摘要：文章探討利用數(shù)字人技術(shù)構(gòu)建沉浸式、個性化教學(xué)新模式的可行性與實踐路徑。首先梳理研究背景與目標(biāo)，明確元宇宙時代下教育變革的技術(shù)與場景基礎(chǔ)。其次介紹研究方法，分析數(shù)字人技術(shù)所涉核心環(huán)節(jié)，重點闡述技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)策略，包括虛擬教師建模、智能語音交互、場景搭建與云端資源管理的整合路徑。最后展望該模式的推廣與應(yīng)用前景，為數(shù)字人技術(shù)驅(qū)動的教育創(chuàng)新與決策提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字人；沉浸式學(xué)習(xí)；個性化教學(xué)；虛擬現(xiàn)實；元宇宙；人工智能

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）14-0098-03

1研究背景與目的

1.1研究背景

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，教育正從傳統(tǒng)的時空限定模式向更為靈活、智能與個性化的形態(tài)邁進(jìn)。虛擬現(xiàn)實、元宇宙、人工智能、云計算等新興技術(shù)的交匯為教學(xué)方式的突破性創(chuàng)新提供了基礎(chǔ)條件。在此趨勢下，數(shù)字人技術(shù)逐漸成熟，具備逼真的人物建模、自然語言交互以及快速內(nèi)容更新的特性，為構(gòu)建沉浸式、個性化和智能化的教學(xué)生態(tài)創(chuàng)造了前所未有的可能[1]。

1.2研究目的

1）探討數(shù)字人技術(shù)在教學(xué)模式重塑中的核心價值與應(yīng)用策略，為智慧教育生態(tài)構(gòu)建提供清晰思路。徑，為后續(xù)實踐與推廣應(yīng)用提供可借鑒的參考框架2）綜合梳理從技術(shù)設(shè)計到教學(xué)實施的全流程路。

有益的理論依據(jù)與創(chuàng)新范式3）為教育決策者、技術(shù)研發(fā)者及教學(xué)實踐者提供，推動教育信息化與智能化的發(fā)展[2]。

2研究方法

本研究通過多元化的研究方法，以確保對數(shù)字人技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析和驗證，從理論溯源到實踐落地，為后續(xù)優(yōu)化與推廣提供科學(xué)依據(jù)。

2.1文獻(xiàn)調(diào)研與理論分析

通過檢索與分析國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)論文、行業(yè)報告與技術(shù)白皮書，對元宇宙背景下教育信息化、虛擬教師技術(shù)、沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境和智能交互系統(tǒng)的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理。

預(yù)期成果：明確數(shù)字人技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用場景、研究空白與待解決問題，為構(gòu)建技術(shù)體系與應(yīng)用框架奠定理論基礎(chǔ)[3]。

2.2技術(shù)平臺與工具選型

根據(jù)教學(xué)場景需求與技術(shù)特點，對各類平臺與工具進(jìn)行比選和適配性評估。

預(yù)期成果：建立高效穩(wěn)定的技術(shù)環(huán)境，為后續(xù)系統(tǒng)開發(fā)與實驗驗證提供支撐。

選型方向示例：

VR引擎及渲染工具：Unity、UnrealEngine，用于構(gòu)建高保真虛擬教學(xué)場景。

語音與智能對話引擎：TTS引擎（如深度學(xué)習(xí)模型）、NLP模塊（如GPT類大模型）以實現(xiàn)自然語言交互與語音合成[4]。

動作與表情捕捉設(shè)備：光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)、慣性傳感器表情及肢體動作數(shù)據(jù)、表情識別傳感器。，用于獲取并映射虛擬教師發(fā)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析平臺云端資源管理與數(shù)據(jù)分析工具，用于教學(xué)資源的動態(tài)更新與：云存儲、CDN分用戶學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)挖掘。

2.3實驗與用戶測試

在構(gòu)建初步原型系統(tǒng)后，選取一定數(shù)量的學(xué)生及教師進(jìn)行體驗測試，并收集互動數(shù)據(jù)、問卷反饋及訪談記錄。

預(yù)期成果：從用戶體驗、學(xué)習(xí)成效、易用性與滿意度等維度對原型系統(tǒng)進(jìn)行評估和優(yōu)化，確保技術(shù)方案在實際教學(xué)環(huán)境中的可行性與有效性。

2.4案例研究與對比分析

選取已有的VR教學(xué)案例和傳統(tǒng)在線教育模式進(jìn)行對比，對已有實踐經(jīng)驗與不足之處進(jìn)行總結(jié)。預(yù)期成果：提煉成功案例的有效策略與需改進(jìn)之處，為數(shù)字人技術(shù)在教育領(lǐng)域的可持續(xù)應(yīng)用提供參考與修正方向。

3實施此類教學(xué)模式的必要性

在教育改革與信息化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，數(shù)字人教學(xué)模式的引入并非僅是技術(shù)驅(qū)動的趨勢，更是解決現(xiàn)實痛點、提升教學(xué)品質(zhì)的創(chuàng)新路徑。通過與傳統(tǒng)教學(xué)手段的對比和初步實踐案例的驗證，可以清晰地看到數(shù)字人技術(shù)所帶來的優(yōu)勢與突破點[5]。

3.1促進(jìn)教育資源普惠與共享

數(shù)字人教學(xué)可將名校或優(yōu)秀教師的課程內(nèi)容數(shù)字化和虛擬化，打破地域與時間限制。以某高等院校開展的實驗性“數(shù)字人公開課”為例，偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生借助VR頭顯即可與虛擬教師互動并獲得實時答疑，從而緩解優(yōu)質(zhì)師資稀缺、教學(xué)資源不均衡的問題[6-7]。

3.2強化個性化學(xué)習(xí)體驗

傳統(tǒng)課堂難以滿足不同學(xué)習(xí)者的個性化需求，而數(shù)字人技術(shù)能基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，對教學(xué)內(nèi)容難度、節(jié)奏和呈現(xiàn)方式進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。例如，在一項針對醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的試點中，數(shù)字人教師可根據(jù)學(xué)生對解剖知識點的掌握情況進(jìn)行個性化補充與答疑，從而顯著提高學(xué)習(xí)效率與滿意度[8]。

3.3提升沉浸感與互動性

與純文本或視頻課程相比，數(shù)字人教學(xué)融合了虛擬場景、語音對話和擬人化互動，學(xué)生可在模擬手術(shù)室、工程實驗室或歷史場景中與數(shù)字人進(jìn)行全息互動，獲得近似實境的沉浸體驗。某培訓(xùn)機構(gòu)在職業(yè)技能訓(xùn)練課程中引入數(shù)字人技術(shù)，讓學(xué)員在虛擬工廠中操作設(shè)備并接受數(shù)字人指導(dǎo)，學(xué)員反饋互動體驗更為真實、有助于快速上手實際操作。

3.4加速教學(xué)內(nèi)容更新迭代

利用數(shù)字人技術(shù)可實現(xiàn)“微課件”快速生產(chǎn)和動態(tài)上線。當(dāng)行業(yè)或?qū)W科知識出現(xiàn)更新時，只需在云端上傳新素材并由系統(tǒng)自動生成對應(yīng)的虛擬講解，數(shù)字人即可在短時間內(nèi)上線新版內(nèi)容。一所高校的信息安全課程試點顯示，數(shù)字人課程的更新迭代周期從數(shù)周縮短至數(shù)小時，確保教學(xué)內(nèi)容實時貼合行業(yè)前沿[9]。

通過這些實際案例與應(yīng)用場景可以看出，數(shù)字人教學(xué)模式既能滿足普惠教育需求，也為個性化與沉浸式學(xué)習(xí)提供技術(shù)抓手，并在內(nèi)容管理與課程更新方面展現(xiàn)出靈活性與高效性。這些特性使數(shù)字人技術(shù)成為教育升級與教學(xué)創(chuàng)新的有力支撐。

4設(shè)計與實現(xiàn)

4.1總體架構(gòu)概覽

系統(tǒng)總體架構(gòu)由虛擬教學(xué)場景構(gòu)建層、數(shù)字人生成與控制層、智能交互層和云端資源管理與數(shù)據(jù)分析層組成。通過模塊化設(shè)計，每一層面均有明確的功能與接口。虛擬場景層為教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)與互動提供基礎(chǔ)環(huán)境，數(shù)字人層負(fù)責(zé)虛擬教師形象的精確建模與可視化呈現(xiàn)，智能交互層實現(xiàn)自然語言理解與情感計算，云端資源與數(shù)據(jù)層則負(fù)責(zé)內(nèi)容更新與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析技術(shù)路線[10-12]，如圖1所示。

4.2關(guān)鍵技術(shù)流程與實現(xiàn)步驟

4.2.1虛擬教師模型快速搭建

利用3D建模工具與人臉識別算法，將真人教師的照片或掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為虛擬教師模型。通過面部捕捉與參數(shù)化驅(qū)動技術(shù)，快速生成具備表情、口型及情緒特征的高保真虛擬形象。

4.2.2智能語音與自然語言處理

將課件文本輸入TTS引擎生成自然語音，并利用NLP模型理解并響應(yīng)學(xué)生提出的問題。在教學(xué)互動中，數(shù)字人可根據(jù)學(xué)生的語速、疑問類型與反饋信息進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，確保交流過程流暢、精準(zhǔn)。

4.2.3場景搭建與沉浸式交互

在VR或元宇宙引擎中構(gòu)建教學(xué)場景，包括實驗室模擬、歷史情境重現(xiàn)或工程實訓(xùn)環(huán)境。學(xué)生通過頭戴式顯示設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)入場景，與數(shù)字人展開多模式交互（語音、手勢、點擊操作等），獲得沉浸式的學(xué)習(xí)體驗。

4.2.4云端資源與內(nèi)容迭代

將教學(xué)素材、課件模板和課程數(shù)據(jù)集成至云端資源管理平臺。系統(tǒng)可自動對新上傳的文本、圖像、視頻或3D模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與渲染處理，再由數(shù)字人自動匹配語音、口型與表情，實現(xiàn)快速迭代與在線更新。

4.3示例與說明

以面部識別與建模為例，在實際實現(xiàn)中可先通過AI驅(qū)動的人臉關(guān)鍵點檢測技術(shù)獲取人臉特征值，再利用深度學(xué)習(xí)模型將其映射到標(biāo)準(zhǔn)化的人臉網(wǎng)格模型中。隨后，通過參數(shù)化表達(dá)的骨骼動畫與表情庫，實現(xiàn)對數(shù)字人面部的精細(xì)控制。當(dāng)教學(xué)內(nèi)容更新時，系統(tǒng)可調(diào)用對應(yīng)的表情參數(shù)與動畫序列，確保虛擬教師的口型與語音輸出同步，從而形成自然、可信的教學(xué)表現(xiàn)[13-14]。如圖2所示。

5推廣與應(yīng)用

數(shù)字人教學(xué)模式的成功落地與持續(xù)發(fā)展不僅依賴于技術(shù)本身，更有賴于多層次、多主體的合作與應(yīng)用實踐。通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，可在教育機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)界、國際學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的支持下，探索多元化、可持續(xù)的應(yīng)用場景。

5.1與教育機構(gòu)與企業(yè)的深度合作

高校與中小學(xué)可在實驗課程、藝術(shù)欣賞、歷史人文教育等領(lǐng)域率先引入數(shù)字人技術(shù)，打造“數(shù)字人微課”“虛擬指導(dǎo)實驗室”等新型教學(xué)單元。職業(yè)培訓(xùn)機構(gòu)、在線教育平臺及企業(yè)內(nèi)訓(xùn)部門也可借助數(shù)字人技術(shù)快速定制行業(yè)技能培訓(xùn)課程，加快學(xué)員上手速度，提升培訓(xùn)效果。

5.2多學(xué)科融合的跨界創(chuàng)新

數(shù)字人技術(shù)能夠在醫(yī)學(xué)、工程、語言教學(xué)、藝術(shù)鑒賞等不同學(xué)科間靈活適配。例如，在醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)中，數(shù)字人教師可模擬臨床場景，為學(xué)生提供多樣化病例討論與遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)；在工程培訓(xùn)中，數(shù)字人可輔助學(xué)員在虛擬車間中操作機械設(shè)備，進(jìn)行安全技能演練。通過學(xué)科間的融合與擴展，有望形成更為全面的教育生態(tài)圈。

5.3國際化教學(xué)與跨文化交流

借助多語言文本轉(zhuǎn)語音與自動翻譯技術(shù)，數(shù)字人教師可面向全球?qū)W習(xí)者提供多元文化背景下的教學(xué)服務(wù)。高校或國際組織可聯(lián)合開發(fā)跨國在線課程，將數(shù)字人教學(xué)融入國際夏校、學(xué)術(shù)交流項目中，為海外學(xué)生提供更具沉浸感與互動性的線上學(xué)習(xí)體驗，促進(jìn)國際化教育資源的共享與流動。

5.4數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學(xué)優(yōu)化與決策支持

在推廣應(yīng)用中，系統(tǒng)可持續(xù)收集學(xué)習(xí)者的反饋數(shù)據(jù)與行為數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)分析與智能推薦算法對教學(xué)策略加以改進(jìn)，從而實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)控。決策者、管理者可據(jù)此優(yōu)化資源配置，提升課程質(zhì)量與學(xué)生滿意度，為長期教學(xué)創(chuàng)新與教育決策提供數(shù)據(jù)支撐。通過與教育機構(gòu)、企業(yè)和國際合作網(wǎng)絡(luò)的多方位互動，數(shù)字人技術(shù)將不止于單一試點，而是逐步融入更廣泛的教育場景與學(xué)科領(lǐng)域，為全球化、個性化與智能化的教育形態(tài)奠定堅實基礎(chǔ)。

6結(jié)束語

本研究在梳理元宇宙與數(shù)字人技術(shù)發(fā)展背景的基礎(chǔ)上，針對沉浸式、個性化教學(xué)的需求，探討了數(shù)字人技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價值與實現(xiàn)路徑，并提出了從技術(shù)設(shè)計到實踐推廣的完整框架。研究結(jié)果表明，數(shù)字人教學(xué)模式可以有效緩解優(yōu)質(zhì)資源分配不均、缺乏個性化指導(dǎo)以及教學(xué)內(nèi)容更新不及時等痛點問題，為構(gòu)建靈活、多元、數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧教育生態(tài)提供可行路徑。

然而，本研究仍有不足之處。例如，在大規(guī)模應(yīng)用場景下的系統(tǒng)性能與網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)化策略尚待進(jìn)一步驗證，隱私保護(hù)與倫理規(guī)范問題也需多學(xué)科共同參與探討與完善。未來的研究方向包括：深化多模態(tài)交互與情感計算模型的融合，提高數(shù)字人對跨領(lǐng)域知識的遷移與適應(yīng)性；探索更高效、可信的數(shù)據(jù)分析與隱私保護(hù)技術(shù)，以及在國際合作框架下完善多語種、多文化背景下的數(shù)字人教學(xué)生態(tài)體系。

通過持續(xù)研究與完善，數(shù)字人技術(shù)有望為教育領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新動力，為個性化、開放式、持續(xù)進(jìn)化的智慧教育時代鋪平道路。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】