教育元宇宙视域下教学过程优化路径与策略

苗诗景 牛国良

(北京经济管理职业学院，北京100102)

0 引言

教学过程是教育者与受教育者互动、交流的过程，关乎教学的质量与效率。然而，在现行的线下课堂教学模式和新冠疫情下兴起并普及的线上教学模式中，教学过程均受到不同程度的限制。传统线下教学模式受到教学场地、教学硬件配置状态、教具等限制，而新兴的线上教学模式面临缺乏师生双向交流互动、缺乏浓厚的教学氛围、缺乏教师对课堂和学生学习状态的整体监管等问题。因此，2种教学模式下的教学过程均在一定程度上存在优化空间。随着互联网和其他新兴技术的不断变革与发展，元宇宙概念诞生，其和教育的结合为优化教学过程提供了新的可能性。在教育元宇宙视域下，虚拟世界中的教学和物理世界中的教学深度融合，贯穿教学全过程，提高教学效果与效率，使教育者能够更高效地发挥主导作用，使受教育者更愿意自发地发挥主体作用。

1 元宇宙溯源及内涵

元宇宙又名“镜世界”“虚空间”，最早源于1992年出版的科幻小说《雪崩》。在小说中，在物理世界中处于天南海北的人们可以通过各自的虚拟“化身”进行工作、生活，并进行日常交流。现代科学技术的发展让20世纪的科幻概念有了现实依托。随着云计算、大数据、区块链、人工智能、5G通信技术等新型信息基础设施的普及，物联网、脑机接口、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)及其可穿戴设备不断探索开发，虚拟和现实加快渗透融合，让元宇宙成为可能[1]。元宇宙是未来人类社会生活的一个方式或场域[2]。因此，教育教学作为人类社会生活场景之一，将迎来发展新机遇。

2 教育元宇宙的特征

教育元宇宙是指“教师、学生、管理人员作为教学活动的参与者或组织者，通过虚拟化身沉浸于教育元宇宙中，自主地创建、参与教学活动，自然地响应虚实世界的教学行为，突破教学过程中物理规律和地理空间的束缚，实现信息在虚实世界的双向传递”[3]。教育元宇宙重塑教学场景，改写师生、生生交流合作模式，丰富教学模式，具备4个特征。

2.1 “身临其境”的超时空性

教育元宇宙的超时空性体现为其构建的教学场景可突破时间、空间的物理限制。教育元宇宙通过数字孪生等新型数字技术构建真实的教学场景，给学生沉浸式的学习环境，给教师沉浸式的教学环境。具体而言，超时空性表现为学生的虚拟化身可以去往千里之外虚拟重现出的名胜古迹、自然风光、无边宇宙，亦或某个展会、博物馆、纪念馆等，学生也可以出现在有代表性的历史时期、历史场景，以“亲历者”的身份了解当时的历史背景及学科内容。

2.2 “以人为本”的交互性

教育元宇宙区别于线上教学模式的重要标识是其交互性。交互性不仅指教师与学生、学生与学生之间的互动，还包括师生与教学情景、虚拟教具之间的互动，以及身份不断切换之间的互动。例如，学生可以作为线上教学会议、比赛等的发起者、组织者、参与者及建设者。

2.3 “寓教于乐”的游戏性

游戏是教育元宇宙中必不可少的学习方式之一，具体表现为让学生以轻松、娱乐的方式“乐中学”，以游戏之“名”达到学习之“实”。通过给予学生激励性的游戏元素，如设计一套完整的加分、晋级、排行榜体系，使学生自发提高学习的积极性和参与度。

2.4 “私人订制”的个性化

教育元宇宙的个性化特征具体表现为学习内容的个性选择、学习目标的多元掌握、学习方法的自由切换及学习评价的多维测量。教育元宇宙强调个性化学习。学生的个性特点、学情、学习兴趣与发展需求均存在明显的个性化特征。基于此，学生的学习科目、学习进度以及学习情境中的学习要素等均可以灵活调整、自由切换，在最大程度上符合学生的学习成长轨迹。

3 教育元宇宙的教学过程优化路径

教学过程优化是通过对教学方法与形式、教学目标与内容以及教学测评与分析的有机组合，在有限的教学时间内，提升教学效果，达成教学目标，从而提高教学效率。教育元宇宙作为教育新趋势，势必助力教学过程的优化。

笔者将从3个方面对教育元宇宙的教学过程优化路径进行分析。

3.1 直接影响教学方法与形式

教育元宇宙直接有效地改善了教师的“教法”、学生的“学法”以及教学发生的具体形式。

第一，就教师的“教法”而言，教育元宇宙给教师提供更丰富的教学呈现形式。不同于传统教学中常用的讲授法，根据教育元宇宙的超时空性特征，教师可自由调用、切换虚拟教具和虚实融合的情境，以情境教学法多维度展示、引领教学活动，营造沉浸式、生动活泼的教学氛围。

第二，就学生的“学法”而言，教育元宇宙为学生谋求更多元的学习方法和实践方法。比如，根据教育元宇宙的游戏性特征，通过引入游戏元素、游戏场景，使学生自发提高学习的积极性和参与度。结合教育元宇宙游戏场景的特点，可以将其概括为生存类、迷宫类、单选答题类、跑跳运动类和密室类[4]。学生通过完成阶段任务、达到预设好的游戏胜利条件、搜寻隐藏线索等游戏要素，在过关后获得分值、徽章、段位等标识奖励，最终通关。在此过程中，教育元宇宙的游戏性激发了学生的学习自主性，使学生在无意识中主动接受、习得知识与价值观念。与此同时，教育元宇宙的超时空性特征便利了学生的实践，有效打破了时空限制，形成超时空实践。这突破了实践的地理限制，有效地节约了师生的时间、精力和金钱。学生也可通过感官的调动深入实践[5]，如深入开发视觉、听觉、嗅觉等，加深对学习内容的理解和认识。

第三，就教学活动发生的形式而言，教育元宇宙深化多元主体的教学形式，也扩展了教学形式的边界。其交互性与个性化的特征使教师和学生可以更有效地进行班级集体教学、小组教学、个人教学，发挥了教师的主导作用和学生的主体作用。此外，学生不仅是教学形式的使用者，也可以自发申请、组织、创设新的教学形式。

3.2 深入服务教学目标与内容

一般来说，初等教育、中等教育、高等教育是我国教育体系的三大阶段。不同教育阶段有不同的教育目标和不同的教学内容，但立德树人是贯穿所有教育阶段的根本任务。

就教学目标而言，面临着立德树人根本任务难以落实的困境。教师在贯彻教学目标时易出现重知识型目标，轻技能应用型目标、情感态度和价值观目标等问题。其中，技能目标通常受到场地限制，导致教师难以组织学生开展实践活动。对此，教育元宇宙通过增设虚拟实践场景，增强了师生实践时的代入感，深入服务于教师设定的教学目标，促进学生达成应用型目标，加快落实立德树人这一根本任务。

就教学内容而言，面临着专业课教育内容与思政教育内容不协调的困境。通常表现为2种形式。第一种形式为思政教育知识点“轻描淡写”，融入比例低、浓度低。第二种形式为思政教育知识点在整体教学内容中“喧宾夺主”，浓度过高、融入生硬，影响了专业知识学习的进度和深度[6]。从上述2种表现形式可以看出，解决好教学内容内部协调性的问题是优化教学过程的关键。结合教育元宇宙的特征，该问题将得到有效改善。其交互性、超时空性、游戏性的特征使思政教育内容达到“润物细无声”的效果和量级。教育元宇宙的虚拟场景增强了学生的感官沉浸式体验，带动了学生投入更多的情感。比如，师生的虚拟化身置身于某海洋纪录片，学生可以身临其境地感受海洋生物所面临的海洋垃圾问题、人类在海洋排污的问题，从而产生对此的思考和感悟。这种专业教育和思政教育的结合不再是1+1=2的物理叠加或割裂分离，而是从“加法”效应转化为“乘法”效应，实现1+1>2的育人效果[7]。

3.3 有力助推教学测评与分析

教学测评与分析是教学过程中必不可少的环节，对此环节的完善决定了教学过程能否实现预期教学目标、获取有效反馈、不断优化迭代。然而，传统的教学测评面临数据采集难、数据来源少规模小维度低、数据准确度低且不稳定、数据分析主观性强等多重问题。学校对课堂教学的传统督促引导通常采用随堂听课的方式，一学期2～3次的督导听课不能客观反映出教师的真实教学水平[8]。对此，教育元宇宙基于大数据、区块链、人工智能等信息基础设施，通过大数据技术进行测评数据的采集处理与分析挖掘，通过区块链技术保障测评数据的质量与可信度，最终通过人工智能技术实现教学的智慧测评与分析[9]28。

智慧测评与分析对教学过程的优化具体表现为：第一，连续分析教学全过程。传统的教学测评通常为阶段性测评，通过阶段考核测验、试卷、问卷获得教学意见与评价，会造成教学测评的片面性与教学结果优化的延迟滞后性。而教育元宇宙覆盖学生在学习过程中的表情神态、行为表现、测验成绩等全类型数据，这些数据均可以以数据化的形式纳入整体教学质量测评，让教师实时跟进，动态掌握学生的学习进度、困难及情感态度，同时也为学校的教学监督引导工作提供提高教学质量、深化教学改革的数据依据。在元宇宙虚拟学习课程中，引入针对学生虚拟化身的眨眼测评系统可以有效反映出学生对题目难易的情感态度，从而帮助教师分析学生的学习效果，提高学生学习质量[10]。第二，教学评价由知识技能评价导向转向综合素质评价导向。教育元宇宙构建多元数据采集体系，其参与主体可包含师、生、家长、校、企、协会等多元参评者，其数据可来源于线下、线上基本数据，以及基于可穿戴设备获取的五感(视、听、触、味、感)量化数据。多维数据的测评与分析丰富学生的评价维度，不以知识技能评价为导向，而向综合素质评价转移，最终落实立德树人根本任务[9]29。

4 教育元宇宙的教学过程优化策略

教育元宇宙的4个核心特征加以新型信息技术及设备的支撑是实现教学过程最优化的有效保障。目前，教育元宇宙的发展仍处于“萌芽”阶段，缺乏基于多元主体的合作共建、协作共促策略。为此，笔者从3个层次提出教育元宇宙优化教学过程的推进策略。

4.1 国家政策引领

国家政策引领是第一层推进策略。教育元宇宙服务于立德树人根本任务，教学过程最优化对高效解决教育资源的地域、领域分配问题具有战略意义。因此，需要从国家宏观层面发挥政策引领作用，为教育元宇宙应用的落地提供基于5G、互联网、人工智能、大数据、云计算、区块链等新一代信息技术的基础支撑，并积极推进基于虚拟现实的可穿戴设备、视听设备等终端创新。目前，我国多地政府将元宇宙纳入文件、报告中。上海市经济和信息化委员会于2021年12月印发的《上海市电子信息产业发展“十四五”规划》明确指出，要加强底层核心技术基础能力的前瞻研发，支持满足元宇宙要求的沉浸显示、实时交互、海量连接、巨量通信、边缘计算、传感技术、图像引擎、区块链等技术的攻关。北京市通州区人民政府办公室于2022年3月印发的《关于加快北京城市副中心元宇宙创新引领发展若干措施的通知》(通政办发〔2022〕4号)更是提出补贴政策，对在元宇宙应用创新中心新注册并租赁自用办公场地的重点企业进行3档补贴。

4.2 教育管理部门行业标准领建

教育管理部门行业标准领建是第二层推进策略。除了国家提供基于新一代信息技术发展、终端创新的政策引领和资金帮扶外，教育元宇宙的发展还离不开教育管理部门对于行业标准的领导建设。为此，建议教育管理部门带领教育元宇宙参与方，针对教育资源、教学环境、教学平台的合规性、合理性，统筹制定发展标准和规则，保障教育元宇宙产品的良性有序发展，明确教育元宇宙在教学实施环节的方案要求。

4.3 教育主体、行业、企业实践

教育主体、行业、企业实践是第三层推进策略。教育主体、行业、企业是教育元宇宙在实现教学过程最优化中的主体，应先理解教育元宇宙对教学过程最优化的促进意义，再在教学方法与形式、教学目标与内容、教学测评与分析中展开实践。第一，强化思想认识。要理解教育元宇宙是新型教育技术手段，而不是教育的最终目的。教育元宇宙产品的开发遵循落实立德树人根本任务的原则。第二，明确开发重点。教学过程的优化要关注学习效率，在减少师生时间、精力和金钱投入下优化教学效果[11]。因此，教育元宇宙产品在实际开发中应遵循有重点、有次序的开发过程，优先开发真实场景中不易实现、较难获取、实现成本高的教学场景。第三，建立配套支持、多主体参与的平台。例如，建立基于教育主体的教育大数据检测平台，搭建校、企、行业多方教育数据共享、交流平台，了解学生群体思维、行为模式的共性，为促进教学过程最优化提供精准服务。

5 结语

鉴于超时空性、交互性、游戏性、个性化4个特征，教育元宇宙为解决传统线下教学和新兴线上教学的局限性问题提供了开创性的全新模式，为优化教学过程提供了新思路。教育作为元宇宙的重点垂直应用之一，目前仍处于探索阶段。教育元宇宙将极大可能成为未来人类教育教学活动的重要场景，其在教学过程中的应用将成为教学新方式和教育发展新趋势。