元宇宙技术在教育培训领域的应用探析

付学博 钱程 水丹萍

（中国船舶集团有限公司党校，北京 100081）

《2022年国务院政府工作报告》中明确强调了加强数字中国建设整体布局，鼓励元宇宙基础建设的多元发展，引导虚拟世界与现实世界的紧密联系等重要内容。元宇宙作为虚拟现实的高阶发展产物，集VR/AR/MR、5G、云计算、人工智能、数字孪生等新兴信息技术于一体，将成为下一代互联网的最新形态，届时人类社会将进入一个崭新的网络时代，而这种新型技术势必会对教育培训行业产生深远影响。

1.基于Web2.0在线教育学习的局限性

现阶段，在线教育已经成为现代教育体系的重要组成部分，但是不少学者也一直在强调基于Web2.0在线教育存在一定局限性：平面网页枯燥单调，难以调动学习积极性；人机交互方式简单，学员参与感不强，学习数据记录不全，难以评价学习成效，缺乏技能培养环境等。但是最欠缺的还是“低自我感知度”问题，学员在Web2.0环境中仅能通过实时网络摄像头来感受教学内容，没有全息感官体验。同时，这种长时间在线学习会使学员注意力不集中，很容易分心，除非培训师主动发起某项学习活动，否则学员们只能被动参与。究其原因不难发现，当前基于Web2.0技术的在线教育已然步入发展的瓶颈期，二维网络技术难以支撑起学员对沉浸性学习环境、自然人机交互方式和“面对面”社会性交互的需求，但以上这些限制都可以通过元宇宙技术来解决。

2.元宇宙技术在教育培训领域应用演进

2011年，世界首次大规模的MOOC（大规模在线培训）正式启动，当时有16万名学员进行网络注册，但是仅仅有2万名学员完成学习任务，不过这一举动开启了教育培训模式转型的新时代。

2012年，Coursera在线培训项目正式启动。Coursera是大型公开在线学习平台，由美国斯坦福大学两名计算机科学教授创办，该平台创造了惊人的培训数据，超过9200万学员参与其中，来自全球150所大学的课程在线上公开播放。此外，麻省理工大学和哈佛大学共同创建了edX在线学习平台，注册学员超过3400万人，开设了2800多门课程。

2020年，一直从事增强现实和虚拟现实工作的知名学者Frank Piller教授最先提出元宇宙技术可以应用于在线学习领域，Piller教授认为，在医学解剖学课程中，学员可以深入了解人体的真实情况。在物理实验课程中，学员可以潜入电机或物理装置之中，这些虚拟环境将大幅度提高学员参与度，而且课程可以更具实践性和针对性。同年，Roblox公司投资1000万美元为高校开发科普类游戏化培训项目。这些项目将让学员沉浸在机器人技术、太空探索、计算机科学工程和生物医学等科学实验中[1]。

2021年10月28日，Facebook首席执行官马克·扎克伯格在Facebook Connect大会上宣布，Facebook将更名为“Meta”（来源于“元宇宙”），他们准备创建一个专注于数字交互的虚拟社交领域，Meta已在可穿戴VR和AR技术上投资了100亿美元。这充分表明他们对元宇宙的重视程度，不仅是Facebook，微软、英伟达等公司也在研发相关技术和应用程序来推广元宇宙。但是元宇宙不是一个短期就可以研发出来的项目，目前，这些公司对于形成可以使用的、稳定且成熟的技术还存在一定距离。

最近，普华永道结合实践研究发现，利用元宇宙技术进行课程学习比在传统课堂上的学习吸收速度快4倍，学员们在应用培训后学到的技能的自信使用程度提高275%，学员们与课程内容的思维关联程度是传统课堂学习者的3.75倍。

3.元宇宙技术在教育培训领域应用的特色优势

3.1 元宇宙技术对于业务流程的重构价值

（1）打造一个全新的模拟世界。对于元宇宙的使用者而言，他们在元宇宙世界里得到的体验将会与现实世界极其相似，体验者可以感受船舶建造、车辆驾驶、远程射击、影视表演等各类工作和生活方式，借助元宇宙技术，他们可以实时模拟多项真实的工作状态。

（2）实现远程工作常态化。在新冠肺炎疫情全球蔓延期间，大多数在IT部门工作人员都处于居家办公的状态，但这缺乏上级与员工之间的的真实互动。借助元宇宙技术，上级可以像在现实世界中一样与他分管的员工进行互动，同时，很多远程医生也可以利用元宇宙技术与患者进行实时沟通。

（3）创建企业营销新模式。目前，Meta公司正在开发一个更高阶的社交媒体平台，这个平台也将为企业营销人员创造新机会。例如，服装企业可以与客户进行实时销售，并且让他们在元宇宙世界中现场尝试不同的衣服和配饰，让虚拟世界的购物方式更接近现实生活。

3.2 元宇宙技术对于教育培训行业的现实意义

（1）形成游戏化学习体验。现阶段，很多学习者更喜欢用智能手机学习而不选择看书。元宇宙技术可以为学员们创建一个虚拟空间，让他们可以在其中行走、记笔记并与其他学员开展实时交流，他们还可以在与现实非常相似的虚拟世界中通过玩游戏的方式进行学习。

（2）提供更真实的教学内容。目前，培训师在上课过程中，都是通过语言描述或者道具实验的方式来开展教学活动，对于学员来说，相对较为抽象，吸收起来也存在一定困难，借助元宇宙技术，培训师可以通过使用全息投影等方来反映汽车制造、船体制造全过程的3D图像，学员们将会有更深刻的理解机械制造的基本原理和业务流程。

（3）创造更丰富的学习资源。利用元宇宙技术可以让学员们对知识资源拥有更深入的理解，例如，在阅读书籍时，可以利用VR技术，一边聆听声音，一边感受学习内容，全身心沉浸在书籍之中，并可以观察具有3D可视化效果的量化图表。

（4）构建交互性的学习反馈机制。依托元宇宙技术，学习测试也可以具备交互性。例如，可以为学员提供一系列虚拟的物理案例试题，与现实世界的某些运动场景和物理过程高度一致，让学员在元宇宙世界中进行解答。通过这些方式，元宇宙可以重塑学习资源，使它们接近现实，并打造一个更有价值的教育行业。

4.元宇宙技术在教育培训领域的应用畅想

4.1 虚拟现实技术在教育培训领域的应用畅想

近年来，以虚拟现实、扩展现实、虚拟世界、数字孪生等为代表的视觉沉浸技术，正不断从学习资源、教学组织、系统平台等方面重塑传统教育培训模式。最早是国外学者拜伦森提出，建议将沉浸式VR技术集成到教育培训管理中，主要可以应用于四大场景：一是用于开展存在一定风险等级的技能类培训活动，例如驾驶飞机或进行外科手术培训等；二是用于开展事关重大的商务谈判类培训，可以有效进行预演；三是开展一些现实世界难以完成的培训项目，例如历史遗址重建相关的培训；四是开展教学体验较为昂贵的培训项目，例如在热带雨林中进行实地考察等[2]。

国外学者巴比勒对这种假设进行了更深入的研究，充分论证了虚拟现实技术在培训中的应用场景，并总结为三个阶段：第一阶段是使用虚拟现实技术进行感知活动，培训师设置并指导教学体验活动，学员们的视角跟随培训师接受知识和信息；第二阶段，学员可以与虚拟现实世界进行基本的互动并拥有高度的自主权，通过自身意识来完成学习过程；第三阶段是采用人机互动和协作方式开展培训，学员们可以真正感受到置身于新空间，同时，全体学员可以在新空间开展互动性的学习活动和采用游戏化的学习方式。

4.2 元宇宙技术在教育培训领域的应用畅想

“元宇宙”一词是作家尼尔史蒂文森于1992年在其科幻小说《雪崩》中被首次提出来，它代表一个由计算机程序创建的平行虚拟现实世界，全世界的现实用户可以通过佩戴专用眼镜和耳机访问和连接虚拟现实世界。而最早将元宇宙引入教育行业畅想的同样也是科幻小说家欧内斯特·克莱恩，他于2011年在其作品中提出了“OASIS”概念，“OASIS”类似于一个数字化公共图书馆，它拥有全世界最广泛的知识资源，可供学员们自由开放使用。同时，培训师在“OASIS”上，可以带学员去任何场所进行虚拟实地考察，例如，前往古代文明国家、世界知名博物馆，甚至是其他星球和人体内部器官等。

由此可以推测，元宇宙技术在未来教育培训中的应用场景首先是实验室模拟培训、安全操作培训以及生产制造领域的技能类培训，这样可以避免一定的安全隐患。其次，是一些精细程度较高的培训，例如生物医药类的培训和工艺类培训。对于一些强调体验感的科普类培训也能够利用元宇宙技术来增强现场的真实感受。同时，元宇宙技术还可以模拟在复杂环境中的有关培训，让学员准确、客观地沉浸式了解特殊事件、复杂环境中的真实情况。未来的元宇宙技术将在空间计算和脑机接口等方面有进一步的突破，空间计算将会有助于肢体动作和语音控制等方面开发，脑机接口可以完全通过大脑活动与计算设备进行互动，通过肢体操作控制计算机设备，这些技术创新也都会给教育培训带来更多可能性。因此，元宇宙有望成为工业4.0时代教育培训行业的核心技术。

4.3 基于元宇宙技术的教育培训模式转型

从2017年到2021年，全球AR/VR设备的销售额增长了56%，去年达到26亿美元。很多国家都认为元宇宙技术将会对教育培训行业起到重要作用，并纷纷在教育领域布局元宇宙战略。通过对文献研究，总结出以下几种应用元宇宙技术带来的教育培训转型方式[3]：

（1）虚拟课堂模式。未来学习环境将会打破传统课堂模式，学习者将会体验虚拟课堂或者虚拟校园环境，这也为身处偏远地方的学习者提供了更高质量教育的机会。

（2）跨领域学习模式。元宇宙更注重打破学科之间的界限，促进多学科的融合。例如，在元宇宙世界里，学员既能体验到一个地域的文化、历史和地理，同时也能尝试学习一个当时年代的经典数学问题，周围环境将随着用户所需求的空间不断更新。

（3）培训师多角色模式。未来教育培训将会变成以学习者为导向、以数据为导向，培训师的角色也将会逐渐适应技术发展要求。让学员们勇于探索和勇于创新将成为每位教育工作者的责任，未来的培训师将会同时兼任数据收集者、数据分析师、数据规划者、跨学科合作者、课程专家、问题解决者和研究人员等。

（4）学习的多元选择模式。元宇宙技术将会实现学习的大众化，并使学习者能够自我选择和设计自己的学习路径和学习方案，从不同教育培训机构学习不同的多元化课程，并在家中接受世界最优质的教育资源。

5.元宇宙技术应用于教育培训中面临的主要挑战

（1）经费问题。技术相关设备的高昂成本将会是应用元宇宙技术的最大挑战，但是也有专家强调，这个问题从长远来看会得到一定缓解。

（2）生理学问题。现阶段虚拟现实技术配套的眼镜和耳机重量对于使用者的头部和颈部会造成一定损害，长时间使用也会引起视觉疲劳，产生头晕恶心等情况，因此在健康方面会存在一定隐患。

（3）心理学问题。元宇宙技术可以高度模拟现实社交，但是毕竟还是一种网络社交方式，长时间使用可能会导致成瘾、社交孤立和与现实生活脱节等心理问题，同时，信息的过量超载也会对心理产生一定影响。

（4）道德和伦理学问题。元宇宙技术运营者可能会未经过授权擅自改变程序中的环境变量，会为学员带来认知偏差，甚至改变对某一问题的观点看法。

（5）隐私问题。技术运营者还能够获取使用者相关的行为数据、情感数据等，从而会了解使用者的心理特征和生物特征，会触碰到使用者的隐私，同时虚拟身份也容易被黑客盗取，造成不必要的损失。2022年1月，国外一家科技公司调查显示，目前55%的受访者并没有听过元宇宙的概念，但如果Facebook成功构建出元宇宙的技术应用程序，有87%的受访者会担心隐私泄漏问题。

6.结语

在未来的技术发展过程中，元宇宙技术可以充分地将社交的互动性与VR、AR沉浸式技术的独特功能联系起来。这种联系会对很多行业产生非常深远的影响，尤其是教育行业，它将打破原有的学习模式，能够让学员不受时间、地域、培训师等各个因素的影响来参与到学习之中，可以预见到的是未来的培训工作会更容易从现实世界平移，随着元宇宙技术的演进，越来越多技能类和知识类的传统培训场景将会逐渐消失。同时，教育培训也会助推元宇宙技术的发展，并将会成为元宇宙系统中的最重要的功能模块之一。