元宇宙视域下在线教育发展探究

林泽淦

(广东培正学院，广东 广州 510830)

1 元宇宙与在线教育的背景

在线教育正逐步融入人们的日常学习生活中，也将是未来教育方式的大势所趋。数据表明，受新冠肺炎疫情影响造成教育停滞时期，大部分国家和地区都选择在线教育来保证教学开展。尽管在线教育具有线下教育所不具有的优势，但弊端也显而易见，不少学生反映当前在线教育方式存在以下缺陷：①网页教学简略单调，难以调动学生积极性；②平面交互方式枯燥，学生参与感不强；③学习数据记载不全，难以准确评估学生成绩。探究其缘由发现，目前基于二维平面网络技术的在线教育形式已无法满足学生对虚拟沉浸学习环境和社交的需求，因而找寻新的在线教育方式尤为关键。

元宇宙是虚实空间高度结合发展的产物，5G网络基础上深度互联交融的互联网环境赋能智慧VR/AR虚拟信息技术，将会是未来互联网的变革。元宇宙将重塑未来在线教育学习形式，变革未来在线教育的教学和评估模式，为学生提供个性化学习环境。目前，元宇宙对多数领域已开展赋能试行，展现出初具规模的市场发展潜力。

2 元宇宙的特征

元宇宙(Metaverse)意指一种虚实空间数据无缝链接、虚拟技术深度交融、智能数字化的人类生存“第二世界”。元宇宙在近几年才为人所熟知，但在1992年出版的科幻小说《雪崩》中就把元宇宙简述为戴上虚拟设备，连接终端，就可以凭借独特的虚拟身份进入到由计算机模拟、与真实世界平行的虚构空间。现在元宇宙虚拟现实发展过程像是多种信息技术融合下的概念具体化。

随着扎克伯格宣称把脸书更名为“META”，元宇宙市场受到腾讯、微软等各大互联网公司的广泛关注，纷纷投入大量资金进行研发以提前布局元宇宙市场，进入了元宇宙科技市场。

元宇宙主要有以下4个典型特征，如图1所示。

图1 元宇宙特征

(1)虚实融生。从元宇宙空间的存在模式来看，元宇宙显著的特征是虚拟与现实的深度交融。利用现代新型虚拟技术对数字孪生世界的构建促成虚实高度结合，从而为用户提供虚拟且仿真的沉浸式感知体验。

(2)智能数字化。元宇宙是一个拥有超高智能、数字化、海量数据的虚拟空间系统，其包含了整个虚拟网络和现实终端虚拟设施，是由各个领域开发主体共同研发集成的大规模数字化应用系统。元宇宙的组建依托于多种计算机技术的深度融合，利用一系列沉浸感知可穿戴技术设备连接虚拟世界，给予用户沉浸式交互体验。

(3)思维具象化。元宇宙为用户打造了一个切实感悟体验、具身智能交互的虚实深度交融空间，可以让用户通过海量数据资源和虚拟技术设备实现“感知可视”“思维可现”等思维具象化的过程。用户在元宇宙空间中可以通过虚拟设备进行操作，将自身的思维即时转化为具象，使抽象意识实现可视具化，便于用户深入理解与交互。

(4)数据一体化。利用元宇宙虚实深度交融的特征，用户能够通过识别独有的身份数据信息并根据个性化设定在虚拟与现实中任意切换个人存在体验模式，不受外界条件束缚地利用沉浸式体验设施连接元宇宙空间开展学习、社交、分享等活动。在这过程中，用户的元宇宙身份数据信息会在虚拟空间与现实世界保持完整。这将对人类社会的组织运作形式产生重大变革，从而促成虚拟与现实数据交融一体的新型社会关系。

3 元宇宙创新重塑在线教育的可行性

元宇宙打破以Web2.0主导的现行在线教育体系，使感知体验与人工智能高度融合，实现用户的感官体验与意识世界的虚实融生。因此，在技术发展、在线教育变革以及资本驱动三者交融过程中，在线教育的下一个全新形态已展示在人们眼前。元宇宙构造了虚实融生的在线教育多元系统空间，为在线教育的课程资源、教学方式、学习支持服务和认证机制创新提供了基础，如图2所示。

图2 元宇宙重塑创新领域模型构造

3.1 元宇宙在线课程资源创新

元宇宙实现多元核心科技的整合，形成高度虚实融生的新型在线课程开展形式。元宇宙提供多元化在线课程资源，同时对学习目标进行分类具象，用户可以通过多元视角进行个性化学习，对体验的主体参与感与课程资源进行区分如下：

首先，学习者以第三人称的视角开展学习。该课程可以通过网络平面和虚拟沉浸技术设备进行学习，事先对课程学习的场景进行设定，学习者通过操作沉浸虚拟技术设备，如学习者通过VR眼镜等虚拟设备连接体验预设的相关课程进行学习；其次，学习者以第一人称的视角开展学习，该课程形式将是未来元宇宙在线课程的重要模式之一。课程学习者通过AR/VR可穿戴虚拟现实设备进行连接，加深学习者感官真实体验程度，提高学习自主权，如学习者穿戴VR眼镜等虚拟设备连接元宇宙网络自主对课程依据个性化需求进行学习；最后，学习者以独特的“虚拟再生人像”视角开展学习。该课程以强大的算力为基础，使学习者感知意识完全与虚实场景互相交融，可以依据学习者思维的变化而进行动态建模，实现意识的具化，如学习者通过虚拟设备连接元宇宙网络，使用特定的身份进行识别，利用大数据对学习者的意识进行建模，从而得到符合学习者的动态虚拟学习环境。

3.2 元宇宙在线教学模式创新

在线同步教学模式已是教学的主要形式。因为二维网络技术的瓶颈，在线教育在交互、意识、质量、自主性等方面尚无法完全实现融汇互通。而“元宇宙+在线教育”方式能够有效地解决现行在线教学模式难题。目前主要包括以下两种应用场景教学模式：

(1)多元互动化在线教学。利用元宇宙分布式虚实融合的特性，学习者能够通过虚拟课程学习社区或平台开展学习。不同终端学习者通过AR/VR虚拟沉浸设备可进入一体化的虚拟学习空间进行多元互动，开展信息资源分享、社区交流和虚拟体验等活动。用户能够灵活自主地切换不同教师设置的教学学习场景，进行自由探索、团队合作以及创新创意学习。

(2)实践切实化在线教学。元宇宙能够通过虚实融生的数据深度处理再现实验的真实场景，高度复原实验现象并实时进行实验数据收集，有效规避实验的潜在风险。按学习者实际需求进行分类，包括流程实践类，该类实验为学习者设置特定的学习领域，学习者可感知体验到该领域的内容，让学习者深刻感受到身临其境的学习环境，如学习者可以通过元宇宙设定的战斗机起飞时飞行员的第一视角操作流程进行学习体验；仿真实践类，该类实验需要学习者通过事先设定好的情景进行仿真实践，产生对应的实践结果、科学性反馈，如学习者可以在元宇宙设定的篮球投篮场景通过设备操作进行投篮训练，大数据对投篮结果进行分析并给出相应的投篮姿势改善建议；终端实践类，该类试验利用AR/VR沉浸虚拟设备以元宇宙虚拟连接操作真实对象，将操作过程感知与实践操作同步进行，在得到实验数据的同时，也有效规避潜在的实验风险，如学习者通过终端进行化学实验，通过大数据对各化学元素进行整合，最后对化学实验结果进行仿真计算，从而有效地降低实验风险。

3.3 元宇宙在线学习支持服务创新

学习支持服务是有效开展在线教育的关键所在，在提高学习质量和学习兴趣方面发挥重要作用。以新型技术为基础的学习创新服务层出不穷，提高用户对在线学习支持服务的认可满意度成为了首要解决的问题，元宇宙利用构造虚实融生的在线教育学习空间，实现对学习支持服务体系的整合搭建。在元宇宙技术系统服务下，元宇宙在线教育能够实现学习支持服务的教育、学习、管理、评估四者有效结合，为学习者提供多元支持服务，最大限度打造适宜的学习环境。按支持服务进行分类，主要划分为以下2种服务形式。

(1)基于仿生机器人的“全景教学”支持服务。元宇宙中的仿生机器人连接互联网的庞大数据资源，学习者可依据个性化需求选择机器人外在表象。科学研究显示，仿生机器人通过面部表情的变换和身体的互动可以增强对用户的吸引力，从而有效激起学习兴趣，减轻学习负担，增强学习效能感。基于仿生机器人的在线学习支持服务包括：①学习信息动态推送服务，即根据学习者的个性化需求、兴趣方向、知识层次、社交网络等进行智能化推送；②教学互动服务，即通过开发虚拟机器人为用户提供引导入门服务，降低用户接受时间成本；③心理调节服务，即通过用户自身状态数据对情绪进行识别调节来激发学习者的积极情感。

(2)基于人机互动的“智慧教学”支持服务。元宇宙超高智能环境可以实时对教学者与教学过程进行互通理解。首先，在备课期间可依据教学者的教学需求对课程进行智能化的教学计划及相关配套资源的制定，教学者通过简易操作就能够优化教学效果；其次，在上课期间可全面、动态地分析学习者与学习群体的数据状况，动态更新教学方案和策略，与教学者共同完成“人机融合”教学；最后，在课后阶段能够对学生的作业成绩进行智能评估分析，实现动态作业质量效果及时反馈，并为教学者提供课后教学质量分析，有助于其改善教学方式和提高教学专业技能。

3.4 元宇宙在线教育认证机制创新

在线教育认证机制完善提高了在线教育的质量，元宇宙在线教育将在认证体系的基础上，融合人工智能、数据处理等各类新型技术，生成独特的在线教育认证新机制。元宇宙在线教育认证机制的创新将直接赋能未来新型教育的发展。从学习个体发展的角度来看，主要包括以下3个层面。

(1)基于信息认证实现个体验证。学习者在元宇宙空间中具有独特的认证身份，在学习初始阶段的构建过程中会根据真实身份进行合理的映射，既反映出真实身份的主体层面与真实身份的衔接，也体现虚拟身份的发展。此外，学习者基于自身特点通过大数据整合融入多元“学习社交圈”，开展高效的沉浸学习体验。

(2)基于经验认证实现个体开发。元宇宙将全程记录保存学习者的学习数据，并进行虚实互通转化。一方面，元宇宙能全程记录学习者的学习历程，并进行动态整合分析，对学习者具有唯一辨识性；另一方面，元宇宙学习数据具有可追溯性，有助于改善学习者的复习环境，达到“温故知新”的效果。

(3)基于标准认证实现个体构建。元宇宙在为用户提供超高智能环境的同时，也在致力于教育目的的实现，探索构建未来教育学习的“拟实环境”。一方面，需要建立元宇宙多元内在系统的关系架构，形成相互关联的生态系统；另一方面，应提高在线教育与元宇宙其它领域的深度融合水平，使在线教育成果能够促进其它领域的发展。

4 基于元宇宙的在线教育基础设施建设和新型框架构建

目前在线教育学习环境创新正在向智能化、高效化和多元化发展。元宇宙具有VR/AR、人工智能、区块链、云计算以及数字孪生等新技术聚合赋能，引领智能学习环境向虚拟与现实深度交融的方向发展，为探究未来在线教育环境提供了新的路径。以下将从技术支撑和内部结构两部分对基于元宇宙的智能在线教育学习环境进行构建，如图3所示。

图3 元宇宙技术支撑和内部结构模型

4.1 元宇宙在线教育的技术保障

元宇宙将沿着“单技术—复合技术—富技术”的技术轨迹持续向前推进发展，整合各类新型技术创建虚实融生的新环境。元宇宙的技术支撑主要有如下几方面：

(1)5G网络环境。元宇宙将利用5G极速网络环境突破智能技术交融赋能的网络瓶颈。元宇宙网络融合一系列云计算数据算法进行快速运算，推动形成新型技术畅通的互联网时代。元宇宙网络指向虚实融生与智能数字化发展，逐渐表现出高能智慧、全面防护、多领域互通和虚实一体的创新特征。

(2)人工智能。人工智能为元宇宙空间提供智能化的资源生态领域，实现超高智能学习环境构建并持续运行产生大量的数据挖掘，实现元宇宙资源的动态增长。也可以根据个性化智能生成学习资源，为元宇宙提供动态资源推送。

(3)区块链技术。以中心化平台为主导的元宇宙作为在线教育虚拟交易、身份验证等活动的网络平台，具有一定的风险。而区块链技术的去中心化可以实现元宇宙空间交易规则透明和身份数据验证机制，为用户交易活动和身份信息安全提供保障。

(4)物联网技术。物联网技术同样作为元宇宙的核心底层技术，它通过应用层、网络层、感知层共同协作，通过部署核心传感器作为物联网技术连接元宇宙的基础架构，为元宇宙万物链接及虚实融生提供可靠技术保障。

(5)数据云处理。元宇宙的出现将不断推动数据处理系统向多元共生和智能化方向发展，为Web3.0资源聚合配置的需求标准服务。以各类新型技术为基础，大数据云处理技术将促进元宇宙在线教育系统硬件的虚拟化和软件的服务化，形成深度交融的智能新形态。利用云数据平台，实现元宇宙虚拟与现实数据的统一互通和教育资源多元配置共享。

4.2 元宇宙在线教育的空间构造

元宇宙概念的出现，为生存空间的连续可构造提供了理论基础，这将颠覆人们对于传统二维空间结构的认知。科学技术发展推进生存空间从二维空间向多元虚实空间扩展。从技术层面视角看，元宇宙在线教育学习环境的系统构造包括以下几方面：

(1)结构环境，即在线教育所处的感应融生领域。元宇宙所构成的数据环境既来源于现实，同时也超越虚拟，达到了虚实融生的效果。学习者可以通过线上线下统一转换过程取得良好的学习效果。其组成部分包括：①VR/AR体验穿戴设备，有效地增强学习者在元宇宙环境中学习的感知效果；②真实镜像，可将现实在线教育环境进行多元数据构建并映射到元宇宙环境中，再依据个性化需求实现场景真实再现；③学习场所，进行学习体验所处的场景，将实际与虚拟进行事先情景设定和动态建模，生成相适应的虚拟学习环境。

(2)数据环境，即数据与服务资源动态融合的环境。元宇宙在线教育为学习者提供资源服务，让学习者在数据与服务资源融合中，提高学习者认知水平。其构成部分包括：①数据收集，对学习者的过去学习轨迹与产生的行为、生理和心理等数据进行收集并有机整合，以达到动态优化教学过程的目的；②知识汲取，建立智能化的学习资源数据库，形成资源的动态流转循环与动态更新；③虚实融通，实现元宇宙空间中的数据信息与现实世界数据信息转换过程中的衔接统一。

(3)文化环境，即学习者行为与思维的认同统一。元宇宙将重塑在线教育文化环境，形成多元统一、协同开放和智能生成的文化场所。其构成包括：①人机一体，将人类与机器的智慧进行深度协同交融，形成人机互为主体的学习模式；②文化秩序，通过元宇宙运行空间规则重新构建适应在线教育学习环境的规则；③价值观点，学习者对元宇宙在线教育学习环境中的内在自身修养、行为等方面的价值认知。

5 基于元宇宙在线教育的未来布局

随着5G网络环境、人工智能、区块链、物联网以及大数据处理等技术发展，元宇宙正逐渐变革在线教育的发展模式。元宇宙整合了目前所有的智能虚拟技术相关领域，代表了意识感知技术发展的先进形式。元宇宙将是未来在线教育发展的方向。

5.1 构筑元宇宙在线教育的发展基础

新基建是元宇宙赋能在线教育的根本所在。2025年将基本搭建完成结构优化、集约高效、安全可靠的教育新型基础设施体系是我国教育新基建的主要目标。元宇宙在线教育的新基建必须开展合理设计和进行提前规模布局。首先，定点示范引领，全国各高校优先对元宇宙在线教育模式开展试点建设，并且树立典型案例标杆，逐渐进行扩散；其次，科研推动，充分发挥高等教育教研协同效能，集中高校科研工程中心及企业的研发优势，加快新型元宇宙在线教育服务模式研发；第三，政府引导，制定推动元宇宙在线教育新基建发展政策，引导并加强社会对在线教育领域的重视。

5.2 形成元宇宙在线教育的发展动能

元宇宙系统重塑了在线教育新结构框架，不仅体现在智慧学习环境的搭建、展现形式的变革以及组织运作流程的创新，最根本的是推动结构框架创新，这将会进一步有助于元宇宙在线教育的可持续发展。首先，探索新的学习感知理论，通过大数据整合多元行为和多元认知研究成果，研究学习者的具身意识学习体验的创新理论；其次，研究创新教学理论基础，探索研究“教学互为主体”在元宇宙中的表现形式，对具身教学感知空间创新理论进行模拟建构。最后，树立新型科技人才培养观念，通过元宇宙在线教育模式培养科技人才。

6 结语

元宇宙正在不断创新未来在线教育领域发展。当前二维平面网络技术已不足以支撑新时代在线教育的需求。元宇宙在技术架构上具备5G网络环境、人工智能、区块链、物联网、大数据处理等先进技术，在系统结构上包括结构环境、数据环境以及文化环境，将冲破并重塑在线教育的时空形态，构建成新型元宇宙在线教育环境。因此要对“元宇宙+在线教育”提前展开布局，推进新基建建设，构建元宇宙新型在线教育框架以发挥其巨大动能。