虛實互構 虛實共生

　　教育元宇宙須與現(xiàn)實無縫融合

　　光明日報記者 楊颯

　　編者按

　　當今世界，科技進步日新月異，互聯(lián)網(wǎng)、云計算等現(xiàn)代信息技術深刻改變著人類的思維與學習方式。如何因應信息技術的發(fā)展，推動教育變革和創(chuàng)新，建設“人人皆學、處處能學、時時可學”的學習型社會，是人類共同面臨的重大課題。黨的二十大將“推進教育數(shù)字化”寫進報告，提出“推進教育數(shù)字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”，標志著推進教育數(shù)字化已成為全黨全國普遍共識和重要戰(zhàn)略性目標。對此，本版圍繞教育元宇宙這一教育技術新興領域展開討論，邀請專家學者共同求解。

　　“元宇宙”這一概念，自問世以來便吸睛無數(shù)。

　　近日，工信部、教育部等五部門聯(lián)合印發(fā)《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃（2023－2025年）》，其中強調，“推進構建虛擬教室、虛擬實驗室等教育教學環(huán)境，鼓勵通過平臺共享虛擬仿真實驗實訓資源，擴大優(yōu)質教育資源覆蓋面”。作為最重要的應用領域之一，教育元宇宙正加速發(fā)展，逐漸走進更多人的視野。

　　什么是教育元宇宙？專家介紹，它是元宇宙在教育領域的應用，即在利用元宇宙技術創(chuàng)建的、虛實融合的場景下進行教育活動，具有“沉浸體驗、網(wǎng)絡社交、群體創(chuàng)造、虛實共生”等主要特征。

　　目前，教育元宇宙有哪些應用，成效如何？其發(fā)展還面臨哪些難題？

　　教育元宇宙，前沿應用有哪些

　　由工業(yè)和信息化部人才交流中心主辦的2023年全國仿真創(chuàng)新應用大賽即將迎來決賽。該中心相關負責人表示，此賽事秉承產(chǎn)教融合、產(chǎn)才融合的思路，以賽促學、以賽促研、以賽促用，從產(chǎn)業(yè)鏈的上下游出發(fā)，助力我國仿真產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。“大賽為引領未來科技發(fā)展的前沿科學問題、工程技術難題和產(chǎn)業(yè)技術問題提供了‘仿真答案’，仿真技術不僅能應用于數(shù)字化教學，還可在醫(yī)學、化工等領域扮演重要角色。”

　　除此以外，教育元宇宙還有哪些前沿應用？

　　首都師范大學教育學院教育技術研究所副所長劉菁介紹，學界將教育元宇宙系統(tǒng)架構劃分為基礎設施層、運行平臺層、規(guī)則機制層和模式應用層。教育元宇宙的運用與發(fā)展主要體現(xiàn)在模式應用層——以虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術為支撐，與教育教學環(huán)境深度融合，為師生提供虛擬仿真、XR教學、智慧教學等具體場景。

　　“比如教育部建設的國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺，目前已有3514個實驗中心，涵蓋了各學科領域的大學實驗課程。智慧教學場景體現(xiàn)為：在傳統(tǒng)教室基礎上加裝電子白板、平板電腦、門禁系統(tǒng)等一系列智能終端設備的智慧教室；擁有大量數(shù)字化、智能化裝備，能更好滿足學生學習需求、提升實驗效率的智慧實驗室。管理平臺則有中國科學院大學研究設計并搭建的‘基于深度強化學習的綜合能源微網(wǎng)能量管理平臺’等。”她舉例說。

　　沉浸式情景體驗學習，效果如何

　　華東師范大學經(jīng)濟與管理學院、上海智能教育研究院教授許鑫長期研究元宇宙在教育領域的應用。他發(fā)現(xiàn)，元宇宙不僅能給學生提供在傳統(tǒng)教學中難以獲得的身臨其境的體驗，更強烈地激發(fā)學生的學習興趣，還具有節(jié)省成本和可重復使用等優(yōu)點。“教育元宇宙通過共享虛擬仿真實驗和實訓資源，進一步做大優(yōu)質教育資源‘蛋糕’，提升了教育普及性和公平性。”

　　不過，所有的學習都適用元宇宙技術嗎？為深入探究此問題，許鑫團隊最近進行了一項隨機實驗，比較151名國內本科生使用VR解剖學學習模塊與傳統(tǒng)視頻教學的效果差異。“實驗結果顯示，VR組在學習眼球生理結構知識方面的表現(xiàn)略遜于視頻組。與傳統(tǒng)教學方法相比，目前已有的沉浸式學習資源并不一定能有效促進復雜知識的獲取。VR模擬所需的互動性可能會增加學生的額外認知負擔，反而抑制了某些學生的學習效果。”

　　“在前期調研中，我們還發(fā)現(xiàn)國外也有類似的案例報告。與傳統(tǒng)課堂相比，‘元宇宙+英語’并沒有顯著提高學生學習成績。一些學生甚至反饋，元宇宙學習增加了更多的操作步驟。”許鑫補充道。

　　因此，他建議：“教育工作者應考慮到不同學科特點，評估哪些知識內容適合采用VR呈現(xiàn)，哪些不太適合。例如，在醫(yī)學解剖學等需要大量視覺信息記憶的學科中，VR技術無疑具有顯著優(yōu)勢。然而，對于需要語言和邏輯思維的學科，VR的實際效果還有待進一步驗證。”

　　許鑫表示：“在構建教育元宇宙過程中，不僅需要重視軟硬件基礎設施建設，還應關注學習者認知發(fā)展水平、認知習慣等因素。在制作教育元宇宙教學資源時，必須全面統(tǒng)籌規(guī)劃，充分考慮新技術環(huán)境的特性以及各個學科的特點等。”

　　劉菁認為，目前我國教育元宇宙的建設，通常由不同的開發(fā)者、教育機構和公司進行，缺乏統(tǒng)一標準和指導。并且，支持元宇宙建設的現(xiàn)實技術條件還不完善，一些底層技術不夠成熟。許多虛擬環(huán)境僅僅是數(shù)字化模擬，缺乏真正的互動性和教學策略。另外，與傳統(tǒng)教師培訓相比，針對教育元宇宙教學應用的培訓難度較高，目前主要以企業(yè)的技術使用培訓為主，結合一線實際教學的培訓師資、培訓課程及相關資源、培訓環(huán)境極為缺乏。

　　劉菁注意到，2021—2022年間，我國學者開始積極探索如何推動教育元宇宙落地，但在短短一年時間內，話題就從基礎設備建設、技術研發(fā)，拓展到了思政教育、圖書館教育等應用研究領域，教育元宇宙研究范疇出現(xiàn)泛化趨勢。“元宇宙是一個新興領域，如果盲目研發(fā)教育元宇宙相關技術與課程，可能會浪費既有教育資源，同時束縛教育元宇宙發(fā)展的想象力。”

　　劉菁建議，要把教育元宇宙融入教育信息化的長遠規(guī)劃和頂層設計中，為教育元宇宙健康有序及可持續(xù)發(fā)展提供政策指導。還要以教育新基建推動教育元宇宙發(fā)展，將其納入教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動方案，加快推進教育專網(wǎng)建設，推動5G、VR、AR、人工智能、區(qū)塊鏈等技術發(fā)展。

　　學習體驗更豐富且個性化，何以實現(xiàn)

　　教育元宇宙，將走向何處？

　　許鑫表示，在未來，教育元宇宙將成為全球教育合作中不可或缺的一環(huán)。“例如，有研究將美國、韓國和日本學生置于元宇宙學習空間中，通過安裝傳感器和多語言翻譯轉換器等技術設備，實現(xiàn)了學生在跨地區(qū)、跨語言環(huán)境下的互動學習，并取得了良好的教學效果。”

　　他認為，教育元宇宙還將為促進教育培訓與學術交流研討提供全新場域。“舉例來說，2021年，在第29屆亞洲心臟和胸外科學會線上會議中，來自世界各地的200名參會者通過頭戴式VR設備參與了手術培訓。參會者紛紛表示，自己仿佛身臨其境地觀看了整個手術過程。隨著教育元宇宙相關技術的不斷成熟，全球范圍內的教育數(shù)字化聯(lián)動將以更豐富的形式展現(xiàn)。”

　　劉菁認為，以教育元宇宙為依托的虛擬實驗室、虛擬教研、沉浸式情景體驗學習等領域均有較好的發(fā)展前景，能夠為學生和職場人士提供更加豐富且個性化的學習體驗，為終身學習提供更好的環(huán)境和平臺。目前，元宇宙發(fā)展正處于數(shù)字孿生階段，隨著其不斷發(fā)展，教育元宇宙還將經(jīng)歷虛實互構與虛實共生階段。

　　“如在虛實互構階段，教育元宇宙將與教育數(shù)字化深度融合。更廣泛的AR和VR教育應用與傳統(tǒng)課堂相結合，為學生提供沉浸式學習體驗，并支持個性化學習，使學生能夠訪問個性化的虛擬學習環(huán)境，根據(jù)自身興趣和學習需求選擇課程和活動。在虛實共生階段，虛擬學習環(huán)境將與現(xiàn)實教育更加無縫融合，學習變得更綜合和全面。此外，全球教育合作也將進一步加強，學生可以在不同國家和地區(qū)進行虛擬學習環(huán)境中的交流與合作。”劉菁說。

　　《光明日報》（2023年10月31日 14版）