“元宇宙”科技赋能教育领域应用研究

摘要：元宇宙是各种新型科学技术集大成者，将为现代人们的生活带来颠覆性的改变，因此各行业都在积极探索与元宇宙相关的融合应用场景，教育行业作为各行业培养人才的摇篮，应当走在积极如何与元宇宙相结合的探索最前沿。本文浅析了教育元宇宙中技术与相关教育应用理论，基于两个教育元宇宙应用案例的介绍，为元宇宙如何赋能新时代教育提供一些参考与启示。

关键词：元宇宙、教育元宇宙、虚拟现实

从互联网到移动互联，信息技术迎来了爆炸式的进步与发展，以5G、大数据、人工智能、物联网、虚拟现实等为代表的先进技术逐步进入各行业并形成了新的产品与业态。在教育领域教育科技的发展也同样经历了从在线化、移动化到智能化的几个阶段，伴随新兴的科学技术不断融合，教育科技也进入了深度融合发展的元宇宙新阶段。

一、元宇宙技术与教育应用理论

基于扩展现实（XR）数字技术构建的元宇宙，在可穿戴设备、云计算、物联网与人工智能技术的支持下，可实现虚拟世界与现实世界的深度融合，将极大拓展教与学中空间与时间的边界。

（一）元宇宙及其相关技术

“元宇宙”（Metaverse）最早出现在美国科幻小说《雪崩》中。小说中描述了一个人们以虚拟形象在三维空间中与各种软件进行交互的世界。

1、XR扩展现实技术是通过计算机将真实与虚拟相结合，创造一个可人机交互虚实融合的环境，这也是增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、混合现实（MR）等多种技术的统称。

2、物联网IOT技术是通过各种信息传感装置与技术采集各类需要的信息并接入各类可能的网络，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品与过程的智能化感知、连接、识别和管理。

3、云/边缘计算会在数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的数据平台，为用户就近提供最近端的计算服务。

4、人工智能技术是研究使计算机来模拟人的思维过程和智能行为的技术，使计算机能实现更高层次的应用。

（二）教育应用的理论

作为未来教育的重要形态，教育元宇宙的是通过一系列先进的数字技术与丰富的数字内容构建出虚拟世界与现实课堂的融合教学空间，技术与教育应用理论的深度融合则是完善教育元宇宙的关键路径。

1、情景学习理论认为，在一定的情景或背景中学习者才能建立起知识的意义，而教学并不能够抽象地为学生建立知识的意义。

2、体验学习，其需要通过学习者自觉或不自觉的内省或积累，从而把握自己的行为情感，认识外在世界。

3、具身认知也被称“具体化”，它强调我们是通过身体这一生理媒介来认识世界的，身体媒介也为认知学习提供了一种新的方式。

4、心流是由米哈伊·森特米哈伊（M. Csik-szentmihalyi）提出的理论，其所描述的就是一种活动的心理状态，个体完全沉浸在一个活动体验之中并具有充足的活力和满足感。

二、元宇宙教育应用场景与分析

（一）沉浸式虚拟构建

在教学过程中借由元宇宙技术的赋能，我们有能力为教师与学习者重构一个沉浸式的虚拟空间，在这个空间中抽象的知识将变成具象的场景、物品、图像等，学习者可以运用技术手段与这些数字化的内容进行交互，建立情景化知识的意义。通过先进的数字媒体手段构建的沉浸式场景，也可以使得学习者在知识体验活动中达到完全的身心沉浸，进入“心流”状态，从而获得更高效的学习效果。

以XR科普类教育应用为例，通过XR扩展现实技术的运用，将科普知识制作成交互式科普内容，其涵盖宇宙、自然、人文、科技等，融合运用多种数字内容形式，实现了360°的观察学习。针对难以讲解的科学、人文场景、现实生活中无法观察到的自然现象或事物变化过程等，通过虚拟+现实的方式，使学生的多个感官参与到学习过程中，增加虚拟交互提高学生兴趣点，使抽象的概念和理论更加直观、形象的展现在学生面前，寓教于乐。

（二）全息虚拟人

伴随着“5G”通信技术的成熟与应用，使得数字化教育内容在空间上输送壁垒被打破，实现发达地区与非发达地区间“教学均质化”的高速公路得以打通，借由边缘计算、全息成像、虚拟人等技术，我们终于可以让名校名师“现身”在边远地区的课堂之中，进而打破了传统教学师资的限制，将有助于改善我国教育资源分布不均的现状。

以“5G+智慧课堂”应用为例，通过5G网络实现了“虚拟老师”的全息信号传输与交互，并利用5G远程全息投影和XR技术带给了学生们高清晰且无时延的真实互动教学体验，虽然相隔千里也有身临其境的感觉，学生可以直接与远在千里外的老师进行实时互动问答，老师也通过“5G+边缘计算”将虚拟场景实时呈现给学生，极大提高了学生的学习趣味性。在过去，教师只能对现实课堂中有限数量的学生实时授课，而虚拟老师的课程可以演化成多种数字化的内容形式，实现了课程的数字化“量产”。在未来，学者们经由人工智能技术的辅助将化身为元宇宙教师，为学生带来更定制化更智能的新型教学模式。

三、元宇宙技术赋能新时代教育

伴随着元宇宙相关技术的迭代升级与数字内容不断的积累，元宇宙与教育行业的融合将会越来越深入。我们现在已经拥有了沉浸式虚拟构建的教学实训装备，也实现了远程全息虚拟教师的多地教学，未来真实的校园会向虚拟空间逐渐拓展延伸，通过线上虚拟化校园与现实中各类IOT系统的融合统一，最终打破教育的时间与空间边界，实现虚实融合的元宇宙教育。同时，元宇宙技术对新时代教育的赋能将进一步推进新一代教育信息化基础设施建设，不断提高教育支撑体系构建质量，从而推动未来教育数字化转型和智能升级、高质量创新发展。

参考文献：

【1】褚乐阳等，重塑体验：扩展现实（XR）技术及其教育应用展望——兼论“教育与新技术融合”的走向，672-0008（2019）01-0017-15。

【2】兰国帅等，学习元宇宙赋能教育：构筑“智能+”教育应用的新样态，3672-0008（2022）02-0035-10。

【3】段勇等，探索虚实融合的教育元宇宙，产业应用AI-VIEW 2022 年第2 期，2096-5036（2022）02-0106-10。

【4】元宇宙技术全景白皮书，中通服咨询设计研究院有限公司，2022。

作者简介：杜晴，莱柯科技（上海）有限公司项目经理，硕士。