元宇宙教育应用的国际镜鉴：进展、趋势与挑战

□胡永斌 倪清 杨现民

一、元宇宙发展简史回顾

“元宇宙” 这一术语自出现以来一直受到文学层面尤其是科幻小说的关注。美国科幻作家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）1992 年出版的《雪崩》，以及欧内斯特·克莱恩（Ernest Cline）2011年出版的《头号玩家》都呈现了最符合当今人类想象的元宇宙。2007年，元宇宙首次受到技术专家的关注。来自哈佛大学、麻省理工学院、阿肯色大学等高等院校，以及来自谷歌、微软、林登实验室（Linden Lab）等互联网企业联合成立 “加速研究基金会” （Acceleration Studies Foundation，ASF），提出建立元宇宙路线图项目（Metaverse Roadmap Project）。该项目发布了全球首个元宇宙研究报告《元宇宙路线图：通往3D 网络之路》，并对元宇宙的概念、分类、现状与挑战、发展路径等进行了深入分析（Smart et al.，2007）。且该报告直言，长期来看，元宇宙将对社会形态产生革命性影响，它既是一种明智的商业战略，也是一种广泛的社会福利。

元宇宙领域的突破性进展出现在2017 年。美国比特币交易所Coinbase 的联合创始人弗雷德·埃尔扎姆（Fred Ehrsam）撰写了《虚拟现实将会是区块链的杀手级应用》一文（Ehrsam，2017）。该文回顾了《雪崩》和《头号玩家》描述的未来生活，并对当前魔兽世界（World of Warcraft）、脸书（Facebook）等由中心化组织运营的虚拟世界表示担心，因为这种中心化的运营方式可以随意剥夺用户的虚拟资产（包括社会地位、财富等），改变用户的个人档案，甚至删除用户的身份账号。弗雷德·埃尔扎姆提出的 “以区块链驱动元宇宙” 的构想，标志着元宇宙时代的真正到来。

2017 年以来， “元宇宙” 一词在国际加密社区非常火爆，虚拟货币、虚拟资产、虚拟身份、非同质化代币（Non-Fungible Token，NFT）等成为热点议题，越来越多的技术人员尝试用以太坊（Ethereum）区块链创建元宇宙项目，Decentraland、Cryptovoxels 等项目陆续上链。2020 年以来，全球科技巨头布局元宇宙，探寻未来信息技术的发展方向。元宇宙亦受到各国政府、金融机构以及行业企业的高度关注。从国家层面来看，美国、日本等发达国家积极布局元宇宙产业，韩国政府将元宇宙上升到国家战略并成立了元宇宙发展联盟。从行业层面来看，各行各业都开始关注元宇宙，探索利用元宇宙破解行业难题，促进行业创新发展。在金融领域，Kookmin等韩国银行已开始在元宇宙中开立分行，允许客户以虚拟化身与客服进行沟通交流（Park，2021）。在城市建设领域，韩国首尔市发布《首尔愿景2030》，提出从经济、教育、旅游、通信、城市、行政和基础设施等7个基础领域建设首尔元宇宙以提升城市服务（Oh Se-hoon，2021）。在医疗领域，索罗卡大学医学中心（Soroka-University Medical Center）使用Surgical Theatre公司的医疗元宇宙进行手术模拟，顺利完成了以色列首例连体双胞胎头部分离手术（Jaffe-Hoffman，2021）。在工业领域，德国宝马公司（BMW）利用英伟达公司的Omniverse 元宇宙构建了虚拟工厂，以对量产工厂进行实时仿真协作，彻底改变了宝马公司的规划流程，实现了智能制造（Nica，2021）。

当前，利用信息技术促进教育变革已经成为国际社会的普遍共识（胡钦太等，2018；杨现民等，2021）。随着元宇宙的逐步完善及其应用领域的不断拓展，国际上一些教育机构和学者开始关注并探讨元宇宙在教育领域的应用潜力。斯坦福大学（Stanford University）虚拟人交互实验室杰里米·拜伦森（Jeremy Bailenson）教授指出，教育是元宇宙的 “杀手级” 应用场景之一（Nover，2021）。德国亚琛工业大学（RWTH Aachen University）弗兰克·皮勒（Frank Piller）教授确信元宇宙教学比网络教学更接近课堂教学的学习体验（Almirall，2022）。希腊帕特雷大学（University of Patras）的斯蒂利亚诺斯·米斯塔基迪斯（Stylianos Mystakidis）教授指出，元宇宙将会成为促进教育民主化的重要因素，使全球学习者能平等参与、共同学习（Mystakidis，2022a）。整体来看，当前元宇宙的教育应用探索仍处于起步阶段，缺少成熟的理论成果和清晰的建设应用思路。有鉴于此，本研究将立足于国际视野，系统梳理和分析元宇宙教育应用的国际演进、应用模式和未来趋势，以期为推进元宇宙在教育领域的应用提供镜鉴。

二、关于元宇宙的5种主流认识观

元宇宙仍是一个不断发展演变的概念，当前人们对于元宇宙的认识主要形成了5 种代表性观点，分别是 “Web3.0 技术观” “终极游戏观” “虚拟现实观” “虚拟世界观” 和 “虚实融合观” 等。

第一，Web3.0 技术观。该观点认为元宇宙就是下一代互联网——Web3.0。Web3.0 是互联网从Web1.0 到Web2.0 不断迭代升级的下一阶段（Wood，2018）。区别于Web1.0 的 “只读” 数据和Web2.0 的 “读＋写” 数据，Web3.0 以区块链技术构建，用户可以控制乃至拥有自己创建的互联网内容。实际上，元宇宙和Web3.0 的概念仍有一定差异（Arvas，2022）。Web3.0是元宇宙的底层设施，是实现去中心化的互联网，每个用户都能掌握自己的身份和数据。而元宇宙则是基于Web3.0 技术体系和运作机制所建构形成的上层数字化生态，用户在元宇宙中进行社交、娱乐、创作、交易等活动都需要Web3.0技术作为支撑。

第二，终极游戏观。该观点认为元宇宙将是改变中心化互联网平台的解决方案。终极游戏（Ultimate Game），也可称之为元宇宙，将是一个终极形态的三维游戏，所有内容都是开放和彼此兼容的，大规模用户能够平等地在其中创作、体验和生活，同时获得经济回报（Sweeney，2019）。元宇宙具备赋能用户内容创作、创作者经济、平等和开放、大规模等特征，是一个真实且永远在线的游戏世界，不像电脑游戏一样可以暂停或者重新开始。全球顶尖游戏公司Epic Games 提供的Epic 在线服务和虚幻开发引擎（Unreal Engine）已经显现出元宇宙的雏形。

第三，虚拟现实观。该观点认为元宇宙是现有互联网技术的延伸，相当于将视频会议、电子邮件、社交软件升级为沉浸的三维虚拟现实空间，其核心是人与人的社交关系（Heath，2021）。用户可以通过VR、AR、个人电脑和移动设备等计算平台接入元宇宙，开展社交、办公、游戏、教育、健身等活动。Meta 公司CEO 马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）认为，元宇宙是一个 “具身化互联网” （Embodied Internet），其所具有的临场感、虚拟化身、瞬间移动、虚拟商品、自然交互等重要特征，使得人们可以走进这个虚拟空间去体验它。目前Meta 公司已陆续发布Horizon Worlds、Horizon Workrooms、Horizon Home等元宇宙社交应用。

第四，虚拟世界观。该观点认为元宇宙是一个大规模、可互操作的实时渲染三维虚拟世界。该虚拟世界可以让大规模用户进行实时和持久体验，用户可以获得临场感、身份、历史、权限、对象、通信和支付等信息的持续性数据（Ball，2021）。马修·鲍尔（Matthew Ball）将元宇宙的核心特征归纳为7个方面（Ball，2020）：（1）永久存在；（2）保持同步性和实时性；（3）对同时在线的用户数量没有限制，且能为每个用户提供一种独特的 “临场感” ；（4）形成充分的经济系统，参与者能够创作、拥有、投资、出售多种虚拟物品；（5）提供跨越虚拟世界和物理世界的体验；（6）数字资产、社交关系等内容可以在元宇宙的各个空间高度互通，元宇宙与物理世界存在广泛的交互接口；（7）拥有大量的内容创作者，可能是个人、小型创作团体或企业。马修·鲍尔所构建的元宇宙本质上是基于Web3.0 的生态系统，是互联网提供的服务。这种构想需要技术的极大进步才能支撑，届时法律法规、商业政策、消费行为也需要彻底改变。

第五，虚实融合观。该观点认为元宇宙是一个能让用户体验到的虚拟世界和物理世界相互作用、融合发展的混合空间（Smart et al.，2007），其底层是虚拟资产、虚拟身份和虚拟货币。通过扩展现实（Extended Reality，XR）技术，元宇宙能支持物理世界与虚拟世界进行无缝通信和多感官交互（Mystakidis，2022b）。换言之，元宇宙中的虚拟化身和物理世界的用户是同一个人，虚拟化身在元宇宙中可以参与社交、工作、娱乐、教育等社会活动。

综上所述，元宇宙既不是一个新概念，也不是一种新兴的颠覆性技术，而是麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）媒体实验室创办人兼执行总监尼古拉斯·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）教授所提到的人类数字化生存的新阶段。基于Web3.0 技术构建的元宇宙与以往基于Web2.0技术的网络世界的不同之处在于：元宇宙以XR 技术提升沉浸式体验，以区块链技术搭建经济系统和虚拟货币，以用户内容创作（User Generated Content，UGC）助力个人资产生成等。各种信息技术在元宇宙中集成融合，形成功能更加强大、过去单项技术难以实现的综合功能（Collins，2008）。因此，从本质上说，元宇宙就是一种虚实融合的混合空间，人类可以数字身份在其中生活、娱乐和社交，并在虚拟世界和物理世界之间进行无缝转换。

三、元宇宙教育应用的国际演进脉络

元宇宙教育应用的探索从万维网出现之时就已开始（Mystakidis，2022b）。鉴于元宇宙的研究进展主要聚焦在虚拟世界（Duan et al.，2021；Frey，2021；Marr，2022），笔者尝试梳理了虚拟世界教育应用的演进过程，以此窥探元宇宙教育应用的发展脉络（见图1）。

1. “三维虚拟世界” 阶段

上世纪90 年代中期，人们不再满足于基于文本的游戏交互， 转而探索三维虚拟世界（Three-Dimensional Virtual World，3DVW）的游戏和仿真软件。三维虚拟世界的规则来自物理世界，如能对重力、地形、运动、动作等进行实时仿真。用户可以自定义角色形象，使用个性化虚拟化身参与活动，与其他虚拟化身开展基于文字、语音、体态等方式的交流（Biocca et al.，2013）。该阶段的典型案例是1995 年出现的《动态世界》（Active World），该产品允许用户拥有自己的世界并在其中创作内容。《动态世界》在教育领域主要用于协作学习和项目学习。例如，美国部分中小学使用《动态世界》设计了美国航空航天局的Real World-In World 工程项目和EDUni-NY 等科学探究项目。纽约博物馆也尝试使用《动态世界》支持学习者开展STEM 项目学习。这一阶段日本世嘉（Sega）公司发布世嘉VR 头盔。该设备使用LCD 液晶显示屏、立体声耳机和惯性传感器，使系统能够跟踪用户的头部运动。三维虚拟世界能支持学习者持续的、不断增长的社会交往，因而成为合作教育的重要基础（Kluge et al.，2008）。此外，三维虚拟世界可以让学习者完成在物理世界中由于成本、时间或场所等限制而难以实施的任务，因而也备受研究者的关注。由于这一阶段的网络接入以传输速度较慢的拨号上网为主，因而多用户在线协作难以实现。

2. “在线虚拟世界” 阶段

2002年以来，随着宽带网络的接入和计算机图形处理性能的提升，支持多人协作的在线虚拟世界（Online Virtual Worlds，OVW）逐渐形成。用户可在仿真度更高的三维环境中进行实时交流、深度交互、内容创作和物品交易。比如，2003 年发布的《第二人生》（Second Life），用户可在其中创作虚拟场景，自定义交互功能，拥有可与现实世界进行兑换的虚拟货币（Kemp et al.，2006）。2006年发布的Roblox在线游戏平台既是一个虚拟世界，也是一个游戏创作和交易平台，该平台对创作工具Roblox Studio进行持续升级，提供了强大的编辑功能和丰富的素材库，鼓励用户进行UGC创作和销售，开发者在得到Robux（Roblox世界的虚拟币）后还可以兑换成现金。2011 年发布的《我的世界》（Minecraft）是一个以方块进行交互的沙盒游戏平台，用户可以为游戏添加新的对象、角色和功能，开展探索世界、采集资源、合成物品及生存冒险等活动。《我的世界：教育版》是专门为课堂教学而设计的版本，内置多个模块、课程和练习，在生态学、生物学、化学、物理学、地质学和地理学等教学主题，以及数学概念和规则中具有较强的应用价值（Short，2012）。在线虚拟世界构建的高度仿真学习场景能为学生赋予极强的沉浸感和可玩性，UGC功能使用户更易于生产、传播和交易其创作内容，特别是VR 和AR 技术更丰富了在线虚拟世界的交互方式。然而，在线虚拟世界的交易方式并没有摆脱 “中心化” 的模式，虚拟资产和个人数据保护也未能实现，而且三维场景的实时渲染需要大量算力也导致渲染效果不尽如人意。

3. “链上虚拟世界” 阶段

随着以太坊区块链投入应用，在线虚拟世界融合了智能合约（Smart Contract）功能，从而形成了链上虚拟世界（Blockchain-Based Virtual Worlds，BVW），推动元宇宙迈向新的阶段。链上虚拟世界具有如下特征：（1）不由任何组织来控制，而是处于自治管理状态；（2）拥有以加密货币为中介的经济系统；（3）UGC较为普遍，用户是内容的创作者，可以通过创作内容获得经济回报。近年来链上虚拟世界不断涌现，例如，2018 年上链的Sandbox 沙盒游戏就是一个典型的链上虚拟世界，参与者或艺术工作者、游戏设计师可以通过Sandbox 提供的免费软件（VoxEdit 或 Game Maker）生产个人虚拟资产（如艺术画廊、3D 模型甚至游戏等）。Sandbox打造的元宇宙世界拥有独立的经济系统和SAND币，这种代币可以用于创建、购买和质押虚拟资产。在UGC机制的激励下，Sandbox中大量的场景、艺术品、模型、建筑等得以创造和交易，实现了虚拟世界生态系统的良性循环。此外，香港中文大学还基于CUHKSZ元宇宙原型系统构建了由基础层、交互层和生态层组成的数字孪生校园，实现了学生交流、个人展示、成就激励和校园服务等功能（Duan et al.，2021）。在区块链技术的支撑下，链上虚拟世界已实现了虚拟身份、虚拟货币、虚拟资产、UGC 激励、经济系统等诸多功能。但由于算力需求大，大规模用户并发的实时渲染尚未实现，沉浸体验等核心功能还有待提升。

四、元宇宙教育应用的四种典型情景

美国元宇宙路线图项目负责人约翰·斯马特（John Smart）提出了极具开创性和包容性的元宇宙应用情景分类框架（Smart et al.，2007），由于该框架体现了认知、身体、环境的一致性，具有丰富的认知具身化思想和教育意蕴，因而得到了普遍的认可（Kye et al.，2021）。当代具身认知理论重新审视身体、认知和世界的关系，提出 “身体是认知过程发生的核心” “认知产生于身体与环境的相互作用过程中” 等观点（陈醒等，2019）。与之相伴的具身学习鼓励并支持学习者的具身交互和感知体验，目的是实现学习者、学习环境、学习资源等要素的紧密耦合和动态演化。

具身认知理论为理解元宇宙的教育应用情景提供了一个新的视角。元宇宙中的学习过程体现在学习者身体的实践中，即身体与学习环境相互作用和相互交织，由此可以将元宇宙中的实践理解为杜威的 “从做中学” 。在具身认知视域下，以具身学习为目标，身体的 “内部—外部” 为水平轴，技术的 “增强—仿真” 应用为垂直轴，可以构建出如图2所示的元宇宙教育应用情景分类框架。其中， “内部” 关注学习者或虚拟化身的身份、行为和状态等， “外部” 聚焦学习者或虚拟化身以外的场景、信息和对象等， “增强” 是指叠加信息内容到物理世界的技术， “仿真” 是指将物理世界映射到虚拟世界的技术。

图2 元宇宙教育应用情景分类框架

由此，元宇宙教育应用情景可设计为虚拟世界（Virtual Worlds）、镜像世界（Mirror Worlds）、增强现实（Augmented Reality）和生活记录（Lifelogging）四种类型。产生具身认知的环境并不仅限于真实的现场环境，也可以是人造（技术）环境，或是通过语词唤起的过去表象与经验。根据上述具身效应产生的条件，殷明等（2015）将具身分为实感具身、实境具身和离线具身三种类型。上述分类框架中的虚拟世界和镜像世界属于实境具身，增强现实和生活记录属于实感具身，对其的定义、特征、教育应用和案例如表1所示。

表1 元宇宙的教育应用情景比较

“虚拟世界” 是一种以虚拟化身的视角来观察内部世界的应用情景，也是最常见的元宇宙教育应用情景。可将其定义为学习者以虚拟化身参与社交、娱乐、学习的沉浸式数字空间。虚拟世界的场景和规则可能来自物理世界，也可能是设计者幻想的世界。虚拟世界的学习者可以自定义角色模型作为虚拟化身，以走、飞、瞬移等各种方式移动，通过文字、图像、声音、视频等形式开展交流。尽管这个虚拟世界是 “虚拟” 的，它源自于设计者的创造和想象，但这个世界又是客观存在的，它在学习者离开后依然存在。

“镜像世界” 是一种对学习者的外部世界进行精准映射的元宇宙教育应用情景。可将其定义为依据物理世界的场景、信息和结构创建的数字空间。镜像世界是以数字形式呈现的物理世界，它通过地理位置或场景建模的方法来映射物理世界，提供一个模拟人类活动环境和活动方式的数字空间。人们可以在镜像世界中以 “人类尺度” 去观察自然界，在视野的深度、清晰度和透明度方面可以做到 “微观” “宏观” 或 “宇观” 。

“增强现实” 是一种可以把学习者的外部世界进行信息增强的元宇宙教育应用情景。可将其定义为利用位置感知或信息叠加的技术，将虚拟信息内容叠加到物理世界中从而实现虚实融合的数字空间。在虚拟信息内容重叠之后，增强现实不仅能够有效体现出物理世界的内容，也能凸显出虚拟信息内容的价值。

“生活记录” 是一种可以把学习者内部世界进行增强的元宇宙教育应用情景。可将其定义为学习者利用智能设备来记录个人生理和学习数据所形成的数字空间，具体包括锻炼、睡眠、饮食、生理指标、学习进度、测验成绩等。在医疗领域已经出现了利用可穿戴设备存储生物特征信息的服务，比如Apple Watch 可以记录运动量、睡眠质量、心脏健康、血压和血氧饱和度等信息，眼动仪可以记录眼跳、注意力等指标，脑波仪可以记录注意力、专注指数和放松指数等。

五、元宇宙教育应用的5种主要模式

教育是元宇宙应用的核心领域之一。目前国际上一些元宇宙机构或组织创建了多个元宇宙教育应用项目，尝试提供虚实结合、高度沉浸、开放融合、随时可学的元宇宙沉浸学习。笔者重点梳理了元宇宙作为学习平台、沉浸课程、虚拟学校、孪生校园和开放大学等5种潜在的教育应用模式。

1.作为学习平台，提供高度沉浸的学习环境

由服务机构提供沉浸学习平台，是目前国际领域较为常见的一种元宇宙教育应用模式。在该模式中，元宇宙服务机构提供高度沉浸的学习环境，而虚拟现实硬件设备、教学内容、讨论主题、组织方式等则由学习活动发起人准备。目前全球元宇宙市场 有 Horizon Workrooms、 Microsoft Mesh、 VR Chat、MeetinVR、Rec Room 等元宇宙平台均能提供高度沉浸的学习环境。

以Meta 公司发布的Horizon Workrooms 为例，该产品基于Oculus Quest 2 硬件，可实现虚拟化身、AR 透视、桌面识别、手势追踪、键盘识别、多任务模式等功能（Heath，2021）。在Workrooms中，身处世界任意位置的用户均可进行远程协作，支持接入的硬件包括VR设备、移动设备和个人电脑。Workrooms 的具体功能包括：（1）利用人工智能生成虚拟化身，最多支持50 个虚拟化身互动；（2）利用手势追踪识别用户手臂，完成虚拟化身的举手、竖大拇指点赞等动作，人机交互自然流畅；（3）支持办公电脑、键盘、演示文稿等共享到虚拟场景；（4）以原生和自然的方式提供高质量、低延迟、有向性的空间音效；（5）虚拟场景提供无限的白板空间可随时取用；（6）虚拟场景集成会议记录、文件共享、日历等；（7）虚拟场景中有若干套空间座位布局可供选择。

2.作为沉浸课程，提升在校学生的学习体验

为在校学生提供沉浸式课程，是一种有广泛需求的元宇宙教育应用模式。该模式中，课程提供方自研或租用第三方元宇宙平台，提供课程内容、课程组织、课程辅导、实践活动和成绩评定。元宇宙课程的高沉浸学习体验和高质量课程服务，正成为教育领域全新的课程形态。

斯坦福大学虚拟人交互实验室的杰里米·拜伦森教授发起的沉浸课程 “虚拟人” （Virtual People）就是一种开创性的尝试。该课程开设于2003 年，主要讲授流行文化、工程学、行为科学和传播学等领域的VR应用（Bailenson，2021）。随着新冠肺炎疫情（COVID-19）的突然暴发和持续蔓延，拜伦森教授意识到，元宇宙课程可以提供优于ZOOM 的学习体验。为此他于2020 年重新设计了教学大纲，在Engage 元宇宙平台（https://engagevr.io/）上开设了 “虚拟人” 课程，给全部263名学生邮寄了Oculus Quest 2 设备（要求课程结束后归还），并组织他们参与元宇宙课程学习。2021年夏天，所有学生在20 个星期内花了超过3300 小时一起在元宇宙课程中开展学习与交流。而且课程教学方式十分多样，包括集体授课，考察博物馆、海洋馆、火山口，体验体育课，小组讨论，表演音乐剧和滑稽剧等。拜伦森教授还给学生们安排了UGC创作，允许个人或团队建立他们自己的虚拟世界。正如拜伦森教授在接受访谈时所说的， “基于硬件、软件和课程内容，构建一个持久、稳定、沉浸的元宇宙课程，真正利用它们来实现教学目标是可行的” （Coin Yuppie，2021）。

3.作为虚拟学校，提供K-12课程及教学服务

国际上已出现了一些专门为K-12 学生提供学习服务的元宇宙虚拟学校。这些机构采用自主开发的元宇宙平台，聘任专职教师组织教学，提供适合学生的课程内容和个性化指导。随着元宇宙的发展，原来提供在线学习服务的虚拟学校开始向提供沉浸学习服务转型（Merod，2022）。

由美国达拉斯教育基金会（Dallas Education Foundation）发起建立的STEMuli（https://stemuli.net/）就是一个典型的元宇宙虚拟学校项目（Bosilkovski，2021）。在新冠肺炎疫情期间，达拉斯独立学区制定了为期3 年的 “未来学习计划” ，为中小学生提供互联网接入、移动设备和学习材料。为配合此计划，达拉斯教育基金会启动STEMuli项目，旨在满足达拉斯独立学区的线上教学需求。该项目吸收借鉴了 “我的世界” “堡垒之夜” （Fortnite）、 “模拟人生” （The Sims）等典型虚拟世界，设计了STEMuli的三维场景、交互机制、激励机制和经济系统（Vaughn，2022）。STEMuli 项目提供的教学服务主要包括：（1）支持学生在选择虚拟化身后进入虚拟校园和虚拟教室；（2）项目场景精准镜像了达拉斯独立学区的场景，学生在其中可以看到美国航空中心和达拉斯天际线；（3）教师登录后，可以用虚拟化身在教室授课；（4）学生的虚拟化身可以举手回答问题或参与课堂讨论；（5）学生按时上课、参与互动或完成作业，可以获得积分；（6）项目基于区块链构建，积分可以用来升级学生画像，兑换成数字货币，购买校园内的虚拟物品，甚至可以兑换成现金来支付账单。由于STEMuli项目体现了很大的商业价值和教育价值，美国达拉斯教育基金会拟再投入1500 万美元建设经费，进一步丰富教学内容，提升学习体验，探索元宇宙学习。

4.作为孪生校园，提升校园数字化服务能力

数字孪生校园是物理维度上的实体校园和信息维度上的虚拟校园同生共存、虚实交融的学校未来发展形态，它以虚拟服务现实、数据驱动治理为特征。数字孪生校园是元宇宙的典型应用，可提升校园数字化服务能力，助力智慧校园建设和应用。

香港中文大学人云系统实验室尝试设计了区块链驱动的CUHKSZ校园元宇宙原型系统（Duan et al.，2021）。该系统通过基础层、交互层和生态层等架构来实现物理校园和虚拟校园的虚实融合。在基础层，使用Blender 进行校园三维建模，使用联盟链和智能合约来支持生态系统，包括代币（Token）、去中心化自治组织（Decentralized Autonomous Organization，DAO）、交易系统等。在交互层，通过Unity 3D引擎进行交互设计，提供学生与元宇宙进行交互的界面（包括第一和第三人称视角），同时提供基于普适传感的交互服务（如基于位置信息的服务）。在生态层，基于区块链构建了代币应用系统以用于交易和投票，同时还建立了去中心化的自治组织（学生会等）。UGC是该项目未来的核心功能，为每个用户提供个人展示空间，支持用户自由定制传送门。比如，学生在校园展示UGC、竖立广告牌等均可设定为传送门，其他用户可以通过传送门进入对应的个人空间，并借助虚拟化身进行交流互动。此外，该项目还构建了一个人工智能驱动的元宇宙观察者系统，允许观察者分析系统的运营数据，并追踪校园元宇宙中正在发生的关键事件。

5.作为开放大学，提供高质量高等教育服务

继Coursera、Udacity、edX 等国际慕课平台之后，国际上还出现了一些专门为成人学习者提供 “元宇宙慕课” （Metaverse MOOCs）服务的开放大学，这是一种较为新颖的元宇宙教育应用模式。这些开放大学采用自主开发的元宇宙平台，聘任行业翘楚亲自实施教学，还能提供专业技能、就业创业方面的一对一指导。元宇宙慕课的教学活动比在线教学更接近课堂教学（Almirall，2022），已经吸引了大量风险投资。

Invact Metaversity 是一个面向成人学习者、以提供硅谷商业高级人才培养为特色的元宇宙创业项目，由Twitter 前负责人马尼什·马赫什瓦里（Manish Maheshwari）和微软前软件工程师塔奈·普拉塔普（Tanay Pratap）共同创立。该项目的特色在于由实践经验丰富的领域领军人物以虚拟化身方式参与教学。到目前为止，该项目提供了 “市场营销” 和 “产品开发” 两门课程。其课程服务包括：（1）以产业驱动和成果导向构建实践性强的商业课程；（2）全程提供沉浸式校园和沉浸式课堂学习；（3）学生使用虚拟化身，可获得虚拟资产（包括学习证书、教育背景、工作经验等）；（4）课程由行业资深人士负责策划和授课；（5）采用同步沉浸课堂、特邀报告、个案研究、角色扮演、同伴互评等多种学习方式；（6）由来自谷歌等行业翘楚提供一对一的学业和创业指导。截至目前，该 项 目 已 从 微 软 、 Meta、 Coinbase、 谷 歌 、Twitter、亚马逊、软银等全球互联网头部公司融资3300 万美元（ETtech，2022）。如果创业成功，该公司可能会超过Coursera和edX等现有以提供慕课服务为主的在线教育科技公司。

六、元宇宙教育应用的未来发展趋势

元宇宙是在线教育的新方向（刘革平等，2021），有助于满足人类日益增长的终身学习需求，适应学习者的学校学习、家庭学习和社会学习的需要，对于构建 “人人皆学、处处能学、时时可学” 的学习型社会具有重大意义。随着Web3.0、XR、人工智能、5G等技术的发展，虚拟世界和物理世界将加速融合，元宇宙教育应用可能呈现出如下发展趋势。

1.治理升级：去中心化自治组织提升教育治理水平

通过分布式记账、通证激励、智能合约、共识算法等，区块链可以完成人类大规模协作（梅晓丽，2020）。去中心化自治组织是架设在区块链技术上的一种组织形式，其运行依赖于智能合约，其目的是协同组织成员的利益，最终完成组织管理和组织决策。当以区块链作为底层技术构建元宇宙并应用于教育领域时，可能让教育组织走向去中心化，协助管理者进行更高效智能的教学管理。去中心化自治组织的价值表现在：（1）区块链本身的透明化和数据不可篡改等特征，可以规避虚假信息、保护学生个人信息、降低隐私泄露的风险；（2）依据智能合约，学生可对课程内容、教学资源、教师教学进行评价，也可进行同伴互评，且各类教学数据都通过区块链进行验证，确保其不被篡改；（3）教学数据、学习数据、评价数据、成果数据等可以在区块链上实现自动化和认证；（4）可管理和发布学历证书，实现学历证书的透明制作、发放和查验。元宇宙中的去中心化自治组织将借力区块链技术，实现教育组织的真正 “自组织” 运行。

2.供给升级：元宇宙将增强优质教育资源有效供给

在元宇宙中，Web3.0支持的低代码开发环境，以及仿真交互技术的模块化封装特性，将降低UGC开发者的资源开发门槛。以创作者经济（Creator Economy）为特征的元宇宙经济系统，采用Web3.0将资源共享平台改造成一个由创作者共同运营的去中心化社区。由于抛开了中心化平台的高额抽成，创作者的收益可能会增加，这将进一步激发他们的创作动机。UGC成为元宇宙的主流数字教育资源生产方式，有助于解决教育资源产能瓶颈，满足用户多样化、个性化的需求。此外，由于资源需要创作者付出大量的时间成本，而人工智能生成内容（AI-Generated Content，AIGC）技术的应用，能支持视频、音频、动画、AR/VR等不同类型教育资源的自动化生成，从而有助于提升创作的效率。

3.保护升级：元宇宙将提供教育资源的确权和验证

由于当前数字版权管理技术难以杜绝盗版问题，大多数资源创作者在教育资源开放共享过程中获益较少，这会对作者创作和出版商发行产生一定的消极影响。非同质化代币（NFT）的出现为数字教育资源的 “确权” 带来了曙光。NFT是指使用以太坊ERC-721 通证标准创建的智能合约。将数字教育资源作为资产 “上链” （也称 “发行” ），就可以通过NFT 记录作品的所有者，以及资源转移的历史记录。基于NFT 的唯一性和不可篡改性，可以实现数字资源的确权、验证、防伪以及溯源。由此可见，NFT 可助力数字教育资源的确权和验证，使元宇宙中的教育资源版权保护得到升级。

4.体验升级：拟真场景和自然交互将提升学习体验

传媒大师麦克卢汉曾经说过：媒介是人类感官的延伸。通过云渲染等技术，元宇宙能实时渲染出逼真的学习场景，给学习者创造一个超脱于常态生活的沉浸式环境。通过感知手套、感知背心、VR万向跑步机等技术手段，可将学习者的五感（视觉、听觉、触觉、味觉、感觉）逐一数字化，并将数字内容不断逼近现实的感官体验，更具有真实沉浸感。同时学习者也可以通过手势、声音、体感与其他虚拟化身进行更贴近自然的实时交互。随着脑机接口技术的成熟，学习者甚至可以直接用脑电波控制虚拟化身。因此，渲染技术、触摸感知技术和体感技术的发展将更加提升学习者在元宇宙中的学习体验。

七、元宇宙教育应用的现实挑战

与国外相比，我国研究者紧跟国际元宇宙研究前沿并取得了初步成果，但研究的深度与实践的广度还有待提升。当前，我国元宇宙教育应用主要面临应用落地、学习机制、教育风险、算力需求等方面的现实挑战。

1.应用落地问题

当前元宇宙受到广泛的社会关注，广大教育工作者充分认识到元宇宙在推动教育智能化、实现教育规模化和个性化等方面具有重要价值。然而，当前元宇宙的产业布局尚未形成，还处于起步探索阶段。2022 年以来，无锡、北京、上海、厦门等多地政府加紧布局元宇宙产业，密集出台元宇宙发展的相关政策，而布局元宇宙教育应用的政策和科技企业还不多见。元宇宙教育应用究竟应该如何全面落地，如何形成可推广的成熟应用模式，仍是困扰我国教育界的一大难题。为此，建议从国家层面进行顶层设计和科学布局，出台元宇宙教育应用发展建议与建设指南；组织高校和科研机构成立专门的元宇宙教育研究机构，开展前瞻性研究，破解元宇宙教育应用难点问题；结合教育数字化转型的战略需求，提炼总结若干典型、有推广价值的元宇宙教育应用模式与案例，优先在智慧教育示范区先行先试，引领元宇宙的教育创新应用。

2.学习机制问题

随着元宇宙的普及和应用，利用XR设备开展基于元宇宙的沉浸学习将会成为新的学习方式。需解决的关键问题有：基于元宇宙的沉浸学习与面对面学习、在线学习有何异同？元宇宙系统对学习和教学心理有何影响？如何基于人的心理特点与心理机制设计高效的沉浸式元宇宙系统？如何实现虚实结合的个性化学习，并建立客观、高效的评价系统？对此，高校应组织教育学、心理学和技术学方面的专家，成立专门的元宇宙教学应用研究机构，通过眼动仪、脑波仪、生理检测仪等多种研究工具获取一手数据，协同破解元宇宙的学习机制问题。

3.教育风险问题

作为一种发展中的新型教育环境，元宇宙可能会引发诸多教育风险。它与数字游戏具有很多相同特征，其沉浸性设计可能促使学习者的认知和情感过度沉浸于虚拟化身之中，进而让他们产生一种 “非我” 的错觉，甚至患上虚拟世界成瘾症。另外，久坐引起驼背、脊柱侧弯、肥胖，长时间注视屏幕导致眼部疾病等问题，也可能会影响学习者的身体健康。当下数字游戏的高成瘾性已带来许多社会问题，元宇宙广泛应用带来的教育风险可能达到前所未有的程度。对此高校等研究机构应汇聚教育学、心理学、青少年健康方面的专家，成立专门的元宇宙教育应用风险评估中心，通过实证数据研判元宇宙对青少年生理、心理的影响，制定安全、科学、有效的元宇宙教育应用指南和规范。

4.算力需求问题

元宇宙是一个规模巨大且结构复杂的巨系统，系统渲染、并发和数据交互对算力的需求达到了前所未有的强度。在渲染方面，需要实时渲染三维场景和虚拟化身，形成高度真实的视觉效果。在并发量方面，需要支持大规模用户同时在线，处理用户超高并发的数据体量。在数据采集方面，需要实时采集和处理虚拟世界与物理世界的交互数据，信息维度升级将导致指数级增长的计算复杂度。如此庞大的计算量，目前的算力尚无法完全支撑。为此，建议以 “教育新基建” 为契机，推进元宇宙算力基础设施建设，通过自建和购买等多种方式建设智能计算中心，鼓励区域和高校共享超算资源，建成 “云—边—端” 一体化的协同计算来适应元宇宙教育应用的发展需要。