【元宇宙+教育】① 教育元宇宙的特征和應用場景
引言
近年來，以虛擬現實、增強現實等為代表的新興教育技術引領了未來教育的新方向，整合了虛擬現實、人工智能、區塊鏈等技術的元宇宙為學習者提供了一個虛擬的學習環境，將有可能帶來新的教育教學變革。在此背景下，元宇宙在教育領域應用的可行性成為研究者關注的熱點，教育元宇宙的潛力值得深入挖掘和分析。
01
什么是元宇宙
“元宇宙（Metaverse）”這個詞由前綴“meta”（超越）和詞干“verse”（從“universe”演變而來）組成。
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《2020-2021 年元宇宙發展研究報告》給出的定義如下：“元宇宙是整合多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態，它基于擴展顯示技術提供沉浸式體驗，基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像，基于區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、身份系統上密切融合，并且允許每個用戶進行內容生產和世界編輯” 。
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維基百科將元宇宙解釋為“被用來描述一個未來持久化和去中心化的在線三維虛擬環境”。
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還有學者認為元宇宙是通過虛擬增強的物理現實，呈現收斂性和物理持久性特征的、基于未來互聯網的、具有連接感知和共享特征的3D虛擬空間。
此外，產業界也對元宇宙的內涵、特征有不同的描述。例如，Roblox公司的首席執行官 Baszucki提出“元宇宙”具有八大基本特征：
“
身份（Identity）
朋友（Friend）
沉浸感（Immersive）
低延遲（Low Friction）
多元化（Variety）
隨地（Anywhere）
經濟系統（Economy）
文明（Civility）
而 Beamable 公司的創始人Radoff提出從七個層面構建“元宇宙”：
“
體驗（Experience）
發現（Discovery）
創作者經濟（CreatorEconomy）
空間計算（Spatial Computing）
去中心化（Decentralization）
人機互動（Human-computer Interaction）
基礎設施（Infrastructure）
可以預見，元宇宙將為人類生存帶來兩個維度的擴展：一是生存維度，即元宇宙提供了一個既獨立于現實世界又能與現實世界相結合的綜合環境；二是人類感官維度的擴展，在元宇宙中用戶將體會到虛擬世界和現實世界的多重感官，虛擬世界也將不僅是視覺，而是虛擬視覺、現實視覺、聽覺、觸覺的綜合感官體驗。
02
教育元宇宙的特征與技術支撐
教育元宇宙
特征
教育具有開放性、不可還原性、非線性與非均衡性等特征，是一個復雜系統，要想深刻認識其發展規律并非易事。
以往人們研究教育系統通常采取理論研究和試驗兩種方式，而元宇宙的出現，有可能為人類認識教育系統的復雜性和教育的發生發展規律帶來第三種方式。
“教育元宇宙”是一個全新的概念，尚不具備科技產業界所描述的眾多特征，但若要發展教育元宇宙，至少應具備三個核心特征：
強調社交互動——交互性
部署元宇宙首先要關注其社會交互性。
教師、學生、學習資源、學習環境是教育場景的四大基本要素，而教育元宇宙中虛擬學習環境不是固定的，可以由居住在其中的部分或全部用戶進行建模和修改，從而促進學生和學習資源、學習環境之間的交互。
此外，教育元宇宙還允許學生或教師通過代理建立關系，每個虛擬形象都用來傳達學生或教師在世界中的角色。
學生也可以在教育元宇宙中進行社交，建立社會關系。這種隨時隨地沉浸式的社會交互，給生生、師生之間的交互創建了近乎真實的社會情境，不僅可以拓展學習空間，還能提供更多的學習、社交機會，形成社區觀念。
教育元宇宙的交互性，為不同階段、不同學科、不同層次、不同領域的教育打開了另一扇門，為這些形式各異的教育活動注入新的靈感。
真實世界的模擬——沉浸性
教育元宇宙所呈現的環境與現實世界非常相似，能夠通過模擬物理定律為用戶提供一個逼真的現實世界環境。因此，我們所熟悉的一些行為（如身體不能穿過墻壁、物體由于重力下落等）能夠在三維立體的虛擬環境中得以反映，這極大地提高了虛擬世界的真實感和沉浸性。
然而，為了促進用戶在教育元宇宙中的探索，也有一些情況例外，如用戶可以騰空而起或瞬間傳送到教育元宇宙中的任意地方。教育元宇宙高度真實和沉浸的特征將進一步提升用戶的存在感、臨場感，使用戶身臨其境般的學習成為可能。
自由、開放、靈活的規則——多元性
教育元宇宙不像商業游戲一樣有預置的規則，它并不強加任何既定的規則或目標。所有的教育元宇宙居民（即用戶，而非平臺的開發者）負責定義他們自己理想環境的規則和條件，這使得用戶在教育元宇宙中幾乎可以做任何想做的事情，如舉辦音樂會、組織游戲、開設大學講座等。
此外，由于教育元宇宙采用分布式云計算技術，可以將多個服務器托管于世界上不同的地區，因此教育元宇宙允許用戶根據需求擴大或縮小學習環境的規模。
教育元宇宙還提供訪問控制的支持，允許授權用戶在個別土地上定義限制和規則，這使得在共享環境中引入私人空間成為可能，因此不管是大規模開放在線課程（Massive Open Online Courses，MOOC）還是小規模私有在線課程（Small Private Online Course，SPOC）都可以通過三維沉浸的方式開展。
這種靈活的規則使得教育元宇宙中的用戶可以自由地進行活動、創作和交流，并由此產生了無限、多元的教育活動形式。
教育元宇宙
底層支撐技術
盡管教育元宇宙的概念尚處于萌芽階段，其代表——三維虛擬/增強現實學習環境的出現也不算早 ，但其特點也符合如行為主義、情境認知理論、具身認知理論、建構主義學習理論、心流理論等傳統理論上的觀點。
當前產業界對元宇宙底層支撐技術的描述有很多，大致可歸為六大類：網絡及運算技術、物聯網技術、區塊鏈技術、交互技術、電子游戲技術、人工智能技術。
在教育元宇宙中，這六大底層支撐技術及應用場景如下所示。
①網絡及運算技術，5G校園網、邊緣計算、多終端協同云計算可作為教育元宇宙的網絡及運算基礎設施，為未來學生和教師享受高帶寬、低延遲、多連接的泛在學習場景提供堅實的硬件環境基礎。
②物聯網技術，芯片的小型化和計算能力的大幅提升，促進了物聯網技術的迅速普及，為教育元宇宙感知物理世界的信號和接入教育元宇宙提供了傳輸通道，這種萬物互聯的學習環境必定會激發出學生動手創作新世界的熱情，并為未來的安全校園、創客教育、多模態智慧課堂提供有力支撐。
③區塊鏈技術，該技術的去中心化、分布式、可追溯性、高信任度等技術特征，確保了教育管理和教學過程中所產生數據信息的完整性和安全性，可為未來教育元宇宙中學習成果認證、學分銀行建設、數字資源管理及分發、開放教育資源生態構建、數字校園社區自組織運行等提供基于規則與算法運作的知識分享與認證保障。
④交互技術，以計算機圖形學、計算機視覺、姿態識別、手勢識別甚至腦機接口等人機交互技術為支撐的三維虛擬現實/增強現實學習環境，為教育元宇宙帶來了無限想象空間，使學生的學習不再局限于視覺和聽覺兩個通道，因為多通道融合的 VR/AR 技術可讓學生在教育元宇宙中的學習活動匯聚視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等綜合感官體驗。
⑤電子游戲技術，電子游戲技術衍生出來的游戲化學習、悅趣化學習讓學生在教育元宇宙中的學習變得更加有趣，配合多模態的數據、腦科學技術，游戲化學習在提供更多沉浸感的同時，也讓學生的學習過程更加科學、合理。
⑥人工智能技術，教育元宇宙中個性化推薦、教學行為數據挖掘、知識圖譜、多模態情感計算得益于當前人工智能技術的飛速發展，智能導師、智能測評、多模態情感計算等都將在教育元宇宙中得到更廣泛的發展和應用。這些底層支撐技術和應用場景為教育元宇宙的發展與落地提供了堅實、有力的基礎，并描繪了一幅極具想象力的未來教育藍圖。
不過現階段教育領域十分重視智能化的學習交互環境和手段，這其中以機器學習、自然語言處理為代表的人工智能技術和以虛擬現實（VR）、增強現實（AR）為代表的交互技術得到的關注最多。
從人們的直觀感受來看，教育元宇宙就是基于 VR/AR技術將現實世界映射到具有一定智能的虛擬學習環境當中，是對現實生活的延伸。
