元宇宙+教育：未來虛實融生的教育發展新樣態

　　【摘 要】“元宇宙+教育”為未來教育發展提供了新方向，其深度沉浸體驗、具身社交網絡、群體自由創造、社會生態文明以及虛實融生共在等特征為構建虛實融生的未來教育形態提供了新可能。教育元宇宙為教育新基建建設提供了新方向，為高質量教育教學提供了新支持，為學習過程提供了新場域。在人工智能、區塊鏈、物聯網以及學習分析等技術的加持下，教育元宇宙將會構建成以資源生態、社會交往、探究學習和評價系統等為核心的智慧學習空間，形成虛實融生和跨界探索的學習模式，最終實現以現實物理世界為核心的教育元宇宙與星際文明共在的未來教育形態。教育元宇宙將會在泛在可驗證的智慧學習、深度沉浸的體驗性學習、跨時空的深度協作發現式學習以及虛實融生的協同知識生成學習等方面對現有教學產生重要影響。教育元宇宙的未來發展需要制定通用技術標準、構建研發共同體、探索教育元宇宙教育模式以及規避“缸中之腦”風險。

　　【關鍵詞】教育元宇宙;在線學習;未來教育;虛實融生;學習空間

　　李海峰; 王煒 現代遠距離教育 2022-01-10

　　一、元宇宙時代來臨與教育發展新契機

　　2021 年被稱為元宇宙元年[1-2]。自從羅布樂思(Roblox)上市引爆“元宇宙”以及臉書(Facebook)更名為元宇宙(Meta)開始，“元宇宙”這一概念迅速引發世界眾多國家、公司、團體以及個人的高度關注和急速行動。中國電信在盤古計劃 2.0 中全面布局元宇宙，致力打造元宇宙與算力的建設整合者、元宇宙社會生態及其內容創設的創新協同者、元宇宙開發平臺與應用服務的繼承者[3]。清華大學的“元宇宙特別計劃”圍繞“藝科元宇宙”主題呈現了未來博物館、未來科技館、未來城市、宇宙探索以及文化遺產等[4]。易凱資本在其 2021 元宇宙報告中指出，元宇宙將重構人們的生產模式、組織治理方式以及生活方式[5]。2021 年 12 月，虛擬游戲平臺 Sandbox 以 430 萬美元的價格售出了一塊“元宇宙”虛擬土地，更是將各界對“元宇宙”的關注推向了高潮。

　　元宇宙學校的創建為未來元宇宙教育的發展提供了新可能[6]，諸如虛實同步與高度仿真、創新創造與開源開發、持續動態發展等[7]。元宇宙學校的創建不僅能夠解決在線學習時空分離導致的教與學沉浸感缺失、學習孤獨感以及社交范圍與體驗不足等問題，而且能夠構建與物理學習空間平行的、虛實環境融生的以及促進高階思維發展的學習時空。元宇宙創設的具身社交環境、基于區塊鏈的信任機制以及高保真學習環境等將有效解決現在學習空間遇到的問題[8]，諸如學習環境明顯失真、以學生為中心難以體現[8]、三元空間難融合[9]、學習沉浸感缺乏以及跨時空高階思維培養乏力[10]等。學校、教師、學生、家長以及其他人員可以在元宇宙中自創個性化學習空間，開啟獨特的、個性化的以及泛在的沉浸體驗學習。

　　元宇宙時代的到來將為我國教育新基建、學生高階思維培養以及未來教育發展提供新機遇。依據元宇宙的發展歷程、元宇宙的卓越特征以及元宇宙賦能教育的邏輯關系，探究元宇宙對教育產生的重要影響，前瞻性分析元宇宙時代未來教育發展的新形態。為此，本研究將圍繞以下問題進行深度討論。元宇宙到底是什么?元宇宙的主要特征是什么?元宇宙創建的核心技術是什么?元宇宙時代的教育形態與主要應用場景是什么?教育元宇宙面臨的未來挑戰是什么?

　　二、元宇宙的基本內涵與特征

　　(一)元宇宙的起源與發展

　　“元宇宙”是 Metaverse 的中文釋義，由 Meta 和 Verse 兩個詞根組成。Meta 源自于希臘語超越(Beyond)之意,從語用學視角看也譯為希臘語之后(After);Verse 由 Universe 演化而來，意指宇宙或者世界。元宇宙(Metaverse)一詞意味著穿越現實形成的一個被認可的新王國。“元宇宙”這一術語最早由科幻作家尼爾·史蒂文森(Neal Stephenson)在小說《雪崩》中被創造[11]，后續的《頭號玩家》、《西部世界》以及《黑客帝國》等科幻影片更加逼真地描述了“元宇宙”的基本構想。元宇宙(Metaverse)一詞在羅布樂思上市的招股說明書中被明確提到之后，關于元宇宙基本內涵的解釋開始呈現多樣化發展，特別是臉書創始人扎克伯格利用視頻形象地呈現了元宇宙獨特的社交圖景。

　　(二)元宇宙的定義

　　盡管目前元宇宙并未形成統一的界定，但是人們對元宇宙存在著具身網絡說、社會生態說、虛擬時空說和虛實融合說四種主要解釋。

　　1.元宇宙具身網絡說

　　元宇宙具身網絡說起源于臉書(Facebook)創始人馬克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)宣布從社交媒體公司轉變為一個元宇宙公司，該公司將成為一個融合真實世界和虛擬世界的 “具身化互聯網”(Embodied internet)公司[12]。馬克·扎克伯格的元宇宙構想視頻演示了虛實融合的具身體驗，創建了一個以虛擬現實、混合現實、數字孿生以及人機交互等技術為基礎的虛實共在、虛實交互以及具身體驗的互聯網時空[13]。人們可以在元宇宙中享受“真實” 的社交、生活以及工作等沉浸體驗，形成了虛擬中有現實、現實中有虛擬的具身互聯網時空。

　　2.元宇宙社會生態說

　　將元宇宙看作是社會生態系統的真實映射是元宇宙社會生態說的本質特征，超越了僅將元宇宙視作基于虛擬現實技術的具身網絡的基本觀點。易凱資本元宇宙報告明確闡明了元宇宙是現實世界多種因素的融合體，人(生產力)、人際關系(生產關系)、環境、社會生產資料(物料)、法律關系、經濟系統(交易體系)以及技術生態體系等共同構成了元宇宙系統 [5]。通過對這些要素的改造和重構，形成了實時映射現實世界且獨立于現實世界的元宇宙。元宇宙將會創建一個以元宇宙居民為行動者和生產力的社會時空，具有唯一身份標識的元宇宙居民在元宇宙中的生產生活、法律規范、經濟體系、基礎設施以及技術工具等支持下，構建了一個基于元宇宙的全真社會生態系統。

　　3.元宇宙虛擬時空說

　　元宇宙是一個人造的平行于現實世界運行的虛實融合空間[14]，是一個整合了 3D 圖形、屏幕或者虛擬現實的在線共享空間[15]。元宇宙虛擬時空說用來刻畫虛擬宇宙中共享的、持久的以及沉浸的三維虛擬時空[1]，人物身份、沉浸感、朋友、多樣性、低延遲、泛在化、經濟制度以及文明禮儀八個特征形成了元宇宙虛擬時空系統。從技術構建的視角看，維基百科將元宇宙描述為一個集體共享虛擬空間，由虛擬增強的物理現實空間和物理持久的虛擬空間融合創造而成，是虛擬世界、物理世界以及互聯網的融合共生[7]。元宇宙不僅是一個映射物理空間的數字孿生空間，而且是一個虛擬現實共存的數字化空間。元宇宙是一個抑或一簇交互、沉浸式和協作的共享虛擬 3D 世界，能夠實現真實物理空間與虛擬物理空間的相融相生。

　　4.元宇宙虛實融合說

　　最具代表性的元宇宙虛實融合說是清華大學新媒體研究中心提出的“融宇宙”觀，將元宇宙視作融合虛擬和現實的“融宇宙”和超現實宇宙[2]。元宇宙是整合諸多新技術創設的新型虛實相融的互聯網應用與社會形態，利用擴展現實技術為元宇宙居民提供接近現實的沉浸式驗，借助數字孿生技術實時映射現實世界，基于區塊鏈技術搭建元宇宙空間的信任機制、經濟體系以及虛實物體交換制度等，實現了虛擬世界與現實世界在社交系統、經濟系統以及身份系統上的密切融合，為每個用戶提供了元宇宙空間內容生產和世界編輯的權限。通過一元宇宙、多元宇宙、跨元宇宙以及超元宇宙的元宇宙進化發展，實現人類在現實世界和虛擬世界的生存方式和空間多維拓展以及綜合感官。

　　綜上所述，盡管人們對元宇宙的詮釋存在不同觀點，但是這些觀點存在著一些共同特征，諸如深度沉浸感、社會生態文明、虛實空間交互融合以及自由創造等。基于此，本研究認為元宇宙是以數字孿生、人工智能、人機交互、物聯網以及高速通信等技術為基礎，為滿足人們深度沉浸感、跨域社交娛樂、超現實創造等需要，創建的平行于真實世界且又獨立于真實世界的自然與社會交融的虛實融生生態文明空間。元宇宙是一個自然與社會交融的生態文明空間，不僅是對扎克伯格具身網絡元宇宙觀的超越，而且從一個獨立的和虛實交融的跨元宇宙系統觀詮釋了元宇宙的本質特征。

　　(三)元宇宙的主要特征

　　基于對元宇宙相關特征[1-2, 5]的分析，元宇宙的突出特征是深度沉浸式體驗、具身社交網絡、群體自由創造、社會文明生態以及虛實融生共在。

　　1.深度沉浸體驗

　　“感知即真實”是元宇宙深度沉浸體驗的本質表現。在增強現實、生命記錄(Lifelogging)、鏡像世界和虛擬現實等技術的加持下，元宇宙居民不僅能夠獲得與真實世界同樣的真實體驗，而且全生命周期的生命記錄進一步增強了沉浸體驗[16]。元宇宙并非是虛擬現實游戲、3D 虛擬空間抑或虛擬社交空間，而是一個以數字孿生、增強現實、物聯網和腦機接口等技術為基礎創建的平行于自然世界且又獨立于自然世界的高保真空間。正如扎克伯格將臉書轉變成為一個虛實融合世界的“具身互聯網”一樣，元宇宙將使人們獲得真實的社交體驗、沉浸的環境感知以及多模態生存感受。深度沉浸體驗不僅強調了人們能夠在元宇宙中獲得真實體驗，而且可以在自由穿梭于元宇宙與物理空間之間獲得超現實的沉浸體驗。

　　2.具身社交網絡

　　感知社交、共在效應以及情感體驗等是元宇宙具身社交網絡的突出優勢。元宇宙將為人們帶來全景式的社交感知體驗，創建虛實場景共在的在場效應，特別是為人們提供了真切的社交情感體驗。扎克伯格構想的元宇宙突出描述了人們在元宇宙空間進行娛樂、游戲、工作或者生活的社會交往形態，逼真地呈現了人的虛擬化身遨游在元宇宙中以及與他人進行社交的感知體驗。羅布樂思的大衛·巴蘇基從身份(Identity)和朋友(Friends)兩個維度闡述了元宇宙社交網絡的虛實融合功能[17]，元宇宙居民利用自己的元宇宙唯一身份能夠進行全方位社交，諸如朋友、戀人以及親屬等。元宇宙提供的跨域社交也為人們帶來了超現實的社交體驗，每個個體能夠在不同的元宇宙中以不同角色獲得獨特的社交體驗[18]。

　　3.群體自由創造

　　共創、共治和共享是元宇宙的基本價值觀，其核心特征是數字化創造，群體自由創造是元宇宙存在、發展以及迭代更新的根本動力[1]。個體創造活動是元宇宙創造的基礎，元宇宙為個體創造活動提供了個性化空間、自創工具以及智能會話等功能。元宇宙引發參與、促進交互以及持續發展的根本動因是激勵創造興趣、引發創造靈感以及促進創造分享。元宇宙居民將從自我創造中獲得生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現需求的滿足感。群體自由創造是基于個體創造實現的，元宇宙為群體協作操控、分布式協同創新以及創新成果保護等提供了充分的支持。

　　4.社會生態文明

　　元宇宙是超越物理世界形成的新的社會生態文明。元宇宙的社會生態文明是去中心化的、永續存在的以及體系完善的，具有完整的經濟制度體系、符合實際的法律制度以及完善的元宇宙基礎設施[17]。元宇宙一定是以去中心化的社會形態存在的，不僅是由元宇宙居民的參與特征、元宇宙發展進程以及元宇宙分布式網絡等因素決定的，而且是實現元宇宙快速發展、群體創新以及數字經濟發展的基本制度保障。去中心化的元宇宙是確保元宇宙居民數字資產進行跨區域交易的重要基礎，是消解現實空間的制度、條件以及才能等因素束縛的關鍵。去中心化并不意味著混沌、無序以及暴力，在基于區塊鏈構建的元宇宙信任體系和公共秩序規則保障下，能夠形成良好的社會生態、對抗互聯網巨頭以及遏制商業壟斷等問題。

　　5.虛實融生共在

　　元宇宙將呈現三個典型的發展階段，包括虛實共生、虛實莫辨、真元宇宙時代[17]。虛實共生以現實和數字世界的相互聯通為典型特征，虛實莫辨以海量的子元宇宙誕生為標志，真元宇宙時代以腦機與 AI+系統互聯為主要特征。在數字孿生、物聯網、高速通訊、腦機接口以及穿戴設備等技術的加持下，元宇宙與物理現實空間實現了虛實融合和共生。人們在物理世界和元宇宙中的行為或者屬性能夠進行相互映射，通過高科技手段實現人腦意識獲取、表達以及在元宇宙中執行操控。元宇宙中的人物虛擬化身是物理空間真實人物的鏡像呈現，不僅在形態、行為以及認知等方面與真實人物相同，而且具有超出真實人物的特殊功能，諸如騰空飛行、身形變化以及角色轉換等。

　　三、元宇宙賦能教育的著力點與應用場景(一)元宇宙賦能教育的著力點 1.元宇宙為教育新基建建設提供了新方向

　　教育新基建具有新網絡、新平臺、新資源、新校園、新應用和新安全六個關鍵特征[19]，需要從數字底座、應用場景、體系規范和目標引領四個層面構建教育信息化新基建標準的需求框架[20]。元宇宙將從根本上解決教育新基建分散建設、數據孤島、質量參差不齊等問題。教師、學生、教育機構或者公司等可以在共享的、開放的、標準化的、可創造的以及可擴展的教育元宇宙中進行學習。教育元宇宙的可創造性、可擴展性和永續發展等特征將為教師和學生開發自己的子元宇宙提供更多機會，也能激發師生進行教與學活動的興趣和動機。教育元宇宙將為公平且有質量的教育提供關鍵支持，學生和教師能夠享有知名院校教師的高質量教育機會，那些農村地區、僻遠地區以及普通院校的學生能夠獲得使用高精尖實驗設備的機會和協同探究實驗的體驗。

　　2.元宇宙為高質量的教育教學提供新動力

　　高質量的教育教學存在著金課說、目標說和核心素養說三種主要解釋。金課說將具有創新性、高階性以及挑戰度的課程教學視作高質量教學。目標說將能夠實現分析、綜合、評價和創造這些教學目標的課程教學視作高質量教育教學。核心素養說將能夠促進學生文化基礎、自主發展以及社會參與三個維度核心素養發展的課程教學看作高質量教育。根據三種不同的高質量教育教學解釋，高質量教育教學至少能夠促進學生的復雜問題解決能力、批判性思維能力和協作探究能力發展，然而傳統課堂卻難以為學生的這些能力培養提供有力支持。元宇宙具有的沉浸體驗、群體自由創造、虛實融生共在等特征將為高質量教學提供有力支持。元宇宙時代的教與學將會彌合課堂內外的界限，使課前自主學習和課內深度討論實現了有機融合，學生在課前、課中和課后均可以利用元宇宙實現跨時空的教與學沉浸體驗，利用元宇宙中已有的、自創的或者分享的創作工具進行協同探究學習。元宇宙將徹底解決時空局限、資源失衡以及社交受阻等問題，能夠實現高質量的教育教學。

　　3.元宇宙為學習過程提供了全景式新場域

　　學習過程是實現學習目標的根本途徑，能否為其提供富有成效的支持將決定學習的發生、發展和效果。教學事件、學習材料、學習活動以及學習資源等是支持學習者學習的重要條件，教師利用翻轉課堂、線上線下混合學習以及小組協作學習等方式提升學習績效。然而，學習過程由于時空局限、學習資源失真、學習空間分散等問題導致了課堂教學與課前學習是割裂的，課堂中學生的深度討論主要以抽象的形式存在，難以將深度討論的成果抑或創新靈感進行及時驗證與持續改進，最終導致富有成效的教學理論或者教學模式因難以獲得有力支持而最終失敗[10]。元宇宙的創建與發展將為解決這些教學問題提供有力支持，全景式學習場域為教師和學生的教學過程與學習過程提供全面支持。全景式新場域是基于數字孿生、物聯網、腦機接口以及穿戴設備等技術創建的教育元宇宙抑或教育子元宇宙空間，以超強社交、深度沉浸、高保真以及自由創造等功能為學習者的學習過程提供全面支持。學生能夠利用相關設備進入教育元宇宙空間，實現課前、課中和課后的教與學活動深度融合及其連續統發展，通過創建虛中有實、實中有虛的虛實融生學習環境加持學習過程。

　　4.元宇宙為未來虛實融合學習提供新方式

　　傳統的虛實融合學習環境以傳感器設備識別與獲取真實學習環境中與學習活動相關的數據為基礎，利用互聯網將虛擬學習環境與真實學習環境融為一體[21]，為培養學習者的高階思維能力提供了新的學習方式，諸如主題探究、協作學習、分布式學習、科學實驗以及機器人編程等[22]。然而，它們難以實現真正的虛實融合，主要表現為虛擬環境失真、虛實同步失調、遠程協作困難、空間社交抽象以及自創支持不足等。教育元宇宙以深度沉浸體驗、具身社交網絡和群體自由創造等特征為虛實融合學習提供了新方式，使得人、自然界以及萬物與元宇宙之間渾然一體。腦機接口將是人與元宇宙渾然一體的最高境界，使得人們能夠通過意識控制元宇宙中自我虛擬化身，與此同時也能夠獲得元宇宙中自我虛擬化身在其中的感受、認知以及體驗等。元宇宙的出現將可能轉變人們對“自我存在”的認知[17] ，使得人們難以區分自我是否處于真實世界還是元宇宙中。元宇宙提供的超強虛實融合功能將為教與學學習環境融合提供新方式，實現跨區域的深度參與學習、無障礙遠程協作學習探究、可驗證的實驗環境、自由創造的群體創客空間等。

　　(二)元宇宙賦能教育的應用場景 1.泛在可驗證的智慧學習范式

　　泛在可驗證是指教師與學生能夠利用教育元宇宙進行跨越時空的驗證性學習活動，教師和學生能夠在元宇宙空間根據學習需要進行及時的假設驗證以及方案改進等學習活動。泛在可驗證學習將是教育元宇宙賦能教育的主要應用場景，將會顯著消解課堂抽象討論、自學難以理解以及創造靈感難以實現等問題。泛在可驗證性智慧學習方式是以元宇宙的無限空間和教育教學功能支持為基礎的，為學習者在教育元宇宙空間進行研究假設、方案驗證以及持續改進提供了有力支持。只要學習者具備接入教育元宇宙的相應軟硬件，那么他們就能夠進行泛在可驗證性學習。泛在可驗證性學習以教育元宇宙的高保真、創造性以及靈活操控等特征為基礎，實現了假設驗證結果的虛實高度一致性和問題解決方案的高度遷移性。泛在可驗證的智慧學習過程主要包括創建問題解決情境、探究問題解決方案、建立問題研究假設、驗證與分析研究假設、結論探究與方案改進等。問題解決情境是基于教育元宇宙創建的問題解決環境，教師、教育機構或者研究者等可以為學生創建問題解決情境，教師和學生也可以利用元宇宙中現有環境作為問題解決情境。探究問題解決方案和問題研究假設的建立不僅可以在教育元宇宙中通過師生強社交和深度互動完成，而且也可以在課前、課中和課后的不同學習階段利用元宇宙進行靈活性的研究假設討論。驗證與分析研究假設需要充分利用元宇宙及其人機交互設備，發揮元宇宙可進行群體創造的功能，使得學生在元宇宙中能夠持續操控設備、修改參數、觀察與分析實驗狀態以及系統為學習者提供的智能反饋信息與決策等。結論探究與方案改進是師生抑或專家等圍繞數據結果進行的深度討論活動，基于此再次進行問題解決環境的創設、驗證、分析、討論以及方案改進等活動。

　　2.深度沉浸的體驗性學習過程

　　具身認知理論將認知、記憶、思維、情感、學習和態度等看作是身體與環境交互塑造的結果，身體的物理體驗制約了心智活動的特征和性質[23]。教育元宇宙的深度沉浸體驗性學習將能有效突破傳統課堂體驗學習的局限。體驗學習又稱為經驗學習，將學習看作體驗的轉換與知識創造的過程[24]。體驗學習圈通過具身體驗、反思觀察、抽象概括以及行動應用四個連續階段描述了學習者體驗轉換的基本過程，揭示了發散學習、同化學習、輻合學習、順應學習的基本過程，概括了感知獲取、內涵轉換、領悟獲取以及外延轉換的知識創造過程。基于教育元宇宙的深度沉浸體驗性學習突破了傳統課堂、在線學習空間以及混合學習的學習環境局限，使學習者能夠隨時進行高保真學習環境的體驗學習，利用教育元宇宙的群體創造功能進行反思觀察與行動應用。

　　深度沉浸的體驗性學習過程是基于元宇宙進行的具身體驗、反思觀察、抽象概括以及行動應用等學習活動。就具身體驗學習階段而言，教育元宇宙提供的具身體驗不僅為學習者提供了逼真畫面，而且他們能夠利用穿戴設備、腦機接口以及人機交互等技術與教育元宇宙中的人物、實驗設備以及自然環境等進行實時流暢互動與智能反饋。反思觀察是師生、生生或者其他參與者可以利用元宇宙的群體創造與具身社交功能進行實時的反思觀察，使得具身體驗與觀察反思融為一體來實現發散學習與內涵轉換。抽象概括是學習者或者學習群體可以利用教育元宇宙提供的協同編輯、智能分析以及事物全生命周期記錄與預測等功能進行的抽象概括、因果解釋抑或結論闡述。行動應用是指教育元宇宙提供的自我創造和群體協作創造的功能為學習者進行假設驗證、實踐應用以及知識遷移等提供的支持。

　　3.跨時空深度協作發現式學習

　　跨時空深度協作發現式學習是以發現學習理論[25]為指導進行學習資源和學習過程設計，利用教育元宇宙為學習者提供可供自我抑或群體探索的學習資源，基于元宇宙的沉浸體驗、具身社交以及群體自由創造等功能促進學習者獨立思考、自行探索與內容掌握。可自行探索的學習資源是發現式學習能否有效發生的關鍵，其決定了發現式學習的發生、發展和效果。以往為學習者提供的學習資源主要是文字、圖片、視頻、失真的虛擬現實或者極其有限的實物等，難以支撐學習者進行自我探索抑或群體探索，諸如缺乏交互性、可操作性差、反饋信息缺失、時空跨越性受限以及決策支持不足等。教育元宇宙將為學習者的發現式學習提供多維支持，諸如群體自由創造、具身社交以及虛實融生。跨時空深度協作發現式學習過程主要包括四個主要階段。第一，提出與明確問題。教育元宇宙將轉變以往教師負責提問的學習方式，而是為學習者創設蘊含問題的場景抑或以人工制品優化為導向的問題解決情境。第二，創設問題解決環境。教育元宇宙通過智能合成問題的方式為學生創建從良構問題向非良構問題持續發展的問題解決學習環境[26]。第三，群體協作問題分析與方案討論。學習者需要充分利用元宇宙中物體可探索、工具可操控以及數據全生命周期監控等功能，進行問題解決方案的持續協作探索。第四，智慧引擎促進最佳方案探析。學習者抑或智慧學伴利用學習分析、大數據、人工智能以及自適應學習等技術生成多樣化方案，利用提供的工具或者實踐場景進行問題解決方案的驗證與最佳方案甄選。

　　4.虛實融生的協同性知識生成

　　虛實融生的協同性知識生成是指學習者與元宇宙居民利用元宇宙的虛實融生特性，進行虛擬與現實環境的任意切換、理論與實踐的及時驗證和改進。教育元宇宙的虛實融生初級階段是增強現實，發展階段是數字孿生，高級階段是人腦融合或者人類意識的網絡永生。虛實融生的協同性知識生成解決了虛擬與現實學習環境融合受阻問題，學習者利用虛實角色隨機切入教育元宇宙中改進問題解決方案。數字孿生技術加持下的教育元宇宙，虛擬與現實的界限逐步模糊。教師、學習者抑或元宇宙居民等在虛實融生狀態下，能夠圍繞實踐問題、實驗過程、研究假設以及問題解決方案等進行分析與知識改進，任何元宇宙空間的個體抑或群體都可以在虛實融生的狀態下進行協同知識生成。虛實融生的協同性知識生成學習主要包括五個關鍵步驟。第一，虛實融生的學習環境創設是指基于元宇宙的可擴展、可創造以及可監控等功能，實現元宇宙學習空間與現實學習空間的功能連接，使學習者能夠在虛實空間進行相互操控和行為映射。第二，虛實交融的跨界問題解決探究是元宇宙為師生提供的虛實跨界交替問題解決的技術支持，能夠實現隨機抑或隨時切換虛實空間進行問題解決。第三，虛實交融的跨界問題解決探究將能夠顯著消解翻轉課堂課前、課中和課后因時空局限導致的課前缺乏深度討論、課中實踐驗證缺位以及課后深度討論不足等問題。第四，虛實共體的協作交互驗證是利用元宇宙高保真、實時交互以及全生命周期監控等功能實現的虛實空間交替檢驗研究假設的目的。第五，群體智慧生成的知識創造是師生協同元宇宙居民并參照實驗數據進行的問題解決方案創新過程。

　　四、元宇宙教育應用的基本架構(一)教育元宇宙的關鍵技術

　　教育元宇宙的關鍵技術不僅繼承了元宇宙的所有技術，而且也需要提供促進教與學的關鍵技術。基于元宇宙關鍵技術[1-2, 17]多種描述，教育元宇宙需要具備至少五個關鍵技術，包括人工智能技術、交互技術、區塊鏈技術、物聯網技術、學習分析技術。

　　1.人工智能技術

　　人工智能技術是教育元宇宙萬物智慧的根本技術，使教育元宇宙的教師、學生以及物體具備了社會交往、協作參與以及自適應學習等功能。機器學習是教育元宇宙所有系統、居民、生物以及物體具有超級智能的基礎，通過自我機器學習與智慧共享實現智慧化、能動性與主體性。自然語言處理技術是人機之間運用自然語言實現有效通信的方法和理論，為確保教育元宇宙中師生溝通、人與物互動、物與物通信、虛擬與現實通信等提供了根本保障。智能語音以語音合成和識別技術為基礎，為教育元宇宙居民、用戶以及智能物體之間、用戶與教育元宇宙系統之間的語言識別、多語言互譯、關鍵信息智能抓取、違規內容過濾等提供支持。計算機視覺是利用攝像機抑或虛擬攝像機、圖像識別以及人工智能圖像算法等實現對教育元宇宙目標識別、動態跟蹤以及數據測量。

　　2.交互技術

　　交互技術是教育元宇宙為學習者提供沉浸學習體驗、具身群體社交以及探索性學習等支持的關鍵技術，主要包括混合現實、全息投影、腦機接口以及體感技術等。混合現實涉及虛擬現實、增強現實以及擴展現實等技術，能夠為教育元宇宙師生提供深度沉浸體驗與身臨其境的交互感受。全息投影能夠為教師和學生提供逼真的畫面，教育元宇宙中的師生可以直接感知和體驗現實與虛擬環境。腦機接口為人與元宇宙深度融合的最高境界提供支持，師生通過腦機接口技術利用意識操控教育元宇宙中的虛擬化身以及萬物互動，甚至可以進行人類意識的網絡存儲和網絡化再生。體感技術為師生與虛實環境互動提供有力支持，使師生能夠擺脫復雜昂貴的穿戴設備來實現沉浸學習體驗和具身社交。

　　3.區塊鏈技術

　　區塊鏈是指一種利用密碼學按時間序列將數據區塊依次相連而組成的鏈式數據結構形式 [27]，其防篡改性、分布式記賬和可編程性等特征[28]能夠實現數據信息的全程留痕、可以追溯、公開透明、不可偽造以及集體維護等功能。區塊鏈的這些特征使學習過程、學習評價、學習行為、社會交易以及生態系統等能夠在高度的信任制度體系中得到良好發展。區塊鏈技術主要由哈希算法與時間戳技術、分布式存儲、數據傳播與驗證機制、智能合約以及分布賬本等組成。區塊鏈為教育元宇宙用戶提供了底層數據的保密性與可追溯性支持，為學分制度、數字徽章以及終身教育考評等提供了平等且公開的保障機制，使得學習者在教育元宇宙中的數字資產、信用等級、虛擬身份等能夠進行虛實空間交換。

　　4.物聯網技術

　　物聯網技術是指利用各種傳感器采集任何需要監控物體或者過程的各種信息，實現人與物、物與物的泛在互聯、智能感知等。物聯網技術是構建平行于現實世界教育元宇宙且相互交融的基礎。支持教育元宇宙的物聯網技術主要由感知層、網絡層和應用層三個部分組成。感知層主要由溫度、氣體、濕度和聲音等傳感器組成，為教育元宇宙與物理世界萬物的相互映射、虛實孿生和感知萬物提供信息來源。網絡層主要利用高速通訊技術進行泛在高速數據通信，為教育元宇宙感知、映射與操控世界萬物提供數據傳輸支撐技術。應用層主要以鴻蒙系統、遠程協作實驗系統以及虛實交互操作系統等對教育元宇宙萬物進行鏈接和操控管理，是教育元宇宙實現虛實共生以及師生與萬物共生的基礎。

　　5.學習分析技術

　　學習分析是測量、收集、分析以及報告學習者及其學習環境生成的數據信息，旨在掌握與優化學習行為和發生情境。學習分析主要利用數據和模型對學習者的學習行為和績效進行預測與干預，涉及學習者知識建模、學習活動跟蹤、學習者畫像、學習情緒建模、教學策略與教學資源優化、個性化學習與自適應學習系統等技術[29]。教育元宇宙利用學習分析理論與技術為師生提供支持，促進個性化學習與提供學習服務。利用學習行為與學習活動跟蹤技術構建并持續改進學習者的知識模型，根據學習者的知識模型為學習者提供個性化的知識推送與學習服務。根據教育元宇宙的強社交特征，學習情緒建模不僅是教育元宇宙空間良好學習氛圍的關鍵，而且也是智慧學伴、智能導師以及元宇宙居民為其提供情緒支持的基礎。

　　(二)教育元宇宙智慧學習空間

　　教育元宇宙是以元宇宙為基礎創建的具有特殊教育目的的智慧學習空間。元宇宙的任何事物和“生命體”都可以作為教育元宇宙中師生的學習資源、學習環境、學習工具以及社交對象。教育元宇宙以提升學生的核心素養能力、高階思維能力以及全面發展為根本目標，構建了教與學資源生態、社會交往、探究學習以及評價系統等關鍵功能系統。教育元宇宙并非人類實現教育目標的唯一理想狀態，需要構建現實物理世界與教育元宇宙之間的虛實融生與跨界探索的學習模式。未來人類教育應是以現實物理世界為基礎，利用教育元宇宙進行加持，最終走向星際文明的理想教育狀態，如圖 1 所示。

　　1.教育元宇宙智慧學習空間

　　(1)資源生態

　　資源生態是學習者進行發現學習、探究學習以及知識創新的重要基礎，其生成方式包括自創資源、群創資源、原生資源、過程資源以及智生資源。自創資源是基于元宇宙的可創造、可操控以及可修改等功能實現的，教師、學生、家長以及其他群體可根據需要進行創造、分享以及獲得回報。自創資源是教育元宇宙資源生成和發展的重要動力。群創資源是群體利用教育元宇宙的協作創造功能進行的龐大資源系統、高精尖資源以及資源缺陷改善等學習活動。原生資源是指元宇宙或者教育元宇宙創建之初就已具備的資源，創作者可以基于底層開發框架進行應用程序或者資源開發。過程資源是指教育元宇宙系統運行過程中生成的數據信息或者物體，為師生回溯、探索和分析事物的發展變化提供了關鍵的數據資源支持。智生資源是指教育元宇宙中的智能體根據需要或者“自我繁殖”等特性實現的資源自我生產，賦予了教育元宇宙物體自我生產能力。

　　(2)社會交往

　　教育元宇宙能夠實現師生與萬物之間的跨時空具身社會交往體驗，主要涉及人機交往、師生交往、生生交往、物物交往、虛實交往。人機交往是指現實物理空間中的個體利用穿戴設備與教育元宇宙中的自我虛擬化身進行的孿生化交往，主要變現為虛擬化身映射物理空間的個體屬性與行為以及虛擬化身能夠與實體進行自我對話、評價、反思以及意識共享等。師生交往是指師生在教育元宇宙中以具身認知體驗的方式進行情境性、探究性和驗證性的學習活動。生生交往是指學習者在教育元宇宙中利用各自虛擬化身進行的社會交往、協同實踐探索。物物交往是指被賦予智慧的物體將能夠進行物體之間的社會交往，使得教師、學生以及物體之間能夠實時共享信息、情感交流以及超現實的社會互動。虛實交往屬于現實物理世界與教育元宇宙之間的跨界交往交流，教育元宇宙中通過嵌入真實世界的情境以實現虛實人際交往、人物交往以及萬物共生的目的。

　　(3)探究學習

　　探究學習是指學習者與其他學習者、教師、智能體以及多種智慧物體進行的實踐探索、理論反思以及知識創造等活動，主要包括自我探究、群體探究、實踐探究、改進探究以及智慧生成等。自我探究是學習者根據學習目標、學習計劃以及學習任務，利用教育元宇宙中的學習資源、學習工具以及學習環境進行的一種以興趣或者任務導向的學習活動。群體探究是由不同地域、不同類型和不同層次的學習者，以協作的方式進行復雜問題解決的學習活動。實踐探究和改進探究是以“做中學”理論指導的教與學學習活動，學習者不僅能夠完成現實世界幾乎所有的實踐學習活動，而且能夠完成超現實的學習活動。譬如，學習者能夠通過自身飛行功能實現對宏觀和微觀事物的觀察與探索，利用各種工具對事物進行分割、重組以及創造等。智慧生成是指學習者可以根據教育元宇宙的全生命周期數據、智能決策推薦以及實踐反饋數據等進行問題創新性解決、未來發展趨勢預測以及知識創造等活動，為學習者的知識創造、創新靈感以及群體智慧等提供有力支持。

　　(4)評價系統

　　評價系統是為描述教師、學生以及智能體的教與學行為與績效創建的，主要涉及評價內容、評價表征、評價跨度、評價維度和評價機制。評價內容主要評估學習者的核心素養、高階思維能力以及能力發展，評價對象是學習行為數據、學習資源與工具使用、人工制品、互評與反饋信息、社會交往、情感與態度等。評價表征是指呈現學習者評價信息的方式，諸如數據儀表盤、全生命周期查詢系統以及虛實映射評價表征等。評價跨度是指評價時間、評價對象和評價空間的范圍與程度。評價跨度是面向對象全生命周期的評價，對象范圍涵蓋了整個教育元宇宙的任何事物及其過程數據，評價空間是面向生態系統的、立體性的以及發展性的評價。評價維度是依據教與學目標劃分的，需要關注的是自我和群體創造過程以及他們的能力發展。評價機制是以區塊鏈技術構建的評價方法體系，可以實現教育元宇宙中學習者評價的全程留痕、可以追溯、公開透明以及不可偽造等目標。

　　2.現實物理世界與教育元宇宙的關系

　　教育元宇宙是平行于且超越現實物理世界的智慧學習空間，現實物理世界是教育元宇宙的根基，教育元宇宙繼承和發展了現實物理世界的屬性和行為。基于教育元宇宙的教與學行為是建立在現實物理世界與教育元宇宙之間虛實融生基礎之上的，學習者的學習行為是基于兩者的跨界融合學習。教育元宇宙雖然可以為學習者提供現實世界抑或超現實世界的幾乎一切事物，但是人必然是存在于現實世界之中的實體生物，身體素質的培養、自然世界的探索以及研究結果的現實應用等都需要在現實世界中實現。未來教育將是在基于現實物理世界和教育元宇宙構建的虛實融生環境中進行的高質量學習，通過它們的優缺互補實現高質量的教育發展。學習者可以在未來利用更加便捷的教育元宇宙訪問設備實現虛實環境的跨界學習，使得學習者能夠根據學習需要進行持續假設驗證和實踐探索。

　　3.星際文明與教育元宇宙之間的關系

　　雖然元宇宙能夠為人類提供一種新的虛擬文明，但是元宇宙也被人們看作是人類的一種文明內卷，甚至可能將人類帶向“缸中之腦”悖論的方向，教育元宇宙也存在這樣的風險。人類教育不能被局限于教育元宇宙這種虛擬文明中，星際文明探索才是人類教育發展的未來理想目標。星際文明是教育元宇宙社會文明的重要來源，隨著星際文明的深度探索和發展，教育元宇宙的社會文明形態也會逐步拓展和完善。與星際文明相比，教育元宇宙僅是人類社會交往、學習空間以及學習內容等方面的重要場域，教育需要為學習者提供邁向星際文明的重要學習工具、學習資源以及學習途徑，培養學習者適應未來的強健體魄、健全人格以及創新能力，不能最終把學生變成或者培養成為利用營養液培養的“缸中之腦”。

　　五、教育元宇宙應用面臨的挑戰與解決路徑(一)研制教育元宇宙的體系結構與技術標準

　　教育元宇宙的終極理想狀態是構建平行于世界的另一個社會生態系統，實現這一理想必須統一規劃布局和制定技術標準。首先，需要從國家和全球層面上共同協商教育元宇宙的技術標準。充分發揮國際和國家相關信息技術標準化組織的作用，通過與元宇宙公司、教育機構以及政府部門等進行溝通，實現學習系統架構、學習技術系統架構、元宇宙框架等技術標準化抑或制定數據兼容標準。其次，建設“積木式”的開發框架。教育元宇宙是一個龐大的系統性工程，絕對不可能一次就能建成永久性的教育元宇宙，技術發展、師生需求、學習資源供給以及教與學目標變化等決定了教育元宇宙體系框架必須具有可拓展、可連接以及可發展等特征。“積木式”元宇宙開發框架通過功能模塊化、接口標準化以及元數據格式統一化等途徑，能夠實現教育元宇宙的快速拓展與功能完善。

　　(二)構建相關群體的教育元宇宙研發共同體

　　構建相關利益群體的研發共同體將是實現教育元宇宙快速發展和持續發展的關鍵。第一，政府和教育結構需要引導、培植與鼓勵具有尖端技術的公司創建教育元宇宙，從制度建設、資金投入以及稅收管理等方面給予充分支持。第二，形成以政府主導、科研院校共同參與的研究共同體。教育元宇宙建設是一個跨學科的復雜性工程，需要搭建不同研究團隊、學科群以及研究機構等之間的合作研發機制。第三，激發個體成為個性化子元宇宙開發的有生力量。教育元宇宙的自我創建和兼容機制為無限創建子元宇宙提供可能，個體將成為子元宇宙或者個性化空間的主要創建者。教育元宇宙總平臺可以通過獎勵、交易以及使用權限等方式激發個體進行創建，使個體不僅能夠在教育元宇宙中得到滿意的回報，而且能夠將其與現實世界的物體進行兌換和連接。

　　(三)探索基于教育元宇宙的教學模式與策略

　　元宇宙的教育應用對傳統課堂的教學模式和教學策略將會產生重要影響，需要教師和研究者對教育元宇宙的教學模式和策略進行重新探討。第一，發揮科研項目在教育元宇宙應用中的引領、資助和推廣作用，增強國家社會科學基金和國家自然科學基金等科研項目資助教育元宇宙相關課題的力度。第二，激發一線教師和研究者在實踐中探索教育元宇宙教學模式和教學策略的積極性、能動性以及創造性，通過示范推選、重點資助、政策引領以及理論指導等方式促進高水平的教育元宇宙模式或者策略探究。第三，以學術交流促進教育元宇宙應用教學模式和教學策略的持續改進。通過搭建以教育元宇宙教育應用為主題的學術會議、學術論壇抑或期刊欄目等，不僅能夠引起教師、研究者抑或相關部門和公司的高度關注，而且能夠為教育元宇宙的教育應用創新提供思想碰撞和創新靈感的場域。

　　(四)教育元宇宙應用的缸中之腦悖論與防治

　　人們認為元宇宙發展的終極狀態是利用腦機接口實現人腦與元宇宙的融合，但是這將會使未來的學習者陷入“缸中之腦” 悖論之中。“缸中之腦”描述的是離身大腦與計算機相連進行信息傳遞抑或相互操控的假說[30]。教育元宇宙如果實現或者接近了“缸中之腦”假說，將會導致學習與身體的分離，那么未來教育將會使人類永久地存在于虛幻的教育元宇宙中。 “缸中之腦”假說為那些極端教育元宇宙應用的研究者提出警示，不管教育元宇宙如何發展，人類社會的教育始終應當是具身性的，是面向星際文明的。為避免教育元宇宙的“缸中之腦” 危險，國家政府、教育部以及教育機構需要制定相應的制度避免學習者過度沉浸于教育元宇宙中，可以從元宇宙使用時限、社會活動參與制度以及教育倫理等方面考慮。提高學習者的自我控制能力是解決這一問題的根本，培養學習者獨立思考、社會參與意識、探究星際文明興趣等是重要的解決途徑。