)字孿生技術(shù)將在未來的藝術(shù)教育中扮演更加重要的角色，為教學(xué)方法和學(xué)習(xí)體驗帶來新的變革。

2.3 案例分析——技術(shù)應(yīng)用的效果與挑戰(zhàn)

在探討人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)在美育領(lǐng)域的應(yīng)用時，筆者注意到這些技術(shù)不僅改變了教育模式，也提出了新的挑戰(zhàn)。故宮博物院的數(shù)字孿生項目采用了高精度激光掃描和三維建模技術(shù)，精確地復(fù)現(xiàn)了故宮博物院的宏偉建筑和豐富文物，提供了一種互動式數(shù)字化體驗[14]。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅增加了青少年對歷史和文化的認知，還提升了教育體驗的質(zhì)量。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，參觀者可以沉浸在一個生動的歷史環(huán)境中，從而獲得比傳統(tǒng)教育方法更豐富的學(xué)習(xí)體驗。

此外，從教育的視角來看，這些技術(shù)應(yīng)用案例體現(xiàn)了美國教育心理學(xué)家Benjamin Bloom的認知領(lǐng)域教育目標(biāo)分類學(xué)[15]。該理論旨在描述認知領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)目標(biāo)和層次，其中有效學(xué)習(xí)包括：知識、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評價六個層面[16]。故宮博物院項目提供了一個平臺，使學(xué)生能夠在這些層面上積極參與和體驗藝術(shù)，從而全面提升學(xué)習(xí)效果：學(xué)生首先通過互動式體驗獲得關(guān)于故宮歷史和文化的基礎(chǔ)知識（知識層面）；隨后，他們能夠理解并解釋這些信息（理解層面），并將所學(xué)應(yīng)用到其他學(xué)科或現(xiàn)實生活情境中（應(yīng)用層面）；通過分析和批判性地思考他們在虛擬環(huán)境中的體驗（分析層面），學(xué)生能夠綜合不同的知識點和觀點（綜合層面）；最后對所學(xué)內(nèi)容進行評價（評價層面）。

然而，這種技術(shù)的應(yīng)用也面臨著挑戰(zhàn)，特別是在保持數(shù)字內(nèi)容與物理展品同步更新方面。此外，虛擬體驗的圖像質(zhì)量和互動性也是需要持續(xù)改進的領(lǐng)域。

這些技術(shù)應(yīng)用案例表明，通過創(chuàng)新的技術(shù)手段，美育領(lǐng)域能夠為學(xué)生提供更加深入和互動的學(xué)習(xí)體驗。這些項目不僅增加了藝術(shù)作品的可及性，還促進了學(xué)生在藝術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)造力和批判性思維的發(fā)展。通過這樣的技術(shù)應(yīng)用，藝術(shù)教育可以跨越時間和空間的限制，為學(xué)生提供更加豐富和多元的學(xué)習(xí)機會（如圖8所示）。

總體來看，這些項目提供了寶貴的經(jīng)驗和啟示，對未來藝術(shù)教育的發(fā)展方向具有重要的指導(dǎo)意義。雖然存在成本和技術(shù)維護等挑戰(zhàn)，但這些技術(shù)的有效運用仍為青少年美育領(lǐng)域帶來了前所未有的機遇。隨著這些技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，可以預(yù)見它們在未來藝術(shù)教育中將扮演越來越重要的角色。這些深入的案例分析不僅揭示了當(dāng)前的實踐成果，同時也為下一階段的創(chuàng)新設(shè)計實踐提供了寶貴的洞見，指明了需要關(guān)注和解決的關(guān)鍵問題，為未來的藝術(shù)教育創(chuàng)新鋪設(shè)了道路。

圖8 人工智能、數(shù)字孿生技術(shù)功能對比圖

3 模型構(gòu)建與創(chuàng)新設(shè)計——以美育場館為例

3.1 整合教育理論與數(shù)字創(chuàng)新——理論與實踐的橋梁

3.1.1 數(shù)字美育教育中的理論基礎(chǔ)

數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)在美育教育中的融合是將認知發(fā)展和社會文化理論應(yīng)用于現(xiàn)代教育背景的生動例證。這些技術(shù)創(chuàng)造了一個超越傳統(tǒng)界限的學(xué)習(xí)環(huán)境，允許學(xué)生在一個社會互動和文化豐富的虛擬空間中與藝術(shù)互動。這種技術(shù)的融合不僅改變了教育的形式，還為學(xué)生提供了全新的學(xué)習(xí)體驗。

1）認知發(fā)展理論：皮亞杰[17]的《教育科學(xué)與兒童心理學(xué)》中詳細闡述了認知發(fā)展階段理論。數(shù)字孿生技術(shù)在教育中的應(yīng)用與這一理論高度契合，尤其是在促進具體操作和形式操作階段的應(yīng)用上。學(xué)生通過與藝術(shù)作品的數(shù)字復(fù)制品互動，能夠培養(yǎng)抽象思維和邏輯推理能力。這種互動不僅促進了學(xué)生的認知發(fā)展，還為他們提供了深入理解藝術(shù)作品的機會。

2）社會文化理論：維果茨基[18]在《社會中的心智》中強調(diào)了社會互動和文化工具在學(xué)習(xí)過程中的重要性。這一理論在以人工智能為驅(qū)動的美育教育中得到了具體的應(yīng)用實踐。人工智能技術(shù)使得學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進行協(xié)作學(xué)習(xí)，從而促進了社會互動和文化理解的深化。這種協(xié)作學(xué)習(xí)體驗不僅豐富了學(xué)生的社會經(jīng)驗，還加深了他們對藝術(shù)和文化的理解。

3）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)：建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)學(xué)習(xí)是一個主動的、建構(gòu)性的過程，其中學(xué)習(xí)者在與環(huán)境互動的過程中構(gòu)建了自己的知識體系。在美育教育中，數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)的應(yīng)用與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論相呼應(yīng)。這些技術(shù)提供了一個互動豐富的數(shù)字環(huán)境，使學(xué)生能夠通過探索和實踐來構(gòu)建和深化他們對藝術(shù)的理解。這種學(xué)習(xí)方式不僅促進了學(xué)生的主動探索，還激發(fā)了他們對藝術(shù)的深層次興趣和理解。通過這樣的互動，學(xué)生們能夠更加深入地掌握藝術(shù)概念，發(fā)展個人的藝術(shù)感知和創(chuàng)造力。

正是這種理論與技術(shù)的結(jié)合，為進一步探索數(shù)字孿生在美育場館中的具體應(yīng)用和模型構(gòu)建提供了堅實的基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)字孿生在美育場館中的模型構(gòu)建與應(yīng)用

3.2.1 數(shù)字孿生在教育環(huán)境中的引入

在深入理解了數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)在美育教育中的理論基礎(chǔ)后，筆者轉(zhuǎn)向具體探討這些技術(shù)在美育場館中的模型構(gòu)建與應(yīng)用。數(shù)字孿生技術(shù)在教育領(lǐng)域，尤其是美育教育中的應(yīng)用，標(biāo)志著從傳統(tǒng)教學(xué)方法向更為動態(tài)、互動方式的轉(zhuǎn)變。這項技術(shù)通過在虛擬環(huán)境中動態(tài)復(fù)制物理實體，提供了以往無法實現(xiàn)的沉浸式學(xué)習(xí)體驗。核心在于創(chuàng)造一個實時、互動的物理世界鏡像，從而提供一個豐富的、數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育景觀。

3.2.2 孿生場館的六維模型

孿生場館的六維模型，如Grieves和Vickers在《數(shù)字孿生：減輕復(fù)雜系統(tǒng)中不可預(yù)測、不希望出現(xiàn)的突發(fā)行為》中所述[19]，包括以下幾個部分（如圖9所示）。

1）物理場館：包括教育環(huán)境的有形方面，如基礎(chǔ)設(shè)施、物理文物和學(xué)習(xí)者本身。這是現(xiàn)實世界教育互動發(fā)生的基礎(chǔ)層。

2）虛擬場館：指物理場館的高保真數(shù)字復(fù)制品。這是一個動態(tài)的、互動的空間，學(xué)習(xí)者可以在其中與物理文物的數(shù)字副本進行互動。

3）場館服務(wù)：這部分包括在孿生場館中提供的教育和運營服務(wù)，涉及物理和虛擬兩個領(lǐng)域。服務(wù)內(nèi)容覆蓋了行政管理功能、教育內(nèi)容的有效傳遞，以及對學(xué)習(xí)者的全面支持服務(wù)。

4）孿生數(shù)據(jù)：數(shù)字孿生概念的核心，連接物理和虛擬場館。涉及實時數(shù)據(jù)的收集、處理和交換，使兩個領(lǐng)域之間的信息流動無縫。

5）前端展示：涉及用戶界面和可視化工具，以易于訪問、吸引人的方式呈現(xiàn)孿生數(shù)據(jù)。通過使復(fù)雜數(shù)據(jù)易于理解和互動，增強用戶互動并豐富學(xué)習(xí)體驗。

圖9 孿生場館的六維模型

6）連接：指支撐孿生場館的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。確保所有維度的無縫整合，促進物理和虛擬領(lǐng)域之間的數(shù)據(jù)流動和互動。

3.2.3 在美育教育中的應(yīng)用

在美育教育領(lǐng)域，數(shù)字孿生模型革新了學(xué)習(xí)者與藝術(shù)之間的互動方式。例如，在博物館環(huán)境中，數(shù)字孿生使學(xué)生能夠在虛擬空間中探索并與歷史文物進行互動，提供對其歷史背景和藝術(shù)意義的深入見解。這種沉浸式體驗與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論相一致，強調(diào)通過體驗學(xué)習(xí)主動構(gòu)建知識。它允許學(xué)習(xí)者以超越物理限制的方式與藝術(shù)互動，促進對文化遺產(chǎn)的更深層理解和欣賞。

數(shù)字孿生在美育教育中的應(yīng)用還與 Vygotsky[5]的社會文化理論相符，該理論強調(diào)社會互動和文化工具在學(xué)習(xí)中的作用。通過創(chuàng)造一個學(xué)習(xí)者可以協(xié)作探索和討論藝術(shù)的虛擬空間，數(shù)字孿生促進了一個社會豐富的學(xué)習(xí)環(huán)境。這種方法得到了Gardner多元智能理論的進一步支持，特別是視覺空間和身體動覺智能，因為它允許學(xué)習(xí)者以多維和身體互動的方式與藝術(shù)互動[6]。

總之，數(shù)字孿生技術(shù)在美育教育中的整合提供了一種在教授和體驗藝術(shù)和文化遺產(chǎn)方面的范式轉(zhuǎn)變。它不僅通過沉浸式互動增強了學(xué)習(xí)體驗，而且與既定的教育理論相一致，從而豐富了美育教育中的教學(xué)方法。這種技術(shù)的融合不僅改變了教育的形式，還為學(xué)生提供了全新的學(xué)習(xí)體驗，為人們進一步探索數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)在教育理論與實踐中的融合鋪平了道路。

3.3 數(shù)字孿生美育場館的架構(gòu)設(shè)計與人工智能驅(qū)動的創(chuàng)新

3.3.1 數(shù)字孿生美育場館的架構(gòu)設(shè)計

在探討了數(shù)字孿生技術(shù)在美育場館中的具體應(yīng)用后，本章節(jié)將聚焦于這些技術(shù)如何與現(xiàn)代教育理論相結(jié)合，以及它們?nèi)绾瓮苿用烙逃膭?chuàng)新和發(fā)展。筆者將從數(shù)字孿生美育場館的架構(gòu)設(shè)計開始，深入分析人工智能在美育教育中的擴展作用和實際應(yīng)用案例。在美育領(lǐng)域中，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于場館的數(shù)字化表達，更深入到場館的管理和評估[19]。借鑒現(xiàn)有數(shù)字孿生技術(shù)體系和在其他領(lǐng)域的應(yīng)用架構(gòu)，如數(shù)字孿生實驗室平臺的七層架構(gòu)和數(shù)字孿生圖書館的五層架構(gòu)，本研究根據(jù)“以服務(wù)和需求為導(dǎo)向、以數(shù)據(jù)為驅(qū)動力、以設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)、以標(biāo)準規(guī)范為支撐”的原則[19]，設(shè)計了適用于美育場館的數(shù)字孿生架構(gòu)。該架構(gòu)自下而上地被分為五個層級：空間基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)信息層、模型功能層、服務(wù)應(yīng)用層和用戶交互層，其中數(shù)據(jù)信息層和模型功能層構(gòu)成了孿生場館運行的核心，見圖10。

1）空間基礎(chǔ)層：包括美育場館內(nèi)的藝術(shù)作品、基礎(chǔ)設(shè)施和空間環(huán)境等物理實體。利用高精度GPS和傳感器，如溫濕度傳感器和光照傳感器，收集環(huán)境數(shù)據(jù)，為智慧化管理和服務(wù)提供支持。

2）數(shù)據(jù)信息層：負責(zé)數(shù)據(jù)的高速傳輸、大容量存儲和高性能處理。例如，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云存儲解決方案來存儲和處理來自物理和虛擬場館的數(shù)據(jù)。

3）模型功能層：在虛擬空間內(nèi)構(gòu)建各類模型，如藝術(shù)作品的三維模型、用戶畫像模型和個性化推薦模型。使用機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法來分析用戶行為和偏好，為場館服務(wù)和用戶體驗提供決策支持。

4）服務(wù)應(yīng)用層：提供配置管理、運行監(jiān)控、資源定位和用戶服務(wù)等功能。例如，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)場館設(shè)備的智能控制和監(jiān)控，提升場館的運行效率。

5）用戶交互層：利用智能交互設(shè)備，例如AR/VR設(shè)備和觸摸屏，為不同類型的用戶提供定制化服務(wù)。又如，通過增強現(xiàn)實技術(shù)提供互動式藝術(shù)展覽，增強用戶的沉浸式體驗。

3.3.2 人工智能在美育教育中的擴展作用

人工智能在美育教育中的應(yīng)用超越了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，進入創(chuàng)造個性化和沉浸式學(xué)習(xí)體驗的領(lǐng)域。

圖10 數(shù)字孿生美育場館的架構(gòu)設(shè)計

3.3.3 案例研究和實際應(yīng)用

在音樂創(chuàng)作中，人工智能算法可以分析和生成音樂，為學(xué)生提供關(guān)于作曲技巧和風(fēng)格的見解。在視覺藝術(shù)中，通過人工智能算法分析藝術(shù)風(fēng)格和技巧，為學(xué)習(xí)者提供對藝術(shù)歷史和設(shè)計原則更深入的理解。盡管人工智能在美育教育中具有變革性的潛力，但數(shù)據(jù)隱私、倫理考慮和維護數(shù)字表現(xiàn)的真實性等挑戰(zhàn)仍然重要。例如，數(shù)據(jù)隱私的問題涉及到能否確保用于個性化教育體驗的學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)能被安全和道德地處理。在藝術(shù)教育中維護數(shù)字表現(xiàn)的真實性對保持原始藝術(shù)作品的完整性至關(guān)重要。

綜上所述，數(shù)字孿生技術(shù)和人工智能在美育場館的應(yīng)用，不僅提升了教育體驗的互動性和沉浸感，還為美育教育帶來了新的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)體驗。通過這種技術(shù)的融合，能夠為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造一個更加豐富、多元和互動的美育環(huán)境。在深入分析了數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)在美育場館架構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用后，可以看到這些技術(shù)在美育教育中所帶來的范式轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變不僅解決了傳統(tǒng)美育教育方法的局限性，也為教育創(chuàng)新開辟了新途徑[20]。

1）美育教育中的范式轉(zhuǎn)變：當(dāng)前美育教育面臨的挑戰(zhàn)，如文化藝術(shù)品的有限獲取和單一維度的學(xué)習(xí)體驗，正在通過數(shù)字創(chuàng)新得到克服。數(shù)字孿生和人工智能的沉浸式和互動性質(zhì)允許學(xué)生在多維空間中更全面地理解藝術(shù)。

2）未來發(fā)展：這些技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，受到教育理論和實際應(yīng)用的指導(dǎo)，預(yù)示著對美育教育的變革性影響。隨著這些技術(shù)的演變，它們提供了更細致和復(fù)雜的教育工具的潛力，進一步增強了美育教育中的學(xué)習(xí)體驗。

3）青少年發(fā)展：整合數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)在美育教育中的最終目標(biāo)是青少年的全面發(fā)展。通過提供豐富、互動和個性化的學(xué)習(xí)體驗，這些技術(shù)有助于學(xué)生的認知、情感和社會發(fā)展，為他們在數(shù)字和文化素養(yǎng)交織的世界中生活做好準備。

歸根結(jié)底，數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)在美育教育中的整合，基于確立的教育理論，代表了該領(lǐng)域的重大進步。這種整合不僅增強了學(xué)習(xí)體驗，而且與學(xué)生的認知和社會文化發(fā)展相一致，預(yù)示著美育教育新時代的到來。

4 結(jié)語

本研究全面探索了人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)在青少年美育領(lǐng)域的應(yīng)用，案例研究突出了這些技術(shù)在藝術(shù)教育中的應(yīng)用潛力和挑戰(zhàn)，特別是它們在促進個性化學(xué)習(xí)和沉浸式體驗方面的作用。AI對藝術(shù)作品分析、個性化學(xué)習(xí)路徑設(shè)計，以及沉浸式數(shù)字藝術(shù)體驗的應(yīng)用，展現(xiàn)了技術(shù)在美育中的創(chuàng)新潛力。盡管存在數(shù)據(jù)隱私、教育公平性等亟待解決的問題，但研究亦強調(diào)了在美育實踐中有效融合現(xiàn)代技術(shù)的重要性，并提出了未來研究方向，包括優(yōu)化AI算法、確保技術(shù)應(yīng)用的教育公平性，以及將技術(shù)融入傳統(tǒng)教育體系等?？傮w而言，本研究為理解和利用人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)在美育中的角色提供了理論和實踐基礎(chǔ)，展望了這些技術(shù)為青少年藝術(shù)教育帶來的新機遇和挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)的不斷進步，期待在未來看到更多創(chuàng)新的應(yīng)用，為美育教育的發(fā)展開辟新的道路。

[1] KUHN D. The Application of Piaget's Theory of Cognitive Development to Education[J]. Harvard Educational Review, 1979, 49(3): 340–360.

[2] RUSSELL S，NORVIG P. Artificial Intelligence: A Modern Approach[M]. 4th ed, London: Pearson, 2020.

[3] LIU Z, CHANG S. A Study of Digital Exhibition Visual Design Led by Digital Twin and VR Technology[J]. Measurement: Sensors, 2023, 31: 100970.

[4] 歐陽芬. 多元智能與建構(gòu)主義理論在課堂教學(xué)中的應(yīng)用[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2004. OUYANG F. Application of Multiple Intelligences and Constructivism Theory in Classroom Teaching[M]. Bei-jing: China Light Industry Press, 2004.

[5] VYGOTSKYV L S. Mind in Society: The Development of Higher Psychological Processes[M]. Cambridge: Harvard University Press, 1978.

[6] 唐雯. 多元智能理論應(yīng)用于高校教學(xué)的路徑探析[J]. 成都中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版), 2022, 24(3): 37-40.TANG W. An Analysis of the Pathway to Apply Multiple Intelligences Theory in College Teaching[J]. Journal of Chengdu University of Traditional Chinese Medicine (Educational Science Edition), 2022, 24(3): 37-40.

[7] GARIA C. Algorithmic Music: David Cope and Emi [EB/OL]. (2015-4-29)[2023-07-20].https://computerhis-tory.org/blog/algorithmic-music-david-cope-and-emi/.

[8] 易曉明. 論當(dāng)代社會以及藝術(shù)語境中的藝術(shù)創(chuàng)造力及其培養(yǎng)[J]. 美術(shù)研究, 2020(2): 23-27. YI X M. On Contemporary Society and Artistic Creativity and Its Cultivation in the Art Context[J]. Art Research, 2020(2): 23-27.

[9] 王騰宇. 哥倫比亞大學(xué)教育學(xué)院“音樂故事啟蒙教學(xué)法”——基于非正式學(xué)習(xí)與創(chuàng)造性教學(xué)[J]. 中國音樂教育, 2019(3): 37-41. WANG T Y. Columbia University's School of Education "Music Story Enlightenment Teaching Method": Based on Informal Learning and Creative Teaching[J]. China Music Education, 2019(3): 37-41.

[10] 譚利華, 馮士季. 科學(xué)教育中的科學(xué)繪畫[J]. 教學(xué)研究, 2021, 44(3): 79-86. TAN L H, FENG S J. Scientific Painting in Science Education[J]. Teaching Research, 2021, 44(3): 79-86.

[11] 楊佩哲. 基于情境認知的學(xué)齡前兒童繪本互動設(shè)計研究[D]. 蘭州: 蘭州理工大學(xué), 2021. YANG P Z. Research on Interaction Design of Picture Books for Preschool Children Based on Situational Cognition[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2021.

[12] 安雪, 李峰, 胡洋. 由元宇宙理念引發(fā)的美育模式思考[J]. 傳媒與藝術(shù)研究, 2022(2): 166-171. AN X, LI F, HU Y. Reflections on the Aesthetic Education Model Triggered by the Metaverse Concept[J]. Media and Art Research, 2022(2): 166-171.

[13] 王洪宇. 基于館校合作的博物館課程開發(fā)個案研究[D]. 杭州: 杭州師范大學(xué), 2020. WANG H Y. A Case Study of Museum Curriculum Development Based on Museum-school Cooperation[D]. Hangzhou: Hangzhou Normal University, 2020.

[14] 何一晨, 崔文睿, 吳玉玲. 在地性呈現(xiàn)、數(shù)字化互動與活態(tài)化傳承: 故宮博物院建構(gòu)文化數(shù)字記憶的傳播與研究[J]. 傳播與版權(quán), 2023(4): 91-93. HE Y C, CUI W R, WU Y L. Locality Presentation, Digital Interaction, and Living Heritage: Research and Communication of Cultural Digital Memory Constructed by the Palace Museum[J]. Communication and Copyright, 2023(4): 91-93.

[15] 孫聘. 中小學(xué)智慧教學(xué)評價指標(biāo)體系構(gòu)建的研究[D]. 長春: 東北師范大學(xué), 2018. SUN P. Research on The Construction of Evaluation Index System of Wisdom Teaching in Primary and Secondary Schools[D]. Changchun: Northeast Normal University, 2018.

[16] 周綠漪. 基于通感的線上音樂平臺小程序優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 杭州: 中國美術(shù)學(xué)院, 2022. ZHOU L Y. Research on Optimization Design of Online Music Platform Mini Program Based on Synesthesia [D]. Hangzhou: China Academy of Art, 2022.

[17] 皮亞杰 J. 教育科學(xué)與兒童心理學(xué)[M]. 北京: 教育科學(xué)出版社, 2018. PIAGET J. Educational Science and Child Psychology[M]. Beijing: Educational Science Publishing House, 2018.

[18] 維果茨基 L S. 社會中的心智[M]. 北京: 北京師范大學(xué)出版社, 2016. VYGOTSKY L S. Mind in Society[M]. Beijing: Beijing Normal University Press, 2016.

[19] 王小根, 周乾. 孿生場館：融入數(shù)字孿生的虛實共生學(xué)習(xí)空間[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2021, 31(7): 5-11. WANG X G, ZHOU Q. Twin Venues: Integrating Digital Twin into a Coexisting Virtual and Physical Learning Space[J]. Modern Educational Technology, 2021, 31(7): 5-11.

[20] 李振寰. 關(guān)于構(gòu)建高等藝術(shù)院校新型美育課程體系的研究與探索[J]. 山西青年, 2023(18): 99-101. LI Z H. Research and Exploration on Constructing a New Aesthetic Education Curriculum System in Higher Art Institutions[J]. Shanxi Youth, 2023(18): 99-101.

Innovative Design of Artificial Intelligence Fused Digital Twin Based on Youth Aesthetic Education

LIN Jing1, ZHANG Chenchen2*, TAN Xin3

(1. Chengdu College of University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China; 2. Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China; 3. Southwest Minzu University, Chengdu 610041, China)

The work aims to provide an immersive, interactive, and personalized learning experience by examining the application of artificial intelligence and digital twin technology in youth aesthetic education and combines cognitive developmental theory and socio-cultural theory in order to optimize the effectiveness of aesthetic education. Firstly, the literature research method was used to sort out the theoretical connotation of artificial intelligence and digital twin technology and their theoretical connection with aesthetic education. Secondly, the case study method was used to summarize the typical application examples and application scenarios of digital twin and other technologies in the field of aesthetic education and design. Lastly, the modeling method was used to explore the system of youth aesthetic education empowered by digital twin technology, with an emphasis on the interaction between technology and education and the challenges of the application of technology in the actual educational environment. The integration of artificial intelligence and digital twin technology enhanced the aesthetic education experience for the youth, increased the immersion and interactivity of learning, and promoted the cognitive and emotional as well as social development of the youth by providing personalized learning paths. At the same time, these technologies harmonized with educational theories and brought a new paradigm to aesthetic education. The application of artificial intelligence and digital twin technology in the design of aesthetic education for the youth is of great contemporary significance. They not only break through the limitations of time and space to realize all-round aesthetic education design, but also effectively promote the digital upgrade of aesthetic education. In addition, these technologies provide a brand new experience of aesthetic education for the youth, which helps them to develop holistically in a world where digital and cultural literacy are intertwined.

aesthetic education; artificial intelligence; digital twin; innovative design

TB472

A

1001-3563(2024)04-0466-12

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.052

2023-09-20