辛 昊,黄伊霖,娜迪拉·阿里根
(1.中国人民警察大学,河北廊坊 065000;2.中国人民警察大学,广东广州 510663;3.广州市公安局禁毒工作协调指导处,广东广州 510030)
美国科幻小说《雪崩》中的“元宇宙(metaverse)”一词,是指平行于现实世界的、始终在线的虚拟世界[1],书中描绘了人们使用虚拟化身,在与现实世界平行的、由代码创造的虚拟世界中彼此互动的故事。元宇宙不能单靠一门技术来实现,而是虚拟现实、数字孪生、人工智能(AI)和区块链等信息技术的深度融合。探索元宇宙的应用领域,有助于加快科普事业的数字化升级,实现科普事业的虚拟场景与现实场景的融合,从单纯平面感知到复合多元感知的沉浸式知识服务体验,进而为科普活动打造线上线下一体化、深度融合的新型知识组织、管理与服务生态系统。如何完成科技禁毒与科普元宇宙理论、技术深度融合,搭建可提供禁毒科普沉浸式体验、科普内容呈现多元协作和去中心化特征的科普元宇宙空间与场景,实现科技禁毒生态创新发展,是值得思考的研究方向。为此,本研究尝试构建科普元宇宙的科技禁毒体系结构,并对该应用领域的未来布局进行展望。
2022 年1 月21 日,清华大学沈阳[2]教授团队在《元宇宙发展研究报告2.0 版》中提到,元宇宙是整合多种新技术产生的下一代互联网应用和社会形态,它基于扩展现实技术和数字孪生实现时空拓展性,基于AI 和物联网实现虚拟人、自然人和机器人的人机融生性,基于区块链、Web3.0、数字藏品/非同质化代币(NFT)等实现经济增值性,在社交系统、生产系统、经济系统上虚实共生,每个用户可进行世界编辑、内容生产和数字资产自所有。因此,元宇宙是对系统新兴技术的统摄性产品化想象,可统合诸多新兴技术,将其导向可落地的产品形态。
科普与元宇宙理论融合是一种尝试,目的是创造虚实融合的新型知识组织、管理与服务的生态系统。科普元宇宙是科普活动与元宇宙理论融合的应用目标和落地形态,本质是通过对科普活动物理世界的泛在感知、数字标识、环境映射、数据分析、情境模拟、决策实施和智慧成长,瞄准科普活动在感知、映射、模拟、决策和管控等方面目标,解决科普活动在组织、管理和服务过程中存在的动态发展、制约因素和不确定性问题,全面提升科普活动中科学知识、传播方式、信息技术、智力支撑的应用能力,在与科普活动的特色教育、场馆设施等实体资源协同配置和信息交互中实现科普活动实体资源与数字资源的链接闭环,逐步构建虚拟和现实相融合、环境精准映射、人机协同交互的科普元宇宙生态系统。
科普活动属于社会教育的组成部分,科学技术和社会发展是科普工作的“土壤”,作为教育工作的一部分,科普元宇宙自然与教育元宇宙存在共通之处。华子荀等[3]以3类教育元宇宙场景为依托,按照图书馆场景对应序列指引、学校场景对应综合性探究、教室场景对应众创建构的设计方式组织学生的学习活动,实验发现测试对象的学习沉浸感呈现出由低到高的变化,认知投入也表现出向上的跨越式提升。科普元宇宙对全面感知科普活动中人、机、物、环境等功能要素和彼此之间的关联关系,实现科普活动物理世界与元宇宙空间的有效链接意义深远。从科普与元宇宙理论融合的内涵来看,科普元宇宙具有以下5 个典型特征:
(1)科普环境的全域感知。在科普元宇宙空间中,突出全域、全时段的特点,构建泛在感知和数字标识体系,实现科普过程中人、机、物、环境之间的精准映射、全过程的数据监测,保证科普元宇宙运行基础。
(2)科普要素的精准映射。通过在科普活动的人、机、物、环境等实体资源中布设泛在物联的传感设施,实现对科普活动内外部环境、硬件设施、知识与信息资源等构成要素的建设、管理和服务过程,进行全要素、全过程的数字化建模以及语义化描述,针对科普活动运行状态的全域感知与数据检测,打造数字化和信息化环境,形成科普活动在科普元宇宙空间上全要素、全过程的精准映射。
(3)数据资源的虚实融合。科普元宇宙映射出了科普活动中的现实要素,形成了可供存储、处理和分析的数据资源。在科普元宇宙中,能够实时观察科普活动的内容、进展、参与者关系等要素,有利于随时掌握科普活动的运转状况,根据管理和服务需求适时调整工作布局,实现虚拟空间和现实科普活动的融合互通。
(4)科普活动的具身投入。学生在学习活动中的投入程度与掌握知识的牢固程度正相关,说明了体验习得的知识经验具有快捷高效的作用。元宇宙应用于教育领域,能为学生提供虚拟可体验的丰富场景,学习者可以使用虚拟替身进行真实体验[4];同理,在科普活动的体验过程中,科普对象通过元宇宙空间,与精准映射的环境、物品、复杂现象和抽象概念进行互动,得到的是超越现实的实操体验,实现经验与主观认识相结合,促进知识的形成与转化过程。
(5)科普内容创作的多元协作和去中心化。元宇宙有着自由开放的创作环境,需要参与者自主完成内容创作,而科普元宇宙中的参与者不仅在适应科普元宇宙的环境,且其创作出来的内容也在改变科普元宇宙的面貌。科普内容创作中,参与者往往进行小规模创作,创新能力、参与人数、内容编辑和组织框架等因素都可能会导致参与者对内容创作的兴趣不高;而科普元宇宙正好能提供沉浸式的内容创作体验,突破传统线上交流手段,使用动作识别、表情识别和虚拟化身的方式开展多元协作,让参与者顺畅自然地完成人机交互下的多元协作,同时在创作完毕后还能通过去中心化的自治组织(DAO)实现创作内容的智能化管理,确保激励参与者以及对有关创作内容认证和确权。
在亚太经合组织第二十八次领导人非正式会议上,习近平主席指出,创新是引领世界发展的重要动力,要坚持创新驱动大方向,点燃数字经济新引擎,让数字技术的成果惠及更多亚太地区人民[5]。实践证明,现阶段新兴科学技术已全面融入经济社会的各个领域,成为各国间竞相创新发展的关键技术。关于禁毒科普,习近平主席指出,坚持关口前移、预防为先,重点针对青少年等群体深入开展毒品预防宣传教育,在全社会形成自觉抵制毒品的浓厚氛围[6];要把大数据作为推动公安工作创新发展的大引擎、培育战斗力生成的新的增长点[7]。新兴科学技术的运用和发展成为科技禁毒的创新源泉,更是未来禁毒科普工作的重要突破口。
所谓具身,就是一种人对身体的独特体验[8]。具身认知理论认为,大脑、身体和环境之间相互联系与作用的结果形成了认知,而影响认知形成和发展的主要因素包括身体的感觉运动系统、形态结构和经历体验等[9]。Varela 等[10]对“具身”的概念内涵进行了阐述:一是身体的感觉运动过程产生经验,而认知水平依赖不同类型的经验;二是能够在情境实践过程中培养身体感知运动的能力。身体与认知的关系和身体与情境的交互是具身认知理论的核心,而身体感知、置身情境和实践交互组成了具身认知的过程。科普元宇宙赋能和支持下的科技禁毒,让参与者能够置身于丰富的禁毒文化、禁毒教育情境中,引导参与者调动身体感觉运动系统与科普元宇宙环境的具身交互,促进参与者认知形成。
“情境认知与学习的文化”(Situated Cognition and the Culture of Learning)一文从教育心理学角度阐释了情境学习,认为个体的认知不是抽象的、符号化的,而是在社会情境中利用人、情境和环境相互作用的关系而产生的[11]。此外,个体的认知还受到社会文化的影响。情境认知理论强调,学习过程要突出实践的重要作用,学习是对实践的参与和理解,而认知的获取与学习的情境密不可分[12]。科普元宇宙的出现,可以为参与者提供禁毒科普教育的应用场景,帮助参与者实现禁毒知识学以致用;另外,还可以设置禁毒知识的问题情境,利用数字资源、感知系统的交互功能提升科普活动参与者的防毒意识和拒毒能力。
沉浸理论,又被称为“心流理论”,是于20 世纪70 年代由美国心理学家契克森米哈赖[13]提出,描述了个人身心完全投入某活动中的感觉,以及同时产生的高度兴奋和满足感。有研究发现,影响沉浸体验的因素主要包括挑战和技能,而沉浸体验感觉的强弱和挑战难易、技能高低正向相关[14]。王辞晓等[15]的研究显示,第一人称或角色扮演类游戏能够产生深刻的沉浸体验。可见,沉浸理论是对参与者沉浸状态的描述,与科普元宇宙支持下的禁毒科普的学习活动、学习任务、学习场景和模式设计不谋而合。因此,在科普元宇宙的研究中引入沉浸理论具有现实意义。
目前虽然规模化的元宇宙应用实践还在摸索阶段,但是以互联网为基础尝试虚拟与现实融合已成为趋势。另外,以网络通信基础、虚拟技术、数据处理、认证机制、内容生产为主的构成要件也成为元宇宙应用实践的重要支撑[16]。因此,根据科技禁毒与科普元宇宙理论融合的需求,从基本组成、构成要素、支撑技术和科普能力4 个方面设计并构建科普元宇宙的体系结构。
不论是虚拟现实(VR)社交平台Horizon,还是具身认知电影《阿凡达》,再或者是沉浸体验游戏“第二人生”,在它们所构建的元宇宙空间中都能找到参与者虚拟化身在其中活动的身影,这类平台、电影和游戏拥有共同或相似的技术结构和特征。作为元宇宙重要组成部分的科普元宇宙,继承了元宇宙走向成熟所需的技术和框架,主要包括相关信息基础设施、人机交互技术、空间计算技术、内容生产方式和知识的组织、管理及服务等。
(1)科普元宇宙的信息基础设施。通信是科普元宇宙发展的重要基础,5G/6G 技术的高速率低时延特征有助于科普元宇宙的应用创新;同时,还包括云计算、物联网、存储网络和接入设备等软硬件以及禁毒科普活动组织和实施过程中需要使用的设备仪器等其他设备设施。
(2)科技禁毒与科普元宇宙的人机交互。主要包括科普元宇宙中使用到的,人机交互所需的技术、标准、协议和设备设施,如增强现实眼镜(AR)、VR头戴设备、混合增强现实一体机(MR)、脑机接口、触摸、手势等。
(3)人、机、物、环境的空间计算。空间计算给出了混合真实/虚拟计算的解决方案,消除了真实世界和虚拟世界之间的障碍。通过采用3D 引擎、穿戴设备、多任务处理用户界面(UI)和地理信息映射等技术及设备,实现科普元宇宙中人、机、物、环境等构成要素的逼真显示、精准定位、生物识别、数字建模和虚实结合。
(4)数字禁毒科普内容生产。通过组织禁毒科普活动的参与者,对数字禁毒的各类数据、信息和知识进行编辑,生成基于科普元宇宙的数字化和货币化的内容和成果,在元宇宙空间中流通和交易。
(5)数字禁毒科普知识的组织、管理和服务。主要是对科普元宇宙产生的数字禁毒内容和成果提供管理与服务的平台,吸引更多参与者加入科普元宇宙的生态系统。
《中国科协2022 年科普工作要点》指出,落实“智慧科协2.0”建设总体要求,推进科普中国域建设,按照人才、内容、渠道、队伍一体化建设理念推进科普事业的结构性改革。而科普元宇宙正好能提供人、机、物、环境要素的交互、相联和融合,为科技禁毒工作构建相应的服务和融合体系,通过科普元宇宙的运行设定,实现要素之间的感知、互联和融合,提升科普服务禁毒工作的能力。在科技禁毒和科普元宇宙的融合过程中,需要对科普元宇宙中涉及的元素进行建模,既包括科普元宇宙中的模型、规则、逻辑等,又包括元宇宙中对科普活动的组织、管理和服务过程。构成要素主要分为4 类:(1)服务标准化。标准协议是科普元宇宙的构成要素之一。我国《科学素质纲要(2021—2035 年)》将科普服务标准化作为保障科普工作的重要条件,为科普工作的开展提供全方位、立体化的标准支撑。(2)资源数字化。包含了科普文献、知识数据、网络资源和信息软件等。(3)管理智慧化。包括科普活动的组织、管理和服务过程,以及软硬件基础设施、智能物联网传感设施、全域监控管理系统等。(4)服务智能化。包括科普数字资源建设、科普内容生产、科普学科建设、科普推广服务、科普成果转化与交易等。
科普元宇宙在技术架构方面的新兴技术,为科普知识生产提供质量追溯和数据基础,推进科普知识生产全周期各环节的协同合作,驱动科普活动的知识组织、管理和服务的创新。科技禁毒与科普元宇宙融合的支撑技术主要包括区块链技术和智能网络技术。区块链技术作为科普元宇宙的核心,是搭建科普生态体系的基础,支持科普参与者获得可信的接入机制,同时也为科普元宇宙建立全新的实践评估机制,为参与者提供个性化和可行的评价服务。而智能网络技术作为科普元宇宙的基础设施,为科普元宇宙参与者提供稳定、高速和持久的接入服务,其中人工智能技术能够服务于科普元宇宙领域的各类应用,交互技术能够影响科普元宇宙参与者的沉浸效果,物联网技术能够承担现实世界的数字化采集和处理工作、确保科普元宇宙实现万物互联。基于以上支撑技术,科普元宇宙能够为科技禁毒提供沉浸式科普和泛在社交服务,参与者可以按照自身需求转换科普情境,并与其他参与者交流互动。
基于对科技禁毒与科普元宇宙融合的理论依据、基本结构、构成要素和支撑技术的分析,结合科普参与者的内在需求,了解掌握科普元宇宙为科技禁毒工作提供的核心科普能力,有助于透彻理解科技禁毒工作需要怎样的科普元宇宙。科普元宇宙的核心能力主要包括:科普活动的组织、管理和服务过程中的映射感知、表达呈现、共建共享、协同交互和智慧成长等。
(1)映射感知能力。通过智能物联传感技术和设备,对物理世界中的科普活动和要素进行映射,在元宇宙中形成可被感知的多层次信息,实现科普活动中人、机、物、环境的感知识别和交互管控。
(2)表达呈现能力。通过虚实映射完成科普活动物理世界的数据感知和采集,结合测绘、建模、仿真技术以及三维视觉建模引擎的可视化渲染,实现对科普元宇宙中科普活动全域的语义化描述,提供科普活动的组织、管理和服务规则的可视化呈现。
(3)共建共享能力。在科普元宇宙中,对感知和采集的数据进行时序叠加分析,按照科普参与者特征、数据关联性和科普逻辑特征关联数据,构建相应的数据融合模型,为科普元宇宙提供统一的数据开发与共享共建的接口。
(4)协同交互能力。基于虚实映射的科普元宇宙空间,现实与虚拟元素一一对应,既能通过交互设备进入元宇宙,还能根据现实需要改变、控制元宇宙的虚拟元素。
(5)智慧成长能力。伴随深度学习、神经网络和视觉计算等人工智能技术的普及发展,通过人工智能技术能够实现科普元宇宙空间内“映射感知—表达呈现—共享共建—协同交互—智慧成长”的循环发展,满足科普参与者对科普活动智慧化、多样化和个性化的服务需求,推动科普元宇宙的内生增长和智慧成长。
学习活动情境中,学习者既要参与融合,又要及时体验、领悟和反省[17]。科普工作的社会教育属性决定科普参与者之间要有情感的互动和传递,科普元宇宙的全域感知、精准映射、虚实融合、具身投入、多元协作和去中心化的典型特征,使得科普活动在情境、互动、资源和评价等方面优势明显,特别是在校园禁毒科普应用场景中潜力巨大。
21 世纪科学教育越来越强调以真实的情境化问题为载体,将多学科领域知识整合、嵌套其中,同时科学素养评估项目均强调基于真实情境的问题解决,情境化问题已成为学生建构知识的良载体[18]。科普元宇宙能够创造这种良载体,实现高质量的情境创设,利用越来越简便的创作工具,降低人们的创作门槛[19]。禁毒科普的应用场景要求科普参与者不仅要营造氛围和情境,主动学习禁毒知识,强化对防毒、拒毒意识的培养,而且还要实现提高毒品预防的学习迁移和应用能力,促成新的、有价值的禁毒知识建构。科普元宇宙表现出映射感知、表达呈现、共建共享、协同交互和智慧成长的科普能力,在禁毒科普应用场景中具备3 个特征:
一是真实的映射感知。认同感和沉浸感是科普情境达到真实效果的必要条件。科普对象通过可穿戴等数据交互设备,进入VR/AR/MR 等数字技术表达呈现科普虚拟情境,开展对禁毒知识的探究与协作,体验具身化的科普活动。此外,还可以通过全景直播、全息视频技术远程访问科普场馆,特别是禁毒博物馆、禁毒科技馆和禁毒实验室等,开展可视化线上科普和基于真实情境的科普互动活动。
二是深入交流互动。协同交互往往会成为影响科普参与感的关键因素,深入的交流互动带来深度的参与感和满足感。禁毒科普主体的虚拟化身在科普元宇宙中通过对象数字行为的映射感知,及时了解掌握对象的学习进度和存在问题;对象的虚拟化身可以同主体或其他对象交流互动,共同完成禁毒科普任务。
三是感性的科普情境。传统平面化的禁毒科普内容通常以科普主体单向灌输禁毒知识为主,效果有限且枯燥乏味,难以向科普对象提供感性的科普情境;而科普元宇宙利用技术手段克服了禁毒科普内容抽象、模糊的问题,对参与者了解毒品的内在结构、成瘾性机制和戒断后的人体影响带来了空间化的新感知和新体验。
从发展路径上看,基于科普元宇宙的科技禁毒工作是一个多学科融合,以基础设备保障、数字科技驱动的新兴应用领域。从现实需要上看,科普元宇宙的研究框架建立在数字化社会转型发展的科技禁毒需求领域。从应用方向上看,科普元宇宙同样存在伦理风险问题,需要提前布局谋划才能有效规避风险。由此可见,基于科普元宇宙的科技禁毒工作,需要从构筑科技禁毒的发展基础、形成科技禁毒的发展功能、厘清科技禁毒的发展逻辑3 个方向进行探索。
4.2.1 推进科普元宇宙的基础建设,构筑科技禁毒的发展基础
新型基础设施建设(以下简称“新基建”)是以新发展为理念、技术创新为驱动、信息网络为基础,面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系,而建立科普元宇宙的主要目标就是为了形成结构优化、集约高效和安全可靠的科普基础设施体系。科普元宇宙新基建的主要方向包含了信息网络、科普资源、科普平台、安全认证和应用开发等,具有泛在、融合、智能、治理等特征。
基于科普元宇宙的科技禁毒新基建需要做好顶层设计,按照新基建的发展方向进行科学布局。一是突出禁毒示范作用。优先在学校和科普场馆等示范区进行试点,利用科技禁毒的技术手段、典型案事例的示范作用,形成引领科普元宇宙发展的建设效应。二是打造禁毒应用产品。突出产学研一体化发展方向,充分发挥各级禁毒组织、各级教育机构、各类科研机构和科技企业的协同效能,集中科研机构和科技企业的研发优势,打造丰富多元的科普元宇宙禁毒应用产品。三是推动禁毒政策保障。基于科普元宇宙未来发展,制定科技禁毒新基建的系列政策文件,推动以元宇宙空间、禁毒资源、禁毒平台和应用为核心的新基建先行先试。
4.2.2 建构科普元宇宙的研究框架,形成科技禁毒的发展功能
基于科普元宇宙的科技禁毒工作,不仅有元宇宙理论框架的支撑,而且在塑造科技禁毒工作的过程中体现了完整的体系结构,在为科技禁毒工作构建智能环境、呈现视觉效果、打造数字应用和创新运作流程方面具有重要价值,推动了元宇宙理论和科普教育理论框架的融合再造。
新的理论框架将会促进科普元宇宙服务科技禁毒工作的可持续性发展。一是,基于学习理论的研究。在广泛学习行为主义、认知主义和建构主义的理论研究成果之后,聚焦科普元宇宙的具身认知、情境认知和沉浸等理论依据,关注科普元宇宙中科技禁毒参与者的内部变化过程。二是,基于教育理论的研究。以教学为中心,探析“主导—主体”理论在科普元宇宙中的形成过程,在科技禁毒工作中尝试具身投入、虚实融合等理论建构。三是,基于科普方法的研究。推动以科普元宇宙理论为基础的研究范式转型,注重对禁毒科普工作的精准映射、全域感知,实现对参与者学习过程产生的行为数据、生物数据的集中治理,形成数据主导下的科普教育研究。
4.2.3 确保科普元宇宙的伦理安全,厘清科技禁毒的发展逻辑
教育伦理学关乎教育活动的价值和善恶,科普教育作为社会教育的组成部分也要注意伦理问题。而科普元宇宙中的参与者以不同形式的表征出现在元宇宙的空间中,有时是全息投影,有时是虚拟化身,有时是智能机器人,因此科普元宇宙空间中的伦理问题可归纳为人与虚拟人(机器人)之间、虚拟人(机器人)之间的关系问题,主要涉及数字主体危机、侵犯个人隐私、陷入技术成瘾等。
面对挑战,要以前瞻性视角布局,从国家、社会和个人等角度入手厘清科技禁毒的发展逻辑。一是,以总体国家安全观为指引,将元宇宙纳入《数据安全法》,将科普元宇宙纳入《科学普及法》,将基于科普元宇宙的科技禁毒工作纳入《禁毒法》,明确对国家、个人在元宇宙中的数据权利进行保护,明确元宇宙是未来科学普及工作的发展方向,明确科普元宇宙是未来科技禁毒工作的实施手段。二是,以主流价值观建设元宇宙,倡导技术向善的治理理念,挖掘利于实现社会治理的技术元素,实现科普元宇宙服务科技禁毒的发展目标,避免过分夸大元宇宙的作用,防止出现技术异化现象。三是,以促进个体自身发展为目标,既要处理好人与科普元宇宙的关系,要认识到科普元宇宙虽然能改变参与者看待禁毒工作的方式,但也不能完全解决社会中的毒品问题,还要认识到面对科普元宇宙提供的丰富应用场景,在享受新技术带来的优异体验的同时,还要关注虚实世界的衔接问题,避免参与者过度沉浸在数字智能技术营造的虚拟世界,消除技术成瘾带来的风险挑战,始终坚持技术服务现实的发展目标,让科普元宇宙和科技禁毒的融合成为解决全社会防范和打击毒品问题的新尝试。
科普元宇宙是创造虚实融合的新型知识组织、管理与服务的生态系统,旨在实现科普过程中沉浸式的交流体验、多元协作和去中心化的内容生产、虚实结合的空间呈现等效果,推动科普事业建设与发展的新形态和新方法。在科普事业和元宇宙理论融合的过程中,科普元宇宙表现出全域感知、精准映射、虚实结合、具身投入、多元化协作和去中心化的典型特征。建设科普元宇宙的理论依据,不仅来源于习近平总书记关于创新驱动、禁毒科普和公安工作的重要论述,还包括具身认知理论、情境认知理论和沉浸理论。
科普元宇宙的科技禁毒应用场景,在禁毒科普活动的情境、互动、资源和评价等方面优势明显,特别在校园禁毒科普应用场景中潜力巨大。科普元宇宙凭借先进理论的指导,统合了新一代信息技术,能够实现真实的映射感知、深入交流互动和感性的科普情境,让科普对象主动探究禁毒知识,强化对防毒、拒毒意识的培养,提高毒品预防的学习迁移和应用能力,促成新的、有价值的禁毒知识建构,让元宇宙理论和科普元宇宙应用成为毒品预防教育的牢固基础。未来科技禁毒应用在科普元宇宙中,需要对科普元宇宙的基础建设、研究框架和发展逻辑3 个方向不断探索。