元宇宙赋能在线教育：沉浸式学习的新方向

李袁爽，王运武

江苏师范大学教育技术学系， 江苏 徐州 221000

自2019年年底以来，受新冠肺炎疫情的影响，各级各类教育教学受到了严重影响。为防止人员流动引起疫情的传播，教育部门迅速做出响应，积极开展线上教育教学活动。当前，疫情历时近三年，中国在线教育也在不断地发展进步，学生逐渐适应了在线学习模式。在线学习依赖于通讯设备的使用，2021年又被称为元宇宙的元年，因此在元宇宙背景下开展在线学习活动得到了越来越多人的关注。教育活动的开展不仅需要人际交互，还需要实现人机交互以及机机交互[1]。元宇宙时代的到来，为沉浸式在线教育提供了新的方向。

1 元宇宙时代在线教育发展新契机

1.1 元宇宙的基本内涵与特征

1.1.1元宇宙的基本内涵

《雪崩》出版于1992年，在尼尔·斯蒂芬森的这本科幻小说中，提出了“元宇宙”的概念。小说以21世纪为时代背景，生动描述了主角佩戴防护眼镜和耳机即可进入元宇宙的世界，与此同时元宇宙中会产生虚拟化身，体验者可以经历与平行的现实世界全然不同的生活[2]。这本具有科幻色彩的小说为技术的发展提供了新的方向，元宇宙开发的可行性也得到了更多关注。但是，究竟何为元宇宙，这一话题至今仍受到广泛的热议。“元宇宙”是metaverse的中文释义，词根包括meta和verse两部分，其中meta是希腊语中超越的意思，verse是由universe演化得到的，包含宇宙之意，因此元宇宙可以被理解为一个可以穿越现实的新世界[3]。继《雪崩》之后，科幻电影《头号玩家》《黑客帝国》等以更加逼真的方式对元宇宙进行了构想。

2021年被称为是元宇宙元年，有关元宇宙的解释呈现出了多元性增长的趋势，并且对元宇宙概念的关注领域也趋向多元化。罗布乐思公司上市的招股书中明确提出了元宇宙一词，扎克伯格也宣布Facebook从社交媒体公司转化为元宇宙公司。有关元宇宙一系列的动荡，推动了一波有关元宇宙的热潮。人们在享受现实世界的同时，有了沉浸式体验不同的虚拟人生的机会，使得很多人对于元宇宙的发展产生了期待。

1.1.2元宇宙的特征

①虚拟化在进入元宇宙后，每个人都可以获得一个或多个属于自己的ID，获得属于自己的虚拟化身份，并且需要对自己的虚拟化身份负责。人物主体可以根据自己的需要在元宇宙中开展活动，并且平行的现实世界并不会受到影响[4]。

②社交关系增强元宇宙中的体验，既相似于现实世界又有别于现实世界。进入元宇宙世界后，各个ID之间可以体验到与现实世界相似的人与人之间的社交。ID的使用者可以在元宇宙尝试改变自己的交友风格，勇敢地结识新朋友。

③在场感充足元宇宙可以提供较强的沉浸式体验，并且具有低延时的特点，所以元宇宙中的在场感十分充足，会让用户有一种身临其境的感觉，有助于用户得到更好的沉浸式体验。

④多元创造性元宇宙是有别于现实世界的存在，又是力图接近现实世界体验的存在。现实世界中的人可以选择在任何时间、任何地点进入到元宇宙世界，在元宇宙的进出中不会受制于时空，并且可以随时调用元宇宙中的海量内容。

⑤经济法律体系健全同现实社会一样，元宇宙社会同样需要一套健全的经济法律体系，以保证元宇宙的和谐与稳定。经济法律体系的健全可以为元宇宙的长远发展提供最基本的保障，社会的稳定需要一个长治久安的环境。

1.1.3元宇宙背景下在线教育的特征

①去中心化去中心化具有开放式、扁平化和平等性的特点，在网络技术中的表现较为显著。元宇宙中的教育具有沉浸式的特点，而沉浸式的在线教育可以有效地完成元宇宙与区块链的融合，突出地体现为具备信任基础的去中心化。开展在线教育的教师需要与教育机构协同发展与创新，进行沉浸式在线教育的同时，可以深刻理解元宇宙背景下在线教育的内涵，提高教师队伍的能力水平。

②游戏化游戏是当代学生生活的重要组成部分，因此游戏化学习被提出和实践。在线教育同样可以设置进阶型的游戏体验，让学生进行游戏化学习的同时，也可以带动教师能力的发展。游戏化的学习主要是在在线学习中加入游戏化的理念和元素，使学生可以在游戏的过程中完成学习目标，并挖掘其学习兴趣。元宇宙的出现为游戏化的在线教育提供了应用的空间，学生可以拥有沉浸式的游戏化学习体验。从基础的文字交互到视觉、听觉、触觉等感官的多模态数字人交互，逐步体验更加保真的游戏化在线学习环境。

③标准智能化在线教育所遵循的科学性和合理性，在元宇宙中进行的在线教育同样适用，可以对学生设置阶段性的培养目标，明确在每一阶段学生应该达到的水平。大数据技术可以有效支持因材施教的实现，综合各阶段在线教育对学生分析的结果，及时地调整对学生的培养方案。元宇宙的在线教学集合了现阶段的网络技术，因此可以对学生的学习进行智能化感知、诊断和预警，并且得到可视化的分析结果，聚焦问题关键，提供合适的解决方案。

④多元协同化学生的类型都是有所差别的，因此在线教育的过程中，应该确保教学方式的多元化，对不同学习水平的学生提供不同的学习模式，使其在进行沉浸式学习的过程中，获得最合适的教育。元宇宙背景下的在线教育汇聚了各类优质的教育资源，并且包含社会各界的力量，因此可以在政府、产业机构和学校的支持下，精准地解决在线教育中遇到的问题，确保学习者具备更好的学习体验感。

1.2 元宇宙赋予在线教育新内涵与新特征

1.2.1在线教育的新内涵

在线教育的产生依赖于网络技术的不断发展进步，随着元宇宙时代的到来，在线教育的内涵同样发生了变化。元宇宙沉浸式在线教育过程的支持技术包括AI、XR、区块链等，可以对虚拟的学习环境进行重构。元宇宙的学习空间是开放共享的，因此沉浸式的在线教育过程也可以是共享的，即共享空间立体化、共享资源情景化、共享行为去中心化、共享主体协同化等。在线教育的实施过程中，用户的沉浸式体验感更强，资源的取用更便捷，用户之间的交互更直接[5]。

在元宇宙在线教育的发展过程中，逐渐融入可穿戴设备、大数据、云计算等先进技术的使用，扩宽了沉浸式在线教育的使用范围，使在线技术不局限于利用网络技术进行教育，同时个性化的教育方式更为显著[6]。在元宇宙所提供的虚拟场景中进行沉浸式学习，有助于对隐性知识的内化与吸收，知识在元宇宙的学习空间中正呈现出由显性向隐性的转化。

1.2.2在线教育的新特征

①多元且全面的在线教育场景在元宇宙中可以运用AR技术打造以VR课程资源、VR课程设计和“5G+VR”为主要内容的三种未来在线教育场景，分析不同年级学生的学业水平，为学生提供不同深度的在线教育教学资源，不同课程建构不同的在线教育场景，打造沉浸式的在线教育学习剧场。对课程的学习环境进行有针对性的建构，以多元化的方式呈现知识，提供全学科的知识建构场景[7]。

②沉浸式的在线教育过程沉浸式的在线教育学习剧场，对于不同的学科是有所区分的。语文、历史等课程教学时学生可以走进诗意的文学殿堂和刺激的历史战场，通过沉浸式的在线学习，学生体验到真切的事件发展脉络，加深其在沉浸式在线学习过程中的内容记忆。数学、物理等课程可以代入空间的立体感，学生通过最直观的视觉感受，体验立体几何、加速度等知识点的魅力。

③互联互通的在线教育空间学习者之间的关系并不会因为元宇宙的在线学习空间的构建而有所割裂，相反会带来更加紧密的互联互通过程。在元宇宙沉浸式在线教育的过程中，学习者可以实时地交流互动，在不同区域的学习者可以获得如现实世界一样的面对面交流的感受，学习者与其他学习者、教师、家长均可以得到紧密的连接。根据学生的学习情况可以开展多样化的在线学习活动，使学生在线参与交互、协同发展，家校互联互通，共同监督学生的在线学习过程，提高其在线学习的效果[8]。

1.3 元宇宙沉浸式在线教育新发展

1.3.1元宇宙沉浸式在线教育发展的基础建设

新基建是智慧经济时代贯彻发展的新理念，有助于实现国家的智能化、数字化发展，建立现代化的国家基本建设和基础设施建设。在教育新基建方面，主要应用了5G、人工智能等服务的基础设施体系。教育新基建的主要方向包含智慧校园的建设，涵盖数字资源、信息网络等，具有泛联、智能、融合、韧性、绿色、生态和治理等特征[9]。

元宇宙时代背景下的沉浸式在线教育发展基础建设要依靠新基建的建设，进行科学合理的战略布局。根据元宇宙技术的发展优化，在智慧教育的示范区先行进行试点建设，起到示范引领的作用，并且不断地研发改进，打造多元化的元宇宙沉浸式在线教育产品，遵循教育新基建发展的系列文件，保障元宇宙中沉浸式在线教育领域的引导作用。

1.3.2元宇宙沉浸式在线教育发展的动能

元宇宙中对沉浸式在线教育的构建是系统性的，其环境的构建、教学理论的应用以及人才培养等方面均有系统的规划。元宇宙环境中理论的创新有助于为元宇宙提供可持续发展的动能，为沉浸式在线教育的可持续发展提供源源不断的动力。学习理论的创新，要在原有理论的基础上融合发展，因此可以吸收建构主义、行为主义、联通主义、人本主义等已有的理论知识。培养具有创新意识的人才，有助于学习理论的创新，探索“以教为中心”“以学为中心”理论在元宇宙沉浸式在线教育中的应用[10]。

1.3.3元宇宙沉浸式在线教育发展的逻辑

事物的发展遵循相应的发展脉络，元宇宙中的沉浸式在线教育也是如此，具备其发展的逻辑。元宇宙中的用户表现为虚拟的化身，可以是全息影像，也可以是具有外化特征的智能“虚拟人”，因此元宇宙中的事物逻辑关系可以简单理解为人与物、人与“虚拟人”、人与虚拟“我”的化身、“虚拟人”与“虚拟人”、物与物。人与“虚拟人”之间是互联互通的，但又是有本质差别的，“虚拟人”在元宇宙中获得的知识可以体现到现实中的人身上；而现实中的人获得的知识可以不在“虚拟人”中得到体现，虚拟与现实的界限是不能被完全模糊的。元宇宙中的沉浸式在线教育并不能取代现实教育而存在，而是相互辅助的存在。

2 元宇宙对在线教育的影响

2.1 深度沉浸体验提供超现实的沉浸式学习环境

元宇宙中的在线教育可以获得深度的沉浸体验，本质表现为“感知即真实”[11]。元宇宙居民在元宇宙中要获得与真实世界同样的真实体验必须依赖于增强现实、虚拟现实、镜像世界和生命记录技术的应用，可以实现全生命周期的生命记录，进一步加强了元宇宙中的沉浸式体验[12]。在元宇宙的世界里，在线学习也有着高度的沉浸式体验感，学生可以在一个既平行于现实世界，又独立于现实世界的高保真空间中进行学习，其中数字孪生技术、互联网技术和脑机接口等技术使得元宇宙中的在线学习体验真实而且高效。元宇宙具有真实的社交体验、沉浸式的环境感知和多模态的生存感受，学生于在线学习的过程中可以实现自由穿梭于元宇宙空间和物理空间的超现实沉浸体验。

2.2 具身社交网络开拓人际交往范围

元宇宙具身社交网络的突出优势体现在感知社交、共在效应和情感体验。在元宇宙空间中可以获得全景式的社交体验，人与人之间的距离在信息技术的支持下缩短，使得人们可以在虚拟场景中通过共在效应得到面对面的相对真实的社交情感体验。元宇宙居民利用在元宇宙中的唯一身份可以进行与家人、朋友、恋人的人际关系的全方位社交，在社交关系的确立中，地域已经不在交友的考虑范围之内，每一位元宇宙的居民都可以体验到不同的身份和角色带来的社交体验[13]。元宇宙中支持居民的娱乐、工作、生活和学习，沉浸式在线教育的应用可以为学习者的学习过程提供更真实的体验，与学习者协作学习的同伴不局限于其他同学和教师，还可扩宽到在社交中结识的伙伴，通过人际交往获得学习的启发。

2.3 群体自由创造汇集个体创造灵感

元宇宙的基本价值观是“共创、共治和共享”，核心特征是数字化创造。群体自由创造是元宇宙存在、发展以及迭代更新的动力之源[14]。元宇宙中的沉浸式在线教育为学习者提供了自由创造的空间和机会，个体的自由创造可以使用元宇宙提供的个性化空间、智能会话等支持服务，是元宇宙创造的基础。但是，元宇宙是一个复杂多元的在线学习环境，因此学习者可以利用元宇宙中丰富的知识资源，便捷的人机交互展开群体自由创造。在元宇宙中进行沉浸式在线教育有助于引发创造灵感，及时的创造分享，采用分布协同的方式完成创新成果的产出，推动在线教育的发展。

2.4 社会生态文明稳定在线教育环境

现实世界具有社会生态文明，这在元宇宙的世界中同样存在，并且是与现实世界不完全相同的新的社会生态文明。元宇宙中的社会生态文明是去中心化的、体系完备的永续化存在，元宇宙中的经济法律制度体系同样制约着居民的日常行为准则，并且与现实世界的法律法规相符。元宇宙中去中心化的社会生态文明体系是由居民的参与特征、发展进程和分布式网络等因素决定的，同时也是促进元宇宙的发展、群体自由创造、个体个性化创造的根本保障。去中心化的社会生态文明体系在确保居民可以进行跨区域教育的同时，也可以进行跨区域的在线教育活动，消除时空的界限，减少外界条件对在线学习的影响，在疫情防控严峻的时期，也能为居民提供面对面学习的超现实体验。元宇宙中所开展的在线教育活动，也是基于遵守公序良俗的基础上，对沉浸式在线教育的内容、过程以及教学目标均有明确的规划。去中心化的社会生态文明并不是无序的、混沌的，而是在区块链技术、元宇宙信任体系，以及公共秩序规则的保障下形成的，可以有效对抗互联网巨头和遏制商业垄断。元宇宙中的沉浸式在线教育不是某一个人或某一部分人的教育，而是面向全体元宇宙居民的教育。

2.5 虚实融合共生体验有别于现实的生活

元宇宙在发展的过程中，会经历三个典型的阶段，分别是虚实共生、虚实莫辨和真元宇宙时代[15]：虚实共生是元宇宙的初始阶段代表，主要体现在数字世界和现实世界相互联通；虚实莫辩是虚实共生的进阶阶段，主要体现在海量子元宇宙诞生；真元宇宙时代是元宇宙的高阶形态，主要体现在脑机、AI、系统三者可以实现互联互通。在可穿戴设备、脑机接口、数字孪生、互联网技术、大数据技术的加持下，元宇宙世界与现实世界之间可以实现虚实融合共生。现实世界与元宇宙世界的关系是相互映射的，行为属性均可以在现实世界与元宇宙世界中有所表现。通过技术的支持，可以获取人脑的意识，进而表现为在元宇宙世界中对于虚拟化身的行为操控，虚拟化身是真实世界人物的镜像呈现，在行为、认知等方面均可以得到清晰的认证。元宇宙的虚拟化身也具备现实世界中的人所不具备的特殊功能，例如腾空飞翔、角色变换等。

3 元宇宙赋能沉浸式在线教育的着力点

3.1 元宇宙为高质量沉浸式在线教育提供新动力

高质量的沉浸式在线教育需要完善的管理体系，在沉浸式在线教育发展的过程中，监督教学资源质量，为长远发展提供保障。元宇宙通过沉浸式体验、群体自由创造以及虚实融合共生等特征为高质量的在线教育提供新动力。沉浸式的学习体验可以弥合课堂内外的界限，学生在课前根据元宇宙中的海量资料进行自主学习，课内与学生和教师进行深度的讨论，课后进行知识总结，而且可以对有兴趣的学习部分可以进行深入探究，发挥创新创造能力，与其他学习者协同创新，探究发展。高质量的沉浸式在线教育要求学生在学习过程中会学有所得，并且可以发散思维，在学习过程中找到兴趣点，并且利用元宇宙提供的技术手段，汲取更多的知识。

3.2 元宇宙为沉浸式在线学习发展提供新方向

新网络、新安全、新平台、新校园、新应用、新资源是教育新基建的六个关键特征[16]，教学信息化新基建标准的需求框架需要从数字底座、目标引领、体系规范、应用场景四个方面进行构建[17]。元宇宙中的沉浸式在线教育可以打破空间的桎梏，实现优质学习资源的实时共享，因此可以从根本上解决教育新基建中分散建设、数据孤岛和教育资源质量参差不齐等问题。元宇宙中的沉浸式在线教育是在一个开放共享、可创造和可扩展的标准化空间中进行的，学习对象不限于教师和学生，还可以包括教育机构、公司成员等。元宇宙中丰富的学习资源有助于激发学习者的学习兴趣和动机，并且可以更好地实现教育公平，所有的元宇宙居民可以学习相同的学习资源，学生有向名校教师请教问题的机会，偏远地区的学生可以得到同等水平教师的教育。在线学习的过程中学生的沉浸式体验与学生所处的空间位置、现实生活所具有的教育水平及其学习环境的教学设备是否齐备无关，身处不同地域的学生都可以在元宇宙的课堂中享有同等、公平的待遇。

3.3 元宇宙为沉浸式在线学习过程提供全景式新场域

沉浸式在线教育的最终目的是完成教学目标，而学习过程是完成学习目标的基本途径。学习者在进行学习的过程中，需要学习资源、学习空间、学习材料以及学习动机的支持，教师的教学也是影响学习者学习的因素之一。教师通常会选择翻转课堂的方式、线上线下混合式以及小组协作式学习方式来进行教学。元宇宙可以为在线学习过程提供全景式的新场域，有助于解决时空局限性问题、学习资源失真问题，以及学习空间分散问题。学生在学习过程中的知识讨论形式较为抽象，不利于对知识的深度研讨和灵感的激发，最终导致富有成效的想法或理论因为难以获得有力的支持而失败[18]。元宇宙中的沉浸式在线教育可以为学习过程提供全景式的场域，并且学习过程中的问题可以得到全面的支持和解决。元宇宙中的数字孪生、脑机接口、物联网、大数据以及可穿戴技术等可以为元宇宙中的沉浸式在线学习过程提供深度的沉浸式体验、超强的社交体验、高保真的学习过程，以及群体自由创造的空间。学习者进入元宇宙的沉浸式在线教育空间后，可以在课前、课中以及课后的教与学活动中得到充分的参与感、体验感，创造虚实融合的学习体验空间。

3.4 元宇宙为沉浸式在线学习的虚实融合提供新方式

传统的虚实融合学习环境是利用互联网技术将虚拟学习与真实环境融为一体的学习方式，通常是用传感器识别与获取真实学习环境中和学习相关的数据为主[19]。传统的虚实融合学习环境可以培养学习者的高阶思维能力，并且可以为学习者提供协作学习、分布式学习等新的学习方式，但是容易造成虚拟环境失真、虚实操作不同步、学习空间限制等问题，影响学习者的学习效果。教育元宇宙可以很好地解决传统虚实学习环境中出现的问题，提供深度沉浸式的在线学习空间，具身社交网络和群体自由创造的特点可以为在线教育提供新的开拓方向。元宇宙的学习环境是将人、自然界的万事万物与元宇宙融合在一起的，脑机接口是联通人与元宇宙的纽带，使人可以真切地控制元宇宙中的虚拟形象，并且获得虚拟形象反馈的真实感受。随着元宇宙中的环境架构技术的成熟，虚拟环境体验感愈加真实，元宇宙居民在接受沉浸式在线教育的过程中可以得到更真切的学习体验，实现跨区域的学习交流、无障碍的协作学习探究、自由创造的群体创客空间，以及高保真的学习感受。

4 总结与展望

融合了数字孪生、脑机接口、物联网、大数据以及可穿戴技术的元宇宙在沉浸式在线教育中的应用被人们寄予厚望，元宇宙中的沉浸式在线教育可以发展到什么样的程度也被人们所关注。元宇宙作为人造的宇宙环境，在区别于现实世界的基础上也要遵循现实世界的规律，有其完整的经济政治体系。元宇宙的深度沉浸感可以让在线教育的学习环境更真实，造成混淆现实与虚拟世界的体验；但是元宇宙并不能替代现实世界，而是与现实世界共融共生的存在。元宇宙可以丰富在线教育的学习资源，打破学习的地域限制，增加群体创造机会，使在线学习的过程更有趣。